(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素電極を備えた電解室と、電解室から分離されたＭｇ回収室とを備えたマルチポーラ型のＭｇ電解槽において、各室の液面部分からその上方の空間部分にかけての部分を分離するカーテンウォールが、耐火物からなる複数のブロックを横に並べることにより形成されており、隣接するブロックの接合部が奥行き方向で重なりをもつ嵌合構造とされると共に、隣接するブロックの接合端面に、端面の気孔率が下がるようにセラミックが被覆されていることを特徴とするＭｇ電解槽。
【請求項２】
前記ブロックの横方向の長さが１０００ｍｍ以上である請求項１に記載のＭｇ電解槽。
【請求項３】
前記接合端面に被覆するセラミックは、アルミナ含有量が９５％以上の高アルミナ質である請求項１又は２に記載のＭｇ電解槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属Ｍｇの製造に使用されるＭｇ電解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属Ｍｇを工業的に製造する場合、ＭｇＣｌ２  を含む溶融浴塩をＭｇの融点以上の温度で電気分解する電解法が多用されている。この電解法による金属Ｍｇの製造方法を図５により説明する。
【０００３】
電解法による金属Ｍｇの製造には、電解槽１が使用される。電解槽１は内部にＭｇＣｌ２  を含む溶融浴塩２を収容しており、その内部は、隔壁３によって電解室４とＭｇ回収室５に分離されている。電解室４には、炭素からなる平板状の陽極６と陰極７が交互に配置されている。隔壁３には、電解室４とＭｇ回収室５の間で溶融浴塩２を循環させるために、上下２段の開口部８，９が設けられている。
【０００４】
電解操業では、電解室４内の陽極６と陰極７の間に直流電流が流される。これにより、溶融浴塩２中のＭｇＣｌ２  が電気分解し、金属Ｍｇが生成される。電解室４で生成された溶融状態の金属Ｍｇは、溶融浴塩２の循環対流によってＭｇ回収室５に運ばれ、Ｍｇ回収室５内の溶融浴塩２上に浮上して溜まる。Ｍｇ回収室５内の溶融浴塩２上に浮上した金属Ｍｇ１０を取り出すために、Ｍｇ回収室５内の気圧は大気圧とされる。
【０００５】
一方、電解室４では、溶融浴塩２中のＭｇＣｌ２  の電気分解に伴って、塩素ガスを主体とするガスが発生する。塩素ガスは電解室４から外部へ漏洩すると環境汚染等の原因になる。このため、塩素ガスを電解室４外へ強制的に吸引排出することが行われており、この排気に伴って電解室４は大気圧より低い負圧状態に維持される。
【０００６】
このため、電解室４内とＭｇ回収室５内の間に圧力差が生じ、この圧力差によるガスの往来を防ぐために、各室内の液面近傍からその上方にかけての部分が、カーテンウォールと呼ばれる隔壁３の上部１１によって気密に分離されている。そして、このカーテンウォール１１は、従来は図７に示すように、長さが８００〜８５０ｍｍ程度の横に長い直方体状の耐火物からなるブロック１２，１２・・を横に並べることで形成されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電解槽１の耐用期間は電流効率で評価される。即ち、電解槽１の使用を続けると、その経時的な劣化に伴って電流効率が徐々に低下し、下限値まで下がった時点が、電解槽１の使用限界となる。
【０００８】
しかしながら、電解槽１の様々な劣化が一様に耐用期間に影響するとは思われず、むしろ特定部分の劣化が電解槽１の寿命を支配していると考えられる。この観点にたって、本発明者らは、電解槽１の耐用期間を支配する劣化について詳細な調査を行った。その結果、上述したカーテンウォール１１の構造、特に隣接するブロック１２，１２同士の接合部であるいわゆる目地１３の部分の劣化が電解槽１の耐用期間を支配しており、この部分に工夫を講じることにより、その耐用期間を僅かのコストアップで大幅に延長できることが判明した。
【０００９】
本発明の目的は、耐用期間が長く、しかも経済性に優れたＭｇ電解槽を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
電解槽の耐用期間を支配する劣化について、本発明者らの調査結果から判明した事項は以下のとおりである。
【００１１】
