(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解室に連通し、且つ浴面レベル調整手段を備えた副室を有するマルチポーラ型電解槽を用いると共に、深夜を除く通常時間帯より深夜で通電量を増大させる溶融塩電解方法において、無通電時に電解室内の浴面が陰極上面に一致する浴面レベルを基準レベルとし、通常時間帯に対する深夜の通電量の増大に伴う電解室内の陰極上の盛り上がり量の増大を解消するべく、深夜に前記通電量の増大に応じて副室内の浴面レベルを前記基準レベルから下げることにより、深夜における電解室内の陰極上の盛り上がり量を適性値に維持することを特徴とする溶融塩電解方法。
【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の製造等に用いられる溶融塩電解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属Ｍｇを工業的に製造する場合、ＭｇＣｌ2 を含む溶融塩を、Ｍｇの融点以上の温度で電気分解する溶融塩電解方法が多用されている。また、ここで使用される電解槽としては、高効率なマルチポーラ型電解槽が注目されている。マルチポーラ型電解槽を用いた溶融塩電解方法により金属Ｍｇを製造する方法を、図１及び図２により説明する。図１はマルチポーラ型電解槽の縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢示図で、電解室の正面図である。
【０００３】
電解槽１は、ＭｇＣｌ2 を含む溶融塩２を内部に収容する。電解槽１の内部は、隔壁３によって電解室４とＭｇ回収室５とに分離されている。電解室４には、炭素からなる平板状の陽極６と陰極７が、ロストルレンガ９上で槽幅方向に交互に配置されており、隣接する陽極６と陰極７の間には、同じく炭素からなる平板状の複極８が電流効率向上のために配置されている。陽極６の上部は、通電のためにカバー１０を貫通して上方へ突出している。
【０００４】
ここで、複極８の上面レベルは、陰極７の上面レベルより高く、陽極６に近づくにつれて段階的に高くなる。これは溶融塩２の浴対流をスムーズにするためである。
【０００５】
一方、Ｍｇ回収室５は、隔壁３に設けた上下２段の開口部１１，１１を通して電解室４に連通している。Ｍｇ回収室５には、底面開放容器からなる浴面レベル調節装置１２が溶融塩２に浸漬して設けられている。また、溶融塩２の温度調節器１３として熱交換器が浴面レベル調節装置１２を取り囲むように設けられている。更に、温度計１４及び浴面レベル測定器１５等も設けられている。
【０００６】
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、溶融塩２中のＭｇＣｌ2 が電気分解し、金属Ｍｇが生成される。また、この電気分解に伴って塩素ガスが発生する。電解室４で生成された金属Ｍｇは、溶融塩２の循環対流によってＭｇ回収室５に運ばれ、Ｍｇ回収室５内の溶融塩２上に浮上してＭｇ層１６を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマルチポーラ型電解槽を用いた溶融塩電解方法では、電解室４における溶融塩２の浴面レベルが、重要な操業条件の一つになっている。この浴面レベルは、図２に示すように、電流効率の点から、通電されていない状態で陰極７の上面レベルに一致するように設定される。このレベル調整は、Ｍｇ回収室５内の溶融塩２に浸漬された浴面レベル調節装置１２内の不活性ガス量を調節することにより行なわれる。この状態で通電を開始すると、電気分解に伴う塩素ガスの発生のために、電解室４内の溶融塩２にガスリフトによる対流が発生し、溶融塩２が複極８の上を乗り越えるようになる。
【０００８】
溶融塩２が複極８の上を乗り越えることにより、浴対流が陰極７へスムーズに流れ、Ｍｇの滞留による極間の短絡の防止が可能になるが、その一方で、この乗り越えが電流効率を低下させる一因になっていることに、本発明者は注目した。
【０００９】
即ち、マルチポーラ型電解槽における一般的な電流効率はおおよそ８０〜８５％であり、残りのおよそ１５％は電気のバイパスによるカレントリーク、電気分解されたマグネシウムと塩素が再反応するバックリアクションが占めるとされている。そして、これらの電流効率低下要因を取り除くことで、生産性の高い電解操業が可能になる。
【００１０】
