JP7755331B2 - Metal manufacturing system and metal manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、金属の製造システム、及び金属の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal manufacturing system and a metal manufacturing method.
例えば、マグネシウムを溶融塩電解法で製造する場合、その材料として、塩化マグネシウムが使用されるが、その塩化マグネシウムが水分を含むと、溶融塩電解で用いられる電極の劣化の原因となる。 For example, when magnesium is produced using molten salt electrolysis, magnesium chloride is used as the material, but if this magnesium chloride contains moisture, it can cause deterioration of the electrodes used in molten salt electrolysis.
そのため、溶融塩電解では、無水塩化マグネシウムが使用され、無水塩化マグネシウムを製造する方法として、特許文献1には、一酸化炭素ガスの存在下において1200℃以下の温度で固体炭酸マグネシウムを塩素ガスと反応させ、溶融状態で無水塩化マグネシウムを取り出し無水塩化マグネシウムを製造する方法が開示されている。 For this reason, anhydrous magnesium chloride is used in molten salt electrolysis, and Patent Document 1 discloses a method for producing anhydrous magnesium chloride in which solid magnesium carbonate is reacted with chlorine gas at a temperature of 1200°C or less in the presence of carbon monoxide gas, and the anhydrous magnesium chloride is extracted in a molten state to produce anhydrous magnesium chloride.
しかし、特許文献1の方法では、温暖化効果ガスである二酸化炭素ガスが副生成物として発生し、大気放出などの廃棄手段が必要になるという問題がある。 However, the method described in Patent Document 1 has the problem that carbon dioxide, a greenhouse gas, is generated as a by-product, which requires disposal methods such as atmospheric release.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、運転時に二酸化炭素ガスの大気放出を抑制し、あるいは効率的に金属の製造を行える、金属の製造システム、及び金属の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of these circumstances, and aims to provide a metal production system and metal production method that suppresses the release of carbon dioxide gas into the atmosphere during operation and enables efficient metal production.
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明の実施形態に係る金属の製造システムは、金属酸化物を塩素化して無水金属塩化物を生成する塩素化炉と、前記無水金属塩化物を電気分解して金属を生成する溶融塩電解槽と、前記塩素化炉から前記溶融塩電解槽に前記無水金属塩化物を供給する供給経路と、前記溶融塩電解槽から前記塩素化炉に前記電気分解により生じた塩素ガスを供給する供給経路と、を備える。
In order to achieve the above object, the present invention is realized by the following configuration.
(1) A metal production system according to an embodiment of the present invention includes a chlorination furnace that chlorinates a metal oxide to produce an anhydrous metal chloride, a molten salt electrolytic cell that electrolyzes the anhydrous metal chloride to produce a metal, a supply path that supplies the anhydrous metal chloride from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell, and a supply path that supplies chlorine gas produced by the electrolysis from the molten salt electrolytic cell to the chlorination furnace.
(2)上記(1)の構成において、前記塩素化炉から排出される二酸化炭素ガスを還元し、一酸化炭素ガスを生成するガス還元装置と、金属水酸化物を脱水処理し、前記塩素化炉に供給される前記金属酸化物を生成する加熱炉と、前記ガス還元装置から前記一酸化炭素ガスを前記塩素化炉に供給する供給経路と、前記加熱炉から前記金属酸化物を前記塩素化炉に供給する供給経路と、をさらに備えてよい。 (2) The configuration of (1) above may further include a gas reduction device that reduces carbon dioxide gas discharged from the chlorination furnace to produce carbon monoxide gas, a heating furnace that dehydrates metal hydroxides to produce the metal oxides that are to be supplied to the chlorination furnace, a supply path that supplies the carbon monoxide gas from the gas reduction device to the chlorination furnace, and a supply path that supplies the metal oxides from the heating furnace to the chlorination furnace.
(3)本発明の実施形態に係る、上記(1)の製造システムを用いた金属の製造方法は、前記塩素化炉で、一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガスにより金属酸化物を塩素化して、無水金属塩化物を生成することと、生成した前記無水金属塩化物を前記溶融塩電解槽に供給することと、前記溶融塩電解槽において前記無水金属塩化物を電気分解することで、金属及び塩素ガスを生成することと、生成した前記塩素ガスを前記塩素化炉に供給することと、を含む。 (3) According to an embodiment of the present invention, a method for producing metals using the production system described in (1) above includes chlorinating metal oxides with a mixed gas of carbon monoxide gas and chlorine gas in the chlorination furnace to produce anhydrous metal chlorides, supplying the produced anhydrous metal chlorides to the molten salt electrolytic cell, electrolyzing the anhydrous metal chlorides in the molten salt electrolytic cell to produce metals and chlorine gas, and supplying the produced chlorine gas to the chlorination furnace.
本発明によれば、運転時に二酸化炭素ガスの大気放出を抑制し、あるいは効率的に金属の製造を行える、金属の製造システム、及び金属の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a metal production system and a metal production method that can suppress atmospheric emissions of carbon dioxide gas during operation and efficiently produce metals.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号を付している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
It should be noted that the same elements are denoted by the same reference numerals throughout the description of the embodiments.
本実施形態に係る金属の製造システムは、金属酸化物を塩素化して無水金属塩化物を生成する塩素化炉と、無水金属塩化物を電気分解して金属を生成する溶融塩電解槽と、塩素化炉から溶融塩電解槽に無水金属塩化物を供給する供給経路と、溶融塩電解槽から塩素化炉に電気分解により生じた塩素ガスを供給する供給経路と、を備える。かかるシステムを用いることにより、例えば、溶融塩電解槽の陽極で発生した塩素を塩素化炉において利用することができる。塩素ガスは腐食性が高いため、溶融塩電解槽において発生した塩素ガスを塩素化炉において利用できると、塩素ガスの貯蔵時間を短縮することができ、好ましい。塩素ガスの貯蔵時間を短縮する観点から、塩素ガスの供給経路においては、塩素ガスの貯蔵室が省略されてもよい。 The metal production system according to this embodiment includes a chlorination furnace that chlorinates metal oxides to produce anhydrous metal chlorides; a molten salt electrolytic cell that electrolyzes the anhydrous metal chlorides to produce metals; a supply path that supplies the anhydrous metal chlorides from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell; and a supply path that supplies chlorine gas generated by electrolysis from the molten salt electrolytic cell to the chlorination furnace. By using this system, for example, chlorine generated at the anode of the molten salt electrolytic cell can be used in the chlorination furnace. Because chlorine gas is highly corrosive, it is preferable to be able to use the chlorine gas generated in the molten salt electrolytic cell in the chlorination furnace, as this shortens the storage time of the chlorine gas. From the perspective of shortening the storage time of the chlorine gas, the chlorine gas storage chamber may be omitted from the chlorine gas supply path.
塩素化炉は、バッチ式で反応させてもよく、フロー式で反応させてもよい。バッチ式で反応させる場合、塩素化炉における塩素化反応が完了したことを検出した後に、塩素化炉から溶融塩電解槽に無水金属塩化物を液送する。フロー式で反応させる場合、無水金属塩化物は、塩素化炉から溶融塩電解槽に連続的に液送される。 The chlorination furnace may be a batch or flow reactor. When using a batch reactor, the anhydrous metal chloride is transferred from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell after detecting that the chlorination reaction in the chlorination furnace has been completed. When using a flow reactor, the anhydrous metal chloride is continuously transferred from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell.
以下、塩素化炉において、酸化マグネシウム、一酸化炭素ガス、及び塩素ガスが添加されて、塩化マグネシウムが生成され、溶融塩電解槽において、塩化マグネシウムから塩素及びマグネシウムが生成される場合を例にして説明する。 The following describes an example in which magnesium oxide, carbon monoxide gas, and chlorine gas are added to a chlorination furnace to produce magnesium chloride, and then chlorine and magnesium are produced from the magnesium chloride in a molten salt electrolytic cell.
塩素化炉では、酸化マグネシウム、一酸化炭素ガス、及び塩素ガスが投入され、酸化マグネシウムの塩素化が行われる。かかる反応は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物(例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等)の溶融塩中で行われることが好ましい。溶融塩中、酸化マグネシウムの溶解度は低く、塩化マグネシウムの溶解度は高いため、酸化マグネシウムは固体として存在し、塩化マグネシウムは液相中に存在する。また、酸化マグネシウムの塩素化反応では、二酸化炭素が発生する。したがって、塩素化炉をバッチ式とする場合、液相中の固体成分をモニタリングし、固体成分の減少量が一定以下になった場合に塩素化炉の内容物を溶融塩電解槽に輸送してよい。あるいは、塩素化炉中の二酸化炭素濃度を測定し、二酸化炭素濃度が事前に算出された値以上になった場合に塩素化炉の内容物を溶融塩電解槽に輸送してよい。 In the chlorination furnace, magnesium oxide, carbon monoxide gas, and chlorine gas are introduced, and the magnesium oxide is chlorinated. This reaction is preferably carried out in a molten salt of an alkali metal or alkaline earth metal chloride (e.g., sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, etc.). Because the solubility of magnesium oxide is low and the solubility of magnesium chloride is high in the molten salt, magnesium oxide exists as a solid, while magnesium chloride exists in the liquid phase. Furthermore, carbon dioxide is generated during the chlorination reaction of magnesium oxide. Therefore, when the chlorination furnace is a batch-type furnace, the solid components in the liquid phase can be monitored, and the contents of the chlorination furnace can be transported to a molten salt electrolytic cell when the decrease in the solid components falls below a certain level. Alternatively, the carbon dioxide concentration in the chlorination furnace can be measured, and the contents of the chlorination furnace can be transported to a molten salt electrolytic cell when the carbon dioxide concentration reaches or exceeds a predetermined value.
