(57)【要約】【解決課題】高純度の金属マグネシウムを製造できる溶融塩電解槽を提供すること。【解決手段】耐火レンガで構築されており、１対以上の電極が設置され、溶融塩が電気分解される電気分解室と、上部に該溶融塩の電気分解により生成する金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部を有するメタル回収室と、からなり、該電気分解室と該メタル回収室の上部は、隔壁により分離されており、該電気分解室と該メタル回収室の境界部の下部には、該メタル回収室から該電気分解室に該溶融塩が流入する溶融塩流入経路が形成されており、且つ、該電気分解室と該メタル回収室の境界部の、該溶融塩流入経路より上には、該電気分解室で生成した金属マグネシウムおよび溶融塩が該メタル回収室に流入する金属マグネシウム流入経路が形成されており、該マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部又は全部に、カーボン、窒化ケイ素又は炭化ケイ素からなる遮蔽部材が設置されていること、を特徴とする溶融塩電解槽。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火レンガで構築されており、１対以上の電極が設置され、溶融塩が電気分解される電気分解室と、上部に該溶融塩の電気分解により生成する金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部を有するメタル回収室と、からなる溶融塩電解槽であって、
該電気分解室と該メタル回収室の上部は、隔壁により分離されており、
該電気分解室と該メタル回収室の境界部の下部には、該メタル回収室から該電気分解室に該溶融塩が流入する溶融塩流入経路が形成されており、且つ、該電気分解室と該メタル回収室の境界部の、該溶融塩流入経路より上には、該電気分解室で生成した金属マグネシウムおよび溶融塩が該メタル回収室に流入する金属マグネシウム流入経路が形成されており、
該マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部又は全部に、カーボン、窒化ケイ素又は炭化ケイ素からなる遮蔽部材が設置されていること、
を特徴とする溶融塩電解槽。
【請求項２】
前記マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の全部に、前記遮蔽部材が設置されていることを特徴とする請求項１記載の溶融塩電解槽。
【請求項３】
前記金属マグネシウム流入経路を形成する壁面の一部又は全部に、カーボン、窒化ケイ素又は炭化ケイ素からなる遮蔽部材が設置されていることを特徴とする請求項１又は２いずれか１項記載の溶融塩電解槽。
【請求項４】
前記耐火レンガの材質が、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２及びＭｇＯのうちのいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の溶融塩電解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩化マグネシウムを含有する溶融塩を電気分解して、金属マグネシウムを得る溶融塩電解法に用いられる溶融塩電解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属チタンは、工業的にはクロール法によって製造されたスポンジチタンをもとに製造されている。そして、このクロール法によるスポンジチタン製造工程は、塩化蒸留工程、還元分離工程、破砕工程及び電解工程の四工程に大別される。
【０００３】
これらの工程の一つである電解工程は、四塩化チタンを金属マグネシウムで還元してスポンジチタンを製造する還元工程の副生成物である塩化マグネシウムを、溶融塩電気分解して、金属マグネシウムを再生する工程である。
【０００４】
