电解冶炼系统的制作方法

1.本发明涉及电解冶炼系统。
2.本技术基于2019年6月21日在日本技术的特愿2019-115567号主张优先权，并将其内容援引于此。


背景技术：

3.作为用于对例如铁矿石进行冶炼的技术，目前为止广泛使用利用高炉进行的热处理。在该方法中，使作为金属材料的铁矿石、以及作为还原材料的焦炭在炉内燃烧。在炉内，焦炭中所含的碳从铁夺取氧而产生热和一氧化碳、二氧化碳。通过该反应热，铁矿石熔融，生成生铁。之后，从生铁去除杂质而得到纯铁。
4.在此，上述的方法需要包括焦炭在内的大量的碳，因此一氧化碳、二氧化碳的产生量变大。随着近年来大气污染对策的严格化，谋求抑制这些含碳气体的产生量的冶炼技术。作为这样的技术的一例，可以举出下述专利文献1中记载的电解冶炼法。
5.在电解冶炼法中，在预先熔融的铁矿石介于阳极基板与阴极基板之间的状态下施加电压。由此，在阳极基板侧析出包含熔渣成分的熔融电解质，在阴极基板侧析出熔融铁(纯铁)。作为阳极基板，作为一例，使用包括铁、铬、钒、钽在内的金属材料。作为阴极基板，作为一例而使用由钼形成的金属板。
6.在先技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：美国专利第8764962号说明书


技术实现要素：

9.在此，在上述的电解冶炼法中，随着电解反应的进行，在阳极基板侧产生氧。在氧的浓度(氧势)过度变高、或变低的情况下，纯铁中有可能溶入杂质。因此，对于通过将氧势保持为适当从而能够进行纯度更高的电解冶炼的系统的需求越来越高。
10.本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种为了能够进行纯度更高的电解冶炼并且防止电极的腐蚀而能够控制氧势的电解冶炼系统。
11.用于解决课题的手段
12.本发明的一方式的电解冶炼系统具备：电解冶炼炉，其具有被导入熔融矿石的炉主体、设置于所述炉主体内的底部的阴极基板、及设置于所述炉主体内的阴极基板的上方的阳极基板；非活性气体循环部，其具有将供给至所述电解冶炼炉内的非活性气体与氧一起回收、并再次向所述熔融矿石供给所述非活性气体的循环管线；以及氧去除部，其设置于所述循环管线，并从所述循环管线去除氧。
13.根据上述结构，通过由非活性气体循环部供给的非活性气体，能够使在阳极基板侧产生的氧伴随而对其进行回收。由此，能够避免因氧的存在而混入杂质。而且，与非活性气体一起回收的氧在氧去除部被去除。通过去除氧，能够通过循环管线再次向熔融矿石供
给非活性气体。由此，能够削减非活性气体的使用量。
14.在上述电解冶炼系统中，也可以是，所述氧去除部具备：基体管，其供所述非活性气体及所述氧在内部流通；以及单体电池堆，其具有设置于所述基体管的外周面、并根据施加的电压而使所述基体管内的氧透过至外部的燃料电池单体。
15.根据上述结构，通过对燃料电池单体施加电压而基体管内的氧透过外部。氧的透过量根据所施加的电压而变化。因此，仅通过改变电压，就能够精细地调节氧的去除量。
16.也可以是，上述电解冶炼系统还具备温度调节部，所述温度调节部设置于所述循环管线中的所述氧去除部的上游侧，将在所述循环管线中流通的非活性气体及氧的温度调节为所述燃料电池单体的工作温度。
17.在此，燃料电池单体的工作温度有时与熔融矿石的熔点不同。根据上述结构，通过温度调节部将循环管线中的非活性气体及氧的温度调节为燃料电池单体的工作温度。由此，能够更高效地进行氧去除部中的氧的去除处理。
18.在上述电解冶炼系统中，也可以是，所述温度调节部构成为使向所述氧去除部流入的相对高温的非活性气体及氧与从所述氧去除部流出的相对低温的非活性气体进行热交换。
19.根据上述结构，在温度调节部中，在向氧去除部流入的气体(非活性气体及氧)与流出的气体之间进行热交换。从氧去除部流出的气体的温度相对于流入的气体的温度相对低温。因此，从向氧去除部流入的气体朝向流出的气体产生热的移动。由此，不使用其他制冷剂、冷却装置，就能够容易且廉价地进行气体的温度调节。
