JPS6025511B2 - 電気触媒性被覆層を備えた溶融塩電解用電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属のオキシ化合物と、金属導電性物質との
暁緒粉末の自立母体よりなり、その表面に電気触媒を設
けた溶融塩電解用電極に関する。

最近、電気化学工業に於いては、電解槽での陽極及び陰
極反応用の耐食性電極が、炭素、黒鉛及び鉛合金の消耗
性電極に取って代って一般に使用されている。特に耐食
性電極は、塩素及び苛性ソーダ製造用の流動水銀陰極槽
及び隅膜層、並びに塩化物又は硫酸塩水溶液から純金属
を回収する金属電解抽出槽に於いて有用であるのみなら
ず、船体及びその他の金属構造物の陰極防食にも有用で
ある。一般に耐食性電極は、陽極分極条件のもとで、表
面の少くとも一部を白金族金属又はその酸化物で被覆し
た耐食性ではあるが非導電性の酸化物層則ち『防壁層』
を形成する例えばＴｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ及びＷ
のようなバルブメタルの芯体を有す。

（米国特許第３７１１３８５号、第３６３２４９８号及
び第３８４６２７３号明細書参照）。しかしながら白金
族金属又はその酸化物より成るか或いはそれを含有する
導雷電気触媒性被覆は高価で、しかも電解処理の種類に
よっては結局は消耗則ち不活性化されるので、再活性化
、即ち再被覆しなければならない。しかもこの種の電極
は種々な電解処理には使用できない。例えば溶融塩電解
質中では、薄い酸化物防食層が全く形成されないか或い
は溶融電解質によって急速に破壊され、その結果バルブ
メタル芯体が急速に融解され、その触媒性貴金属層の損
失をもたらす。また例えば、フツ化物水溶液のような数
種の水性電解質や海水中では、バルブメタル芯体上の防
食性酸化物層の破壊電圧が過低電圧であり、またバルブ
メタル芯体は往々にして陽極分極条件のもとで腐食され
る。典型的には溶融氷鼠石からアルミニウムの製造に使
用するような溶融フッ化物の電解、即ち融解金属塩の電
解の如き苛酷な腐食性条件のもとで従来使用されていた
急消耗性炭素陽極及び陰極に代るものとして他の型種の
電極が最近提案されている。

経済的に極めて重要な前記アルミニウム製造用の電解処
理に於いては、炭素陽極は、生産アルミニウムのトン当
り炭素約４５０〜５００ｋ９の割合で消費されるのみな
らず、腐食陽極面と液体アルミニウム陰極との間に、狭
くて均等なギャップを保つためには高価な連続調整装置
が必要である。概算によれば、アルミニウム製造業者に
よって一年間に６００万トン以上の炭素陽極が消費され
る。炭素陽極は次の反応Ｎ２０３十３′２Ｃ→２ｑ＋３
′次０２ に従って焼失するのであるが、炭素粒子の脆弱化及び破
壊、および炭素が溶融塩電解質によって充分に湿潤され
ないために陽極表面の全域に亘つて生ずる陽極ガス膜中
に発生する間歌火花、又は腐食炭素陽極及び沈着金属の
分散粒子からの導電性粒子の『架橋川こよる短絡などに
よって、実際にはその消費率は前記よりも高い。

英国特許第１２９５１１７号明細書には、主成分として
のＳｎ０２と、少量の他の酸化金属、即ち２０％までの
分量に於けるＦｅ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｗ、Ｚｒ
及びＴａの酸化物とより成る暁結セラミック酸化物より
成る、熔融氷晶石浴用の陽極が開示されている。