よって、塩素化炉は、液相中の固体成分の濃度を測定する測定器、及び/又は気相中の二酸化炭素濃度を測定する測定器を備えていてよい。液相中の固体成分の濃度を測定する測定器としては、懸濁液の吸光度や光の透過率を測定する吸光測定器が挙げられる。気相中の二酸化炭素濃度を測定する測定器としては、公知の二酸化炭素計が挙げられる。 Therefore, the chlorination furnace may be equipped with a measuring device that measures the concentration of solid components in the liquid phase and/or a measuring device that measures the carbon dioxide concentration in the gas phase. Measuring devices that measure the concentration of solid components in the liquid phase include absorption meters that measure the absorbance or light transmittance of the suspension. Measuring devices that measure the carbon dioxide concentration in the gas phase include well-known carbon dioxide meters.
また、塩素化炉をフロー式とする場合、未反応の酸化マグネシウムが塩素化炉から排出されないように、塩素化炉の排出口に固体状の酸化マグネシウムをトラップするフィルタを設けることが好ましい。 Furthermore, if the chlorination furnace is a flow type, it is preferable to install a filter at the exhaust port of the chlorination furnace to trap solid magnesium oxide so that unreacted magnesium oxide is not discharged from the chlorination furnace.
なお、塩素化炉の内容物は、溶融塩電解槽に輸送する前に液相から不純物を除去してもよい。また、塩素化炉の排出口に酸化マグネシウムをトラップするフィルタを設ける場合、フィルタの孔径は、微粒子状の不純物が通過する程度のサイズにしてよい。なお、微粒子状の不純物はさらに孔径が小さいフィルタ等を用いて別途回収すればよい。 In addition, impurities may be removed from the liquid phase of the contents of the chlorination furnace before being transported to the molten salt electrolytic cell. Furthermore, if a filter to trap magnesium oxide is installed at the outlet of the chlorination furnace, the pore size of the filter may be large enough to allow particulate impurities to pass through. Particulate impurities may be collected separately using a filter with an even smaller pore size.
塩素化炉で生成された無水金属塩化物は、供給経路を介して塩素化炉から溶融塩電解槽に液送される。ここで、かかる供給経路の途中で、無水金属塩化物を分離せずに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物の溶融塩と共に、無水金属塩化物を溶融塩電解槽に供給してよい。例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の溶融塩として塩化ナトリウムの溶融塩を用いる場合は、塩化マグネシウムが溶解した塩化ナトリウムの溶融塩を溶融塩電解槽に供給してもよい。 The anhydrous metal chloride produced in the chlorination furnace is transferred from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell via a supply path. At this point, the anhydrous metal chloride may be supplied to the molten salt electrolytic cell along with a molten salt of an alkali metal or alkaline earth metal chloride without being separated. For example, if a molten salt of sodium chloride is used as the molten salt of an alkali metal or alkaline earth metal, a molten salt of sodium chloride with magnesium chloride dissolved therein may be supplied to the molten salt electrolytic cell.
このようにして塩素化炉から供給される無水金属塩化物は、溶融塩電解槽の運転温度と異なる場合がある。したがって、溶融塩電解槽に供給される液相の温度と、溶融塩電解槽の温度を測定し、これらの温度に応じて溶融塩電解槽に供給される液相の温度を調整してもよい。したがって、溶融塩電解槽は溶融塩の温度を測定する温度計を備えてよく、塩素化炉から溶融塩電解槽の供給経路は供給物(液相)の温度を測定する温度計、並び供給物の温度を制御する冷却器及び/又は加熱器を備えてよい。 In this way, the anhydrous metal chloride supplied from the chlorination furnace may differ from the operating temperature of the molten salt electrolytic cell. Therefore, the temperature of the liquid phase supplied to the molten salt electrolytic cell and the temperature of the molten salt electrolytic cell may be measured, and the temperature of the liquid phase supplied to the molten salt electrolytic cell may be adjusted based on these temperatures. Therefore, the molten salt electrolytic cell may be equipped with a thermometer that measures the temperature of the molten salt, and the supply path from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell may be equipped with a thermometer that measures the temperature of the supply (liquid phase), as well as a cooler and/or heater that controls the temperature of the supply.
温度制御の例として、例えば、溶融塩電解槽が所望の反応温度よりも高い場合、溶融塩電解槽の溶融塩の温度より低い液相を塩素化炉から供給することで、溶融塩電解槽の温度を低下させてよく、溶融塩電解槽が所望の反応温度内にある場合、塩素化炉から供給する液相の温度を当該所望の反応温度に調整することで、液相を供給することによる温度変化を抑制してよい。 As an example of temperature control, if the molten salt electrolytic cell is at a temperature higher than the desired reaction temperature, the temperature of the molten salt electrolytic cell can be lowered by supplying a liquid phase from the chlorination furnace that is lower than the temperature of the molten salt in the molten salt electrolytic cell; if the molten salt electrolytic cell is within the desired reaction temperature, the temperature change caused by supplying the liquid phase can be suppressed by adjusting the temperature of the liquid phase supplied from the chlorination furnace to the desired reaction temperature.
溶融塩電解槽では、溶融塩中、無機塩化物を電気分解することで、塩素及びマグネシウムを生成する。陽極から生じる塩素は回収して再度塩素化炉で利用するために塩素化炉に供給する。また、マグネシウムは、溶融塩中では液化し、溶融塩液面に滞留する場合がある。そのような場合は、液化したマグネシウムを回収し、冷却することで固体状のマグネシウムを得ることができる。 In a molten salt electrolytic cell, inorganic chlorides are electrolyzed in molten salt to produce chlorine and magnesium. The chlorine produced at the anode is recovered and supplied to the chlorination furnace for reuse in the furnace. Magnesium may also liquefy in the molten salt and remain on the surface of the molten salt. In such cases, the liquefied magnesium can be recovered and cooled to obtain solid magnesium.
以下、塩素化炉による塩素化工程、及びその前段の工程について説明する。 The chlorination process using a chlorination furnace and the preceding process are explained below.
(第1実施形態)
本発明に係る第1実施形態の金属の製造方法は、一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガスにより金属酸化物から無水金属塩化物を生成する塩素化工程を含む。また、塩素化工程で排出される二酸化炭素ガス(CO2)を還元し、一酸化炭素ガス(CO)を生成するガス還元工程をさらに含んでよい。以下、具体的に、金属酸化物が酸化マグネシウム(MgO)であり、無水金属塩化物が無水塩化マグネシウム(MgCl2)の場合を例にして、説明する。
(First embodiment)
The method for producing a metal according to a first embodiment of the present invention includes a chlorination step in which an anhydrous metal chloride is produced from a metal oxide using a mixed gas of carbon monoxide gas and chlorine gas. The method may further include a gas reduction step in which carbon dioxide gas ( CO2 ) emitted in the chlorination step is reduced to produce carbon monoxide gas (CO). A specific example will be described below in which the metal oxide is magnesium oxide (MgO) and the anhydrous metal chloride is anhydrous magnesium chloride ( MgCl2 ).
(塩素化工程)
図1は、本実施形態の塩素化工程を実施するための装置構成(塩素化炉)を説明するための図である。図1に示すように、塩素化工程を実施する装置(塩素化炉)は、反応炉を有しており、反応炉は、反応部1(例えば、反応容器)と、反応部1を加熱する加熱部H(例えば、ヒータ)と、を備えている。
(Chlorination process)
Fig. 1 is a diagram illustrating the configuration of an apparatus (chlorination furnace) for carrying out the chlorination step of this embodiment. As shown in Fig. 1, the apparatus (chlorination furnace) for carrying out the chlorination step has a reactor, and the reactor is equipped with a reaction section 1 (e.g., a reaction vessel) and a heating section H (e.g., a heater) for heating the reaction section 1.
反応部1は、円筒状の本体部11と、本体部11の上部開口を塞ぐ上蓋部12と、本体部11の下部開口を塞ぐ下蓋部13と、を備えている。 The reaction unit 1 comprises a cylindrical main body 11, an upper lid 12 that closes the upper opening of the main body 11, and a lower lid 13 that closes the lower opening of the main body 11.
例えば、反応部1内に、酸化マグネシウムを入れる時には、上蓋部12を開けて、酸化マグネシウムを投入し、上蓋部12を閉める。 For example, when adding magnesium oxide to the reaction chamber 1, open the top lid 12, add the magnesium oxide, and then close the top lid 12.
逆に、処理後、生成された無水塩化マグネシウムを取出す時は、下蓋部13を開けて、無水塩化マグネシウムを取出し、下蓋部13を閉める。 Conversely, after processing, when removing the produced anhydrous magnesium chloride, open the bottom lid 13, remove the anhydrous magnesium chloride, and then close the bottom lid 13.
そして、反応部1の本体部11には、下側にガスを供給するガス供給管INと、上側にガスを非出するガス排気管OUTと、が接続されている。 The main body 11 of the reaction unit 1 is connected to a gas supply pipe IN that supplies gas to the lower side and a gas exhaust pipe OUT that exhausts gas to the upper side.
ガス供給管INには、一酸化炭素ガスと塩素ガスを混合するガスミキサーMから供給される混合ガス(処理ガス)のラインと、一般ガス(窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス)のラインと、が接続されており、バルブB1の制御で、ガス供給管INに供給するラインの切替えができるようになっている。例えば、一般ガスは、上蓋部12、及び、下蓋部13を開ける前の反応部1内のガス置換等の時に使用されてよい。 The gas supply pipe IN is connected to a line for mixed gas (process gas) supplied from a gas mixer M that mixes carbon monoxide gas and chlorine gas, and a line for general gas (inert gases such as nitrogen gas and argon gas). Valve B1 can be controlled to switch the line supplied to the gas supply pipe IN. For example, general gas may be used when replacing the gas in the reaction chamber 1 before opening the upper lid 12 and lower lid 13.
