JPS5848636B2 - アルミニウムの電解製造法 - Google Patents
アルミニウムの電解製造法Info
- Publication number
- JPS5848636B2 JPS5848636B2 JP12381477A JP12381477A JPS5848636B2 JP S5848636 B2 JPS5848636 B2 JP S5848636B2 JP 12381477 A JP12381477 A JP 12381477A JP 12381477 A JP12381477 A JP 12381477A JP S5848636 B2 JPS5848636 B2 JP S5848636B2
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- JP
- Japan
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- aluminum
- bath
- electrolytic
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- electrodes
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- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアルミニウム塩化物を溶融塩電解して工業的に
有利にアルニウムを製造する方法に関するものである。
有利にアルニウムを製造する方法に関するものである。
従来、アルミニウムは工業的には酸化アルミニウム（ア
ルミナ）を溶融氷晶石を主体とする金属弗化物溶融塩電
解浴に溶解し、炭素を陽極として電解する所謂、ホール
・エルー法によって製造されている。
ルミナ）を溶融氷晶石を主体とする金属弗化物溶融塩電
解浴に溶解し、炭素を陽極として電解する所謂、ホール
・エルー法によって製造されている。
而し乍らホール・エルー法は原理的にアルミナの電解還
元に多量の電気エネルギーを必要とし、事実アルミニウ
ムを１トン製造するために要する電力、即ち電力原単位
は１４０００ＫＷｈ／ｔ或はそれ以上となるため、電気
エネルギー消費を低減し得るアルミニウムの製造技術の
開発が強く要請されていた。
元に多量の電気エネルギーを必要とし、事実アルミニウ
ムを１トン製造するために要する電力、即ち電力原単位
は１４０００ＫＷｈ／ｔ或はそれ以上となるため、電気
エネルギー消費を低減し得るアルミニウムの製造技術の
開発が強く要請されていた。
このホール・エルー法に代る有望な省電気エネルギー型
のアルミニウムの製造法としては、アルミニウム塩化物
をＮａＣｌ，ＫＣｌなどのアルカリ金属塩化物溶融塩浴
に溶かして電解する塩化アルミニウム電解法が知られて
いる。
のアルミニウムの製造法としては、アルミニウム塩化物
をＮａＣｌ，ＫＣｌなどのアルカリ金属塩化物溶融塩浴
に溶かして電解する塩化アルミニウム電解法が知られて
いる。
この塩化アルミニウム溶融電解法は電解温度がホール・
エルー法に較べて約３００℃低い７００℃附近の温度で
操業ができること、また陽極反応が塩素生成反応である
ため陽極に用いられる黒鉛電極が非消耗となることなど
、幾多の利点を有するに拘わらず、高温の塩化アルミニ
ウム及び生成塩素ガス等の取扱いが厄介なこと、更には
適当な耐浴材料が工業的に得られないことなどの理由で
、長い間工業的に利用されずに放置されてきた。
エルー法に較べて約３００℃低い７００℃附近の温度で
操業ができること、また陽極反応が塩素生成反応である
ため陽極に用いられる黒鉛電極が非消耗となることなど
、幾多の利点を有するに拘わらず、高温の塩化アルミニ
ウム及び生成塩素ガス等の取扱いが厄介なこと、更には
