JPS6017036B2 - 溶融塩化マグネシウムの電解装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属塩化物、特に溶融塩化マグネシウムの電解
による金属マグネシウムの製造に関する。

金属マグネシウムは塩化マグネシウム、塩化ナトリウム
、塩化カルシウム等を含む溶融塩浴の電気分解によって
製造されるが、析出する金属マグネシウムはこの露総浴
に比して比重が小さく電解裕中を上昇するので、電解装
置には陰極表面に析出し浴中を浮上する塩素ガスと再結
合するのを防止するための構成が必要になる。

このような目的の為に、例えば米国特許第２７８５１２
１号明細書記載の装置では、析出した液相金属マグネシ
ウムは陰極面に沿って上昇し、陰極坂上方に設けられた
樋に受けられ、樋の傾斜に従って電解槽の側方上部に収
集される構成になっている。この際陰極上部へ浮上した
マグネシウムを収集部へ移動させるための力としては、
函解浴に対する僅かな比重差しか利用できないので、樋
の傾斜角はかなり大きくとる必要がある。このためには
陰極は電解浴面下深く浸潰しなければならず、その結果
電極の断面積に比べて過度に大きな電解槽断面積を要し
、電解槽断面積当りの電解効率の向上が望めない、とい
う欠点が避けられない。一方陽極側に発生する塩素ガス
を蒲集する形式の電解槽に於いても、電解裕面に浮上し
たマグネシウム一箇所に収集する必要があり、さらにマ
グネシウムが塩素のための隔壁を設けない構造の電解槽
に於いては、より速やかに浮上したマグネシウムを糟外
へ導出すことが要求される。

特に比較的小型の電解槽に多数の中間電極を配置する直
列型電解槽においては、陽極・陰極間に高い全電圧を印
加するので、浮上したマグネシウムを介して漏洩電流が
生じるのを防ぐためにも、マグネシウムを効率的に電解
室外へ排出する手段を講じることが必要となる。従って
本発明は析出マグネシウムを移動させるのに電解格の強
制対流乃至強制循環流を利用し、この流れにマグネシウ
ムを乗せてマグネシウム溜り収集できるようにし、また
電解格の温度を電解室外で凝固しない程度に低下せしめ
、以て上述の従来技術の欠点を克服したものであって、
その要旨とするところは、塩化マグネシウムを溶融状態
にて保持し外気から遮断する電解室、この電解室内に溶
融塩浴面に対し本質的に垂直に配置され所要電力を供給
される少くとも１対の陽極及び陰極、これはの各対間に
一列に配置した複数個の二極性中間電極及び金属マグネ
シウム及び塩素ガスをそれぞれ回収するための手段を有
する電解室並びに該電解室の裕面付近に設けた亀解浴出
口と該電解室の底部付近に設けた裕入口との間を電解室
の外部で連結する外部流路、及び該外部流路の少くとも
一部分に設けた電解格の冷却手段から本質的に構成され
、以て外部流路において強制的に浴の下降流を形成して
電解室から該流路に向かう浴の流れを形成せしめるべく
したことを特徴とする、溶融塩化マグネシウムの電解装
置に存する。

本発明に従って溶融塩の電解を行なう時は、電解操作に
て加熱された電解俗は冷却通路へ溢流し、この冷却通路
内で積極的に冷却され、密度の増加により自然に或いは
他の手段で強制的に通路を下降し、電解室底部へ戻され
る。こ）で通電操作の為再加熱されて電解室内を上昇し
循環流を形成する。この循環流は、発生する塩素ガスの
泡によって駆動される電解俗の流れを増強し、析出した
マグネシウムが電解裕中を浮上するのを助けると共に、
裕面に浮いているマグネシウムを電解室から運び出す働
きをする。こうして、生成した金属マグネシウムは冷却
通路の上方を通過して電解室の織部に接続されたマグネ
シウム溜へ集められる。電解室からマグネシウム溜への
マグネシウムの誘導には必ずしも特別な案内器具等は必
要としないが、電極板上方に設けた、進行方向に沿って
上昇勾配を付けた樋等を用いれば、金属マグネシウム回
収効率の点でさらに有効である。本発明に於いて、冷却
通路は電解室から隔壁で隔てられ、且つ陰極板頂部より
上方の高さと底部とに於いて電解室と連結されて設けら
れる。