ガス排気管OUTは、2つのラインに分岐されるようになっており、一方のラインは、真空ポンプ(図示せず)に繋がっていてよく、他方のラインは、ガスの回収のためのガス処理設備(図示せず)に繋がっていてよい。なお、真空ポンプ(図示せず)の排気は、図示を省略しているが、塩素ガス等を無害化する無害化装置(例えば、スクラバー等)に送られてよい。 The gas exhaust pipe OUT branches into two lines, one of which may be connected to a vacuum pump (not shown), and the other may be connected to gas treatment equipment (not shown) for gas recovery. The exhaust from the vacuum pump (not shown) may be sent to a detoxification device (e.g., a scrubber, etc.) that detoxifies chlorine gas and other gases, although this is not shown.
ガス処理設備は、排ガスから塩素ガスを回収する塩素ガス回収部(塩素ガス回収装置)と、排ガスから二酸化炭素ガスを回収する二酸化炭素ガス回収部(二酸化炭素ガス回収装置)と、を主に備えてよい。 The gas treatment facility may mainly comprise a chlorine gas recovery section (chlorine gas recovery device) that recovers chlorine gas from the exhaust gas, and a carbon dioxide gas recovery section (carbon dioxide gas recovery device) that recovers carbon dioxide gas from the exhaust gas.
なお、ガス排気管OUTにおいても、排気を一方のライン側(真空ポンプ側)に送るか、他方のライン側(ガス処理設備側)に送るかの選択が、バルブB2の制御で行えるようにしてよい。 In addition, the gas exhaust pipe OUT may also be configured so that the choice of sending the exhaust to one line side (vacuum pump side) or the other line side (gas processing equipment side) can be made by controlling valve B2.
塩素化工程に先立ち、酸化マグネシウムを乾燥させる処理を実施してよい。乾燥処理は、例えば、反応部1内に酸化マグネシウムを投入し、上蓋部12を閉じて、反応部1を密閉状態にしたうえで、ガス供給管INからのガスの供給を行わないままで、ガス排気管OUTを真空ポンプ側のラインにして、反応部1内を真空引きしながら加熱部Hを駆動させ、反応部1内の温度が400℃以上になるように加熱することで実施してよい。 Prior to the chlorination step, a drying process may be carried out on the magnesium oxide. The drying process may be carried out, for example, by placing magnesium oxide in the reaction unit 1, closing the top lid 12 to seal the reaction unit 1, and then, without supplying gas from the gas supply pipe IN, connecting the gas exhaust pipe OUT to the vacuum pump side. While drawing a vacuum inside the reaction unit 1, the heating unit H is driven to heat the reaction unit 1 to a temperature of 400°C or higher.
このように、塩素化工程の一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガス(処理ガス)を供給する前の前処理として、酸化マグネシウムを真空加熱することで、酸化マグネシウムの表面に吸着している吸着水の除去を行うことができる。 In this way, by vacuum heating the magnesium oxide as a pretreatment before supplying the mixed gas (treatment gas) of carbon monoxide gas and chlorine gas in the chlorination process, it is possible to remove adsorbed water that has adsorbed to the surface of the magnesium oxide.
あるいは、塩素化炉に接続された加熱炉において、同様の工程により酸化マグネシウムを加熱処理して乾燥させてもよい。 Alternatively, the magnesium oxide can be heat-treated and dried using a similar process in a heating furnace connected to the chlorination furnace.
この後、行われる塩素化処理の温度としては、無水塩化マグネシウムが固体のまま生成されるようにする場合、無水塩化マグネシウムの融点(714℃)未満の温度で処理することになり、例えば、500℃から700℃程度の温度範囲で処理するのが良い。 The temperature of the subsequent chlorination treatment should be below the melting point of anhydrous magnesium chloride (714°C), so that anhydrous magnesium chloride is produced in solid form. For example, it is best to treat it at a temperature in the range of 500°C to 700°C.
あるいは、反応炉に、酸化マグネシウムと共にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物(例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等)を投入して、かかる塩化物の溶融塩中で酸化マグネシウムを塩素化してもよい。そのような場合、反応炉は、投入した金属塩化物塩の融点以上に加熱されることが好ましい。 Alternatively, an alkali metal or alkaline earth metal chloride (e.g., sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, etc.) can be added to the reactor along with magnesium oxide, and the magnesium oxide can be chlorinated in the molten salt of the chloride. In such cases, it is preferable to heat the reactor to a temperature above the melting point of the metal chloride salt added.
なお、塩素化処理の温度としては、300℃以上であることが好ましく、反応速度等を考えると、500℃から700℃程度の温度範囲にすることがより好ましい。 The temperature for the chlorination treatment is preferably 300°C or higher, and considering the reaction rate, a temperature range of approximately 500°C to 700°C is more preferable.
したがって、この酸化マグネシウムの真空加熱時の温度も500℃から700℃の範囲の温度にしておくと、処理ガスの供給を開始するだけで塩素化を開始できるため、真空加熱時の温度は、500℃から700℃の範囲に設定してもよい。 Therefore, if the temperature during vacuum heating of this magnesium oxide is set to a range of 500°C to 700°C, chlorination can begin simply by starting the supply of treatment gas, so the temperature during vacuum heating may be set to a range of 500°C to 700°C.
そして、所定の時間、真空加熱を行ったら、真空引き側のラインのバルブB2を閉めて、反応部1を封止状態にした後、ガス供給管INから処理ガス(一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガス)の供給を開始する。 After vacuum heating for a predetermined time, valve B2 on the vacuum side line is closed to seal the reaction unit 1, and then the supply of treatment gas (a mixture of carbon monoxide gas and chlorine gas) begins through the gas supply pipe IN.
その後、反応部1内の圧力が大気圧になったら、ガス排気管OUTからガス処理設備側に排ガスが供給できるようにバルブB2を制御して、他方のライン側(ガス処理設備側)に、排ガスが流れるようにする。 After that, when the pressure inside reaction section 1 reaches atmospheric pressure, valve B2 is controlled so that exhaust gas can be supplied from gas exhaust pipe OUT to the gas treatment equipment side, allowing exhaust gas to flow to the other line side (gas treatment equipment side).
つまり、ガス供給管INからガス排気管OUTに向かって、反応部1内に、処理ガスの流れができるようにする。なお、このようにガスを流したままで処理を行うことを吹流し処理と呼ぶ場合がある。 In other words, a flow of treatment gas is created within the reaction unit 1 from the gas supply pipe IN toward the gas exhaust pipe OUT. Note that performing treatment while the gas is still flowing in this manner is sometimes called streamer treatment.
このように、一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガス中で酸化マグネシウム(金属酸化物)を加熱すると、下記式(1)の反応が起こり、無水塩化マグネシウム(無水金属酸化物)が生成される。
MgO+CO+Cl2 → MgCl2+CO2・・・・・・・・・・・(1)
When magnesium oxide (metal oxide) is heated in a mixed gas of carbon monoxide gas and chlorine gas, the reaction of the following formula (1) occurs, producing anhydrous magnesium chloride (anhydrous metal oxide).
MgO+CO+Cl 2 → MgCl 2 +CO 2・・・・・・・・・・・・(1)
そして、ガス排気管OUTからは、反応に寄与しなかった一酸化炭素ガス、塩素ガス、及び、反応によって生成した二酸化炭素ガスが排出される。排ガスは、先に説明したガス処理設備(図示せず)に送られてよい。 Then, carbon monoxide gas and chlorine gas that did not contribute to the reaction, and carbon dioxide gas produced by the reaction, are discharged from the gas exhaust pipe OUT. The exhaust gas may be sent to the gas treatment equipment (not shown) described above.
ガス処理設備(図示せず)では、塩素ガス回収部で塩素ガスが回収され、その回収した塩素ガスは、再び、ガスミキサーMに送るための塩素ガスとして利用されてよい。 In the gas processing equipment (not shown), chlorine gas is recovered in the chlorine gas recovery section, and the recovered chlorine gas may be reused as chlorine gas to be sent to the gas mixer M.
また、二酸化炭素ガス回収部で二酸化炭素ガスが回収され、その回収された二酸化炭素ガスは、後ほど説明する、ガス還元工程に送られてよい。 In addition, carbon dioxide gas may be recovered in the carbon dioxide gas recovery section, and the recovered carbon dioxide gas may be sent to the gas reduction process, which will be described later.
さらに、残る一酸化炭素ガスについても、再び、ガスミキサーMに送るための一酸化炭素ガスとして利用される。 Furthermore, the remaining carbon monoxide gas is reused as carbon monoxide gas to be sent to the gas mixer M.
そして、無水塩化マグネシウムの生成が終わったら、反応部1への処理ガスの供給を止めるとともに、バルブB2を制御して、ガス処理設備(図示せず)への排気を止め、反応部1を封止した状態にし、加熱部Hの加熱を止めた後、バルブB2を制御して、ガス排気管OUTを真空ポンプ側のラインにして、反応部1内を真空引きする。真空引きの前には、少なくとも、600℃以下の温度まで反応部1内の温度が下がるのを待つことが好ましい。600℃以下の温度まで反応部1内の温度が下がるのを待った後、真空引きを行うのは、真空下では、無水塩化マグネシウムが650℃程度の温度で気化するため、生成された無水塩化マグネシウムが真空引きによって、反応部1外に排出されるのを防止するためである。 Once the production of anhydrous magnesium chloride is complete, the supply of process gas to reaction unit 1 is stopped, valve B2 is controlled to stop the exhaust to the gas processing equipment (not shown), reaction unit 1 is sealed, heating of heating unit H is stopped, and valve B2 is then controlled to connect gas exhaust pipe OUT to the vacuum pump line, and reaction unit 1 is evacuated. Before evacuating, it is preferable to wait for the temperature inside reaction unit 1 to drop to at least 600°C or below. The reason for waiting for the temperature inside reaction unit 1 to drop to 600°C or below before evacuating is to prevent the produced anhydrous magnesium chloride from being discharged from reaction unit 1 due to the vacuum, as anhydrous magnesium chloride vaporizes at a temperature of around 650°C under vacuum.