適当な耐浴材料が工業的に得られないことなどの理由で
、長い間工業的に利用されずに放置されてきた。
然し近年になって米国アルコア社から例えば特公昭５２
−１５０４４号、特公昭５２−１５０４３号および特公
昭５２−１５３６１号に示すように新しい電解装置と新
しい浴組成の電解浴による塩化アルミニウム電解法（ア
ルコア法）が提案され、俄かに工業的に着目されるに至
った。
−１５０４４号、特公昭５２−１５０４３号および特公
昭５２−１５３６１号に示すように新しい電解装置と新
しい浴組成の電解浴による塩化アルミニウム電解法（ア
ルコア法）が提案され、俄かに工業的に着目されるに至
った。
このアルコア法は高濃度にＬｉｃｌを配合したＡｌＣｌ
３−ＬｉＣｌ−ＮａＣｌ系の溶融塩電解浴を使用し、耐
火並びに耐浴性の優れた窒化物基体の耐火材料で内張リ
した槽内に炭素（黒鉛）電極板を適当な間隙をおいて積
層に積みあげ水平二重電極を構成させた電解槽を用いて
浴温約７００℃、電極間距離１５ｍ前後、電流密度ＩＡ
Ａ−ｎＬ附近で電解することにより、塩素ガスを陽極面
に生成させ、一方、溶融金属ア．ルミニウムを陰極面に
生成させるものであって、陽極面に生成した塩素ガスの
上昇に伴う揚力効果によって電解浴を極間を一方向？流
動させ、これによって陰極面に生成した金属アルミニウ
ムの極間からの排除と極間に存在する電解浴中の塩化ア
ルニウムの均一化を計ることにより電解操業の安定化を
計ると共にＡｌＣｌ３一ＮａＣｌ系電解浴成分中に電気
伝導度の高いＬｉＣｌを導入することによって槽電圧の
軽減を計ったものである。
３−ＬｉＣｌ−ＮａＣｌ系の溶融塩電解浴を使用し、耐
火並びに耐浴性の優れた窒化物基体の耐火材料で内張リ
した槽内に炭素（黒鉛）電極板を適当な間隙をおいて積
層に積みあげ水平二重電極を構成させた電解槽を用いて
浴温約７００℃、電極間距離１５ｍ前後、電流密度ＩＡ
Ａ−ｎＬ附近で電解することにより、塩素ガスを陽極面
に生成させ、一方、溶融金属ア．ルミニウムを陰極面に
生成させるものであって、陽極面に生成した塩素ガスの
上昇に伴う揚力効果によって電解浴を極間を一方向？流
動させ、これによって陰極面に生成した金属アルミニウ
ムの極間からの排除と極間に存在する電解浴中の塩化ア
ルニウムの均一化を計ることにより電解操業の安定化を
計ると共にＡｌＣｌ３一ＮａＣｌ系電解浴成分中に電気
伝導度の高いＬｉＣｌを導入することによって槽電圧の
軽減を計ったものである。
而し乍ら、このｌｋｌＣｌ３−Ｌｉｃｌ−ＮａＣｌ系電
解浴を用いた場合或いは従来のＡＩＣｌ３÷ＮａＣｌ系
またはＡＩＣｌ３−ＫＣｌ系の電解浴を用いた場合の電
流効率はせいぜい約８５％程度であるため電力原単位の
向上には限度があり、従って工業的に一層有利な電解浴
の開発が望まれている。
解浴を用いた場合或いは従来のＡＩＣｌ３÷ＮａＣｌ系
またはＡＩＣｌ３−ＫＣｌ系の電解浴を用いた場合の電
流効率はせいぜい約８５％程度であるため電力原単位の
向上には限度があり、従って工業的に一層有利な電解浴
の開発が望まれている。
発明者らは、特に電解浴組成について種々研究の結果、
先にＡｌＣｌ３−ＬｉＣｌ系の電解浴成分中に比較的大
量のＭｇＣｌ２またはＣａＣｌ２を含有せしめた場合に
は、９０％以上９５乃至９９％附近に及ぶ高電流効率を
もって塩化アルミニウムの電解を行ないうろことを明ら
かにした。
先にＡｌＣｌ３−ＬｉＣｌ系の電解浴成分中に比較的大
量のＭｇＣｌ２またはＣａＣｌ２を含有せしめた場合に
は、９０％以上９５乃至９９％附近に及ぶ高電流効率を
もって塩化アルミニウムの電解を行ないうろことを明ら
かにした。
その後さらに研究を進めた結果、上記した電解浴に少量
の塩化バリウムを添加するときは陰極に生成したアルニ
ウムの陰極面からの流動排除を極めて円滑に、且つ速や
かに行いうろことを見出した。
