JPS5814515B2 - 二重電極型アルミニウム電解槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は塩化アルミニウム含有ハロゲン化物溶融塩電解
浴を電解することによって塩化アルミニウムからアルミ
ニウムを取得するための電解槽に関するものである。

電解槽内において、塩化アルミニウムを含有するハロゲ
ン化物溶融塩電解浴、例えばＡＩＣＩ３−ＮａＣＩ−Ｌ
ｉＣｌ系電解浴、ＡＩＣＩ３−ＭｇＣＩ２−ＮａＣｌ系
電解浴等をアルミニウムの融点以上の温度に保持して電
解することによりアルミニウムを取得する塩化アルミニ
ウム電解法は電解温度がホールエルー法に較べて約３０
０℃も低い７００℃近辺の温度で操業が行えること、ま
た電解による陽極反応生成物が塩素ガスであるため、電
極材料として用いられる黒鉛との反応が行はれず、従っ
て電極の幽耗がないなど種々の利点を有するので省エネ
ルギー、省資源型のアルミニウム電解法として注目され
ているに拘らず、未だ工業用電解槽として定着したもの
はない。

然し、現在までに最も可能性があるとみられるものに近
年米国アルコア社によって提案された水平二重電極によ
る電解槽がある。

このアルコア電解槽の特徴は塩化アルミニウム含有パロ
ゲン化物溶融塩を充した電解槽の両極間に多数の水平な
長方形黒鉛電極板を槽内壁との間に適宜の間隙を生ずる
ようにして設置し、両極間に通電することによって積層
した各電極間における浴中の塩化アルミニウムの電解を
行なって、それぞれの電極の陽極面に塩素ガスを、また
陰極面に溶融アルミニウム粒を生成するようにしたもの
であり、陽極に生成した塩素ガスを長方形電極のー側辺
から蕾極と槽内壁間に形成された空隙を上昇通路として
上昇させ、その上昇力によって槽内に電解浴の一方向循
環流を形成させ、一方陰極に生成した溶融アルミニウム
粒は上記循環流によって陰極面上を移動してガス上昇通
路に達し、自重によってガス上昇通路内を循環流と向流
的に降下させ槽底部に蓄積させるものである。

然しなから、このようなアルコア電解槽においては上記
したように、塩素ガスと溶融アルミニウムが同一ガス上
昇通路内を向流的に移動すること、また陽極に生成する
塩素ガスか長方形の一辺に集中するためガス排出側電極
間の電解浴中のガス含有量が極めて大きいことなどから
アルミニウムと塩素ガスとの接触する機会が大きく、従
ってアルミニウムが再塩素化を起し、電流効率を低下さ
せる欠点があった。

本発明は上記従来の電解槽における欠点を除去し効率の
よい塩化アルミニウムの電解を行うことができる電解槽
を提供することを目的とするもので、蓋部の中央部に原
料供給口、その周辺にガス排出口を有し、また底部に溶
融メタル溜とメタル取出口を有する円筒状密閉型電解槽
内に、少くとも１個の中間二重電極が陽陰画極間に形成
されるようにして複数個の漏斗状電極を一定の極間距離
をへだでて積層して設け、且つ各電極の外周側面と槽内
壁面間に適宜のガス上昇通路を形成せしめたものである
。

以下本発明の一実施例を示す電解槽をその実施態様を示
す図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明電解槽の一実施例を示す従断面図である
。

図において１は円筒状密閉型電解槽であって、外側から
鉄製外板２、グラスウール保温層３、アルミナ質耐火材
４、窒化物質耐火材５により形成される。

６は電解槽１の頂部に設けられた密閉蓋部で、電解槽１
と同じ構成により形成されている。

蓋部６の中心部には原料塩化アルミニウム蒸気を浴中に
導入するための原料供給口７が設けられており、さらに
蓋部６の周辺部には電解によって発生した塩素ガスを槽
外に排出するためのガス排出口８が複数個設けられてい
る。