一方、例えばＳｂ、Ｂｊ、Ｃｕ、Ｕ、Ｚｎ、Ｔａ、瓜等
の酸化物の如き少量の他の酸化金属類を添加した導電性
焼結構ｎ０２は従来長期に亘って交流ガラス溶解炉に於
ける耐性電極材として使用されているが、これを溶融塩
類の電解処理に陽極物質として使用すると消耗と腐食が
著しい。前記英国特許明細書に記載されている組成の試
料を３０００Ａ／〆に於いて溶融氷晶石電解質中で使用
した結果、その消費率は０．５夕／時／めであることが
判明した。競続Ｓの２電極のこのような高消耗率は次の
ような諸因子によるものと考えられる。即ち、【ａ’ハ
ロゲンによる化学的浸食（実際にはＳｎＷがハロゲンイ
オンの高配位数の鑑化合物を形成する）、｛ｂ｝電解質
中に分散したアルミニウムによるＳＮ０２の減少、【ｃ
’陽極ガスの発生と、物質の細孔内での塩の沈殿とによ
る機械的浸食。昭和５０手特許出願公告第６２１１４号
公報には、スピネル型及び／又はべロブスカィト型酸化
金属の層で被覆したチタン、ニッケル又は銅或いはその
合金、炭素、黒鉛又はその他の導電性物質の導電性芯体
を有する電極と、前記酸化物類の混合物を焼結すること
によって得た電極とが開示されている。スピネル型酸化
物及びべロブスカィト型酸化物は良好な導電性を発揮す
る金属酸化物類の一族であって、耐食性バルブメタル陽
極の適当な導雷電気触媒陽極被覆材として提案されてい
る（米国特許第３７１１３８２号及び第３７１１２９７
号並びにベルギー特許第７８０３０３号明細書参照）。
しかしながらスピネル及び／又はべロブスカイトの結晶
構造は金属芯体則ち金属基体の酸化物と同形ではないた
めに、セラミック被覆と金属又は炭素基体との間の結合
物質としては機械的に弱いことが判明しており、そのた
め例えば酸化物、炭化、窒化物及びホゥ化物のようない
ろいろな結合剤が試用されたが満足な結果は得られてい
ない。

溶融塩電解質中では、酸化スピネル被覆の紬孔を通じて
芯体則ち基体物質が急速に浸食され、被覆が基体から剥
離される。またスピネル及びべロフスカィトは熔融ハロ
ゲン化物塩電解質中では化学的にも電気化学的にも不安
定であり、ハロゲン化物イオンの浸食と分散金属の還元
作用とにより顕な消耗率を呈示する。溶融ハロゲン化物
塩からの金属の電解採取に当っては、前記従来の陽極は
更に他の欠点を有することが判明した。

即ちセラミック酸化物の溶解により溶液中に金属陽イオ
ンが混入し、これが採取金属と共に陰極上に沈簿し、そ
のため回収金属の不純度が電解級の純度を必要とする用
途には不向きな程に高くなる。そのような場合には、製
練法に比較して高純度を特徴とする電解法の経済的利点
が部分的又は全面的に喪失する。溶融ハロゲン化物塩、
特に溶融フッ化物塩の電解のような苛烈な腐食性条件の
もとで使用すべき電極物質は操作条件のもとで化学的に
も電気化学的にも安定したものでなければならない。

またその物質は、陽極過電圧が電解法の高総合能率に対
して最低であるように、酸素及び／又はハロゲン化物の
陽極発生に対して触媒性でなければならない。更にその
電極は、約２００〜１１００℃の操作温度範囲内での熱
安定性と、良好な導電性とを有し、しかも溶融金属陰極
との偶然の接触にも充分に耐えるものでなければならな
い。如何なる金属基体も溶融フッ化物塩の電解時の苛烈
な腐食条件に耐えられなかったので、被覆金属電極は除
外して、多数の種々なる組成の暁緒セラミック電極の性
能を系統的に試験した。

この発明の目的は、導電剤を含有するオキシ金属母体り
成り、しかもの表面の少くとも一部に電気触媒を設けた
新規な焼結電極を提供するにある。

この発明のその他の目的は、新規な後極電極を提供する
にある。

この発明のその他の目的及び諸利点は以下の詳細な説明
の進行につれて明らかになる筈である。

この発明の新規な電極は、チタン、タンタル、ジルコニ
ウム、バナジウム、ニオブ、ハフニウメ、アルミニウム
、ケイ素、スズ、クロム、モリブデン、タングステン、
鉛、マンガン、ベリリウム・コバルト、ニッケル、白金
、パラジウム、オスミウム、イリジウム、レニウム、テ
クネチウム、銅、亜鉛、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモ
ン、ビスマス、ホウ素、スカンジウム、ランタニド及び
アクチニド系の金属類から選択した少くとも一種の金属
のオキシ化合物、少くとも一種の金属導電性物質の嫌結
粉末の自立母体とより成り、前記電極の表面の少くとも
一部には少くとも一種の電気触媒の層を設ける。ランタ
ニド及びアクチニド系の望ましい金属はランタン、テル
ビウム、エルビウム、トリウム及びイッテルビウムであ
る。『焼結』電極とは、主としてオキシ化合物と、少く
とも一種の導電性物質との粉末混合物を加熱加圧して所
望の大きさで所望の形状のものに成型するか、これら物
質を鋳型に入れて鋳造するか、押し出し成型するか、結
合剤を用いるなどの、セラミツク工業で用いられている
周知の成型方法のいずれかで成型し、次でその成型体を
高温で暁結して、剛体の自立電極としたものを言う。

