JPS585268B2 - 溶融塩浴中で金属を電解製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融塩溶で電解により金属を製造する方法に関
する。

本発明は米国特許３，７７３，６４３号および第３．７
７９，６９９号明細書に記載されている、ガラス障壁を
使用する方法に対する改良として考えることが出来る。

これらの特許には、複極電解槽で塩化アルミニウムの電
解により金属を製造するのに溶融塩浴を使用することは
非常に困難なことがあることが指摘されている。

ガラス障壁は普通溶融塩浴を効果的に含有するが、それ
でも浴は障壁から、たとえばガラス障壁を構成する個々
のガラスシートの端の周りから漏れたりまたはガラスに
生じる亀裂から漏れたりすることが時折起り得ることが
見い出されている。

前述の特許に指摘されているように、溶融塩浴が漏れて
電解槽の鋼容器と接触すると、陽極の所で塩素のような
物質の発生が起ることがある。

この塩素は鋼に急速に穴を開けるになる。

陰極の所では、生じた金属の指状突起が鋼から亀裂に沿
って内部へ成長し複極電解槽の少なくとも一部に不経済
な短絡をもたらす。

これに関して、電解槽のアノードまたはカソードがたと
えば亀裂内の溶融電解液を介していったん鋼外殻に連通
したら、外殻に絶対に電流が流れえないようにすること
はほとんど不可能であることが実際に見い出された。

これらの問題からみて、本発明の目的は、複極電解槽に
おいて溶融塩浴中で電解により金属を製造する方法を提
供することであり、この方法は溶融塩を介して電解槽か
ら電流が漏れるのを防止する能力により改良が加えられ
ている。

本発明によれば、複極電解槽において溶融塩浴中で電解
により金属を製造する方法が提供され、この方法は浴を
含有する電解槽の部分に連続した電気絶縁物質を設けて
浴を電気的に絶縁することを含み、上記物質はプラスチ
ックまたはゴムである。

水性電解液系で複極電解槽をプラスチックまたはゴムで
包囲することはたとえば米国特許Ｒｅ２６，６４４およ
び３，２８７，２５１号明細書で開示されている。

明らかに電解槽の電解的に活性な部分で高温度を伴うの
で、水性電解槽のこの技術を溶融塩電解槽に応用するこ
とはいまだ考えられていない。

プラスチックシートを用いている米国特許第３，３７２
，１０５号明細書の電解槽（複極電解槽ではない）にお
いてさえ、電解槽運転中の実際の電気絶縁は標準に合わ
せた非導電性耐火鉱物粒子の薄い緻密な層によって行わ
れる。

米国特許第３，３７２，１０５号明細書に記載されてい
るような単極電解槽で絶縁しなければならない通常の操
作電圧は、通常の操作電圧が一般に少なくとも１０ボル
トである複極電解槽に関する本発明の場合の電圧と比較
して比較的小さい。

本発明の好ましい面は電解槽の壁部の温度を使用される
特定のプラスチックまたはゴムが抵抗出来る以上の温度
を受けて損傷されないような水準にもたらすために冷却
を用いることである。

前述の米国特許第３，７７３，６４３および３，７７９
，６９９号明細書には、米国特許第８８１，９３４およ
び２．７８３，１９５号明細書と同様に電解槽の水冷が
記載されている。

しかしながら、冷却が実際にプラスチックまたはゴムに
到達するように注意しなければならない。

さもないとそれらの物質は燃焼または炭化するからであ
る。

このプラスチックまたはゴムの冷却はたとえばそれらの
物質を被覆として冷却された金属槽容器に直接結合させ
ることにより行うことが出来る。

プラスチックまたはゴムを使用するという本発明の思想
は、米国特許第３，８２２，１９５号明細書に記載され
ているような方法の電解槽で試みられており、その試み
は目的を首尾よく達成することが判明している。

一般に、１アノードおよびカソードに連結された母線の
いずれかおよび２本発明によりゴムまたはプラスチック
で被覆された鋼種容器間の抵抗測定値は、工程操作牛歩
なくとも２オームになるであろう。

好ましくは、抵抗は少なくとも２５オームであり、より
好ましくは少なくとも４０オームである。

本発明は、金属と接触した際金属に穴を開けるたとえば
塩素のようなアノード生成物を生じる、鋼のような金属
の殻に含まれる複極電解槽の場合特に重要である。

したがって、浴が金属殻と接触する場合、電解槽が複極
式に操作されているいう事実は比較的高い電圧が、殻自
身を電解で関与させるため利用されることを意味する。

実際、それを避けるあらゆる手段にもかゝわらず、米国
特許第３，８２２，１９５号明細書に記載されているよ
うな電解槽の殻は一般にアノードの電圧を取ることが判
明している。

この場合、電解槽にかゝるほとんど全部の電圧は鋼殻で
発生期の塩素の発生に向けられ得る。

この発生期塩素は鋼と本質的に定量的に反応し、鋼に急
速に穴を開ける。

穴が生じたら、電解槽の冷却から水のような冷却剤が溶
融浴に進入することがあり、それは時には激しく反応す
る。

たとえ殻を完全に絶縁することが出来ても、溶融浴は２
つの異なる場所だけは殻と接触する必要があり、次いで
電解槽にかゝるほとんど全部の電圧までが再び作用し、
１つの場所で塩素がおよび他の場所で金属が生成するこ
とになる。