電解槽１の底部には電解によって得られる溶融アルミニ
ウム溜９が形成されていて、この部分の内壁１０は黒鉛
製レンガが使用される。

１１は溶融アルミニウム溜９に蓄積された溶融アルミニ
ウムを採取するための取出口である。

取出口１１の周囲には温度調節機構１２が設けられてお
り、取出口１１の内壁の温度を適宜制御することによっ
て内壁に附着するメタル固化層１３の厚みを調節し、こ
れによってメタルの取出し速度を調節することができる
。

１４，１５，１５，１６はそれぞれ中心孔１７と周辺間
隙を有し、且つ中心孔１７に向って凹に傾斜する黒鉛製
漏斗状電極であり、各電極１４，１５，１５，１６は電
解槽１の垂直中心軸上に適宜の極間距離をへだでて積層
状に配設されていて最上部の電極１４および最下部の電
極１６にはそれぞれ通電端子１８．１９が取り付けられ
、陽極および陰極を構成している。

また中心孔１７にはシール材としてアルミナ質あるいは
窒化物質等の耐浴性を有する耐火材製のスリーブ１７ａ
が嵌め込まれている。

なお、両電極１４，１６の中間に位置する電極１５．１
５は上下両面が両極としての機能を有する二重電極とし
て作用する。

２０．２０’，２σ”，２０″′，２０″″は電極１４
，１５，１５，１６の外側面を被覆保護すると共に各電
極１４，１５，１５，１６を所定の極間距離に保持する
ためのアルミナ質あるいは窒化物質その他耐浴性を有す
る耐火材製のスリーブであって、各電極１４，１５，１
５，１６はそれぞれ下端周囲に設けられたフランジ部２
１．２１’，２１“，２１″／において上記スリーブ２
０’，２０“，２０″′，２０″″にによって支持され
る。

また上記各スリーブおよびフランジにはそれぞれ適宜の
間隔で連通ずる切込み２３．２３’，２３“，２３″′
および２４．２４’，２４“，２４”’が設けられてい
る。

なお、上記したフランジ部２１．２１’，２１“，２１
″／に形成される切込み２４，２４’，２４“，２４″
′は第２図に示す展開図に見られるようにガスの量の多
くなる槽上部になるに従ってその開口を次第に大きくし
ておくとよい。

２５は前記原料供給口７と最上部の漏斗状電極１４の中
心孔１７を連結するアルミナ質あるいは窒化物質その他
耐浴性を有する耐火材製のフードで、下部円周面に複数
個の電解浴が流入する通路２６を有する。

なおフード２５は円筒状に耐火レンガ等で積み立ててお
いでもよい。

次に、このように構成された電解槽の操作について述べ
る。

まず、槽１内に塩化アルミニウムを含有するハロゲン化
物電解浴を浴面２７まで充しておいて、両極１４．１６
間に通電するときは、１４．１６に挾まれて存在する各
漏斗状電極１５．１５が二重電極となりそれぞれの上面
は陰極として、また下面は陽極として機能する。

従って各電極１４，１５，１５，１６間の空間に存在す
る電解浴中の塩化アルミニウムの電解によって陽極面に
は塩素ガスが生成し、陰極面には溶融アルミニウムが粒
状で折出する。

ところが各電極１４，１５，１５，１６は漏斗状形状を
有するので陰極面に生成した溶融アルミニウム粒は漏斗
の上面傾斜面に沿って中心孔１７に向って求心的に降下
し、さらに中心孔１７を落下して溶融メタル溜９に蓄積
される。

一方陽極においては生成した塩素ガスは漏斗の下面傾斜
面に沿って円周方向に拡散的に上昇し、スリーブの切込
み２３，２３′，２３“，２３″，′およびフランジの
切込み２４，２４’，２４“，２４″／を通って周辺間
隙（ガス上昇通路）を上昇し、槽頂部の蓋部６の周辺部
に設けられたガス排出口８より槽外に排出される。

この場合、上記ガス上昇通路内に満たされている電解浴
は塩素ガスの上昇力による揚力効果により上昇流を生じ
、電極の中心孔１７には逆に下降流が生ずるので、これ
に伴ない槽内の電解浴は第１図の矢印で示すように、電
解槽あ中心孔１７から各電極１４，１５，１５，１６の
間を通って槽周辺部に達し周辺間隙（ガス上昇通路）を
上昇して槽最上部で塩素ガスと分離された後、フード２
５の通路２６より再び槽中心孔１７に還流する循環流を
形成する。

