特開 2025-5015 溶融塩電解システム、溶融塩電解システムのためのプログラム、および溶融塩電解法による金属マグネシウムの製造方法

(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】P2025005015

(43)【公開日】2025-01-16

(54)【発明の名称】溶融塩電解システム、溶融塩電解システムのためのプログラム、および溶融塩電解法による金属マグネシウムの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C25C 7/00 20060101AFI20250108BHJP

   C25C 3/04 20060101ALI20250108BHJP

   C25C 3/08 20060101ALI20250108BHJP

   C25C 7/06 20060101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

C25C7/00 302B

C25C3/04

C25C3/08

C25C7/06 302

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023104995

(22)【出願日】2023-06-27

(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】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】浦川 悟

【テーマコード（参考）】

4K058

【Ｆターム（参考）】

4K058BA05

4K058CB03

4K058DD06

4K058FA11

4K058FA30

4K058FB01

4K058FB04

(57)【要約】

【課題】安全に、効率よく、低コストでマグネシウムを製造するためのシステムと方法を提供すること。
【解決手段】
溶融塩電解システムは、電解装置、回収装置、および移動機構を備える。電解装置は、マグネシウムを含む溶融塩を貯留する電解槽、電解槽を電解室と回収室に分割する隔壁、電解室に配置される陽極と陰極、および第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計を備える。第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計は、それぞれ、回収室における溶融塩の液面レベル、および溶融塩上に形成されるマグネシウム層の液面レベルを測定するように構成される。回収装置は、マグネシウム層を回収するための容器、容器に接続された金属回収パイプ、容器に接続された圧力調整パイプ、容器の高さを測定するための第２の非接触式レベル計、および第３の非接触式レベル計と第２の背圧式レベル計を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解装置、回収装置、および移動機構を備え、
前記電解装置は、
マグネシウムを含む溶融塩を貯留する電解槽、
前記電解槽を電解室と回収室に分割する隔壁、
前記電解室に配置される陽極と陰極、および
前記回収室における前記溶融塩の液面レベル、および前記溶融塩上に形成されるマグネシウム層の液面レベルを測定するための第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計を備え、
前記回収装置は、
前記マグネシウム層を回収するための容器、
前記容器に接続された金属回収パイプ、
前記容器に接続された圧力調整パイプ、
前記容器の高さを測定するための第２の非接触式レベル計、および
前記容器内の前記溶融塩と前記マグネシウム層の液面レベルを測定するための第３の非接触式レベル計と第２の背圧式レベル計を備え、
前記移動機構は、前記回収装置を移動するように構成される、
溶融塩電解システム。

【請求項2】

前記第１の非接触式レベル計、前記第１の背圧式レベル計、前記第２の非接触式レベル計、前記第３の非接触式レベル計、前記第２の背圧式レベル計、および前記移動機構の少なくとも一つと通信接続される制御装置をさらに備える、請求項１に記載の溶融塩電解システム。

【請求項3】

前記制御装置は、前記第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計から取得した情報に基づき、前記回収室における前記マグネシウム層の厚さを算出するように構成される、請求項２に記載の溶融塩電解システム。

【請求項4】

前記制御装置は、算出された前記電解槽における前記マグネシウム層の前記厚さ、および前記回収装置の前記高さに基づき、前記容器外に位置する前記金属回収パイプの端部が前記マグネシウム層内に位置するように、前記移動機構を介して前記回収装置を配置するように構成される、請求項３に記載の溶融塩電解システム。

【請求項5】

前記制御装置は、前記第３の非接触式レベル計と前記第２の背圧式レベル計から取得した情報に基づいて、前記容器内における前記マグネシウム層の厚さを算出するように構成される、請求項２に記載の溶融塩電解システム。

【請求項6】

前記圧力調整パイプは、切替バルブを介して不活性ガス供給源に接続され、
前記制御装置は、算出された前記容器内における前記マグネシウム層の前記厚さに基づき、前記切替バルブを制御して前記溶融塩を優先的に前記電解槽に戻すように構成される、請求項５に記載の溶融塩電解システム。

【請求項7】

請求項２に記載の制御装置に搭載され、前記制御装置に対し、
前記第１の非接触式レベル計と前記第１の背圧式レベル計から取得した情報に基づいて、前記電解槽における前記マグネシウム層の厚さを算出すること、および
算出された前記電解槽における前記溶融塩の前記液面レベルと前記マグネシウム層の前記厚さ、および前記第２の非接触式レベル計から取得される情報から得られる前記回収装置の高さに基づき、前記容器外に位置する前記金属回収パイプの端部が前記マグネシウム層内に位置するように、前記移動機構を介して前記回収装置を配置すること、を実行するように構成されるプログラム。

【請求項8】

溶融塩を貯留する電解槽、前記電解槽を電解室と回収室に分割する隔壁、および前記電解室に配置された陽極と陰極を備える電解装置において、塩化マグネシウムを電解してマグネシウムを生成することでマグネシウム層を形成すること、
前記回収室における前記溶融塩と前記マグネシウム層の液面レベルを測定するように配置された第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計を用い、前記回収室において前記溶融塩上に形成されるマグネシウム層の厚さを算出すること、
前記マグネシウムを回収するための容器、前記容器に接続された金属回収パイプと圧力調整パイプ、前記容器の高さを測定するための第２の非接触式レベル計、および前記容器内の前記溶融塩と前記マグネシウム層の液面レベルを測定するための第３の非接触式レベル計と第２の背圧式レベル計を備える回収装置を前記電解装置に接続すること、ならびに
前記マグネシウム層を前記回収装置に回収することを含み、
前記回収装置と前記電解装置との前記接続は、算出された前記電解槽における前記マグネシウム層の前記厚さ、および前記第２の非接触式レベル計から取得される情報から算出される前記回収装置の高さに基づき、前記容器外に位置する前記金属回収パイプの端部が前記マグネシウム層内に位置するように行われる、マグネシウムの製造方法。

【請求項9】

前記第３の非接触式レベル計と前記第２の背圧式レベル計から取得した情報に基づいて、前記容器内における前記マグネシウム層の厚さを算出することをさらに含む、請求項８に記載の製造方法。