20.在上述电解冶炼系统中，也可以是，在所述阳极基板形成有将所述阳极基板沿上下方向贯通的多个贯通孔，所述循环管线与所述多个贯通孔连接。
21.根据上述结构，通过形成于阳极基板的多个贯通孔将在循环管线中流通的非活性气体供给到熔融矿石中。由此，能够更高效地回收在阳极基板上产生的氧，并且能够通过非活性气体的流动来搅拌熔融矿石。其结果是，能够使电解反应稳定地进行。
22.也可以是，上述电解冶炼系统还具备：预备加热部，其对向所述炉主体供给的所述熔融矿石进行预热；以及混合部，其将由所述氧去除部从所述循环管线去除的氧与从所述循环管线中的所述氧去除部的下游侧取出的非活性气体的一部分混合而生成混合气体，并向所述预备加热部供给所述混合气体。
23.根据上述结构，由非活性气体和氧构成的混合气体被供给到预备加热部内的熔融矿石中。在此，已知在混合气体中的氧分压为特定值的情况下，熔融矿石中的硫成分氧化(成为二氧化硫)而扩散到气相中。即，根据上述的结构，仅通过供给包含氧的混合气体，就能够在冶炼之前高效地去除熔融矿石中所含的硫成分。
24.也可以是，上述电解冶炼系统还具备预备加热部，所述预备加热部对向所述炉主体供给的所述熔融矿石进行预热，所述氧去除部具有：第一氧去除部，其利用预先确定的第一电压从所述循环管线去除一部分的氧，从而生成氧分压成为预先确定的值的非活性气体及氧的混合气体，并将该混合气体的一部分向所述预备加热部供给；以及第二氧去除部，其利用比所述第一电压高的第二电压，从由所述第一氧去除部供给的所述混合气体的剩余成分去除氧。
25.根据上述结构，在第一氧去除部中，基于第一电压生成氧分压成为预先确定的值
的混合气体。该混合气体被供给到预备加热部。在此，已知混合气体中的氧分压为特定值的情况下，熔融矿石中的硫成分氧化(成为二氧化硫)而扩散到气相中。另外，已知氧分压根据施加的电压的大小而变化。因此，根据上述的结构，仅通过使电压变化(第一施加电压)，就能够在冶炼之前高效地去除熔融矿石中所含的硫成分。而且，在上述结构中，能够利用第二氧去除部从未供给到预备加热部的剩余的混合气体中去除残留的氧。由此，能够从第二氧去除部向熔融矿石中供给纯度高的非活性气体。
26.在上述电解冶炼系统中，也可以是，所述预备加热部具有：加热槽，其对所述熔融矿石进行贮存；以及喷嘴，其设置于所述加热槽内，并向所述熔融矿石中供给所述混合气体。
27.根据上述结构，能够利用从喷嘴吹出的混合气体高效地搅拌贮存于加热槽中的熔融矿石。由此，能够使熔融矿石进一步均质化。其结果是，能够高效地进行在炉主体内产生的电解反应。
28.在上述电解冶炼系统中，也可以是，所述氧去除部还具有分支管，所述分支管位于所述基体管的延伸方向上的中途位置，且从氧分压成为预先确定的值的部分分支，以向所述预备加热部供给所述混合气体。
29.根据上述结构，通过分支管向预备加热部供给混合气体。在此，在基体管内，随着从延伸方向的上游侧趋向下游侧，氧分压变低。上述的分支管位于基体管的中途位置，且从氧分压被预先确定的部分分支。因此，例如在可以得到硫成分不容易溶入熔融矿石中的氧分压的位置设置分支管，并将该氧分压下的混合气体供给到预备加热部，从而能够在不使用其他装置的情况下使硫成分从熔融矿石中扩散到气相中。
30.也可以是上述电解冶炼系统还具备：硫回收装置，其设置于所述预备加热部的下游侧，并对从所述预备加热部流通来的所述混合气体中所含的硫成分进行回收而生成脱硫完毕混合气体；以及第一抽出管线，其从所述硫回收装置向所述混合部供给所述脱硫完毕混合气体。
31.根据上述结构，能够使包含非活性气体及氧的脱硫完毕混合气体从硫回收装置通过第一抽出管线向混合部回流。因此，能够更精细地调节由混合部生成的混合气体的氧分压。其结果是，能够利用硫回收装置更高效地回收硫成分。
32.也可以是，上述电解冶炼系统还具备：硫回收装置，其设置于所述预备加热部的下游侧，并对从所述预备加热部流通来的所述混合气体中所含的硫成分进行回收而生成脱硫完毕混合气体；以及第二抽出管线，其从所述硫回收装置向所述氧去除部供给所述脱硫完毕混合气体。
