KR20110076570A

KR20110076570A - 용융염 전기분해장치

Info

Publication number: KR20110076570A
Application number: KR1020090133315A
Authority: KR
Inventors: 최미선; 마봉열; 정재영; 이고기; 조성구; 서동진
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-07-06
Also published as: KR101142508B1

Abstract

염소가스와 금속마그네슘의 역반응에 의한 재결합을 해결하여 전류효율을 향상시킬 수 있는 용융염 전기분해장치를 제공한다. 용융염 전기분해장치는 일면이 개방되는 전해조 본체, 전해조 본체 내부에 결합되며, 전해조 본체 내부 공간을 마그네슘 회수조와 염소가스 회수조로 구분하는 격벽, 및 격벽의 하단에서 연장 형성되는 보조 격벽을 포함하며, 보조 격벽은 격벽과 설정된 사이각을 갖고 하향 경사되어 전해조 본체 내부 공간에 반응조를 더 구분하며, 전해조 본체 내에서 염소가스 이동로를 형성한다.

전기분해장치, 염화 마그네슘, 용융염, 마그네슘, 염소가스

Description

용융염 전기분해장치{MOLTEN SALT ELECTROLYSIS APPARATUS}

본 발명은 전기분해장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융염 전기분해장치에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘은 염화 마그네슘의 전해 및 열에 의한 산화마그네슘 환원에 의해 제조된다. 전해방법의 경우 염화 마그네슘을 주성분으로 하는 용융염을 이용하여 수직으로 배치된 음극과 양극에 전류를 인가하여 양극에서는 염소가스를, 음극에서는 용융 상태의 금속 마그네슘을 생성시킨다.

음극에서 생성된 금속 마그네슘은 용융염 표면에 떠올라 분위기 중의 공기 또는 수분에 의해 산화되어 용융염 속에 혼입된다. 용융염속에 혼입된 산화마그네슘 및 염화철, 철화합물 등의 불순물은 음극표면에서 석출되어 양극과 단락을 야기시키거나 음극표면 일부를 부동태화시켜 전류효율을 저하시킨다. 또한, 음극에서 생성된 마그네슘과 양극에서 발생된 염소가스의 역반응에 의한 재결합에 의해 전류효율 저하가 발생한다.

염소가스와 금속마그네슘의 역반응에 의한 재결합을 해결하여 전류효율을 향상시킬 수 있는 용융염 전기분해장치를 제공한다.

용융염 전기분해장치는 일면이 개방되는 전해조 본체, 전해조 본체 내부에 결합되며, 전해조 본체 내부 공간을 마그네슘 회수조와 염소가스 회수조로 구분하는 격벽, 및 격벽의 하단에서 연장 형성되는 보조 격벽을 포함하며, 보조 격벽은 격벽과 설정된 사이각을 갖고 하향 경사되어 전해조 본체 내부 공간에 반응조를 더 구분하며, 전해조 본체 내에서 염소가스 이동로를 형성한다.

보조 격벽은 격벽과 인접되는 위치에서 염소가스 회수조와 반응조를 연결하여 염소가스의 이동을 안내하는 가스 안내 구멍을 가질 수 있다. 보조 격벽과 격벽의 사이각은 100도 내지 130도이며, 격벽은 전해조 본체에서 소정의 깊이로 가로지르는 중앙 가로 격벽으로 형성할 수 있다. 염소가스 회수조는 일측에 염소가스 배출구를 가질 수 있다.

반응조는 보조 격벽의 일면과 접하는 부분에서 전해조 본체의 일측면을 관통하여 설치되는 철 음극판과 흑연 양극판을 포함할 수 있다. 철 음극판과 흑연 양극판은 복수개로 이루어지며, 쌍으로 배치될 수 있다.

용융염 전기분해장치는 전해조 본체의 일면에 결합되는 덮개를 더 포함할 수 있다. 반응조에 공급되는 원료는 염화마그네슘, 염화나트륨, 염화칼슘, 플루오르화 칼슘을 함유하는 혼합 전해질로 이루어질 수 있다.

용융염 전기분해장치는 염소가스 이동로를 설치하여 용융염의 유동을 빠르게 하여 염소가스와 금속 마그네슘과의 역반응을 차단함으로써 전류효율을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용융염 전기분해장치(100)를 도시한 것으로, 내부 구성을 도시하기 위해 상측의 덮개(50)를 분리하고 전해조 본체(10)의 하부를 부분 절개한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 용융염 전기분해장치(100)는 전해조 본체(10), 격벽(20), 보조 격벽(30)을 포함한다.