【請求項10】

前記圧力調整パイプは、切替バルブを介して不活性ガス供給源に接続され、
前記製造方法は、算出された前記容器内における前記溶融塩の前記液面レベルと前記マグネシウム層の前記厚さに基づき、前記切替バルブを制御して前記溶融塩を優先的に前記電解槽に戻すことをさらに含む、請求項８に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態の一つは、溶融塩電解により金属マグネシウムを製造するための溶融塩電解システム、およびこのシステムを利用する金属マグネシウムの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属マグネシウムの製造方法の一つとして、溶融塩電解法が知られている。この方法では、陽極と陰極が設けられた電解槽内で溶融したマグネシウムの塩（特に塩化マグネシウム）を電気分解（電解）することでマグネシウムイオンが還元され、金属マグネシウムを得ることができる。例えば特許文献１には、溶融した塩化マグネシウムの液面を一定に保ちながら塩化マグネシウムを電解するための電解槽が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１４０４５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態の一つは、溶融塩電解によって金属マグネシウムを製造するための新しいシステムと方法を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、安全にかつ効率よく溶融塩電解を行うことで金属マグネシウムを低コストで製造するためのシステムと方法を提供することを課題の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る実施形態の一つは、溶融塩電解システムである。この溶融塩電解システムは、電解装置、回収装置、および移動機構を備える。電解装置は、マグネシウムを含む溶融塩を貯留する電解槽、電解槽を電解室と回収室に分割する隔壁、電解室に配置される陽極と陰極、および第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計を備える。第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計は、回収室における溶融塩の液面レベル、および溶融塩上に形成されるマグネシウム層の液面レベルを測定するように構成される。回収装置は、マグネシウム層を回収するための容器、容器に接続された金属回収パイプ、容器に接続された圧力調整パイプ、容器の高さを測定するための第２の非接触式レベル計、および第３の非接触式レベル計と第２の背圧式レベル計を備える。第３の非接触式レベル計と第２の背圧式レベル計は、容器内の溶融塩とマグネシウム層の液面レベルを測定するように構成される。移動機構は、回収装置を移動するように構成される。

【0006】

この溶融塩電解システムは、第１の非接触式レベル計、第１の背圧式レベル計、第２の非接触式レベル計、第３の非接触式レベル計、第２の背圧式レベル計、および移動機構の少なくとも一つと通信接続される制御装置をさらに備えてもよい。

【0007】

本発明に係る実施形態の一つは、上記制御装置に搭載されるプログラムである。このプログラムは、上記第１の非接触式レベル計、第１の背圧式レベル計、第２の非接触式レベル計、第３の非接触式レベル計、第２の背圧式レベル計、および移動機構の少なくとも一つと通信接続される制御装置に搭載される。このプログラムは、制御装置に対し、第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計から取得した情報に基づいて、電解槽におけるマグネシウム層の厚さを算出すること、および算出された電解槽における溶融塩の液面レベルとマグネシウム層の厚さ、および第２の非接触式レベル計から取得される情報から得られる回収装置の高さに基づき、容器外に位置する金属回収パイプの端部がマグネシウム層内に位置するように、移動機構を介して回収装置を配置すること、を実行するように構成される。

【0008】

本発明に係る実施形態の一つは、金属の製造方法である。この製造方法は、（１）溶融塩を貯留する電解槽、電解槽を電解室と回収室に分割する隔壁、および電解室に配置された陽極と陰極を備える電解装置において、塩化マグネシウムを電解してマグネシウムを生成することでマグネシウム層を形成すること、（２）回収室における溶融塩とマグネシウム層の液面レベルを測定するように配置された第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計を用い、回収室において溶融塩上に形成されるマグネシウム層の厚さを算出すること、（３）マグネシウムを回収するための容器、容器に接続された金属回収パイプと圧力調整パイプ、容器の高さを測定するための第２の非接触式レベル計、および容器内の溶融塩とマグネシウム層の液面レベルを測定するための第３の非接触式レベル計と第２の背圧式レベル計を備える回収装置を電解装置に接続すること、ならびに（４）マグネシウム層を回収装置に回収することを含む。回収装置と電解装置との接続は、算出された電解槽におけるマグネシウム層の厚さ、および第２の非接触式レベル計から取得される情報から算出される回収装置の高さに基づき、容器外に位置する金属回収パイプの端部がマグネシウム層内に位置するように行われる。

【0009】

本発明に係る実施形態の一つは、電解装置である。この電解装置は、マグネシウムを含む溶融塩を貯留する電解槽、電解槽を電解室と回収室に分割する隔壁、電解室に配置される陽極と陰極、および第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計を備える。第１の非接触式レベル計と第１の背圧式レベル計は、回収室における溶融塩の液面レベル、および溶融塩上に形成されるマグネシウム層の液面レベルを測定するように構成される。

【0010】

本発明に係る実施形態の一つは、回収装置である。この回収装置は、マグネシウム層を回収するための容器、容器に接続された金属回収パイプ、容器に接続された圧力調整パイプ、容器の高さを測定するための第２の非接触式レベル計、および第３の非接触式レベル計と第２の背圧式レベル計を備える。第３の非接触式レベル計と第２の背圧式レベル計は、容器内の溶融塩とマグネシウム層の液面レベルを測定するように構成される。移動機構は、回収装置を移動するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（Ａ）本発明の実施形態の一つに係る溶融塩電解システムの機能ブロック図と（Ｂ）溶融塩電解システムに含まれる制御装置の機能ブロック図。

【図2】（Ａ）本発明の実施形態の一つに係る電解装置の模式的断面図と（Ｂ）模式的上面図。

【図3】（Ａ）本発明の実施形態の一つに係る電解装置に備えられる電極の模式的側面図と（Ｂ）本発明の実施形態の一つに係る電解装置に備えられる背圧式レベル計と非接触式レベル計を中心とする模式的端面図。

【図4】本発明の実施形態の一つに係る回収装置の模式的斜視図。

【図5】本発明の実施形態の一つに係る回収装置の模式的断面図。

【図6】本発明の実施形態の一つに係るマグネシウムの製造方法を説明するフローチャート。

【図7】本発明の実施形態の一つに係るマグネシウムの製造方法を説明する模式図。

【図8】本発明の実施形態の一つに係る、マグネシウムの製造方法を説明する模式的端面図。

【図9】本発明の実施形態の一つに係る、マグネシウムの製造方法を説明する模式的端面図。

【図10】本発明の実施形態の一つに係る、マグネシウムの製造方法を説明する模式的端面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

【0013】

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状、位置関係などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

【0014】

以下、本発明の実施形態の一つである、溶融塩電解法によって金属マグネシウムを製造するための溶融塩電解システム、この溶融塩電解システムを利用する金属マグネシウムの製造方法、および溶融塩電解システムのためのプログラムついて説明する。

【0015】

１．溶融塩電解システムの構成
図１（Ａ）の機能ブロック図に示すように、本溶融塩電解システム１０は、電解装置１００、回収装置２００、移動機構４００、および制御装置３００を含む。電解装置１００と回収装置２００は、制御装置３００と通信接続されてもよく、あるいは、制御装置３００とは異なる独立した制御システムによって制御されていてもよい。同様に、移動機構４００も制御装置３００と通信接続されてもよく、制御装置３００とは異なる独立した制御システムによって制御されていてもよい。以下の説明では、電解装置１００、回収装置２００、移動機構４００が制御装置３００と通信接続される態様について主に説明する。電解装置１００、回収装置２００、および移動機構４００は、制御装置３００に対し、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）などの規格によって直接接続されてもよく、あるいはネットワーク１２を介して接続されてもよい。ネットワーク１２は、インターネットなどのワイドエリアネットワークまたはＷｉＦｉなどのローカルエリアネットワークでもよい。