33.根据上述结构，能够使包含非活性气体及氧的脱硫完毕混合气体从硫回收装置通过第二抽出管线向氧去除部回流。因此，能够对在硫回收装置中用于硫成分的回收后的非活性气体进行再利用。由此，能够削减非活性气体的使用量。
34.也可以是，上述电解冶炼系统还具备氧追加管线，所述氧追加管线向从所述预备加热部朝向所述硫回收装置流通的所述混合气体供给由所述氧去除部去除的氧的一部分。
35.根据上述结构，通过氧追加管线向从预备加热部朝向硫回收装置的混合气体供给氧。由此，混合气体的氧分压上升，能够促进混合气体中所含的硫成分的氧化。具体而言，能够将混合气体中的二氧化硫(so2)变为更稳定的三氧化硫(so3)。其结果是，能够利用硫回收
装置更容易且高效地回收硫成分。
36.发明效果
37.根据本发明，能够提供一种为了能够进行纯度更高的电解冶炼、并且防止电极的腐蚀而能够控制氧势的电解冶炼系统。
附图说明
38.图1是表示本发明的第一实施方式的电解冶炼系统的结构的图。
39.图2是表示本发明的第一实施方式的氧去除部的结构的剖视图。
40.图3本发明的第一实施方式的氧去除部的主要部分放大剖视图(将图2中的x部分放大示出的剖视图。)。
41.图4是表示本发明的第一实施方式的电解冶炼系统的变形例的图。
42.图5是表示本发明的第二实施方式的电解冶炼炉的结构的剖视图。
43.图6是表示本发明的第三实施方式的电解冶炼系统的结构的图。
44.图7是表示本发明的第四实施方式的电解冶炼系统的结构的图。
45.图8是表示本发明的第五实施方式的氧去除部的结构的图。
46.图9是表示本发明的第六实施方式的电解冶炼系统的结构的图。
47.图10是表示本发明的第七实施方式的电解冶炼系统的结构的图。
具体实施方式
48.以下，参照附图，对应用了本发明的实施方式进行详细说明。
49.[第一实施方式]
[0050]
参照图1至图3，对本发明的第一实施方式进行说明。本实施方式的电解冶炼系统100是用于通过电解反应来对铁矿石、氧化铝矿石等矿石进行冶炼的装置。需要说明的是，作为冶炼的对象的矿石并不局限于上述矿石，只要是能够通过电解反应进行冶炼的矿石，则对于任何矿物资源都能够应用于电解冶炼系统100。
[0051]
如图1所示，电解冶炼系统100具备电解冶炼炉1、非活性气体循环部2、以及氧去除部3。电解冶炼炉1是用于贮存熔融了的矿石(熔融矿石wm)并使电解反应进行的设备。电解冶炼炉1具有炉主体10、阴极基板11、阳极基板12、集电极13、以及壳体14。
[0052]
炉主体10是具有在水平面内扩展的底部10b的容器。向该炉主体10的内部导入熔融矿石wm。熔融矿石wm成为被加热而熔融的状态。熔融矿石wm的温度基于材料自身的熔点来确定。作为一例，熔融矿石wm的温度为1200～2000℃。更优选该温度为1400～1700℃。最优选熔融矿石wm的温度为1500～1600℃。
[0053]
在炉主体10的底部10b设置有阴极基板11。作为一例，阴极基板11呈由钼为主成分的金属材料一体形成的板状。
[0054]
在炉主体10的内部且阴极基板11的上方沿上下方向隔开间隔地配置有阳极基板12。作为一例，阳极基板12呈由包括铁、铬、钒、钽在内的金属材料一体形成的板状。在阳极基板12形成有将该阳极基板12沿上下方向贯通的多个贯通孔12h。这些贯通孔12h是为了供去除附着于阳极基板12的氧的非活性气体流通而形成的，其详情后述。
[0055]
在炉主体10的底部10b内且阴极基板11的下方的部分埋设有集电极13。集电极13
由导电性的材料形成，其一端与阴极基板11电连接。需要说明的是，在图1的例子中，示出了设置有两个集电极13的例子，但集电极13的数量并不局限于两个。
[0056]
这些炉主体10、阴极基板11、阳极基板12、以及集电极13被壳体14从外侧覆盖。壳体14内相对于外部保持气密、液密。
[0057]
