JPH086194B2 - 溶融塩電解装置 - Google Patents

溶融塩電解装置

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JPH086194B2
JPH086194B2 JP62053586A JP5358687A JPH086194B2 JP H086194 B2 JPH086194 B2 JP H086194B2 JP 62053586 A JP62053586 A JP 62053586A JP 5358687 A JP5358687 A JP 5358687A JP H086194 B2 JPH086194 B2 JP H086194B2
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molten salt
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、マグネシウムなどの金属を、その溶融塩
を電気分解することによって製造するための溶融塩電解
装置に関する。
[従来の技術] 塩化マグネシウムを溶融して電気分解し、金属マグネ
シウムを製造する技術は、天然資源を用いる場合の他、
クロール法による金属チタン製造の副生物である塩化マ
グネシウムを循環再利用するためにも重要な技術となっ
ている。このための装置として、第2図及び第3図に示
すような電解槽1が知られている(特開昭58−16178
8)。これは、円筒状の金属製の外殻2の内側を耐火物
で内張りして壁構造体3を構成し、この壁構造体3の内
側に、該壁構造体3の一直径に平行な一対の隔壁4,4を
立設して電解室5を構成し、その外側に分離室6を、さ
らにその外側にマグネシウム溜7を設けて成っている。
電解室5には中央に黒鉛電極(陽極)8を、両端に鉄板
電極(陰極)9をそれぞれ設け、その間に支持台8を等
間隔に配置し、この上にそれぞれ中間電極11を載置し
て、小さい電解室を直列にした構成としている。また、
隔壁4の上部には、電解室5で浮上した金属マグネシウ
ムMと溶融塩Lの混合物を分離室6へ流出させる流出口
12を、下部には溶融塩Lを電解室5へ流入させる流入口
13を設けている。そして、電解室5及び分離室6に溶融
塩Lを満たして電解を行い、陽極8の表面及び各中間電
極11の陽極11aの表面で塩素ガスを発生させ、陰極10の
表面及び各中間電極11の陰極11bの表面で金属マグネシ
ウムMを生成するもので、生成された粒状の金属マグネ
シウムMと溶融塩Lの混合物は、塩素ガスの上昇に伴う
リフト効果で上昇し、流出口12より分離室6に流れ、逆
に分離室6からは溶融塩Lが流入口13より補充され、ま
た、分離室6では比重差によって混合物が上層の金属マ
グネシウムMと下層の溶融塩Lとに分離され、金属マグ
ネシウムMはマグネシウム溜7に移行される。
上記の処理は、蓋14により電解槽1全体を気密に覆っ
て内部の雰囲気を不活性とし、温度を金属マグネシウム
の融点より約30℃程高い温度に保って行われ、電解処理
に伴う発熱による昇温を防ぐために、電解槽1の外殻2
を水や空気により冷却し、また、分離室6へ流れる無駄
な電流を減少させるために、上記壁構造体3や隔壁4等
は絶縁性耐火物で形成されている。
上記のような電解槽1は、外殻2及び壁構造体3が円
筒状となっており、温度変化に伴う応力が均一に作用す
るので耐用期間が長いという利点を有している。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、上記のような電解槽1においては、次のよ
うな問題点があった。
(1)電解量を増やすために通電量を上げると、電解槽
1の外殻2の風冷あるいは水冷による吸熱量を発熱量が
上まわり、溶融塩Lや金属マグネシウムMの温度が上昇
する。そして、必要以上の温度上昇は電解能率及び電流
効率の低下を引き起こし、壁構造体3や隔壁4等の侵食
を促進してしまう。このような不都合を避けるために、
溶融塩L浴中に風冷管を挿入して溶融塩Lを冷却する方
法も採用されているが、電解槽1の構造が複雑になると
ともに、冷却効果も不充分で温度の制御も難しい。
(2)溶融塩Lに予め含有され、あるいは、槽中の雰囲
気中の微量の酸素と金属マグネシウムが結合して生成さ
れた酸化マグネシウムなどを含む不純物(スラッジ)が
電解槽1の底部に堆積し、底の上昇を招くとともに、流
入口13を閉塞したり狭くしてしまうので、定期的にこれ
を入手で除去しておりこのために手間がかかっていた。
また、電解室5などでは中間電極11があるためにこのよ
うな作業も困難で、操業を停止し、中間電極11を持ちあ
げて掻出しを行わなければならず、装置の稼動率が下っ
た。
[問題点を解決するための手段] 上記のような問題点を解決するために、この発明は、
溶融塩を満たす電解槽と、この溶融塩に通電する電極
と、上記電解槽に設置され、上記電解槽内の溶融塩を槽
外へ流通させてまた槽に戻す循環流路と、上記循環流路