【0016】

（１）電解装置
電解装置１００は、金属マグネシウムの塩である塩化マグネシウムを電気分解して金属マグネシウム（０価のマグネシウム）を生成するための装置である。電解装置１００の模式的断面図と上面図をそれぞれ図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示す。電解装置１００は、電解槽１０２、蓋１０４、隔壁１０６、１０８、電極（陽極１２０と陰極１２２）、背圧式レベル計１３０、および非接触式レベル計１４０を主な構成として備える。

【0017】

電解槽１０２は、例えばレンガやコンクリートなどの耐熱性素材、酸化アルミニウムや窒化ホウ素などのセラミックなどを用いて構成される耐熱性の容器であり、塩化マグネシウムが溶融することで形成される溶融塩１２６を貯留する。電解槽１０２の形状に制約はなく、例えば上部側に開口を備える直方体、円柱体の形状でもよい。溶融塩１２６は、その原料となる塩を投入して電解槽１０２内で溶融して形成してもよく、予め溶融塩１２６を形成した後に電解槽１０２に投入してもよい。また、溶融塩電解が進行するに従って溶融塩１２６が減少するので、適宜電解槽１０２には直接溶融塩１２６が投入される。溶融塩１２６の温度は、熱交換器１１８によって調整される。ただし、凝固点降下を引き起こしてより低温で溶融塩１２６を生成し、その溶融状態を維持するため、塩化マグネシウムのほか、例えば塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、フッ化カルシウムなどの他の塩（支持塩）を加えることが好ましい。支持塩は塩化マグネシウムより分解電圧が高いものを通常使用する。これにより、金属マグネシウムの融点（６５０℃）以上であり、かつ、この温度近傍の温度を維持することができ、かつ、マグネシウムも液体として維持することができる。その結果、電解槽１０２の操業に必要な熱エネルギーを節約することができる。

【0018】

電解槽１０２内部に配置される電極は、少なくとも一対の陽極１２０と陰極１２２で構成される。電解槽１０２に複数の陽極１２０と陰極１２２を設けてもよい。陽極１２０と陰極１２２としては、例えば塩素ガスや溶融塩１２６に対する耐食性に優れる炭素電極などが用いられる。なお、マグネシウムが生成する陰極１２２は炭素鋼などの鋼製でもよい。図２（Ａ）と図２（Ｂ）に示すように、陽極１２０は蓋１０４を貫通するように配置してもよい。同様に、陰極１２２は電解槽１０２の側壁を貫通してもよく、あるいは陰極１２２は側壁を貫通せず、陰極１２２に接続される配線が蓋１０４または電解槽１０２の側壁を貫通してもよい。電解槽１０２には、陽極１２０と陰極１２２のほか、隣接する陽極１２０と陰極１２２の間に配置される一つまたは複数のバイポーラ電極１２４をさらに備えてもよい。バイポーラ電極１２４も炭素を含むように構成することができる。バイポーラ電極１２４は、陽極１２０と陰極１２２との間に電圧を印加することで分極し、陰極１２２側の面が陽極として働き、他方の面が陰極として働く。このため、バイポーラ電極１２４を用いることで電解槽１０２が複数の電解セルに分割され、その結果、陰極として働く電極面積が増大し、マグネシウムの生成量を増大させることができる。

【0019】

図３（Ａ）に示すように、陽極１２０と陰極１２２間に塩化マグネシウムの分解電圧以上（溶融塩１２６が支持塩を含む場合は塩化マグネシウムの分解電圧以上であって、支持塩の分解電圧未満である）の電位差を与えることで溶融塩１２６に含まれる塩化マグネシウムが電気分解され、陰極１２２およびバイポーラ電極１２４の陽極１２０側の面においてマグネシウムが生成し、陽極１２０側およびバイポーラ電極１２４の陰極１２２側の面において塩素ガスが発生する。マグネシウムの融点は塩化マグネシウムの融点よりは低いものの支持塩を含む溶融塩１２６が凝固し始める温度よりも高い。このため、溶融塩１２６の温度をマグネシウムの融点よりも高く維持することで、局所的な温度低下が生じない限り、マグネシウムも電解槽１０２内で液体として存在する。

【0020】

蓋１０４は電解槽１０２の上に電解槽１０２を覆うように配置することができる。蓋１０４を設けることで、溶融塩１２６や生成する金属マグネシウムの外部大気との接触、異物の混入、塩素ガスの漏洩などを防ぐとともに、生成した金属マグネシウムや溶融塩１２６の温度低下を抑制することができる。蓋１０４もレンガやコンクリートなどの耐熱性素材、酸化アルミニウムや窒化ホウ素などのセラミックなどを用いて構成すればよい。蓋１０４には、塩化マグネシウムの電解によって生じる塩素を排出するための開口１０４ｂや生成する金属マグネシウムを回収するための開口１０４ａに加え、背圧式レベル計１３０と非接触式レベル計１４０による測定のための開口１０４ｃ、１０４ｄが設けられる。排出される塩素は、例えば酸化チタンとコークスとの反応による四塩化チタンの製造などに用いるために回収してもよい。

【0021】

電解によって生成する塩素は気体であるため、溶融塩１２６内で高速で上昇し、その後、溶融塩１２６から脱離する（図２（Ａ）の点線矢印参照）。このため開口１０４ｂは、開口１０４ａと比較し、陽極１２０や陰極１２２側に設けられる。塩素が気泡として溶融塩１２６内を上昇することで、白抜き矢印で示す溶融塩１２６の上昇流が電解室１１６に発生する。これに起因し、図２（Ａ）の実線矢印に示すように、溶融塩１２６は電解槽１０２の上部で電極から遠ざかるような流れ（以下、浴流とも呼ぶ。）を形成する。隔壁１０８は、電解槽１０２の対向する側壁間を延伸し、浴流が隔壁１０８の周りで循環するように配置される。これにより、浴流は電解槽１０２の上部で電極から遠ざかった後、再度電極下部に移動して上昇し、電気分解に供される。

【0022】

一方、隔壁１０６は、上端と下端がそれぞれ溶融塩１２６の液面レベルより上と下に位置するように配置され、かつ、電解槽１０２の底面に達しないように設けられる。隔壁１０６、１０８により、電解槽１０２が回収室１１４とそれ以外の部分（電解室１１６）に分割される。回収室１１４は、隔壁１０６、１０８よりも電極と反対側の空間であり、回収室１１４と重なるように開口１０４ａが配置される。金属マグネシウムの密度は溶融塩の密度よりも小さいため、金属マグネシウムの大部分は浴流から離脱し、電極から離れるように移動する。その結果、図２（Ａ）の鎖線矢印で示すように、回収室１１４に金属マグネシウムが集められ、溶融した金属マグネシウムの層（マグネシウム層）１２８が溶融塩１２６上に堆積する。このマグネシウム層１２８を開口１０４ａから回収することで、金属マグネシウムを取り出すことができる。