電解工程において用いられる溶融塩電解槽としては、例えば、特許文献１には、内側に角柱状の空間を有する陰極と、該陰極の内側に配置される角柱状の陽極と、該陰極と該陽極の間に配置される１以上の複極と、が設置され、溶融塩が電気分解される電気分解室と、上部に該溶融塩の電気分解により生成する金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部を有するメタル回収室と、からなる溶融塩電解槽が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、内側に円柱状の空間を有する陰極と、該陰極の内側に配置される円柱状の陽極と、該陰極と該陽極の間に配置される１以上の複極と、が設置され、溶融塩が電気分解される電気分解室と、上部に該溶融塩の電気分解により生成する金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部を有するメタル回収室と、からなる溶融塩電解槽が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、平板状陰極と、該陰極と並行に設置された平板状陽極と、該陰極と該陽極の間に配置される１以上の複極と、が設置され、溶融塩が電気分解される電気分解室と、上部に該溶融塩の電気分解により生成する金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部を有するメタル回収室と、からなる溶融塩電解槽が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２０１７０１８４４１
【特許文献２】ＷＯ１９９６／０３３２９７
【特許文献３】特開２００１−３５５０８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、スポンジチタンの製造においては、金属マグネシウム中の不純物は、四塩化チタンの還元時にスポンジチタン中にトラップされてしまうことがあるため、電解工程には、ただ単に金属マグネシウムを再利用することでだけでなく、高純度の金属マグネシウムを製造することが要求される。
【０００９】
ところが、特許文献１〜３に開示されている溶融塩電解槽では、電解槽を構成しているレンガに由来する不純物が、生成する金属マグネシウムに混入してしまうという問題があった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、高純度の金属マグネシウムを製造することができる溶融塩電解槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下に示す本発明により解決される。
すなわち、本発明（１）は、耐火レンガで構築されており、１対以上の電極が設置され、溶融塩が電気分解される電気分解室と、上部に該溶融塩の電気分解により生成する金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部を有するメタル回収室と、からなる溶融塩電解槽であって、
該電気分解室と該メタル回収室の上部は、隔壁により分離されており、
該電気分解室と該メタル回収室の境界部の下部には、該メタル回収室から該電気分解室に該溶融塩が流入する溶融塩流入経路が形成されており、且つ、該電気分解室と該メタル回収室の境界部の、該溶融塩流入経路より上には、該電気分解室で生成した金属マグネシウムおよび溶融塩が該メタル回収室に流入する金属マグネシウム流入経路が形成されており、
該マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部又は全部に、カーボン、窒化ケイ素又は炭化ケイ素からなる遮蔽部材が設置されていること、
を特徴とする溶融塩電解槽を提供するものである。
【００１２】
また、本発明（２）は、前記マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の全部に、前記遮蔽部材が設置されていることを特徴とする（１）の溶融塩電解槽を提供するものである。
【００１３】
また、本発明（３）は、前記金属マグネシウム流入経路を形成する壁面の一部又は全部に、カーボン、窒化ケイ素又は炭化ケイ素からなる遮蔽部材が設置されていることを特徴とする（１）又は（２）の溶融塩電解槽を提供するものである。
【００１４】
また、本発明（４）は、前記耐火レンガの材質が、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＭｇＯのうちのいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする（１）〜（３）いずれかの溶融塩電解槽を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高純度の金属マグネシウムを製造することができる溶融塩電解槽を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の溶融塩電解槽の形態例を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１中溶融塩電解槽の溶融塩流入経路及び金属マグネシウム流入経路を示す図である。