に設置され、溶融塩を冷却する冷却室と、該溶融塩中の
不純物を分離させるスラッジ除去室とを具備し、上記冷
却室は一端が電解層に上昇管を介して接続されるととも
に、他端がスラッジ除去室に接続され、上記スラッジ除
去室は、上記電解槽に接続され、上記上昇管には、上記
冷却室に気体を吹き込むコンプレッサが接続され、不純
物を含む溶融塩を冷却して不純物を分離し、この溶融塩
を電解槽に循環させてなるものである。溶融塩を循環流
路に流通させる手段としては、電解槽の上方に設けた槽
よりコンプレッサによりガス吸引し、さらに上昇管中の
溶融塩中にガスを吹き込み溶融塩を上昇移動せしめ、さ
らに下降管中に導き溶融塩を循環させる方法が、冷却作
用をかね、また、流量制御も容易であるという利点を備
えている。
[作用] このような溶融塩電解装置においては、溶融塩を循環
流路を通して一端電解槽の外部へ導き、そこで溶融塩を
冷却し、また、該溶融塩中の不純物を除去するので、冷
却効率、除去効率が高く、またその制御が容易になる。
[実施例] 以下、この発明の実施例を第1図を参照して説明す
る。なお、この溶融塩電解装置は、第2図及び第3図の
電解槽1に第1図の装置が付加的に設置されてなるもの
で、電解槽1の構造の説明は重複するので省く。
第1図において、21は電解槽1の蓋14を挿通して分離
室6に挿入された上昇管、22はこの上昇管21の上端に設
置された冷却室、23は上記冷却室22の他端から下降して
スラッジ除去室24において開口する第1下降管、25は上
記スラッジ除去室24の上端から下降して蓋14を挿通して
分離室6に挿入された第2下降管であり、これらの上昇
管21から第2下降管25に至る経路は気密にされ、溶融塩
Lの循環流路Cを構成している。
上記循環流路Cを構成する各部分は、それぞれ溶融塩
Lと反応せず、また溶融塩Lの温度に耐える材料、例え
ばステンレスなどから形成されており、上昇管21及び第
2下降管25の金属マグネシウムMに接触する位置には、
アルミナキャスタブルなどの耐火物からなる保護筒26が
外装されて金属マグネシウムMとの反応を防いでいる。
上記上昇管21の蓋14よりやや上の位置には、上昇管21の
内部で開口するガス吹き込み管27が挿入されており、こ
のガス吹き込み管27は、冷却室22の上部に開口するガス
回収管28と熱交換器29及びコンプレッサ30を介して連結
されている。すなわち、上昇管21は、電解槽1と冷却室
22の一端とに接続されている。
上記冷却室22は、その上側をガス空間Rとしており、
冷却室22の周囲には水冷ジャケット31が外装されてお
り、この水冷ジャケット31により冷却室22の壁を冷却
し、壁あるいはガス空間R内のガスを介しての熱伝導に
より溶融塩Lを冷却するようになっており、上記熱交換
器29により冷却された吹き込みガスによる直接冷却とと
もに溶融塩Lを冷却する機構を構成している。
上記スラッジ除去室24は溶融塩Lを適当な時間滞留さ
せる容量を持って形成され、第1下降管23から流出した
溶融塩Lが第2下降管25の上端へ浮上する過程で不純物
を沈降させるようになっており、底部には沈降したスラ
ッジを排出するための排出バルブ32が設けられている。
また、運転操作の簡略化と安定化のために均圧管33が設
置されている。
次に、上記のように構成された溶融塩電解装置の作用
について述べる。まず、装置の稼動に当たっては、循環
流路Cを予めアルゴンガスで満たしておき、コンプレッ
サ30の送気口(図示略)をガス吹き込み管27から外し、
ガス吹き込み管27を密閉した状態でコンプレッサ30を稼
動して冷却室22及び循環流路Cの内部の圧力を下げ、上
昇管21及び第2下降管25から溶融塩Lを吸引せしめ、循
環流路Cに溶融塩Lを一定のレベルまで(すなわち冷却
室22の気圧が一定の値に下がるまで)満たす。次に、コ
ンプレッサ30をガス吹き込み管27に連結してアルゴンガ
スを上昇管21に吹き込むと、冷却室22において浴面が上
昇し、それにより、第1下降管23、スラッジ除去室24、
第2下降管25、電解糟1の分離室6へと溶融塩Lの下降
流が生じる。また、上昇管21の下部では圧力が低下する
ので分離室6より溶融塩Lが流入する結果、分離室6→
上昇管21→冷却室22→第1下降管23→スラッジ除去室24
→第2下降管25→分離室6へと溶融塩Lの循環流が生じ
る。この循環流の流量は、アルゴンガスの吹き込み量を
変えることにより制御することができる。
また、アルゴンガスは、吹き込み管27→上昇管21→冷
却室22(空間R)→回収管28→熱交換器29→コンプレッ
サ30の順に循環し再使用されるが、熱交換器29及び空間
Rにおいて水冷ジャケット31により冷却され、上昇管21
または空間Rにおいて溶融塩Lの熱を奪い冷却する。こ
のアルゴンガスの温度は熱交換器29または水冷ジャケッ
ト31の冷却能力を変えることにより調節できる。なお、
溶融塩Lは冷却室22においてその壁との直接接触によっ
ても冷却される。