【0023】

背圧式レベル計１３０と非接触式レベル計１４０は、いずれも電解槽１０２、より具体的には、回収室１１４における溶融塩１２６やマグネシウム層１２８の液面レベルを測定するために設けられる。このため、図３（Ｂ）に示すように、背圧式レベル計１３０と非接触式レベル計１４０は、回収室１１４上に設けられる。マグネシウム層１２８を回収する際の干渉を防ぐため、背圧式レベル計１３０と非接触式レベル計１４０は、マグネシウム層１２８を回収するための開口１０４ａと異なる開口１０４ｃ、１０４ｄ上に配置することが好ましい。

【0024】

背圧式レベル計１３０は、例えば、圧力計１３２と計測チューブ１３４を有する（図３（Ｂ））。計測チューブ１３４は開口１０４ｃを通過し、その下端が溶融塩１２６の液面レベルよりも下に位置するように配置される。計測チューブ１３４にはアルゴンなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給源（図示しない）が接続され、溶融塩１２６および／またはマグネシウム層１２８が計測チューブ１３４内に侵入しないように不活性ガスが供給される。このため、例えば計測チューブ１３４の下端から不活性ガスの気泡が一定の速度で排出される程度に不活性ガスを供給してもよい。圧力計１３２は、計測チューブ１３４内に供給される不活性ガスの圧力を測定するように構成され、測定された圧力から計測チューブ１３４の下端から溶融塩１２６の液面レベルまでの距離（マグネシウム層１２８が溶融塩１２６上に存在する場合には、計測チューブ１３４の下端からマグネシウム層１２８の液面レベルまでの距離）を測定することができる。圧力計１３２で得られたデータは、制御装置３００に送信される。

【0025】

一方、非接触式レベル計１４０は、例えばレーダ距離計またはレーザ距離計である。これらの距離計は、例えば、タイムオブフライト方式の距離計でもよく、三角測距方式の距離計でもよい。非接触式レベル計１４０を用いることで、非接触式レベル計１４０から溶融塩１２６の液面レベルまでの距離（マグネシウム層１２８が溶融塩１２６上に存在する場合には、マグネシウム層１２８の液面レベルまでの距離）を測定することができる。非接触式レベル計１４０で得られたデータも制御装置３００に送信される。後述するように、背圧式レベル計１３０と非接触式レベル計１４０から得られる情報を用いることで、溶融塩１２６の液面レベルとマグネシウム層１２８の厚さを算出することができる。なお、非接触式レベル計１４０の汚染を防ぐため、開口１０４ｄに石英板などの保護板１４２を設けてもよい。保護板１４２は、非接触式レベル計１４０から照射される光を透過するように構成される。

【0026】

（２）回収装置
回収装置２００は、電解装置１００で生成する金属マグネシウムを回収するための装置である。図４と図５に示すように、回収装置２００は、主な構成として、耐熱性の容器２０２、金属回収パイプ２３０、圧力調整パイプ２４０、ヒータ２１０、背圧式レベル計２２０、および二つの非接触式レベル計２２２、２２４を備える。回収装置２００は、回収装置２００を吊り下げるための吊り下げ機構２０６を備えてもよい。

【0027】

耐熱性の容器２０２は、例えばレンガやコンクリートなどの耐熱性素材、酸化アルミニウムや窒化ホウ素などのセラミック、あるいはマグネシウムの融点や溶融塩１２６よりも高い融点を有する高融点金属（例えば、鋼、炭素鋼、ステンレス鋼など）を用いて構成される。回収装置２００は、容器２０２上に容器２０２内部を密閉する蓋２０４を備えてもよい。蓋２０４も容器２０２と同様の材料を用いて構成すればよい。あるいは、容器２０２と蓋２０４は一体化されていてもよい。

【0028】

ヒータ２１０は、図５に示すように、容器２０２の内壁と外壁の間に設けられ、電源ポート２０８を介して外部電源２５４から電力供給を受けるように構成される。ヒータ２１０を用いることで、容器２０２内部の温度をマグネシウム層１２８や溶融塩１２６の凝固点より高く維持することができるため、電解装置１００から回収したマグネシウム層１２８や溶融塩１２６の凝固を防止することができる。電源ポート２０８と外部電源２５４との配置関係により、ヒータ２１０は常に加熱されていてもよいし、加熱期間を特定の期間に限定してもよい。

【0029】

金属回収パイプ２３０と圧力調整パイプ２４０は、いずれも容器２０２に接続される。金属回収パイプ２３０と圧力調整パイプ２４０も、鋼、炭素鋼やステンレス鋼などの高融点金属で構成することができる。図４に示すように、金属回収パイプ２３０と圧力調整パイプ２４０は蓋２０４を貫通するように配置してもよく、図示しないが、容器２０２の側壁を貫通するように配置してもよい。図４と図５に示すように、圧力調整パイプ２４０の一方の端部２４０ａは容器２０２内に位置し、他方の端部は切替バルブ２４２を介して真空ポンプ２５０と不活性ガス供給源２５２に接続される。真空ポンプ２５０と不活性ガス供給源２５２に対する接続は、切替バルブ２４２によって切り替えることができる。切替バルブ２４２は図示しないモータを介して制御装置３００に通信接続することができる。この場合、制御装置３００からの命令に従ってモータが駆動され、切替バルブ２４２が動作する。切替バルブ２４２を適宜操作することで、不活性ガスを供給して容器２０２内を陽圧にすることができるとともに、真空ポンプ２５０を用いて容器２０２内を陰圧にすることができる。また、容器２０２に回収されるマグネシウム層１２８や溶融塩１２６と水、酸素などの酸化性ガス、窒素などとの接触による酸化マグネシウムや窒化マグネシウムの生成などを防止することができる。