の塩化バリウムを添加するときは陰極に生成したアルニ
ウムの陰極面からの流動排除を極めて円滑に、且つ速や
かに行いうろことを見出した。
即ち、積層二重電極を用いた塩化アルミニウムの電解に
おいては、陰極に生成した金属アルミニウムを可及的に
速やかに陰極面から排除することが安定的な高電流効率
操業を行なうための必須要件であるが、発明者らの実験
によればアルカリ土類金属塩化物のなかで、ＢａＣｌ２
はＭｇＣｌ２及びＣａ（Ｊ’２のように電流効率向上の
効果は乏しいが、アルミニウムメタルの浴に対する界面
張力を減少させ、流動を助長する効果を有することが確
認された。
おいては、陰極に生成した金属アルミニウムを可及的に
速やかに陰極面から排除することが安定的な高電流効率
操業を行なうための必須要件であるが、発明者らの実験
によればアルカリ土類金属塩化物のなかで、ＢａＣｌ２
はＭｇＣｌ２及びＣａ（Ｊ’２のように電流効率向上の
効果は乏しいが、アルミニウムメタルの浴に対する界面
張力を減少させ、流動を助長する効果を有することが確
認された。
よって、本発明は塩化アルミニウムを含む金属塩化物溶
融塩電解浴を複数個の水平又は傾斜電極を適宜の極間距
離を保って上下に、積層状に配設した電解槽中において
電解し、陽極面に塩素ガスを、また陰極面に溶融金属ア
ルミニウムを生成させ、陰極面に生成した溶融アルミニ
ウムを極面より流動排除し、電解槽底に沈降させて取得
する方法において、溶融塩電解浴としてＡｌＣｌ ３
９Ｌ Ｉ ＣＡ！ ｔＢａＣ＃２ ｔＣａＣｌ２及び／
又はＭｇＣｌ２からなる混合浴とし、それぞれの混合量
を以下に述べる範囲に規定することによって、安定した
高電流効率？維持しつつ塩化アルミニウムの電解による
アルミニウム製造法を確立したものである。
融塩電解浴を複数個の水平又は傾斜電極を適宜の極間距
離を保って上下に、積層状に配設した電解槽中において
電解し、陽極面に塩素ガスを、また陰極面に溶融金属ア
ルミニウムを生成させ、陰極面に生成した溶融アルミニ
ウムを極面より流動排除し、電解槽底に沈降させて取得
する方法において、溶融塩電解浴としてＡｌＣｌ ３
９Ｌ Ｉ ＣＡ！ ｔＢａＣ＃２ ｔＣａＣｌ２及び／
又はＭｇＣｌ２からなる混合浴とし、それぞれの混合量
を以下に述べる範囲に規定することによって、安定した
高電流効率？維持しつつ塩化アルミニウムの電解による
アルミニウム製造法を確立したものである。
本発明において、塩化アルミニウムに対する溶媒塩とし
て選ばれたＬｉＣｌは電解浴の電気伝導度を向上させる
ものであり、８５〜２５重量％の範囲で使用される。
て選ばれたＬｉＣｌは電解浴の電気伝導度を向上させる
ものであり、８５〜２５重量％の範囲で使用される。
また、ＢａＣｌ２の３〜１５重量％の添加はアルニウム
の界面張力を減じ、極面からの流動排出を容易ならしめ
る効果をもたせるものであり、下限量以下ではその効果
は少なく、また上限量以上の添加は浴の密度を高め、ア
ルミニウムの沈降速度を低下させるので好ましくない。
の界面張力を減じ、極面からの流動排出を容易ならしめ
る効果をもたせるものであり、下限量以下ではその効果
は少なく、また上限量以上の添加は浴の密度を高め、ア
ルミニウムの沈降速度を低下させるので好ましくない。
次に、ＣａＣｌ２，ＭｇＣｌ２は何れも電解に際しての
電流効率向上に寄与するものであり、これらの塩は浴中
に１０〜４５重量％含有されることによって電流効率向
上の効果を発揮するものである。
電流効率向上に寄与するものであり、これらの塩は浴中
に１０〜４５重量％含有されることによって電流効率向
上の効果を発揮するものである。
下限以下ではその効果が充分でなく、また上限以上の含
有は浴の電気伝導度を著しく低下さすので共に好ましく
ない。
有は浴の電気伝導度を著しく低下さすので共に好ましく
ない。