【図３】図１中の溶融塩電解槽を垂直な面で切った端面図である。
【図４】図１中の溶融塩電解槽を図２とは別の垂直な面で切った端面図である。
【図５】遮蔽部材の設置方法の形態例を示す端面図である。
【図６】本発明の溶融塩電解槽の形態例の模式的な端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の溶融塩電解槽は、耐火レンガで構築されており、１対以上の電極が設置され、溶融塩が電気分解される電気分解室と、上部に該溶融塩の電気分解により生成する金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部を有するメタル回収室と、からなる溶融塩電解槽であって、
該電気分解室と該メタル回収室の上部は、隔壁により分離されており、
該電気分解室と該メタル回収室の境界部の下部には、該メタル回収室から該電気分解室に該溶融塩が流入する溶融塩流入経路が形成されており、且つ、該電気分解室と該メタル回収室の境界部の、該溶融塩流入経路より上には、該電気分解室で生成した金属マグネシウムおよび溶融塩が該メタル回収室に流入する金属マグネシウム流入経路が形成されており、
該マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部又は全部に、カーボン、窒化ケイ素又は炭化ケイ素からなる遮蔽部材が設置されていること、
を特徴とする溶融塩電解槽である。
【００１８】
本発明の溶融塩電解槽について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の溶融塩電解槽の形態例を示す模式的な斜視図であり、金属マグネシウムを製造するための溶融塩電解槽である。図２は、図１中溶融塩電解槽の溶融塩流入経路及びマグネシウム流入経路を示す図である。図３は、図１中の溶融塩電解槽を垂直な面で切った端面図であり、溶融塩電解槽で溶融塩の電気分解を行っている様子を示す図である。図４は、図１中の溶融塩電解槽を、図２とは別の垂直な面で切った端面図である。なお、図１では、説明の都合上、側壁２及び蓋４については、輪郭のみを点線で記載する。また、図２では、説明の都合上、陰極については、マグネシウム流入経路側の陰極を記載した。
【００１９】
図１〜図３に示すように、溶融塩電解槽１の外側は、側壁２、炉床３及び蓋４で構成されている。側壁２及び炉床３は、耐火レンガで構築されており、また、蓋４は、キャスタブル耐火物で構築されている。また、図示しないが、メタル回収室２２の上側部分の蓋４には、マグネシウム保持部１４に貯まった金属マグネシウムを、連続的又は一定間隔毎若しくは不定期に、回収するためのマグネシウム回収口及び溶融塩が電気分解により消費されて少なくなったときに、溶融塩電解槽１内に溶融塩を補給するための溶融塩補給口が形成され、電気分解室２１の上側部分の蓋４には、塩素ガスの回収口が形成されており、塩素ガスを外に排出するための塩素ガス排出管が付設されている。
【００２０】
溶融塩電解槽１の内側の上部は、隔壁５により、電気分解室２１とメタル回収室２２に分離されている。電気分解室２１とメタル回収室２２の境界部の下部には、メタル回収室２２から電気分解室２１に溶融塩が流入するための流入経路である溶融塩流入経路８が形成されている。電気分解室２１とメタル回収室２２の境界部の、溶融塩流入経路８より上の部分には、電気分解室２１で生成した金属マグネシウムおよび溶融塩がメタル回収室に流入するための経路である金属マグネシウム流入経路７が形成されている。なお、電気分解室２１とメタル回収室２２の下部とは、それぞれの隔壁５より下側部分を指す。また、電気分解室２１とメタル回収室２２の境界部とは、横方向に見たときに、隔壁５が設置されている位置近傍から、メタル回収室２２側の陰極２５が設置されている位置近傍までの範囲を指す。
【００２１】
電気分解室２１の上側には、１対以上の陰極２５及び陽極２３と、陰極２５と陽極２３の間に装入される１以上の複極２４と、が設置されている。陰極２５、陽極２３及び複極２４は、電気分解室２１の側壁２側の下部に設けられている電極支持部１５１と、電気分解室２１とメタル回収室２２の境界部の下部に設けられている電極支持部１５２の上に設置されることにより、電気分解室２１の上側に設置されている。そのため、電気分解室２１は、下側に、溶融塩保持部２６を有する。
