JPWO2006115027A1 - Molten salt electrolytic bath and method for producing metal using the same - Google Patents

Molten salt electrolytic bath and method for producing metal using the same Download PDF

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Abstract

チタンの酸化物あるいは塩化物を還元するために用いるカルシウムを含む塩化カルシウムを抜き出す電解槽であって、とりわけ溶融塩電解により効率よく塩化カルシウムを回収することのできる溶融塩電解槽を提供する。溶融塩浴が保持され上部に蓋が設けられた容器と、上記容器の上方から上記蓋を貫通して溶融塩浴に浸漬配置された陽極および陰極と、上記陰極に連結された減圧装置と、容器外部から内部にガスを導入するガス導入ノズルと、容器内部から外部にガスを排出するガス排出ノズルと、容器外部から内部に溶融塩を供給する溶融塩供給ノズルとを備え、上記陰極が中空であり、上記陰極の外面にフィン部材が接合されており、上記陰極と上記フィン部材との接合部分の直上において、上記陰極に貫通孔が設けられている。  Provided is an electrolytic cell for extracting calcium chloride containing calcium used for reducing an oxide or a chloride of titanium, which is capable of efficiently recovering calcium chloride by molten salt electrolysis. A container in which a molten salt bath is held and a lid is provided on the upper portion, an anode and a cathode which are arranged by being immersed in a molten salt bath through the lid from above the container, and a decompression device connected to the cathode, A gas introduction nozzle for introducing gas from the outside of the container to the inside, a gas discharge nozzle for discharging gas from the inside of the container to the outside, and a molten salt supply nozzle for supplying molten salt from the outside of the container to the inside, and the cathode is hollow. The fin member is joined to the outer surface of the cathode, and the through hole is provided in the cathode just above the joining portion between the cathode and the fin member.

Description

本発明は、溶融塩電解槽およびこれを用いた金属の製造方法に係り、特に、チタン化合物からチタンを生成するに際して還元剤として使用する、カルシウムを含む塩化カルシウムの抜き出しに用いる溶融塩電解技術に関する。   The present invention relates to a molten salt electrolysis cell and a method for producing a metal using the same, and more particularly to a molten salt electrolysis technique used for extracting calcium chloride containing calcium used as a reducing agent when producing titanium from a titanium compound. ..

スポンジチタンは、従来クロール法により製造されており、種々の改良の積み重ねにより製造コストの削減が図られてきた。しかしながら、クロール法はバッチプロセスであるため、その効率化にも限界が見えつつある。   Titanium sponge has been conventionally manufactured by the Kroll process, and the manufacturing cost has been reduced by stacking various improvements. However, since the crawl method is a batch process, its efficiency is beginning to reach its limit.

クロール法によるチタン製造の効率について追求した技術としては、溶融塩中で酸化チタンをカルシウムによって還元して直接チタンを製造する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、特許文献1と同様の技術として、還元容器の内部に塩化カルシウムと酸化カルシウムとの混合試料を収納し、この混合試料を加熱して、溶融塩を用意するステップと、上記溶融塩を電気分解し、溶融塩化カルシウムの中にカルシウムイオンおよび電子を生成させた強還元性溶融塩をつくるステップと、上記強還元性溶融塩の内部に酸化チタンを供給し、酸化チタンを上記カルシウムイオンおよび電子により還元、脱酸し、チタンを生成するステップとを含むチタンの精錬方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に記載の技術は、溶融塩中で酸化チタンをカルシウムによって還元したチタンを生成し、副生した酸化カルシウムを塩化カルシウムに溶解させて、この酸化カルシウムが溶解した塩化カルシウムを電解することでカルシウムを生成して還元剤として再利用している。   As a technique for pursuing the efficiency of titanium production by the Kroll method, a technique of directly producing titanium by reducing titanium oxide with calcium in a molten salt is known (see, for example, Patent Document 1). Further, as a technique similar to that of Patent Document 1, a step of storing a mixed sample of calcium chloride and calcium oxide inside a reduction container, heating the mixed sample to prepare a molten salt, and the step of electrically converting the molten salt The step of producing a strongly reducing molten salt by decomposing and generating calcium ions and electrons in molten calcium chloride, and supplying titanium oxide to the inside of the strongly reducing molten salt to convert the titanium oxide to the calcium ions and electrons. Discloses a method for refining titanium, which comprises the steps of reducing, deoxidizing and producing titanium (see, for example, Patent Document 2). The technique described in Patent Document 2 is to generate titanium by reducing titanium oxide with calcium in a molten salt, dissolve by-produced calcium oxide in calcium chloride, and electrolyze the calcium chloride in which the calcium oxide is dissolved. It produces calcium and reuses it as a reducing agent.

さらに、ハロゲン化チタンまたは酸化チタンを含むチタン化合物を原料とし、これらのチタン化合物を還元してチタンを製造する方法であって、活性金属の溶融塩を含む電解浴中で、上記溶融塩を電気分解して活性金属または活性金属合金からなる還元剤を製造し、製造された還元剤から放出される電子により上記電解浴中に漬浸した上記チタン化合物を還元するチタンの製造方法が開示されている(例えば、特許文献3参照)。   Furthermore, a method for producing titanium by using a titanium compound containing titanium halide or titanium oxide as a raw material and reducing these titanium compounds, wherein the molten salt is electrolyzed in an electrolytic bath containing a molten salt of an active metal. A method for producing titanium is disclosed, in which a reducing agent composed of an active metal or an active metal alloy is decomposed to produce a reducing agent, and the titanium compound immersed in the electrolytic bath is reduced by electrons emitted from the produced reducing agent. (For example, see Patent Document 3).

加えて、カルシウムよりも融点の低い複合溶融塩を用い、固体状態でカルシウムを陰極に析出させる技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。この技術では、固体状態で析出したカルシウムを電極から剥離する工程が必要となる。   In addition, a technique of depositing calcium on the cathode in a solid state using a complex molten salt having a melting point lower than that of calcium has been disclosed (see, for example, Patent Document 4). This technique requires a step of peeling calcium deposited in the solid state from the electrode.

以上に示す特許文献1〜4に記載の各技術では、チタン生成時に使用する還元剤としてカルシウムが用いられ、還元反応で副生する酸化カルシウムをカルシウムに再生することが工業的には求められる。しかしながら、溶融塩電解により生成したカルシウムは、塩化カルシウムに対して溶解するために、カルシウムを単体として分離することは難しい。   In each of the techniques described in Patent Documents 1 to 4 described above, calcium is used as a reducing agent used when titanium is produced, and it is industrially required to regenerate calcium by-produced in the reduction reaction into calcium. However, since calcium generated by molten salt electrolysis dissolves in calcium chloride, it is difficult to separate calcium as a simple substance.

このような課題を解決するため、カルシウムカーバイドを溶融塩に添加することで、生成カルシウムの溶融塩への再溶解を効果的に抑制できるという技術が開示されている(例えば、特許文献5参照)。しかしながら、この技術は、カルシウムカーバイド中の炭素がカルシウムを汚染するため、純度の高いチタンの製造には必ずしも適さない。   In order to solve such a problem, there is disclosed a technique in which calcium carbide is added to a molten salt to effectively suppress redissolution of produced calcium in the molten salt (see, for example, Patent Document 5). .. However, this technique is not necessarily suitable for the production of high-purity titanium because the carbon in calcium carbide contaminates calcium.

ただし、前述した、溶融塩中にて酸化チタンをカルシウムで還元して直接チタンを製造する技術においては、カルシウムは必ずしも単体である必要はなく、塩化カルシウムに一部溶解したカルシウムであっても還元剤として用いることができる。   However, in the above-mentioned technology for directly producing titanium by reducing titanium oxide with calcium in molten salt, calcium does not necessarily have to be a simple substance, and even if calcium partially dissolved in calcium chloride is reduced. It can be used as an agent.

