特開 2022-183913 金属の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022183913

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】金属の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C25C 7/06 20060101AFI20221206BHJP

   C25C 3/04 20060101ALI20221206BHJP

   C25C 3/06 20060101ALI20221206BHJP

   C25C 3/34 20060101ALI20221206BHJP

   C25C 7/02 20060101ALI20221206BHJP

   C22B 26/22 20060101ALI20221206BHJP

   C22B 21/00 20060101ALI20221206BHJP

   C22B 19/20 20060101ALI20221206BHJP

   C22B 34/12 20060101ALI20221206BHJP

   C22B 34/14 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

C25C7/06 302

C25C3/04

C25C3/06 Z

C25C3/34 A

C25C7/02 308Z

C22B26/22

C22B21/00

C22B19/20

C22B34/12

C22B34/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021091437

(22)【出願日】2021-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】390007227

【氏名又は名称】東邦チタニウム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】並木 洸樹

【テーマコード（参考）】

4K001

4K058

【Ｆターム（参考）】

4K001AA02

4K001AA13

4K001AA27

4K001AA30

4K001AA31

4K001AA38

4K001BA04

4K001DA11

4K058AA14

4K058BA05

4K058BA08

4K058BA09

4K058BA10

4K058BA25

4K058BA33

4K058BB05

4K058CB03

4K058CB06

4K058CB23

4K058ED03

(57)【要約】

【課題】消費電力を比較的小さく抑えつつ、金属の減産に良好に対応することができる金属の製造方法を提供する。
【解決手段】この発明の金属の製造方法は、溶融塩電解により金属を製造する方法であり、内部に溶融塩浴を貯留させる電解槽２と、溶融塩浴に接触させる陽極３ａ及び陰極３ｂを含む二組以上の電極３とを備える電解装置１を使用し、前記電解装置１の使用開始から３０か月が経過するまでの間の少なくとも一時期に、二組以上の電極３の一部であって少なくとも一組の電極３間への電圧の印加を停止し、前記電極３の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²以上とするというものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融塩電解により金属を製造する方法であり、
内部に溶融塩浴を貯留させる電解槽と、溶融塩浴に接触させる陽極及び陰極を含む二組以上の電極とを備える電解装置を使用し、
前記電解装置の使用開始から３０か月が経過するまでの間の少なくとも一時期に、二組以上の電極の一部であって少なくとも一組の電極間への電圧の印加を停止し、前記電極の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²以上とする、金属の製造方法。

【請求項2】

二組以上の電極の陽極及び陰極が交互に並んで配置された電解装置を使用する、請求項１に記載の金属の製造方法。

【請求項3】

前記少なくとも一時期に、少なくとも一個の陽極を電源から電気的に切断することにより、当該陽極を含む電極間への電圧の印加を停止する、請求項１又は２に記載の金属の製造方法。

【請求項4】

前記電極の少なくとも一組がさらに、陽極と陰極との間に配置された複極を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の金属の製造方法。

【請求項5】

前記少なくとも一時期に、前記電極の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²～１．２Ａ／ｃｍ²とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の金属の製造方法。

【請求項6】

前記少なくとも一時期に、前記電解装置に流す総電流量を、通常期間での総電流量の７０％～９０％に減らす、請求項１～５のいずれか一項に記載の金属の製造方法。

【請求項7】

前記電解装置が、溶融塩浴の温度を調整することが可能な温度調整器を備え、
前記少なくとも一時期中に、前記温度調整器を用いて溶融塩浴の温度を調整する、請求項１～６のいずれか一項に記載の金属の製造方法。

【請求項8】

前記金属が、金属マグネシウム、金属アルミニウム又は金属亜鉛である、請求項１～７のいずれか一項に記載の金属の製造方法。

【請求項9】

溶融塩電解により前記金属を製造する際に、塩素ガスが生成される、請求項１～８のいずれか一項に記載の金属の製造方法。

【請求項10】

前記金属が、金属チタン、金属ジルコニウム、金属ハフニウム又は金属ケイ素の生産に用いられる、請求項１～９のいずれか一項に記載の金属の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、溶融塩電解により金属を製造する方法に関するものであり、特に、減産時に金属を良好に製造できるようにする技術を提案するものである。