内部の函藤浴の冷却は、他の部分に比べて薄く構成され
た外壁越いこ自然通気により、或いはこの外壁の外面に
接して設けた空冷ジャケットに強制的に冷気を導入する
ことによって、または冷却通路内に挿入配置されたパイ
プに冷気を送入することによってより効果的に実施する
ことができる。電解０室を出る浴と入る格との温度差は
１０ｑｏ以上が適当で、好ましくは約３０℃程度である
。上記冷却通路は電解室の両側に設置することも可能で
ある。

この構成は金属マグネシウムの案内流路として樋を用い
る場合について特に有利である。即ち電解格の流れが電
極板の幅の中央を境にして二方向に分かれるので、これ
に沿って二方向の上り勾配をもつ樋を使用することによ
り、樋の高さはほぼ半減することができ、従って樋を浸
濃状態に保つのに必要な電解俗の深さはかなり減少させ
ることができる。一方、電解格の循環流はより滑らかに
なるので電極表面からのマグネシウムおよび塩素ガスの
離脱、および樋からマグネシウム溜りへの移動がより容
易になる。本発明は多数の中間電極を用い陽極・陰極間
に高い全電圧を印加して行なう直列電解において特に有
効である。

この場合電解槽の容積当り特に多くの電極が用いられ多
量の金属マグネシウムが生成され、また格温も比較的上
昇するが、これは外部流路で効率的に冷却されると同時
に、この浴流に載せてマグネシウムが効率的に回収され
るのである。さらに、特に電流密度を上げて操作を行な
う時には、陽極材黒鉛の消耗や生成金属の損耗の危険が
大きくなるが、本発明に於いては、この危険は電解格の
電解室外での冷却によって効果的に除去されるから、多
数の電極を用いて高電流密度で電解操作を行なうことに
より高生産性を達成できるものである。本願発明の目的
を良好に達成するには循環流に乱れを生じさせないこと
が望ましい。

このためには、○｝ 電解槽の壁面に対向する各電極の
端部は嫁め込み等によって密着固定し、下降流を生じる
隙間を両者の間から除くことが好ましい。

｛２） 壁面の近くに於いて、糟壁を通じての放熱によ
りこの部分の格温が低下し、電極面間内で対流（循環流
）が生じるとマグネシウム回収の妨げになるので放熱が
大きい場合は壁面近くの電極間隔を４・さくして、特に
この部分の電流密度を上げて発熱量の増加をはかること
が望ましい。

電解室から各冷却通路を越えた電解槽の外端は、マグネ
シウム溜りへ連結されている。

樋伝いに或いは樋によらずに、循環流に乗って運ばれた
マグネシウムはこの溜りへ一且集められた後、混在して
いる塩化マグネシウムを分離して、或いは分離せずに、
例えばＫｍｌｌ法還元装置で使用される。電解によって
生成されるもう一方の生成物である塩素は、気体であり
密度の差が大きいから、函簾浴中を容易に浮上し、電解
槽の裕面上方の空間に集められ、糟の側壁や天井に設け
た排気口を経て槽外へ排出される。