このように、塩化カルシウムを溶融塩電解することにより、カルシウムを混合しあるいはカルシウムを溶解した塩化カルシウム(以下、単に「カルシウムを含んだ塩化カルシウム」と称する場合がある。)を効率よく生成する技術の開発が望まれている。   In this way, a technique for efficiently producing calcium chloride in which calcium is mixed or in which calcium is dissolved (hereinafter, may be simply referred to as "calcium chloride containing calcium") by electrolyzing molten salt of calcium chloride. Development is desired.

WO99/064638号公報WO99/064638 特開2003−129268号公報JP, 2003-129268, A 特開2003−306725号公報JP, 2003-306725, A US3226311号公報US3226311 Publication 特開昭49−70808号公報JP-A-49-70808

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、チタンの酸化物あるいは塩化物を還元するために用いるカルシウムを含む塩化カルシウムを抜き出す電解槽であって、とりわけ溶融塩電解により効率よく塩化カルシウムを回収することのできる溶融塩電解槽を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an electrolytic cell for extracting calcium chloride containing calcium used to reduce oxides or chlorides of titanium, which is particularly efficient by molten salt electrolysis. It is an object of the present invention to provide a molten salt electrolytic cell capable of recovering calcium chloride well.

発明者らは、上記のような実情に鑑みて溶融塩電解槽について鋭意検討を重ねてきた。その結果、陰極を中空状にすることで、塩化カルシウムを効率よく抜き出すことができるとの知見を得た。また、陽極および中空状の陰極を溶融塩浴に浸漬配置し、陰極表面にフィン部材を接合配置することにより、陰極で生成したカルシウムを含む塩化カルシウムが、浴流や周囲との比重差の影響を最小限にとどめて、効率よく中空部に導入され、外部に設置した減圧装置により、この中空部を介して塩化カルシウムをさらに効率よく抜き出して回収することができることを見出し、以下の発明を完成するに到った。   The inventors have conducted extensive studies on the molten salt electrolyzer in view of the above circumstances. As a result, it was found that calcium chloride can be efficiently extracted by making the cathode hollow. Also, by arranging the anode and the hollow cathode in a molten salt bath and arranging a fin member on the cathode surface, calcium chloride containing calcium generated at the cathode is affected by the difference in specific gravity between the bath flow and the surroundings. It was discovered that calcium chloride could be efficiently introduced into the hollow part, and that the calcium chloride could be more efficiently extracted and recovered through this hollow part by the pressure reducing device installed outside, and the following invention was completed. Came to do.

すなわち、本発明の第1の溶融塩電解槽は、溶融塩浴が保持された容器を備え、該浴中に陽極および陰極が浸漬配置され、該陰極が中空であることを特徴としている。また、本発明の第2の溶融塩電解槽は、上記第1の溶融電解槽においては、上記溶融塩浴が保持された蓋付きの容器と、上記容器の上方から上記蓋を貫通して溶融塩浴に浸漬配置された陽極および陰極と、上記陰極に連結された減圧装置と、容器外部から内部にガスを導入するガス導入ノズルと、容器内部から外部にガスを排出するガス排出ノズルと、容器外部から内部に溶融塩を供給する溶融塩供給ノズルとを備え、上記陰極の外面にフィン部材を設け、上記フィン部材との接合部分の直上において、上記陰極に貫通孔が設けられていることが望ましい(第2の溶融塩電解槽)。   That is, the first molten salt electrolytic cell of the present invention is characterized by including a container holding a molten salt bath, in which an anode and a cathode are immersed and arranged, and the cathode is hollow. A second molten salt electrolyzer of the present invention is the same as the first molten electrolyzer, in which a container with a lid holding the molten salt bath and a container from above the container penetrates through the lid and melts. An anode and a cathode immersed in a salt bath, a decompression device connected to the cathode, a gas introduction nozzle for introducing gas from the outside of the container to the inside, and a gas discharge nozzle for discharging gas from the inside of the container to the outside, A molten salt supply nozzle that supplies molten salt from the outside of the container to the inside, a fin member is provided on the outer surface of the cathode, and a through hole is provided in the cathode just above the joint with the fin member. Is preferable (second molten salt electrolytic cell).

また、発明者らは、さらに陰極でのカルシウムの生成効率を重視し鋭意検討を重ねた。その結果、陰極を全て溶融塩浴に浸漬配置することで、陰極で生成した塩化カルシウムを、浴流や周囲との比重差の影響を最小限にとどめて、効率よく抜き出して回収することができることを見出し、以下の発明を完成するに到った。   Further, the inventors have further made earnest studies, placing importance on the efficiency of calcium production at the cathode. As a result, by immersing all the cathodes in the molten salt bath, the calcium chloride generated at the cathodes can be efficiently extracted and recovered with the influence of the difference in specific gravity between the bath flow and the surroundings minimized. The present invention has been completed and the following inventions have been completed.

すなわち、上記第1の溶融電解槽においては、上記溶融塩浴が保持された蓋付きの容器と、上記容器の上方から上記蓋を貫通して溶融塩浴に浸漬配置された陽極と、上記陽極の下方において溶融塩浴に浸漬配置され、かつ、上向きに拡開した陰極と、上記陰極に連結されて容器外部まで延在する浴抜き出し管と、容器外部で上記浴抜き出し管と連結された減圧装置と、容器外部から内部にガスを導入するガス導入ノズルと、容器内部から外部にガスを排出するガス排出ノズルと、容器外部から内部に溶融塩を供給する溶融塩供給ノズルとを備えることが望ましい(第3の溶融塩電解槽)。   That is, in the first molten electrolytic cell, a container with a lid holding the molten salt bath, an anode penetrating the lid from above the container and immersed in the molten salt bath, and the anode Underneath, is immersed in a molten salt bath and expands upward, a bath extraction pipe connected to the cathode and extending to the outside of the container, and a decompression connected to the bath extraction pipe outside the container. An apparatus, a gas introduction nozzle for introducing gas from the outside of the container to the inside, a gas discharge nozzle for discharging gas from the inside of the container to the outside, and a molten salt supply nozzle for supplying molten salt from the outside of the container to the inside may be provided. Desirable (third molten salt electrolyzer).

次に、本発明の金属の製造方法は、上記第1〜3の溶融塩電解槽を使用することを特徴としており、このような製造方法によれば、溶融カルシウムまたは溶融マグネシウムを得ることができる。   Next, the method for producing a metal of the present invention is characterized by using the above first to third molten salt electrolyzers, and according to such a production method, molten calcium or molten magnesium can be obtained. ..

本発明によれば、陰極を中空とし、または、これに加えて陰極にフィン部材を接合するとともに、その接合箇所の直上において陰極に貫通孔を設けることで、陰極表面に析出したカルシウムが塩化カルシウム浴全体に溶解あるいは拡散するに先立って、前記カルシウムあるいはカルシウムを一部溶解した塩化カルシウムを効率よく回収し、外部に抜き出すことができるという効果を奏する。また、本発明によれば、陰極全体を陽極の下方に浸漬配置することで、上記の効果に加えて、前記陽極で生成する塩素ガスと陰極で生成するカルシウムとの再結合を回避でき、その結果電流効率を高めることができるという効果も奏する。   According to the present invention, the cathode is hollow, or in addition to this, the fin member is joined to the cathode, and the through hole is provided in the cathode immediately above the joining portion, whereby calcium deposited on the cathode surface is calcium chloride. The effect of being able to efficiently collect the calcium or calcium chloride in which calcium is partly dissolved and to extract it to the outside prior to dissolving or diffusing in the entire bath. Further, according to the present invention, by disposing the entire cathode under the anode, in addition to the above effects, it is possible to avoid recombining chlorine gas generated in the anode and calcium generated in the cathode, As a result, the current efficiency can be improved.

