特許 7166086 溶融塩中の水量推定方法及び、溶融金属の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-27

(45)【発行日】2022-11-07

(54)【発明の名称】溶融塩中の水量推定方法及び、溶融金属の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20221028BHJP

   C25C 3/04 20060101ALI20221028BHJP

   C25C 7/06 20060101ALI20221028BHJP

【ＦＩ】

G01N27/416 302G

C25C3/04

C25C7/06 302

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018121123

(22)【出願日】2018-06-26

(65)【公開番号】P2020003265

(43)【公開日】2020-01-09

【審査請求日】2021-02-15

(73)【特許権者】

【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】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 健人

(72)【発明者】

【氏名】林 辰美

(72)【発明者】

【氏名】秋元 文二

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 大輔

【審査官】大瀧 真理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０６４１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２８８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００１５４３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特公昭４７－０２３０４２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－０１８８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２４２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４０１０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／２６ － ２７／４９

Ｃ２５Ｃ ３／０４

Ｃ２５Ｃ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融塩に固体の電極を浸漬し、１．２Ｖ以上かつ２．７５Ｖ未満の電圧を印加し、当該電圧の印加により流れる電流の大きさを測定する電流測定工程を含み、
電流測定工程で、前記溶融塩の温度を４５０℃以上かつ７００℃以下とし、
前記溶融塩が、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムからなる群から選択される少なくとも一種を含む、溶融塩中の水量推定方法。

【請求項2】

電流測定工程で、印加する電圧を２．２Ｖ以上かつ２．７５Ｖ未満とする、請求項１に記載の溶融塩中の水量推定方法。

【請求項3】

金属塩化物を含有する溶融塩中の前記金属塩化物を電気分解する電解工程を含み、前記溶融塩から溶融金属を製造する方法であって、
電解工程の開始前に、請求項１又は２に記載の溶融塩中の水量推定方法を実施し、前記電流測定工程で前記電圧を印加して測定された電流の大きさが、予め定めた基準値以下である場合に、当該溶融塩に対して前記電解工程を開始する、溶融金属の製造方法。

【請求項4】

前記電解工程で、溶融塩の温度を６５１℃以上かつ７００℃以下とする、請求項３に記載の溶融金属の製造方法。

【請求項5】

前記金属塩化物が塩化マグネシウムであり、前記溶融金属が金属マグネシウムである請求項３又は４に記載の溶融金属の製造方法。

【請求項6】

前記電解工程で、煉瓦及び／又はモルタルを含む電解槽を使用する、請求項３～５のいずれか一項に記載の溶融金属の製造方法。

【請求項7】

電解工程の開始前に、前記電流測定工程を複数回行い、
前記電流の大きさが前回の測定値に対して低下する傾向を確認した後、かつ、前記電流の大きさが前記基準値以下になった後、前記電解工程を開始する、請求項３～６のいずれか一項に記載の溶融金属の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、溶融塩中の水量を推定する方法及び、それを用いる溶融金属の製造方法に関するものである。特にこの発明は、溶融塩電解に悪影響を及ぼし得る溶融塩中の水の量を有効に推定することのできる技術を提案するものである。

【背景技術】

【0002】

たとえば、クロール法による金属チタンの製造に際し、副次的に生成される塩化マグネシウムは、電解槽を用いて、電気分解により金属マグネシウムと塩素ガスとに分解されることがある。この場合、金属マグネシウム及び塩素ガスはそれぞれ、四塩化チタンの還元およびチタン鉱石の塩素化に用いられて再利用される。

【0003】

この種の電気分解では一般に、たとえば、隔壁によって貯留室と電解室とに区画された電解槽内で、塩化マグネシウム等の電気分解される特定の金属塩化物を含有する溶融塩を貯留させて溶融塩浴とする。この溶融塩浴では、電解槽内の溶融塩が貯留室から電解室へ流れて、ここで電極への通電に基き、金属塩化物が金属マグネシウム等の溶融金属と塩素等のガスとに分解される。電解室で生成された溶融金属は電解槽内で貯留室へとさらに循環して、溶融塩との密度差によって溶融塩浴の液面上に浮上した後に回収される。また、ガスは電解槽に設けられたガス排出通路を経て電解槽の外部に排出される。