【００２２】
メタル回収室２２の上側には、金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部１４を有する。また、メタル回収室２２の下側には、溶融塩保持部２７を有する。そして、マグネシウム保持部１４では、電気分解室２１から流入してくる金属マグネシウムが、メタル回収室２２の溶融塩保持部２７の塩化マグネシウムの上に浮かんだ状態で、保持されるので、側壁２のうちのマグネシウム保持部１４を囲む部分、及び隔壁５は、金属マグネシウムが接触する。そこで、側壁２の、マグネシウム保持部１４を囲む部分の壁面に、カーボン製の遮蔽部材６ａ、６ｃ、６ｄが設置されており、隔壁５の、マグネシウム保持部１４を囲む部分の壁面に、カーボン製の遮蔽部材６ｂが設置されている。
【００２３】
図４に示すように、溶融塩電解を行っているときは、溶融塩電解槽１の電気分解室２１の上側にある陰極２５、陽極２３及び複極２４で、塩化マグネシウムを含有する溶融塩１１が電気分解される。そのため、溶融塩電解槽１では、電気分解室２１の上側にある陰極２５、陽極２３及び複極２４の近傍で溶融塩１１が電気分解されて溶融マグネシウムと塩素ガスが生成し、どちらも溶融塩より比重が小さいため、上側に移動する溶融塩の流れが発生し、電気分解室２１の下側の溶融塩１１が上側に移動し、その溶融塩の移動により、メタル回収室２２の下側にある溶融塩１１が、溶融塩流入経路８を通って、電気分解室２１の下側に移動する溶融塩の流れ１１１が生じている。そして、電気分解室２１の上側で電気分解により生成した金属マグネシウム１０および溶融塩が、金属マグネシウム流入経路７を通って、メタル回収室２２の上側に移動する金属マグネシウムの流れ１０１が生じている。メタル回収室２２の上側に移動した金属マグネシウム１０は、メタル回収室２２の上部のマグネシウム保持部１４に保持される。また、溶融塩１１の電気分解により金属マグネシウム１０と共に塩素ガス１２も発生するので、発生した塩素ガス１２は、図示しない蓋４に形成されている塩素ガス回収口及び塩素ガス排出管により、外に排出される。
【００２４】
このとき、マグネシウム保持部１４に保持されている金属マグネシウム１０は、側壁２のマグネシウム保持部１４を囲む部分の壁面に設置されている遮蔽部材６ａ、６ｃ、６ｄ及び隔壁５のマグネシウム保持部１４を囲む部分の壁面に設置されている遮蔽部材６ｂに接触している。そして、遮蔽部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、側壁２及び隔壁５を構築する耐火レンガに比べ、金属マグネシウムとの反応性が低いので、溶融塩電解槽１では、側壁や隔壁を構築する耐火レンガが、金属マグネシウムと反応することにより、金属マグネシウム中に、耐火レンガに由来する不純物が溶出するという問題を防ぐことができる。
【００２５】
本発明の溶融塩電解槽は、耐火レンガで構築されており、１対以上の電極が設置され、溶融塩が電気分解される電気分解室と、上部に該溶融塩の電気分解により生成する金属マグネシウムが保持されるマグネシウム保持部を有するメタル回収室と、からなる溶融塩電解槽であって、
該電気分解室と該メタル回収室の上部は、隔壁により分離されており、
該電気分解室と該メタル回収室の境界部の下部には、該メタル回収室から該電気分解室に該溶融塩が流入する溶融塩流入経路が形成されており、且つ、該電気分解室と該メタル回収室の境界部の、該溶融塩流入経路より上には、該電気分解室で生成した金属マグネシウムおよび溶融塩が該メタル回収室に流入する金属マグネシウム流入経路が形成されており、
該マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部又は全部に、カーボン、窒化ケイ素又は炭化ケイ素からなる遮蔽部材が設置されていること、
を特徴とする溶融塩電解槽である。
【００２６】
本発明の溶融塩電解槽は、耐火レンガで構築されている。例えば、本発明の溶融塩電解槽の側壁、炉床、電気分解室とメタル回収室の隔壁、電極の支持部材等は、耐火レンガで形成されている。耐火レンガは、６５０〜８００℃の温度に対して耐熱性を有し、溶融塩及び生成金属マグネシウムに対して耐食性を有するものであればよく、耐火レンガの材質としては、通常、溶融塩電解槽の構築材料として用いられているものであれば、特に制限されない、耐火レンガの材質としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３レンガ、ＳｉＯ２レンガ、ＭｇＯレンガ、及びこれらの２種以上の組み合わせ等が挙げられる。
