(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＣｌ2 を含む溶融塩の電気分解により金属Ｍｇを生成する電解室と、電解室で生成された金属Ｍｇを回収する金属回収室とを備えた溶融塩電解槽において、各室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が、電解室のカバーと金属回収室のカバーとの間を貫通して配置されることにより、当該電解槽が槽内に溶融塩を保持する状態で上方から脱着可能であることを特徴とする溶融塩電解槽。
【請求項２】
ＭｇＣｌ2 を含む溶融塩の電気分解により金属Ｍｇを生成する電解室と、電解室で生成された金属Ｍｇを回収する金属回収室とを備えた溶融塩電解槽を用いる溶融塩電解方法において、各室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を、電解室のカバーと金属回収室のカバーとの間を貫通して配置することにより、前記該電解槽内に溶融塩を保持したままで上方へ脱着可能となし、電解槽内に溶融塩を保持したままそのカーテンウォールを上方へ引き抜き、その後に新しいカーテンウォールを上方から所定位置へ挿入し、操業を継続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の製造に使用される溶融塩電解槽及びこれを用いた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法が多用されている。この溶融塩電解法による金属Ｍｇの製造方法を図５により説明する。
【０００３】
溶融塩電解法による金属Ｍｇの製造には、溶融塩電解槽１０が使用される。電解槽１０は、ＭｇＣｌ2 を含む溶融塩２０を内部に収容している。電解槽１０の内部は、隔壁１３によって電解室１１とＭｇ回収室１２とに分離されており、各室の上面開口部はカバー１４，１５によってそれぞれ閉止されている。
【０００４】
電解室１１には、炭素からなる平板状の陽極１６と陰極１７が槽幅方向に交互に配置されている。隔壁１３は、上から下へ並んだカーテンウォール１３ａ、バリアウォール１３ｂ及びウォール支持部１３ｃからなり、バリアウォール１３ｂ及びウォール支持部１３ｃには、電解室１１とＭｇ回収室１２の間で溶融塩２０を循環させるために、開口部１３ｂ′，１３ｃ′がそれぞれ設けられている。
【０００５】
電解操業では、電解室１１内の陽極１６と陰極１７の間に直流電流が流される。これにより、溶融塩２０中のＭｇＣｌ2 が電気分解し、金属Ｍｇが生成される。電解室１１で生成された溶融状態の金属Ｍｇは、溶融塩２０の循環対流によってＭｇ回収室１２に運ばれ、Ｍｇ回収室１２内の溶融塩２０上に浮上して溜まる。Ｍｇ回収室１２内の溶融塩２０上に浮上した金属Ｍｇを取り出すために、Ｍｇ回収室１２内の気圧はほぼ大気圧とされる。
【０００６】
一方、電解室１１では、溶融塩２０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１１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１１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１１は大気圧より若干低い負圧状態に維持される。
【０００７】
このため、電解室１１内とＭｇ回収室１２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、各室間が、上述したカーテンウォール１３ａにより、液面近傍からその上方にかけての部分で気密に分離されている。このカーテンウォール１３ａは、従来は長さが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を横に並べることで形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電解槽１０の耐用期間（ライフ）は電流効率で評価される。即ち、電解槽１０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１０の使用限界となる。使用限界に達すると、莫大な費用を掛けて電解槽１０を改築することが必要になり、このことがＭｇの製造コストを高める大きな原因の一つになっている。
【０００９】
電解槽１０の劣化に伴う電流効率の低下については、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１０の寿命を制限し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１０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、電解室１１とＭｇ回収室１２を隔てる隔壁１３の特にカーテンウォール１３ａの劣化が電解槽１０の耐用期間を制限しており、このカーテンウォール１３ａを交換することにより、電解槽１０の耐用期間を大幅に延長できることが判明した。また、カーテンウォール１３ａの劣化のメカニズムについても以下のことが分かってきた。
【００１０】
カーテンウォール１３ａの劣化は、カーテンウォール１３ａを構成するブロックの接合部であるいわゆる目地の部分で主に発生していたのである。目地の部分に溶融Ｍｇが侵入し、その後に電解槽１０の温度変化によって凝固、溶融が繰り返されるため、これによる膨脹と収縮によって目地の部分が浸食されていくものと考えられる。この浸食現象は目地の部分で主に生じるが、目地以外の部分でも程度は少ないながらも発生する。カーテンウォール１３ａの平坦な面であっても、活性な溶融Ｍｇが接触し続けることで表面に微細な凹凸が生じ、その凹みに溶融Ｍｇが侵入するため、目地の部分と同様のメカニズムで浸食現象が生じるものと考えられる。