オキシハロゲン化物化合物としてはオキシ塩化物または
オキシフツ化物が好ましい。金属導蟹性物質として、Ｙ
、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａ
ｇの少くとも一種の金属が好ましい。

焼結セラミック電極の導電率は、以下に述べる少くとも
一種の導電性物質を０．１ないし２の重量％添加剤とし
て組成物に加えることによって向上させる。

その添加剤として選択すべき物質は風Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ
及びＢａなどのアルカリ士類金属や、Ｚｎ、Ｃｄ、ｌｎ
２、Ｔ１２、Ａｓ２、ＳＱ、Ｂｉ２及びＳｎなどの金属
のような母体を構成する金属の酸化物の金属の原子価よ
り低原子価または高原子価の金属のドープ酸化物；【Ｂ
｝スピネル型酸化物やべロブスカィト型酸化物などのよ
うに固有の酸化還元系による導電率を呈る酸化物；‘ｑ
Ｃの２、Ｍｎ０２、Ｔｊ○、Ｔｉ２０３などのような金
属対金属結合による導電率を呈する酸化物；Ｔｉ、Ｈｆ
、Ｖ及びＮｂなどのバルブメタルのホゥ化物、ケィ化物
、炭化物および硫化物；あるいはＴｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ
などの金属またはその合金；あるいは凶及び／又は‘Ｂ
｝及び／又は‘Ｃ｝の混合物ら成るもののうちから選択
した少くとも１種の導電怪物質である。望ましい電気触
媒は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム
、白金、コバルト、ニッケル、銅及び銀並びにその混合
物、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケ
ル、酸化ルテニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム、
酸化イリジウム、酸化白金、酸化銀、酸化ヒ素、酸化ア
ンチモン、酸化鉛及び酸化ビスマス並びにその混合物か
ら選択したものである。

電気触媒は金属でも或いは無機オキシ化合物でも差支え
ない。

望ましい添加触媒粉末は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ｌｒ、Ｐ
ｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＡｇの粉末、そのうち
特に白金族金属の粉末が望ましく、或いはＭｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ｌｒ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａ
ｓ、Ｓｂ及びＢｉの粉末オキシ化合物、特に白金族金属
の粉末オキシ化合物が望ましい。特に望ましいのは８Ｍ
ｎ０２、Ｃｏ３０４、Ｒｈ２０３、ｌｒ０２、Ｒｈ○２
、Ａｇ２０、Ａｇ２０２、Ａ鞍０３、ＡＳ２０３、ＳＱ
０３ 、 Ｂｉ２０３ 、 ＣｏＭｗ０４ 、 ＮｉＭ
ｎ２０４ 、ＣｏＲｈ２０４、及びＮｉＣｏ２０４並び
に前記粉末金属とオキシ化合物との混合物である。オキ
シ化合物に、イットリウム、クロム、モリブデン、ジル
コニウム、タンタル、タングステン、コバルト、ニッケ
ル、パラジウム及び銀のうちから選択した少くとも一種
の金属を少量添加することによって、焼結電極の化学及
び電気化学耐食性を低下させることなしにその導電率を
向上させ得ることが判明した。

これらの添加物は粉末の形で添加し、４０〜１重量％範
囲内の分量で粉末酸化金属と混合する。

これら金属導電性物質の量が１重量％禾満では、暁結電
極の導電率が不十分であり、またその量が４０重量％を
超えると、競結電極の化学および電気化学耐食性が低下
し、実用に通さなくなる。所望ならば、成形及び鱗結時
の粒子の結合を向上させるために更に他の有機及び／又
は無機化合物を粉末混合物に添加してもよい。この発明
の陽極は使用溶融塩電解質の温度よりも遥かに高い高融
点を有し、電解の操作条件のもとで何らかの相変化も受
けない。

しかもその熱伸び率は溶融塩浴中のハロゲン化物塩のそ
れと殆んど相異がないので陽極と陰極との間の電極間隔
を適正に保持することができるのみならず、通常のアル
ミニウム電解採取法に於いて溶融塩電解質の表面の塩殻
を破壊する快れのある膨張、収縮を防止する。この発明
の暁結電極の導電率は黒鉛のそれに匹敵する。

母体は成形及び焼結操作に当り良好な加工性を有し、ま
た使用時には陽極条件のもとでその表面に薄いオキシハ
ロゲン化物の層を形成する。金属オキシ化合物自由生成
エネルギーは対応ハロゲン化物相溶融塩電解質の酸化物
自由生成エネルギーよりも小であり、従ってそれらの暁
絹陽極は高度の化学安定性を有す。この発明の競結金属
オキシ化合物電極は複極電極としても使用し得る。