最後に、浴中のＡｌＣｌ３濃度を余り大きくすると、浴
の電気伝導度が低下し、且つ浴の蒸気圧が過大となって
槽電圧の上昇と操炉の不安定を招くのでＡｌＣｌ３の濃
度は２〜１５重量％の範囲とした。
の電気伝導度が低下し、且つ浴の蒸気圧が過大となって
槽電圧の上昇と操炉の不安定を招くのでＡｌＣｌ３の濃
度は２〜１５重量％の範囲とした。
上記した本発明における電解浴を用いて塩化アルミニウ
ム電解の安定した操業が行なわれる電解条件は槽の形式
、容量等によって異なるが、一般的には浴温６８０〜７
８０℃、電流密度０．５〜２．ＯＡ／ｃｒｉＬ、極間距
離１０〜２５山であって、この範囲内で電解を行なうこ
とによって、ほぼ９０％以上の電流効率をもってアルミ
ニウムの電解製造を継続して行なうことができた。
ム電解の安定した操業が行なわれる電解条件は槽の形式
、容量等によって異なるが、一般的には浴温６８０〜７
８０℃、電流密度０．５〜２．ＯＡ／ｃｒｉＬ、極間距
離１０〜２５山であって、この範囲内で電解を行なうこ
とによって、ほぼ９０％以上の電流効率をもってアルミ
ニウムの電解製造を継続して行なうことができた。
電解は頂部原料供給口と塩素ガス排出口を、また底部に
メタル貯槽を有し、且つ、内部に黒鉛製の電極を配設し
た密閉型電解槽を用いて行われる。
メタル貯槽を有し、且つ、内部に黒鉛製の電極を配設し
た密閉型電解槽を用いて行われる。
なお、電極は適当な間隔をおいて上下平行に積み重ねら
れた一対の黒鉛板からなるもの、又は３個以上の黒鉛板
を積層状に上下に平行に並べて陽陰極の間に少なくとも
一個以上の中間二重電極を構成したものの何れでもよい
。
れた一対の黒鉛板からなるもの、又は３個以上の黒鉛板
を積層状に上下に平行に並べて陽陰極の間に少なくとも
一個以上の中間二重電極を構成したものの何れでもよい
。
また電極はアルコア法にみられるように水平に配設した
ものを用いることもできるが、この種の電解法において
は比較的極間距離が小さく陰極面に生或するアルニウム
量が増大すると極の短絡を招く恐れがあり、また塩素と
の反応機会も増大するので、これを速やかに陰極面から
排除してやるために、浴中にＢａＣ７２を添加すると共
に、板状電極を適度に傾斜させることが望ましい。
ものを用いることもできるが、この種の電解法において
は比較的極間距離が小さく陰極面に生或するアルニウム
量が増大すると極の短絡を招く恐れがあり、また塩素と
の反応機会も増大するので、これを速やかに陰極面から
排除してやるために、浴中にＢａＣ７２を添加すると共
に、板状電極を適度に傾斜させることが望ましい。
この場合には電解浴は陰極面に生或した塩素ガスの上昇
に伴う揚力効果により傾斜上方に向って流動し、陰極上
に生成したアルミニウムは逆に傾斜下方に向って自動に
より降下排除されることになる。
に伴う揚力効果により傾斜上方に向って流動し、陰極上
に生成したアルミニウムは逆に傾斜下方に向って自動に
より降下排除されることになる。
電極の傾斜は水平との角度が１０〜４５° とすること
が望ましく、傾斜角度が４５°を超えると、極間の電解
浴の流動が著しく強くなるため析出アルミニウムの再酸
化が起り易くなり却って電流効率が低下するので不利で
ある。
が望ましく、傾斜角度が４５°を超えると、極間の電解
浴の流動が著しく強くなるため析出アルミニウムの再酸
化が起り易くなり却って電流効率が低下するので不利で
ある。
次に、本発明の実施例を掲げる。
実施例 Ｉ
ＡＩＣｌ ３１０．０重量％、ＬｉＣｌ５０．０重量％
、ＭｇＣｌ２２９．０重量％、Ｂａ（Ｊ’ １ １．
０重量％の浴組成のＡｌＣｌ３ Ｌｉｃｌ ＭｇＣｌ
２ ＢａＣｌ２系混合溶融塩を電解浴としてアルミナ
質耐火材で内張した電解槽内で水平となす角度が３０°
の一対の傾斜黒鉛電極板（有効反応面６ ０ｍｒｔｒ×
３ ３ｍｍ）を用い極間距離を１４間に保ち、浴温７５