従来、電解室４内での溶融塩２の盛り上がり量に、大きな変動はないと考えられてきた。ところが、高効率でガスリフト対流がとりわけ顕著なマルチポーラ型電解槽においては、通電量がこの盛り上がり量に大きな影響を及ぼし、通電量が増加したときにこの盛り上がり量が増大し、カレントリークが増大することが明らかになった。なお、溶融塩２の盛り上がり量とは、特にことわりのない限り図３に記載のとおり陰極７上における溶融塩２の盛り上がり量である。
【００１１】
図３はこの盛り上がりによるカレントリークの説明図である。陽極６から陰極７への電流は、基本的には実線の如く複極８及び極間の溶融塩２を通過し、ＭｇＣｌ2 の電気分解に寄与する。ところが、陰極７上、更には複極８上に溶融塩２の盛り上がりが発生すると、破線の如く、抵抗の小さい盛り上がりを通って陽極６から陰極７へ電流の一部が直接流れ、電気分解に寄与しないカレントリークが生じる。溶融塩２の盛り上がり量が小さい場合、このカレントリークは小さいが、盛り上がり量が大きくなると、このカレントリークも増大する。
【００１２】
我が国における電解槽への通電量は、１日を通し例えば９０〜１５０ｋＡの範囲内で変化する。これは昼夜で電気代に大きな開きがあるためであり、夜間に多く電流を流すことで電力原単位を低減できるからである。しかし、電流量を多くすると、電解槽全体の電流効率が向上する性質があるため、溶融塩の盛り上がりに起因するカレントリーク増大による電流効率の損失が存在することは、これまで知られていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、マルチポーラ型電解槽を用いた溶融塩電解操業で問題となる大電流通電時のカレントリークを低減して、電流効率の向上を図る溶融塩電解方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、無通電時における溶融塩の浴面レベルを下げることが考えられる。そうすると、通電量が多いときは、溶融塩の過大な盛り上がりが防止される。しかし、電流量が少ないときには、溶融塩が陰極上、複極上を乗り越えることができず、極間の液面にＭｇが滞在してＭｇ層を形成し始める。その結果、極間が導電体であるＭｇにより短絡されることになり、そのＭｇ層を通じて電流がリークすることにより、電流効率の低下が生じる。
【００１５】
そこで本発明者は、通電量の変動に応じて溶融塩の浴面レベルを変化させることを企画し、種々調査検討を行なった。その結果、このレベル調整により、通電量の増減に関係なく、溶融塩の盛り上がりを適正値に維持でき、大電流通電時に問題となるカレントリークの増大を回避できることを知見し、本発明を完成させるに至った。
【００１６】
即ち、本発明の溶融塩電解方法は、電解室に連通し、且つ浴面レベル調整手段を備えた副室を有するマルチポーラ型電解槽を用いると共に、深夜を除く通常時間帯より深夜で通電量を増大させる溶融塩電解方法において、無通電時に電解室内の浴面が陰極上面に一致する浴面レベルを基準レベルとし、通常時間帯に対する深夜の通電量の増大に伴う電解室内の陰極上の盛り上がり量の増大を解消するべく、深夜に前記通電量の増大に応じて副室内の浴面レベルを前記基準レベルから下げることにより、深夜における電解室内の陰極上の盛り上がり量を適性値に維持するものである。
【００１７】
電解操業時の陰極上における溶融塩の盛り上がり量としては、陰極の上面から陽極に最も近い複極の上面までの範囲内に抑えることが望ましい。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
本実施形態の溶融塩電解方法では、図１〜図３に示したマルチポーラ型電解槽を用いて金属Ｍｇが製造される。電解室４に連通する副室としてのＭｇ回収室５には、前述したとおり、浴面レベル調節装置１２、浴面レベル測定器１５などが設けられている。浴面レベル調整装置１２は、底面が開放した容器内の不活性ガス量を調節することにより、Ｍｇ回収室５の浴面レベルを調節し、その結果として電解室４の浴面レベルを調節する。
【００２０】
なお、Ｍｇ回収室５は金属Ｍｇを取り出すために大気圧であるが、電解室４は発生する塩素ガスの漏出を防止するために負圧に維持されている。このため、Ｍｇ回収室５の浴面に比べて電解室４の浴面は若干高くなるが、Ｍｇ回収室５に設けられた浴面レベル調節装置１２の操作により、電解室４の浴面レベルを調節することが可能である。
【００２１】
浴面レベル測定器１５はバブラーであり、その圧力よりＭｇ回収室５の浴面レベルを測定する。そして、測定された浴面レベルが目標値になるように、浴面レベル調整装置１２が操作されることにより、Ｍｇ回収室５の浴面レベルが目標値に管理され、その結果として、電解室４の浴面レベルも目標値に管理される。