【0030】

金属回収パイプ２３０の一方の端部２３０ａは容器２０２内に位置し、他方の端部２３０ｂは容器２０２外部で開放される。マグネシウム層１２８や溶融塩１２６の回収を容易にする、また容器２０２内から溶融塩１２６を電解槽１０２に戻しやすくするため、金属回収パイプ２３０の容器２０２内の端部２３０ａは、容器２０２内の底側に配置することが好ましい。後述するように、金属回収パイプ２３０の端部２３０ｂ側は、電解装置１００から金属を回収する際に電解装置１００との接続に用いられる。端部２３０ｂは、図４に示すように、容器２０２の下端よりも下に位置してもよく、上に位置してもよい。容器２０２において、金属回収パイプ２３０の端部２３０ａは、圧力調整パイプ２４０の端部２４０ａよりも低い位置に配置される。この配置により、マグネシウム層１２８や溶融塩１２６の圧力調整パイプ２４０への侵入を防ぐとともに、圧力調整パイプ２４０を介して接続される真空ポンプ２５０によって容器２０２内を排気して陰圧にし、回収室１１４内のマグネシウム層１２８や溶融塩１２６を吸引して容器２０２に導入することできる。ただし、後述するように、マグネシウム層１２８の回収時には、マグネシウム層１２８のみを選択的に吸引することは難しく、溶融塩１２６の一部も容器２０２に回収されることがある。溶融塩１２６の密度は金属の密度よりも高いため、溶融塩１２６は容器２０２の底部に溜まる。このため、圧力調整パイプ２４０を介して不活性ガスを供給して容器２０２内を陽圧にすることで、容器２０２の溶融塩１２６を優先的に排出して電解装置１００に戻すことができる。

【0031】

なお、金属回収パイプ２３０には、サイホンカット２３２を設けてもよい。サイホンカット２３２は、金属回収パイプ２３０に不活性ガスを導入してマグネシウム層１２８や溶融塩１２６の吸引や押し戻しなどを停止するための機構であり、図示しない不活性ガス供給源に接続される（図４の点線矢印参照）。サイホンカット２３２には開閉バルブ２３４が設けられ、開閉バルブ２３４の操作によってサイホンカット２３２の開閉が行われる。開閉バルブ２３４も図示しないモータを介して制御装置３００と通信接続されるように構成してもよい。これにより、制御装置３００によってモータを駆動することで開閉バルブを開閉し、サイホンカット２３２を自動制御することができる。また、任意の構成として、容器２０２内の圧力を計測するための圧力ゲージ２４４を圧力調整パイプ２４０に設けてもよい。図示しないが、圧力ゲージ２４４は容器２０２または蓋２０４に設けてもよい。

【0032】

背圧式レベル計２２０と非接触式レベル計２２２は、いずれも容器２０２内の溶融塩１２６とマグネシウム層１２８の液面レベルを測定するために設けられる。容器２０２上に蓋２０４が設けられる場合には、蓋２０４に設けられる開口を介して背圧式レベル計２２０と非接触式レベル計２２２が配置されることがある（図５参照）。背圧式レベル計２２０と非接触式レベル計２２２は、電解装置１００に設けられる背圧式レベル計１３０と非接触式レベル計１４０とそれぞれ同様の構成を有することができるため、詳細な説明は割愛する。背圧式レベル計２２０と非接触式レベル計２２２も制御装置３００と通信接続することができ、これにより、後述するように、これらのレベル計から得られる情報に基づいて溶融塩１２６とマグネシウム層１２８の液面レベルを制御装置３００上で算出することができる。

【0033】

非接触式レベル計２２２の他、容器２０２の外部に設けられる非接触式レベル計２２４も、例えばレーダ距離計またはレーザ距離計である。非接触式レベル計２２４と容器２０２との相対的な位置は固定されており、容器２０２と金属回収パイプ２３０の相対的な位置関係も固定されるため、非接触式レベル計２２４で得られる情報から容器２０２の高さや、金属回収パイプ２３０の端部２３０ｂの高さを算出することができる。非接触式レベル計２２４も制御装置３００と通信接続できるため、容器２０２の高さや端部２３０ｂの高さも制御装置３００上で把握することができる。後述するように、非接触式レベル計２２４は、回収装置２００を電解装置１００に接続する際に回収装置２００の高さを測定するために設けられる。この時、電解装置１００からの放射熱の影響を防ぐため、容器２０２の外側に非接触式レベル計２２４を配置して動作させることが好ましい。

【0034】

吊り下げ機構２０６は、移動機構４００によって回収装置２００を吊り下げ、移動させるための構成である。したがって、吊り下げ機構２０６の構造に制約はなく、移動機構４００によって確実に回収装置２００を吊り下げて移動できる構造であれば、任意の構造を採用することができる。例えば、吊り下げ機構２０６は図３に示すような一つまたは複数の吊り輪でもよい。吊り輪は、容器２０２の側壁に設けてもよい。あるいは、吊り下げ機構２０６は、容器２０２の側壁に設けられる凹部でもよい。

【0035】

（３）移動機構
移動機構４００は、回収装置２００を水平方向と鉛直方向に移動するための揚重装置であり、電解装置１００が設けられる空間の天井に配置されるクレーンでもよく、クローラークレーンでもよい。公知の揚重装置を移動機構４００として利用することができるので、詳細な説明は割愛する。

【0036】

（４）制御装置
制御装置３００は通信機能と計算機能を有するコンピュータであり、ノート型、または据え置き型のコンピュータでもよく、あるいはタブレットコンピュータなどの携帯型通信端末でもよい。図１（Ｂ）のブロック図に示すように、制御装置３００には、制御装置３００の動作を制御する制御部３０２に加え、制御部３０２によって制御される入力部３０４、出力部３０６、送受信部３０８、記憶部３１０、音声出力部３１２などが設けられる。

【0037】

記憶部３１０には、制御装置３００を動作させるための基本アプリケーションプログラムとともに、本溶融塩電解法を利用する金属マグネシウムの製造方法を実施するためのプログラムが格納される。制御部３０２は中央演算ユニット（ＣＰＵ）などのプロセッサを備え、記憶部３１０に格納される基本アプリケーションプログラムや上記プログラムを動作させて制御装置３００で実行される各種処理を制御する。入力部３０４は制御装置３００に命令や情報を入力する際に用いられるユーザインターフェースであり、典型的にはキーボードやタッチパネル、マウス、またはこれらの組み合わせが挙げられる。出力部３０６は記憶部３１０に格納された各種データを画像として提供するものであり、液晶表示装置や有機電界発光表示装置などの表示装置である。出力部３０６と入力部３０４の一部は一体化されてもよい。例えば、入力部３０４として機能するタッチパネルが搭載された表示装置を出力部３０６として用いてもよい。送受信部３０８は、直接またはネットワーク１２を介し、上述した背圧式レベル計１３０、２２０、および非接触式レベル計１４０、２２２、２２４などとの通信接続を行うユニットであり、これらのレベル計で得られる情報を受信する。音声出力部３１２は種々の音を発生するスピーカーである。

【0038】

後述するように、制御装置３００は、上記プログラムの命令に従って背圧式レベル計１３０と２２０、非接触式レベル計１４０、２２２、２２４で得られる情報を自動的に取得し、回収室１１４と容器２０２における溶融塩１２６とマグネシウム層１２８の液面レベル、およびこれらから算出されるマグネシウム層１２８の厚さを算出する。また、制御装置３００は、上記プログラムの命令に従い、回収室１１４における溶融塩１２６とマグネシウム層１２８の液面レベルに基づき、マグネシウム層１２８を効率的に回収できるよう、電解装置１００に対する回収装置２００の高さを算出する。さらに、制御装置３００は、この算出結果に基づいて移動機構４００を制御して回収装置２００を移動し、電解装置１００に接続するように構成してもよい。