【背景技術】

【0002】

たとえば金属マグネシウムを製造するには、塩化マグネシウムを含む溶融塩浴を用いた溶融塩電解を行うことがある。溶融塩電解では、電解装置の電解槽内にて溶融塩を溜めて溶融塩浴とし、陽極及び陰極を含む電極により溶融塩浴中の塩化マグネシウムを金属マグネシウムと塩素とに分解する。それにより、金属マグネシウムが得られる。電解装置としては、陽極及び陰極を含む二組以上の電極を備えるものを使用することがある。

【0003】

このようにして製造された金属マグネシウムは、クロール法で四塩化チタンを金属チタンに還元することに用いられ得る。なおこのとき、四塩化チタンの還元により副次的に生成される塩化マグネシウムは、上述した溶融塩電解で溶融塩浴に含ませることにより、金属マグネシウムの製造に使用することができる。

【0004】

なお、これに関連する技術として、特許文献１には、「電解槽と電極対とを有する金属溶融塩電解装置による金属の製造方法であって、電解槽における金属溶融塩の電解と、電解を行う電極対間で生じるジュール熱による金属溶融塩の加熱とを同時に行い、前記金属溶融塩電解装置は少なくとも２組の電極対を有し、前記電極対のうちの少なくとも１組が開放されていることを特徴とする溶融塩電解による金属の製造方法」が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１６／００２３７７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述した溶融塩電解による金属マグネシウム等の金属の製造では、状況ないし時期等に応じて、金属の製造量を減らすことが必要になる場合がある。たとえば、先述したクロール法における金属チタンの生産に用いる金属マグネシウムを製造するに当り、金属チタンの生産量を減らすときは、それに合わせて金属マグネシウムの製造量をも減らすことがある。金属マグネシウムを減産せずに通常どおり製造して保管しておいた場合、大気中の酸素と反応しやすい金属マグネシウムが保管時に酸化し、不純物のマグネシウム酸化物が四塩化チタンの還元反応に持ち込まれる懸念があるためである。それ故に、金属マグネシウムは所要量を適時製造することが望まれる。

【0007】

金属を減産するには、電解装置に流す総電流量を減らすことが考えられる。しかしながら、二組以上の電極を備える電解装置で単純に総電流量を低減しても、減産で所期する金属の製造量を得るには依然としてある程度大きな消費電力が必要になるという問題があった。

【0008】

この発明の目的は、消費電力を比較的小さく抑えつつ、金属の減産に良好に対応することができる金属の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

発明者は鋭意検討の結果、減産期間中に、二組以上の電極のうちの一部の電極間への電圧の印加を停止するとともに、残部の電極での電流密度をある程度高く維持することを案出した。これにより、比較的小さな消費電力で、所期した減産の製造量を達成することが可能になる。但し、電解装置は使用するに従って電極の減肉が生じ、電極間距離の増大に起因して電気抵抗が大きくなり、消費電力が増大する。そのため、減産期間は、電解装置の使用開始から３０か月が経過するまでの間の少なくとも一時期に設けることが望ましい。

【0010】

この発明の金属の製造方法は、溶融塩電解により金属を製造する方法であり、内部に溶融塩浴を貯留させる電解槽と、溶融塩浴に接触させる陽極及び陰極を含む二組以上の電極とを備える電解装置を使用し、前記電解装置の使用開始から３０か月が経過するまでの間の少なくとも一時期に、二組以上の電極の一部であって少なくとも一組の電極間への電圧の印加を停止し、前記電極の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²以上とするというものである。

【0011】

この発明の金属の製造方法では、二組以上の電極の陽極及び陰極が交互に並んで配置された電解装置を使用することができる。

【0012】

前記少なくとも一時期には、少なくとも一個の陽極を電源から電気的に切断することにより、当該陽極を含む電極間への電圧の印加を停止することができる。

【0013】

前記電極の少なくとも一組はさらに、陽極と陰極との間に配置された複極を含むことがある。

【0014】

前記少なくとも一時期には、前記電極の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²～１．２Ａ／ｃｍ²とすることが好ましい。