斯る実施例によれば、暁結電極はスラブ又は板の形に形
成し、それによって電極の表裏主要両面のうちの一方に
は、例えばＣｏ３０４、Ｎｉ３０４、Ｍｎ０２、Ｒｈ２
０３、ｌｒ０２、Ｒｕ０２、Ａｇ２０等のような陽極電
気触媒を含有する層を設け、また他方面には金属、特に
バルブメタル、特に望ましいのはイットリウム、チタン
及びジルコニウムの炭化物、ホウ化物、窒化物、硫化物
、炭素窒化物等のような適当な陰極物質を含有する層を
設けることができる。オキシ金属化合物を主成分とする
自立焼給体は、その諸物質を一緒に或いは別々に粒度５
０〜５００ミクロンにまで粉砕して混合粉末を得ること
によって製造することができる。

望ましい一方法によれば、粉末の混合物を水又は有機結
合剤に混合して、その製造方法に適する流れ特性を有す
る塑性魂を得る。その物質を周知の方法で打ち固め又は
鋳型中で圧縮し、或いは競セッコゥ型で成型し、或いは
ダイス型を用いて適当な所望形に押出すことによって成
形する。次いでその成形電極を乾燥させ、所望の結合状
態が得られる温度即ち８００〜１８００ｏｏの範囲内に
於いて１〜３脚時間加熱した後、徐々に室温にまで冷却
させる。

熱処理は、粉末混合物が主成分としオキシ金属化合物と
少量の金属とより成る場合には、不活性雰囲気又は例え
ば日２十Ｎ２（８０％）のような微還元雰囲気内で行う
のが望ましい。粉末混合物が金属粉をも含有している場
合には熱処理サイクルの少くとも一部を酸化雰囲気内で
行って電極の外側層の金属粉の酸化を促進させるのが望
ましい。競結体の内側に残留する金属粉は電極の導電性
を向上する。成型処理後に前述の高温に於いて暁結処理
を行うか、或いは成形処理と暁給処理とを同時に行って
も差支えない。

即ち例えば電気的に加熱した鋳型によって圧力と熱とを
同時に加えても差支えない。引込線は成形焼結処理時に
セラミック電極に融着させてもよければ或いは暁結又は
成型後に電極に取付けてもよい。その他の粉末混合物の
成形、圧縮及び凝結法を用いても差支えないことは言う
までもない。価格の関係上、通常は電極の表面にのみ塗
布される電気触媒は、高安定性と、所望陽極反応に対す
る低陽極過電圧と、不所望反応に対する高陽極過電圧と
を有するものでなければならない。

塩素発生の場合は、コバルト、ニッケル、イリジウム、
ロジウム、ルテニウム等の酸化物又はＲｕ０２一Ｔｉ０
２等のようなそれら酸化物の混合物を使用することがで
き、また酸素発生が所望の陽極反応であるフッ化物含有
電解質の場合は、銀及びマンガンの酸化物を使用るのが
望ましい。電気触媒して使用し得る他の酸化物は、白金
、バラジウム及び鉛の酸化物である。例えば塩化物電解
質からの酸素の放出を抑制するような望ましくない陽極
反応を抑制するためには有毒物質を使用することができ
る。

有毒物質としては高酸素過電圧を呈示するものを使用す
べきであって、適当な物質はヒ素、アンチモン及びビス
マスの酸化物でである。少量しか使用しないこれらの酸
化物は、電気触媒酸化物と共に、金属の重量で計算して
触媒の１〜１０％の範囲内で使用することができる。電
気触媒及び有毒物質の塗布は任意の周知被覆法によって
行って差支えない。

電気触媒及び有毒物質は金属の分解性塩の溶液として暁
結電極に塗布する。暁結体を、適当な金属塩を含有する
溶液で含浸させて乾燥させる。次いで電極を空気又は他
の酸素含有雰囲気中で加熱して塩類を所望酸化物に転化
させる。通常、暁結体の多孔度と焼結体の表面層を金属
塩で含浸させるための方法とは、熱処理後に電気触媒が
電極表面から一定深さに於いて焼結体の純孔内に存在す
るように、電極表面から１〜５柳（特に３肌が望ましい
）の深さにまで溶液を浸透させるものでなければならな
い。