【0004】

かかる溶融塩電解では、たとえば電解槽内に存在し得る水が溶融塩浴に混入すること等によって、溶融塩に水が含まれる場合、電極の消耗に起因する電解槽の短命化や、電気分解の開始初期の電流効率の低下といった問題が生じる。これはすなわち、電極への通電により、水の電気分解で生じた酸素が黒鉛電極と反応して電極の酸化を促進させ、電極を早期に消耗させるからである。また、溶融塩中の水が、溶融塩の電気分解により生成した金属マグネシウム等と反応して、酸化マグネシウム等を形成する。この酸化マグネシウムはさらに塩素ガス等と反応し、再び塩化マグネシウム等に戻る。このような余分な反応に電流が消費されることにより、電流効率の低下を招く。

【0005】

このような問題に対処するため、電気分解の開始に先立って電解槽内の水を減らすための電解槽の乾燥方法が、たとえば特許文献１、２等で提案されている。
特許文献１には、電解槽を溶融塩で満たす前に、加熱した大気等のガスを電解槽内に送り込むとともに電解槽の外部へ排出し、電解槽内を１００℃以上に保持するガス加熱乾燥法が記載されている。また、この特許文献１には、電解槽を溶融塩で満たした後に、通電を行わずに溶融塩を溶融状態に保持する浴保持乾燥法も記載されている。

【0006】

特許文献２には、上記の浴保持乾燥法に関し、浴保持乾燥の開始から４８時間以内の乾燥初期に、その４８時間以内における槽内浴塩の平均温度上昇率が０．７５～２．５℃／ｈｒとなるように槽内浴塩を昇温することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００６－３２８４５０号公報

【文献】特開２０１４－２２４２８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

電解開始前の電解槽内に保持された溶融塩中の水量は、どのような条件の電解槽（電解槽の容積、新規耐火煉瓦の使用有無、電解浴の新規製作の有無等）を準備するかにより異なると考えられる。だが、溶融塩中の水量を直接測定することが困難であったため、溶融塩中の水量の低減が達成されたか否かを電解開始前において良好に把握する手段が無く、浴温度が基準値を超過した段階で直ちに電解を開始する場合もあった。従前の基準では、溶融塩中の残存水量が多い状態で金属塩化物の電気分解を開始していた可能性もあり、その影響による電流効率の低下は依然として改善の対象であった。

【0009】

この発明の目的は、溶融塩中の水の量を推定することができる水量推定方法および、溶融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】

【0010】

発明者は、溶融塩に浸漬した電極に電圧を印加した際に、そこに含まれ得る水と塩とで、その電気分解が起こり始める電圧の大きさが異なることに着目した。そして、水の電気分解は起こるが塩の電気分解は起こらない電圧を印加した際の電流の大きさに基いて、溶融塩中の水の量を推定できると考えた。

【0011】

このような知見の下、この発明の溶融塩中の水量推定方法は、溶融塩に電極を浸漬し、１．２Ｖ以上かつ２．７５Ｖ未満の電圧を印加し、当該電圧の印加により流れる電流の大きさを測定する電流測定工程を含むものである。

【0012】

この発明の溶融塩中の水量推定方法では、電流測定工程で、前記溶融塩の温度を４５０℃以上かつ７００℃以下とすることが好ましい。
また、この発明の溶融塩中の水量推定方法では、電流測定工程で、印加する電圧を２．２Ｖ以上とすることが好ましい。

【0013】

この発明の溶融塩中の水量推定方法では、前記溶融塩が、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムからなる群から選択される少なくとも一種を含むものとすることができる。