そして、反応部1の真空引きが終わったら、再び、バルブB2を制御して、反応部1を密閉状態にした後、ガス供給管INから一般ガス(例えば、窒素ガス)を反応部1に供給し、大気圧になったら、下蓋部13を開けて、無水塩化マグネシウムの取出しを行い、塩素化工程が終了する。 Once the evacuation of reaction unit 1 is complete, valve B2 is again controlled to seal reaction unit 1, and then general gas (e.g., nitrogen gas) is supplied to reaction unit 1 through gas supply pipe IN. Once atmospheric pressure is reached, lower lid 13 is opened and anhydrous magnesium chloride is removed, completing the chlorination process.
なお、以上は、バッチ式で塩素化炉を運転させる場合の処理の例である。フロー式で塩素化炉を運転させる場合、反応炉に、酸化マグネシウムと共にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物(例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等)を投入して、かかる塩化物の溶融塩中で酸化マグネシウムを塩素化することが好ましい。この場合、上述のとおり、溶融塩中、酸化マグネシウムが固体として存在し、塩化マグネシウムは液相中に存在する。したがって、塩素化炉から溶融塩電解槽に溶融塩を液送することで、塩化マグネシウムを液相として供給することができる。塩素化炉から溶融塩電解槽への供給経路の直前には、固体である酸化マグネシウムが輸送されないように、フィルタが設けられることが好ましい。また、フロー式の運転において、反応ガスは吹き流し等により供給すればよい。 The above is an example of a process when operating a chlorination furnace in batch mode. When operating a chlorination furnace in flow mode, it is preferable to charge an alkali metal or alkaline earth metal chloride (e.g., sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, etc.) along with magnesium oxide into the reactor and chlorinate the magnesium oxide in a molten salt of the chloride. In this case, as described above, magnesium oxide exists as a solid in the molten salt, and magnesium chloride exists in a liquid phase. Therefore, magnesium chloride can be supplied in liquid form by transferring the molten salt from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell. It is preferable to install a filter immediately before the supply path from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell to prevent the transport of solid magnesium oxide. Furthermore, in flow mode operation, the reaction gas can be supplied using a streamer or the like.
本実施形態に係る金属の製造システムは、塩素化炉から排出される二酸化炭素ガスを還元し、一酸化炭素ガスを生成するガス還元装置と、金属水酸化物を脱水処理し、前記塩素化炉に供給される前記金属酸化物を生成する加熱炉と、前記ガス還元装置から前記一酸化炭素ガスを前記塩素化炉に供給する供給経路と、前記加熱炉から前記金属酸化物を前記塩素化炉に供給する供給経路と、をさらに備えてよい。かかるシステムを用いることにより、塩素化炉から排出される二酸化炭素ガスから一酸化炭素ガスを生成し、塩素化工程において再利用することができる。また、金属酸化物を金属水酸化物から生成することができる。加熱炉の詳細については、第3実施形態において後述する。 The metal production system according to this embodiment may further include a gas reduction device that reduces carbon dioxide gas discharged from a chlorination furnace to produce carbon monoxide gas; a heating furnace that dehydrates metal hydroxides to produce the metal oxides to be supplied to the chlorination furnace; a supply path that supplies the carbon monoxide gas from the gas reduction device to the chlorination furnace; and a supply path that supplies the metal oxides from the heating furnace to the chlorination furnace. By using such a system, carbon monoxide gas can be produced from carbon dioxide gas discharged from the chlorination furnace and reused in the chlorination process. Metal oxides can also be produced from metal hydroxides. Details of the heating furnace will be described later in the third embodiment.
(ガス還元工程)
次に、ガス還元装置によるガス還元工程について説明する。ガス還元工程は、塩素化工程で排出された二酸化炭素ガス(つまり、塩素化炉において二酸化炭素ガス回収部で回収した二酸化炭素ガス)を還元し、一酸化炭素ガスを生成する工程である。
(Gas reduction process)
Next, the gas reduction process using the gas reduction device will be described. The gas reduction process is a process in which carbon dioxide gas discharged in the chlorination process (i.e., carbon dioxide gas recovered in the carbon dioxide gas recovery section of the chlorination furnace) is reduced to produce carbon monoxide gas.
なお、二酸化炭素ガスを一酸化炭素ガスに還元する技術は、様々な方法が公知であるので、ここでは、本実施形態において好適なものについて、簡単に、説明する。 Note that various methods are known for reducing carbon dioxide gas to carbon monoxide gas, so here we will briefly explain the method that is preferred in this embodiment.
例えば、特許文献2に開示されているような、下記式(2)の反応式(いわゆる、逆シフト反応)に従ったガス還元工程、つまり、ガス還元工程が、水素ガスを還元剤として二酸化炭素ガスを還元し、一酸化炭素ガスを生成する工程が挙げられる。
CO2+H2 → CO+H2O・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
For example, as disclosed in Patent Document 2, there is a gas reduction process according to the reaction formula (2) below (so-called reverse shift reaction), that is, the gas reduction process is a process in which carbon dioxide gas is reduced using hydrogen gas as a reducing agent to produce carbon monoxide gas.
CO 2 + H 2 → CO + H 2 O・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
先に示した式(1)に示したように、塩素化工程では、反応に寄与した一酸化炭素ガスと当量の二酸化炭素ガスが生成されるので、ガス還元工程においても、その生成された二酸化炭素ガスと当量の一酸化炭素ガスを生成することにより、塩素化工程とガス還元工程との間の過不足のないガスの循環ループが実現できる。 As shown in equation (1) above, in the chlorination process, an amount of carbon dioxide gas equivalent to the amount of carbon monoxide gas that contributed to the reaction is produced. Therefore, by producing an amount of carbon monoxide gas equivalent to the amount of carbon dioxide gas produced in the gas reduction process, a gas circulation loop with just the right amount of gas can be achieved between the chlorination process and the gas reduction process.
したがって、塩素化工程で発生した二酸化炭素ガスは、全てガス還元工程で一酸化炭素ガスにして、再度、塩素化工程で用いることが可能なため、無水金属塩化物の製造運転において、二酸化炭素ガスを大気放出するような廃棄手段の必要がない。 As a result, all carbon dioxide gas generated in the chlorination process can be converted into carbon monoxide gas in the gas reduction process and reused in the chlorination process, eliminating the need for disposal methods that release carbon dioxide gas into the atmosphere during the production operation of anhydrous metal chlorides.
また、別の方法としては、特許文献3に開示されているような二酸化炭素ガスを電気分解し、一酸化炭素ガスを生成する方法が挙げられる。 Another method is to electrolyze carbon dioxide gas to produce carbon monoxide gas, as disclosed in Patent Document 3.
このように、電気分解で、直接、二酸化炭素ガスを還元する方法の場合でも、投入した二酸化炭素ガスと生成する一酸化炭素ガスの量がほぼ同じになるので、塩素化工程とガス還元工程との間の過不足のないガスの循環ループが実現できる。 In this way, even when carbon dioxide gas is directly reduced by electrolysis, the amount of carbon dioxide gas input and the amount of carbon monoxide gas produced are roughly the same, so a gas circulation loop with no excess or deficiency between the chlorination process and the gas reduction process can be achieved.
一方、特許文献1で示されているように、炭酸マグネシウム鉱石を一酸化炭素ガスと塩素ガスで塩素化した場合、下記式(3)に示すように、使用する一酸化炭素ガスの倍の量の二酸化炭素ガスが生成されることになる。
MgCO3+CO+Cl2 → MgCl2+2CO2・・・・・・・・・(3)
On the other hand, as shown in Patent Document 1, when magnesium carbonate ore is chlorinated with carbon monoxide gas and chlorine gas, carbon dioxide gas is produced in an amount twice the amount of carbon monoxide gas used, as shown in the following formula (3).
MgCO 3 +CO+Cl 2 → MgCl 2 +2CO 2・・・・・・・・・(3)
このため、仮に、二酸化炭素ガスを一酸化炭素ガスにし、再利用することを考えたとしても、生成された二酸化炭素ガスのうちの半分しか、使用することができず、残る半分は大気放出などの廃棄手段に頼ることになる。 For this reason, even if carbon dioxide gas were converted into carbon monoxide gas and reused, only half of the carbon dioxide gas produced could be used, with the remaining half having to be disposed of by means such as being released into the atmosphere.
したがって、本実施形態のように、金属酸化物である酸化マグネシウムを一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガスで処理すると、塩素化工程で使用する一酸化炭素ガスとガス還元工程で生成する一酸化炭素ガスの量がほぼ一致するので、一酸化炭素ガスと二酸化炭素ガスとの間の過不足のないガスの循環ループが可能となり、二酸化炭素ガスを大気放出するような廃棄手段の必要がない。 Therefore, when magnesium oxide, a metal oxide, is treated with a mixed gas of carbon monoxide gas and chlorine gas, as in this embodiment, the amount of carbon monoxide gas used in the chlorination process and the amount of carbon monoxide gas produced in the gas reduction process are approximately the same, making it possible to create a gas circulation loop with just the right amount of carbon monoxide gas and carbon dioxide gas, and eliminating the need for disposal methods such as releasing carbon dioxide gas into the atmosphere.
