(57)【要約】【課題】  円柱状や弓状といった中実体の陽極を用いた場合よりも、陽極の表面積を劇的に増大させることで、例えば析出金属の電析速度を上げることができる、溶融塩電解を行うための装置、およびこの装置を用いて行う溶融塩電解方法を提供すること。【解決手段】  溶融塩を保持するための電解槽と、その内部に配置される、陰極部と、陽極材料片が充填されることで充填された陽極材料片とともに陽極部を構成するための、溶融塩が流通可能な開口を有するケーシングとを少なくとも備えていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融塩を保持するための電解槽と、その内部に配置される、陰極部と、陽極材料片が充填されることで充填された陽極材料片とともに陽極部を構成するための、溶融塩が流通可能な開口を有するケーシングとを少なくとも備えていることを特徴とする溶融塩電解を行うための装置。
【請求項２】
ケーシングが陽極材料片を補充するための供給口を有することを特徴とする請求項１記載の溶融塩電解を行うための装置。
【請求項３】
請求項１記載の溶融塩電解を行うための装置のケーシングに陽極材料片を充填して行うことを特徴とする処理対象物の溶融塩電解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば希土類元素の酸化物を還元して希土類金属を回収するために行う溶融塩電解に用いる装置、およびこの装置を用いて行う溶融塩電解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石（Ｒは希土類元素）は、高い磁気特性を有していることから、今日様々な分野で使用されていることは周知の通りである。このような背景のもと、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の生産工場では、日々、大量の磁石が生産されているが、磁石の生産量の増大に伴い、製造工程中に加工不良物などとして排出される磁石スクラップや、切削屑や研削屑などとして排出される磁石加工屑などの量も増加している。とりわけ情報機器の軽量化や小型化によってそこで使用される磁石も小型化していることから、加工代比率も大きくなる傾向にある。従って、製造工程中に排出される磁石スクラップや磁石加工屑などを廃棄せず、そこに含まれる金属元素、特に希土類元素をいかに回収して再利用するかが今後の重要な技術課題となっている。また、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を使用した電化製品などから循環資源として希土類元素をいかに回収して再利用するかについても同様である。そこで、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石などの希土類元素と鉄族元素を含む処理対象物から希土類元素を回収する方法として、処理対象物に対して酸化処理を行った後、処理環境を炭素の存在下に移し、１１５０℃以上の温度で熱処理することで、希土類元素を酸化物として鉄族元素から分離して回収する方法が、特許文献１において提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の方法によって鉄族元素から分離された希土類元素の酸化物は、例えば溶融塩電解法によって還元することで希土類金属に変換することができる。溶融塩電解法は、希土類金属などの酸化還元電位の卑な金属の酸化物を還元することができる方法としてよく知られた方法である。溶融塩電解装置としては、溶融塩を保持するための電解槽の内部に、タングステンやモリブデンや鉄などからなる円柱状の陰極と、黒鉛などからなる、陰極に対向して配置された複数本の円柱状や複数枚の弓状の陽極や、陰極を取り囲む円筒状の陽極とを有する装置などが知られており、陰極の表面に析出した希土類金属や希土類金属と鉄との合金は、液状となって陰極を伝って流れ下り、下端より滴り落ちて陰極の下方に設置された受け皿に集められて回収されるように構成されている（例えば特許文献２を参照のこと）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０１８７１０号
【特許文献２】特開昭６２−２２２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、陽極が円柱状や弓状といった中実体である構造を有する溶融塩電解装置では、例えば析出金属の電析速度を上げるために陽極の表面積を大きくしようとしても、本数や枚数を増やすか個々の形状を大きくするしか術がないため、大きくできる程度に限界がある。
【０００６】