本発明の好適な溶融塩電解槽を示す側方断面図である。It is a side sectional view showing a suitable molten salt electrolyzer of the present invention. 本発明の好適な他の溶融塩電解槽を示す側方断面図である。It is a side sectional view showing other suitable molten salt electrolyzers of the present invention. 本発明の好適な他の溶融塩電解槽を示す側方断面図である。It is a side sectional view showing other suitable molten salt electrolyzers of the present invention. 図2および図3に示す電解槽に使用する陰極を改良した陰極を示す側方断面図である。FIG. 4 is a side sectional view showing a cathode obtained by improving the cathode used in the electrolytic cell shown in FIGS. 2 and 3. 本発明の一実施形態である陽極の縦溝の模式図である。It is a schematic diagram of the vertical groove of the anode which is one embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

B …溶融塩浴
10 …容器
10a…蓋
11 …陽極
12 …陰極
13 …減圧装置
14 …ガス導入ノズル
15 …ガス排出ノズル
16 …溶融塩供給ノズル
17 …フィン部材
18 …貫通孔
28 …整流板
51 …縦溝
B... Molten salt bath 10... Container 10a... Lid
11... Anode 12... Cathode 13... Pressure reducing device 14... Gas introduction nozzle 15... Gas discharge nozzle 16... Molten salt supply nozzle 17... Fin member 18... Through hole 28... Straightening plate 51... Vertical groove

以下、本発明の溶融塩電解槽およびこれを用いた金属の製法に係る最良の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の好適な溶融塩電解槽を示す側方断面図である。同図に示すように、この電解槽は、溶融塩浴Bが保持され上部に蓋10aが設けられた容器10と、容器10の上方から蓋10aを貫通して溶融塩浴Bに浸漬配置された陽極11および陰極12と、陰極12に連結された減圧装置13とを備えるものである。また、この電解槽の蓋10aには、容器10の外部から内部にガスを導入するガス導入ノズル14と、容器10の内部から外部にガスを排出するガス排出ノズル15と、容器10の外部から内部に溶融塩を供給する溶融塩供給ノズル16とが設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the best mode for carrying out the molten salt electrolyzer of the present invention and a metal manufacturing method using the same will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side sectional view showing a preferable molten salt electrolytic cell of the present invention. As shown in the figure, this electrolytic cell is arranged so that a molten salt bath B is held and a lid 10a is provided on an upper portion of the container 10, and a lid 10a is penetrated from above the container 10 to be immersed in the molten salt bath B. In addition, the anode 11 and the cathode 12 and the decompression device 13 connected to the cathode 12 are provided. Further, the lid 10 a of the electrolytic cell has a gas introduction nozzle 14 for introducing gas from the outside of the container 10, a gas discharge nozzle 15 for discharging gas from the inside of the container 10 to the outside, and an outside of the container 10. A molten salt supply nozzle 16 for supplying molten salt is provided inside.

この溶融塩電解槽において、陰極12は中空形状をなしており、陰極12の外面にはフィン部材17が接合されている。また、陰極12とフィン部材17との接合部分の直上において、陰極12に貫通孔18が設けられている。   In this molten salt electrolytic cell, the cathode 12 has a hollow shape, and a fin member 17 is joined to the outer surface of the cathode 12. Further, a through hole 18 is provided in the cathode 12 just above the joint between the cathode 12 and the fin member 17.

前記した陰極12に貫通孔18を設けることにより、陰極12の表面で生成した溶融カルシウムが、溶融塩浴Bに溶解あるいは拡散するに先立って効率よく陰極12の中空部に回収することができる。   By providing the through hole 18 in the cathode 12, the molten calcium generated on the surface of the cathode 12 can be efficiently collected in the hollow portion of the cathode 12 before being dissolved or diffused in the molten salt bath B.

図1に示す溶融塩電解槽を使用する場合には、容器10に保持した溶融塩浴B中に陽極11と陰極12とを浸漬させ、蓋10aにより容器10を密閉する。次いで、蓋10aに連結したガス導入ノズル14から不活性ガスを容器10の空間部に導き、ガス排出ノズル15から外部に排出させて流通させることが好ましい。   When the molten salt electrolysis cell shown in FIG. 1 is used, the anode 11 and the cathode 12 are immersed in the molten salt bath B held in the container 10, and the container 10 is sealed with the lid 10a. Next, it is preferable to introduce the inert gas into the space of the container 10 from the gas introduction nozzle 14 connected to the lid 10a, and to discharge the inert gas to the outside through the gas discharge nozzle 15 for circulation.

このように不活性ガスを容器10の空間部に流通させることで、容器10の空間部への大気の侵入を効果的に抑制できるとともに、陽極11で発生する塩素ガスを効率よく外部に排出することができる。容器10の空間部に大気が侵入すると、溶融塩浴Bを構成する塩化カルシウムが酸化されて、溶融塩電解反応を遅滞させるおそれがあるからである。   By circulating the inert gas in the space of the container 10 as described above, it is possible to effectively suppress the invasion of the atmosphere into the space of the container 10 and efficiently discharge the chlorine gas generated in the anode 11 to the outside. be able to. This is because when the atmosphere enters the space of the container 10, calcium chloride forming the molten salt bath B is oxidized and the molten salt electrolytic reaction may be delayed.

前記した陽極11の材質は、カーボンのような材質で構成することが好ましい。このような材質で構成しておくことで陰極11の表面から発生する塩素ガスにより腐食を受けることなく安定した電解操業を継続できる。これに対してカルシウムが生成する陽極12は、電解浴Bや陰極12の表面で生成するカルシウムに侵食され難いステンレス鋼やチタン材で構成することが好ましい。   The material of the above-mentioned anode 11 is preferably made of a material such as carbon. With such a material, stable electrolytic operation can be continued without being corroded by chlorine gas generated from the surface of the cathode 11. On the other hand, it is preferable that the anode 12 in which calcium is generated is made of stainless steel or titanium material that is not easily corroded by calcium generated in the surfaces of the electrolytic bath B and the cathode 12.

図1に示す電解槽に用いる陰極12は、上記したように、内部が中空であり、陰極12の溶融塩に浸漬させる箇所の表面には、フィン部材17を配設・接合しておくことが好ましい。また、フィン部材17は、上に拡開した状態で配置し、陰極12に対するフィン部材17の接合部位には、その内部に通じる貫通孔18を設けておくことが好ましい。前記フィン部材17を構成するフィンの拡開角度は、30°〜45°の範囲から選択することが好ましい。   As described above, the cathode 12 used in the electrolytic cell shown in FIG. 1 has a hollow interior, and the fin member 17 may be disposed and joined to the surface of the portion of the cathode 12 to be immersed in the molten salt. preferable. Further, it is preferable that the fin member 17 is arranged in a state where the fin member 17 is expanded upward and a through hole 18 that communicates with the inside of the fin member 17 is provided at a joint portion of the fin member 17 to the cathode 12. The expansion angle of the fins forming the fin member 17 is preferably selected from the range of 30° to 45°.

フィン部材17の数は本発明に係る図1に示す電解槽については、2〜5枚程度とするのが実用的である。また、貫通孔18は、陰極12の表面上に等間隔に穿孔する貫通孔18の大きさは、陰極12の内径の10〜30%の範囲に設定しておくことが好ましい。このような大きさの貫通孔18を穿孔しておくことで、陰極12の表面で生成したカルシウムを含む塩化カルシウムを効率よく外部に抜き出すことができる。   The number of fin members 17 is practically about 2 to 5 for the electrolytic cell shown in FIG. 1 according to the present invention. Further, it is preferable that the size of the through holes 18 that are formed at equal intervals on the surface of the cathode 12 is set within a range of 10 to 30% of the inner diameter of the cathode 12. By forming the through holes 18 having such a size, calcium chloride containing calcium generated on the surface of the cathode 12 can be efficiently extracted to the outside.