【００１１】
本発明の目的は、僅かのコスト増で耐用期間を大幅に延長でき、これにより単位生産量当たりの築炉費を大幅に低減できる溶融塩電解槽及びこれを用いた溶融塩電解方法を提供することにある。
【００１２】
【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次のとおりである。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、バリアウオール上に形成されている。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。
【００１３】
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Ｍｇ回収室内から負圧状態の電解室内へ、目地の破損部分を通して多量の空気が侵入する。そうすると、空気中の酸素とＭｇの反応もしくは空気中の水分とＭｇＣｌ2 の反応によりＭｇＯが生成されてしまう。ＭｇＯは電解室内で電気分解されると同時に炭素電極と反応してＭｇとＣＯ2 になる。この一連の反応により電流効率が低下する。また、この反応により炭素電極も消耗する。その結果、電極間隔が広がり、セルの電圧が上がるため、電力原単位の悪化につながる。
【００１４】
電解室内は常時負圧に吸引されているが、吸引配管の閉塞などが発生した場合には一時的に加圧状態になることも稀にある。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、機能不全を発生させるため、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。
【００１５】
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。目地以外の部分でも、程度は少ないながらも浸食現象が発生することは前述したとおりである。
【００１６】
このように、電流効率の低下に対しては、カーテンウォールの損傷の依存度が大きい。このため、このカーテンウォールのみの損傷を回復させることによっても、電解槽の耐用期間が大幅に延長される。
【００１７】
本発明の溶融塩電解槽は、かかる知見を基礎にして開発されたものであり、ＭｇＣｌ2 を含む溶融塩の電気分解により金属Ｍｇを生成する電解室と、電解室で生成された金属Ｍｇを回収する金属回収室とを備えた溶融塩電解槽において、各室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を、電解室のカバーと金属回収室のカバーとの間を貫通して配置することにより、当該電解槽が槽内に溶融塩を保持する状態で上方から脱着可能な構成としたものである。
【００１８】
また本発明の溶融塩電解方法は、ＭｇＣｌ2 を含む溶融塩の電気分解により金属Ｍｇを生成する電解室と、電解室で生成された金属Ｍｇを回収する金属回収室とを備えた溶融塩電解槽を用いる溶融塩電解方法において、各室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を、電解室のカバーと金属回収室のカバーとの間を貫通して配置することにより、前記電解槽内に溶融塩を保持したままで上方へ脱着可能となし、電解槽内に溶融塩を保持したままそのカーテンウォールを上方へ引き抜き、その後に別のカーテンウォールを上方から所定位置へ挿入し、操業を継続するものである。
【００１９】
ここにおけるカーテンウォールは、電解室のカバーと金属回収室のカバーとの間を貫通して配置される構成であるため、脱着容易である。また、鋳込みレンガ等の耐火物による一体成形品が、脱着容易で気密性、耐久性等に優れる点から好ましい。
【００２０】
本発明においては、溶融塩電解槽の電解室と金属回収室を仕切る隔壁の最上部に位置するカーテンウォールを、電解槽内に溶融塩を保持したままで上方から脱着可能とすることにより、電解槽内に溶融塩を保持したままでカーテンウォールの交換が可能になる。これにより、電解槽の全改修を行なうことなく、電解効率が回復し、その使用期間が延びる。
【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。図１は本発明の一実施形態を示す溶融塩電解槽の縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢示図、図３は図２のＢ−Ｂ線矢示図である。
【００２２】
本実施形態の溶融塩電解槽は金属Ｍｇの製造に使用される。その基本構造は、図５に示した従来の溶融塩電解槽と実質同一である。従来の溶融塩電解槽と相違するのは、電解室１１とＭｇ回収室１２を仕切る隔壁１３の構造である。ここにおける隔壁１３は、図１のように、最上部のカーテンウォール１３ａのみとし、バリアウォール１３ｂ及びウォール支持部１３ｃを省略可能である（図５参照）。
【００２３】
隔壁１３を構成するカーテンウォール１３ａは、耐火物からなる一体成形品であり、両側の縁部が、電解槽１０の両側壁１８，１８の最上部内面に形成された縦溝１８ａ，１８ａに嵌合することにより、電解槽１０内の最上部に、上方へ引き抜き可能に自立支持されている。この自立支持により、下方のバリアウォール及びウォール支持部を省略することも可能となり、そのための築炉費を低減させることが可能となる。
