JP7127984B2 - 溶融塩電解槽の操業方法及び、溶融金属の製造方法 - Google Patents
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Description
従って、陰極表面近傍での金属酸化物の凝集は溶融金属の成長を阻害し、溶融金属の製造効率の低下、つまり電流効率の低下を招く。
この場合においては、陽極及び陰極間への電圧の印加を停止する時間を、金属酸化物の含有量によるが概ね20分以上とれば、陰極表面付近から引き離れた金属酸化物微粒子が電解槽底部に沈降し、順方向に電圧をかける通常の電解に戻った際に電流効率の向上が認められる。
陰極は鋼または黒鉛からなるものとすることができる。
図1に例示する溶融塩電解槽1は、たとえば主としてAl2O3等の耐火煉瓦その他の適切な材料からなる容器形状を有し、その内部に供給された溶融塩からなる溶融塩浴で、溶融塩を電気分解するとともに、その電気分解により溶融金属が生成される電解槽2と、図2に図1のII-II線に沿う断面図で示すように、電解槽2内に溶融塩浴の深さ方向と平行に並べて配置した略平板形状の陽極3a及び陰極3bを含む電極3と、電解槽2内の温度調整を行う熱交換器としての温度調整管4とを備えてなる。この発明では、温度調整管4は省略してもよい。
この溶融塩電解槽1では、電極3がさらに、図2に示すように、陽極3aと陰極3bとの間に配置されて、陽極3a及び陰極3b間への電圧の印加によって分極する、これも実質的に平板状等の二枚のバイポーラ電極3c、3dを有し、これにより電気分解の生成効率の向上等を図っているも、このようなバイポーラ電極3c、3dは必ずしも必要ではない。
溶融塩の分解電圧=-ΔG0/(nF)・・・(1)
ここで、ΔG0は塩化物の標準生成自由エネルギー、nは塩化物を成す金属イオンの原子価数、Fはファラデー定数(96485C/mol)である。たとえばMgを含む溶融塩では、他の成分(NaCl、CaCl2等)の影響による活量の変化や温度による変動があるが、浴温650℃~700℃では分解電圧=2.7~2.8Vとなる。
なお、亜鉛やアルミニウムの溶融塩電解では、その比重が大きいことを利用して、陰極3bの表面に生成される金属亜鉛ないしアルミニウムを、電解槽2の底部に沈降させて回収することが一般的である。この場合、陰極3bの表面近傍に、上記のような金属酸化物の凝集層が形成されると、陰極3bの表面に生成される金属亜鉛ないしアルミニウムが微粒子となって底部に沈降せず、上述したマグネシウムの場合と同様の問題が生じ得る。
また、溶融塩浴の温度を上昇させて金属マグネシウムの固化部分を溶解する措置では、電解浴を含む電解槽全体の温度上げることになるので、電解槽外周の耐火煉瓦層も加熱され耐火煉瓦槽とその目地部内で固化していた浸潤電解浴を溶かしてしまい、電解浴の電解槽外部への漏れ出しや、黒鉛よりなる陽極も高温となるためその酸化消耗を促進するので、結果として電解槽の寿命を短くすることをもたらしていた。一方、この実施形態では、そのような問題を招くことなく、電極3間の短絡を解消することができる。
通常経験的には、陰極3bに鋼材を使用している場合においては、陰極3bの表面に固着した物質の除去のために逆方向電圧を溶融塩の分解電圧より大きな値を印加することは、その際に鋼材表面から発生する塩素により陰極鋼材の塩化腐食が起こることを懸念するため思いつかない事項である。
しかし鋼製陰極表面に固化した生成金属を含む物質により電極間短絡を生じた減少に対する逆方向電圧の印加を試行し、慎重に条件や作用を検討したところ、顕著な鋼材腐食は見出されず、陰極表面に固着し電極間短絡を誘発した金属生成物を含む固化物は確実に除去できる条件を見出した。
すなわち、このような条件として、逆方向電圧の大きさは、好ましくは溶融塩の分解電位の大きさに対して、200%以下、より好ましくは溶融塩の分解電圧に対して、100%~200%とし、その印加時間は、陰極部材の塩素腐食を避けるために0.5分~5分とすることが好適である。
電極間で固化した生成金属を含む物質が多く、1回の逆方向電圧を印加しただけでは固化物質が十分に除去できず短絡が解消しないことも考えられる。ここで、短絡を起こした極間の固化物が除去できたか否かは順方向の通電でチェックすることが必要になる場合がある。そのため、1回の逆方向電圧を印加した後、順方向電圧に一旦戻して確認し、短絡が解消していなければ再度逆方向電圧をもう1回印加するという作業を行うことがある。また、短絡が解消した後、次の短絡形成時に順方向電圧を同様に1回印加して、その効果を確認することがある。このような一連の過程においては、逆方向電圧を継続的に印加する1回あたりの時間を、上述したように、逆方向電圧の大きさに応じて、5分~60分もしくは0.5分~5分に設定することが好ましい。