発明者らは、図1に示す溶融塩電解槽等を完成するに到る過程で、種々の実験を試みた。その結果、外面にフィン部材を接合しない陰極と陽極とを塩化カルシウム浴に浸漬して溶融塩電解を行った場合には、陰極の周囲に、カルシウムの溶融塩浴(以下、単に「金属霧」と称する場合がある。)が短時間に溶融塩浴Bの全体に拡散していく様子が観察された。   The inventors tried various experiments in the process of completing the molten salt electrolytic cell shown in FIG. As a result, when molten salt electrolysis was performed by immersing the cathode and the anode, which do not have fin members joined to the outer surface, in a calcium chloride bath, the molten salt bath of calcium (hereinafter, simply “metal fog”) was formed around the cathode. It may be referred to as “.”) was diffused throughout the molten salt bath B in a short time.

この金属霧は、陽極での塩素ガス発生に伴う浴の対流や周囲との比重差の影響を受けて短時間のうちに浴全体に拡散する傾向にある。しかしながら、陰極12の表面にカルシウムが生成した当初は、前記したカルシウムの一部は溶融塩浴B中を沈降して容器10の底部に集積する傾向を示すことも確認されている。このため、本発明では、フィン部材17を上開きに拡開させた状態で陰極12に接合させるのみならず、陰極12のできるだけ下端近傍に配置することが好ましい。このように配置することにより、溶融塩浴Bに浸漬した陰極12の表面全体で生成するカルシウムを効率的に回収できる。   This metal mist tends to diffuse throughout the bath in a short time due to the influence of the convection of the bath due to the generation of chlorine gas at the anode and the difference in specific gravity from the surroundings. However, it has been confirmed that at the beginning of the formation of calcium on the surface of the cathode 12, a part of the calcium described above tends to settle in the molten salt bath B and accumulate at the bottom of the container 10. Therefore, in the present invention, it is preferable not only to join the fin member 17 to the cathode 12 in a state where the fin member 17 is widened upward, but also to arrange the fin member 17 as close to the lower end as possible. By arranging in this way, calcium generated on the entire surface of the cathode 12 immersed in the molten salt bath B can be efficiently recovered.

陰極12の表面で生成したカルシウムは、周囲との比重差から、上開きに配置されたフィン部材17に沿って陰極12の表面に形成させた貫通孔18を経由し、陰極12の中空部に効率よく導かれる。このように、陰極12の表面で生成したカルシウムを効率的に中空部に導くことにより、陰極12で生成したカルシウムと陽極11で生成した塩素ガスとの接触反応を抑制することができる。その結果、電流効率の低下を効果的に防止することができる。   The calcium generated on the surface of the cathode 12 passes through the through hole 18 formed on the surface of the cathode 12 along the fin member 17 arranged in the upper opening due to the difference in specific gravity from the surroundings, and enters the hollow portion of the cathode 12. Guided efficiently. In this way, by efficiently guiding the calcium generated on the surface of the cathode 12 to the hollow portion, it is possible to suppress the contact reaction between the calcium generated at the cathode 12 and the chlorine gas generated at the anode 11. As a result, it is possible to effectively prevent a decrease in current efficiency.

陰極12の中空部に導かれたカルシウムを含む塩化カルシウムは、陰極12の他端を減圧装置13に係合することで比較的容易に外部に抜き出すことができる。陰極12の表面で生成したカルシウムは、溶融塩浴Bに溶解し、陰極12の表面に設けられた貫通孔18を経由して陰極12の中空部に導かれ、減圧装置13によって上方に吸引されて、減圧配管の途中に設けた図示しないタンクに排出させることができる。   The calcium chloride containing calcium introduced into the hollow portion of the cathode 12 can be relatively easily extracted to the outside by engaging the other end of the cathode 12 with the decompression device 13. The calcium generated on the surface of the cathode 12 is dissolved in the molten salt bath B, guided to the hollow portion of the cathode 12 through the through hole 18 provided on the surface of the cathode 12, and sucked upward by the decompression device 13. Then, it can be discharged to a tank (not shown) provided in the middle of the decompression pipe.

以上の操作を行うと、溶融塩浴Bが容器10から外部に排出される量に応じて溶融塩浴のレベルが低下するが、それに対応した量の新規な溶融塩化カルシウムを蓋10aに設置した溶融塩供給ノズル16から容器10の内部に供給することにより、溶融塩浴Bのレベルを一定に維持することができる。このような操業形態をとることで、塩化カルシウムの連続的操業が可能となる。   When the above operation is performed, the level of the molten salt bath B is lowered according to the amount of the molten salt bath B discharged from the container 10, but a new amount of the corresponding molten calcium chloride was installed in the lid 10a. By supplying the molten salt from the nozzle 16 into the container 10, the level of the molten salt bath B can be kept constant. By adopting such an operation form, it becomes possible to continuously operate calcium chloride.

容器10に供給する塩化カルシウムとしては、新規な塩化カルシウム浴を用いてもよいが、従来技術で述べた、酸化チタンのカルシウム還元で副生する酸化カルシウムを含む塩化カルシウムを塩素化して全量を塩化カルシウムに変えたものを用いてもよい。   A new calcium chloride bath may be used as the calcium chloride to be supplied to the container 10. However, the calcium chloride containing calcium oxide by-produced by the calcium reduction of titanium oxide described in the prior art is chlorinated to chlorinate the entire amount. You may use what changed into calcium.

陰極12の中空部を介して抜き出されたカルシウムを含む塩化カルシウムは、例えば、従来技術に引用したような、酸化チタンからチタンを直接還元する際に用いる還元剤として使用することができる。この際、陰極12の中空部を介して抜き出された、カルシウムを含んだ塩化カルシウムをカルシウムの融点近傍まで冷却することにより、塩化カルシウム中に溶解しているカルシウムの一部を析出させてもよい。   Calcium chloride containing calcium extracted through the hollow portion of the cathode 12 can be used as a reducing agent used in the direct reduction of titanium from titanium oxide as cited in the prior art. At this time, even if a portion of the calcium dissolved in the calcium chloride is deposited by cooling the calcium chloride containing calcium extracted through the hollow portion of the cathode 12 to near the melting point of calcium. Good.

溶融塩浴Bの温度は、塩化カルシウムの融点以上に維持することが好ましい。また、この温度は、カルシウムの融点よりも100℃を超えて高くならない範囲内に維持することが好ましい。溶融塩浴Bの温度がカルシウムの融点よりも100℃を超えて高くなると、溶融塩浴Bの蒸発が促進され、歩留まりが低下し、好ましくないからである。   The temperature of the molten salt bath B is preferably maintained above the melting point of calcium chloride. Further, it is preferable to maintain this temperature within a range not exceeding 100° C. higher than the melting point of calcium. This is because if the temperature of the molten salt bath B becomes higher than the melting point of calcium by more than 100° C., the evaporation of the molten salt bath B is promoted and the yield is lowered, which is not preferable.

また、溶融塩浴Bを構成する塩化カルシウムに塩化カリウムを添加することで、溶融塩浴Bの融点を下げることができる。このように溶融塩浴Bの融点を下げることで、電解操業温度に自由度を持たせることができる。塩化カルシウムに添加する塩化カリウムは、18wt%〜67wt%の範囲とすることが好ましい。このような範囲に塩化カリウムを添加することで、溶融塩浴Bの融点を600℃〜760℃に低下させることができ、溶融塩浴Bの運転温度を安定して低下させることができる。その結果、塩化カルシウムに溶解する生成カルシウム量を抑制することができる。   Further, by adding potassium chloride to calcium chloride forming the molten salt bath B, the melting point of the molten salt bath B can be lowered. By lowering the melting point of the molten salt bath B in this way, it is possible to give the electrolytic operation temperature a degree of freedom. The potassium chloride added to calcium chloride is preferably in the range of 18 wt% to 67 wt %. By adding potassium chloride in such a range, the melting point of the molten salt bath B can be lowered to 600° C. to 760° C., and the operating temperature of the molten salt bath B can be stably lowered. As a result, the amount of produced calcium dissolved in calcium chloride can be suppressed.