【００２７】
本発明の溶融塩電解槽の側壁及び炉床は、内側を耐火レンガで構築し、外側を断熱レンガで構築する二重構造であってもよい。断熱レンガの材質としては、通常、溶融塩電解槽の構築材料として用いられているものであれば、特に制限されず、例えば、Ａｌ２Ｏ３レンガ、ＳｉＯ２レンガ、ＭｇＯレンガ、及びこれらの２種以上の組み合わせ等が挙げられる。
【００２８】
蓋は、キャスタブル耐火物で構築されている。蓋のうち、電気分解室の上を塞ぐ部分には、塩素ガスの回収口が形成されており、塩素ガスの回収管が付設されている。また、蓋のうち、メタル回収室の上を塞ぐ部分には、マグネシウム回収口及び溶融塩補給口が形成されている。
【００２９】
本発明の溶融塩電解槽の内側は、隔壁により、電気分解室とメタル回収室に分離されている。
【００３０】
電気分解室の上側には、１対以上の陰極と陽極が設置されている。電極は、水平型、円柱型、四角柱型のいずれでもよい。電極の形状は、通電量を多くできる点で、溶融塩と接する面積が広い形状が、好ましい。また、陰極と陽極の間には、１以上の複極が装入されて設置されている。陰極の材質及び陽極の材質は、電気伝導性に優れ、塩素ガスや高温の溶融塩に対する化学的耐久性があれば、特に制限されず、また、陰極の材質と陽極の材質の組み合わせも、特に制限されない。陰極の材質としては、例えば、鉄、グラファイト等が挙げられる。また、陽極の材質としては、例えば、黒鉛等が挙げられる。複極の材質は、電気伝導性に優れ、塩素ガスや高温の溶融塩に対する化学的耐久性があれば、特に制限されず、例えば、黒鉛等が挙げられる。
【００３１】
陰極、陽極及び複極は、支持部材や側壁又は隔壁に形成される支持部等の適切な支持部で、電気分解室の上側に支持される。そのため、電気分解室は、下側に、溶融塩保持部を有する。
【００３２】
メタル回収室は、上部に、溶融塩の電気分解により生成する金属が保持されるマグネシウム保持部を有する。マグネシウム保持部は、金属マグネシウム流入経路の出口の位置より上のメタル回収室に形成される。また、メタル回収室は、下側に、溶融塩保持部を有する。
【００３３】
マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部又は全部に、遮蔽部材が設置されている。遮蔽部材が、マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部又は全部に設置されていることにより、溶融塩電解で生成する金属マグネシウム中の耐火レンガに由来する不純物の含有量を少なくすることができる。遮蔽部材が、マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部に設置されていれば、溶融塩電解で生成する金属マグネシウム中の耐火レンガに由来する不純物の含有量を少なくすることができるが、遮蔽部材が、マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の一部に設置されている場合、マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウム流入経路の出口が形成されている壁面に対向する側の壁面に、遮蔽部材が設置されていることが、好ましい。そして、遮蔽部材が、マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウムが接触する壁面の全部に設置されていることが、溶融塩電解で生成する金属マグネシウム中の耐火レンガに由来する不純物の含有量を少なくすることができるという効果が高くなる点で、特に好ましい。
【００３４】
遮蔽部材は、生成金属マグネシウム及び溶融塩に対して耐性を有し、且つ、溶融塩電解時の溶融塩の温度に対して耐熱性を有している必要がある。遮蔽部材の材質は、カーボン、窒化ケイ素又は炭化ケイ素である。遮蔽部材の材質としては、大きな形状に成形し易い点で、カーボンが好ましい。遮蔽部材は、ポーラスな構造であってもよいが、生成金属マグネシウムが浸透しない程度の気孔の大きさ、気孔率であればよい。遮蔽部材の気孔率は、好ましくは４０％以下である。また、遮蔽部材が、上記遮蔽部材の材質の粒子の焼結体である場合は、ポーラスな構造となり、その場合の遮蔽部材の気孔率は、好ましくは５〜４０％、特に好ましくは５〜２５％である。