所定の期間にわたって溶融塩電解槽を操業した際に、逆方向電圧の印加を行わなかった比較例と、定期的に逆方向電圧の印加を行った実施例1~7のそれぞれの電流効率を比較した。その結果を逆方向電圧の印加の条件とともに表1に示す。
電流効率(%)=実際の回収金属量(mol)/理論生成量(mol)×100(%)・・・(2)
理論生成量(mol)=((通電量A×通電時間)/(n×F))×(バイポーラ極数+1)・・・(3)
実際の回収金属量(mol)=理論生成量と同値の通電時間で回収した生成金属の量(mol)・・・(4)
上記式(3)中、nは塩化物を成す金属イオンの原子価数であり、Fはファラデー定数(96485C/mol)である。
各比較例及び実施例の電流効率は、実施例1の電流効率を100とする指数で示している。なお、いずれの比較例及び実施例も、図1及び2に示すような溶融塩電解槽を用いた。
陰極表面に金属を含む塊(固形物)が形成されて短絡が生じた際に、溶融塩の分解電圧以上の逆電位を印加し、短絡起因物質である陰極表面に形成された金属を含む塊を除去することで、電解槽寿命を延長することができるかどうかについて検証した。
表2に示すように、比較例では、上記の固形物を除去するため、当該固形物が溶けるまで溶融塩浴の温度を上昇させた。実施例1及び2では、上記の固形物を除去するため、逆方向電圧を印加することとし、逆方向電圧の大きさ及び印加時間を変化させた。表2中、「電解槽寿命」は、比較例の電解槽の使用可能期間を1とした指数で示している。
2 電解槽
2a 電解室
2b 貯留室
3 電極
3a 陽極
3b 陰極
3c、3d バイポーラ電極
4 温度調整管(鋼製器具)
5 隔壁
5a 溶融塩循環路
5b 溶融金属流路
Claims (7)
- 内部を溶融塩浴とする電解槽、電解槽の内部を、溶融塩を電気分解する電解室と当該電気分解により得られる溶融金属が流入する貯留室とに区画する隔壁、ならびに、電解室に配置した陽極及び陰極を含む電極を備える溶融塩電解槽を操業する方法であって、
前記陰極が鋼からなり、
溶融塩の電気分解の合間に一時的に、前記電極の陽極及び陰極間に、溶融塩を電気分解する際の順方向電圧とは逆方向となる逆方向電圧を印加し、陰極表面近傍に形成される金属酸化物及び金属を含む層を陰極から引き離し、電極間の短絡を解消し、
前記逆方向電圧の大きさを、溶融塩の分解電圧の大きさに対して100%~200%とし、当該逆方向電圧を印加する時間を、0.5分~5分とし、
逆方向電圧を印加した後、溶融塩の電気分解を開始するまでの間、陽極及び陰極間への電圧の印加を停止し、陽極及び陰極間への電圧の印加を停止する時間を、20分以上とする、溶融塩電解槽の操業方法。 - 内部を溶融塩浴とする電解槽、電解槽の内部を、溶融塩を電気分解する電解室と当該電気分解により得られる溶融金属が流入する貯留室とに区画する隔壁、ならびに、電解室に配置した陽極及び陰極を含む電極を備える溶融塩電解槽を操業する方法であって、
溶融塩の電気分解の合間に一時的に、前記電極の陽極及び陰極間に、溶融塩を電気分解する際の順方向電圧とは逆方向となる逆方向電圧を印加し、陰極表面近傍に形成される金属酸化物を含む層を陰極から引き離し、
前記逆方向電圧の大きさを、溶融塩の分解電圧の大きさに対して90%以下とし、当該逆方向電圧を印加する時間を、5分~60分とし、
逆方向電圧を印加した後、溶融塩の電気分解を開始するまでの間、陽極及び陰極間への電圧の印加を停止し、陽極及び陰極間への電圧の印加を停止する時間を、20分以上とする、溶融塩電解槽の操業方法。 - 陰極表面近傍に形成される金属酸化物を含む層における当該金属酸化物は、前記溶融塩を電気分解して得られる金属の酸化物である、請求項1又は2に記載の溶融塩電解槽の操業方法。
- 陰極が鋼または黒鉛からなる請求項2に記載の溶融塩電解槽の操業方法。
- 前記溶融塩浴の浴温を650℃~700℃とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の溶融塩電解槽の操業方法。
- 前記逆方向電圧の印加を、月に少なくとも1回実施する、請求項2に記載の溶融塩電解槽の操業方法。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載の溶融塩電解槽の操業方法を用いて、溶融塩から溶融金属を製造する、溶融金属の製造方法。
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001152386A (ja) | 1999-07-12 | 2001-06-05 | Applied Materials Inc | 高アスペクト比構造のために電気パルス変調を使用する電気化学堆積方法及びシステム |
JP2001247997A (ja) | 2000-03-03 | 2001-09-14 | Chuo Seisakusho Ltd | セラミックス皮膜形成方法 |