また、本実施形態のように、酸化マグネシウムを無水塩化マグネシウムにするにあたって、炭素成分を含む還元剤として、一酸化炭素ガスしか用いていないため、コークス等の炭素系固体還元剤を用いたときのように、炭素系固体還元剤に起因する不純物(例えば、炭素粉、コークスに含まれる不純物)が、生成した無水塩化マグネシウム中に混じることが抑制されるという利点もある。 Furthermore, in this embodiment, when magnesium oxide is converted into anhydrous magnesium chloride, only carbon monoxide gas is used as a reducing agent containing a carbon component. This has the advantage of preventing impurities resulting from the carbon-based solid reducing agent (e.g., carbon powder, impurities contained in coke) from being mixed into the produced anhydrous magnesium chloride, as occurs when a carbon-based solid reducing agent such as coke is used.
(溶融塩電解工程)
次いで、溶融塩電解槽における溶融塩電解工程について説明する。溶融塩電解工程は、塩素化工程で生成された無水金属塩化物を材料として金属を生成する工程である。以下、塩素化工程で生成された無水塩化マグネシウムを材料に、電気分解でマグネシウムを生成する例を用いて説明する。
(Molten salt electrolysis process)
Next, the molten salt electrolysis process in the molten salt electrolytic cell will be described. The molten salt electrolysis process is a process for producing metals using the anhydrous metal chloride produced in the chlorination process as a raw material. Hereinafter, an example will be described in which magnesium is produced by electrolysis using the anhydrous magnesium chloride produced in the chlorination process as a raw material.
溶融塩電解工程は、例えばマグネシウムを製造するのに用いられている一手法であってよい。したがって、簡単に説明すると、溶融塩電解工程では、例えば、溶融塩電界槽(例えばレンガ炉)内で700℃前後の温度に塩化マグネシウムを加熱し、塩化マグネシウムを溶融する。 The molten salt electrolysis process may be, for example, a method used to produce magnesium. Briefly, in the molten salt electrolysis process, for example, magnesium chloride is heated to a temperature of around 700°C in a molten salt electrolysis tank (e.g., a brick furnace) to melt the magnesium chloride.
溶融塩電界槽内には、少なくとも一対の電極が設けられており、その電極間に電源を繋げ、2.5(V)以上の電圧をかけると、陽極で塩素ガスが発生し、陰極でマグネシウムが生成する。 At least one pair of electrodes is installed inside the molten salt electrolysis cell. When a power source is connected between the electrodes and a voltage of 2.5 V or more is applied, chlorine gas is generated at the anode and magnesium is produced at the cathode.
溶融塩電解工程で発生する塩素ガスは塩素化工程で使用されるようにしてもよい。 The chlorine gas generated in the molten salt electrolysis process may be used in the chlorination process.
(第2実施形態)
第2実施形態は、塩素化工程での処理温度を無水塩化マグネシウムの融点以上とする場合や、溶融塩中で塩素化工程を実施する場合に好適な方法について、説明する。
Second Embodiment
In the second embodiment, a method suitable for the case where the treatment temperature in the chlorination step is set to the melting point of anhydrous magnesium chloride or higher, or for the case where the chlorination step is carried out in molten salt will be described.
図2は、第2実施形態の塩素化工程を実施するための装置構成を説明するための図である。なお、図2で示す装置構成は、第1実施形態で説明した反応炉を含む装置構成と多くの点で類似するため、第1実施形態と同様の点については説明を省略する場合がある。 Figure 2 is a diagram illustrating the configuration of an apparatus for carrying out the chlorination step of the second embodiment. Note that the configuration of the apparatus shown in Figure 2 is similar in many respects to the configuration of the apparatus including the reactor described in the first embodiment, and therefore, a description of the same points as in the first embodiment may be omitted.
図2に示すように、反応炉として第1実施形態と異なる点は、下蓋部13(図1参照)が省略され、本体部11が有底状になっている点と、本体部11の上下方向中間部より少し上側に設けられ、バルブB3を有する配管で無水塩化マグネシウムを回収する回収部2に繋がっている点である。 As shown in Figure 2, the reactor differs from the first embodiment in that the lower lid 13 (see Figure 1) is omitted and the main body 11 has a bottom, and is connected to a recovery section 2 that recovers anhydrous magnesium chloride via piping with valve B3, located slightly above the vertical middle of the main body 11.
無水塩化マグネシウムを回収する回収部2は、天井を有し、下側に開口した円筒状の本体部21と、下側の開口を塞ぐ下蓋部22と、を備えている。 The recovery section 2, which recovers anhydrous magnesium chloride, comprises a cylindrical main body 21 with a ceiling and an opening on the bottom, and a lower lid 22 that closes the opening on the bottom.
そして、回収部2の本体部21は、先に述べたように、バルブB3を有する配管で反応炉の本体部11と繋がっているとともに、バルブB4を有する配管で真空ポンプ(図示せず)に繋がっている。なお、図示は省略しているが、回収部2にも一般ガスの供給が行えるように、バルブによって開閉制御されるガス配管が接続されていてよい。 As mentioned above, the main body 21 of the recovery unit 2 is connected to the main body 11 of the reactor via a pipe having valve B3, and is also connected to a vacuum pump (not shown) via a pipe having valve B4. Although not shown, a gas pipe controlled by a valve may also be connected to the recovery unit 2 so that general gas can be supplied.
塩素化処理の手順は、バルブB3を閉じて反応部1と回収部2の間が縁切りされた状態で行われ、塩素化工程での処理温度を無水塩化マグネシウムの融点以上とするか、溶融塩中で塩素化工程を実施することを除けば、第1実施形態と同様である。 The chlorination treatment procedure is the same as in the first embodiment, except that valve B3 is closed to isolate reaction section 1 from recovery section 2, and the treatment temperature in the chlorination step is set to or above the melting point of anhydrous magnesium chloride, or the chlorination step is carried out in molten salt.
具体的には、反応部1内に酸化マグネシウムを投入後、真空加熱を行って酸化マグネシウムの表面にある吸着水を除去するか、別途設けられた加熱炉において加熱を行って酸化マグネシウムの表面にある吸着水を除去し、その後、一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガス(処理ガス)を反応部1に供給し、無水塩化マグネシウムの生成を行う。 Specifically, after magnesium oxide is placed into reaction section 1, it is either vacuum heated to remove adsorbed water from the surface of the magnesium oxide, or heated in a separately provided heating furnace to remove adsorbed water from the surface of the magnesium oxide. After that, a mixed gas of carbon monoxide gas and chlorine gas (treatment gas) is supplied to reaction section 1 to produce anhydrous magnesium chloride.
なお、酸化マグネシウムの投入量は、回収部2との接続が行われている、バルブB3を有する配管の位置に届かない程度にすることが好ましい。 It is preferable to add magnesium oxide in an amount that does not reach the position of the pipe with valve B3, which is connected to recovery section 2.
この際、例えば、真空加熱から無水塩化マグネシウムの生成反応が終了するまでの間の温度を、無水塩化マグネシウムの融点以上、あるいは添加したアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物(例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等)塩の融点以上とすることが好ましい。また温度は、1200℃以下の温度(例えば1000℃前後)にすることが好ましい。 In this case, for example, it is preferable that the temperature from vacuum heating until the completion of the anhydrous magnesium chloride production reaction be set to a temperature above the melting point of the anhydrous magnesium chloride or above the melting point of the added alkali metal or alkaline earth metal chloride (e.g., sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, etc.). It is also preferable that the temperature be set to a temperature below 1200°C (e.g., around 1000°C).
このようにした場合の反応式自体は、式1で示したものと同じであるが、塩素化炉は無水塩化マグネシウムが融解する条件に保たれているので、無水塩化マグネシウムが生成されると、その無水塩化マグネシウムは液体の状態になる。なお、無水塩化マグネシウムの沸点は1412℃のため、無水塩化マグネシウムが沸騰しないように、塩素化炉の温度は例えば1400℃以下、又は1200℃以下に保たれることが好ましい。なお、酸化マグネシウムの融点は、2852℃である。 In this case, the reaction equation itself is the same as that shown in Equation 1, but because the chlorination furnace is maintained under conditions that melt the anhydrous magnesium chloride, once the anhydrous magnesium chloride is produced, it becomes liquid. Since the boiling point of anhydrous magnesium chloride is 1412°C, it is preferable to maintain the temperature of the chlorination furnace at, for example, 1400°C or below, or 1200°C or below, to prevent the anhydrous magnesium chloride from boiling. The melting point of magnesium oxide is 2852°C.
したがって、処理ガスの供給を第1実施形態と同様に吹き流しで行っても、無水塩化マグネシウムが蒸気として排出されること実質的に考えなくてもよい。 Therefore, even if the treatment gas is supplied using a streamer as in the first embodiment, there is essentially no need to worry about anhydrous magnesium chloride being emitted as vapor.
このようにすれば、無水塩化マグネシウム又は添加したアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物の溶融塩の液中をバブリングするように処理ガスが供給される。これにより、液中に含まれている反応前の酸化マグネシウムと処理ガスとの接触確率が高くなり、効率的に反応を進めることができる。 In this way, the treatment gas is supplied so that it bubbles through the liquid of anhydrous magnesium chloride or the molten salt of the added alkali metal or alkaline earth metal chloride. This increases the probability of contact between the treatment gas and the pre-reacted magnesium oxide contained in the liquid, allowing the reaction to proceed efficiently.
そして、所定の時間、塩素化処理を行った後、処理ガスの供給を停止するとともに、加熱部Hによる加熱を止め、反応部1を封止した状態にして、反応部1内の温度が、好ましくは600℃以下の温度まで下がるのを待つ。 After the chlorination treatment has been carried out for a predetermined time, the supply of treatment gas is stopped, heating by heating unit H is stopped, reaction unit 1 is left sealed, and it is waited for the temperature inside reaction unit 1 to drop, preferably to a temperature below 600°C.