上述したように、電解室内とＭｇ回収室内の間を、液面近傍からその上方にかけての部分で分離するカーテンウォールは、横に長い直方体状の耐火物からなるブロックを横に並べることで形成されている。耐火物のブロックは高アルミナ質（Ａｌ２  Ｏ３  ）からなり、比較的高い気孔率を有している。電解室内で生成される金属Ｍｇは、耐火物の隙間に侵入する性質があり、カーテンウォールのなかでは、多孔質の端面が突き合わされた目地、特にその気液界面の近傍部分を比較的早期に損傷させる。
【００１２】
このような目地の損傷が発生すると、電解室内とＭｇ回収室内の間でガスの往来が始まる。具体的には、大気圧に開放されている電解室内から負圧状態のＭｇ回収室内へ、目地の破損部分を通して空気が侵入する。そうすると、空気中の酸素により、電解室内でＭｇＯが生成され、生成したＭｇＯは電解室内の炭素電極と反応してＭｇＣｌ２  を再発生させる。このため、電流効率が低下する。また、この再反応に伴って炭素電極が消耗し、電解電圧か上がるため、使用電力量が多くなり、この点からも電流効率が低下する。
【００１３】
電解室内は常時負圧に吸引されているわけではなく、運転条件の変動によっては一時的に大気圧より高い加圧状態になる。そうなると、目地の破損部分を通して電解室内からＭｇ回収室内へ塩素ガスが侵入する。Ｍｇ回収室内へ侵入した塩素ガスは、Ｍｇ回収室内の大気に含まれる水分と反応して塩酸を生じる。この塩酸はＭｇ回収室内にある温度コントロール用熱交換器等を腐食させ、やはり電流効率の悪化を引き起こす。また、熱交換器等の取り替えによる補修コストの上昇を招く。
【００１４】
目地の損傷が進んで貫通孔に至ると、Ｍｇ回収室内から電解室内へ金属Ｍｇが逆流し、隣接する炭素電極間或いは両端の炭素電極とその外側の金属電極の間が、金属Ｍｇによって短絡し、この場合も電流効率が低下する。
【００１５】
これらの事実を総合すると、カーテンウォールの目地の損傷による電流効率の経時的な低下を抑制することにより、電解槽の耐用期間が延長されることになる。
【００１６】
本発明のＭｇ電解槽は、かかる知見を基礎にして開発されたものである。上記目的を達成するために、本発明のＭｇ電解槽で採用される構成は、大きく分けると次の２つである。
【００１７】
一つは、カーテンウォールの目地を強化して、目地への金属Ｍｇの侵入を抑制することである。いま一つは、目地の数を少なくして、目地の損傷による電流効率への影響度を低減することである。
【００１８】
目地を強化する具体的な手段としては、隣接するブロックの接合部を奥行き方向で重なりをもつ嵌合構造とすること、及び隣接するブロックの接合端面に、端面の気孔率が下がるようにセラミックを被覆することである。
【００１９】
前者の場合は、目地への金属Ｍｇの侵入そのものが抑制されることにより、目地の損傷（金属Ｍｇによる接合端面の浸食）が抑制される。後者の場合は、金属Ｍｇによるブロック端面の浸食が直接抑制される。接合端面に被覆するセラミックとしては、アルミナ含有量が９５％以上で、気孔率が２０％以下のものが好ましい。
【００２０】
目地の数を少なくするための具体的手段としては、ブロックの横方向の長さを１０００ｍｍ以上に延長することがある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１実施形態を示すカーテンウォールの斜視図である。
【００２３】
Ｍｇ電解槽の基本構造は、図５に示した従来のＭｇ電解槽と実質同一である。従来のＭｇ電解槽と相違するのは、電解室とＭｇ回収室を仕切る隔壁の特にカーテンウォールの構造である。カーテンウォールは、前述したとおり、電解室内とＭｇ回収室内の圧力差によるガスの往来を防ぐために、各室内の液面近傍からその上方にかけての部分を気密に分離する、耐火物からなる隔壁の最上部分である。
【００２４】
第１実施形態のＭｇ電解槽では、このカーテンウォール１１は、横に長い直方体状の耐火物からなるブロック１２，１２・・を横に並べることにより形成されている。各ブロック１２の長さＬは従来より長い１０００ｍｍ以上に設定さている。より具体的には、電解槽の横幅Ｗ（約５ｍ）に対し、長さＬを１２５０ｍｍとした。これにより、ブロック１２，１２・・の個数は４となる。ちなみに、従来の電解槽では、約５ｍの槽幅に対し、ブロック長を約８３０ｍｍとして、６個のブロックを並べていた（図６参照）。
