JPS6033906B2 - 電解還元槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は製品金属よりも密度の小さい溶融電解質中に於
ける金属含有物質の電解によって金属を製造する電解還
元槽に関する。

溶融フッ化電解質中のアルミナの電解によるアルミニウ
ムの製造はこのような金属製造法の一例である。

アルミニウム製造用の電解還元槽は長方形である。

糟は一つ又はそれ以上の懸垂陽極と、糟の横断方向（長
方形の短辺に平行な方向）に延在し陰極バスバーに接続
される鋼製電流コレクタロッド（又はバー）に電気的に
接続された檀床を形成する炭素ブロックとを含んでいる
。このっうな槽に於て、熔融製品金属のプールが糟の床
上に集積し、液体陰極を形成し、そこから溶融金属のバ
ッチが間欠的に取出される。

溶融アルミニウム層は炭素ブロックよりも導電性が高い
ので、陰極電流の水平成分が溶融金属層に生じ、この陰
極電流の水平成分は工程に関連した導電体中の非常に大
きな電流から生じる電磁界と相互作用する。電磁力によ
り溶融金属の波動が起る。波動は気泡の放出によっても
溶融金属に引起される。従来の電解還元槽に於て、陽極
を溶融金属の表面の設計水位から相当の距離に維持して
、溶融金属中の波頭と陽極の下面との間の間欠的短絡を
妨ぐ必要がある。

本発明の目的は槽中の波動の振幅を減らす事である。

米国特許第３，０９３，５７び言明細書に於て、非炭素
質の檀内張りと共に、溶融金属に突出する円柱状陰極コ
レクタ部材を使用する事が既に提案されており、このコ
レクタ部材は金属の循環流を制御するために使用される
と云われている。

然しながらこのようなコレクタ部材は、１４０ＫＡ以上
の大きな電解槽では、金属流を妨げるには、効果が若干
不十分である。このような大型の糟では、バスバーに関
連した磁界は非常に強くなり、金属プールに作用する磁
力は小型の糟に比して直線的以上に増大する。上述の在
来の電解還元槽の構成とは対照的に、本発明による電解
還元槽は、エネルギー吸収制限流路を構成する多数の貫
通孔を有する少くとも一つの槽横断方向に直線的に延在
する阻流坂部材を備えている。

阻流板部材は本質的に細長い形状をなし、米国特許第３
，０９３，５７び号明細書記載の支持されないコレクタ
バーより強く破損し難いものである。

この阻流板部村は槽の床から上方に突出し、その高さは
通常の檀作動サイクルの全ての段階で阻流板部材が熔融
金属中に完全に沈潰した状態になるように定めるのが好
ましい。阻流坂部材は炭素アルミナその他の溶融アルミ
ニウムによる侵攻に抵抗性の耐火材料から構成すれば十
分である。阻流坂部材が糟の作動中熔融電解質に部分的
にさらされる危険のある場合には、阻流板は溶融アルミ
ニウム金属の侵攻にも、溶融電解質の侵攻にも抵抗性の
材料から構成されなくてはならない。阻流板部材と溶融
電解質との間には常に不慮の接触の可能性があるので、
は溶融アルミニウムにを抵抗性があり、電解質の侵攻に
も抵抗性がある耐火材料で構成するのが好ましい。阻流
板部材は製品金属より密度の高い材料で形成するか又は
槽に取付けなければならない。ホウ化チタンは熔融アル
ミニウムにも、溶融電解質の侵攻にも抵抗性であるから
、本発明の目的に非常に適しているとみなされる材料の
一例である。ホウ化チタンは導電性であるから、溶融金
属のプールの電流パターンに殆んど影響を与えない。こ
の事が有利な場合もある。作業時、阻流板部材はエネル
ギー吸収制限流路として作用する貫通孔により流動溶融
金属の運動エネルギーを吸収し、溶融金属の波動を減衰
しその振幅を減少させる。

阻流板部材と組合わせて、槽中の溶融金属の量をほぼ一
定の値に維持する手段を糟に備えるのが望ましい。この
目的のため、楢に椿磯昭５７−１０９６９ぴ言明細書（
特開昭５８−６９９１号公報）に記載したような、溶融
金属を通過させるが、溶融電解質は通過させない選択的
フィルターを備えることができる。この選択的フィルタ
ーにより溶融金属を連続的に溶融金属プールから取出す
事ができる。電解還元槽の作動中に生ずる一つの問題は
、糟の底の溶融金属プールの下にスラッジが形成される
事である。

このようなスラッジは、少くとも大部分、糟の電解質中
に溶解せず溶融金属中へ侵入したアルミナ供給材料から
なり（アルミナは溶融アルミニウムよりも密度が大きい
）、熔融電解質を槽の底へ引き入れようとする。スラッ
ジは導電性が比較的低いから、槽の床全体にスラッジの
連続層が形成されると、陰極床ブロックへの電流の流れ
を妨げる。