図2は、本発明の好適な他の溶融塩電解槽を示す側方断面図である。同図に示すように、この電解槽は、溶融塩浴Bが保持され上部に蓋20aが設けられた容器20と、容器20の上方から蓋20aを貫通して溶融塩浴Bに浸漬配置された陽極21と、陽極21の下方において溶融塩浴Bに浸漬配置され、かつ、上向きに拡開した陰極22と、陰極22に連結されて容器20の外部まで延在する浴抜き出し管23と、容器20の外部で浴抜き出し管23と連結された減圧装置24とを備えるものである。また、この電解槽の蓋20aには、容器20の外部から内部にガスを導入するガス導入ノズル25と、容器20の内部から外部にガスを排出するガス排出ノズル26と、容器20の外部から内部に溶融塩を供給する溶融塩供給ノズル27とが設けられている。   FIG. 2 is a side sectional view showing another preferable molten salt electrolytic cell of the present invention. As shown in the figure, this electrolytic cell is arranged so that the molten salt bath B is held and the lid 20a is provided on the upper portion of the container 20, and the lid 20a is penetrated from above the container 20 to be immersed in the molten salt bath B. An anode 21, a cathode 22 that is disposed below the anode 21 in the molten salt bath B and expands upward, and a bath withdrawal pipe 23 that is connected to the cathode 22 and extends to the outside of the container 20. A decompression device 24 connected to the bath withdrawing pipe 23 is provided outside the container 20. Further, in the lid 20 a of the electrolytic cell, a gas introduction nozzle 25 for introducing gas from the outside of the container 20 to the inside, a gas discharge nozzle 26 for discharging gas from the inside of the container 20 to the outside, and the outside of the container 20. A molten salt supply nozzle 27 for supplying a molten salt is provided inside.

このように、図2に示す電解槽の構成要素のうち、容器20、陽極21、ガス導入ノズル25、ガス排出ノズル26および溶融塩供給ノズル27については、図1に示す電解槽の対応する各構成要素と同じである。これに対し、図2に示す電解槽の構成要素のうち、溶融塩浴Bに完全に浸漬されている陰極22や、陰極22と減圧装置24との間に配置された浴抜き出し管23については、図1に示す電解槽と構成上の差異をなすものである。   As described above, among the components of the electrolytic cell shown in FIG. 2, the container 20, the anode 21, the gas introduction nozzle 25, the gas discharge nozzle 26, and the molten salt supply nozzle 27 are the same as those of the electrolytic cell shown in FIG. It is the same as the component. On the other hand, of the components of the electrolytic cell shown in FIG. 2, the cathode 22 which is completely immersed in the molten salt bath B and the bath withdrawing pipe 23 arranged between the cathode 22 and the decompression device 24 are This is a structural difference from the electrolytic cell shown in FIG.

図2に示すように、陰極22を溶融塩浴Bに完全に浸漬させ、更に、陽極21の下方に配置することで、陽極21の表面で発生した塩素ガスと陰極22の表面で生成したカルシウムとの接触を、カルシウムの生成直後において、効果的に抑制することができる。このため、生成したカルシウムの大部分を、周囲の比重の影響を最小限にとどめて浴抜き出し管23に導くことができるため、溶融塩浴Bを抜き出し管23を介して外部に効率的に抜き出すことができる。   As shown in FIG. 2, by completely immersing the cathode 22 in the molten salt bath B and further arranging it below the anode 21, chlorine gas generated on the surface of the anode 21 and calcium generated on the surface of the cathode 22 are formed. Immediately after the production of calcium, contact with can be effectively suppressed. For this reason, most of the generated calcium can be guided to the bath withdrawing pipe 23 with the influence of the surrounding specific gravity being minimized, so that the molten salt bath B can be efficiently withdrawn to the outside via the withdrawing pipe 23. be able to.

また、陰極22は、図2に示すように陽極21の下方延長上に高精度に配置する必要はなく、陽極21と陰極22との各中心をずらして配置してもよい。さらに、図2に示す態様においては、陰極22は、上方向に拡開しており、その拡開角度は、水平面に対して上方向に30〜45°の範囲で選択することができる。このような拡開した陰極22は、図1に示す電解槽中の構成要素である、フィン部材17と同様の効果を奏するものであり、すなわち、周囲との比重差の影響を最小限にとどめて、生成したカルシウムを効率的に外部に抜き出すように機能する。   Further, the cathode 22 does not need to be arranged with high precision on the downward extension of the anode 21 as shown in FIG. 2, and the centers of the anode 21 and the cathode 22 may be displaced from each other. Further, in the embodiment shown in FIG. 2, the cathode 22 is expanded upward, and the expansion angle can be selected in the range of 30 to 45° upward with respect to the horizontal plane. The expanded cathode 22 has the same effect as that of the fin member 17, which is a component in the electrolytic cell shown in FIG. 1, that is, the influence of the difference in specific gravity from the surroundings is minimized. And functions to efficiently extract the generated calcium to the outside.

陰極22の裏面(図2中、陰極22の陽極21と対向しない面)および浴抜き出し管23の表面は、溶射等の手段により絶縁性の高いシリカあるいはアルミナのようなセラミックをコーティングしておくことが好ましい。このような絶縁処理を施しておくことで、カルシウムの生成部位を陰極22の内面に限定することができるのみならず、浴抜き出し管23の内面もカルシウムの析出面として効率よく利用することができる。   The back surface of the cathode 22 (the surface of the cathode 22 not facing the anode 21 in FIG. 2) and the surface of the bath withdrawal tube 23 should be coated with a highly insulating ceramic such as silica or alumina by means of thermal spraying or the like. Is preferred. By performing such an insulation treatment, not only the site where calcium is generated can be limited to the inner surface of the cathode 22, but also the inner surface of the bath extraction tube 23 can be efficiently used as a calcium deposition surface. ..

浴抜き出し管23の陰極22とは反対側の端部は、減圧装置24に係合されており、また当該端部はこの減圧装置24とともに図示しないタンクに係合しておくことが好ましい。このような装置構成とすることで、さらに効率よくカルシウムを外部に抜き出すことができる。また、浴抜き出し管23は、図2に示すように溶融塩浴Bを上方に吸引して蓋20aを貫通して容器20の外部に延在する配置とすることは勿論、容器20の底部あるいは側部に貫通孔を設けて底部や側部を貫通して外部に延在する配置とすることもできる。このような配置とすることで、陽極21で発生した塩素ガスと陰極22で生成したカルシウムとの接触を効果的に抑制することができる。   It is preferable that the end of the bath withdrawal tube 23 opposite to the cathode 22 is engaged with the decompression device 24, and that end together with the decompression device 24 is engaged with a tank (not shown). With such a device configuration, calcium can be extracted to the outside more efficiently. Further, as shown in FIG. 2, the bath withdrawing pipe 23 is not limited to the arrangement in which the molten salt bath B is sucked upward to penetrate the lid 20a and extend to the outside of the container 20 or the bottom of the container 20 or It is also possible to provide a through hole in the side portion so as to extend through the bottom portion or the side portion to the outside. With such an arrangement, it is possible to effectively suppress contact between chlorine gas generated at the anode 21 and calcium generated at the cathode 22.