【００２４】
カーテンウォール１３ａは、前述したとおり、電解室１１内とＭｇ回収室１２内の圧力差によるガスの往来を防ぐために、各室間を液面近傍からその上方にかけての部分で気密に分離する。カーテンウォール１３ａの上部は、電解室１１のカバー１４とＭｇ回収室１２のカバー１５との間を貫通して上方へ露出している。
【００２５】
このカーテンウォール１３ａは、その支持強度を高めるために、ワイヤ１９等で上方から懸吊することも可能である。ワイヤ１９等でカーテンウォール１３ａを懸吊支持すれば、そのワイヤ１９等をカーテンウォール１３ａの脱着作業に利用できる。
【００２６】
本実施形態の溶融塩電解槽では、従来と同様にして金属Ｍｇが製造され、その操業の継続に従って電流効率が徐々に低下する。その電流効率が下限値に到達した場合、従来は、電解槽内の溶融塩を抜き出し、電解槽全体を改築していた。しかるに、本実施形態では、電解槽１０内に溶融塩２０を保持したままで、カーテンウォール１３ａを上方へ引き抜き、新しい別のカーテンウォール１３ａと交換する。
【００２７】
これにより電流効率が回復し、電解槽１０の使用寿命が延長される。電流効率が新築時の状態へ完全に回復するわけではないが、カーテンウォール１３ａの交換による電流効率の上昇程度は大きく、交換に要するコストが僅かであることを考慮すると、その交換による寿命延長の経済的効果は多大である。
【００２８】
加えて、本実施形態の溶融塩電解槽では、カーテンウォール１３ａの下方に配置されるバリアウォール及びウォール支持部の省略により、築炉コストも低減される。
【００２９】
なお、本実施形態では、カーテンウォール１３ａを一体成形品としたが、電解槽１０の幅方向で複数に分割することも可能である。その場合、損傷の特に激しい部分、例えば中央部のみを交換するようなことが可能となる。
【００３０】
次に、本発明の効果を検証した結果について説明する。
【００３１】
バリアウォール上に固定式のカーテンウォールをもつ従来の電解槽、脱着式の一体成形品からなるカーテンウォールをもち、下方のバリアウォール及びウォール支持部を省略した本発明の電解槽（１）、  カーテンウォールを横幅方向で３分割し、中央部のみ脱着式とすると共に、下方のバリアウォール及びウォール支持部を省略した本発明の電解槽（２）の３種類について、電解槽のライフ及び単位生産量当たりの築炉コストを調査した。
【００３２】
電解槽のライフについては、電流効率が最大値から１０％低下した時点を使用限界とした。３種類の電解槽を使用した場合のぞれぞれについて、電流効率の経時変化を調査した結果を図４に示す。また、電解槽のライフ及び単位生産量当たりの築炉コストを調査した結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0004303913.tif 000002
【００３４】
従来の電解槽の寿命を１００とすると、本発明の電解槽（１）を使用して、使用限界に達した時点でカーテンウォールを交換することにより、電流効率が４％上昇し、使用寿命は、再び電流効率が下限値まで低下する１３０まで延長された。カーテンウォールの交換に費用はかかるが、寿命が１．３倍になることを考慮すると、単位生産量当たりの築炉コストは、従来の電解槽を使用した場合の８２％に低減した。
【００３５】
本発明の電解槽（２）を使用して、使用限界に達した時点でカーテンウォールの中央部を部分的に交換した。電流効率が２％上昇し、寿命は、再び使用限界に達する１１０まで延長された。カーテンウォールの交換に費用はかかるが、寿命が１．１倍になることを考慮すると、単位生産量当たりの築炉コストは、従来の電解槽を使用した場合の９２％に低減した。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の溶融塩電解槽及び溶融塩電解方法は、電解室と金属回収室の間を、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を、当該電解槽が槽内に溶融塩を保持する状態で上方から脱着可能な構成とすることにより、電解槽の改築に要する経費を僅かに抑えつつ、耐用期間を効果的に延長できる。従って、単位生産量当たりの築炉コストを低減でき、生産コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す溶融塩電解槽の縦断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢示図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線矢示図である。
【図４】電流効率の経時変化を比較例及び本発明例について示すグラフである。
【図５】従来の溶融塩電解槽の縦断側面図である。
【符号の説明】
１０  電解槽
１１  電解室
１２  Ｍｇ回収室（金属回収室）
１３  隔壁
１３ａ  カーテンウォール
１３ｂ  バリアウォール
１３ｃ  ウォール支持部
１６  陽極
１７  陰極
２０  溶融塩
【図１】
0004303913.tif 000003
【図２】
0004303913.tif 000004
【図３】
0004303913.tif 000005
【図４】
0004303913.tif 000006
【図５】
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