【0039】

また、制御装置３００は、上述した切替バルブ２４２や開閉バルブ２３４、移動機構４００などと通信接続されるように構成することができる。制御装置３００はさらに、真空ポンプ２５０、不活性ガス供給源２５２、およびサイホンカット２３２に接続される不活性ガス供給源などと通信接続されるように構成してもよい。このため、制御装置３００は、プログラムの命令に従って切替バルブ２４２や開閉バルブ２３４を操作して容器２０２内の圧力を自動制御するとともに、移動機構４００を制御して回収装置２００と電解装置１００との接続を自動的に行うことも可能である。なお、電源ポート２０８を介してヒータ２１０に接続される外部電源も制御装置３００を用いて制御してもよい。これにより、容器２０２内の温度制御も制御装置３００によって管理することができる。

【0040】

２．溶融塩電解システムを用いる金属マグネシウムの製造方法
以下、本溶融塩電解システム１０を用いる金属マグネシウムの製造方法について、図６のフローチャートを用いて説明する。

【0041】

（１）溶融塩の調製と電解
まず、溶融塩１２６を調製する。溶融塩１２６の調製方法に限定は無い。例えば、原料となる塩化マグネシウムのほか、凝固点降下のための塩化ナトリウムや塩化カルシウムなどの支持塩を含む溶融状態の溶融塩１２６を別途調製し、これを電解槽１０２に投入すればよい。溶融状態の溶融塩１２６の投入は、開口１０４ａを介して行えばよい。あるいは、固体状の支持塩と塩化マグネシウムを電解槽１０２に投入し、これを加熱して溶融塩１２６を調製してもよい。溶融塩１２６の温度を維持するため、熱交換器１１８を適宜用いてもよい。

【0042】

その後、図示しない外部電源を陰極１２２と陽極１２０に接続し、溶融塩電解を行う。これにより、マグネシウムイオンが還元されて金属マグネシウムが生成するとともに、塩化物イオンが酸化されて塩素ガスが生成する。塩素ガスの気泡が溶融塩１２６中を上昇し、その後離脱することによって電解槽１０２内に浴流が生じ、この浴流によって溶融状態の金属マグネシウムが回収室１１４に搬送され、溶融塩１２６上にマグネシウム層１２８が形成される。

【0043】

（２）回収室の液面レベルの監視、および電解槽におけるマグネシウム層の厚さの算出
電解の進行に従って塩素ガスは電解槽１０２から排出される。このため、溶融塩１２６の体積は徐々に低下し、溶融塩１２６の液面レベルが徐々に低下する。マグネシウム層１２８が回収室１１４内で凝固せずに液体状態を維持している場合には、マグネシウム層１２８の液面レベルも経時的に低下する。一方、マグネシウム層１２８の表面が回収室１１４内で凝固した場合には、板状のマグネシウム層１２８が隔壁１０６や電解槽１０２の内壁に固着してしまう。このため、マグネシウム層１２８の表面の高さは、溶融塩１２６の液面レベルの変化に追従せず、一定の値を維持することがある。金属マグネシウムを連続的に製造するためには、電解によって消費した溶融塩１２６（特に塩化マグネシウム）を適宜補充する必要があるが、固体状態のマグネシウム層１２８が存在する状態で高温の溶融塩１２６を開口１０４ａから補充すると、溶融塩１２６が溢れる、あるいは飛び散り、非常に危険である。また、マグネシウム層１２８が凝固していると、回収装置２００による回収ができない。このため、主に非接触式レベル計１４０を用い、溶融塩１２６またはマグネシウム層１２８の液面レベルを監視する。上述したように、非接触式レベル計１４０は制御装置３００に通信接続することができるため、これらのレベル計から得られる情報は制御装置の出力部３０６において随時把握することができる。

【0044】

また、回収室１１４におけるマグネシウム層１２８の液面レベルの監視と並行して、マグネシウム層１２８の厚さを背圧式レベル計１３０と非接触式レベル計１４０から得られる情報に基づいて算出する。この算出方法を図７の模式図を用いて説明する。

【0045】

図７は回収室１１４の一部の模式図であり、マグネシウム層１２８の厚さをｘ（ｍ）、計測チューブ１３４の下端を基準とする溶融塩１２６の液面レベルの高さをｙ（ｍ）とする。この時、非接触式レベル計１４０から得られる情報は、非接触式レベル計１４０からマグネシウム層１２８の液面レベルまでの距離Ｌ_１１（ｍ）であるが、電解槽１０２に対する非接触式レベル計１４０と計測チューブ１３４の位置は固定されているため、距離Ｌ_１１から計測チューブ１３４の下端からマグネシウム層１２８の液面レベルまでの距離Ｌ_１２（ｍ）が求まる。距離Ｌ_１２はｘとｙの和であるので、以下の関係式（１）が成立する。
Ｌ_１２＝ｘ＋ｙ （１）

【0046】

一方、背圧式レベル計１３０の圧力計１３２から得られる情報は、計測チューブ１３４の下端からマグネシウム層１２８の液面レベルまでの距離Ｌ_２であるが、距離Ｌ_２は距離Ｌ_１２と必ずしも一致しない。これは、背圧式レベル計１３０の背圧が溶融塩１２６または金属マグネシウムの密度を基に設定可能であるのに対し、厚さｘのマグネシウム層１２８と厚さｙの溶融塩１２６が実測時の背圧に寄与するためである。例えば、溶融塩１２６の密度を基に背圧式レベル計１３０の背圧が設定されている場合、以下の式に従って背圧ＢＰを距離Ｌ_２から求めることができる。ここで、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）、ｄ_ｍｓは溶融塩１２６の密度（ｋｇ／ｍ^３）である。
ＢＰ＝Ｌ_２×ｇ×ｄ_ｍｓ
この時の背圧ＢＰは、厚さｘのマグネシウム層１２８と厚さｙの溶融塩１２６が生み出す背圧であるので、以下の関係式（２）が成立する。ここで、ｄ_ｍはマグネシウム層１２８の密度（すなわち、溶融した金属マグネシウムの密度）（ｋｇ／ｍ^３）である。
ｄ_ｍ×ｘ×ｇ＋ｄ_ｍｓ×ｙ×ｇ＝ＢＰ （２）
関係式（１）と（２）で未知数はｘとｙだけであるため、関係式（１）と（２）の連立方程式を解くことでｘとｙを算出することができる。すなわち、溶融塩１２６の液面レベル、および溶融塩１２６上に形成されたマグネシウム層１２８の厚さを算出することができる。この計算は、制御装置３００のプログラムの命令に従って制御部３０２において行うことができる。