図3は、本発明の好適な他の溶融塩電解槽を示す側方断面図である。同図に示す電解槽は、図2に示す電解槽の改良例であるため、図2に示す電解槽と同様の構成要素についての説明は省略する。図3に示す電解槽は、容器20の内壁から陽極21と陰極22との間に延在する整流板28を設けた点で、図2に示す電解槽とその構成を異にする。   FIG. 3 is a side sectional view showing another preferable molten salt electrolytic cell of the present invention. Since the electrolytic cell shown in the figure is an improved example of the electrolytic cell shown in FIG. 2, description of the same components as the electrolytic cell shown in FIG. 2 will be omitted. The electrolytic cell shown in FIG. 3 differs from the electrolytic cell shown in FIG. 2 in that a rectifying plate 28 extending from the inner wall of the container 20 between the anode 21 and the cathode 22 is provided.

前記整流板28は、図3に示すように、水平面に対して上方向に傾斜させて配置することが好ましい。前記水平面に対する整流板28の傾斜は、10°〜45°の範囲に選択しておくことが好ましい。このような範囲に選択しておくことで、陰極22近傍で発生する溶融塩浴Bの上昇流れを効率よく抑制することができる。   As shown in FIG. 3, the current plate 28 is preferably arranged so as to be inclined upward with respect to the horizontal plane. The inclination of the straightening vane 28 with respect to the horizontal plane is preferably selected in the range of 10° to 45°. By selecting such a range, the upward flow of the molten salt bath B generated near the cathode 22 can be efficiently suppressed.

また、整流板28の先端部には、下方に向けた折り曲げ部を設けておくことが好ましい。このような折り曲げ部を設けることで、カルシウムを含む溶融塩浴Bの上昇する流れを陰極22の中心部方向に向けることができる。   Further, it is preferable that a bent portion facing downward is provided at the tip of the current plate 28. By providing such a bent portion, the rising flow of the molten salt bath B containing calcium can be directed toward the central portion of the cathode 22.

陽極21の表面で塩素ガスが発生すると塩素ガスは溶融塩浴B中を上昇する。このため、陽極21の下方の溶融塩浴Bには、図3の下方から上方に向かう浴流れが生じ、陽極21で発生した塩素ガスと陰極22の表面で生成したカルシウムが接触して両者が再反応する虞れがあるからである。   When chlorine gas is generated on the surface of the anode 21, the chlorine gas rises in the molten salt bath B. Therefore, in the molten salt bath B below the anode 21, a bath flow from the lower side to the upper side in FIG. 3 is generated, and chlorine gas generated at the anode 21 and calcium generated at the surface of the cathode 22 come into contact with each other so that both flow. This is because there is a risk of re-reaction.

これに対し、図3に示すように整流板28を設けた場合には、陰極22で生成したカルシウムの一部を含む浴流れが整流板28に到達すると前記浴流れが容器20の中心方向に転向し各方向からの流れが影響し合って、図3に矢印で示す下方への浴流れが形成される。その結果、カルシウムを含む溶融塩浴Bは、陰極22の中心方向に導かれ浴抜き出し管23を経由して効率良く系外に抜き出すことができる。   On the other hand, in the case where the flow straightening plate 28 is provided as shown in FIG. 3, when the bath flow containing a part of calcium generated in the cathode 22 reaches the flow straightening plate 28, the bath flow moves toward the center of the container 20. The diversions and the flows from the respective directions influence each other to form a downward bath flow indicated by an arrow in FIG. As a result, the molten salt bath B containing calcium is guided toward the center of the cathode 22 and can be efficiently withdrawn from the system via the bath withdrawing pipe 23.

図4は、図2および図3に示す電解槽に使用する陰極22を改良した陰極30を示す側方断面図である。前記陰極30は上方に拡開する部分31,32が2段に構成されており、これらの前記の拡開部分31と32の間には、貫通孔33が設けられている。このような陰極30の構成を採用することで、図3に示すフィン部材(図1で符号17に相当)と貫通孔(図1で符号18に相当)を形成した陰極の場合に比べて更なるカルシウムの回収効果を引き出すことができる。その結果、図2,3に示す電解槽に比して、カルシウムの生産性をさらに向上させることができる。   FIG. 4 is a side sectional view showing a cathode 30 obtained by improving the cathode 22 used in the electrolytic cell shown in FIGS. 2 and 3. The cathode 30 has two upwardly expanding portions 31 and 32, and a through hole 33 is provided between the expanding portions 31 and 32. By adopting such a structure of the cathode 30, compared with the case of the cathode in which the fin member (corresponding to reference numeral 17 in FIG. 1) and the through hole (corresponding to reference numeral 18 in FIG. 1) shown in FIG. 3 is formed. It is possible to bring out the effect of recovering calcium. As a result, the productivity of calcium can be further improved as compared with the electrolytic cells shown in FIGS.

以上に示す、図1〜3の電解槽においては、陽極11,21には、塩素ガスが発生するので耐食性の観点からグラファイトを用いることが好ましい。また、図1に示す例においては、陽極11の下端部は、半球状もしくは先細りしたペンシル状に加工しておくことが好ましい。陽極11,21の下端部をこのような形状に加工しておくことで、塩素ガスの滞留に伴う気泡の成長を抑制することができ、その結果、陽極11、21と陰極12との間の溶融塩浴Bの対流を最小限に抑えることができる。また、図5に示すように陽極11、21の下端部には、長手方向に縦溝51を形成しておくことが好ましい。このような縦溝を設けることで、陽極11、21の表面で生成した塩素ガスの上昇をより円滑に進めることができる。   In the electrolytic cells of FIGS. 1 to 3 shown above, graphite is preferably used for the anodes 11 and 21 from the viewpoint of corrosion resistance because chlorine gas is generated. Further, in the example shown in FIG. 1, the lower end of the anode 11 is preferably processed into a hemispherical shape or a tapered pencil shape. By processing the lower end portions of the anodes 11 and 21 in such a shape, it is possible to suppress the growth of bubbles due to the retention of chlorine gas, and as a result, between the anodes 11 and 21 and the cathode 12. The convection of the molten salt bath B can be minimized. Further, as shown in FIG. 5, vertical grooves 51 are preferably formed in the longitudinal direction at the lower ends of the anodes 11 and 21. By providing such a vertical groove, the rise of chlorine gas generated on the surfaces of the anodes 11 and 21 can be promoted more smoothly.

前記陽極11、21の下端部に設ける縦溝51の数は、陽極11、21の周方向を4〜10等分した間隔毎に配置することが好ましい。また、前記の溝の幅と深さは、陽極11、21の径の5%〜20%の範囲の中から選択しておくことが好ましい。例えば、陽極12の径が15mmの場合には、前記縦溝の幅と深さは、1mm〜3mmの範囲から選択しておくことが好ましい。このような縦溝の幅と深さを選択することで陽極11、21の表面で生成する塩素ガスの気泡径よりも大きく設定することができ、その結果、陽極11、21の先端部生成する塩素ガスの上昇挙動を円滑に進めることができるという効果を奏する。   The number of vertical grooves 51 provided at the lower ends of the anodes 11 and 21 is preferably arranged at intervals of 4 to 10 equal parts in the circumferential direction of the anodes 11 and 21. The width and depth of the groove are preferably selected from the range of 5% to 20% of the diameter of the anodes 11 and 21. For example, when the diameter of the anode 12 is 15 mm, it is preferable to select the width and depth of the vertical groove from the range of 1 mm to 3 mm. By selecting the width and depth of such vertical grooves, it is possible to set the diameter larger than the bubble diameter of chlorine gas generated on the surfaces of the anodes 11 and 21, and as a result, the tips of the anodes 11 and 21 are generated. The effect that the rising behavior of chlorine gas can be smoothly advanced is exhibited.

