JPS5948957B2 - 改善されたアルミニウムの電解製造法 - Google Patents
改善されたアルミニウムの電解製造法Info
- Publication number
- JPS5948957B2 JPS5948957B2 JP213177A JP213177A JPS5948957B2 JP S5948957 B2 JPS5948957 B2 JP S5948957B2 JP 213177 A JP213177 A JP 213177A JP 213177 A JP213177 A JP 213177A JP S5948957 B2 JPS5948957 B2 JP S5948957B2
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- Japan
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- aluminum
- bath
- weight
- electrodes
- electrolytic
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアルミニウム塩化物を溶融塩電解して工業的に
有利にアルミニウムを製造する方法に関する。
有利にアルミニウムを製造する方法に関する。
従来、アルミニウムは工業的には酸化アルミニウム（ア
ルミナ）を溶融氷晶石を主体とする金属フッ化物溶融塩
電解浴に溶解し、炭素を陽極として電解する所謂ホール
・エルー法によつて製造されている。
ルミナ）を溶融氷晶石を主体とする金属フッ化物溶融塩
電解浴に溶解し、炭素を陽極として電解する所謂ホール
・エルー法によつて製造されている。
而し乍らホール・エルー法は原理的にアルミナの電解還
元に多量の電気エネルギーを必要とし、事実アルミニウ
ムをｌトン製造するために要する電力、即ち電力原単位
は１４０００ｋＷｈ／をあ’るいはそれ以上となるため
、電気エネルギー消費を低減し得るアルミニウムの製造
技術の開発が強く要請されている。ホール・エルー法に
代る有望な省電気エネルギー型のアルミニウムの製造法
としては、アルミニウム塩化物をＮａＣＬＫＣＩなどの
アルカリ金属塩化物溶融塩浴に溶かして電解する塩化ア
ルミニウム電解法が知られている。
元に多量の電気エネルギーを必要とし、事実アルミニウ
ムをｌトン製造するために要する電力、即ち電力原単位
は１４０００ｋＷｈ／をあ’るいはそれ以上となるため
、電気エネルギー消費を低減し得るアルミニウムの製造
技術の開発が強く要請されている。ホール・エルー法に
代る有望な省電気エネルギー型のアルミニウムの製造法
としては、アルミニウム塩化物をＮａＣＬＫＣＩなどの
アルカリ金属塩化物溶融塩浴に溶かして電解する塩化ア
ルミニウム電解法が知られている。
この塩化アルミニウム溶融電解法は電解温度がホール・
エルー法に較べて約３００℃低い７００℃附近の温度で
操業が出来ること、また陽極反応が塩素生成反応である
ため、陽極に用いられる黒鉛電極が非消耗となることな
ど幾多の利点を有するに拘らず、高温の塩化アルミニウ
ム及び生成塩素ガス等の取扱いが厄介なこと、更には適
当な耐浴材料が工業的に得られないことなどの理由で、
長い間工業的に利用されずに放置されてきたが、近年に
なつて米国アルコア社から新しい電解装置と新しい浴組
成の電解浴による塩化アルミニウム電解法（アルコア法
）が提案され（特開昭４８−３６００６および特開昭４
８−Ｊ５０９１０）、俄かに工業的に着目されるに至つ
た。このアルコア法は電気伝導度の高いＬｉＣｌを高濃
度に配合したＡｌＣｌ３−ＬｉＣｌ−ＮａＣｌ系の溶融
塩電解浴を使用し、窒化物基体の耐火材料で内張りした
槽内に炭素（黒鉛）電極板を適当な間隙をおいて・積層
に積みあげ水平二重電極を構成させた電解槽を用いて浴
温約７００℃、電極間距離１５ｍｍ前後、電流密度ＩＡ
／ｃｍ・附近で電解することにより、塩素ガスを陽極面
に生成させ、溶融金属アルミニウムを陰極面に生成させ
るものであるが、耐火性及び耐蝕性の優れた特殊材料を
電解槽容器に用い、浴の電圧降下を軽減するために電気
伝導度の高いＬｉＣｌを溶融塩電解浴成分として導入し
て電力原単位を低減せしめるために極間距離を狭めた点
に特徴を有する。しかしながら電解浴に混用される塩化
リチウムは工業的に高価であり、またこの系の電解浴を
用いた場合の電流効率はせいぜい約８５％程度であるた
め電力原単位の向上には限界があり、従つて工業的に一