【0047】

電解槽１０２においてマグネシウム層１２８の厚さが所定の値に達した場合には、引き続いてマグネシウム層１２８の回収が行われる。ただし、上述したように、マグネシウム層１２８が凝固している時には回収操作ができない。このため、制御装置３００は、非接触式レベル計１４０から得られる情報に基づいてマグネシウム層１２８の液面レベルが連続的に低下しているかどうかを判断する。マグネシウム層１２８の液面レベルが連続的に低下していないと判断された場合には、マグネシウム層１２８を溶解するため、熱交換器１１８を用いて溶融塩１２６を加熱する。この操作も、制御装置３００を用いて自動的に行ってもよい。逆に、マグネシウム層１２８の液面レベルが連続的に低下していることが確認された場合には、引き続くマグネシウム層１２８の回収操作が行われる。なお、回収操作の前に、溶融塩１２６を電解槽１０２に補充してもよい。補充される溶融塩１２６は塩化マグネシウムの含有量が多いので、溶融塩１２６の温度はマグネシウムの融点よりも高い。このため、溶融塩１２６を補充することでマグネシウム層１２８を加熱することができ、マグネシウム層１２８の回収中にマグネシウム層１２８が例えば金属回収パイプ２３０内で固化することを防止することができる。また、電解槽１０２内の溶融塩１２６の液面レベルをマグネシウム層１２８の回収前に上昇させることができるので、マグネシウム層１２８の回収に伴う溶融塩１２６の液面レベル低下による不具合（例えば、塩素ガスが回収室１１４に侵入する、バイポーラ電極１２４や陰極１２２の上端と溶融塩１２６の液面レベル間の距離の低下（すなわち互いに近づくこと）による電極間のマグネシウムの離脱速度の低下とそれに起因する電極間の短絡など）を防止することができる。

【0048】

（３）回収装置の配置
マグネシウム層１２８の回収操作では、まず、移動機構４００を用いて回収装置２００を移動し、電解装置１００と接続する。具体的には、金属回収パイプ２３０を開口１０４ａに通し、金属回収パイプ２３０の端部２３０ｂが回収室１１４のマグネシウム層１２８の中に位置するよう、回収装置２００を配置する（図８）。なお、回収装置２００は、予め載置台２１２上に配置されており（図５）、載置台２１２上において電源ポート２０８を介して外部電源２５４からヒータ２１０への電力供給が可能である。このため、移動前に回収装置２００の容器２０２を予め加熱することができ、マグネシウム層１２８を容器２０２に回収してもその凝固を防ぐことができる。

【0049】

マグネシウム層１２８の回収時には、金属回収パイプ２３０の端部２３０ｂがマグネシウム層１２８と溶融塩１２６の界面よりも上に位置し、かつ、マグネシウム層１２８と接触する必要がある。しかしながら、端部２３０ｂがマグネシウム層１２８と溶融塩１２６の界面から離れすぎると、マグネシウム層１２８を十分に回収することができない。また、電解装置１００が設けられる環境に存在する気体を吸引してしまうことがある。当該気体に酸素が含まれると、マグネシウム層１２８は速やかに酸化されるため、良質の金属マグネシウムを製造することができない。逆に、端部２３０ｂが溶融塩１２６に近すぎると、マグネシウム層１２８とともに大量の溶融塩１２６を容器２０２に回収することになる。このことは、未回収の金属マグネシウム量増大を招き、その結果、電流効率が低下する。したがって、端部２３０ｂがマグネシウム層１２８内に位置し、かつ、溶融塩１２６の吸引を抑制しつつマグネシウム層１２８を優先的に吸引して容器２０２に導入するため、端部２３０ｂの高さ、すなわち、回収装置２００の高さを制御装置３００を用いて制御する。

【0050】

回収装置２００の高さは、容器２０２の外側に設けられる非接触式レベル計２２４を用いて測定される。このため、例えば電解装置１００が設けられる床面を基準とする回収装置２００の高さを精密に測定することができる。上述したように、非接触式レベル計２２４は制御装置３００と通信接続可能であるため、非接触式レベル計２２４から得られる情報を制御装置３００上で把握することができる。また、非接触式レベル計２２４と金属回収パイプ２３０の相対位置は固定される。したがって、非接触式レベル計２２４から得られる情報に基づき、金属回収パイプ２３０の端部２３０ｂの位置も制御装置３００上で正確に把握することができる。制御装置３００は、プログラムの命令に従って移動機構４００を制御し、端部２３０ｂが適切な高さになるように回収装置２００を移動、配置する。これにより、回収装置２００と電解装置１００との接続が完了する。なお、金属回収パイプ２３０自体に印を設けて端部２３０ｂの位置を把握しようとしても、マグネシウム層１２８の回収中等に金属回収パイプ２３０が昇温して変色することがあるため印を見失いやすく、結果として位置把握が困難になりやすい。また、金属回収パイプ２３０は、マグネシウム層１２８を回収する際、かなりの高温となるため、非接触式レベル計２２４を金属回収パイプ２３０に取り付けて精確に作動させることも困難である。したがって、容器２０２外部に設けられる非接触式レベル計２２４によって得られる端部２３０ｂの高さを利用して回収装置２００を配置することが好ましい。

【0051】

（４）マグネシウム層の回収
回収装置２００と電解装置１００を接続した後、制御装置３００によって切替バルブ２４２が操作され、容器２０２内部が真空ポンプ２５０に接続される（図８）。真空ポンプ２５０を稼働させることで容器２０２内部は陰圧となるので、金属回収パイプ２３０を介してマグネシウム層１２８を容器２０２内に回収することができる。マグネシウム層１２８の回収が開始されると、電解槽１０２においてマグネシウム層１２８の液面レベルが徐々に低下する。したがって、この回収操作は、マグネシウム層１２８の液面レベルが所定のレベルまで低下した時に終了してもよい。あるいは、回収すべきマグネシウム層１２８の重量（回収量）を回収室１１４のマグネシウム層１２８が貯留される部分の面積とマグネシウム層１２８の厚さを参照して予め決定し、図示しない重量計を用いて回収装置２００の重量変化量が回収量に達した時にこの操作を終了してもよい。あるいは、マグネシウム層１２８の液面レベルが端部２３０ｂ以下となって気体が吸引されると容器２０２内の圧力が急激に上昇するため、この急激な圧力変化が生じた時に回収操作を終了してもよい。

【0052】

（５）溶融塩の逆回収
上述したように電解槽１０２内では浴流が存在するため、マグネシウム層１２８と溶融塩１２６の界面は常に水平ではなく、乱れが生じると推定される。このため、金属回収パイプ２３０の端部２３０ｂの位置を適切に配置しても、図９に示すように、溶融塩１２６の一部が吸引されて容器２０２に回収されることがある。このため、本製造方法では、容器２０２内に回収された溶融塩１２６を電解槽１０２に戻してもよい（逆回収）。