在此，对使用了铁矿石作为熔融矿石wm的情况进行说明。在进行电解冶炼时，在上述的阳极基板12与集电极13之间施加被预先确定的值的电压。通过该电压进行电解反应(还原反应)，炉主体10内的熔融矿石wm所含的三氧化二铁(fe2o3)被还原。随着还原反应的进行，熔融铁wf(纯铁)析出，因自重而该熔融铁wf向阴极基板11侧沉淀。通过熔融铁wf的沉淀量增加，除了阴极基板11之外，熔融铁wf自身也作为阴极侧端子而发挥功能。
[0058]
另一方面，在阳极基板12侧析出包括熔渣成分的熔融电解质。具体而言，该熔融电解质包含被电解前的熔融矿石wm即三氧化二铁(fe2o3)、以及作为杂质的熔渣。熔渣中包含氧化镁、氧化钙、二氧化硅、以及氧化铝等。
[0059]
在进行这样的电解反应(还原反应)时，从三氧化二铁电离的氧离子在阳极侧再次结合而成为氧分子。在熔融矿石wm中的氧的浓度(氧势)过度地变高、或变低的情况下，有可能在通过冶炼得到的纯铁中溶入杂质。因此，需要将氧势保持为适当。
[0060]
因此，在本实施方式中，采用如下结构，通过非活性气体循环部2，向电解冶炼炉1内供给非活性气体，将氧伴随、回收到该非活性气体中。而且，采用如下结构，通过氧去除部3从由非活性气体循环部2回收的非活性气体与氧的混合气体去除氧，从而对非活性气体进行再利用。
[0061]
非活性气体循环部2具有从上述的壳体14内通过外部并再次向壳体14内导入气体的循环管线21、设置于该循环管线21上的压缩机22、以及温度调节部23。
[0062]
在循环管线21内填充有作为非活性气体的氩气。需要说明的是，作为非活性气体，除了氩气之外，还可以适当选择使用包含氦、氖、氪、氙等在内的稀有气体来使用。该非活性气体由设置于循环管线21上的压缩机22压送。在压缩机22的下游侧设置有温度调节部23。温度调节部23是为了使在循环管线21流通的气体的温度与后述的氧去除部3的工作范围(温度范围)一致而设置的。具体而言，作为温度调节部23，优选使用在从外部供给的制冷剂与在循环管线21中流通的气体之间进行热交换的热交换器。
[0063]
在循环管线21上的温度调节部23的下游侧设置有氧去除部3。氧去除部3从在循环管线21中流通的气体(即，非活性气体与氧的混合气体)仅去除氧。更具体而言，如图2及图3所示，氧去除部3具有沿循环管线21的上下游方向延伸且并列配置的多个单体电池堆4。
[0064]
各单体电池堆4具有筒状的基体管41、形成于该基体管41的外周面的多个燃料电池单体42、以及设置于相邻的燃料电池单体42之间的互连器43。燃料电池单体42通过从基体管41的内周侧朝向外周侧依次层叠燃料极42a、固体电解质42b、以及空气极42c而构成。
[0065]
基体管41是由例如cao稳定化zro2(csz)、y2o3稳定化zro2(ysz)、mgal2o4等形成的多孔质体。上述的非活性气体与氧的混合气体在该基体管41的内部流通。
[0066]
燃料极42a例如由ni/ysz、ni与氧化锆系电解质材料的复合材料的氧化物形成。在该情况下，燃料极42a所含的ni用作混合气体的催化剂。
[0067]
空气极42c例如由lasrmno3系氧化物形成。该空气极42c在与固体电解质42b的界面附近由lacoo3系氧化物形成。固体电解质42b例如主要由ysz形成。该ysz具有气体不容易
通过的性质(气密性)，并且具有高温下的高氧离子导电性。
[0068]
在如上述那样构成的单体电池堆4中，在使燃料气体在基体管41内流通，且使作为氧化剂的气体在基体管41的外侧流通的情况下，在各燃料电池单体42中随着氧离子的移动而产生电荷。即，能够用作电力源。另一方面，在本实施方式中，通过对该燃料电池单体42施加电压，使氧分子在基体管41的内外移动。即，在本实施方式中，单体电池堆4被用作氧泵。由此，从在基体管41内流通的非活性气体与氧的混合气体中，仅氧被分离出且透过到基体管41的外侧。其结果是，随着在基体管41的延伸的方向上趋向下游侧，混合气体中的氧分压逐渐降低。最终，成为混合气体中不存在氧、或包含极少量氧的状态。这样，通过在氧去除部3中通过而从混合气体去除氧，在循环管线21中的氧去除部3的下游侧成为仅非活性气体流通的状态。