層有利なアルミニウムの製造法の開発が望まれている。
エルー法に較べて約３００℃低い７００℃附近の温度で
操業が出来ること、また陽極反応が塩素生成反応である
ため、陽極に用いられる黒鉛電極が非消耗となることな
ど幾多の利点を有するに拘らず、高温の塩化アルミニウ
ム及び生成塩素ガス等の取扱いが厄介なこと、更には適
当な耐浴材料が工業的に得られないことなどの理由で、
長い間工業的に利用されずに放置されてきたが、近年に
なつて米国アルコア社から新しい電解装置と新しい浴組
成の電解浴による塩化アルミニウム電解法（アルコア法
）が提案され（特開昭４８−３６００６および特開昭４
８−Ｊ５０９１０）、俄かに工業的に着目されるに至つ
た。このアルコア法は電気伝導度の高いＬｉＣｌを高濃
度に配合したＡｌＣｌ３−ＬｉＣｌ−ＮａＣｌ系の溶融
塩電解浴を使用し、窒化物基体の耐火材料で内張りした
槽内に炭素（黒鉛）電極板を適当な間隙をおいて・積層
に積みあげ水平二重電極を構成させた電解槽を用いて浴
温約７００℃、電極間距離１５ｍｍ前後、電流密度ＩＡ
／ｃｍ・附近で電解することにより、塩素ガスを陽極面
に生成させ、溶融金属アルミニウムを陰極面に生成させ
るものであるが、耐火性及び耐蝕性の優れた特殊材料を
電解槽容器に用い、浴の電圧降下を軽減するために電気
伝導度の高いＬｉＣｌを溶融塩電解浴成分として導入し
て電力原単位を低減せしめるために極間距離を狭めた点
に特徴を有する。しかしながら電解浴に混用される塩化
リチウムは工業的に高価であり、またこの系の電解浴を
用いた場合の電流効率はせいぜい約８５％程度であるた
め電力原単位の向上には限界があり、従つて工業的に一
層有利なアルミニウムの製造法の開発が望まれている。
発明者らは特に電解浴組成について種々研究の結果、Ａ
ｌＣｌ３−ＣａＣｌ２−ＮａＣｌ系の混合溶融塩を電解
浴として用い塩化アルミニウムの電解を行なうとき、著
しい高電流効率をもつてアルミニウムを製造しうること
を見出した。即ち本発明は電解槽において塩化アルミニ
ウムを金属ハロゲン化物とともに溶融電解して陽極面に
塩素ガスを、また陰極面に溶融アルミニウムを生成させ
ることにより金属アルミニウムを製造する方法において
、電解浴をＡｌＣｌ３２〜２０重量％、ＣａＣｌ２ｌＯ
〜４０重量％、ＮａＣｌ８８〜４０重量％からなる混合
組成とすることを特徴とするアルミニウムの製造法を提
供するものである。
ｌＣｌ３−ＣａＣｌ２−ＮａＣｌ系の混合溶融塩を電解
浴として用い塩化アルミニウムの電解を行なうとき、著
しい高電流効率をもつてアルミニウムを製造しうること
を見出した。即ち本発明は電解槽において塩化アルミニ
ウムを金属ハロゲン化物とともに溶融電解して陽極面に
塩素ガスを、また陰極面に溶融アルミニウムを生成させ
ることにより金属アルミニウムを製造する方法において
、電解浴をＡｌＣｌ３２〜２０重量％、ＣａＣｌ２ｌＯ
〜４０重量％、ＮａＣｌ８８〜４０重量％からなる混合
組成とすることを特徴とするアルミニウムの製造法を提
供するものである。
本発明によれば、約９０％以上９５％附近にもおよぶ高
い電流効率をもつて、塩化アルミニウムを電解して金属
アルミニウムを製造することができるので大幅に電力原
単位を低減することができる。
い電流効率をもつて、塩化アルミニウムを電解して金属
アルミニウムを製造することができるので大幅に電力原
単位を低減することができる。
本発明において使用されるＡｌＣｌ３−ＣａＣｌ２一Ｎ
ａＣｌ系溶融塩電解浴の組成範囲はＡｌＣｌ３２〜２０
重量％、ＣａＣｌ２ｌＯ〜４０重量％、ＮａＣｌ８８〜
４０重量％である。このように比較的多量のＣａｃｌ２
を含んだ浴によつて塩化アルミニウムの電解を行なう場
合に高い電流効率が得られる理由は明かでない。しかし
ながら、塩化アルミニウム電解において電流効率を低下
する最大の原因は陰極面に析出したアルミニウムの一部
が電解浴に溶解し、これが陽極面で発生する塩素ガスと
反応してＡｌＣｌ３に戻る逆反応に基づくものであると
いわれていることから浴に対するアルミニウムの溶解度
、浴の粘性、浴に対するアルミニウムのぬれ性等の点か
ら上記組成範囲を有するＡｌＣｌ３−ＣａＣｌ２−Ｎａ
Ｃｌ系混合溶融塩が前記逆反応を効果的に抑制する作用
を有するものと推定される。本発明におけるＡｌＣｌ３
−ＣａＣｌ２−ＮａＣｌ系溶融塩電解浴において、浴中
のＡｌＣｌ３濃度が２０重量％を超えると浴の電気伝導
度が著しく低下し、且つ浴の蒸気圧が過大となつて摺電
圧の上昇と操炉の不安定を招くのでＡｌＣｌ３濃度は最