０℃、電流２０Ａ、電流密度ＩＡ〆適で４．５時間継続
して電解した結果２ ７． ６ ｆｔのアルミニウムを
得た。
、ＭｇＣｌ２２９．０重量％、Ｂａ（Ｊ’ １ １．
０重量％の浴組成のＡｌＣｌ３ Ｌｉｃｌ ＭｇＣｌ
２ ＢａＣｌ２系混合溶融塩を電解浴としてアルミナ
質耐火材で内張した電解槽内で水平となす角度が３０°
の一対の傾斜黒鉛電極板（有効反応面６ ０ｍｒｔｒ×
３ ３ｍｍ）を用い極間距離を１４間に保ち、浴温７５
０℃、電流２０Ａ、電流密度ＩＡ〆適で４．５時間継続
して電解した結果２ ７． ６ ｆｔのアルミニウムを
得た。
このときの電流効率は９１．２％であり、また槽電圧は
２．９２Ｖであった。
２．９２Ｖであった。
実施例 ２
ＡＩＣｌ３９．０重量％、ＬｉＣｌ５８．８重量％、Ｃ
ａＣｌ２ ２ ５．２重量％、ＢａＣｌ２７．Ｏ重量％
の浴組或のｋｌｃｌ３ ＬｉＣｌ ＣａＣｌ２−Ｂａ
Ｃｌ２系混合溶融塩を電解浴として、実施例−１と同一
電解条件で電解を行なった結果２ ７． ７ ｒのアル
ミニウムを得た。
ａＣｌ２ ２ ５．２重量％、ＢａＣｌ２７．Ｏ重量％
の浴組或のｋｌｃｌ３ ＬｉＣｌ ＣａＣｌ２−Ｂａ
Ｃｌ２系混合溶融塩を電解浴として、実施例−１と同一
電解条件で電解を行なった結果２ ７． ７ ｒのアル
ミニウムを得た。
このときの電流効率は９１．７％であり、槽電圧は２．
９０Ｖであった。
９０Ｖであった。
Claims (1)
- １ 塩化アル２ニウムを含む金属塩化物溶融塩電解浴を
複数個の水平又は傾斜電極を適宜の極間距離を保って上
下に、積層状に配設した電解槽中において電解し、陽極
面に塩素ガスを、また陰極面に溶融金属アルミニウムを
生成させ、陰極面に生成した溶融アルニウムを電解槽底
に沈降させて取得する方法において、溶融塩電解浴なＡ
ＩＣ１３２〜１５重量％、ＢａＣｌ２３〜ｌ５重量％、
ＣａＣｌ２またはＭｇＣｌ２またはその両者１０〜４５
重量％及びＬｉＣｌ ８５〜２５重量％からなる混合組
成とすることを特徴とするアルニウムの電解製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12381477A JPS5848636B2 (ja) | 1977-10-15 | 1977-10-15 | アルミニウムの電解製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12381477A JPS5848636B2 (ja) | 1977-10-15 | 1977-10-15 | アルミニウムの電解製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5456910A JPS5456910A (en) | 1979-05-08 |
| JPS5848636B2 true JPS5848636B2 (ja) | 1983-10-29 |
Family
ID=14869989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12381477A Expired JPS5848636B2 (ja) | 1977-10-15 | 1977-10-15 | アルミニウムの電解製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5848636B2 (ja) |
-
1977
- 1977-10-15 JP JP12381477A patent/JPS5848636B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5456910A (en) | 1979-05-08 |
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