[0069]
需要说明的是，上述的单体电池堆4的工作温度为700～1000℃。即，从上述的熔融矿石wm中向循环管线21流通的混合气体的温度比单体电池堆4的温度高。因此，在本实施方式中，通过温度调节部23将混合气体的温度冷却到700～1000℃的范围内。
[0070]
根据上述结构，通过由非活性气体循环部2供给的非活性气体，能够使在阳极基板12侧产生的氧伴随而对其进行回收。由此，能够避免因氧的存在而向熔融铁wf混入杂质。而且，与非活性气体一起回收的氧在氧去除部3中被从混合气体中去除。通过去除氧，能够利用循环管线21再次将非活性气体向熔融矿石wm中供给。由此，能够降低非活性气体的使用量。其结果是，能够以更低廉的成本获得纯度更高的熔融铁wf。
[0071]
而且，根据上述结构，通过对氧去除部3中的燃料电池单体42施加电压而基体管41内的氧透过外部。即，燃料电池单体42被用作氧泵。氧的透过量根据所施加的电压而变化。因此，仅通过改变电压，就能够精细地调节氧的去除量。
[0072]
在此，燃料电池单体42的工作温度有时与熔融矿石wm的熔点不同。根据上述结构，通过温度调节部23将循环管线21中的非活性气体及氧的温度调节为燃料电池单体42的工作温度。由此，能够更高效地进行氧去除部3中的氧的去除处理。
[0073]
以上，对本发明的第一实施方式进行了说明。需要说明的是，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以对上述的结构实施各种变更、修改。例如，在上述第一实施方式中，对作为温度调节部23应用了在从外部供给的制冷剂与混合气体之间进行热交换的热交换器的例子进行了说明。然而，温度调节部23的结构并不局限于上述情况。作为其他例子，也可以采用图4所示的结构。在该图的例中，作为温度调节部23’，使用在向氧去除部3流入的混合气体与从氧去除部3流出的非活性气体之间进行热交换的热交换器。具体而言，温度调节部23’构成为，在循环管线21中的氧去除部3的上游侧的部分(循环管线上游部21a)与下游侧的部分(循环管线下游部21b)之间进行热交换。
[0074]
根据上述结构，在温度调节部23’中，在向氧去除部3流入的气体(非活性气体及氧)与流出的气体(非活性气体)之间进行热交换。从氧去除部3流出的气体相对于流入的气体成为相对低温。因此，从向氧去除部3流入的气体朝向流出的气体产生热的移动。由此，不使用其他制冷剂、冷却装置，就能够容易且廉价地进行气体的温度调节。
[0075]
而且，在上述第一实施方式中，更优选在阴极基板11侧的电位为1.0v且氧分压为1atm以下的状态下进行电解反应。通过在这样的条件下进行反应，可以抑制熔融矿石wm中所含的磷的还原。其结果是，能够进一步降低杂质向熔融铁wf的混入。
[0076]
[第二实施方式]
[0077]
接下来，参照图5，对本发明的第二实施方式进行说明。另外，对与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图5所示，在本实施方式的电解冶炼系统200中，电解冶炼炉1b的结构与上述第一实施方式不同。具体而言，在该电解冶炼炉1b中，在循环管线21的端部(将非活性气体向炉主体10供给的一侧的端部)设置有多个喷嘴21n。这些喷嘴21n分别插通(连接)于在阳极基板12中形成的多个贯通孔12h内。另外，炉主体10与阳极基板12之间的间隙由盖体15封闭。即，炉主体10相对于壳体14内的空间被隔离。
[0078]
根据上述结构，经过形成于阳极基板12的多个贯通孔12h，将在循环管线21中流通的非活性气体向熔融矿石wm中供给。由此，能够更高效地回收在阳极基板12上产生的氧，并且能够通过非活性气体的流动来搅拌熔融矿石wm。其结果是，能够促进熔融矿石wm的均质化，并使电解反应(还原反应)稳定地进行。
[0079]