或いはこれに代り、適当な粉末混合手段により、予生成
電気触媒酸化物と随意的には予生成毒物酸化物とを粉末
の形に粉砕し、電極の成形時にそれら酸化物を粉末混合
物に代えて、成形時に成形電極の外側層が多量の電気触
媒酸化物と随意的には毒物酸化物とを含浸するようにし
、それによって焼結後は既に電極表面が電気触媒を具備
しているようにしてもよい。

この発明の鱗給電極は複極電極としても使用することが
できる。

この発明のこの実施例によれば、前記何れかの方法によ
って電極の一方の表面には陽極電気触媒と随意的には有
毒物質とを設け、他方の表面には適当な陰極物質の被覆
を設ける。例えば、電解処理時に陰極として機能する方
の複極電極の表面には、イットリウム、タンタル、チタ
ン、ジルコニウム等の金属炭化物、ホウ化物、窒化物、
硫化物及び／又は炭素窒化物の層を設ける。被覆層形成
用の望ましい方法の一つはプラズマージェット法であり
、その方法によって選択物質の粉末を制御雰囲気のもと
で火炎と共に暁結体の表面に吹付ける。

或いはそれに代り、成形時に粉末混合物に選択物質の粉
末を添加して焼結し、それによって複極電極の陰極面に
選択陰極物質の層を設けることもできる。この発明の電
極は種々なる電解質の電解用として有効に使用し得る。

それらの電極は、例えば熔融氷晶石格、アルミニウム、
マグネシウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、リ
チウム及びその他の金属の溶融ハロゲン化物のような溶
融塩電解質の電解用電解槽に陽極として使用すれば特に
有利である。従ってこの発明の電極を使用して、ホール
（Ｈａｌｌ）法又は米国特許第３４６４９００号及び第
３５１８７１２号明細書に記載の方法によりアルミニウ
ムハロゲン化物を電解処理することができる。電解温度
は回収すべき金属と融解して溶融状態に保つに充分な高
温であり、金属は溶融状態に於いて沈頭させて、通常、
溶融陰極から分離されるべき溶融電気触媒と共に溶融陰
極として回収される。この発明の電極はまた、アルミニ
ウム、ベリリウム、カルシウム、セリウム、リチウム、
ナトリウム、マグネシウム、カリウム、バリウム、スト
ロンチウム、セシウム及びその他の金属を生産するため
に、典型的にハロゲン化物、酸化物、炭酸塩又は水和物
を含有する他の溶融塩電解質の直流電解処理に陽極及び
／又は陰極として有効に使用し得る。

この発明の電極を溶融塩電解用の榎極電極として使用る
場合には、特に電極組成がオキシ化合物である場合には
、電極の陰極部分の組成は、陰極反応によって還元され
ず或いは陰極に沈積する金属によって浸食されないよう
なものでなればならない。

この理由で、陰極反応及び溶融金属の還元作用に不活性
な複極電極の陰極側組成を有することが望ましい。また
この発明の電極は、アルミニウム、ベリリウム、カルシ
ウム、セリウム、リチウム．ナトリウム、マグネシウム
、カリウム、バリウム、ストロンチウム、セシウム及び
その他の金属を生産するためのハロゲン化物、酸化物、
炭酸塩又は水和物を含有する溶融金属塩電解質の電解に
陽極及び／又は陰極として使用し得る。

この発明の新規な溶融金属塩の電解法は、陽極と陰極と
の間で溶融金属塩電解質を電解することにより成り、そ
の特徴は前記陽極が、チタン、タンタル、ジルコニウム
、バナジウム、ニオブ、ハフニウム、アルミニウム、ケ
イ素、スズ、クロム、モリブデン、タングステン、鉛、
マンガン、ベリリウム、コバルト、ニッケル、白金、パ
ラジウム、オスミウム、イリジウム、レニウム、テクネ
チウム、ロジウム、金、銀、カドミウム、銅、亜鉛、ゲ
ルマニウム、ヒ素、アンチモン、ビスマス、ホウ素、ス
カンジウム、ランタニド及びアクチニド系金属のうちか
ら選択した少くとも一種のオキシ化合物の自立母体と少
くとも一種の金属導電性物質とより成ることに存し、前
記電極はその表面の少くとも一部に少くとも一種の電気
触媒を具備する。

以下に掲げる例によってこの発明を具体的に説明する。

但しそれによってこの発明をそれらの実施例のみに限定
するものでないことは言うまでもない。電極の諸成分の
百分率は組成物の総金属含有量を基準として各金属の分
量を重量％で示してある。望ましい陽極は、その自立母
体の主部分が二酸化スズのみ、又は二酸化スズと２の重
量％までの量の酸化コバルト１〜４の重量％の金属導電
性物質より成り、しかも電極に良好な機械的特性と塩素
発生に対する電気触媒性とを附与する酸化コバルト被覆
層を設けたものである。

