Aluminum Electrodeposition in Molten Salts/Ionic Liquids

Abstract

アルミニウム （Al） めっきは，下地基材を溶融 Al の中に浸 漬する溶融めっき法や減圧環境で行われる蒸着法などがある が，溶融めっき法では，600 ℃以上の環境に下地材料を浸漬 させるため，大きな面積の下地にも対応できる一方で，薄く めっき膜の厚さを制御することが難しい。蒸着法では，真空 系が必要であるため， 大きな下地に対しては困難であり， めっ きの速度も遅い。工業的な Al 電析法 （電解めっき法） として Sigal プロセスの導入が検討された時期もあったが，電解液 に揮発性・引火性の有機系液体が使われていることもあり， その検討をしていた殆どの企業は撤退し，現在ではアメリカ にある企業が小規模スケールで運用しているだけである。最 近では，難揮発性かつ引火性の低い電解液として溶融塩やイ オン液体，そして，それらに類する深共晶溶媒を用いた Al 電析法に関する研究が飛躍的な進歩を見せ始めている。ここ では，溶融塩，イオン液体にターゲットを絞り，それらを用 いた Al 電析に関する基礎的な情報と最近の進歩について紹 介する。 2 ．溶融塩を用いた Al 電析 本会誌の 2009 年 8 月号に宇井幸一先生との共著で溶融塩 とイオン液体に関する解説を執筆させて頂いた 。基本的な 溶融塩中の Al イオンの溶存形態については重複することを ご容赦頂きたい。Al と溶融塩を結びつけると酸化アルミニ ウ ム （Al O ） を原料とした溶融塩電解プロセスであるホー ル・エルー法が思い浮かぶが，そのプロセスでの溶融塩は 1000 ℃以上で非常に高温である。溶融塩は高温の系ばかり でなく，各種塩の組み合わせや組成によっては 100 ℃以下に 融点を持つ溶融塩も存在する。例えば，AlBr-BBr 系の共晶 点は約-50 ℃になる 。以下に紹介する AlCl-NaCl-KCl の 共晶点も 100 ℃以下である。後半で述べるイオン液体とこの 溶融塩との区別について，融点が 100 ℃以下かそれ以上かで 分類するケースが散見されるが，上述のような 100 ℃以下の 溶融塩もあるため， 融点だけでそれらを分類することは難しい。 Al の電析実験に用いられる溶融塩の代表的なものは二元 系では AlCl-NaCl 系がある。この AlCl-NaCl 二元系状態図 を図 1 に示す 。AlCl は昇華性の物質であり，そのものだ けでは溶融塩を構成することができない。ルイス酸である AlCl （塩化物アクセプター） はルイス塩基として作用する NaCl （塩化物ドナー） と混合することで，ある温度で液体を 構成する。図 1 からわかるように AlCl 濃度が 0 mol%，す なわち純 NaCl の融点が 803 ℃であるのに対して，AlCl 濃 度が増加するのに伴い徐々に融点が低くなり，50 mol% の時 に急激に融点が低下し，160 ℃となる。この時の溶融塩中の