【0014】

この発明の溶融金属の製造方法は、金属塩化物を含有する溶融塩中の前記金属塩化物を電気分解する電解工程を含み、前記溶融塩から溶融金属を製造する方法であって、電解工程の開始前に、上述したいずれかの溶融塩中の水量推定方法を実施し、前記電流測定工程で前記電圧を印加して測定された電流の大きさが、予め定めた基準値以下である場合に、当該溶融塩に対して前記電解工程を開始するというものである。

【0015】

この発明の溶融金属の製造方法では、前記電解工程で、溶融塩の温度を６５１℃以上かつ７００℃以下とすることが好ましい。
また、この発明の溶融金属の製造方法では、前記金属塩化物が塩化マグネシウムであり、前記溶融金属が金属マグネシウムであることが好ましい。

【発明の効果】

【0016】

この発明の溶融塩中の水量推定方法は、溶融塩に浸漬した電極に１．２Ｖ以上かつ２．７５Ｖ未満の電圧を印加し、それによって流れる電流の大きさを測定する電流測定工程を含むものである。このことによれば、溶融塩に含まれる水の量に応じた大きさの電流が測定され、それにより、溶融塩中の水の量を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】この発明の一の実施形態に係る水量推定方法の対象とすることができる溶融塩の電解槽の一例を示す縦断面図である。

【図2】図１の電解槽を用いて電気分解を行う状態を示す部分拡大断面図である。

【図3】溶融塩に含まれ得る水の量が異なる場合の印加電圧と電解電流の各関係を例示するグラフである。

【図4】実施例１及び２の保持時間の経過に伴う電解電流量の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１に例示する電解槽１は、たとえば主としてＡｌ₂Ｏ₃等の耐火煉瓦その他の適切な材料からなる容器形状の外壁２を有する。この電解槽１は、その内部に供給された金属塩化物を含む溶融塩からなる溶融塩浴で、溶融塩中の特定の金属塩化物を電気分解して、該電気分解により溶融金属を生成するためのものである。ここで、図示の例では、電解槽１の内部に、溶融塩浴の深さ方向（図１では上下方向）と平行に並べて配置した部分を有する陽極３ａ及び陰極３ｂを含む電極３と、電解槽１内の温度調整を行う熱交換器としての温度調整管４とが配置されている。

【0019】

なおここでは、溶融塩に含まれる電気分解対象たる特定の金属塩化物を塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）とした場合を例として説明する。この場合、塩化マグネシウムの電気分解により、図１に示すように、溶融金属として金属マグネシウム（Ｍｇ）が生成されるとともに、ガスとして塩素ガス（Ｃｌ₂）が発生する。溶融塩には、上記の塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）の他、支持塩として、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／又は、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）等を含ませる場合がある。金属マグネシウムは、金属チタンを製造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、同法におけるチタン鉱石の塩素化にそれぞれ用いることができる。この電気分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。
但し、この電解槽１は、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）もしくは塩化亜鉛（ＺｎＣｌ₂）等の金属塩化物の電気分解にも用いることができる。電気分解される金属塩化物の分解電圧は、水の分解電圧より高いこととする。

【0020】

ここで、図示の電解槽１は内部に、図１に示すところでは図の中央からやや左寄りに配置された隔壁５をさらに備えるものである。かかる隔壁５により、電解槽１の内部が、図１では右側に位置して電極３が配置された電解室２ａと、左側に位置し、電解室２ａでの電気分解により得られた溶融金属が流れ込んで該溶融金属が溶融塩との密度差により上方側に溜まる貯留室２ｂとに区画される。具体的には、この隔壁５は、電解槽１の上方側開口を覆蓋するための図示しない蓋部材に近接させて配置される。電解槽１の下方側の底部との間に、貯留室２ｂから電解室２ａへの溶融塩の移動を可能にする溶融塩循環路５ａが形成される。また、隔壁５自体に貫通させて設けた溶融金属流路５ｂにより、電解室２ａから貯留室２ｂへの溶融金属の流入が可能になる。

