JPS58515B2 - 食塩水のイオン交換膜電解方法 - Google Patents

食塩水のイオン交換膜電解方法

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JPS58515B2
JPS58515B2 JP52142061A JP14206177A JPS58515B2 JP S58515 B2 JPS58515 B2 JP S58515B2 JP 52142061 A JP52142061 A JP 52142061A JP 14206177 A JP14206177 A JP 14206177A JP S58515 B2 JPS58515 B2 JP S58515B2
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は陽イオン交換膜によって陽極室と陰極室とに分
割した電解槽において鉄シアン酸化合物を含んだ食塩を
原料として電解する方法に関する。
一般に固形食塩中には、食塩の固結を防止する目的で鉄
シアン酸化合物例えばフェロシアン化カリウム、フェリ
シアン化カリウム、フェロシアン化ナトリウム、フェリ
シアン化ナトリウム等が数ppm添加されている場合が
多い。
このような食塩を用いて電解を行なうと、鉄シアン酸イ
オンは陽極で発生する塩素に酸化されて鉄イオンになる
食塩の電解は従来水銀法および隔膜法の2つのプロセス
によって行なわれて来た。
水銀法の場合数ppmの鉄シアン酸化合物が含有されて
いる食塩を電解しても陽極室中で酸化して生成される鉄
イオンは水銀とアマルガムを生成することもなく電解に
悪影響を及ぼすことは無かった。
又、隔膜法の場合数ppm鉄シアン酸化合物を含む食塩
を溶解して電解しても陽極室中で酸化されて生成する鉄
イオンは2ppm以下となり隔膜の目づめを促進する一
要因ではあるが食塩水溶液中20乃至5ppm含有する
、カルシウム、マグネシウム等地の不純物の影響が大き
く、鉄シアン酸化合物に由来する鉄イオンの影響は問題
にならなかった。
しかし、陽イオン交換膜によって陽極室と陰極室とに分
割された電解槽にて、鉄シアン酸化合物を含有する食塩
水を陽極室に供給して電解し、陽極より塩素ガス、陰極
より水素ガスを生成し、陰極室中に苛性ソーダを生成す
る際には、隔膜法におけるアスベスト隔膜よりも陽イオ
ン交換膜は、はるかに緻密なので水酸化物の沈澱が陽イ
オン交換膜中や膜表面上に沈着して、電解電圧が上昇し
たり、膜が破壊されたりする現象がはるかに著しい。
このため、陽イオン交換膜を用いる場合には、水酸化物
として沈澱しうる不純物、例えば、カルシウム、マグネ
シウム、鉄等ばいづれも、食塩水中に0.lppm以下
に保たねばならない。
上記と同様の理由により、本発明者等は鉄シアン酸化合
物を含む食塩水を陽極室中に供給すると酸化されて鉄イ
オンとなり電解電圧を上昇させるので食塩水中の鉄シア
ン酸化合物も0.5ppm以下にしなければならないこ
とを見出した。
食塩水中の鉄シアン酸化合物を0.5ppm以下になる
まで除去しさえすればよい。
このためには陰イオン交換樹脂を用いて、除去したり、
沈澱として除去する方法など種々の方法が考えられる。
沈降剤としては鉄イオン酸イオンと難溶性塩を作るもの
であれば何でもよいが、例えば塩化第2鉄、塩化銅、塩
化亜鉛等がよい。
しかし、杢発明者等は、鋭意検討の結果、鉄シアン酸化
合物”を酸化分解して鉄イオンとなしてから除去すれば
鉄シアン酸化合物の形のままで除去するよりは経済的に
有利であり、且つ、電解電圧が上昇することもないこと
を見い出しだ。
食塩水中のカルシウム、マグネシウム等は炭酸ソーダや
苛性ソーダ等を添加して炭酸カルシウム水酸化マグネシ
ウムとして沈澱させることにより精製される。
この液をさらにキレート樹脂塔などにより精製すれば、
カルシウム、マグネシウム等はいづれも0.lppm以
下に精製しうる。
上記の如きカルシウム、マグネシウム等の不純物を除去
する精製工程の前に、鉄シアン酸化合物を酸化分解する
設備を設け、鉄イオンとすれば、カルシウム、マグネシ
ウム等の不純物を精製する工程に於いて、鉄イオンも同
時に除去され精製されるので好ましい。
鉄シアン酸化合物を酸化分解するための酸化剤として塩
素、次亜塩素酸ソーダ、過酸化水素、塩素酸ソーダ、ク
ロム酸カリ、過マンガン酸カリ等一般に知られている酸
化剤をすべて用いることが出来るが酸化剤として、塩素
及び又は次亜塩素酸ソーダを用いるのが好ましい。
これらは鉄シアン酸化合物を含有する食塩水溶液中に添
加してもよいが、陽イオン交換膜を用いる場合には、陽