冷却された溶融塩Lは第1下降管23を通ってスラッジ
除去室24に流入し、上向して第2下降管25へと流入する
が、この上向流は速度が緩やかになっており、そこで溶
融塩Lに含有されていた比重の大きいスラッジが除去室
24の底部に沈降して分離され、清浄化された溶融塩Lが
第2下降管25より分離室6へ戻される。これらの過程に
おいては、均圧管33のバルブ34…を適宜開閉して、冷却
室22、スラッジ除去室24、分離室6相互間の圧力を調整
して運転を円滑に行うようにする。
(実施の結果) 第1図に示す装置において、上昇管21、第1及び第2
下降管23,25をそれぞれ内径200mmφ、冷却室22を800mm
φ、スラッジ除去室24を500mmφ、コンプレッサ30の排
気能力を360m3/hourと設定し、冷却室22の空間Rのゲー
ジ圧力を400mmHg、アルゴンガスのゲージ圧力がガス吹
き込み管27において600mmHgとなるようにコンプレッサ3
0の負荷を設定した。第2図及び第3図に示すような電
解槽1(浴量約100ton)において、印加電圧30V、通電
量55kAの条件で浴温700℃で安定操業を行っていたもの
に、第1図の装置を取り付けた結果、循環流路C内を10
0/secの溶融塩Lが流れ、第2下降管25において浴温
は675℃であった。そのまま操業を継続した結果、5時
間後に電解槽1内の浴温が690℃となった。次に、電流
を57kAまで増加したところ、約5時間後に電解槽1内の
温度が697℃で安定し、24時間の操業後に、排出バルブ3
2より、赤黒く濁ったスラッジが約5kg排出された。この
ときの水冷ジャケット31での放熱量は約72万Kcal/hour
であった。以下に、従来例と本例との比較を表にまとめ
て示す。
なお、溶融塩及びスラッジの組成は次のようであっ
た。
溶融塩:MgCl2…50%、KCl…25%、NaCl…25%、不純物
少量。
スラッジ:MgO(主体)、その他Fe、FeO、Ti、TiO2
なお、上記の装置において、例えば、電解槽1内の適
当箇所に溶融塩Lの温度を検知するセンサを設置し、こ
の検知値に基づいて、吹き込み管27からのガス吹き込み
量、あるいは水冷ジャケット31の通水量など調整して溶
融塩Lの温度を制御する機構を設けてもよい。
[発明の効果] 以上詳述したように、この発明は、溶融塩電解装置に
おいて、電解槽内の溶融塩を電解槽外へ流通させてまた
電解槽に戻す循環流路を設置し、上記循環流路に、該流
路中を流れる溶融塩を冷却する冷却装置と、該溶融塩中
の不純物を分離させる不純物除去装置とを設置したもの
であるので、溶融塩を冷却し、また、溶融塩に含まれて
いる酸化マグネシウムなどの不純物(スラッジ)を除去
することが効率的に行える。すなわち、不純物を含む溶
融塩を冷却して不純物を分離し、この溶融塩を電解槽に
循環さることにより、不純物の除去効率を向上させるこ
とができるものである。従って、同一の電解層において
電流を増加させて金属マグネシウムの生産量を増やすこ
とができ、また、電解槽の浴温を生産効率及び電流効率
の最もよい温度に制御することにより生産性を向上する
ことができる。また、スラッジが電解槽の底部に堆積し
て底の上昇や流通口の閉塞を招くことが防がれ、従来こ
れを除去するために費やしていた手間と時間が大幅に軽
減されるとともに、装置の稼動率が向上されるなどの優
れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の断面図、第2図は従来の
電解槽の平面図、第3図は第2図のIII−III矢視図であ
る。 1……電解槽、8……陽極、9……陰極、 11……中間電極、21……上昇管、 22……冷却室、23……第1下降管、 24……スラッジ除去室、25……第2下降管、 C……循環流路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶融塩を満たす電解槽と、この溶融塩に通
    電する電極と、上記電解槽に設置され、上記電解槽内の
    溶融塩を槽外へ流通させてまた槽に戻す循環流路と、上
    記循環流路に設置され、溶融塩を冷却する冷却室と、該
    溶融塩中の不純物を分離させるスラッジ除去室とを具備
    し、上記冷却室は、一端が電解槽に上昇管を介して接続
    されるとともに、他端がスラッジ除去室に接続され、上
    記スラッジ除去室は、上記電解槽に接続され、上記上昇
    管には、上記冷却室に気体を吹き込むコンプレッサが接
    続され、不純物を含む溶融塩を冷却して不純物を分離
    し、この溶融塩を電解槽に循環させてなることを特徴と
    する溶融塩電解装置。
JP62053586A 1987-03-09 1987-03-09 溶融塩電解装置 Expired - Lifetime JPH086194B2 (ja)

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