他の望ましい添加物はＴｉ０２及びＴａ２０５である。
電気触媒被覆層は、Ｔｉ０２及びＴａ２０５のような酸
化バルブメタル、又はＡｇＲｅ２０３、ＴＩＣｏ２０４
及びＡｇｘＷ０３のようなＳｊ０２混合酸化物の如き保
護剤を同時に又は順次塗布することによって摩耗を防止
してもよい。

例１ 凝結電極試料として８０％Ｓｎ０２十２０％コバルト（
試料Ａ）、８０％Ｓｎ０２十１０％Ｃｏ＋１０％Ｍｏ（
試料Ｂ）を製造しで慎重に水洗し、真空下で乾燥させた
。

次いでそれらの電極を表１に示す溶液中に真空のもとで
浸潰させた後乾燥させ、次に強制空気循環炉中で３７０
ｏｏにおいて２０分間加熱した。次いでそれらの試料に
同一溶液を塗布した後、同一炉で３５０００に於いて１
８分間加熱し、この工程を電極が５タ′での重量利得を
有するものになるまで数回線返した。次にそれらの電極
試料を、７５０ｑ○と１０００Ａ／あの陽極電流密度に
於いて塩化アルミニウムを電解するための試験槽に使用
した。

槽電圧は５Ｖ、電解質は塩化アルミニウム、塩化ナトリ
ウム、及び塩化カリウムの５−１−１（重量比）混合物
であった。陽極電圧を初期と操作５００時間後とに測定
し、また電極の重量損失を５００時間後に測定した。比
較の目的で、表１には同一条件のもとで使用した標準黒
鉛電極とその結果とをも併せて示してある。表Ｉ ※ ＲＯＧＥ＝基準塩素黒鉛電極ｑもｃｆｅｒｅｎｃｅ
○ｈｌｏｒｉｎｅＧｒａｐｈｉｔｃＢ１ｅｃｔ‐−ｒｏ
ｄｅ）表１に掲げた結果は、被覆電極が、大なる重量損
失を伴なわない塩素発生に対する低過電圧を有すること
を示す。

実験時の平均ファラデー効率は９６％であった。同様に
使用して基準黒鉛電極と比較した普通の黒鉛電極は約０
．８Ｖの電圧を示した。例２ 二酸化スズ９の重量％とコバルト１の重量％とより成る
試料を焼結し、それらの電極を例１の場合のように酸化
コバルトで被覆して酸化コバルト１０タ′〆の層を設け
た。

次いでそれらの電極を表ロに示す操作条件のもとで表ロ
ーこ示す組成の各電解質の電解に使用した。操作３０畑
時間後の陽極電圧と消耗率との測定結果は表Ｄに示す通
りであった。表 １１ 表０‘ま、この発明の電気触媒が、操作３０独特間後に
もなお低消耗率と低陽極電圧とを有することを示す。

例３ １００〜２５０メッシュの粉末から、直径１仇肋、厚さ
５側の円板形電極を製作した。

粉末を１０００ｋ９／地の圧力に於いて圧縮成形した後
、表皿に示す条件のもとで誘導炉中で焼結した。表ｍに
は粉末の組成も示してある。なお表ｍの試料ＮＯ．７は
比較のものである。暁結処理は空気を強制循環させるか
或いは大気圧に保った炉中で行った。

従って少くとも外面は恐らくその外側紬孔と共に表ｍに
示す温度の酸化雰囲気に露呈され、その露呈表面金属が
酸化されて電気触媒を形成した。表１１１ 温度５００ｑｏに於いて測定した試料１〜７の導電率は
０．０１〜１．００‐１１伽‐１であり、これら焼結電
極の密度は５〜８．５夕／めであった。

これらの試料を、７５０ｏｏと陽極電流密度１０００Ａ
′のとに於ける塩化アルミニウム電解用の試験槽に陽極
として使用した。糟電圧は５Ｖ、電解質は塩化アルミニ
ウム、塩化ナトリウム及び塩化カリウムの５一１一１混
合物であった。陽極電圧は初期と操作５００時間後とに
測定し、電極の重量損失は５００時間後に測定した。比
較目的で、同一条件のもとで基準黒鉛電極をも使用した
。その試験結果を次の表Ｗに示す。表 ＩＶ ※ＲＧＥ＝基準黒鉛電極（ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＧｒａｐ
ｈｉｔｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅ）表Ｗに掲げた結果は主成
分としての酸化物と少量の金属とを含有する電極１〜７
が塩素発生に対する低過電圧と極めて低い消耗率とを有
することを示す。