そこで本発明は、円柱状や弓状といった中実体の陽極を用いた場合よりも、陽極の表面積を劇的に増大させることで、例えば析出金属の電析速度を上げることができる、溶融塩電解を行うための装置、およびこの装置を用いて行う溶融塩電解方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の点に鑑みてなされた本発明の溶融塩電解を行うための装置は、請求項１記載の通り、溶融塩を保持するための電解槽と、その内部に配置される、陰極部と、陽極材料片が充填されることで充填された陽極材料片とともに陽極部を構成するための、溶融塩が流通可能な開口を有するケーシングとを少なくとも備えていることを特徴とする。
また、請求項２記載の溶融塩電解を行うための装置は、請求項１記載の溶融塩電解を行うための装置において、ケーシングが陽極材料片を補充するための供給口を有することを特徴とする。
また、本発明の処理対象物の溶融塩電解方法は、請求項３記載の通り、請求項１記載の溶融塩電解を行うための装置のケーシングに陽極材料片を充填して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の溶融塩電解を行うための装置および溶融塩電解方法によれば、陽極部が、溶融塩が流通可能な開口を有するケーシングと、そこに充填される陽極材料片とで構成されることにより、円柱状や弓状といった中実体の陽極を用いた場合よりも陽極の表面積を劇的に増大させることができるので、処理対象物の溶融塩電解を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の溶融塩電解を行うための装置を用いた溶融塩電解装置の一例の内部構造の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の溶融塩電解を行うための装置および溶融塩電解方法を図面に基づいて説明するが、本発明の溶融塩電解を行うための装置および溶融塩電解方法は以下の記載に限定して解釈されるものではない。
【００１１】
本発明の溶融塩電解を行うための装置は、陽極材料片を充填するための、溶融塩が流通可能な開口を有するケーシングを備えていることに特徴付けられ、ケーシングに陽極材料片が充填されることで、陽極材料片が充填されたケーシングは、溶融塩電解装置における陽極部として機能する。図１は、本発明の溶融塩電解を行うための装置を用いた溶融塩電解装置の一例の内部構造の模式的な断面図である。この溶融塩電解装置１は、溶融塩を保持するための電解槽２の内部に、円柱状の陰極部３と、陰極部３に対向して配置された２本の円柱状の陽極部４とを有する。
【００１２】
電解槽２の内部に保持される溶融塩は、溶融された状態で電解槽２の内部に充填されたり、電解槽２の内部で溶融されたりするものであり、処理対象物に応じて適宜選択される。処理対象物が希土類元素の酸化物である場合、溶融塩は、処理対象物に含まれる希土類元素の種類に応じて、例えば、ＬｉＦ−ＮｄＦ３やＬｉＦ−ＮｄＦ３−ＰｒＦ３−ＤｙＦ３などが用いられ、必要に応じてＢａＦ２などが添加される。円柱状の陰極部３は、タングステンやモリブデンや鉄などからなる。陰極部３の形状は、装置設計などに応じて適宜決定されるものであり、角柱状などであってもよい。
【００１３】
陰極部３に対向して配置された円柱状の陽極部４は、溶融塩が流通可能な開口５を側面に有する中空円柱状のケーシング６に陽極材料片７が充填されることによって構成されている。陽極部４の個数（本数）は、装置設計などに応じて適宜決定されるものであり、２本に限定されるものではない。この溶融塩電解装置１においては、溶融塩電解処理に寄与する陽極の表面積は、ケーシング６の表面積ではなく、ケーシング６に充填された個々の陽極材料片７の表面積の略総和である。従って、ケーシング６の表面積と同じ表面積を有する中実体の陽極に比較して、陽極の表面積が非常に大きいので、溶融塩電解処理を効率よく行うことができる。
【００１４】
ケーシング６は、陽極材料片７を充填することができ、かつ、溶融塩が流通可能な開口５から、内部に収容された当初の陽極材料片７がケーシング６の外にこぼれ出ない構造を有する。開口５の設置場所は、ケーシング６の側面に限定されるものではなく、ケーシング６の底面であってもよい。ケーシング６の形状は、装置設計などに応じて適宜決定されるものであり、角柱状などであってもよい。ケーシング６は、溶融塩電解処理によって消耗したり溶解したりし難い、例えば、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの窒化物系セラミックスや、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、カルシアなどの酸化物系セラミックスなどの絶縁性材質からなることが望ましい。なお、ケーシング６の内部に収容された陽極材料片７は、溶融塩電解処理を行うと消耗されて次第に小さくなり、開口５の大きさよりも小さくなると、開口５からケーシング６の外にこぼれ出る場合がある。陽極材料片７の消耗片は、開口５からケーシング６の外にこぼれ出ると、溶融塩の液面に浮かび上がって滞留する。ケーシング６が金属などの導電性材質からなり、かつ、その上端部が溶融塩の液面よりも高い位置にある場合、溶融塩の液面に浮かび上がって滞留する陽極材料片７の消耗片が、陰極部３と陽極部４の短絡を引き起こす恐れがある。ケーシング６を絶縁性材質からなるようにすることには、こうした問題を回避することができるという利点もある。