電解槽の壁を、プラスチックまたはゴムを電解的に活性
な領域から十分能して配置し、電解槽壁の温度低下をた
とえば水冷により強制的に行う必要なしにプラスチック
またはゴムの位置の温度をその最大使用温度以下にする
ことが出来るように十分厚くすることも出来るであろう
。

しかしながら、これには実際的な制限がある。

すなわち電解槽に非常に厚い壁を設ける費用は水冷のよ
うな技術を用いる費用とバランスしなければならない。

本発明を用いて溶融塩浴に溶解した塩化アルミニウムを
電解することによりアルミニウムを電解製造する電解槽
の一部を図面に説明する。

電解槽構造は槽の鎖側壁１２を取り巻く外側銅冷却ジャ
ケット１０を包含する。

冷却流体（冷却剤）たとえば水は槽から熱を取り出すた
めジャケット１０を通過して流れる。

たとえば鋼製の構造体収容器は槽および冷却ジャケット
を包囲し支持する。

浴含有槽の内面すなわち鎖側壁１２と対応する鋼底板に
より形成される面は、本発明によりプラスチックまたは
ゴム物質の連続耐食性電気絶縁ライニング２２で内張す
される。

熱硬化性エポキシベース塗料およびガラス繊維布を交互
にした層から構成したライニング２２で良好な結果が得
られた。

本発明で適用するための他のプラスチックまたはゴム物
質は天然プラスチックたとえばアスファルトおよび合成
プラスチックたとえばボッテトラフルオロエチレン、シ
リコーン樹脂、および一般にエポキシ樹脂である。

ゴム物質も天然および合成の両方のゴムを包含する。

ガラス繊維のような繊維状補強材を含む種々の充填剤を
使用することが出来る。

たとえば、酸化防止剤、熱安定剤および可塑剤も存在す
ることが出来る。

使用される特定のプラスチックまたはゴム組成物はたと
えばその場所に存在すべき温度、それを所定の位置に配
置する方法および電解槽の意図された寿命を考慮するこ
とにより選ばれるであろう。

ライニング２２の内側には、好ましくは、前述の米国特
許第３，７７３，６４３および３，７７９，６９９号明
細書に詳述されているようなガラス障壁１３が配置され
る。

電解槽はまた溶融塩化アルミニウム含有ハライド浴およ
びその分解生成物に抵抗性のある熱絶縁性、非導電性窒
化物物質からつくった耐火性側壁レンガ２４で内張すし
てもよい。

第２図を参照するに、抵抗の監視方法の例が説明されて
いる。

複極電解槽３０に第１図に示すような側壁および底部構
造体が設けられ、アノードバス３２およびカソードバス
３４が連結される。

被覆２２（第１図）の所望の抵抗測定は、鋼殻１２（第
１図）上の任意の点３８とこゝに説明された例ではアノ
ードバス３２との間に単に抵抗計３６を連結することに
より行うことが出来る。

被覆２２の所望の抵抗以外の抵抗は一般に十分小さく、
したがって測定されるのは被覆２２を流れる電流の流れ
に対する抵抗である。

しかしながら、抵抗計をこのように連結した場合ガラス
障壁１３（第１図）またはレンガ２４（第１図）が被覆
２２を流れる電流の流れに対して寄与する大きな抵抗で
あるかどうかは問題ではなく、重要な事は抵抗が存在す
るということである。

さらに、連結がアノードバスまたはカソードバスになさ
れるかどうかは溶融塩の導電度による無視し得る差異を
生じるに過ぎない。

さらに、抵抗計の他の端部をジャケット１０（第１図）
に連結するのが有利であり得る。

何となれば、ジャケット１０は通常の場合ジャケットの
端部で殻１２に直接接触するであろうからである。

抵抗計は槽３０で電解が行われている間連続的に作動さ
せることが出来、抵抗測定値がたとえば２オーム以下に
落ちた場合警報信号を発してたとえば電解電流供給源４
２を切るように警報装置４０をセットすることが出来る
。

下記の例により本発明をさらに説明する。

例 側壁１２および底板（図示せず）により形成された鋼殻
をその内面をサンドプラスしてミルスケール、銹、酸化
物等を除去し、次いで乾燥空気ですべての異物粒子を吹
き飛ばす。