図1に示すフィン部材17、および図2〜4に示す陰極22,30は、生成するカルシウムが還元性を示すので、炭素鋼あるいはステンレス鋼で構成することができる。ただし、容器10,20の空間部は陽極11,21で発生した塩素ガスが存在するために、図1の陰極12および図2の浴抜き出し管23の表面には、塩素ガスに耐え得るセラミック等をコーティングしておくことが好ましい。   The fin member 17 shown in FIG. 1 and the cathodes 22 and 30 shown in FIGS. 2 to 4 can be made of carbon steel or stainless steel because the generated calcium exhibits a reducing property. However, since chlorine gas generated at the anodes 11 and 21 exists in the space portions of the containers 10 and 20, ceramics or the like which can withstand chlorine gas are formed on the surfaces of the cathode 12 of FIG. Is preferably coated.

本発明で製造されたカルシウムは、溶融塩を用いた酸化チタンのカルシウム還元によって直接チタンを製造する工程に用いることができる。なお、高純度チタンを製造する場合には、図1〜4に示す陰極12,22,30に、ニッケルやクロム含有率の少ない炭素鋼を用いることが好ましい。前記の金属はカルシウムや溶融塩浴中に溶解する傾向が強く、その結果前記した酸化チタンのカルシウム還元によって生成する金属チタンを汚染する虞があるからである。   The calcium produced by the present invention can be used in the step of directly producing titanium by calcium reduction of titanium oxide using a molten salt. When manufacturing high-purity titanium, it is preferable to use carbon steel having a low nickel or chromium content for the cathodes 12, 22, and 30 shown in FIGS. This is because the above metal has a strong tendency to dissolve in calcium or a molten salt bath, and as a result, there is a risk of contaminating the metal titanium produced by the above-described calcium reduction of titanium oxide.

前記した、溶融塩浴Bを塩化カルシウムに変えて、塩化マグネシウムを溶融塩電解するに場合にも本発明を適用することができる。この場合にも、陰極に溶融マグネシウムが生成するが、前記した塩化カルシウムの場合と違ってマグネシウムは、塩化マグネシウムに対して殆ど溶解度を有しない。このため、浴抜き出し管23から抜き出された塩化マグネシウムを伴うマグネシウムを系外で静置分離することにより、マグネシウム単体を回収することができる。その結果効率良く四塩化チタンの還元反応を進めることができるという効果を奏する。   The present invention can also be applied to the case where the molten salt bath B is changed to calcium chloride and the molten salt electrolysis of magnesium chloride is performed. In this case as well, molten magnesium is produced at the cathode, but unlike the case of calcium chloride described above, magnesium has almost no solubility in magnesium chloride. Therefore, the magnesium simple substance can be recovered by allowing the magnesium with the magnesium chloride extracted from the bath withdrawing pipe 23 to stand and separate outside the system. As a result, there is an effect that the reduction reaction of titanium tetrachloride can be efficiently advanced.

以上述べたように、本発明に係る溶融塩電解槽を用いることにより、カルシウムを含む塩化カルシウムを効率よく外部に抜き出すことができ、その結果、高い電流効率を達成することができる。   As described above, by using the molten salt electrolyzer according to the present invention, calcium chloride containing calcium can be efficiently extracted to the outside, and as a result, high current efficiency can be achieved.

以下に、本発明を実施例によって詳細に説明する。
図1に示す電解槽を用いて、次の条件で塩化カルシウムの電解試験を実施した。
1)溶融塩浴
溶融塩:無水塩化カルシウム
重量 :1kg
2)陽極
材質:グラファイト
寸法:径15(mm)×長さ600(mm)
3)陰極
材質 :ステンレス鋼
寸法 :内径6(mm)×外径9(mm)×長さ600(mm)
フィン部材:円錐状、3段配置
貫通孔 :円錐状のフィン部材の陰極への各接続箇所直上において
陰極に3mmφの貫通孔を6箇所形成
4)容器
材質:透明石英
寸法:径70(mm)×長さ500(mm)
5)抜き出し管
材質:透明石英
寸法:径6×長さ200(mm)
6)加熱炉
出力 :1kW(定格)
ヒーター:ニクロム線
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
Using the electrolytic cell shown in FIG. 1, an electrolytic test of calcium chloride was carried out under the following conditions.
1) Molten salt bath
Molten salt: anhydrous calcium chloride
Weight: 1kg
2) Anode Material: Graphite Dimensions: Diameter 15 (mm) x Length 600 (mm)
3) Cathode Material: Stainless steel
Dimensions: Inner diameter 6 (mm) x Outer diameter 9 (mm) x Length 600 (mm)
Fin member: conical, three-stage arrangement
Through hole: Immediately above each connection point of the conical fin member to the cathode
6 through holes of 3 mmφ are formed in the cathode 4) Container material: transparent quartz Dimensions: diameter 70 (mm) x length 500 (mm)
5) Extraction tube Material: Transparent quartz
Dimensions: Diameter 6 x Length 200 (mm)
6) Heating furnace output: 1kW (rated)
Heater: Nichrome wire

図1に示す容器10に無水塩化カルシウムを供給し、陽極11および陰極12をこの無水塩化カルシウムに浸漬配置した後、蓋10aで容器10の全体をシールし、蓋10aに連結されたガス導入ノズル14からアルゴンガスを微量供給する一方、蓋10aに連結されたガス排出ノズル15から排気しつつ、供給された無水塩化カルシウム上方の空間部を微加圧状態に保持し、容器10を取り囲むように配置した図示しないヒーターに通電して、無水塩化カルシウムを加熱、昇温して800℃±5℃に保持した。   Anhydrous calcium chloride is supplied to the container 10 shown in FIG. 1, the anode 11 and the cathode 12 are immersed and placed in the anhydrous calcium chloride, and then the entire container 10 is sealed with a lid 10a, and a gas introduction nozzle connected to the lid 10a. While supplying a small amount of argon gas from 14, while exhausting from the gas discharge nozzle 15 connected to the lid 10a, the space above the supplied anhydrous calcium chloride is maintained in a slightly pressurized state so as to surround the container 10. A heater (not shown) arranged was energized to heat and heat the anhydrous calcium chloride to maintain the temperature at 800°C ± 5°C.

次いで、陽極11と陰極12との間に直流電圧を印加して無水塩化カルシウムの電解を開始した。印加電圧は、陰極12での電流密度が、0.2A/cm〜0.5A/cmになるよう調節した。電解反応で副生した塩素ガスは、蓋10aに連結したガス排出ノズル15から外部に排出した。Then, a direct current voltage was applied between the anode 11 and the cathode 12 to start the electrolysis of anhydrous calcium chloride. The applied voltage was adjusted so that the current density at the cathode 12 was 0.2 A/cm 2 to 0.5 A/cm 2 . The chlorine gas by-produced by the electrolytic reaction was discharged to the outside from the gas discharge nozzle 15 connected to the lid 10a.

通電開始後、陰極12の表面付近にカルシウムの生成に伴う着色が確認されたので、減圧装置13を作動させて陰極12の下端部からカルシウムの溶解した塩化カルシウムを外部に抜き出した。この間、容器10の内部を目視したが、陰極12で生成したカルシウムが陽極11まで拡散することはなかった。また、陰極12の底部に生成カルシウムが滞留することもなかった。   After the start of energization, coloring due to the formation of calcium was confirmed near the surface of the cathode 12, so the decompression device 13 was operated and the calcium chloride in which calcium was dissolved was extracted from the lower end of the cathode 12 to the outside. During this time, the inside of the container 10 was visually inspected, but the calcium generated at the cathode 12 did not diffuse to the anode 11. In addition, the generated calcium did not stay at the bottom of the cathode 12.

以上のような試験を計7回実施し、試験終了後、容器10から抜き出された塩化カルシウム中のカルシウム量を分析し、通電量を基準にして電流効率を計算した。本発明で達成される電流効率は、表1に示すように高いレベルにあることが確認された。   The above test was carried out 7 times in total, and after the test was completed, the amount of calcium in the calcium chloride extracted from the container 10 was analyzed, and the current efficiency was calculated based on the amount of electricity passed. It was confirmed that the current efficiency achieved by the present invention is at a high level as shown in Table 1.