【００３５】
遮蔽部材の形状及び厚みは、マグネシウム保持部の構造等により、適宜選択される。例えば、板状、円筒状、角筒状が挙げられる。
【００３６】
遮蔽部材は、更に、金属マグネシウム流入経路を形成する壁面に設置されていてもよい。遮蔽部材が、更に、金属マグネシウム流入経路を形成する壁面に設置されていることにより、溶融塩電解で生成する金属マグネシウム中の耐火レンガに由来する不純物の含有量を少なくすることができるという効果が高くなる。
【００３７】
遮蔽部材を、溶融塩電解槽を構築する耐火レンガに設置する方法としては、特に制限されず、ボルトで耐火レンガの壁面に固定する方法、遮蔽部材の設置部位の耐火レンガをくり抜き、くり抜き部分に遮蔽部材を嵌め込む方法、耐火レンガに遮蔽部材の支持部を設け、支持部の上に遮蔽部材を置く方法等が挙げられる。例えば、遮蔽部材が角筒状の場合は、マグネシウム保持部を囲む４面の壁面に、遮蔽部材を上に置くための支持部を設け、その支持部の上に、角筒状の遮蔽部材を置く方法が挙げられる。
【００３８】
図１〜図４に示す形態例では、隔壁５に接して、遮蔽部材６ｂが設置されているが、本発明では、これに限定されない。例えば、図５に示す形態例のように、遮蔽部材６ｂの下端が、隔壁５に接しており、遮蔽部材６ｂと隔壁５との間に、生成した金属が流れ込まないのであれば、遮蔽部材６ｂと隔壁５との間に隙間２０があってもよい。つまり、本発明では、遮蔽部材と、遮蔽部材が設置される部分の溶融塩電解槽の壁面との間に、隙間がなくてもよいし、あるいは、遮蔽部材と遮蔽部材が設置される部分の溶融塩電解槽の壁面との間に生成金属マグネシウムが流れ込まないのであれば、遮蔽部材と、遮蔽部材が設置される部分の溶融塩電解槽の壁面との間に、隙間があってもよい。遮蔽部材と、遮蔽部材が設置される部分の溶融塩電解槽の壁面との間の隙間は、溶融塩電解槽の壁面が熱膨張したときの緩衝用の隙間となる。
【００３９】
電気分解室とメタル回収室の境界部の下部には、メタル回収室から電気分解室に溶融塩が流入するための流入経路である溶融塩流入経路が形成されている。電気分解室とメタル回収室の境界部の、溶融塩流入経路より上には、電気分解室で生成した金属マグネシウムおよび溶融塩がメタル回収室に流入するための経路である金属マグネシウム流入経路が形成されている。
【００４０】
隔壁、溶融塩流入経路及び金属マグネシウム流入経路の構造は、特に制限されず、隔壁により、電気分解室とメタル回収室とが分離され、且つ、メタル回収室の上部にマグネシウム保持部が形成され、溶融塩流入経路を通って、メタル回収室の下側の溶融塩保持部の溶融塩が、電気分解室の下側の溶融塩保持部に移動し、金属マグネシウム流入経路を通って、電解分解室で生成した金属マグネシウムおよび溶融塩が、メタル回収室に移動できる構造であればよい。
【００４１】
例えば、図６に示す形態例では、隔壁５を有し、金属マグネシウム流入経路７１が形成されている。なお、図６に示す形態例では、メタル回収室２２は、上部に、マグネシウム保持部１４を有し、マグネシウム保持部１４の金属マグネシウムが接触する部分の壁面に、遮蔽部材６ａ、６ｂが設置されている。また、溶融塩流入経路８１が形成されている。
【００４２】
本発明の溶融塩電解槽では、マグネシウム保持部の壁面の一部又は全部に、生成金属マグネシウムに対して反応性が低い遮蔽部材が設置されているので、生成金属マグネシウムと耐火レンガが反応することによって生じる不純物が、生成金属マグネシウムに溶出することを防ぐことができるので、本発明の溶融塩電解槽は、高純度の金属マグネシウムを製造することができる。
【００４３】
本発明の溶融塩電解槽で溶融塩電解を行う溶融塩としては、電圧の印加により電気分解されて、金属マグネシウムを生成する溶融塩であればよく、塩化マグネシウムを含有する溶融塩である。つまり、本発明の溶融塩電解槽は、塩化マグネシウムを含有する溶融塩を電気分解して金属マグネシウムを製造する金属マグネシウムの製造用の溶融塩電解槽である。
【００４４】
塩化マグネシウムを含有する溶融塩は、電気伝導度調整、比重調整、及び融点調節等のために、塩化カリウム、塩化カルシウム及び塩化ナトリウムのうち１以上を含有させることが知られている。また、塩化マグネシウムを含有する溶融塩は、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化カルシウム及び塩化ナトリウムの他に、マグネシウムのフッ化物、水酸化物、炭酸塩や硝酸塩等のマグネシウム塩、酸化マグネシウム、金属マグネシウムが含まれていてもよい。