【0015】

前記少なくとも一時期には、前記電解装置に流す総電流量を、通常期間での総電流量の７０％～９０％に減らすことが好ましい。

【0016】

前記電解装置は、溶融塩浴の温度を調整することが可能な温度調整器を備えることができる。この場合、前記少なくとも一時期中には、前記温度調整器を用いて溶融塩浴の温度を調整することが好ましい。

【0017】

前記金属は、金属マグネシウム、金属アルミニウム又は金属亜鉛とすることができる。

【0018】

溶融塩電解により前記金属を製造する際には、塩素ガスが生成されることがある。

【0019】

前記金属は、金属チタン、金属ジルコニウム、金属ハフニウム又は金属ケイ素の生産に用いられるものとすることができる。

【発明の効果】

【0020】

この発明の金属の製造方法によれば、消費電力を比較的小さく抑えつつ、金属の減産に良好に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】この発明の一の実施形態に係る金属の製造方法を実施することができる電解装置の一例を示す、溶融塩浴の深さ方向に沿う断面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【図3】電解装置の使用期間の経過に伴う電極間電圧の増大の一例を示すグラフである。

【図4】電解装置の他の例の電解室を示す、図２と同様の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態に係る金属の製造方法は、図１に例示するような電解装置１を使用して金属を製造するに当り、電解装置１の使用開始から３０か月が経過するまでの間の少なくとも一時期に、二組以上の電極の一部であって少なくとも一組の電極間への電圧の印加を停止し、前記電極の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²以上とする。この方法は、金属の製造量を減らす減産に対応する場合に特に有効である。

【0023】

（電解装置）
図示の電解装置１は、内部に溶融塩浴を貯留させる電解槽２と、溶融塩浴に接触させる陽極３ａ及び陰極３ｂを含む二組以上の電極３とを備えるものである。

【0024】

ここで、この例では、電解槽２の内部に、実質的に深さ方向（図１の上下方向）に沿って配置されて、電解室２ａと回収室２ｂとを区画する隔壁４が設けられている。隔壁４により、電解槽２の内部は、図１の右側に位置して電気分解が行われる電解室２ａと、図１の左側に位置し、電解室２ａでの電気分解により得られた金属マグネシウムが流れ込んで該金属マグネシウムが溶融塩との密度差により上方側に溜まる回収室２ｂとに区画されている。

【0025】

隔壁４は、図示の例では、電解槽２の上方側開口部を覆蓋するための蓋部材５に近接させて配置されている。これにより、隔壁４と電解槽２の内部の底面との間に、回収室２ｂから電解室２ａへの溶融塩浴の移動を可能にする溶融塩循環路４ａが形成される。また、隔壁４の溶融塩循環路４ａよりも上方側の部分に設けた溶融金属流路４ｂにより、電解室２ａから回収室２ｂへの金属マグネシウムの流入が可能になる。隔壁４は、図１では左右二箇所に分かれて設置されているが、溶融塩循環路４ａ及び溶融金属流路４ｂを設けることができれば、その形状や個数等の構成を適宜変更することができる。

【0026】

またここで、電極３は、電解槽２の内部の電解室２ａ側に配置されており、溶融塩浴の深さ方向と平行に並んで配置される部分を有する。電極３には、図示しない電源等に接続される陽極３ａ及び陰極３ｂが含まれる。電極３は、少なくとも陽極３ａ及び陰極３ｂを有するものであれば、溶融塩浴中の塩化マグネシウムの電気分解を行うことができる。

【0027】

電気分解の金属マグネシウム生成効率向上等の観点からは、図２に示すところから解かるように、陽極３ａと陰極３ｂとの間に、電源に接続されておらず陽極３ａ及び陰極３ｂ間への電圧の印加によって分極する一枚以上、たとえば二枚の複極３ｃをさらに有することが好ましい。ここでは、少なくとも各一枚の陽極３ａ及び陰極３ｂを含むものを、一組の電極３という。複極３ｃを設ける場合は、さらに一枚以上の複極３ｃを含むものを、一組の電極３という。二組以上の電極３のうち、少なくとも一組の電極３について複極３ｃを省略することも可能である。