次に、内面に４層のエポキシ塗料被覆を設け、各２つの
隣接するエポキシ塗料被覆間にガラス繊維布を押し込ん
だエポキシ塗料被覆を配置する。

これによりガラス布を含有する３層のエポキシ塗料被覆
と４層の普通のエポキシ塗料被覆の全体で鋼殻に直接結
合される被覆は７層になる。

これらの７層の被覆によって生じる全厚は約３．１７ｍ
ｍであった。

使用した特定のエポキシ塗料はナショナルエレクトリッ
クコイルカンパニーＺＡ４４０サーモポキシペイントで
あった。

エポキシ塗料のいずれの被覆も湿潤厚約０．２ｍｍで施
す。

ＺＡ−４４０サーモポキシ塗料はベースと触媒活性剤を
共に混合することを必要とする２部分塗料系である。

混合は電動塗料混合パドルでベースと活性剤が完全に混
合されるまで行い、２部分系の混合比は重量基準で１部
の触媒対７部のエポキシベースでああた。

混合２部分系のポットライフは２０分であり、混合して
２０分以内に適用出来る量の塗料だけを一時に施した。

塗料はペイントローラーおよびパンを用いて施した。

塗料被覆は４〜８時間で粘着性がなくなる。各塗料被覆
の完全硬化には室温で９６時間を要する。

硬化時間はジャケット１０に熱水を循環させることによ
り促進された。

前の層が完全に硬化するまで追加の塗料被覆は施さなか
った。

エポキシ塗料の第一の普通の被覆の完成後、エポキシ塗
料の第２被覆を湿潤厚約０．２ｍｍで施し、この第２被
覆にガラス布を圧入した。

ガラス布は塗料がまだ湿っている間に圧入する。

ローラを用いて布のすべてのしわおよび気泡を除去する
。

次いで硬化を行う。

この後に普通のエポキシ塗料の第粉被覆が来る。

これを硬化し、次いでガラス布を圧入したエポキシ塗料
の第２被覆を施し、その後同様の作業を行う。

任意のある被覆中のガラス布の隣接部分は重なり合うよ
うにした。

電解槽はその側壁にアノードおよびカソード導線を有す
るセラミック管を受は入れる穴を有した。

同じ層にしたプラスチック被覆をこれらの穴の壁部に設
けた。

穴とセラミック管との間の間隙は最後に米国特許第３．
７４５，１０６号明細書に記載されているようにセラミ
ック繊維ロープできつく包んだ。

電解槽の残りは１２隔室複極電解槽（すなわち、アノー
ド、カソードおよび１１複極電極）として構成し、次い
で下記の組成（重量％）を有する平均溶隔塩浴を充填し
た： ＮａＣ１５１，０ ＬｉＣｌ ４０．０ＡｌＣ１３６
，５ ＭｇＣ１２２，５ この組成＋自然の不純物で作動する電解槽の壁部は分析
すると１２０℃以下の温度で溶融したままでありかつ室
温で少なくとも部分的に溶融する塩組成物を含有するこ
とが常に見い出された。

溶融アルミニウムおよび塩素を製造するための電解は電
解槽に３１ボルトの電圧をかけ平均温度７１５℃で行っ
た。

電解槽操作中、母線と側壁１２間の抵抗は４０〜１００
オームである。

この変化は鋼殻上から母線に延在する鋼殻の外側ののよ
うな物によって引き起されるもので、したがって、プラ
スチック被覆の穴はそのような変化によって指摘されな
い。

抵抗が恐らくはたとえば２オーム以下に低下する場合の
み、被覆の穴について実際に心配し始めればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により金属を製造するための電解槽の壁
部の一部の断面正面図、第２図は本発明の方法で行う監
視方法を説明する概略図である。 １０・・・冷却ジャケット、１２・・・鋼側壁（米国特
許第３，８９３，８９９号明細書の鋼殻１に相当）、１
８・・・構造収容器、２２・・・ライニング、２４・・
・レンガ（上記特許のレンガ３に相当）、３０・・・複
極電解槽、３２・・・アノードバス、３４・・・カソー
ドバス、３６・・・抵抗計、４０・・・警報装置、４２
・・・電流供給源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電解槽にかかる電圧が少くとも１０ボルトである複
   極電解槽中で、金属を溶融状態で取得するのに十分な温
   度の溶融金属塩浴中でアルミニウム金属を電解製造する
   方法において、上記塩浴の入った電解槽の部分にプラス
   チックまたはゴムからなる電気絶縁物質の連続層を用い
   て浴を電気的に絶縁することを特徴とするアルミニウム
   の電解方法。 ２ 上記物質がエポキシ塗料とガラス繊維布の層である
   、上記第１項に記載の方法。 ３ ガラス障壁が浴と絶縁物質との間に配置される、上
   記第１または２項に記載の方法。 ４ 電解槽が金属殻に含まれ、絶縁物質が上記殻の内部
   の被覆である、上記１〜３項の何れかに記載の方法。 ５ 金属殻がその外面の冷却剤と連通することにより冷
   却される、上記第４項に記載の方法。 ６ 電解槽の母線と金属殻間の抵抗が少なくとも２オー
   ムである、上記第４または５項に記載の方法。 ７ 金属が鋼である、上記第４〜６項の何れかに記載の
   方法。 ８ 溶融金属塩がＡｌＣｌ３である、上記第１〜７項の
   何れかに記載の方法。 ９ 塩素が電解でアノード表面に生成する、上記第８項
   に記載の方法。 １０浴の少なくとも一部が１２０℃以下の温度で溶融し
   たまゝである、上記第１〜９項の何れかに記載の方法。