【0021】

電解室２ａに配置された電極３は、少なくとも、図示しない電源等に接続された陽極３ａ及び陰極３ｂを有する。これらの陽極３ａ及び陰極３ｂでは、たとえばＭｇＣｌ₂→Ｍｇ＋Ｃｌ₂等といった所定の反応に基いて、陽極３ａの表面で酸化反応により塩素等のガスが生じるとともに、陰極３ｂの表面で還元反応により金属マグネシウム等の溶融金属が生成される。

【0022】

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、溶融塩中の特定の金属塩化物の電気分解を行うことができる。一方、電気分解の効率向上等の観点より、電極３は、図２に示すように、陽極３ａと陰極３ｂとの間に、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のバイポーラ電極３ｃ、３ｄをさらに有することが好ましい。この例では、バイポーラ電極３ｃ、３ｄは、陽極３ａと陰極３ｂとの間に二枚配置している。但し、このようなバイポーラ電極は必ずしも必要ではない。

【0023】

上述したような電解槽１を用いた溶融塩電解方法では、溶融塩浴の対流により、図１に示すように、溶融塩が、貯留室２ｂから底部側の溶融塩循環路５ａを経て電解室２ａに流動する。電解室２ａでは、溶融塩中の特定の金属塩化物が電気分解されて、電解室２ａで溶融金属が生成される。そしてこの溶融金属は、隔壁５の浴面側の溶融金属流路５ｂを通って貯留室２ｂに流入可能である。その後、溶融塩に対する比重の小さい溶融金属は、貯留室２ｂの浅い箇所に浮上してそこに溜まる。貯留室２ｂで浮上した溶融金属は、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、溶融塩から溶融金属を製造することができる。
このような特定の金属塩化物の電気分解の過程を、ここでは電解工程ともいう。但し、電解工程は、そこで溶融塩中の特定の金属塩化物の電気分解が行われているものであればよく、上述したような具体的な態様に限定されるものではない。

【0024】

ところで、上記のような溶融塩電解では、溶融塩に水が含まれると、溶融塩中の特定の金属塩化物を電気分解する際に、該金属塩化物とともに水が電気分解されて酸素が発生する。陽極３ａの材質は耐塩素性を有するグラファイトとすることが一般的であるところ、水の電気分解による酸素はこのグラファイト製陽極３ａと反応する。この反応が、グラファイト製陽極３ａの酸化による消耗を促進させ、グラファイト製陽極３ａ、ひいては電解槽１の寿命を短くする。

【0025】

また、溶融塩中の水が、電気分解により生成した溶融金属の金属マグネシウム等と反応すると、酸化マグネシウムが生成される。この酸化マグネシウムの一部は塩素ガスと反応して、再び元の塩化マグネシウムに戻る。それにより、このような水との反応は電流効率を低下させる。なお、一部の酸化マグネシウムはスラッジとなって回収不可能となることもある。

【0026】

したがって、電解工程を開始する前に、溶融塩中の水の量を予め確認することができれば、たとえば当該水の量に応じて更なる水の低減作業ないし処理を行うこと等によって、上述した電極３の酸化消耗や電流効率の低下を未然に抑制できるので望ましい。
そこで、この発明の実施形態では、溶融塩に浸漬した電極に１．２Ｖ以上かつ２．７５Ｖ未満の電圧を印加し、当該電圧の印加により流れる電流の大きさを測定する電流測定工程を行う。この電流測定工程は、電解槽１内の溶融塩浴の溶融塩に対して電極３を用いて行うこともできるが、電解槽１内で又は電解槽１とは異なる場所で、別個の電極を用いて行うことも可能である。