【００１５】
陽極材料片７は、黒鉛などからなる。個々の形状としては、例えば、ケーシング６に充填される際の大きさ（最大径）が５〜５０ｍｍ程度の、立方状、板状、棒状、球状などが挙げられる。この場合、ケーシング６が有する溶融塩が流通可能な開口５の大きさ（最大径）は２〜１０ｍｍ程度が望ましい（但しケーシング６に充填される際の陽極材料片７の個々の大きさよりも小さいことを条件とする）。開口５の大きさが大きいと、消耗された陽極材料片７が早期にケーシング６の外にこぼれ出でしまい、使用率の低下を来してしまう。なお、開口５の形状としては、三角形や四角形などの多角形状、正円や楕円などの円形状が挙げられる。
【００１６】
溶融塩電解処理を行うと、円柱状の陰極部３の表面に電解物が析出し、析出した電解物は、液状となって陰極部３を伝って流れ下り、下端より滴り落ちる。溶融塩電解処理は、処理対象物が希土類元素の酸化物である場合、例えば８００〜１２００℃の処理温度で行われ、得られる電解物は、希土類金属や希土類金属と鉄との合金である。陰極部３の下端より滴り落ちた電解物は、陰極部３の下方に設置された受け皿８に集められて回収される。
【００１７】
ケーシング６には、その内部に外部から陽極材料片７を補充するための供給口９を設けておくことが望ましい。ケーシング６に充填した陽極材料片７の消耗の具合に応じて供給口９から陽極材料片７を補充することで、長期に亘って安定した溶融塩電解処理を連続的に行うことができる（消耗された陽極を交換するための処理の中断を必要としない）。供給口９は、図１に示すように、ケーシング６の本体に接続した供給管１０（ケーシング６の本体に固定されていてもよいし着脱自在であってもよい）を介して設けてもよいし、ケーシング６の本体に直接的に設けてもよいが、溶融塩の液面よりも高い位置に設けることが望ましい。供給口９には、開閉可能な蓋機構を設けてもよい。ケーシング６への陽極材料片７の充填の程度（個数）や、陽極材料片７の補充のタイミングなどは、処理条件などに応じて適宜決定すればよい。
【００１８】
なお、ケーシング６に充填された陽極材料片７の全部ないし大半は、ケーシング６に充填されていることで個々の間で通電されることができるが、通電をより確実にするために、ケーシング６の内部に黒鉛製の通電用芯棒を挿入するなどしてもよい。
【００１９】
また、陰極部３と陽極部４とによる溶融塩電解処理と、受け皿８に集められた電解物の回収に支障にならない場所において、溶融塩撹拌プロペラなどの溶融塩撹拌装置によって溶融塩を撹拌することで、陰極部３の表面への電解物の析出を促進させるようにしてもよい。
【００２０】
また、溶融塩電解処理を行うことによって個々の陽極材料片７の表面で生成する気体（一酸化炭素や酸素など）をその表面から剥離除去するための装置（ケーシング６をモータによって回転させたり振動子によって振動させたりするものなど）を有していてもよい。
【００２１】
また、陰極部と陽極部との組み合わせは、円筒状や逆円錐台形状の陰極部と、その内側中央に配置された円柱状の陽極部との組み合わせなどであってもよい。陰極部が逆円錐台形状の場合、析出した電解物を集約して回収することができるという利点がある。
【００２２】
以上、本発明の溶融塩電解を行うための装置および溶融塩電解方法について、処理対象物が希土類元素の酸化物である場合を例にとって説明したが、本発明の溶融塩電解を行うための装置および溶融塩電解方法は、溶融塩電解処理を行うことができるあらゆる処理対象物に対して用いることができる。個々の処理対象物に応じた処理条件、例えば用いる溶融塩や処理温度などは、自体公知のものであってよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、円柱状や弓状といった中実体の陽極を用いた場合よりも、陽極の表面積を劇的に増大させることで、例えば析出金属の電析速度を上げることができる、溶融塩電解を行うための装置、およびこの装置を用いて行う溶融塩電解方法を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００２４】
１    溶融塩電解装置
２    電解槽
３    陰極部
４    陽極部
５    開口
６    ケーシング
７    陽極材料片
８    受け皿
９    陽極材料片供給口
１０    陽極材料片供給管
【図１】
2018012861.tif 000003