以上，对本发明的第二实施方式进行了说明。需要说明的是，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以对上述的结构实施各种变更、修改。
[0080]
[第三实施方式]
[0081]
接着，参照图6，对本发明的第三实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图6所示，本实施方式的电解冶炼系统300除了第一实施方式的结构之外，还具备预备加热部5、熔融矿石供给管线5l、混合部6、氧供给管线31、非活性气体抽出管线61、以及注入管线62。
[0082]
预备加热部5对向炉主体10供给的熔融矿石wm进行预热。预备加热部5具有贮存熔融矿石wm并对其进行加热(预热)的加热槽51、喷嘴52、以及熔融矿石供给管线5l。喷嘴52设置于加热槽51内，将经由后述的注入管线62从循环管线21导入的混合气体(非活性气体与氧的混合气体)供给到熔融矿石wm中。熔融矿石供给管线5l将在加热槽51内被预热的熔融矿石wm向电解冶炼炉1供给。
[0083]
混合部6通过将从氧去除部3供给的氧与从循环管线21取出的非活性气体再次混合，从而生成具有期望的氧分压的混合气体。混合部6通过氧供给管线31与氧去除部3连接。通过氧供给管线31从氧去除部3向混合部6供给氧。而且，混合部6经由非活性气体抽出管线61与循环管线21中的氧去除部3的下游侧的部分连接。非活性气体的一部分通过非活性气体抽出管线61从循环管线21向混合部6供给。在混合部6中，以氧分压成为10-6
～10-5
atm的方式混合氧与非活性气体。在混合部6生成的混合气体通过注入管线62向上述的预备加热部5供给。
[0084]
根据上述结构，由非活性气体和氧构成的混合气体被供给到预备加热部5内的熔融矿石wm中。在此，已知在混合气体中的氧分压为特定值的情况下(即，为上述的10-6
～10-5
atm的情况下)，熔融矿石wm中的硫成分氧化(成为二氧化硫)而扩散到气相中。即，根据上述的结构，仅通过供给包含氧的混合气体，就能够在冶炼之前高效地去除熔融矿石wm中所含的硫成分。另一方面，在熔融矿石wm中溶入有硫成分的情况下，在进行该硫成分的去除时有可能产生困难。根据上述的结构，能够降低这种可能性。
[0085]
而且，根据上述结构，能够利用从喷嘴52吹出的混合气体高效地搅拌贮存于加热槽51中的熔融矿石wm。由此，能够使熔融矿石wm进一步均质化。其结果是，能够高效地进行
在炉主体10内产生的电解反应(还原反应)。
[0086]
以上，对本发明的第三实施方式进行了说明。需要说明的是，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以对上述的结构实施各种变更、修改。
[0087]
[第四实施方式]
[0088]
接下来，参照图7，对本发明的第四实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图7所示，本实施方式的电解冶炼系统400除了第一实施方式的结构之外，还具备在第三实施方式中说明过的预备加热部5及熔融矿石供给管线5l、第一氧去除部3a及第二氧去除部3b、以及注入管线31b。第一氧去除部3a及第二氧去除部3b分别与上述的氧去除部3具有同等的结构。
[0089]
第一氧去除部3a和第二氧去除部3b在循环管线21上串联地配置。第一氧去除部3a配置于第二氧去除部3b的上游侧。另外，在循环管线21上的第一氧去除部3a与第二氧去除部3b之间设置有朝向预备加热部5延伸的注入管线31b。
[0090]
在第一氧去除部3a中，对上述的燃料电池单体42施加的电压(第一电压)设定得比对第二氧去除部3b的燃料电池单体42施加的电压(第二电压)高。由此，在第一氧去除部3a中，从通过循环管线21供给来的混合气体中仅去除氧的一部分。具体而言，在第一氧去除部3a中，进行氧的去除直至混合气体的氧分压成为10-6
～10-5
atm。换言之，对第一氧去除部3a施加的第一电压是以使氧分压成为上述的值的方式预先设定的值。