【0027】

水の電気分解が起こるのは１．２Ｖ以上であるのに対し、溶融塩中の塩化マグネシウムの電気分解が起こるのは２．７５Ｖ以上であることから、溶融塩に浸漬した電極に１．２Ｖ以上かつ２．７５Ｖ未満の電圧を印加すると、溶融塩は電気分解されず、水のみが電気分解される。これにより、図３にグラフで例示するように、当該電圧の印加によって流れる電流は、水のみの電気分解に対応しており、該電流量は、溶融塩に含まれ得る水の量に対応する大きさになる。電圧の印加によって流れる電流の大きさを測定することで、溶融塩に含まれ得る水の量を推定することができる。なお、図３は電圧の上昇と電解電流の上昇を直線関係で図示しているがこれは説明の便宜上の表現に過ぎず、他の表現となる場合もある。

【0028】

実際には予め、電流測定工程で対象とする溶融塩と同じものに、所定量の水を含ませた一又は複数の溶融塩サンプルにおいて、所定の大きさの電圧を印加し、その際に流れる電流の大きさを測定して、印加電圧と電解電流の関係を調べておくことができる。この関係を用いて電流測定工程を行うことにより、より高い精度で溶融塩に含まれ得る水の量を推定することが可能になる。

【0029】

特に電流測定工程で溶融塩に浸漬した電極に印加する電圧は２．２Ｖ以上とすることが好ましい。この下限値以上とすることにより、電流量が増えてノイズ影響が少なくなる。

【0030】

電流測定工程では、溶融塩の温度を４５０℃以上かつ７００℃以下として、上記のような電圧を印加することが好適である。溶融塩の固化を抑制して溶融状態の溶融塩に対して有効な電流測定を行うとの観点から、この際の溶融塩の温度は４５０℃以上とすることができる。また、この際の溶融塩の温度を７００℃以下とすることにより、電解槽１への負荷を軽減することができる。

【0031】

溶融塩は、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムからなる群から選択される少なくとも一種を含むもの、さらには、これら以外の塩等の物質を含まないものであれば、上記の電流測定工程を特に有効に行うことができる。

【0032】

以上に述べたような電流測定工程による溶融塩中の水量の推定は、溶融塩中の特定の金属塩化物を電気分解する先述の電解工程の開始前に行うことが好ましい。先に述べたように、溶融塩中の特定の金属塩化物を電気分解する前に、その溶融塩に含まれ得る水の量を推定することにより、電解槽１の短命化や電流効率の低下等といった問題の発生を未然に抑制できる可能性があるからである。

【0033】

ここでは、事前に、所定の溶融塩について、その溶融塩サンプルを用いて電圧を印加すること等により、電流測定工程で当該電圧の印加により流れる電流の大きさの基準値を定めておくことが有効である。この基準値は、電極３の消耗や電流効率の低下が看過できなくなる量の水を含む溶融塩で、１．２Ｖ以上かつ２．７５Ｖ未満の範囲内の所定の電圧を印加した際に流れる電流の大きさとすることができる。

【0034】

電解工程の開始前に溶融塩中の水の量を推定するため電流測定工程を行い、この際に測定された電流の大きさが上記の基準値以下であれば電解工程を開始する実施形態も好ましい。一方、当該電流の大きさが上記の基準値を超える場合は、種々の手法により溶融塩中の水を低減する作業を行うことができる。このようにすることで、電解工程で電極３が短期間で大きく消耗することや、電解工程の開始初期の電流効率の大幅な低下を有効に抑制することができる。
新規耐火煉瓦を使用する場合を考えると、当該耐火煉瓦や目地材であるモルタル等由来の水が溶融塩に混合されてしまう。この水の挙動は必ずしも明らかではないが、比較的長期間にわたり前記耐火煉瓦およびモルタルから溶融塩に水が混合されうる。よって、電解電流量が前の測定値に対し低下傾向を示すことを確認後、かつ、前記基準値を満たしてから金属塩化物の電気分解を開始してもよい。この場合、基準値は前記低下傾向に先立って満たされてよいし、低下傾向確認後に基準値が満たされてもよい。

