公益社団法人・電気化学会・溶融塩委員会

実用例

金属産業

  1. アルミニウム製錬(ホール・エルー法)1-3

    2. 溶媒としてNa3AlF6、原料にAl2O3を用い、下記に示す電極反応により溶融塩中で金属アルミニウムを製造する。
    溶解 Al2O3 → 2Al3+ + 3O2-
    陰極反応 Al3+ + 3e- → Al
    陽極反応 C + 2O2- → CO2 + 4e-
    →活かされている溶融塩の特性：難溶性物質の溶解能力(Al2O3)、広い電位窓

  2. チタン・ジルコニウム・ハフニウム製錬(クロール法)4,5

    3. 還元工程で副生するMgCl2をNaCl-KCl, NaCl-CaCl2等の高温溶融塩中で電解することによってMg金属とCl2ガスに再生する。
    塩化反応 TiO2 + C + 2Cl2 → TiCl4 + 2CO2
    還元反応 TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2
    電気分解 MgCl2 → Mg + Cl2
    →活かされている溶融塩の特性：広い電位窓

  3. 鋼材熱処理、浸炭、窒化処理など6

    4. 焼き入れのような鋼材熱処理の媒体として溶融塩が用いられている。また、溶融塩にNaCNなどを含ませることにより、浸炭や窒化といった表面処理を行っている。
    →活かされている溶融塩の特性：大熱容量(加熱・冷却速度の速さ)、溶媒としての能力(表面処理)

  4. アルカリ金属の製錬7,8

    5. 水溶液系では製造が困難な、アルカリ金属の製造に溶融塩電解が用いられている。
    →活かされている溶融塩の特性：広い電位窓

  5. 希土類金属・合金の製錬9-11

    6. 希土類金属もしくは合金を得るプロセスで、原料である希土類塩化物（RECl3）、フッ化物（REF3）、酸化物（RE2O3）などを含んだ塩化物・フッ化物溶融塩が反応媒体として用いられている。
    塩化物原料 NaCl-RECl3, CaCl2-RECl3など
    フッ化物・酸化物原料 LiF-REF3, LiF-REF3-RE2O3, LiF-BaF2-REF3など
    →活かされている溶融塩の特性：広い電位窓、難溶性物質の溶解能力(希土類酸化物)

  6. 非鉄金属やレアメタルの製錬・リサイクル12-14

    7. 粗鉛中のSnやSbを酸化抽出するための溶媒として、溶融NaOHが利用されている（ハリス法）。また、超硬工具や金型の廃品に含まれるWC（タングステンカーバイド）を溶融NaNO3中で酸化させNa2WO4とし、後に水溶液として回収されている。
    →活かされている溶融塩の特性：難溶性物質の溶解能力（酸化物）、溶融硝酸塩の酸化力

エネルギー産業

  1. 蓄熱・熱媒体6,15

    2. 集光型太陽光発電や蓄熱システムの熱媒体として、溶融塩（NaNO3-KNO3-NaNO2など）が利用されている。
    →活かされている溶融塩の特性：利用可能な温度範囲、大熱容量、低粘度、化学的安定性

  2. 溶融炭酸塩燃料電池における電解質16,17

    3. 溶融炭酸塩燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC）ではイオン伝導体の電解質として、混合炭酸塩(Li2CO3-K2CO3など)が利用されている。
    →活かされている溶融塩の特性：イオン伝導性、化学的安定性、低蒸気圧

  3. 原子力分野におけるプロセス媒体6

    4. 次世代の使用済原子燃料再処理システムである乾式再処理プロセス、次世代原子炉概念の一つである溶融塩原子炉や核融合ブランケット材として溶融塩を用いる原子力関連システムが研究開発中である。
    →活かされている溶融塩の特性：熱媒体としての特性、核特性・耐放射線性、溶媒としての能力

化学産業

  1. 塩化ビニルの製造(Transcat法)6

    2. 炭化水素の塩素化の触媒および塩素の輸送媒体として、溶融CuCl2が利用されている。

  2. フッ素、フッ化物製造18-20

    3. フッ化物塩中におけるHFの解離圧が低いことを利用し、ガス（F2、NF3など）の産業規模の製造に溶融塩が用いられている。
    F2製造 KF-HFの電解
    NF3製造 NH4F-HFの電解

宇宙産業、その他

  1. 機能性潤滑剤21-23

    2. 高真空状態においても機能を喪失しない、イオン液体を主体とする潤滑剤が、宇宙用機器や精密機械などで利用され始めている。また、軸受けの電蝕防止を目的として、既存の潤滑剤成分とイオン液体を混ぜることで導電性を向上させた潤滑剤が開発されている。
    →活かされている溶融塩の特性：低蒸気圧、溶解度、疎水性

  2. 導電助剤・帯電防止剤24-29

    3. 高真空下で利用される電子顕微鏡用の導電助剤や帯電防止剤としてイオン液体が利用されている。特に乾燥により形態が変化する生体試料などの観察において、イオン液体は有力な帯電防止剤である。
    →活かされている溶融塩の特性：低蒸気圧、導電性