[0091]
在第一氧去除部3a氧分压成为10-6
～10-5
atm的混合气体的一部分通过注入管线31b向预备加热部5供给。在预备加热部5中，通过该混合气体，熔融矿石wm中所含的硫成分氧化而向气相中扩散。另一方面，在第二氧去除部3b中，从由第一氧去除部3a供给的混合气体的剩余成分中将氧全部去除。通过在第二氧去除部3b中去除氧，从而经由循环管线21仅将非活性气体向电解冶炼炉1供给。
[0092]
根据上述结构，在第一氧去除部3a中，基于第一电压生成氧分压成为预先确定的值的混合气体。该混合气体向预备加热部5供给。
[0093]
在此，已知混合气体中的氧分压为特定值的情况下(即，为10-6
～10-5
atm的情况下)，熔融矿石wm中的硫成分氧化(成为二氧化硫)而扩散到气相中。另外，已知氧分压根据施加的电压的大小而变化。因此，根据上述的结构，仅通过使电压变化(第一施加电压)，就能够在冶炼之前高效地去除熔融矿石wm中所含的硫成分。而且，在上述结构中，能够利用第二氧去除部3b从未供给到预备加热部5的剩余的混合气体中去除残留的氧。由此，能够从第二氧去除部3b向熔融矿石wm中供给纯度高的非活性气体。
[0094]
以上，对本发明的第四实施方式进行了说明。需要说明的是，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以对上述的结构实施各种变更、修改。
[0095]
[第五实施方式]
[0096]
接着，参照图8，对本发明的第五实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。在本实施方式的电解冶炼系统500中，氧去除部3的结构与上述的各实施方式不同。在本实施方式中，在氧去除部3中的基体管41的延伸中途位置设置有抽出该基体管41中的混合气体的分支管41d。
[0097]
在此，在基体管41内，随着从延伸方向的上游侧趋向下游侧，氧分压变低。上述的分支管41d位于基体管41的中途位置，且从氧分压被预先确定的部分分支。具体而言，分支
管41d设置于氧分压为10-6
～10-5
atm的位置。即，在可以得到硫成分不容易溶入熔融矿石wm中的氧分压的位置设置有分支管41d。通过将该氧分压下的混合气体向上述的预备加热部5供给，从而能够在不使用其他装置的情况下使硫成分从熔融矿石wm中扩散到气相中。因此，在后续的处理过程中能够更容易地去除硫成分。
[0098]
以上，对本发明的第五实施方式进行了说明。需要说明的是，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以对上述的结构实施各种变更、修改。
[0099]
[第六实施方式]
[0100]
接下来，参照图9，对本发明的第六实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图9所示，本实施方式的电解冶炼系统600除了在上述的第三实施方式中说明过的结构以外，还具备硫回收装置7、混合气体供给管7a、第一抽出管线71、以及第二抽出管线72。
[0101]
硫回收装置7设置于预备加热部5的下游侧(即，预备加热部5与循环管线21上的氧去除部3的上游侧的部分之间)。硫回收装置7通过混合气体供给管7a与预备加热部5连接。硫回收装置7将在预备加热部5中搅拌完熔融矿石wm的混合气体(非活性气体与氧的混合气体)所含的硫成分进行去除。作为硫回收装置7，具体而言，优选使用利用碱液、消石灰、活性炭来吸附去除硫成分的装置。通过去除硫成分，在硫回收装置7中生成脱硫完毕混合气体。该脱硫完毕混合气体的一部分通过将硫回收装置7与混合部6连接的第一抽出管线71而向混合部6供给。另外，脱硫完毕混合气体的其他成分通过第二抽出管线72被送至循环管线21中的氧去除部3的上游侧。
[0102]
根据上述结构，能够使包含非活性气体及氧的脱硫完毕混合气体从硫回收装置7通过第一抽出管线71向混合部6回流。因此，能够更精细地调节由混合部6生成的混合气体的氧分压。其结果是，能够利用硫回收装置7更高效地回收硫成分。