【0028】

この電解装置１では、図２から解かるように、各電極３の陽極３ａと陰極３ｂとが、溶融塩浴の深さ方向に直交する方向（電極整列方向）に交互に並んで平行に配置されている。そして、複極３ｃは、互いに隣接する陽極３ａ及び陰極３ｂの交互間に、それらの陽極３ａ及び陰極３ｂと平行に並べて設けられている。図示の例では、電極３中の陽極３ａ及び陰極３ｂは、それと隣り合う電極３のものと共有しており、各陽極３ａ及び陰極３ｂの両側で電気分解が行われる。

【0029】

電解装置１はさらに、たとえば回収室２ｂ等に配置されて、溶融塩浴の温度を調整する温度調整器６を備えることができる。図示の例では、温度調整器６は、加熱媒体もしくは冷却媒体としてのガスを流す管状の熱交換器であって、溶融塩浴の深さ方向に延びる二本の主管と、深さ方向と直交する方向に延びて主管どうしを連結する枝管とを有するものとしている。但し、温度調整器は、溶融塩浴の温度を調整できれば、図示のものに限らない。

【0030】

溶融塩浴を構成する溶融塩には、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）の他、支持塩が含まれ得る。この支持塩は、塩化マグネシウムと混合した際に晶出温度を低下させ、かつ、粘度を低下させる電解質を意味する。支持塩は具体的には、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）及びフッ化カルシウム（ＣａＦ₂）からなる群から選択される少なくとも一種とすることができる。晶出温度とは、二種類以上の電解質からなる溶融塩を液体の状態から温度を下げたときに、ある一種類の電解質成分が固体として析出し始める晶出という現象が起きる温度をいう。仮に溶融塩が一種類だけである場合、液体の状態から温度を下げたときに、凝固点で全体が固体となるため、晶出温度は凝固点、すなわち融点に相当する。なお、電気分解で塩化マグネシウムを優先的に分解させるため、支持塩としては、塩化マグネシウムより分解電圧が高い電解質を用いることが一般的である。

【0031】

電解槽２を用いて行う溶融塩電解では、電解室２ａでの塩化マグネシウムの電気分解により、ＭｇＣｌ₂→Ｍｇ＋Ｃｌ₂の反応に基づいて、陰極３ｂの表面で還元反応により溶融金属である金属マグネシウム（Ｍｇ）が生成されるとともに、陽極３ａの表面で酸化反応により塩素（Ｃｌ₂）ガスが発生する。

【0032】

より詳細には、溶融塩浴の対流により、図１に示すように、溶融塩が回収室２ｂから底面側の溶融塩循環路４ａを経て電解室２ａに流動する。電解室２ａでは、溶融塩中の塩化マグネシウムが電気分解され、金属マグネシウムが生成される。そして、この金属マグネシウムは、隔壁４の浴面側の溶融金属流路４ｂを通って回収室２ｂに流入する。その後、溶融塩に対する比重の小さい金属マグネシウムは、回収室２ｂの浅い箇所に浮上してそこに溜まることになる。回収室２ｂで浮上した金属マグネシウムは、図示しないポンプ等により回収することができる。したがって、これによれば、溶融塩から金属マグネシウムを製造することができる。また、それとともに塩素ガスが得られる。

【0033】

溶融塩電解で生成された金属マグネシウムは、金属チタンを生産するクロール法における四塩化チタンの還元に、また塩素ガスは、チタン鉱石の塩化にそれぞれ用いることができる。溶融塩電解の原料とする塩化マグネシウムとしては、クロール法で副次的に生成されるものを使用可能である。

【0034】

上述した電解装置１では、金属マグネシウムに限らず、金属アルミニウムや金属亜鉛を製造することもできる。また、電解装置１を用いた溶融塩浴で製造された金属は、四塩化チタンに限らず金属塩化物の還元に使用することで、金属チタン以外に金属ジルコニウム、金属ハフニウム又は金属ケイ素の生産に用いることも可能である。