極室中で食塩濃度が低下して塩素及び次亜塩素酸を含有
する陽極液の一部を取り出し、これに食塩を再溶解させ
る。
好ましくは、塩素ガスを溶存させた陽極液を用いて、鉄
シアン酸イオンを含有する食塩水中に塩素ガスが30乃
至200ppm残存するようにするのが良い。
200ppmより多量に残存してもよいが、食塩溶解時
などに塩素臭が強いので好ましくない。
このように、陽極液中には通常数百ppmの塩素を含有
するので、200ppm以下になるように且つ、30p
pm以上残存するように脱塩素して用いるのがよい。
次に酸化分解するだめの温度について述べる。
塩素及び又は次亜塩素酸ソーダを酸化剤として用いる場
合、60℃以下では、フェロシアン酸がフェリシアン酸
になる程度であって、実用上充分な分解は生じない。
従って、60℃以上に保つことが必要である。
60℃以上であれば、温度が高い程急速に、鉄シアン酸
化合物は、鉄イオンに迄分解する。
しかし、150℃以上では、装置等の腐蝕が激し過ぎる
ので好ましくない。
更に好ましくは90℃乃至110℃の範囲である。
この範囲であれば酸化分解に必要な滞溜時間は、1時間
以内となる。
陽イオン交換膜を用いて、苛性ソーダを製造するには、
通常電解温度は90℃程度である。
陽極室中には通常、はぼ飽和の食塩水が供給され、陽極
室中で、食塩水の濃度がほぼ半減される迄使用されて抜
出され、この陽極液を用いて、食塩を溶解するべく循環
使用される。
電解槽中で、陽極室より陽イオン交換膜を通して陰極室
中ヘナトリウムイオンが移動するさいに、ナトリウムイ
オン1mol当り通常約90gもの水が同伴して移動す
る。
これに対応して、陽極室中より抜出された約90℃の陽
極液中には約1/3程度の常温の水が補給された後常温
の食塩を溶解するのを常とする。
その結果、鉄シアン酸イオンを含有する食塩を溶解した
後のほぼ飽和の食塩水の温度は通常60℃以下位になる
従って、鉄シアン酸を分解させるには通常、塩素ガスを
溶存させるばかりでなく、さらに60℃以上になるよう
に加熱することが必要である。
他方、電解槽は、元来、熱を発生する。
従って、一定の温度で電解を続けるには、何らかの方法
で、常に冷却する必要がある。
このため、60℃以上で鉄シアン酸イオンが分解された
後の高温の食塩水をそのまま電解槽へ、供給することは
好ましくない。
従って、鉄シアン酸イオンを含有する食塩水と60℃以
上で、鉄シアン酸イオンが酸化分解された後の食塩水と
を熱交換するのが好ましい。
これにより、酸化分解するのに必要な蒸気使用量を減少
させうる。
陽イオン交換膜としては、スルホン酸基を有するもので
も良いが、陰極室中に苛性ソーダの如き液が生成する際
には、水酸イオンが陽極室に向かって移動しやすく、電
流効率が上昇しがたいので陽イオン交換膜としてはカル
ボン酸基、スルホンアミド基、燐酸基等の弱酸性イオン
交換基を有する膜、スルホン酸基とこれらの弱酸基とが
積層された陽イオン交換膜を用いるのがこのましい。
このような弱酸基をもつ陽イオン交換膜では特に、陽極
液中に鉄イオンが存在すると、膜面上もしくは膜中に鉄
イオンが蓄積し、電圧が上昇しゃすいので、鉄イオン及
び鉄シアン酸イオンの除去は重要である。
次に、本発明の方法を適用した代表的なフローシートを
第1図に従って説明する。
尚本発明は第1図のフロー・シートに限定されるもので
はない第1図に於て、1は電解槽の陰極室、2は陰極液
タンク、1と2の間は苛性ソーダの水溶液が循環してい
る。
2に於いて分離された苛性ソーダ水溶液は3より、水素
ガスは4より排出される。
5は陽イオン交換膜、6は電解槽の陽極室、7は陽極液
タンク、6と7の間には陽極液が循環している。
7に於いて分離された塩素ガスば8より、濃度の下がっ
た食塩水溶液は脱塩素塔9へと抜出される。
9に於いて、溶存塩素ガス量が30乃至200ppmに
保たれた淡塩水に、補給水10が訟加され、食塩溶解槽
12に於いて水酸化マグネシウムが析出しない程度即ち
pH9以下程度になるように苛性ソーダが11より添加
され、もしくは添加されずして12に給液される。
13より鉄シアン酸カリ等を固結防止剤として含有する
結晶塩が供給される。
13より出てくる飽和食塩水は熱交換器14にて加熱さ
れ、さらに酸化分解槽15にて60℃以上なるように、
水蒸気16によりさらに加熱される。
15にて酸化分解に必要な滞留時間をへたのち、再び熱
交換器14に戻される。
ここで熱源として使用され冷却されたのち、反応槽17
にて、炭酸ソーダ、苛性ソーダ等が18より添加される
必要により炭酸バリウムや亜硫酸ソーダ、沈澱促進剤等