【0035】

なお、このようにして電流測定工程を行って、電解工程を開始した場合、その電解工程では溶融塩の温度を６５１℃以上かつ７００℃以下とすることが好適である。電解工程での溶融塩温度を６５１℃以上とすることにより、たとえば電解工程で金属マグネシウムを得る場合、溶融塩が金属マグネシウムの融点以上になって、金属マグネシウムの回収を有効に実施することができる。また、ここでの溶融塩温度を７００℃以下とすることにより、金属マグネシウムと塩素の反応で再び塩化マグネシウムに戻る程度を低減することができる。

【実施例】

【0036】

この発明の溶融塩中の水量測定方法を試験的に適用し、その測定時点での水の電気分解に伴う電解電流量を基に、電解槽内を溶融塩浴とした後の保持時間（金属塩化物電気分解の開始タイミング）を変えた場合の効果を確認したので、以下に説明する。なお、電解槽内を溶融塩浴とした後の保持時間とは、電解槽内に溶融塩を供給して電解槽の内部を溶融塩浴としたときから、その溶融塩浴で溶融塩中の金属塩化物の電気分解を開始するまでの時間を意味する。

【0037】

（事前試験：電解電流量の基準値の取得）
塩化マグネシウムの電気分解開始から１ヶ月以上経過し、水量が十分安定していると考えられる電解槽内の溶融塩を採取し、高さ２５０ｍｍ、内径３７ｍｍの容器内に、採取した溶融塩のうち２４０ｇを入れて、溶融塩温度を６６０℃に保った状態で、陽極及び陰極からなる電極を設置し、水量の程度を推定した。より具体的には、水の分解電圧（１．２Ｖ）より大きく且つＭｇＣｌ₂の分解電圧（２．７５Ｖ）未満である２．５Ｖの定電圧を電極に１分間印加し、その際の電解電流量を測定した。

【0038】

なおここで、水量の確認に用いた電極の材質、形状及びその他の条件は次のとおりである。
溶融塩組成：ＭｇＣｌ₂が１５～２０質量％、ＣａＣｌ₂が３０～３５質量％、ＮａＣｌが４９～５４質量％、ＭｇＦ₂が０．５～１．５質量％（但し、各成分の合計が１００質量％であることが前提である。）
電極材質：グラファイト（比抵抗：８．０μΩ・ｍ）
電極断面形状：半月型（全長５９０ｍｍ、幅３０．４ｍｍ、厚さ１１ｍｍ）
溶融塩への電極浸漬深さ：１２０ｍｍ
対向電極間距離：７ｍｍ

【0039】

上記のような電解電流量の測定を、塩化マグネシウムの電気分解開始から１ヶ月、２５ヶ月、および３７ヶ月経過した電解槽（溶融塩中の水量が定常的に少ない電解槽）内の溶融塩に対し、各々実施した。その結果を表１に示す。

【0040】

【表1】

【0041】

表１の測定結果１～３より、前述測定条件における電解電流量が１Ａ程度となることで溶融塩の脱水が十分達成できている状態であると推察した。

【0042】

この結果より、以下の実施例１及び２においては、電解槽内を溶融塩浴とした後の保持期間中に適宜電解電流量を測定し、その電解電流量が直前の測定値に対し低下傾向を示し、且つ約３Ａ以下（測定結果１～３における１Ａの３倍）となることを、塩化マグネシウムの電気分解開始時の溶融塩中の水量基準とした。この水量基準を満たしたうえで、溶融塩の温度が６００℃超であることを確認後、溶融塩電解槽の電気分解を開始した。