전해조 본체(10)는 일면이 개방되며, 염소가스가 포집되는 염소가스 회수조(14), 전기분해가 일어나는 반응조, 생성 마그네슘을 회수하는 마그네슘 회수조(12)를 포함한다. 염소가스 회수조(14)는 일측에 염소가스 배출구(16)를 갖는다. 반응조는 보조 격벽(30)의 일면과 접하는 전해조 본체(10)의 하부에 형성된다. 반 응조는 전기분해에 관계하는 전극판(40)을 포함한다. 전극판(40)은 철 음극판(42)과 흑연 양극판(44)을 포함한다. 철 음극판(42)과 흑연 양극판(44)은 복수개로 이루어지며, 쌍으로 배치된다. 도 1에서는 철 음극판(42)이 복수개로 이루어지며, 흑연 양극판(44)을 사이에 두고 배치되는 예를 도시하였으나, 복수개의 철 음극판(42)과 흑연 양극판(44)을 모두 도시하지 않은 것이다. 따라서 도 1에 도시한 전극판(40) 배치구조에 한정되는 것은 아니다. 철 음극판(42)과 흑연 양극판(44)은 보조 격벽(30)의 경사면과 전해조 본체(10)의 후면이 접하는 곳에서 전해조 후면을 관통하여 설치된다. 철 음극판(42)과 흑연 양극판(44)이 전해조 본체(10)로부터 외부로 노출되는 부분을 통해 전기가 공급된다.

한편, 반응조에 공급되는 원료는 염화마그네슘, 염화나트륨, 염화칼슘, 플루오르화 칼슘을 함유하는 혼합 전해질로 이루어진다. 전해조 본체(10)의 개방된 일면에는 덮개(50)가 결합된다. 덮개(50)는 전해조 본체(10)에 결합됨에 따라 금속 마그네슘이 공기와 반응하는 것을 막고 염소가스의 포집을 용이하게 할 수 있다.

격벽(20)은 전해조 본체(10) 내부에 결합되며, 전해조 본체(10) 내부 공간을 마그네슘 회수조(12)와 염소가스 회수조(14)로 구분한다. 격벽(20)은 전해조 본체(10)에서 소정의 깊이로 가로지르는 중앙 가로 격벽으로 형성할 수 있다.

보조 격벽(30)은 격벽(20)의 하단에서 연장 형성된다. 보조 격벽(30)은 격벽(20)과 설정된 사이각을 갖고 하향 경사되어 전해조 본체(10) 내부 공간에 반응조를 더 구분한다. 보조 격벽(30)과 격벽(20)의 사이각은 100도 내지 130도이다. 보조 격벽(30)과 격벽(20)의 사이각이 100도 보다 작은 경우, 염소가스의 이동이 제한될 수 있다. 즉, 보조 격벽(30)이 100도 보다 작은 경우에는 보조 격벽(30)의 경사면을 따라 이동되는 염소가스가 보조 격벽(30)의 하향으로 이동되어 염소가스 회수조(14)로의 이동이 제한될 수 있다. 보조 격벽(30)과 격벽(20)의 사이각이 130도 보다 큰 경우에도, 염소가스의 이동이 제한될 수 있다. 보조 격벽(30)이 130도 보다 큰 경우에도 보조 격벽(30)의 경사면을 따라 이동되는 염소가스가 보조 격벽(30)의 하향으로 이동되어 염소가스 회수조(14)로의 이동이 제한될 수 있다.

보조 격벽(30)은 격벽(20)과 인접되는 위치에서 염소가스 회수조(14)와 반응조를 연결하여 염소가스의 이동을 안내하는 가스 안내 구멍(32)을 갖는다. 가스 안내 구멍(32)은 보조 격벽(30)의 경사면 상단 중앙에 형성되어 염소가스 회수조(14)와 반응조를 연결한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 용융염 전기분해장치(100)는 격벽(20)과 보조 격벽(30)을 통해 전해조 본체(10) 내에서 염소가스 이동로를 형성할 수 있다. 즉, 전해조 본체(10) 내에서 염소가스 이동로를 형성하여 용융염의 유동을 용이하게 할 수 있다. 또한, 마그네슘을 제조할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 용융염 전기분해장치(100)는 철 음극판(42) 뿐만 아니라 흑연 양극판(44) 상부에도 보조 격벽(30)을 통해 경사면을 형성하여 용융염 유동을 효과적으로 이용함으로써 마그네슘을 회수할 수 있다. 용융염의 유동이 빠르게 되면 철 음극판(42) 표면에서 생성된 금속 마그네슘은 표면장력이 낮기 때문에, 작은 입자 형태로 되어 철 음극판(42) 표면으로부터 초기에 쉽게 떨어져 나오게 된다.