【0035】

（減産期間）
上述したような電解装置１を用いて、金属マグネシウム等の金属を製造するに当り、金属の製造量を一時的に減らすことが必要になる場合がある。たとえば、クロール法による金属チタンの生産に用いる金属マグネシウムを製造する場合、金属チタンの生産量の低減に合わせて、金属マグネシウムの製造量も減らすことがある。金属マグネシウムは大気中の酸素と反応して酸化物が形成されやすいところ、そのような酸化物に起因する金属チタンの汚染を抑制するべく適切な量を適時製造することが望まれるからである。

【0036】

電解装置１は溶融塩電解を行って使用するに従い、図３に一例を示すように、電極間電圧が増加し、大きな消費電力が必要になる。これは、電解装置１の使用に伴い、電極３が減肉し、電極３間の距離が増大して電気抵抗が大きくなることによるものと考えられる。なお、電圧はたとえば１５Ｖ程度に大きく増加しても支持塩の分解電圧未満に維持されるので、通常、支持塩が分解されることはない。塩化マグネシウムは２．８Ｖ程度で分解される。
減産期間での消費電力を小さく抑えるため、減産期間は、電解装置１を構築して溶融塩電解の使用を開始したときから３０か月が経過するまでの間の少なくとも一時期に設けることが好ましい。より好ましくは、電解装置１の使用開始から１６か月が経過するまでの間の少なくとも一時期に、減産期間を設ける。

【0037】

なお、電極間電圧が増加して電気抵抗が大きくなると、電解装置１に供給する電力はジュール熱として消費される割合が多くなる。溶融塩浴の温度維持は、電極間電圧が小さい使用開始初期では温度調整器６に大きく依存するが、使用期間が経過するに従い、電極３のジュール熱で溶融塩浴が加熱されやすくなるので、温度調整器６への依存度は小さくなることがある。

【0038】

また、減産期間中は、二組以上の電極３の一部であって少なくとも一組の電極３間への電圧の印加を停止し、電圧の印加を停止しない電極３の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²以上とする。これにより、減産しない期間に対して少ない電力消費量で、減産で所期する金属の製造量を達成することができる。

【0039】

一部の電極３間への電圧の印加を停止せずに、電解装置１に流す総電流量を少なくした場合は、電極３の一部の電圧印加を停止した場合に比して、金属マグネシウム等の金属の製造に必要な総電流量が大きくなる。

【0040】

また、一部の電極３間への電圧の印加を停止した上で、電圧の印加を停止しない電極３の残部の電流密度を上記のように高く維持することにより、減産で必要なある程度多くの金属を高い電流効率で製造することができる。電極３の残部の電流密度を低くしすぎると、所要の減産製造量が実現できない可能性があり、また電流効率が低下するおそれがある。

【0041】

一部の電極３間への電圧の印加の停止は、たとえば図示の電解装置１では、少なくとも一個の陽極３ａを、図示しない電源から電気的に切断することにより実現することができる。両側で電気分解が行われる陽極３ａでは、電源から電気的に切断すると、その両側での電気分解が行われなくなる。少なくとも一組の電極３に含まれる陽極３ａ及び陰極３ｂの両方を、電源から電気的に切断してもよい。

【0042】

減産期間に、電圧の印加を停止しない電極３の残部の電流密度は、好ましくは０．５Ａ／ｃｍ²～１．２Ａ／ｃｍ²、より好ましくは０．５Ａ／ｃｍ²～１．０Ａ／ｃｍ²とする。電極３の残部の電流密度をある程度低くすることにより、ジュール熱の発生に起因する電力の消費を抑制することができる。

【0043】

なおここでは一例として「減産期間」と呼称しているが、電解装置の使用開始から３０か月が経過するまでの間の少なくとも一時期に、少なくとも一組の電極間への電圧の印加を停止するとともに前記電極の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²以上とする期間が設けられていれば、この発明に含まれる。この期間に、金属の製造量が減っていなくてもかまわない。

【0044】

減産期間で一部の電極３間への電圧の印加を停止すると、電解装置１に流す総電流量を変化させなくても、残部の電極３の電流密度が上昇する。電流密度の過度な上昇は、多くのジュール熱を発生させ、電力消費量を増大させる。これを抑制するため、減産期間では、電解装置１に流す総電流量を、減産期間以外の通常期間での総電流量の７０％～９０％に減らすことが好ましい。総電流量を減らすことにより、減産期間における金属の製造量を調整することもできる。