なお、複数個の漏斗状電極１４，１５，１５，１６を一
定の極間距離を置いて積層する場合、図では支持材兼用
のフランジを有する電極を用いたが、例えば複数個のア
ルミナ細管による支柱のセパレータを置いて保持しても
よい。

その場合において電極と槽内壁間に適宜のガス上昇通路
を設けなければならぬことはいうまでもないことである
。

また電極を円筒型のスリーブのみによって保持し、スリ
ーブには切込みを設けて周辺間隙（ガス上昇路）を連通
せしめてもよい。

なお、実施例では原料供給口７と電極の中心孔１７とを
フード２５で連結したが、フードを用いず原料供給口よ
り直接原料塩化アルミニウム蒸気を電極の中心孔に吹込
むこともできる。

以上説明したように、本発明によれば電極が漏斗状に形
成されているので電極下面の陽極面に生成する塩素ガス
は漏斗の下面を周囲に向って速やかに、拡散的に上昇し
、一方電極上面の陰極面に析出する溶融アルミニウム粒
は中心孔に向って求心的に下降するのでアルミニウムの
再塩素化反応の機会が著しく少ない。

また、このように塩素ガスが電極下面を拡散的に上昇す
ることは、電極間の各部における電解浴中のガス含有量
が平均化され、従ってブス排出側の電極間に存在する電
解浴中の塩素ガス含有率は余り高くならず、この部分で
の生成溶融アルミニウムの再塩素化が抑制されるなど再
塩素化による電流効率の低下が必然的にさけられ、電解
の効率を極めて良好に保つことができる。

即ち、本出願人の実験によれば、従来の水平二重電極に
よる電解槽の電流効率は平均８５％であるのに対し、本
発明では９０％以上であることが確認できた。

その上、本発明においては電解浴の循環流が槽周辺部を
上昇し槽中心部を下降するので蓋部中心部から供給され
る塩化アルミニウムの浴中ヘの導入は極めて容易に行な
われ、塩化アルミニウム蒸気の排出塩素ガス中への同伴
損失を抑えることができるなどの効果をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電解槽の一実施例を示す縦断面図、第２
図は各電極におけるフランジ部とスリーブ展開図である
。 １……電解槽、２……外板、３……保温層、４，５……
耐火物、６え…蓋部、７……原料供給口、８……ガス排
出口、９胃…溶融アルミニウム溜、１０……内壁、１１
……取出口、１４，１５，１６……電極、１７…山中心
孔、２０，２０’，２０“，２０″／，２０″″……ス
リーブ、２１，２１’，２１“，２１″′……フランジ
部、２３．２３’，２３“，２３”’，２４，２４’，
２４“，２４″′……切込み、２５……フード、２６…
…這路、２７……浴面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓋部の中心部に原料供給凸、周辺部にガス排出口を
   有し、底部に溶融メタル溜とメタル取出口を有する円筒
   状密閉型電解槽内に少くとも１個の中間二重電極が陰陽
   両極間に形成されるようにして中心孔を有する複数個の
   漏斗状電極を一定の極間距離をへだでて積層して設け、
   且つ各電極の外周側面と槽内壁間に適宜の労ス上昇通路
   を形成せしめてなる二重電極型アルミニウム電解槽。 ２ 蓋部の中心部に原料供給口、その周辺部にガス排出
   口を有し、底部に結融メタル溜とメタル取出口を有する
   円筒状密閉型電解槽内に少くとも１個の中間二重電極が
   陰陽両極間に形成されるようにして中心孔を有する複数
   個の漏斗状電極を一定の極間距離をへだでて積層して設
   け、且つ各電極の外周側面と槽内壁間に適宜のガス上昇
   通路を形成せしめ、前記原料供給口と最上部の漏斗状電
   極の中心孔とをフードにより連結し、フードには電解浴
   の通路を設けた二重電極型アルミニウム電解槽。