添加導電性金属を含有しない比較用の電極８は塩素発生
に対する過電圧が他の電極よりも高く、而も高消耗率を
有していた。基準黒鉛陽極は電解時に調整を必要とした
のみならず早期に交換しなければならなかった。試験時
の平均効率は９７％であった。試料１〜７は何れも比較
試料８よりも脆くなく丈夫であった。例４ 母体物質の混合物約２５０９を混合機で２０分間粉砕し
、その粉末混合物を円筒形プラスチック鋳型に入れて、
銅シリンダプレスで手動的に予圧縮した。

次いで各鋳型を等静圧室に入れ、圧力を５分間に約１５
００ｋ９／塊にまで上昇させた後、数砂間に零にまで減
圧した。次いで試料を鋳型から取出して艶出した。それ
らの圧縮試料を電気炉に入れて窒素雰囲気内で２独時間
に亘つて室温から１２００ｑｏにまで加熱し、その最高
温度を２〜５時間持続した後、２独時間に亘つて３００
ｑｏにまで冷却させた。斯く競結処理した試料を炉から
取出し、室温にまで冷却させた後、計量し、２５ｏ０と
１０００ｑｏとに於ける見掛け密度と導電率とを測定し
た。測定結果を次の表Ｖに示す。表Ｖ 表Ｖに掲げたデータは、高温１０００００に於ける焼結
セラミック電極の導電率が２５００に於ける導電率より
も５〜１Ｍ音も高率であることを示す。

金属に等しい導電率を有する酸化物を母体の実質的に非
導電性セラミック酸化物に添加することによって電極の
導電率が１ぴの大きさだけ増加する。またイットリウム
やモリブデンのような溶融塩に耐食性の金属をこの発明
のセラミック電極に添加することによって電極の導電率
が２〜５倍増加する。ハロゲン化物イオンの放出用とし
て溶融ハロゲン化物塩の電解に使用し得る他の電気触媒
はＲｕ０２である。また、ハロゲン化物イオン放出電圧
に影響を及ぼすことなく、酸素過電圧を上げるために、
金属含有量の総量に対する遊離金属として計算して１０
（重量）％までの量でＡＳ２０３、ＳＱ０３またはＢｊ
２０３のような酸化物を添加物として加えることができ
る。酸素の発生が伴う熔融フッ化物電解質中で使用すべ
き陽極に対する触媒はＲｈ２０３、Ｐｂ０２又はｌｒ０
２で差支えない。

前記各例に記載した陽極の成分の量は陽極組成の全金属
含有量に対する遊離金属の重量％として計算したもので
ある。

電解質は前記各例に於いて使用した以外の、例えば塩化
又はフッ化アルカリ金属及び電解対象金属の塩のような
他の塩類を含有していても差支えない。

それらのハロゲン化金属は電解対象塩の融点を低下させ
るのに有効であり、従って塩格を融解状態に保ちつつ、
それを使用しないよりも低温を使用ることができる。上
述の諸例は、融解金属塩の電解、特に溶融塩化又はフッ
化アルミニウム塩の電解を包含するものである。

それと同様に又はその他の標準電解法によって所定の陽
極を使用して、例えばアルカリ金属又はアルカリ士類金
属のような他の金属類の溶融塩化物の電解を行うことも
できる。また同様に、溶融硝酸塩のような他の溶融塩類
の電解も可能である。更に溶融ァルミナ−氷晶石亀解貿
又はフッ化アルカリ金属アルミニウムを電解して溶融ア
ルミニウムを製造することもできる。この発明の電極は
、氷晶石格へアルミニウム鉱石を供給するか或いは塩化
アルミニウム格へ塩化アルミニウムを供給すろうにした
標準アルミニウム電解採取槽の黒鉛陽極の代りに陽極と
して使用し得る。

これらの煉緒酸化金属陽極を採取すべき金属の融解塩か
らの所望金属の回収に使用すれば生産金属の単位重量当
りの電力消費量を減少し得るのみならず、更に高純度の
金属を回収し得る。