JP2003129297A (ja) | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Applied Materials Inc | めっき方法 |
JP2004107751A (ja) | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Kioritz Corp | 内燃エンジン用シリンダ及びその内周面処理方法 |
JP2004232061A (ja) | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Sumitomo Titanium Corp | 電解槽 |
JP2006016633A (ja) | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Toho Titanium Co Ltd | 溶融塩電解による金属の製造方法 |
JP2006131961A (ja) | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Ebara Corp | 基板のめっき方法および装置 |
JP2006241566A (ja) | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Fujitsu Ltd | めっき液の建浴方法と銅めっき装置 |
JP2012219360A (ja) | 2011-04-13 | 2012-11-12 | Jnc Corp | 溶融塩電解方法及び溶融塩電解槽 |
JP2016000838A (ja) | 2012-10-15 | 2016-01-07 | 住友電気工業株式会社 | アルミニウム膜、アルミニウム膜形成体、及びアルミニウム膜の製造方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06330370A (ja) * | 1993-05-25 | 1994-11-29 | Showa Denko Kk | 塩化マグネシウムの電解方法 |
-
2017
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001152386A (ja) | 1999-07-12 | 2001-06-05 | Applied Materials Inc | 高アスペクト比構造のために電気パルス変調を使用する電気化学堆積方法及びシステム |
JP2001247997A (ja) | 2000-03-03 | 2001-09-14 | Chuo Seisakusho Ltd | セラミックス皮膜形成方法 |
JP2003129297A (ja) | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Applied Materials Inc | めっき方法 |
JP2004107751A (ja) | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Kioritz Corp | 内燃エンジン用シリンダ及びその内周面処理方法 |
JP2004232061A (ja) | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Sumitomo Titanium Corp | 電解槽 |
JP2006016633A (ja) | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Toho Titanium Co Ltd | 溶融塩電解による金属の製造方法 |
JP2006131961A (ja) | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Ebara Corp | 基板のめっき方法および装置 |
JP2006241566A (ja) | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Fujitsu Ltd | めっき液の建浴方法と銅めっき装置 |
JP2012219360A (ja) | 2011-04-13 | 2012-11-12 | Jnc Corp | 溶融塩電解方法及び溶融塩電解槽 |
JP2016000838A (ja) | 2012-10-15 | 2016-01-07 | 住友電気工業株式会社 | アルミニウム膜、アルミニウム膜形成体、及びアルミニウム膜の製造方法 |
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