【0045】

上述したように電極３の残部の電流密度をある程度の高さに維持したり、電解装置１への総電流量を低下させたりすると、電極３のジュール熱が少なくなる。この場合、温度調整器６を用いて、溶融塩浴の温度を調整することが好適である。それにより、電流密度や総電流量の増大で多くのジュール熱を発生させる場合に比して、溶融塩浴を小さい電力で効率的に加熱することができる。温度調整器６を用いた溶融塩浴の加熱は、少なくとも、電解装置の使用開始から３０か月が経過するまでの間に行うことが好ましい。その間は、電極３の減肉があまり生じておらず、ジュール熱の発生量が比較的少ないからである。

【0046】

このように溶融塩浴は、電極３のジュール熱と温度調整器６を適切に組み合わせて使用して加熱することが望ましい。たとえば金属マグネシウムを製造する場合、溶融塩浴の温度は、好ましくは６５５℃～６８０℃、より好ましくは６５５℃～６６５℃の範囲内に維持することができる。溶融塩浴の温度をある程度高くすることにより、金属マグネシウムの固化を抑制することができる。なお、溶融塩浴の温度が高すぎると特段の利点はなく、熱エネルギーが浪費される。

【0047】

以上に述べたところでは、電解室２ａに板状である電極３が平行に配置されている電解装置１を例として説明したが、図４に示すような電解装置１１を用いることもできる。この電解装置１１では、電解室１２ａに設けた各電極が、電解槽１２の内外に延びる四角柱等の柱状もしくは板状の陽極１３ａと、陽極１３ａの周囲を取り囲んで陽極１３ａから間隔をおいて配置した四角筒型等の角筒型の陰極１３ｂと、陽極１３ａと陰極１３ｂとの間に配置した角筒型の複極１３ｃとを有するものである。複極１３ｃは省略可能であるが、このような電極を二組以上備える電解装置が用いられ得る。また、図示は省略するが、電極は、円柱状の陽極並びに、円筒状の陰極及び複極を有するものに変更してもよい。

【0048】

上記のように、陰極１３ｂ（電極１３がさらに複極１３ｃを備える場合は陰極１３ｂ及び複極１３ｃ）が陽極１３ａを取り囲む形状の電極１３を使用する場合、陽極１３ａと陰極１３ｂとで電流密度が異なることがある。この場合、電解装置１１が備える二組以上の電極１３の一部であって少なくとも一組の電極１３間への電圧の印加を停止したとき、前記電極１３の残部での電流密度のうち、陰極１３ｂの電流密度が０．５Ａ／ｃｍ²以上であれば、「二組以上の電極の一部であって少なくとも一組の電極間への電圧の印加を停止し、前記電極の残部での電流密度を０．５Ａ／ｃｍ²以上とする」との構成は満足されるものとする。陽極１３ａは陰極１３ｂや複極１３ｃに囲まれるため、通常陽極１３ａの電流密度は陰極１３ｂより高くなるからである。

【実施例0049】

次に、この発明の金属マグネシウムの製造方法を試験的に実施し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、これに限定されることを意図するものではない。

【0050】

（試験例１）
図１及び２に示すような構成を備える電解装置を構築し、電解装置の使用開始から１０か月が経過したときに、減産期間を１か月設けて金属マグネシウムの製造を行った。つまり、減産期間は、電解装置の使用開始後１１か月目である１か月とした。減産期間中は、金属マグネシウムの目標製造量が、その以前の通常期間を１００％とした場合に８０％になるように、製造量を減らすことを試みた。また減産期間中は、電解装置に流す総電流量を、通常期間の総電流量（Ａ）の８０％に低減した。なお、「電解装置の使用開始」とは、後述のように、溶融塩浴の温度が目標とする温度範囲（実施例では６５５℃～６６５℃）の下限値（ここでは６５５℃）に到達した時点を意味する。溶融塩浴の形成等の電解装置の準備期間は「電解装置の使用開始前」に該当する。