が19より添加される。
20はシックナーである。
ここにて、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム等と共
に、酸化分解された鉄シアン酸イオンは水酸化鉄として
排出される。
22は濾過機、23はキレート樹脂塔であり、ここにて
、食塩水中に溶存しているカルシウムイオン、マグネシ
ウムイオン、鉄イオン等が、それぞれ0.lppm以下
まで除去される。
かくて精製されたほぼ飽和の食塩水が陽極液タンクに補
給される。
24よりは塩酸が供給されて陽極液タンク中のpHが一
定に保たれる。
25より水が補給され又は補給されずして、陰極室中の
苛性ソーダ濃度が調節される。
実施例1 第1図に示したようなフローシートに於て、陽極液タン
ク7へ23より濃度300〜310g/lの塩水および
ライン24より塩酸がそれぞれ供給され7と6との間の
循環液は食塩濃度175g/l、pH≒2に調整されて
いる。
又、陰極循環タンク2と陰極室1との間も循環され、ラ
イン3より生成苛性ソーダが抜き出されている。
この苛性ソーダ濃度が21係になるように25より水が
補給される。
循環液の温度は90℃にコントロールされている。
7より9へ循環塩水の一部が抜き出され、脱塩素塔9で
出口淡塩水中の塩素濃度が30〜200ppmになるよ
うに運転された。
10より補給水が添加され11より苛性ソーダが添加さ
れて、12に於けるpHが調節された。
原料食塩13として、フェロシアン化カリウムを12p
pm含有している食塩を用いた。
12に於いて、食塩を溶解し食塩濃度310g/lにし
た。
その際、フェロシアン化カリウムの濃度は2.2ppm
、出口温度は60℃であった。
酸化分解槽15を温度60℃、70℃、90℃、110
℃、pH=46810で運転した場合の酸化分解槽出口
塩水中のフェリシアン化カリウム濃度を表1に示す。
なお食塩溶解後の塩水中の塩素濃度は1100ppであ
り、酸化分解槽における塩水の滞留時間は15分であっ
た。
この結果よりフェロシアン化カリウムを酸化分解させる
には60℃以上の温度が必要であり、又pHは5〜9が
好ましいことがわかる。
酸化分解槽を温度100℃、pH=6にコントロールし
、陽イオン交換膜として、パーフロロスルホン酸層とパ
ーフロロカルボン酸層の2層より成る膜を用いて、電流
密度40A/dm2で1ケ月間連続運転したところ電圧
は3.75Vで終始安定していた。
一方酸化分解槽をバイパスさせ、フェロシアン化カリウ
ムの分解を行なわずに運転したところ電圧はスタート当
初3.75Vであったが経時上昇を来たし、3日後には
4層以上になり更に上昇し続ける傾向であった。
実施例2 第1図に示したようなフローシートにおいて14151
617181920 21に相当する設備がないが、23の後に更に陰イオン
交換樹脂が充填された塔を経た後7に供給される如きフ
ローシートにおいて、陽極液タンク7へ陰イオン交換樹
脂塔より濃度300〜310g/lの塩水およびライン
24より塩酸がそれぞれ供給され、7と6との間の循環
液は食塩濃度175g/l、pH≒2に調整されている
又、陰極液タンク2と陰極室1との間も循環され、ライ
ン3より生成苛性ソーダが抜き出されている。
この苛性ソーダ濃度が21%になるように25より水が
補給される。
循環液の温度は90℃にコントロールされている。
7より9へ循環塩水の一部が抜き出され、脱塩素塔9で
出口淡塩水中の塩素が除去されている。
10より補給水が添加され11より苛性ソーダが添加さ
れて。
12におけるpHが7に調節された。
原料食塩13として、フェロシアン化カリウムを12p
pm含有している食塩を用いた。
12において食塩を溶解し食塩濃度310g/lにした
その際フェロシアン化カリウムの濃度は2.2ppm、
出口温度は60℃であった。
更に、陰イオン交換樹脂塔を出た後の食塩水溶液中のフ
ェロシアン酸イオン濃度は0.lppm以下、カルシウ
ムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオン−の濃度もい
ずれも0、lppm以下であった。
このような食塩水を用いて、陽イオン交換膜としてパー
フロロスルホン酸層とパーフロロカルボン酸層の2層よ
りなる膜を用いて電流密度40A/dm2で電解した所
、電圧は3.75Vで安定していた。
実施例3 第1図に示したフローシートにおいて、14゜1516
に相当する設備を取り除きその代りに新たに反応槽26
とシックナー27を設けた第2図に示すフローシートの
装置を用いた。