【0043】

（実施例１）
電気分解を開始するまでの間に複数回にわたって水量の推定を実施した。その結果を図４に示す。なお、電解工程では溶融塩浴の温度は６６０℃で保持した。なお、実施例１の電解槽の炉壁煉瓦は新品であり、かつ新規に製作した溶融塩量は２２ｔｏｎであった。
ここでは、電解槽内を溶融塩浴とし、浸管バーナーを用い、溶融塩の温度が６００℃超となるように昇温する過程で、概略２０時間弱の間隔毎に、電解槽内の溶融塩を採取した。採取した溶融塩のうち２４０ｇを、高さ２５０ｍｍ、内径３７ｍｍの容器内に入れて、溶融塩温度を６６０℃に保った状態で、陽極及び陰極からなる電極を設置し、水量の程度を推定した。より具体的には、２．５Ｖの定電圧を電極に１分間印加し、その際の電解電流量を測定した。なおここで、水量の確認に用いた電極の材質、形状及びその他の条件は次のとおりである。
溶融塩組成：ＭｇＣｌ₂が１５～２０質量％、ＣａＣｌ₂が３０～３５質量％、ＮａＣｌが４９～５４質量％、ＭｇＦ₂が０．５～１．５質量％（但し、各成分の合計が１００質量％であることが前提である。）
電極材質：グラファイト（比抵抗：８．０μΩ・ｍ）
電極断面形状：半月型（全長５９０ｍｍ、幅３０．４ｍｍ、厚さ１１ｍｍ）
溶融塩への電極浸漬深さ：１２０ｍｍ
対向電極間距離：７ｍｍ
なお、後述の実施例２でも、これと同様の条件で溶融塩の採取、水量の推定等を行った。

【0044】

実施例１では、電解電流量が約３Ａ以下になるまでの時間は１６２時間であり、そのときの電解電流量は３．１Ａであった。なお、電解槽への溶融塩の供給完了から溶融塩の電気分解開始までの保持時間は、電解電流量が約３Ａ以下になるまでの時間と同様に、１６２時間である。

【0045】

（実施例２）
電気分解を開始するまでの間に複数回にわたって水量の推定を実施した。その結果を図４に示す。なお、実施例２の電解槽の炉壁煉瓦は再利用品であり、かつ新規に製作した溶融塩量は０ｔｏｎであった。
実施例２では、電解電流量が３Ａに到達することはなかったが、電解槽内を溶融塩浴とした後は電解電流量が増加傾向を示した。このため、たとえ電解電流量が３Ａ以下であっても、溶融塩浴の加熱状態を維持しつつすぐには溶融塩の電気分解を開始しなかった。なお、電解電流量の低下傾向を確認したのは保持時間３９時間であり、そのときの電解電流量は１．１Ａであった。この電解電流量の低下傾向をさらに確認し、電解槽への溶融塩の供給完了から溶融塩の電気分解開始までの保持時間は６３時間であった。

【0046】

電解槽への溶融塩の供給完了から溶融塩の電気分解開始までの保持時間は、実施例１では１６２時間、実施例２では６３時間となった。実施例２が塩化マグネシウムの電気分解開始時の溶融塩中の水量基準を短時間で達成できた要因は、再利用品の炉壁煉瓦を使用し、かつ溶融塩に関しても新規に固体原料から製作した浴量が０ｔｏｎであったため、それらからの溶融塩中への水の混入が非常に少なかったためと考えられる。

【0047】

実施例１および実施例２の電解槽に対し、溶融塩電解槽の電気分解を開始してから７日間の平均電流効率を算出した。なお電流効率は、以下の式により算出し、「平均電流効率」は、実施例１の電流効率を１００（基準）とし、実施例２の電流効率を実施例１の電流効率に対する相対値で示したものである。
電流効率＝電解槽から回収したＭｇ質量／理論生成Ｍｇ質量

【0048】

実施例１の通電開始から７日間の平均電流効率が１００％であったのに対し、実施例２の通電開始から７日間の平均電流効率は１２７％であった。溶融塩中の水量が少ないと思われる実施例２は実施例１より電流効率が優れており、本発明の溶融塩中の水量推定方法は有効な手段であると考えられる。

【符号の説明】

【0049】

１ 電解槽
２ 外壁
２ａ 電解室
２ｂ 貯留室
３ 電極
３ａ 陽極
３ｂ 陰極
３ｃ、３ｄ バイポーラ電極
４ 温度調整管
５ 隔壁
５ａ 溶融塩循環路
５ｂ 溶融金属流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】