本願発明に於いては、電解浴は加熱手段を有する別容器
で溶解し、また必要に応じて成分の調合をし保存したも
のを電解室の底部へ補給するのが好都合である。

次に本願の発明を図面によって詳細に説明する。

第１図は本発明の好適な一実施形態を示す側方断面図、
第２図は第１図でＡ−Ａの位置における立面断面図であ
る。

これらの図に於いて、電解槽１は本質的に耐火レンガで
構成された電解室２と冷却通路３を有し「両者は隔壁４
にて仕切られているが、冷却通路３の上方（電解裕面位
付近）及び底部はそれぞれ開〇５，６でもつて電解室２
と連結されている。電解室２にはほぼ中央にこれを横断
して黒鉛製の陽極板７が、また両端に鉄製の陰極板８が
陽極７を挟んで各１箇配置される。通電のために陽極板
７の上部は蓋体９から突出し、一方陰極８は電解槽１の
側壁から突出し、それぞれ導電部１０，１１を構成して
いる。陽極板７と各陰極板８との間にはそれぞれ５箇の
黒鉛板から成る中間電極１２が、電解室内に置かれたア
ルミナ等の絶縁物製の電極支持台１３上に載層される。
中間電極相互間並びにこれらと陽極及び陰極との間の間
隔は約５凧とし、電極相互間でまた極板全面にわたって
本質的に等間隔とする。更に各電極の側面は、電解室２
の対向する壁面に設けた溝に鉄込むことによって、電極
の固定並びに電解裕循環流の乱れの防止効果が同時に達
成されている。電解室２の上方の周壁に中間電極や陰極
の上端のレベルより間を置いた高さに、塩素ガスを鰭解
槽から排出するための排気孔１４が設けられている。冷
却通路の形状はここに示すように電解室と平行な矩形の
平面断面とすることができる。頂部は、電解室の中間電
極や陰極の頂部よりも少し上方に位置する、前記の関口
５によって連結されており、底部も同様に関口６によっ
て連結されている。底面の位置はこの図では電解室２の
底面とほぼ同じ高さに構成されているが、多少勾配を付
けて電解室側へ流れやすくしてもよい。冷却通路内の電
解格の冷却のために電解室と反対側の壁材の厚みが減じ
られており、更に中に冷気を強制的に導入されるための
冷却管１５が、この冷却通路内に配管されている。亀解
浴は、冷却通路３の底部に連結された浴供給管１６から
冷却通路底部を経て電解室２底部へ供甥溝される。この
格は加熱手段を有する別体の貯蔵容器（図示せず）で塩
化マグネシウムを溶融して作成され、必要に応じて組成
を調整され、溶融状態に保持される。電解反応中に形成
されるスラツジを櫓底部に沈降させ、槽外に排除するた
めに、電極板を載層する支持台１３には多数の開口ない
しスリットが設けられており、また電解室２と冷却通路
３の底面には、冷却通路の外端に向かって下り勾配が付
けられており、冷却通路底部に集積されたスラツジは排
出手段１７等を用いて排出管１８から適宜取出される。

次に第１〜２図に略示した本願発明による電解槽を用い
た操作例を示す。

電解室の大きさは縦１．１肌×横３．５のｕ深さ１．８
のであり、一方冷却通路は縦０．２仇×横３．５ｍ×深
さ１．８仇の大きさを有し、内部に外径１０肌の鉄製蛇
管を配置した。

電解槽７の外周壁は厚さ４６伽（ただし冷却室の外周の
薄壁部は２３仇）、電解室と冷却室との間の仕切壁は厚
さ２ルヱのそれぞれ耐火レンガで構成されている。電解
室内に、多数のスリットを設けたアルミナ製の支持台を
置き、この上に１の（幅）×２の（長さ）×１山ネ（厚
さ）の黒鉛板を中央に据えて陽極とし、両端に１の×０
．８の×５仇（厚さ）の鉄板を陰極として配置した。こ
れらの間に１肌×０．８の×１２物（最大厚さ）の黒鉛
板を下端で４蛾、上端で５肌の間隔でそれぞれ６枚ずつ
対称的に並べ中間電極とした。塩化マグネシウム２０％
、塩化カルシウム３０％、塩化ナトリウム５０％の組成
の電解俗を用い、陽極−陰極間夕に２６Ｖの電圧を加え
、隣接電極間に各々３７Ｖの電圧を与え、電流密度ｏ．
弘／地、電解電流８０００Ａで電解操作を２岬時間続行
した。この間電解室の上部温度が７１ぴ０．、冷却通路
の底部温度が６７０℃．に保たれるように冷却管に空気
が送入された。 Ｚ以上の操作により、金属マグネシ
ウム５５０ｋ９と塩素ガス１６５０ｋ９を得た。比較例 比較のため上記蛇管への空気送入を止めて操業したとこ
ろ、全体的な格温の上昇を来たしたのＺで、電解室上部
の温度を上記と同じの７１ぴ０．に保っために、入力電
流を７４０帆に下げねばならなかった。

この使用電流の低下及びマグネシウムの塩素との再結合
の増加のため、２過度間操業後のマグネシウムの生成量
は４８０ｋ９に減少した。 ２以上述べたように
、本発明によれば、【１１ 電解室で加熱された電解俗
は、別に設けた冷却通路で、放熱により密度を増加され
てこ）に下降流を生ずることによって、電解室における
上昇流と共に電解俗の対流（循環流） を形成２する。

生成した金属マグネシウムは電解格との小さな密度差に
加えてこの流れに乗って浮上し、選ばれるので、従来の
ようなマグネシウムのために案内誘導器具は必須ではな
くなり、また樋のような案内器具を用いる場合も、従来
に比して格段に小さい勾配を用いて極めて容易にマグネ
シウムを移動、収集することができる。この結果裕面下
に置かれるべき案内器具の全高が減少し、従って裕面位
乃至電解室の全高を大幅に減ずることができるので、電
解室の断面積当りの電解効率の大幅な向上が達成される
。更に電極表面における電解格の流れは常に上昇流であ
るので、電極表面に析出したマグネシウムおよび塩素ガ
スは効率的に電極表面から分離されるため、過電圧の生
じることがなく安定した操業が可能になった。■ 電解
格は外部流路で強制的に冷却されるので従来の装置に比
べて大電流、即ち高電流密度での操業が可能になる。