然しながら、従来の糟に於ては、スラッジは槽の両側へ
徐々に移行し、槽の壁に付着している凝固電解質の表面
を経て徐々に電解質に再吸収される。従って、糟はスラ
ッジが糟の両側及び／又は両端に移行して、このような
再吸収が行なわれるように構成するのが好ましい。阻流
板部材は長方形の槽を横断するように配置され、陽極シ
ャドー領域の縁の外側に及び／又はその若干内題の金属
流速が最大となる（阻流板が無い時）場所まで延在する
。

長方形の糟では、通常、金属は糟長手方向に流れるから
、阻流板部材は金属流の方向に対し‘ま‘ま垂直に配向
されていることになる。阻流板部材の目的は溶融金属に
静かな比較的波に少ない状態を作る事であるから、各阻
流板部村には金属流動方向に沿って延びる貫通孔（エネ
ルギー吸収制限流路）を設けて金属の流れに減衰作用を
及ぼす。

各阻流板部材は高さに対する厚さの比率が大きくなけれ
ばならない（阻流板は一部分が槽の床に埋設される場合
もあるが、、高さは槽の床より上の阻流板部村の垂直寸
法を意味する）。厚さ／高さの比率は好ましくは少くと
も１／１である。阻流板部材は５０−５仇吻の寸法の範
囲の各貫通円孔を阻流板部村の有効表面の１０−５０％
を占めるように形成してもよい。或いは、阻流板は上記
の範囲の寸法の表面積の最高７０％を占める三角、四角
その他の形の孔を有する厚いハニカム材料から作っても
よい。陽極シャドー領域の熔融金属の波動を減衰する目
的のために糟横断方向に配向された阻流坂部材に加えて
槽長手方向に配向された阻流板部材を含めるのが好まし
いとみなされる場合は、この長手方向阻流坂部材を、長
手方向阻流板部材の下のスラッジが糟の両側部に向って
自由に槽横断方向に流れるように支持するのが前述の理
由で望ましい。

この事は長手方向阻流板部材を横断方向阻流坂部材によ
り、長手方向阻流板部村の下底面を糟の床から上に少し
上げて支持する事により好都合に達成される。糟が平行
な二列の陽極を使用し、供給ァルミナが陽極列の間のク
ラストを被って糟に供給される場合には、二列の陽極の
陽極シャドー領域の内縁に隣接して、槽の床に１対の孔
を有しない障壁部材を間隔をおいて槽長手方向に延在さ
せ、中央領域から個々の陽極列の陽極シャドーの領域へ
向ってスラッジが糟横断方向に移動するのを阻止するの
が好ましい。次に添付の図を参照して本発明の実施例を
説明する。

第１図と第２図に於て、糟は電気的且つ熱的絶縁体２を
裏打ちした長方形鋼製シェルーを含む。

糟は従来の方法で陰極電流を槽の二つの長手方向側面に
沿って延在するバスバー（図示せず）に導く鋼製コレク
タバー４に電気的に接続した炭素ブロック３で形成され
た従来の陰極床を備えている。糟は焼成陽極５の平行列
を備え、そのシャドー領域は第２図に６で示されている
。作動中、槽の底に溶融金属のプール７と熔融フッ化物
電解質８の上方層が存在する。槽横断方向に延在する胆
流板部材９が陽極シャドー領域内で床の炭素ブロック３
に鉄め込まれ、この阻流板部材は槽の側壁に付着した凝
固電解質１０（第２図に示されてない）の中まで延在す
る部分９′を有する事ができる。

阻流坂部材９は槽長手方向に延在する阻流板部村１１を
支持し、この長手方向阻流板部材１１の下縁を床から上
計少し離して位置させて、その下をスラッジが槽横断方
向に移動し得るようにしてもよい。

第１図と第２図に於て、胆流板部材９は第４図および第
５図に示した形のいづれをとってもよい。

第４図および第５図に於て、点線２０‘ま槽床ブロック
３の頂面を示す。

阻流板部材の線線２０の下の部分は糟床に埋込まれる。
第４図では、全体の高さが１０−１５伽の阻流板部材に
約３肌の直径を有する二列の円孔２１が形成されており
、円孔２１は阻流板部材の露出面積の約２０％を占めて
いる。

円孔２１がエネルギー吸収制限流路となる。第５図では
、阻流板部材ハニカム板から成る幅１−２肌の正方形孔
２４が阻流板部材の面積の約７０％を占めている。

正方形孔２４がエネルギー吸収制限流路となる。いづれ
の例でも阻流板部材の厚さは、所望の強度を得るのに１
０−１５ｃｍ程度又はそれ以上が必要である。糟長手方
向に延在する阻流板部材１１も第４図又は第５図に示さ
れたものと同じ一般形をとりうる。