한편, 전기분해에 의해 흑연 양극판(44)에서 생성된 염소가스는 경사면을 통하여 마그네슘 회수조(12)로 향한 후 전해조 본체(10) 하부로 향하는 반시계 방향의 유동 흐름을 형성한다. 흑연 양극판(44)에서 생성된 금속 마그네슘은 유동의 흐름에 따라 경사면을 따라 마그네슘 회수조(12)로 이동하고 용융염과의 밀도 차이에 의해 마그네슘 회수조(12) 표면에 떠오르게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전기분해 공정시 발생하는 염소가스를 유동에 자체적으로 이용함으로써 생성 마그네슘의 염소가스와의 분리를 용이하게 할 뿐만 아니라 효과적으로 회수하여 전류효율을 향상 시킬 수 있다. 즉, 마그네슘 제조용 전기분해장치의 전류효율을 개선할 수 있으며, 염화마그네슘 전기분해시 생성되는 염소가스의 효율적인 이동을 안내하여 생성 마그네슘의 염소가스와의 분리 및 회수를 용이하게 할 수 있다.

따라서 금속 마그네슘 제조시 염소가스와 금속 마그네슘의 역반응에 의한 재결합으로 전류효율이 감소하는 점을 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용융염 전기분해장치의 부분 절개 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 전해조 본체 12 ; 마그네슘 회수조

14 ; 염소가스 회수조 16 ; 염소가스 배출구

20 ; 격벽 30 ; 보조 격벽

32 ; 가스 안내 구멍 40 ; 전극판

42 ; 철 음극판 44 ; 흑연 양극판

50 ; 덮개 100 ; 용융염 전기분해장치

Claims

일면이 개방되는 전해조 본체;

상기 전해조 본체 내부에 결합되며, 상기 전해조 본체 내부 공간을 마그네슘 회수조와 염소가스 회수조로 구분하는 격벽, 및

상기 격벽의 하단에서 연장 형성되는 보조 격벽

을 포함하며,

상기 보조 격벽은 상기 격벽과 설정된 사이각을 갖고 하향 경사되어 상기 전해조 본체 내부 공간에 반응조를 더 구분하며, 상기 전해조 본체 내에서 염소가스 이동로를 형성하는 용융염 전기분해장치.
제1항에 있어서,

상기 보조 격벽은 상기 격벽과 인접되는 위치에서 상기 염소가스 회수조와 상기 반응조를 연결하여 염소가스의 이동을 안내하는 가스 안내 구멍을 갖는 용융염 전기분해장치.
제2항에 있어서,

상기 보조 격벽과 상기 격벽의 사이각은 100도 내지 130도인 용융염 전기분해장치.
제3항에 있어서,

상기 격벽은 상기 전해조 본체에서 소정의 깊이로 가로지르는 중앙 가로 격벽인 용융염 전기분해장치.
제2항에 있어서,

상기 염소가스 회수조는 일측에 염소가스 배출구를 갖는 용융염 전기분해장치.
제1항에 있어서,

상기 반응조는 상기 보조 격벽의 일면과 접하는 부분에서 상기 전해조 본체의 일측면을 관통하여 설치되는 철 음극판과 흑연 양극판을 포함하는 용융염 전기분해장치.
제6항에 있어서,

상기 철 음극판과 상기 흑연 양극판은 복수개로 이루어지며, 쌍으로 배치되는 용융염 전기분해장치.
제1항에 있어서,

상기 전해조 본체의 일면에 결합되는 덮개를 더 포함하는 용융염 전기분해장치.
제1항에 있어서,

상기 반응조에 공급되는 원료는 염화마그네슘, 염화나트륨, 염화칼슘, 플루오르화 칼슘을 함유하는 혼합 전해질인 용융염 전기분해장치.