高電流密度下では、電解格の循環速度はより大きくなる
ので、マグネシウムの電解室間からの排出がより速やか
に行なわれるので、塩素との再結合による収率低下及び
発熱が阻止される。この点において、電解槽の構成を生
産能力に対してコンパクトにでき、建設費を低減できる
。糊 両端以外の鰭極は外部電源に接続する必要がない
ので、同数の電極を配設する並列電解槽に比べて、電解
槽の構成が簡単であり、装置全体をコンパクトにするこ
とができる。

‘４１ 主として次の各点において電力原単位の低下が
達成される。

ィ 外部に通じる電極の数が、同数の電極を従釆の如く
並列に接続する場合に比して外部に通じる電極の数が少
くて済むのでこの部分における函則日虫降下が減少した
こと。

ロ 電極からの熱損失は外部に通じる両端の極からのも
のだけであり、か）る熱損失がかなり減少したこと。

ハ 電解槽当りのブスバー使用量が減少し、これに伴な
Ｌ・電極とブスバーの接続箇所が減少したことにより、
導電部での電圧降下が減少したこと。

ニ 金属のｌｏｗ音程度の大きな電気抵抗値をもつ黒鉛
電極が１本で済むので、この電極の抵抗による電圧降下
乃至発熱による電力損失が防止できること。

‘５｝ 両端の電極と共に各中間電極からも塩素ガス及
び金属マグネシウムが捕集されることにより生産性が著
しく向上した。

‘６’ 電解槽外に通じる電極は両端のみであり、他は
外部との接続は必要ないので、密閉に工夫を要する突出
電極の数が少くて済み、電解槽の密閉が容易である。

従って電解槽密閉化による効果、即ち大気中の酸素の槽
内への混入、発生する塩素ガスの大気中への漏出等が防
止され、この結果；黒鉛電極の消耗及びスラッジ発生が
抑制される；塩素の純度が向上する：更に大気汚染がな
くなり作業環境が改善される。

等の利点が容易に得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ、本発明の好適な実施形態
の側面、正面、平面のそれぞれ断面を示す概略図である
。 図において、１・・・・・・電解槽：２・・・・・・電
解室；３…・・・冷却通路：４・・・・・・隔壁；５，
６・・・・・・閉口；７・・・・・・陽極；８・・・・
・・陰極；９・・・・・・蓋体；１０，１１・・・…導
電部；１２・・・・・・中間電極；１３・・・・・・支
持台：１４・・・・・・排気孔；１５・・・・・・冷却
管；１６・・・・・・電解裕供給管：１７・．・・・・
スラツジ排出手段；１８・・・・・・スラッジ排出管。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 塩化マグネシウムを溶融状態にて保持し外気から遮
   断する電解室、この電解室内に溶融塩浴面に対し本質的
   に垂直に配置され、かつ所要電力を供給される少くとも
   １対の陽極及び陰極、これらの各対間に一列に配置した
   複数個の二極性中間電極及び金属マグネシウム及び塩素
   ガスをそれぞれ回収するための手段を有する電解室並び
   に該電解室の浴面付近に設けた電解浴出口と該電解室の
   底部付近に設けた浴入口との間を電解室の外部で連結す
   る外部流路、及び該外部流路の少くとも一部分に設けた
   電解浴の冷却手段から本質的に構成され、以て外部流路
   において強制的に浴の下降流を形成して電解室から該流
   路に向かう浴の流れを増強し得るべくしたことを特徴と
   する、溶融塩化マグネシウムの電解装置。 ２ 上記電解浴の冷却手段が、他の部分に比べて薄く構
   成された電解槽壁構造から本質的に成る、特許請求の範
   囲第１項記載の溶融塩の電解装。 ３ 上記電解浴の冷却手段が、上記外部流路内に設けら
   れた冷気の通路から本質的に構成されている特許請求の
   範囲第１項記載の溶融塩の電解装置。 ４ 上記冷却手段が更に、上記外部流路の外壁面上に強
   制的に冷気の流れを強制的に接触せしめる構成を有する
   特許請求の範囲第２項或いは第３項記載の溶融塩の電解
   装置。