【0053】

この場合、回収装置２００に設けられる非接触式レベル計２２２と背圧式レベル計２２０から得られる情報を利用し、容器２０２における溶融塩１２６とマグネシウム層１２８の界面の高さを制御装置３００において算出する。この算出方法は、回収室１１４においてマグネシウム層１２８の厚さｘと溶融塩１２６の液面レベルの高さｙを算出する方法と同一であるため、説明は割愛する。また、上述したように、非接触式レベル計２２２と背圧式レベル計２２０は制御装置３００と通信接続できるため、容器２０２における溶融塩１２６とマグネシウム層１２８の界面の高さを制御装置３００上で随時把握することができる。

【0054】

次に、手動または制御装置３００を介して切替バルブ２４２を切り替え、圧力調整パイプ２４０を不活性ガス供給源２５２に接続し、不活性ガスを容器２０２に供給する（図９）。これにより容器２０２内は陽圧となって容器２０２内のマグネシウム層１２８の液面が下側に押されるので、金属回収パイプ２３０を介し、マグネシウム層１２８の下に位置する溶融塩１２６を優先的に逆回収することができる。逆回収の終点は、例えばマグネシウム層１２８の一部の逆回収が始まった時としてもよく、あるいは、容器２０２の底面積と溶融塩１２６とマグネシウム層１２８の界面の高さを参照して逆回収する溶融塩１２６の重量（逆回収量）を予め計算し、図示しない重量計を用いて回収装置２００の重量変化量が逆回収量に達した時を終点としてもよい。

【0055】

（６）金属マグネシウムの取出し
その後、マグネシウム層１２８が容器２０２から取り出される。図示しないが、容器２０２内を陽圧にし、金属回収パイプ２３０を介し、容器２０２内のマグネシウム層１２８をリザーバーに回収する。この時、マグネシウム層１２８の全量を取り出してもよく、あるいは、金属マグネシウムの使用の都度必要量のマグネシウム層１２８を取り出してもよい。

【0056】

なお、電解槽１０２に対する溶融塩１２６（特に塩化マグネシウム）の補充は、マグネシウム層１２８の回収前に限られず、マグネシウム層１２８が回収室１１４において凝固していない限り、随時行えばよい。例えば、マグネシウム層１２８の回収前だけでなく、溶融塩１２６の逆回収前もしくは後に行ってもよい。凝固点降下のために添加される支持塩は電気分解されないので、補充される溶融塩１２６は塩化マグネシウム単体の溶融塩でよい。

【0057】

上述したように、本溶融塩電解システム１０を用いる金属マグネシウムの製造方法では、電解槽１０２に設けられる回収室１１４において、溶融塩１２６の液面レベルとマグネシウム層１２８の厚さを、背圧式レベル計１３０と非接触式レベル計１４０から得られる情報に基づいて精確に算出することができる。また、非接触式レベル計２２４を用いて回収装置２００の高さも精確に算出することができる。このため、金属回収パイプ２３０の端部２３０ｂを、マグネシウム層１２８を効率的に回収できる位置に配置することができ、その結果、効率よくマグネシウム層１２８を回収することができる。また、制御装置３００を用いることで、溶融塩１２６の液面レベルやマグネシウム層１２８の厚さの算出、回収装置２００の移動と電解装置１００との接続、マグネシウム層１２８の回収、および溶融塩１２６の逆回収の全てまたは一部を自動的に行うことができる。このことから、作業上の安全性向上が図られるとともに、これら一連の工程を実施するための人的資源を節約することができる。このことは、金属マグネシウムの製造コストの低減に寄与する。

【0058】

３．プログラム
上述した金属マグネシウムの製造方法は、本溶融塩電解システム１０の制御装置３００に搭載されるプログラムによって実施することができる。よって、本発明に係る実施形態の一つは、本溶融塩電解システム１０を利用する金属マグネシウムの製造方法を実施するプログラムである。

【0059】

具体的には、当該プログラムは、制御装置３００に対し、背圧式レベル計１３０と２２０、非接触式レベル計１４０、２２２、２２４から得られる情報を取得することを実行させる。また、当該プログラムは、これらの情報から電解槽１０２や容器２０２における溶融塩１２６の液面レベルやマグネシウム層１２８の厚さを算出することを制御装置３００に実行させる。さらに当該プログラムは、電解槽１０２における溶融塩１２６の液面レベルやマグネシウム層１２８の厚さに基づき、回収装置２００を電解装置１００に接続する際に適切な回収装置２００の高さを算出すること、および算出された高さにおいて回収装置２００を電解装置１００に接続するように移動機構４００を制御することを制御装置３００に実行させることができる。さらに当該プログラムは、切替バルブ２４２と開閉バルブ２３４の操作を制御装置３００に実行させてもよく、さらに真空ポンプ２５０の操作、および不活性ガス供給源２５２などの操作を実行させてもよい。

【0060】

また、このプログラムが記録されたコンピュータ可読記録媒体も本発明に係る実施形態の一つである。コンピュータ可読記録媒体の例としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤのような光媒体、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような光磁気媒体、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのような、当該プログラムを格納して実行するように構成されたハードウェア装置が含まれる。当該プログラムは、コンパイラによって生成されるもののような機械語コードだけではなく、インタプリタなどを使用してサーバによって実行される高級言語コードを含む。当該プログラムは、コンピュータ可読媒体から記憶部３１０にインストールされる。なお、当該プログラムは、ネットワークから記憶部３１０にダウンロード可能であってもよい。

【0061】

本発明の実施形態として上述した実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、または工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0062】

１０：溶融塩電解システム、１２：ネットワーク、１００：電解装置、１０２：電解槽、１０４：蓋、１０４ａ：開口、１０４ｂ：開口、１０４ｃ：開口、１０４ｄ：開口、１０６：隔壁、１０８：隔壁、１１４：回収室、１１６：電解室、１１８：熱交換器、１２０：陽極、１２２：陰極、１２４：バイポーラ電極、１２６：溶融塩、１２８：マグネシウム層、１３０：背圧式レベル計、１３２：圧力計、１３４：計測チューブ、１４０：非接触式レベル計、１４２：保護板、２００：回収装置、２０２：容器、２０４：蓋、２０６：機構、２０８：電源ポート、２１０：ヒータ、２１２：載置台、２２０：背圧式レベル計、２２２：非接触式レベル計、２２４：非接触式レベル計、２３０：金属回収パイプ、２３０ａ：端部、２３０ｂ：端部、２３２：サイホンカット、２３４：開閉バルブ、２４０：圧力調整パイプ、２４０ａ：端部、２４２：切替バルブ、２４４：圧力ゲージ、２５０：真空ポンプ、２５２：不活性ガス供給源、２５４：外部電源、３００：制御装置、３０２：制御部、３０４：入力部、３０６：出力部、３０８：送受信部、３１０：記憶部、３１２：音声出力部、４００：移動機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】