阻流板部材１１の垂直幅は阻流板部村９より小さくして
その下の糟床との間に糟横断方向の流れを可能にする間
隙を設けると共に、上緑を阻流板部材９の上緑とほぼ同
じ高さに維持する。第３図の構造に於て、同様の符号が
第１図及び第２図に於けるものと同じ部品を示すのに用
いられている。この構造に於て、陽極５の二つの間隔を
おいた列の間にクラストブレーカー１５を備え、ァルミ
ナがホッパー１６から電解質８に供給される。この型の
構造では、クラストプレーカー１５と供給ホッパー１６
により構成されたアルミナ供給装置のすぐ下の場所１７
でスラッジが形成される傾向がある。

このスラッジは導電性又は非導電性材料で形成された孔
のない、楢長手方向に延在する障壁部材１８の間の中央
領域に閉じ込めるのが望ましい。第１図及び第３図の両
構造に於て、従来の方法で糟のサィフオンタッピング用
引出し個所として槽の一端に浅い凹み１９を設けるのが
好ましい。

変形例として、槽中の溶融金属の量を前述の特顔昭５７
−１０９６９び号明細書（特開昭５８−６９９１号公報
）に記載された選択的フィルターの使用により‘まぼ一
定に保つようにしてもよい。槽の作動に於て、上述の構
造の阻流板部材により金属プールの波動の振幅が著しく
減少し、溶融金属７と電界質８の間の界面が著しく安定
する。

金属／電解質間界面の安定性増大の結果として、陽極を
この界面の設計位置からわずかの間隔を置く位置に配置
することが可能となり、電解還元槽の効率が改善される
。即ち、陽極と液体金属陰極との間の距離が減少するか
ら、糟の電気抵抗は２０％に達するほど大中に減少する
。従って、エネルギー効率を向上し、糟の生産性が増大
する。阻流板部材９および１１は溶融アルミニウム金属
による侵攻に抵抗性の材料で形成され、好ましくはホゥ
化チタンのような耐火性硬質金属の少くとも外皮を有し
て槽電解質による侵攻に対し抵抗性を有するようにする
。阻流板部村は導電性でも非不導電性でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発による電解還元槽の一形式の一部図式的塾
断面図、第２図は第１図の槽の一部水平断面図、第３図
は中央クラストブレーク及びァルミナ供給装置を備えた
槽の一部垂直断面図、第４図及び第５図は第１，第２及
び第３図の糟の阻流坂部材の二つの構造例を示す図であ
る。 ３：陰極床炭素ブロック、５：陽極、７：溶融金属のプ
ール、８：溶融電解質の層、９：横断方向胆流坂部材、
１１：長手方向阻流坂部材。 〃６．７打ｏ．２ りＧ．３ （○・千 斤Ｇ．ゞ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 製品金属より密度が小さい溶融電解質の電解により
   溶融金属を製造する電解還元槽であつて、長方形の槽床
   と、槽床の長辺に沿う側壁と、槽床の短辺に沿う端壁と
   から成り、槽床の上方に単一又は複数の陽極が懸垂され
   、槽床の上に堆積した溶融金属が陰極を構成する電解還
   元槽において、少くとも一つの阻流板部材が槽横断方向
   に直線的に延在し、該阻流板部材は槽床に堆積する溶融
   金属の最大高さに近い高さまで槽床から上向きに突出し
   、かつ、エネルギー吸収制限流路として作用する多数の
   貫通孔を有していることを特徴とする電解槽。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の電解還元槽に於て、阻
   流板部材が通常の槽の作動サイクル中、常に、溶融金属
   に沈漬した状態を維持する高さを有する事を特徴とする
   電解還元槽。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の電解還元槽
   に於て、阻流板部材が溶融製品金属および電解質による
   侵攻に対し抵抗性で、該溶融製品金属より密度の高い材
   料から構成されている事を特徴とする電解還元槽。 ４ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の電解還元槽
   に於て、阻流板部材が隣接陽極のシヤドー内の位置から
   槽の側壁に付着している凝固電解質の中まで延在してい
   る事を特徴とする電解還元槽。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項までのいづれか１
   項に記載の、かつ、槽長手方向に間隔をおいて複数の阻
   流板部材が槽横断方向に延在している電解還元槽に於て
   、該複数の阻流板部材が少くとも一つの槽長手方向に延
   在する阻流板部材を支持し、該槽長手方向に延在する阻
   流板部材は槽床の上方に下縁を有して槽床との間にスラ
   ツジ移動通路を形成している事を特徴とする電解還元槽
   。