大２０重量％好ましくは１５重量％以下にとどめること
が望ましい。
ａＣｌ系溶融塩電解浴の組成範囲はＡｌＣｌ３２〜２０
重量％、ＣａＣｌ２ｌＯ〜４０重量％、ＮａＣｌ８８〜
４０重量％である。このように比較的多量のＣａｃｌ２
を含んだ浴によつて塩化アルミニウムの電解を行なう場
合に高い電流効率が得られる理由は明かでない。しかし
ながら、塩化アルミニウム電解において電流効率を低下
する最大の原因は陰極面に析出したアルミニウムの一部
が電解浴に溶解し、これが陽極面で発生する塩素ガスと
反応してＡｌＣｌ３に戻る逆反応に基づくものであると
いわれていることから浴に対するアルミニウムの溶解度
、浴の粘性、浴に対するアルミニウムのぬれ性等の点か
ら上記組成範囲を有するＡｌＣｌ３−ＣａＣｌ２−Ｎａ
Ｃｌ系混合溶融塩が前記逆反応を効果的に抑制する作用
を有するものと推定される。本発明におけるＡｌＣｌ３
−ＣａＣｌ２−ＮａＣｌ系溶融塩電解浴において、浴中
のＡｌＣｌ３濃度が２０重量％を超えると浴の電気伝導
度が著しく低下し、且つ浴の蒸気圧が過大となつて摺電
圧の上昇と操炉の不安定を招くのでＡｌＣｌ３濃度は最
大２０重量％好ましくは１５重量％以下にとどめること
が望ましい。
また２重量％以下では濃度が低すぎて局部的にアルミニ
ウムの生成以外に電力が消費される恐れがあり、また濃
度を維持するＡｌＣｌ３の供給コントロールも厄介であ
る。また浴中のＣａｃｌ２濃度は１０重量％以上で高く
なる程電解に際しての電流効率が向上する傾向を有する
が、４０重量％以上となると浴が二層に分離して不均質
となり正常な電解作業を継続的に行なうことができなく
なるのでこれ以下に保つことが望ましい。
ウムの生成以外に電力が消費される恐れがあり、また濃
度を維持するＡｌＣｌ３の供給コントロールも厄介であ
る。また浴中のＣａｃｌ２濃度は１０重量％以上で高く
なる程電解に際しての電流効率が向上する傾向を有する
が、４０重量％以上となると浴が二層に分離して不均質
となり正常な電解作業を継続的に行なうことができなく
なるのでこれ以下に保つことが望ましい。
より一層最適な浴組成範囲としてはＡｌＣｌ３５〜１５
重量％、ＣａＣｌ２２Ｏ〜４０重量％、ＮａＣｌ７５〜
４５重量％が推奨される。上記した本発明における電解
浴を用いて塩化アルミニウム電解の安定操業が行なわれ
る電解条件は槽の形式、容量等によつて異なるが、一般
的には浴温６８０〜７８０℃、電流密度０．５〜２．０
Ａ／ｄ極間距離１０〜２５ｍｍであつて、この範囲内で
電解を行なうことによつてほ・゛９０％以上の電流効率
をもつてアルミニウムの電解製造を継続して行なうこと
ができる。
重量％、ＣａＣｌ２２Ｏ〜４０重量％、ＮａＣｌ７５〜
４５重量％が推奨される。上記した本発明における電解
浴を用いて塩化アルミニウム電解の安定操業が行なわれ
る電解条件は槽の形式、容量等によつて異なるが、一般
的には浴温６８０〜７８０℃、電流密度０．５〜２．０
Ａ／ｄ極間距離１０〜２５ｍｍであつて、この範囲内で
電解を行なうことによつてほ・゛９０％以上の電流効率
をもつてアルミニウムの電解製造を継続して行なうこと
ができる。
また本発明の電解浴を用いるときはこの種の電解法にお
いてときとしてみられる陰極崩壊現象を起こすこともな
い。電解は頂部に原料供給口と塩素ガス排出口を、また
底部にメタル貯槽を有し、且つ、内部に黒鉛製の電極を
配設した密閉型電解槽を用いて行われる。
いてときとしてみられる陰極崩壊現象を起こすこともな
い。電解は頂部に原料供給口と塩素ガス排出口を、また
底部にメタル貯槽を有し、且つ、内部に黒鉛製の電極を
配設した密閉型電解槽を用いて行われる。
電極は適当な間隔をおいて平行に並べられた一対の黒鉛
板あるいは黒鉛棒からなるもの、または三個以上の黒鉛
板あるいは黒鉛棒を積層上に平行して並べて二重電極を
構成したものの何れでもよい。而して、電極はアルコア
法にみられるように水平に配設したものを用いることも
できるが、一般にこの種の電解法においては比較的極間
距離が小さいために陰極面に生成するアルミニウム量が
増大すると極の短絡を招く恐れがあり、また塩素との反
応機会も増大するのでこれを速やかに排除してやること
が好ましく、このためには板状または棒状電極を傾斜さ
せることが望ましい。電極の傾斜は水平面との角度が６
０゜以下、好ましくは５〜４５゜であり、傾斜角度が６
０゜を超えると極端に電流効率が低下するので却つて不
利である。また本発明の方法において、電解浴に少量の
ＬｉＣｌを添加することは浴の電気伝導度を高める上で