この発明の電極は耐食‘性であるから従来の消耗性陽極
のように陰極面からの最適距離を回復するために操業中
止を行う必要がない。以上この発明をその特定実施例に
つて詳しく説明したが、それを以ってこの発明をそれら
の実施例のみに限定するものではなく、この発明の精神
及び特許請求の範囲を逸脱せずして種々改変を加えて多
種多様の変形となし得ることは言うまでもない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ９９〜６０重量％のチタン、タンタル、ジルコニウ
   ム、バナジウム、ニオブ、ハフニウム、アルミニウム、
   ケイ素、スズ、クロム、モリブデン、タングステン、鉛
   、マンガン、ベリリウム、コバルト、ニツケル、白金、
   パラジウム、オスミウム、イリジウム、レニウム、テク
   ネチウム、ロジウム、ルテニウム、金、銀、カドミウム
   、銅、亜鉛、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、ビスマ
   ス、ホウ素、スカンジウム、ランタニド系及びアクチニ
   ド系の金属類のうちから選択した少なくとも一種のオキ
   シ化合物と、１〜４０重量％のイツトリウム、クロム、
   モリブデン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、
   コバルト、ニツケル、パラジウム及び銀のうちから選択
   した少くとも一種の金属導電性物質との焼結粉末の目立
   母体よりなる焼結電極体と、その表面の少くとも一部に
   コバルト、ニツケル、銀、銅、ルテニウム、ロジウム、
   パラジウム、イリジウム、白金からなる金属類、コバル
   ト、ニツケル、銀、マンガン、鉄、鉛、ルテニウム、ロ
   ジウム、パラジウム、イリジウム、白金の酸化物からな
   る金属酸化物類、およびそられの混合物のうちから選択
   した少くとも一種の電気触媒の層を設けたことを特徴と
   する溶融塩電解用電極。 ２ 電気触媒に１〜１０重量％のヒ素、アンチモン、ビ
   スマスの酸化物から選ばれた少くとも一種の金属酸化物
   を含有する特許請求の範囲第１項に記載の電極。 ３ 電気触媒を、前記焼結電極体上で酸化物に転化され
   る前記金属の塩の溶液から、前記焼結電極体上の原位置
   に於いて形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の電極。 ４ 電気触媒が、前記電極の外側層として焼結した前記
   金属の粉末酸化物より成ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の電極。 ５ ９９〜６０重量％のチタン、タンタル、ジルコニウ
   ム、パナジウム、ニオブ、ハフニウム、アルミニウム、
   ケイ素、スズ、クロム、モリブデン、タングステン、鉛
   、マンガン、ベリリウム、コバルト、ニツケル、白金、
   パラジウム、オスミウム、イリジウム、テクネチウム、
   ロジウム、ルテニウム、金、銀、カドミウム、銅、亜鉛
   、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、ビスマス、ホウ素
   、スカンジウム、ランタニド系及びアクチニド系金属の
   うちから選択した少くとも一種の金属のオキシ化合物と
   、１〜４０重量％のイツトリウム、クロム、モリブデン
   、ジルコニウム、タンタル、タングステン、コバルト、
   ニツケル、パラジウム及び銀のうちから選択した少くと
   も一種の金属導電性物質との焼結粉末の自立母体よりな
   る焼結電極体と、その陽極表面の少くとも一部にコバル
   ト、ニツケル、銀、銅、ルテニウム、ロジウム、パラジ
   ウム、イリジウム、白金からなる金属類、コバルト、ニ
   ツケル、銀、マンガン、鉄、鉛、ルテニウム、ロジウム
   、パラジウム、イリジウム、白金の酸化物からなる金属
   酸化物類およびそれれらの混合物のうちから選択した少
   くとも一種の電気触媒の層を設け、また陰極表面の少く
   とも一部には金属の炭化物、ホウ化物、窒化物、硫化物
   および炭素窒化物並びにその混合物のうちから選択した
   陰極物質の層を設けたことを特徴とする溶融塩電解用複
   極電極。 ６ 電気触媒に１〜１０重量％のヒ素、アンチモン、ビ
   スマスの酸化物から選ばれた少くとも一種の金属酸化物
   を含有する特許請求の範囲第５項に記載の電極。 ７ 電気触媒を、前記焼結電極体上で酸化物に転化され
   る前記金属類の塩の溶液から前記焼結電極体上の原位置
   に於いて形成することを特徴とする特許請求の範囲第５
   項に記載の複極電極。 ８ 電気触媒が前記電極の外側層として焼結させた前記
   金属類の粉末化物より成ることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項に記載の複極電極。 ９ 前記陰極物質の層を火炎噴射によつて塗布すること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の複極電極。 １０ 前記陰極物質の層が、前記電極の外側陰極表面と
   して焼結させた前記陰極物質の粉末より成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載の複極電極。１１
   陰極物質を、イツトリウム、チタン及びジルコニウムの
   うちかな選択した少くとも一種の金属の炭化物、ホウ化
   物、窒化物、硫化物および炭素窒化物のうちから選択す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の複極
   電極。