【００２２】
本実施形態の溶融塩電解方法では、深夜を除く通常時間帯は９０ｋＡの通電量で電解操業が行なわれ、深夜は１５０ｋＡの通電量で電解操業が行なわれる。通常時間帯は、電流効率を考慮して、無通電時に電解室４の浴面レベルが陰極７の上面レベルに対して一致する、即ち＋０ｍｍになるように、レベル調節を行なう。これにより、通常時間帯の通電時においては、陰極７上、複極８上に適正な溶融塩２の盛り上がりが生じる。
【００２３】
一方、通電量を１５０ｋＡに増大する深夜は、通常時間帯より浴面レベルを４０ｍｍ下げた。即ち、通電時における陰極７上、複極８上の溶融塩２の盛り上がりが、通常時間帯のときと同じ理想値に維持されるように、無通電時における電解室４の浴面ベルを陰極７の上面レベルに対して−４０ｍｍとした。
【００２４】
このような電流量に応じた浴面レベル調節により、通電量の変動に関係なく溶融塩２の盛り上がりが適正値に維持され、電解槽１の電流効率が約２．２％向上した。その内容を以下に説明する。
【００２５】
図４は、電流量を９０ｋＡから１５０ｋＡへ増大させたときの電流効率の変化を、浴面レベル制御ありとなしの場合について示したグラフである。浴面レベル制御なしとは、通電量に関係なく、無通電時の電解室４の浴面レベルが陰極７の上面レベルに一致するケースである。また、レベル制御ありとは、通電量の増加に応じて上記浴面レベルを＋０ｍｍから−４０ｍｍへ段階的に変化させたケースである。
【００２６】
レベル制御なしの場合も、通電量を９０ｋＡから１５０ｋＡへ増大させることにより電流効率は上昇する。この理由は、電流量の増加によって極間の液面部でのＭｇの固化が抑制され、極間のカレントリークが減少するためと考えられる。電流量の増加に伴ってＭｇの固化が抑制される理由は詳細には不明であるが、電流量が大きい場合は極間の溶融塩温度が低電流時よりも僅かに高くなること、或いは電流量が大きいために極間での塩素ガスの発生量も増加し、攪拌効果が強まることなどが考えられる。
【００２７】
そして、通電量の増大による電流効率の上昇量は５％程度であるが、通電量の増大に応じて浴面レベル制御を行なうと、電流効率は約１２％上昇する。即ち、浴面レベル制御の採用により、電流効率が７％（１２％−５％）向上する。ただ、１５０ｋＡの通電を行なう期間の時間的割合は全体の１０％程度であり、月当たりの平均通電量は１１０ｋＡ程度となるので、実際の電流効率の向上は２．２％程度となる。２．２％とは言え、当該分野ではその経済的効果の大きいことは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の溶融塩電解方法は、電解室に連通し、且つ浴面レベル調整手段を備えた副室を有すると共に、深夜を除く通常時間帯より深夜で通電量を増大させる溶融塩電解方法において、無通電時に電解室内の浴面が陰極上面に一致する浴面レベルを基準レベルとし、通常時間帯に対する深夜の通電量の増大に伴う電解室内の陰極上の盛り上がり量の増大を解消するべく、深夜に前記通電量の増大に応じて副室内の浴面レベルを前記基準レベルから下げることにより、深夜における電解室内の陰極上の盛り上がり量を適性値に維持する。これにより、マルチポーラ型電解槽を用いた高効率電解操業で問題となる大電流通電時のカレントリークを低減でき、大電流通電による電流効率アップと相まって、電流効率の大幅向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はマルチポーラ型電解槽の縦断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢示図で、電解室の正面図である。
【図３】複極上での溶融塩の盛り上がりに起因するカレントリークの説明図である。
【図４】通電量を増大させたときの電流効率の変化を、浴面レベル制御ありとなしの場合について示したグラフである。
【符号の説明】
１  電解槽
２  溶融塩
３  隔壁
４  電解室
５  Ｍｇ回収室（副室）
６  陽極
７  陰極
８  複極
１２  浴面レベル調節装置
１３  温度調節器
１４  温度計
１５  浴面レベル測定器
【図１】
0003865044.tif 000002
【図２】
0003865044.tif 000003
【図３】
0003865044.tif 000004
【図４】
0003865044.tif 000005