この温度が下がるのを待っている間に、回収部2は、バルブB4を開にして真空ポンプで真空引きが行われ、例えば、10Pa以下の内圧になるまで真空引きが行われる。なお、真空引きが終わったら、バルブB4を閉じて、回収部2を真空封止状態にする。 While waiting for this temperature to drop, valve B4 is opened and the recovery unit 2 is evacuated using a vacuum pump until the internal pressure reaches, for example, 10 Pa or less. Once the evacuation is complete, valve B4 is closed, placing the recovery unit 2 in a vacuum-sealed state.
一方、反応部1内の温度が600℃以下になったら、反応部1内も真空引きを行い、例えば、10Pa以下の圧力になるまで真空引きが行われ、再び、反応部1は封止(真空封止)状態にされる。 On the other hand, when the temperature inside reaction unit 1 drops below 600°C, a vacuum is also drawn inside reaction unit 1, for example, until the pressure reaches 10 Pa or less, and reaction unit 1 is once again sealed (vacuum sealed).
その後、バルブB3を開け、反応部1と回収部2が繋がった状態にし、反応部1から回収部2に無水塩化マグネシウムを供給する。反応部1にアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物を添加しなかった場合は、例えば、加熱部Hを駆動させ、反応部1内の温度を無水塩化マグネシウムが気化する温度まで上げることにより回収部2に無水塩化マグネシウムを供給してよい。なお、無水塩化マグネシウムが真空状態の中にある場合、650℃を超える温度、例えば、700℃程度に加熱すると、無水塩化マグネシウムが気化する。 Then, valve B3 is opened to connect reaction section 1 and recovery section 2, and anhydrous magnesium chloride is supplied from reaction section 1 to recovery section 2. If no alkali metal or alkaline earth metal chloride has been added to reaction section 1, anhydrous magnesium chloride can be supplied to recovery section 2, for example, by operating heating section H and raising the temperature within reaction section 1 to a temperature at which the anhydrous magnesium chloride vaporizes. Note that if the anhydrous magnesium chloride is in a vacuum state, heating it to a temperature above 650°C, for example, around 700°C, will vaporize the anhydrous magnesium chloride.
この場合、気化した無水塩化マグネシウムは、回収部2に流れ込み、気化温度より低い温度になっている回収部2内において、液体又は固体に戻る。これにより、無水塩化マグネシウムが気体状でなくなるため、回収部2の圧力が下がり、反応部1から気体状態の無水塩化マグネシウムが、順次、流れ込むことになり、回収部2に無水塩化マグネシウムが回収される。 In this case, the vaporized anhydrous magnesium chloride flows into recovery section 2, where it returns to a liquid or solid state within recovery section 2, which is at a temperature lower than the vaporization temperature. As a result, the anhydrous magnesium chloride is no longer in a gaseous state, the pressure in recovery section 2 decreases, and gaseous anhydrous magnesium chloride flows in succession from reaction section 1, and anhydrous magnesium chloride is recovered in recovery section 2.
なお、図示は省略しているが、バルブB3を有する配管は、内部で無水塩化マグネシウムが固化しないように保温(加熱)する加熱機構を備えている。 Although not shown in the figure, the piping containing valve B3 is equipped with a heating mechanism that keeps the anhydrous magnesium chloride warm (heats it) inside to prevent it from solidifying.
そして、無水塩化マグネシウムの回収が終わったら、バルブB3を閉じて、加熱部Hの駆動を止めるとともに、回収部2内に一般ガス(例えば、窒素ガス)を供給して、回収部2内を大気圧にし、下蓋部22を開けて、回収部2から無水塩化マグネシウムを取出せば、塩素化工程が終わる。 Once the recovery of anhydrous magnesium chloride is complete, valve B3 is closed, heating unit H is stopped, and ordinary gas (e.g., nitrogen gas) is supplied into recovery unit 2 to restore atmospheric pressure within recovery unit 2. Lower lid 22 is then opened, and the anhydrous magnesium chloride is removed from recovery unit 2, completing the chlorination process.
なお、本実施形態でも、塩素化処理を行っている間、二酸化炭素ガスが生成されるが、その生成された二酸化炭素ガスを回収し、再び、ガス還元工程で一酸化炭素ガスに戻し、その一酸化炭素ガスが、再び、塩素化工程で使用される点は、第1実施形態と同じであるため、説明を省略する。 In this embodiment, carbon dioxide gas is also generated during the chlorination process, but this generated carbon dioxide gas is recovered and converted back into carbon monoxide gas in a gas reduction process, and this carbon monoxide gas is then used again in the chlorination process. This is the same as in the first embodiment, so further explanation will be omitted.
また上記したように、生成した無水塩化マグネシウムを蒸気回収すると、仮に反応できなかった酸化マグネシウムが存在したとしても、沸点の高い酸化マグネシウムは気化しないため、酸化マグネシウムのコンタミがほとんどない無水塩化マグネシウムとして回収できるという利点がある。 Furthermore, as mentioned above, when the produced anhydrous magnesium chloride is recovered as vapor, even if there is magnesium oxide that did not react, magnesium oxide has a high boiling point and does not vaporize, so there is the advantage that anhydrous magnesium chloride can be recovered with almost no magnesium oxide contamination.
なお、上記では、無水塩化マグネシウムを蒸気回収する処理の例について説明したが、反応部1から回収部2への無水塩化マグネシウムの回収は液体のまま実施されてよい。すなわち、回収部2には、無水塩化マグネシウムの融解塩、又はアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物に融解塩が混合した混合物が、液相として供給されてよい。このように液相で回収部2への供給を行うことにより、フロー式の運転を行うことも可能である。 Although the above describes an example of a process for recovering anhydrous magnesium chloride as vapor, recovery of the anhydrous magnesium chloride from reaction section 1 to recovery section 2 may be carried out in liquid form. That is, recovery section 2 may be supplied with a molten salt of anhydrous magnesium chloride, or a mixture of a molten salt mixed with an alkali metal or alkaline earth metal chloride, in the liquid phase. Supplying the liquid phase to recovery section 2 in this way also makes it possible to perform flow-type operation.
(第3実施形態)
ところで、我が国は資源に乏しいといわれているが、マグネシウム資源は、海水中に豊富に存在し、例えば、イオン交換膜浸透法で濃縮したにがり水をアルカリ処理すると、金属水酸化物である水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)が得られ、また水酸化マグネシウムは、数百℃の加熱で脱水反応が起こり、金属酸化物である酸化マグネシウムになる。
(Third embodiment)
Although Japan is said to be poor in natural resources, magnesium resources are abundant in seawater. For example, when bittern water concentrated using the ion exchange membrane permeation method is treated with alkali, magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ), a metal hydroxide, is obtained. Furthermore, when magnesium hydroxide is heated to several hundred degrees Celsius, a dehydration reaction occurs and it becomes magnesium oxide, a metal oxide.
なお、アルカリ処理とは、例えば、酸化カルシウム(CaO)、水酸化ナトリウム(NaOH)等をにがり水に入れることで、にがり水中の塩化マグネシウムを溶解度の低い水酸化マグネシウムにして析出させ、濾過回収する処理である。 Alkali treatment is a process in which, for example, calcium oxide (CaO), sodium hydroxide (NaOH), etc. are added to the bittern water to convert the magnesium chloride in the bittern water into magnesium hydroxide, which has low solubility, and precipitates it, which is then filtered and collected.
したがって、このようにして製造した酸化マグネシウムを用いるようにすれば、世界情勢などの影響を受けない安定した原材料確保ができる。 Therefore, by using magnesium oxide produced in this way, it is possible to secure a stable supply of raw materials that is not affected by global situations, etc.
このため、先に説明した実施形態の塩素化工程において、用いられる酸化マグネシウム(金属酸化物)が、水酸化マグネシウム(金属水酸化物)を加熱して脱水する脱水処理で生成したものとしてもよい。第3実施形態として、この脱水処理を含む場合について、簡単に説明する。第3実施形態において、本実施形態に係る金属の製造システムは、金属水酸化物を脱水処理し、塩素化炉に供給される金属酸化物を生成する加熱炉をさらに備える。かかるシステムを用いることにより、金属酸化物を金属水酸化物から生成することができる。 For this reason, the magnesium oxide (metal oxide) used in the chlorination process of the previously described embodiments may be produced by a dehydration process in which magnesium hydroxide (metal hydroxide) is heated to dehydrate it. A case in which this dehydration process is included will be briefly described as a third embodiment. In the third embodiment, the metal production system according to this embodiment further includes a heating furnace that dehydrates the metal hydroxide and produces metal oxide to be supplied to the chlorination furnace. By using such a system, metal oxide can be produced from metal hydroxide.
以下では、本実施形態の金属の製造方法が、金属水酸化物を脱水処理し、金属酸化物を生成する脱水工程を備え、脱水工程で生成した金属酸化物が塩素化工程で用いられる場合について、説明する。 The following describes a case where the metal production method of this embodiment includes a dehydration process in which a metal hydroxide is dehydrated to produce a metal oxide, and the metal oxide produced in the dehydration process is used in the chlorination process.
先に説明したように、酸化マグネシウムは水和物を形成する材料ではないものの、表面には吸着水が吸着する場合がある。 As explained earlier, magnesium oxide is not a material that forms hydrates, but water may adsorb to its surface.
このため、第1実施形態では、一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガス(処理ガス)を供給する前の塩素化工程の前処理として真空加熱を実施することについて説明した。本実施形態では、金属水酸化物から金属酸化物を生成し、その金属酸化物を塩素化工程で用いるために、この前処理により脱水を行えばよい。 For this reason, in the first embodiment, vacuum heating was described as a pretreatment for the chlorination process before the mixed gas (process gas) of carbon monoxide gas and chlorine gas was supplied. In this embodiment, metal oxide is produced from metal hydroxide, and this metal oxide is then dehydrated by this pretreatment in order to be used in the chlorination process.