【0051】

通常期間及び減産期間のいずれにおいても、温度調整器の加熱媒体の燃焼ガスの流量を調整することにより、溶融塩浴を６５５℃～６６５℃の範囲内に維持した。電極のジュール熱による加熱が十分ではない場合、溶融塩浴の温度を維持するため、温度調整器でのガス消費量が上昇することになる。

【0052】

なお、電解装置の電解槽は、内壁がＡｌ₂Ｏ₃の含有率が９５％以上の煉瓦からなり、電解室が２ｍ³、回収室が１ｍ³である。電解室側には、七枚の黒鉛製の陽極及び、八枚の鋼製の陰極を設置し、陽極と陰極の間にはそれぞれ二枚の黒鉛製の複極を配置した。溶融塩浴の浴組成については、ＭｇＣｌ₂、ＣａＣｌ₂、ＮａＣｌ、ＭｇＦ₂がそれぞれ質量比で２０％、３０％、４９％、１％からなる溶融塩とした。

【0053】

実施例１では、減産期間中は、七枚の陽極のうち、電極整列方向の中央（端から四番目）に位置する一本の陽極を電源から電気的に切断して、金属マグネシウムを製造した。減産期間中、電流密度は、減産期間前から継続して０．５Ａ／ｃｍ²を維持した。

【0054】

比較例１では、減産期間に電極間への電圧の印加を停止せず、総電流量の減少により電極の電流密度が０．４Ａ／ｃｍ²に低下したことを除いて実施例１とほぼ同様にして、金属マグネシウムを製造した。

【0055】

実施例１では、減産期間中の上述した目標製造量の８０％を達成することができた。一方、比較例１では、減産期間中の製造量が実施例１よりも２％減少した。そのため、比較例１では、上記の目標製造量を達成することができなかった。すなわち、四塩化チタンの還元工程において必要量の金属マグネシウムを所望する時期に確保できなかったことを意味する。なお、電解装置に流した総電流量は、実施例１と比較例１で同じである。比較例１のこの結果より、単に総電流量を減らすだけでは、所定の製造量の減産に対応することが困難であることが解かる。仮に比較例１で減産期間中に総電流量を８０％よりも増やした場合、電極間への電圧の印加を停止せずに目標製造量を達成可能とも考えられるが、この場合は金属マグネシウムの単位量あたりの消費電流量が増大する。

【0056】

温度調整器で使用したガスの流量は、比較例１を基準（１００％）とした場合、実施例１では比較例１よりも２５％減少した。実施例１は、温度調整器で使用したガスの流量が少なく、溶融塩浴の温度調整の観点でも比較例１よりも優れるといえる。

【0057】

（試験例２）
実施例２では、電解装置の使用開始から１４か月が経過したときに、減産期間を１か月設けたことを除いて、実施例１とほぼ同様にして金属マグネシウムの製造を行った。つまり、減産期間は、電解装置の使用開始後１５か月目である１か月とした。

【0058】

その結果、実施例２でも、減産期間中の上述した目標製造量の８０％を達成することができた。実施例２にて温度調整器で使用したガスの流量は、実施例１の場合よりもさらに２％減少した。総電流量は実施例１と同じであった。

【0059】

実施例２の結果より、電解装置の使用開始からの経過期間がある程度長いときに、減産期間を設けた場合であっても、減産に良好に対応できることが解かった。但し、電解装置の使用開始からの経過期間が長くなりすぎると、ジュール熱の発生による電力ロスが多くなる。そのため、図３からも解かるように、使用開始から３０か月までの間に減産期間を設けることが好ましいといえる。より好ましくは、減産期間を、使用開始から１６か月までの間に設ける。但し、電解装置は３０か月が経過した後も使用可能である。

【0060】

【表1】

【0061】

以上より、この発明によれば、消費電力を比較的小さく抑えつつ、金属の減産に良好に対応できることが解かった。

【符号の説明】

【0062】

１、１１ 電解装置
２、１２ 電解槽
２ａ、１２ａ 電解室
２ｂ 回収室
３ 電極
３ａ、１３ａ 陽極
３ｂ、１３ｂ 陰極
３ｃ、１３ｃ 複極
４、１４ 隔壁
４ａ 溶融塩循環路
４ｂ 溶融金属流路
５ 蓋部材
６ 温度調整器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】