原料食塩13としてフェロシアン化カリウムを12pp
m含有している食塩を用いた。
12において食塩を液解し食塩濃度310g/lにした
又、その際フェロシアン化カリウムの濃度は2.2pp
m、出口温度は60℃であった。
ライン28より塩化第2鉄が添加され反応槽26の第2
鉄イオン濃度が5mg/lになるように調節された。
フェロシアン酸イオンはシックナー27においてフェロ
シアン化鉄として沈降分離され、シックナー27の出口
においてフェロシアン化カリウムの濃度は0.5ppm
であった。
更にシックナー20、キレート樹脂塔23において、カ
ルシウムイオン、マグネシウムイオン、鉄イオンが0、
lppm以下になるように除去された。
このような食塩水と塩酸が陽極タンク7へそれぞれ23
およびライン24より供給され7と6との間の循環液は
食塩濃度175g/l、pH≒2に調整されている。
又、陰極液タンク2と陰極室1との間も循環され、ライ
ン3より生成苛性ソーダが抜き出されている。
この苛性ソーダ濃度が21幅になるように25より水が
補給される。
循環液の温度は90℃にコントロールされている。
陽イオン交換膜としてパーフロロカルボン酸層とパーフ
ロロカルボン酸層の2層より成る膜を用いて、電流密度
40A/dm2で運転したところ電圧は3.75Vで終
始安定していた。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は大発明の方法を適用した代表的な
フローシートである。 1:陰極室、2:陰極液タンク、5:陽イオン交換膜、
6:陽極室、7:陽極液タンク、12:食塩溶解槽、1
3:結晶塩、14:熱交換器、15二酸化分解槽、20
:シックナー、22:濾過機、23:キレート樹脂塔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1陽イオン交換膜によって陽極室と陰極室とに分割され
    た電解槽にて、鉄シアン酸化合物を含有した食塩を原料
    として電解する際に、食塩水のpHが5〜9、塩素及び
    /又は次亜塩素酸ソーダ濃度が塩素に換算して30〜2
    00ppm、温度が60〜150℃の条件下で、食塩水
    中の鉄シアン酸化合物を塩素および/又は次亜塩素酸ソ
    ーダにより酸化分解し鉄イオンとなした後除去し、鉄シ
    アン酸化合物が0.5ppm以下となった食塩水を陽極
    室に供給することを特徴とする電解方法。 2酸化分解設備への供給液と排出液とを熱交換させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲1項記載の方法。 3陽イオン交換膜のイオン交換基の少くとも一部が弱酸
    性イオン交換基であることを特徴とする特許請求の範囲
    1項又は2項記載の方法。
JP52142061A 1977-10-08 1977-11-26 食塩水のイオン交換膜電解方法 Expired JPS58515B2 (ja)

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GB7839160A GB2005723B (en) 1977-10-08 1978-10-03 Electrolysis of sodium chloride in a ionexchange membrane cell
US05/948,659 US4190505A (en) 1977-10-08 1978-10-03 Electrolysis of sodium chloride in an ion-exchange membrane cell
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FR7828619A FR2405310A1 (fr) 1977-10-08 1978-10-06 Electrolyse du chlorure de sodium dans une cellule a membrane echangeuse d'ion
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IT28532/78A IT1099790B (it) 1977-10-08 1978-10-06 Elettrolisi del cloruro di sodio in una cella a membrana scambiatrice di ioni

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