参考文献

  1. T. Murakami, Materia Japan, 58, 553 (2019). [in Japanese] DOI: https://doi.org/10.2320/materia.58.553
  2. 一般社団法人アルミニウム協会Webサイト, "アルミニウムの基礎知識", https://www.aluminum.or.jp/basic/ referred on Jul 31, 2024.
  3. 日本軽金属株式会社Webサイト, "高純度アルミ製造法"　https://www.nikkeikin.co.jp/hpa/product/index.html referred on Jul 31, 2024.
  4. 岡部 徹, 電気学会誌, 126, 801 (2006). DOI: https://doi.org/10.1541/ieejjournal.126.801
  5. 一般社団法人日本チタン協会Webサイト, "製造方法/スポンジチタン" http://www.titan-japan.com/manufacturing/sponge.html referred on Mar 16, 2022.
  6. 溶融塩・熱技術研究会 編著, 溶融塩・熱技術の基礎, アグネ技術センター (1993).
  7. 光島 重徳, Electrochemistry, 79, 887 (2011). DOI: https://doi.org/10.5796/electrochemistry.79.887
  8. National Institute for Materials Science, Estimating Environmental Load Generated During the Smelting and Refining of Metallic Elements, (2003)
  9. 大町 良治, 後藤 高士, 資源処理技術, 38, 138 (1991). DOI: https://doi.org/10.4144/rpsj1986.38.138
  10. 玉村 英雄, 表面技術, 60, 474 (2009). DOI: https://doi.org/10.4139/sfj.60.474
  11. 金属鉱業事業団資源情報センター, 平成６年度 発電機用超電導材開発状況調査報告書 レアアース国際講演会 (1995).
  12. 阿座上 竹四, 粟倉 泰弘, 金属製錬工学, 金属化学入門シリーズ３, 丸善出版 (1999).
  13. T. Ishida, T. Itakura, H. Moriguchi and A. Ikegaya, SEI Technical Review, 181, 33 (2012).
  14. 林 武彦, 佐藤 史淳, 笹谷 和男, 池ヶ谷 明彦, ぷらすとす, 1, 358 (2018). DOI: https://doi.org/10.32277/plastos.1.5_358
  15. 千代田化工建設株式会社Webサイト, "太陽熱発電" https://www.chiyodacorp.com/jp/service/renewable-energy/solar-energy/ referred on Jul 31, 2024.
  16. 麦倉 良啓, 水素エネルギーシステム, 35, 50 (2010). DOI: https://doi.org/10.50988/hess.35.2_50
  17. 特定非営利活動法人国際環境経済研究所Webサイト, "気候変動抑制に向けたFuelCell Energy社の動向 (2020/10/20)" https://ieei.or.jp/2020/10/column201020/ referred on Mar 22, 2022.
  18. 渡邊 信淳, 電気化学, 28, 470 (1960). DOI: https://doi.org/10.5796/denka.28.470
  19. J. F. Ellis and G. F. May, J. Fluorine Chem., 33, 133 (1986). DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-1139(00)85274-4
  20. 田坂 明政, 電気化学および工業物理化学, 59, 372 (1991). DOI: https://doi.org/10.5796/kogyobutsurikagaku.59.372
  21. 森 誠之, 表面技術, 60, 502 (2009). DOI: https://doi.org/10.4139/sfj.60.502
  22. 協同油脂株式会社Webサイト, "KYODO YUSHI TECHNICAL BULLETIN No.5"　https://www.kyodoyushi.co.jp/knowledge/technical_bulletin/pdf/ referred on Oct 13, 2023.
  23. 新エネルギー・産業技術総合開発機構, 日本版 Small Business Innovation Research (SBIR)制度, 成果報告書(FY2009-FY2010) , 20130000001042, (2013).
  24. NOKクリューバー株式会社Webサイト, "人とくるまのテクノロジー展 2018 横浜/名古屋に出展" https://www.nokklueber.co.jp/closeup/hitokuru_2018 referred on Oct 13, 2023.
  25. 西川 恵子, 大内 幸雄, 伊藤 敏幸, 大野 弘幸, 渡邉 正義 (編), イオン液体の科学 新世代液体への挑戦, 丸善出版 (2013).
  26. 株式会社日立ハイテクWebサイト, "電子顕微鏡用イオン液体" https://www.hitachi-hightech.com/jp/ja/products/microscopes/peripheral-equipment/ionic-liquid/ referred on Jul 31, 2024.
  27. 広栄化学株式会社Webサイト, "イオン液体タイプ樹脂用帯電防止剤" https://www.koeichem.com/product/ion/antistatic.html referred on Oct 13, 2023.
  28. 日本乳化剤株式会社Webサイト, "開発品紹介" https://www.nipponnyukazai.co.jp/rd/article referred on Oct 13, 2023.
  29. 桑畑 進, 鳥本 司, 中澤 英子, 顕微鏡, 44, 61 (2009). DOI: https://doi.org/10.11410/kenbikyo.44.1_61



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