つまり、脱水工程を、塩素化工程の混合ガス(処理ガス)を供給する前の前処理として、塩素化工程を行う反応炉(例えば、反応部1内)又は反応炉に連結した加熱炉で実施すれば、脱水工程から塩素化工程及び融解塩電解を一連とした効率的な製造方法とすることができる。なお、反応炉が反応部1に脱水処理後の材料を供給可能に設けられた脱水処理部を有する形態でもよい。 In other words, if the dehydration process is carried out as a pretreatment before supplying the mixed gas (treated gas) for the chlorination process in the reactor where the chlorination process is carried out (for example, in reaction section 1) or in a heating furnace connected to the reactor, it will be possible to create an efficient production method that combines the dehydration process, chlorination process, and molten salt electrolysis in a single process. The reactor may also have a dehydration processing section that is capable of supplying dehydrated material to reaction section 1.
したがって、本実施形態の脱水工程は、第1実施形態での酸化マグネシウムから吸着水を除去するための真空加熱工程と同様に実施することができ、その後の塩素化工程、ガス還元工程、及び溶融塩電解工程は、第1実施形態、及び、第2実施形態で説明したと同様に実施できる。 Therefore, the dehydration process in this embodiment can be carried out in the same manner as the vacuum heating process for removing adsorbed water from magnesium oxide in the first embodiment, and the subsequent chlorination process, gas reduction process, and molten salt electrolysis process can be carried out in the same manner as described in the first and second embodiments.
(第4実施形態)
第3実施形態では、にがり水をアルカリ処理することで水酸化マグネシウムを得て、その水酸化マグネシウムを脱水処理することで酸化マグネシウムを得る方法について、説明したが、第4実施形態として、海水、又は、にがり水から水酸化マグネシウムを得る別の方法について、説明する。
(Fourth embodiment)
In the third embodiment, a method was described in which magnesium hydroxide is obtained by alkaline treatment of bittern water, and then magnesium oxide is obtained by dehydrating the magnesium hydroxide. In the fourth embodiment, another method for obtaining magnesium hydroxide from seawater or bittern water will be described.
海水やにがり水を、電源に接続された陽極と陰極を設けた電気分解炉に入れ、電気を流し、直接、電気分解する電解工程を行えば、陽極から塩素ガスが発生し、陰極から水素ガスが発生するが、この反応によって、海水やにがり水中の水素イオン(H+)、及び、塩素イオン(Cl-)が減少する。なお、海水とにがり水を混ぜた混合水であっても同様の反応が起きるため、海水とにがり水の混合水であってもよい。 If seawater or bittern water is placed in an electrolysis furnace equipped with an anode and a cathode connected to a power source, and electricity is passed through to perform an electrolysis process in which direct electrolysis occurs, chlorine gas is generated from the anode and hydrogen gas is generated from the cathode, and this reaction reduces the hydrogen ions (H + ) and chlorine ions (Cl - ) in the seawater or bittern water. Note that a similar reaction occurs in a mixed water of seawater and bittern water, so a mixed water of seawater and bittern water may also be used.
そして、水素イオンの減少に伴い、水酸化イオン(OH-)の割合が増加することになるため、水溶液はアルカリ性になるが、塩素イオンの減少によって、電気的な中性が保てていないマグネシウムイオン(Mg2+)の割合も増加しているため、これらが反応し、水酸化マグネシウムが生成される。つまり、塩化マグネシウムの塩素の減少を補うように水酸基が反応し、水酸化マグネシウムが生成される。 As the hydrogen ions decrease, the proportion of hydroxide ions (OH - ) increases, making the solution alkaline, but as the chlorine ions decrease, the proportion of magnesium ions (Mg 2+ ), which are not electrically neutral, also increases, and these react to produce magnesium hydroxide. In other words, the hydroxyl groups react to compensate for the decrease in chlorine in magnesium chloride, producing magnesium hydroxide.
しかしながら、水酸化マグネシウムは水への溶解度が小さいため、海水やにがり水中に析出することとなるので、簡単に、水酸化マグネシウムを濾過回収することが可能である。 However, because magnesium hydroxide has low solubility in water, it precipitates in seawater or bittern water, making it easy to recover by filtration.
この場合、上述のように、陽極からは塩素ガスも発生するため、この塩素ガスを塩素ガス回収装置で回収すれば、この回収した塩素ガスを塩素化工程で用いる塩素ガスに利用できるという利点がある。 In this case, as mentioned above, chlorine gas is also generated from the anode, so if this chlorine gas is recovered using a chlorine gas recovery device, there is the advantage that the recovered chlorine gas can be used as chlorine gas in the chlorination process.
したがって、無水金属塩化物の製造方法が、海水、にがり水、又は、海水とにがり水の混合水を電気分解し、水酸化マグネシウム(金属水酸化物)と塩素ガスを生成する電解工程を備え、その電解工程で生成した水酸化マグネシウムが第3実施形態で説明した脱水工程で用いられるようにし、さらに、その電解工程で生成した塩素ガスを塩素ガス回収装置で回収し、その回収した塩素ガスを塩素化工程で用いるようにすれよい。 Therefore, the method for producing anhydrous metal chlorides includes an electrolysis step in which seawater, bittern water, or a mixture of seawater and bittern water is electrolyzed to produce magnesium hydroxide (metal hydroxide) and chlorine gas, and the magnesium hydroxide produced in the electrolysis step is used in the dehydration step described in the third embodiment. Furthermore, the chlorine gas produced in the electrolysis step is recovered in a chlorine gas recovery device, and the recovered chlorine gas is used in the chlorination step.
(その他の形態)
第4実施形態で説明したように、海水、にがり水、又は、海水とにがり水の混合水を電気分解する電解工程では、水酸化マグネシウム、塩素ガス(Cl2)に加え、水素ガス(H2)も生成されるので、その塩素ガスと水素ガスを反応させることで塩化水素ガス(HCl)を生成することができる(式(4)参照)。
Cl2+H2 → 2HCl・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
(Other forms)
As described in the fourth embodiment, in the electrolysis process in which seawater, bittern water, or a mixture of seawater and bittern water is electrolyzed, hydrogen gas (H 2 ) is also produced in addition to magnesium hydroxide and chlorine gas (Cl 2 ), and hydrogen chloride gas (HCl) can be produced by reacting the chlorine gas with the hydrogen gas (see formula (4)).
Cl 2 +H 2 → 2HCl・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
そして、塩化水素ガスは、塩素化工程で示した300℃以上、1200℃以下の温度であれば、酸化マグネシウムと速やかに反応し、塩化マグネシウムが生成される(式(5)参照)。
MgO+2HCl → MgCl2+H2O・・・・・・・・・・・・・(5)
If the temperature is 300° C. or higher and 1200° C. or lower as shown in the chlorination step, the hydrogen chloride gas reacts quickly with magnesium oxide to produce magnesium chloride (see formula (5)).
MgO+2HCl → MgCl 2 +H 2 O・・・・・・・・・・・・(5)
したがって、電解工程で生成される塩素ガスに加え、水素ガス回収装置で水素ガスも回収するようにし、その塩素ガス、及び、水素ガスを反応させ、塩化水素ガスを生成するガス生成工程を設けるようにすれば、これまで説明してきた塩素化工程の一酸化炭素ガスと塩素ガスの混合ガスを用いる態様に代えて、塩化水素ガスを用いるようにしても塩化マグネシウムの生成が可能である。 Therefore, if hydrogen gas is recovered in a hydrogen gas recovery device in addition to the chlorine gas produced in the electrolysis process, and a gas production process is provided in which the chlorine gas and hydrogen gas are reacted to produce hydrogen chloride gas, magnesium chloride can be produced using hydrogen chloride gas instead of the mixed gas of carbon monoxide gas and chlorine gas used in the chlorination process described above.
なお、式(5)に示したように、反応副生成物として水(H2O)が発生するが、これまで説明してきた通り、塩素化工程をガスの吹流し処理で行えば、つまり、塩化水素ガスの吹流し処理で行えば、発生した水が反応部1から排気され続けるため、水が無くなるまでの間、処理を行うことで無水塩化マグネシウムが得られる。 As shown in formula (5), water ( H2O ) is generated as a reaction by-product. However, as explained above, if the chlorination process is carried out using a gas blow-off process, that is, if hydrogen chloride gas is used, the generated water will continue to be exhausted from the reaction section 1, and anhydrous magnesium chloride can be obtained by continuing the process until the water runs out.
そして、塩化水素ガスには炭素成分が含まれていないため、この処理によって二酸化炭素が発生することはない。 And because hydrogen chloride gas does not contain any carbon, no carbon dioxide is produced during this process.
このことから、無水金属塩化物の製造方法が、海水、にがり水、又は、海水とにがり水の混合水を電気分解し、水酸化マグネシウム(金属水酸化物)、塩素ガス、及び、水素ガスを生成する電解工程と、塩素ガスと水素ガスを反応させ、塩化水素ガスを生成するガス生成工程と、水酸化マグネシウム(金属水酸化物)を脱水処理し、酸化マグネシウム(金属酸化物)を生成する脱水工程と、塩化水素ガス中で酸化マグネシウム(金属酸化物)を300℃以上、1200℃以下に加熱し、無水塩化マグネシウム(無水金属塩化物)を生成する塩素化工程と、を備えるものとしても、二酸化炭素の大気放出などを行う必要のない無水塩化マグネシウム(無水金属塩化物)の製造方法を実現することができる。 For this reason, even if a method for producing anhydrous metal chloride includes an electrolysis process in which seawater, bittern water, or a mixture of seawater and bittern water is electrolyzed to produce magnesium hydroxide (metal hydroxide), chlorine gas, and hydrogen gas; a gas production process in which chlorine gas and hydrogen gas are reacted to produce hydrogen chloride gas; a dehydration process in which magnesium hydroxide (metal hydroxide) is dehydrated to produce magnesium oxide (metal oxide); and a chlorination process in which magnesium oxide (metal oxide) is heated to 300°C or higher and 1200°C or lower in hydrogen chloride gas to produce anhydrous magnesium chloride (anhydrous metal chloride), it is still possible to achieve a method for producing anhydrous magnesium chloride (anhydrous metal chloride) that does not require the release of carbon dioxide into the atmosphere.
