制造金属的方法以及制造高熔点金属的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过熔盐电解来制造金属的方法，更具体地涉及一种通过在电解池中进行熔盐电解并且从执行电解的电极对所产生的焦耳热对熔盐加热来制造金属的有效方法。此外，本发明涉及一种通过使用如上获得的金属来制造高熔点金属的方法。
【背景技术】
[0002]通常，使用熔盐电解装置来制造金属是通过在电极对的表面上氧化并还原熔融状态下的金属盐的电解来进行的。熔盐电解装置设计成使得通过考虑在电解过程期间从电极对中产生的热量以及电解池的绝热来维持热平衡。另外，结合多个方式和方法来操作电解过程以消除电解期间将熔盐提供到熔盐电解装置中的情况下产生的热扰动。然而，会存在由于多种因素造成熔盐的温度转向下降或上升趋势的情况。在熔盐的温度下降的情况下，熔盐的一部分凝固，并且电解的连续是不可能的，因此需要对熔盐加热。相反，在熔盐的温度上升的情况下，电解的金属与生成的气体之间的再反应增加造成电流效率下降，因此电解池的冷却是必要的。
另外，在金属的制造的启动时，需要对熔盐加热。这里，术语“在金属的制造的启动时”意味着紧接在将(在单独容器中准备的)熔盐装填到电解池中之后的时刻。此时，熔盐与电解池的壁表面接触，由此去除了熔盐中的一些热量，因此将熔盐加热到工作温度变得必要。在极端情况下，担忧熔盐在一对电极之间部分地凝固，由此导致不能进行正常电解的情况。
[0003]根据前述情形，已提出关于熔盐电解装置中的熔盐的温度控制的多种技术。
[0004]例如，如专利文献I和2所公开，已知一种方法，其中具有内置气体燃烧器的热交换器安装在熔盐电解装置的电解池中，并且进行电解的同时由热交换器控制加热或冷却以使得熔盐保持在完全熔融状态下。
[0005]然而，为了在电解池的启动时，在熔盐凝固之前仅通过具有内置气体燃烧器的热交换器将熔盐加热并保持在完全熔融状态下，有必要在电解池中安装装配有相当大量的气体燃烧器的热交换器，因此，这种状态不经济。
[0006]另外，如专利文献3所公开，还已知一种方式，将已在电解池的另一个单元中预加热的气体提供到该电解池的内部中，这表示由此加热熔盐。
然而，形成为气体燃烧的副产物的水分包含在另一个单元中产生的燃烧气体中，因此如果此气体运送到电解池中，那么不仅来自熔盐中吸收的水分的水的电解消耗电力，而且由水电解产生的氧气使电极氧化，因此，会出现不期望的现象。
[0007]以此方式，在使用熔盐电解装置制造金属的方法中，尤其在对熔盐有效率地加热的方法中，期望电解过程不导致不便。
引用列表专利文献
[0008]专利文献1:JP-A-H04-214889 专利文献 2:JP-A-2005-089801专利文献 3:JP-A-2012-251221
【发明内容】
技术问题
[0009]本发明解决上述问题，并且其目的是提供一种通过电解池中的熔盐电解有效率地制造金属而不导致不便的方法。
问题的解决方案
[0010]本发明人作出关于上述问题的广泛且深入的调查。因此，发现尽可能最大限度地利用从进行电解的电极对中产生的焦耳热对熔盐加热而不降低电解池中的熔盐电解的效率能有效率地制造金属，导致本发明的完成。
[0011]具体地，如下所示，根据本发明制造金属的方法与利用电解池和电极对进行的熔盐电解来制造金属的方法有关，其中，同时进行电解池中的熔盐电解以及由从用于电解的电极对中产生的焦耳热对熔盐的最佳加热；并且其中熔盐电解装置具有至少两组电极对，开放电极对中的至少一组。
[0012](I)—种使用具有电解池和电极对的熔盐电解装置制造金属的方法，其中同时进行电解池中的熔盐电解以及由用于电解的一对电极之间产生的焦耳热对熔盐加热；并且其中熔盐电解装置具有至少两组电极对，电极对中的至少一组电断开。
[0013](2)根据(I)的制造金属的方法，其中，设置未电断开的电极对以使得该未电断开的电极对附近产生的焦耳热均匀地对熔盐加热。
(3)根据(I)或(2)的制造金属的方法，其中，电解池是双极电解池。
(4)根据(I)到(3)中任一项的制造金属的方法，其中，在电解池中的熔盐完全保持在熔融状态下之后连接电断开的电极对。
(5)根据(I)到(4)中任一项的制造金属的方法，其中，金属是镁、铝或锌。
[0014](6)—种制造高熔点金属的方法，其中，使用从根据(5)的金属中选择的至少一个金属还原金属氯化物。