【００２５】
隣接するブロック１２，１２の接合部は、横断面において相互嵌合するように、それぞれの端面に切り込み１３，１３が設けられている。即ち、一方の切り込み１３によって形成された凸部１４が他方の切り込み１３に、また他方の切り込み１３によって形成された凸部１４が一方の切り込み１３にそれぞれ嵌合する。これにより、ブロック１２，１２の接合部は、横断面において２ヵ所で直角に屈曲し、奥行きＤの方向で重なりｍをもつインターロックと呼ばれる嵌合構造になる。
【００２６】
ブロック１２，１２の接合部が奥行きＤの方向で重なりｍをもつと、横断面における接合線の長さが、ブロック１２，１２の各奥行きＤに比して十分に大きな寸法となり、金属Ｍｇの侵入が抑制される。
【００２７】
隣接するブロック１２，１２のそれぞれの接合端面には、高アルミナ質のセラミックが溶射されている。高アルミナ質のセラミック、特にアルミナを９５％以上含むものをブロック１２，１２の接合端面に溶射することにより、その端面の気孔率が大幅に下がる。ちなみに、ブロック自体の気孔率は１５〜１８％程度である。
【００２８】
第１実施形態のＭｇ電解槽では、隣接するブロック１２，１２が横断面において嵌合することにより、接合線の長さがブロック１２，１２の各奥行きＤに比して十分に大きな寸法となっているので、目地への金属Ｍｇの侵入が抑制される。しかも、ブロック１２，１２の各接合端面に高アルミナ質のセラミックが溶射されることにより、各端面の気孔率は１０〜１４％となり、ブロック自体の気孔率１５〜１８％より小さくなる。これらにより、金属Ｍｇによる各端面の浸食が抑制される。
【００２９】
また、各ブロック１２の長さＬを大きくすることにより、目地の数が少なくなっている。このため、目地の損傷による電流効率への影響度が低減される。目地の数が半減すれば、各目地が従来と同様に損傷しても、その損傷による電流効率の低下は半減する。
【００３０】
以上により、目地の損傷による電流効率の経時的な低下が抑制され、その下限値に到達するまでの期間が長くなることにより、電解槽の耐用期間が延長される。
【００３１】
図２は本発明の第２実施形態を示すカーテンウォールの斜視図である。
【００３２】
本実施形態のＭｇ電解槽に使用されるカーテンウォール１１は、図１のカーテンウォール１１と比べて、隣接するブロック１２，１２の接合部の構造のみが相違する。ここでの接合部は、横断面において接合線が傾斜した構造になっている。即ち、両方の突き合わせ端面を横断面において１方向に傾斜させることにより、奥行き方向で重なりをもつ嵌合構造が実現されている。この構造においても、横断面における接合線の長さがブロック１２，１２の各奥行きに比して十分に大きな寸法となる。
【００３３】
図３は本発明の第３実施形態を示すカーテンウォールの斜視図である。
【００３４】
ここでは、隣接するブロック１２，１２の接合部は、横断面において一方の端面が三角形の凸形に形成され、その凸形の端面が、三角形の凹形に形成された他方の端面に嵌合する構造になっている。即ち、横断面における接合線が一か所で屈曲し、その両側で傾斜している。この構造においても、接合部が奥行き方向で重なりをもち、横断面における接合線の長さがブロック１２，１２の各奥行きＤに比して十分に大きな寸法となる。
【００３５】
図４は本発明の第４実施形態を示すカーテンウォールの斜視図である。
【００３６】
ここでは、隣接するブロック１２，１２の接合部は、横断面において相互嵌合するように、一方のブロック１２の端面に設けられた凸部１５が、他方のブロック１２の端面に設けられた凹部１６に嵌合するインターロック構造になっている。この構造においても、接合部が奥行き方向で重なりをもち、横断面における接合線の長さがブロック１２，１２の各奥行きＤに比して十分に大きな寸法となる。
【００３７】
第２，３，４実施形態においても、隣接するブロック１２，１２の接合部で接合線の長さが長くなること、ブロック１２，１２の各接合端面への高アルミナ質セラミックの溶射により各端面の気孔率が低下すること、及び目地の数が少なくなることにより、目地の損傷による電流効率の経時的な低下が抑制され、電解槽の耐用期間が延長される。また、第４実施形態においては、ブロック１２が奥行き方向で固定される効果もある。
【００４１】