以上、具体的な実施形態では、金属酸化物が酸化マグネシウムであり、無水金属塩化物が無水塩化マグネシウムである場合を例にして説明してきたが、本発明は具体的な実施形態に限定されるものではない。例えば、金属酸化物が酸化チタン(TiO)であり、無水金属塩化物が四塩化チタン(TiCl4)であってもよい。 Although the specific embodiment has been described above using an example in which the metal oxide is magnesium oxide and the anhydrous metal chloride is anhydrous magnesium chloride, the present invention is not limited to the specific embodiment. For example, the metal oxide may be titanium oxide (TiO) and the anhydrous metal chloride may be titanium tetrachloride ( TiCl4 ).
また、実施形態では、一酸化炭素ガスと塩素ガスをガスミキサーMで混合して均一に分散した状態で反応部1に供給するようにしていた。 In addition, in this embodiment, carbon monoxide gas and chlorine gas are mixed in a gas mixer M and supplied to the reaction section 1 in a uniformly dispersed state.
このようにガスミキサーMで均質分散混合された混合ガスは、ガスの比重の差による分離が発生しない。例えば、空気中には、主に酸素ガスと窒素ガスが存在するが、空気は、これらのガスが均質分散混合された状態となっているため、比重によるガスの分離が発生せず、結果、人が窒息しないのと同様に、ガス分離が発生しない混合を行うのがガスミキサーMである。なお、ガスミキサー自体は、混合ガスのボンベを作るときに、ボンベ内でガス分離が起きないようにするために一般に使用される装置である。 In this way, mixed gases that have been homogeneously dispersed and mixed by the Gas Mixer M do not separate due to differences in specific gravity. For example, oxygen gas and nitrogen gas are mainly present in air, but because these gases are homogeneously dispersed and mixed in air, gas separation due to specific gravity does not occur. As a result, just as people do not suffocate, the Gas Mixer M performs mixing that does not cause gas separation. The gas mixer itself is a device that is generally used when creating mixed gas cylinders to prevent gas separation within the cylinder.
このため、一対一の割合で一酸化炭素ガスと塩素ガスをガスミキサーMに送って均質分散混合した混合ガスを反応部1に供給すると、酸化マグネシウムに対して均一に反応等量比(一対一の割合)の混合ガスが接触することになるため、反応効率をよくすることができる。 For this reason, if carbon monoxide gas and chlorine gas are sent to the gas mixer M in a 1:1 ratio and the resulting homogeneously dispersed mixed gas is supplied to the reaction section 1, the mixed gas will come into contact with the magnesium oxide at a uniform reaction equivalence ratio (1:1), improving reaction efficiency.
しかしながら、ガスミキサーMを通さずに一酸化炭素ガスと塩素ガスを合流させて反応部1に供給するようにしても塩素化処理自体は可能であるため、ガスミキサーMで混合ガスにすることが必須というわけではない。 However, the chlorination process itself can be carried out by combining carbon monoxide gas and chlorine gas and supplying them to the reaction section 1 without passing them through the gas mixer M, so it is not necessary to use the gas mixer M to create a mixed gas.
さらに、第1実施形態では、生成した無水塩化マグネシウムを取出すまでの間、無水塩化マグネシウムを気化させないように取扱っていたが、無水塩化マグネシウムを生成するまでの処理温度は、無水塩化マグネシウムの融点未満の温度として、無水塩化マグネシウムを生成した後に、塩素化工程での無水塩化マグネシウムの回収を第2実施形態のように蒸気回収(反応部1から気体状態で回収部2に送り、回収部2で固化させて回収)するようにしてもよい。 Furthermore, in the first embodiment, the anhydrous magnesium chloride was handled so as not to vaporize until it was extracted. However, the treatment temperature until the anhydrous magnesium chloride was produced may be set to a temperature below the melting point of the anhydrous magnesium chloride, and after the anhydrous magnesium chloride is produced, the anhydrous magnesium chloride may be recovered in the chlorination step as vapor recovery (sent in gaseous form from reaction section 1 to recovery section 2, where it is solidified and recovered) as in the second embodiment.
このようにすれば、先に説明したように、仮に、反応していない酸化マグネシウムが存在していたとしても、その酸化マグネシウムのコンタミを抑制した無水塩化マグネシウムを得ることができる。 By doing this, as explained above, even if unreacted magnesium oxide is present, it is possible to obtain anhydrous magnesium chloride with reduced contamination by that magnesium oxide.
このように、具体的な実施形態に、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。 As such, appropriate modifications and improvements to the specific embodiments are also included within the technical scope of the present invention, and this will be clear to those skilled in the art from the claims.
1…反応部、11…本体部、12…上蓋部、13…下蓋部、2…回収部、21…本体部、22…下蓋部、B1,B2,B3,B4…バルブ、H…加熱部、M…ガスミキサー、IN…ガス供給管、OUT…ガス排気管。 1...Reaction section, 11...Main body section, 12...Top lid section, 13...Bottom lid section, 2...Recovery section, 21...Main body section, 22...Bottom lid section, B1, B2, B3, B4...Valves, H...Heating section, M...Gas mixer, IN...Gas supply pipe, OUT...Gas exhaust pipe.
Claims (4)
前記無水金属塩化物を電気分解して金属を生成する溶融塩電解槽と、
前記塩素化炉から前記溶融塩電解槽に前記無水金属塩化物を供給する供給経路と、
前記溶融塩電解槽から前記塩素化炉に前記電気分解により生じた塩素ガスを供給する供給経路と、を備え、
前記無水金属塩化物は、気体の状態で前記塩素化炉から回収され、
前記金属酸化物は、酸化マグネシウムであり、
前記無水金属塩化物は、無水塩化マグネシウムである、
金属の製造システム。 a chlorination furnace for chlorinating metal oxides at 300 to 700°C to produce anhydrous metal chlorides;
a molten salt electrolytic cell for electrolyzing the anhydrous metal chloride to produce a metal;
a supply path for supplying the anhydrous metal chloride from the chlorination furnace to the molten salt electrolytic cell;
a supply path for supplying chlorine gas generated by the electrolysis from the molten salt electrolytic cell to the chlorination furnace,
The anhydrous metal chloride is recovered from the chlorination furnace in a gaseous state ;
the metal oxide is magnesium oxide;
The anhydrous metal chloride is anhydrous magnesium chloride.
Metal manufacturing systems.
前記ガス排気管に接続されるガス処理設備であって、前記ガス排気管を通る前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素ガス回収部と、前記排ガスから塩素ガスを回収する塩素ガス回収部と、を備えるガス処理設備と、
前記排ガスから回収された前記二酸化炭素ガスを還元し、一酸化炭素ガスを生成するガス還元装置と、をさらに備え、
前記ガス処理設備は、前記排ガスから回収された前記塩素ガスを、前記塩素化炉に供給する、
請求項1に記載の製造システム。 a gas exhaust pipe for supplying exhaust gas from the chlorination furnace;
a gas treatment facility connected to the gas exhaust pipe, the gas treatment facility including: a carbon dioxide gas recovery unit that recovers carbon dioxide from the exhaust gas passing through the gas exhaust pipe; and a chlorine gas recovery unit that recovers chlorine gas from the exhaust gas;
a gas reduction device that reduces the carbon dioxide gas recovered from the exhaust gas to generate carbon monoxide gas,
The gas treatment facility supplies the chlorine gas recovered from the exhaust gas to the chlorination furnace.
The manufacturing system of claim 1 .
金属水酸化物を脱水処理し、前記塩素化炉に供給される前記金属酸化物を生成する加熱炉と、
前記ガス還元装置から前記一酸化炭素ガスを前記塩素化炉に供給する供給経路と、
前記加熱炉から前記金属酸化物を前記塩素化炉に供給する供給経路と、
をさらに備える、請求項1に記載の製造システム。 a gas reduction device that reduces carbon dioxide gas discharged from the chlorination furnace to generate carbon monoxide gas;
a heating furnace for dehydrating the metal hydroxide to produce the metal oxide to be supplied to the chlorination furnace;
a supply path for supplying the carbon monoxide gas from the gas reduction device to the chlorination furnace;
a supply path for supplying the metal oxide from the heating furnace to the chlorination furnace;
The manufacturing system of claim 1 further comprising:
生成した前記無水金属塩化物を前記溶融塩電解槽に供給することと、
前記溶融塩電解槽において前記無水金属塩化物を電気分解することで、金属及び塩素ガスを生成することと、
生成した前記塩素ガスを前記塩素化炉に供給することと、
を含む、
請求項1に記載の製造システムを用いた金属の製造方法。
chlorinating the metal oxide with a mixed gas of carbon monoxide gas and chlorine gas in the chlorination furnace to produce anhydrous metal chloride;
supplying the produced anhydrous metal chloride to the molten salt electrolytic cell;
electrolyzing the anhydrous metal chloride in the molten salt electrolytic cell to produce metal and chlorine gas;
supplying the produced chlorine gas to the chlorination furnace;
Including,
A method for manufacturing a metal using the manufacturing system according to claim 1.
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