【００４５】
塩化マグネシウムを含有する溶融塩としては、電気伝導度、比重、融点、蒸気圧、粘性の点で、１０〜３０質量％の塩化マグネシウムと、２０〜４０質量％の塩化カルシウムと、４０〜６０質量％の塩化ナトリウムと、を含有する溶融塩が好ましく、２０±５質量％の塩化マグネシウムと、３０±５質量％の塩化カルシウムと、４９±５質量％の塩化ナトリウムと、１±１質量％のフッ化マグネシウムと、を含有する溶融塩が特に好ましい。
【００４６】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【実施例】
【００４７】
（溶融塩電解槽の作製）
図１〜図４に示す構造の溶融塩電解槽であり、以下に示す詳細形状の溶融塩電解槽を作製した。
＜溶融塩電解槽の構造＞
・耐火レンガ：ロザイ工業社製  ＨＩＧＨ  ＲＯＺＸ−９８、Ａｌ２Ｏ３が９８．０質量％、ＳｉＯ２が０．５質量％
・モルタル：ロザイ工業社製  ＨＲ９５モルタル、Ａｌ２Ｏ３が９５．０質量、ＳｉＯ２が３質量％
・電分解室：２ｍ３
・メタル回収室：１ｍ３
・遮蔽部材の材質：カーボン（気孔率２５％）、窒化ケイ素（気孔率１０％）又は炭化ケイ素（気孔率５％）
・遮蔽部材の寸法：高さ０．４ｍ、厚み１０ｍｍ
・遮蔽部材の設置位置：マグネシウム保持部を囲む４面全て（表１中、４面と記載）、あるいは、マグネシウム保持部の壁面のうち、金属マグネシウム流入経路の出口が形成されている壁面に対向する側の壁面１面のみ（表１中、１面と記載）のいずれか。
・単位電気分解セルの数：２
・陽極の材質：黒鉛
・陰極の材質：鉄
・複極の材質：黒鉛
・陰極と陽極間の複極の数：２
【００４８】
（実施例１〜４、比較例１）
上記のようにして作製した溶融塩電解槽に、ＭｇＣｌ２が２０質量％、ＣａＣｌ２が３０質量％、ＮａＣｌが４９質量％、ＭｇＦ２が１質量％の組成の溶融塩を２９００ｋｇ投入した。
次いで、以下に示す条件で、溶融塩の電気分解を６か月間行った。溶融塩の電気分解を継続している間は、金属マグネシウムの生成量に対応した塩化マグネシウムを補給するために、補給溶融塩として、クロール法による副生物の塩化マグネシウムを、電解槽に供給し、溶融塩中の塩化マグネシウムの含有量が１５〜２５質量％となるように調節した。
溶融塩の電気分解開始から５日後と６か月後のＭｇサンプルを採取し、Ｍｇ中のＡｌ及びＳｉの含有量を測定した。また、溶融塩の電気分解開始から６か月後のマグネシウム保持部の耐火レンガの減肉量及び遮蔽部材の減肉量を測定した。その結果を表１に示す。
なお、表１中、比較例１では、遮蔽部材を設置しなかった。
【００４９】
＜溶融塩電解条件＞
・溶融塩の温度：平均６６０℃
・印加電圧：１０Ｖ
・電流密度：０．４８Ａ／ｃｍ２
・理論Ｍｇ生産量：２１．８ｋｇ／時間
・補給溶融塩：クロール法により副生した塩化マグネシウム、
【００５０】
【表１】
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＊）耐火レンガの減肉量は、遮蔽部材を設置していない面の耐火レンガの減肉量
【符号の説明】
【００５１】
１            溶融塩電解槽
２            側壁
３            炉床
４            蓋
５            隔壁
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  遮蔽部材
７、７１      金属マグネシウム流入経路
８、８１      溶融塩流入経路
１０          金属マグネシウム
１１          溶融塩
１２          塩素ガス
１４          マグネシウム保持部
２０          隙間
２１          電気分解室
２２          メタル回収室
２３          陽極
２４          複極
２５          陰極
２６、２７    溶融塩保持部
１０１        金属マグネシウムの流れ
１１１        溶融塩の流れ
１５１、１５２  電極支持部
【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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