[0103]
而且，根据上述结构，能够使包含非活性气体及氧的脱硫完毕混合气体从硫回收装置7通过第二抽出管线72向氧去除部3回流。因此，能够对在硫回收装置7中用于硫成分的回收后的非活性气体进行再利用。由此，能够削减非活性气体的使用量。
[0104]
以上，对本发明的第六实施方式进行了说明。需要说明的是，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以对上述的结构实施各种变更、修改。例如，也可以采用不设置上述第六实施方式中的第二抽出管线72而仅具备第一抽出管线71的结构。
[0105]
[第七实施方式]
[0106]
接着，参照图10，对本发明的第七实施方式进行说明。需要说明的是，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细的说明。如图10所示，本实施方式的电解冶炼系统700除了由上述的第三实施方式说明的结构以外，还具备在第六实施方式中说明过的硫回收装置7及混合气体供给管7a、以及氧追加管线73。
[0107]
氧追加管线73将混合气体供给管7a的中途位置与氧去除部3连接。即，由氧去除部3生成的氧的一部分通过该氧追加管线73向从预备加热部5流向硫回收装置7的混合气体供给。
[0108]
根据上述结构，通过氧追加管线73向从预备加热部5朝向硫回收装置7的混合气体供给氧。由此，混合气体的氧分压上升，能够促进混合气体中所含的硫成分的氧化。具体而言，能够将混合气体中的二氧化硫(so2)变为更稳定的三氧化硫(so3)。其结果是，能够利用
硫回收装置7更容易且高效地回收硫成分。
[0109]
以上，对本发明的第七实施方式进行了说明。需要说明的是，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以对上述的结构实施各种变更、修改。
[0110]
例如，电解冶炼系统不仅可以用于从矿石采取金属的冶炼，也可以用于提高金属的纯度的精炼。
[0111]
本发明能够应用于电解冶炼系统。
[0112]
附图标记说明
[0113]
100、200、300、400、500、600、700：电解冶炼系统；
[0114]
1：电解冶炼炉；
[0115]
2：非活性气体循环部；
[0116]
3：氧去除部；
[0117]
3a：第一氧去除部；
[0118]
3b：第二氧去除部；
[0119]
4：单体电池堆；
[0120]
5：预备加热部；
[0121]
5l：熔融矿石供给管线；
[0122]
6：混合部；
[0123]
7：硫回收装置；
[0124]
7a：混合气体供给管；
[0125]
10：炉主体；
[0126]
10b：底部；
[0127]
11：阴极基板；
[0128]
12：阳极基板；
[0129]
12h：贯通孔；
[0130]
13：集电极；
[0131]
14：壳体；
[0132]
15：盖体；
[0133]
21：循环管线；
[0134]
21a：循环管线上游部；
[0135]
21b：循环管线下游部；
[0136]
21n：喷嘴；
[0137]
22：压缩机；
[0138]
23、23’温度调节部；
[0139]
31：氧供给管线；
[0140]
31b：注入管线；
[0141]
41：基体管；
[0142]
41d：分支管；
[0143]
42：燃料电池单体；
[0144]
42a：燃料极；
[0145]
42b：固体电解质；
[0146]
42c：空气极；
[0147]
43：互连器；
[0148]
51：加热槽；
[0149]
52：喷嘴；
[0150]
61：非活性气体抽出管线；
[0151]
62：注入管线；
[0152]
71：第一抽出管线；
[0153]
72：第二抽出管线；
[0154]
73：氧追加管线；
[0155]
wf：熔融铁；
[0156]
wm：熔融矿石。