(7)根据(6)的制造高熔点金属的方法，其中，高熔点金属是钛、锆、铪和硅的任一种。
[0015]这里，术语“电极对电断开”表示电极对没有连接至电源，更具体地，它表示电极对没有连接至与电源相连接的汇流条。在断开的电极之间没有进行熔盐的电解。
[0016]根据本发明的制造金属的方法，优选设置未电断开的电极对使得该未电断开的电极对附近产生的焦耳热均匀地对熔盐加热。
[0017]具体地，优选在操作的早期，在认为热量不足的电解池的壁表面附近以及具有良好的加热效率的电解池的中心设置未电断开的电极对。
[0018]在优选实施例中，在熔盐电解装置具有五组电极对，以规则的间隔线型设置该五组电极对且电断开两组电极对的情况中，优选通过电断开近侧起的第二和第四电极对(即，通过用电启动第一、第三和第五电极对)进行电解。通过以这种模式电断开电极对，由于从进行电解的电极对中产生的焦耳热的增加能有效率地对熔盐加热。
[0019]另外，在另一个优选的实施例中，在熔盐电解装置具有七组电极对，以规则的间隔线型设置该七组电极对且电断开三组电极对的情况中，优选通过电断开近侧起的第二、第四和第六电极对(即，通过用电启动第一、第三、第五和第七电极对)进行电解。
[0020]在又一优选实施例中，本发明还可应用于熔盐电解装置具有十组电极对，以规则的间隔线型地设置该十组电极对且电断开三组电极对的情况。在此情况下，优选通过电断开从近侧起的第三、第五和第七电极对进行电解。另外，在温度基于电解池的温度平衡转向上升趋势的情况下，也可采取如此模式使得第五电极对电连接至电源，而电断开第三和第五电极对这两组。
[0021]在根据本发明的金属的制造方法中，在电断开至少一组电极对的情况下，出于金属电解室内的熔盐流动的均匀性或者电解池的热平衡的角度，电断开相对于电极对的总数的优选为10%到50%范围内、更优选10%到40%的范围内、更加优选10%到30%范围内的数量的电极对。
[0022]在本发明中，通过电断开电极对之中10%到70%范围中的电极对，如与由附加设备(诸如气体燃烧器等)对熔盐加热的情况相比较，带来这种效果:可安全(不造成气体泄漏等)且廉价(不花费附加的设备)地进行对熔盐的加热。
[0023]此外，因为不需要附加的加热设备，不会由于响应于安装加热设备的情况下执行的故障或维护工作而发生制造的临时终止(电解的临时终止)ο因此，带来如此效果:可有效率地进行电解池的加热操作。
[0024]注意到，由如下装置进行电极对的电断开或连接。即，该装置具有可远程控制阳极或阴极对所谓的电极连接汇流条的连接或断开的特征，所谓的电极连接汇流条与向其提供电流的主汇流条相连接。
[0025]通过采用上述结构，带来这些效果:可平滑地进行电源汇流条与电源之间的连接；以及可有效率地操作电解池。
[0026]注意到，不特别限制在根据本发明的金属的制造方法中使用的电极对，只要是借助电解进行金属的制造的一般电极对即可。例如，作为阳极，可使用碳石墨电极等。另外，例如作为阴极，可使用铁电极等。
[0027]在根据本发明的金属的制造方法中，电解池优选为双极电解池。
在双极电解池中，双极电极介入电极对之间，且在双极电极上也可进行电解反应。因此，从良好的生产率(在考虑设备规模的情况下)和节约电力的角度，优选双极电解池。
虽然不特别限制双极电极，只要是用于双极电解池的一般双极电极即可，但可例如使用碳石墨等。
[0028]在根据本发明的金属的制造方法中，优选在熔盐装载到电解池中后，连接电断开的电极对。
这里，术语“连接电断开的电极对”意味着使电断开的电极对处于活动状态，更具体地，意味着连接至电源的汇流条与电极对从未电连接状态转变为连接状态。在连接的电极之间进行熔盐的电解。
[0029]虽然不特别限制根据本发明的方法制造的金属，只要能够由熔盐电解装置制造即可，但优选为镁、铝或锌。
根据本发明的制造高熔点金属的方法表征为使用从上述金属中选择的至少一个金属还原金属氯化物。
另外，根据本发明的高熔点金属的制造方法中的高熔点金属优选为钛、锆、铪或硅。
[0030]虽然不特别限制用于根据本发明的金属的制造方法的电极对的电源，但优选使用如下形式的电源:流过电极对的电流总和是恒定的(恒定电流电源)，使得电解的过程不因其他电极对的断开的出现或不出现而改变。
[0031]当在熔盐电解装置进行的金属的制造的启动时执行根据本发明的金属的制造方法，更加呈现出其效果，因此是优选的。这里，术语“