【実施例】
次に、本発明の実施例を示し、比較例と対比することにより、本発明の効果を明らかにする。
【００４２】
（従来例）
図６の構造をもつ従来のカーテンウォール（全幅約５ｍ）を備えたＭｇ電解槽（マルチポーラ型）の耐用期間はおおよそ２年である。このカーテンウォールは、長さが約８３０ｍｍのブロック６本を横方向に並べすることにより形成されている。隣接するブロックの接合部は、直角な端面を単に突き合わせた構造である。各ブロックの高さは４１０ｍｍ、奥行きは２３０ｍｍである。また、ブロック材質はＡｌ２  Ｏ３  ９５％、その気孔率は１５〜１８％である。
【００４３】
（比較例１）
従来のカーテンウォールにおいて、隣接するブロックの接合部を図１に示す嵌合構造とした。接合部におけるブロックの重なり代は５０ｍｍとした。ブロックの長さ及び使用本数は従来と同じである。従来のカーテンウォールを備えたＭｇ電解槽の耐用期間を１００とすると、このカーテンウォールを備えたＭｇ電解槽の耐用期間は約１３０に延長された。
【００４４】
（比較例２）
従来のカーテンウォールにおいて、隣接するブロックの接合端面に、アルミナを９８％含むセラミックを２００μｍの厚みに溶射した。溶射層の気孔率は０％である。ブロックの長さ及び使用本数は従来と同じである。このカーテンウォールを備えたＭｇ電解槽の耐用期間は約１１０に延長された。
【００４５】
（比較例３）
比較例１において、ブロックの長さを１２５０ｍｍに延長した。ブロックの本数が６本から４本に減り、目地数は５から３に減少した。Ｍｇ電解槽の耐用期間は比較例１より更に長い約１４０に延長された。
【００４６】
（比較例４）
比較例２において、ブロックの長さを１２５０ｍｍに延長した。ブロックの本数が６本から４本に減り、目地数は５から３に減少した。Ｍｇ電解槽の耐用期間は実施例２より更に長い約１３０に延長された。
【００４７】
（実施例１）
比較例１において、隣接するブロックの接合端面に、アルミナを９８％含むセラミックを２００μｍの厚みに溶射した。溶射層の気孔率は１２％である。Ｍｇ電解槽の耐用期間は比較例１より更に長い約１４０に延長された。
【００４８】
（実施例２）
比較例４において、隣接するブロックの接合端面に、アルミナを９８％含むセラミックを２００μｍの厚みに溶射した。溶射層の気孔率は１２％である。Ｍｇ電解槽の耐用期間は比較例４より更に長い約１４０に延長された。
【００５０】
隣接するブロックの接合部が嵌合構造である場合の重なり代は５０〜８０ｍｍが好ましい。これが小さすぎると目地への金属Ｍｇの侵入を十分に抑えることができない。大きすぎる場合は嵌合部での折損、即ちブロック端面に形成される突起の折損が生じやすくなる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明のＭｇ電解槽は、電解室とＭｇ回収室の間を、液面部分からその上方の空間部分にかけての部分で分離するカーテンウォールの目地を強化するという、部分的でかつ簡単な手段により、耐用期間を経済的に延長できる。従って、Ｍｇの製造コスト低減に大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すカーテンウォールの斜視図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すカーテンウォールの斜視図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示すカーテンウォールの斜視図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示すカーテンウォールの斜視図である。
【図５】Ｍｇ電解槽の概略構成図である。
【図６】従来のＭｇ電解槽に使用されているカーテンウォールの斜視図である。
【符号の説明】
１  電解槽
２  溶融浴塩
３  隔壁
４  電解室
５  Ｍｇ回収室
６  陽極
７  陰極
８，９  開口部
１０  金属Ｍｇ
１１  カーテンウォール
１２  ブロック
１３  切り込み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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