Figure 2006115027
Figure 2006115027

実施例1において、陰極12を図2に示すような上に拡開した陰極22に変更した以 外は、実施例1と同じ条件で塩化カルシウムの溶融塩電解を行い、電流効率を計算した。その結果、表2に示すような高い電流効率を達成することができた。   In Example 1, molten salt electrolysis of calcium chloride was performed under the same conditions as in Example 1 except that the cathode 12 was changed to the cathode 22 which was expanded as shown in FIG. 2, and the current efficiency was calculated. As a result, high current efficiency as shown in Table 2 could be achieved.

Figure 2006115027
Figure 2006115027

実施例2において、外面をシリカで溶射した陰極12に変更した以外は、実施例2と同じ条件で塩化カルシウムの溶融塩電解を行い、電流効率を計算した。その結果、表3に示すような高い電流効率を達成することができた。     In Example 2, molten salt electrolysis of calcium chloride was performed under the same conditions as in Example 2 except that the outer surface was changed to the cathode 12 sprayed with silica, and the current efficiency was calculated. As a result, high current efficiency as shown in Table 3 could be achieved.

Figure 2006115027
Figure 2006115027

以上説明したように、本発明によれば、陰極を中空とし、またはこれに加えて陰極にフィン部材を接合するとともに、その直上に貫通孔を設けることで、陰極表面に析出したカルシウムを含む塩化カルシウムを効率よく外部に抜き出すことができる。よって、本発明は、特に、チタン化合物からチタンを生成するに際して使用する還元剤であるカルシウムを含む塩化カルシウムの抜き出しに適用することができる点で有望である。   As described above, according to the present invention, the cathode is made hollow, or in addition to this, the fin member is joined to the cathode, and the through hole is provided immediately above it, so that chloride containing calcium deposited on the cathode surface can be formed. Calcium can be efficiently extracted to the outside. Therefore, the present invention is particularly promising in that it can be applied to extraction of calcium chloride containing calcium, which is a reducing agent used in producing titanium from a titanium compound.

Claims (15)

溶融塩浴が保持された容器を備え、該浴中に陽極および陰極が浸漬配置され、該陰極が中空であることを特徴とする溶融塩電解槽。   A molten salt electrolytic cell comprising a container holding a molten salt bath, wherein an anode and a cathode are immersed in the bath and the cathode is hollow. 前記溶融塩浴が保持された蓋付きの容器と、前記容器の上方から前記蓋を貫通して溶融塩浴に浸漬配置された陽極および陰極と、前記陰極に連結された減圧装置と、容器外部から内部にガスを導入するガス導入ノズルと、容器内部から外部にガスを排出するガス排出ノズルと、容器外部から内部に溶融塩を供給する溶融塩供給ノズルとを備え、前記陰極の外面にフィン部材を設け、前記フィン部材との接合部分の直上において、前記陰極に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の溶融塩電解槽。   A container with a lid holding the molten salt bath, an anode and a cathode penetrating the lid from above the container and immersed in the molten salt bath, a decompression device connected to the cathode, and a container outside A gas introduction nozzle for introducing gas into the inside of the container, a gas discharge nozzle for discharging gas from the inside of the container to the outside, and a molten salt supply nozzle for supplying molten salt from the outside of the container to the inside, and a fin on the outer surface of the cathode. The molten salt electrolyzer according to claim 1, wherein a member is provided, and a through hole is provided in the cathode immediately above a joint portion with the fin member. 前記陰極の溶融塩浴浸漬側の端部が閉塞され、溶融塩浴非浸漬側の端部が減圧装置に係合されていることを特徴とする請求項2に記載の溶融塩電解槽。   The molten salt electrolytic cell according to claim 2, wherein an end of the cathode on the side immersed in the molten salt bath is closed, and an end on the side not immersed in the molten salt bath is engaged with a decompression device. 前記溶融塩浴が保持された蓋付きの容器と、前記容器の上方から前記蓋を貫通して溶融塩浴に浸漬配置された陽極と、前記陽極の下方において溶融塩浴に浸漬配置され、かつ、上向きに拡開した陰極と、前記陰極に連結されて容器外部まで延在する浴抜き出し管と、容器外部で前記浴抜き出し管と連結された減圧装置と、容器外部から内部にガスを導入するガス導入ノズルと、容器内部から外部にガスを排出するガス排出ノズルと、容器外部から内部に溶融塩を供給する溶融塩供給ノズルとを備えることを特徴とする請求項1に記載の溶融塩電解槽。   A container with a lid that holds the molten salt bath, an anode that penetrates the lid from above the container and is immersed in the molten salt bath, and is immersed in a molten salt bath below the anode, and , An upwardly expanded cathode, a bath withdrawing pipe connected to the cathode and extending to the outside of the container, a decompression device connected with the bath withdrawing pipe outside the container, and introducing gas into the interior from the outside of the container The molten salt electrolysis according to claim 1, further comprising a gas introduction nozzle, a gas discharge nozzle for discharging gas from the inside of the container to the outside, and a molten salt supply nozzle for supplying molten salt from the outside of the container to the inside. Tank. 前記陰極の前記陽極と対向していない面および浴抜き出し管の外面に絶縁層を設けたことを特徴とする請求項4に記載の溶融塩電解槽。   The molten salt electrolytic cell according to claim 4, wherein an insulating layer is provided on a surface of the cathode not facing the anode and an outer surface of the bath withdrawal tube. 容器内壁から前記陰極と前記陽極との間に向かって水平面に対し斜め上方に延在する整流板を配置したことを特徴とする請求項4または5に記載の溶融塩電解槽。   The molten salt electrolytic cell according to claim 4 or 5, wherein a rectifying plate extending obliquely upward from a horizontal surface from the inner wall of the container toward the cathode and the anode is arranged. 前記浴抜き出し管が容器の蓋を貫通して容器外部まで延在していることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の溶融塩電解槽。   The molten salt electrolyzer according to any one of claims 4 to 6, wherein the bath withdrawal pipe penetrates the lid of the container and extends to the outside of the container. 前記浴抜き出し管が容器の底部または側部を貫通して容器外部まで延在していることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の溶融塩電解槽。   The molten salt electrolytic cell according to any one of claims 4 to 6, wherein the bath withdrawing pipe extends through the bottom or side of the container to the outside of the container. 前記陽極がグラファイトで構成されており、前記陰極が炭素鋼またはステンレス鋼で構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の溶融塩電解槽。   The molten salt electrolytic cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the anode is made of graphite and the cathode is made of carbon steel or stainless steel. 前記陽極で生成する塩素ガスの気泡径よりも大きい幅を有する縦溝が前記陽極の表面に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の溶融塩電解槽。   The molten salt electrolytic cell according to claim 9, wherein a vertical groove having a width larger than a bubble diameter of chlorine gas generated at the anode is formed on the surface of the anode. 前記溶融塩が、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、または、塩化カルシウムと塩化カリウムとの混合物から構成されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の溶融塩電解槽。   The molten salt electrolytic cell according to any one of claims 1 to 10, wherein the molten salt is composed of calcium chloride, magnesium chloride, or a mixture of calcium chloride and potassium chloride. 請求項1に記載の溶融電解槽を用いることを特徴とする金属の製造方法。   A method for producing a metal, comprising using the molten electrolytic bath according to claim 1. 請求項2に記載の溶融電解槽を用いることを特徴とする金属の製造方法。   A method for producing a metal, comprising using the molten electrolytic bath according to claim 2. 請求項4に記載の溶融電解槽を用いることを特徴とする金属の製造方法。   A method for producing a metal, comprising using the molten electrolytic bath according to claim 4. 前記金属が、溶融カルシウムまたは溶融マグネシウムであることを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載の金属の製造方法。   The method for producing a metal according to claim 11, wherein the metal is molten calcium or molten magnesium.
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