有利である。次に本発明の実施例を掲ける。
板あるいは黒鉛棒からなるもの、または三個以上の黒鉛
板あるいは黒鉛棒を積層上に平行して並べて二重電極を
構成したものの何れでもよい。而して、電極はアルコア
法にみられるように水平に配設したものを用いることも
できるが、一般にこの種の電解法においては比較的極間
距離が小さいために陰極面に生成するアルミニウム量が
増大すると極の短絡を招く恐れがあり、また塩素との反
応機会も増大するのでこれを速やかに排除してやること
が好ましく、このためには板状または棒状電極を傾斜さ
せることが望ましい。電極の傾斜は水平面との角度が６
０゜以下、好ましくは５〜４５゜であり、傾斜角度が６
０゜を超えると極端に電流効率が低下するので却つて不
利である。また本発明の方法において、電解浴に少量の
ＬｉＣｌを添加することは浴の電気伝導度を高める上で
有利である。次に本発明の実施例を掲ける。
実施例 １
ＡＩＣ１３１０．０重量％、ＣａＣｌ２３８．４重量％
、ＮａＣｌ５ｌ．６重量％の浴組成のＡｌＣｌ３−Ｃａ
Ｃｌ２−ＮａＣｌ系混合溶融塩を電解浴としてアルミナ
質耐火材で内張した電解槽内で水平となす角度が３０゜
の傾斜黒鉛電極板（有効反応面８０ｍｍ×２５ｍｍ）を
用いて極間距離を１４ｍｍに保ち、浴温７５０℃、電流
２０Ａ、電流密度１Ａ／Ｃｍ２、摺電圧３．２０Ｖで４
．５時間継続して電解して２９．０ｇのアルミニウムを
得た。
、ＮａＣｌ５ｌ．６重量％の浴組成のＡｌＣｌ３−Ｃａ
Ｃｌ２−ＮａＣｌ系混合溶融塩を電解浴としてアルミナ
質耐火材で内張した電解槽内で水平となす角度が３０゜
の傾斜黒鉛電極板（有効反応面８０ｍｍ×２５ｍｍ）を
用いて極間距離を１４ｍｍに保ち、浴温７５０℃、電流
２０Ａ、電流密度１Ａ／Ｃｍ２、摺電圧３．２０Ｖで４
．５時間継続して電解して２９．０ｇのアルミニウムを
得た。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電解槽において、塩化アルミニウムを金属ハロゲン
化物とともに溶融電解して陽極面に塩素ガスを、また陰
極面に溶融アルミニウムを生成させることにより金属ア
ルミニウムを製造する方法において、溶融塩電解浴をＡ
ｌＣｌ＿３２〜２０重量％ＣａＣｌ＿２１０〜４０重量
％、ＮａＣｌ８８〜４０重量％からなる混合組成とする
ことを特徴とする改善されたアルミニウムの電解製造法
。 ２ 陰陽両電極に板状または棒状の黒鉛電極を用い且つ
該両電極の長さ方向の軸が水平面に対し角度が６０°以
下になるように傾斜状に平行に設けることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の改善されたアルミニウムの
電解製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP213177A JPS5948957B2 (ja) | 1977-01-12 | 1977-01-12 | 改善されたアルミニウムの電解製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP213177A JPS5948957B2 (ja) | 1977-01-12 | 1977-01-12 | 改善されたアルミニウムの電解製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5387916A JPS5387916A (en) | 1978-08-02 |
| JPS5948957B2 true JPS5948957B2 (ja) | 1984-11-29 |
Family
ID=11520776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP213177A Expired JPS5948957B2 (ja) | 1977-01-12 | 1977-01-12 | 改善されたアルミニウムの電解製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5948957B2 (ja) |
-
1977
- 1977-01-12 JP JP213177A patent/JPS5948957B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5387916A (en) | 1978-08-02 |
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