JPS60187687A - 高純度なアルカリ金属水酸化物の製造法 - Google Patents

高純度なアルカリ金属水酸化物の製造法

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JPS60187687A
JPS60187687A JP60003113A JP311385A JPS60187687A JP S60187687 A JPS60187687 A JP S60187687A JP 60003113 A JP60003113 A JP 60003113A JP 311385 A JP311385 A JP 311385A JP S60187687 A JPS60187687 A JP S60187687A
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alkali metal
cation exchange
gas
membrane
exchange membrane
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Takashi Yamada
山田 傑
Yoshiyuki Tsuchida
義之 土田
Yasushi Samejima
鮫島 靖志
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高純度なアルカリ金属水酸化物の製造法に関す
る。詳しくは、略垂直に張設された陽イオン交換膜によ
り陽極室と陰極室とに分離された所謂竪型電解槽で、ア
ルカリ金属ハロゲン化物水溶液を電解して、高純度なア
ルカリ金属水酸化物を製造する方法に関する。
本発明の目的は、アルカリ金属ハロゲン化物濃度の低い
高純度なアルカリ金属水酸化物を得ることにある。
従来より、アルカリ金属ハロゲン化物水/8液を電解し
てアルカリ金属水酸化物を得る方法として、水銀法と隔
膜法とがある。近年水銀による環境汚染問題を契機とし
て後者が注目されているが、それぞれの方法によって製
造されたアルカリ土属水酸化物の性状には大きな差異が
認められ、不純物濃度が著しく異なる。塩化ナトリウム
水溶液を電解して苛性ソーダを得る場合を例にとれば、
50%苛性ソーダ水溶液中で、水銀法では塩化ナトリウ
ム含量が数ppm〜数十ppmであるのに対し、隔膜法
では塩化す) IJウム含量が約110000ppもあ
る。
隔膜法で得られる苛性ソーダ中の塩化ナトリウムを除去
する方法として、液体アンモニア抽出法、水和物法及び
複塩法等が研究され、一部実用化もされているが、いづ
れもコストアップを招き、更にばかがる方法で精製され
た苛性ソーダ中にも塩化ナトリウムが数百〜数千ppm
残存し、高純度な苛性ソーダをd・要とする市場分野に
は使用出来ないのが実状である。
従って、近年、隔膜法で一般に用いられるアスへスト等
の中性隔膜にかえて、陽イオン交換膜を用いる隔膜電解
法が例えば特開昭48−61397号等により提案され
ている。この陽イオン交換膜は陽極で発生するハロゲン
ガス、陽極液中に生成する次亜ハロゲン酸イオン等の酸
化性物質により著しく劣化をうけるために、耐酸化性を
有する必要がある。このような要求に対して、最近、パ
ーフルオロ化炭化水素とスルボン化パーフルオロビニル
エーテルの共重合体で作られた改良された膜が開発され
ている。種々の実験において、かがる陽イオン交換膜は
アルカリ金属水酸化物の製造用に耐え得ることがわかっ
ている。
しかしながら、このような膜を1枚だけ略垂直に張設し
て電解を行う2室式電解法においては、得られるアルカ
リ金属水酸化物中のアルカリ金属塩化物含量は未だ数百
〜数千ppmにも達し、高純度を必要とする市場分野で
の使用に耐えないとされている。最近、この問題を解決
する方法としては、略垂直に張設した陽イオン交換膜と
中性隔膜とをそれぞれ1枚以上用いる多室式電解法が研
究され、提案されている。この方法によれば、水銀法と
同等の低アルカリ金属塩化物含有の高純度なアルカリ金
属水酸化物を製造し得ることが知られている。しかしな
がら、この多室式電解法は下記の如き幾多の欠陥が指摘
出来、工業的に極めて不利な方法といわざるを得ない。
■膜を2枚以上用いるために、必然的に摺電圧の上昇を
招き、エネルギーコストが大巾にアフブする。
■電解槽構造が複雑化し、設備コストが過大となる。
■電解槽操作が煩雑化し、運転性が悪化する。
本発明者等は、上記従来方法の欠点を克服すべく、略垂
直に張設した陽イオン交換膜を用いる隔膜電解法につき
鋭意研究を重ねた結果、一般に公知な耐酸化性陽イオン
交換膜を用いた隔膜電解法で、アルカリ金属ハロゲン化
物濃度の非常に低い高純度なアルカリ金属水酸化物を工
業的に極めて有利に製造出来る方法を見出した。
即ち、本発明は略垂直に張設された陽イオン交換膜によ
り陽極室と陰極室とに分離された竪型電解槽で、アルカ
リ金属ハロゲン化物水溶液を電解してアルカリ金属水酸
化物を製造する方法において、陽極室で発生するハロゲ
ンガスが陽極液と分離することによって生ずるハロゲン
ガスからなる気相中に露出している陽イオン交換膜の片
面又は両面をガス不透過性物質で被覆させて電解を行わ
せることを特徴とするアルカリ金属ハロゲン化物濃度の
低い高純度なアルカリ金属水酸化物の製造法を内容とす
るものである。
本発明者等は、略垂直に張設した陽イオン交換膜を用い
るアルカリ金属ハロゲン化物水溶液の電解によって得ら
れるアルカリ金属水酸化物中のアルカリ金属ハロゲン化
物の混入原因につき、詳細に研究した結果、主たる原因
は、陽極室の上部に形成されるハロゲンガスからなる気
相部に陽イオン交換膜が露出している場合に、気相中の
ハロゲンガスが膜を通って陰極室に拡散し、そのハロゲ
ンガスと陰極室で生成されるアルカリ金属水酸化物とが
直ちに反応して、アルカリ金属ハロゲン化物を生成する
ためであることをつきとめた。陽イオン交換膜の片側が
ハロゲンガスに直接露出した場合、膜の反対側にハロゲ
ンガスが容易に拡散することは、下記の実験事実より理
解出来る。
第1図に示す如く、内容積lβ(10cmXlO■MI
Oc+n)のアクリル樹脂製容器1′の中央に、イー・
アイ・デュポン・デ・ニモアース・アンド・カンパニー
製パーフルオロスルホン酸膜(商品名“プ′フイオンX
R315”)(図中記号2′)をはさみこんで、3′及
び4′の2つの室を成形させ、室3’lこ20%苛性ソ
ーダを一杯に充填し、室4′に塩素ガスを常圧で1. 
’l j! / h rを3時間通気し、その間に20
%苛性ソーダ中に増加した塩化ナトリウムを測定した所
、735 ppmであった。
次に、第2図に示す如く、膜2′が水平になるり0(し
、王室3′に20%苛性ソーダを一杯に充填し、上室4
1に半容量の蒸留水を充填し、この水層の上部に塩素ガ
スを常圧で1.211 / h rを3時間通気し、そ
の間に20%苛性ソーダ中に増加した塩化ナトリウムを
測定した所、27ppmであった。従って、陽極室内の
気液分離により形成されるハロゲンガス相中に陽イオン
交換膜が露出することがないように電解することが、ア
ルカリ金属ハロゲン化物を殆んど含まない高純度なアル
カリ金属水酸化物を得ることを可能にする要点である。
従来から種々発表されている陽イオン交換膜を隔膜とす
る竪型電解槽としては、電解槽内の上部で気液分離を行
わゼるものがある。このタイプの電解槽は、膜の装着の
容易さから膜の上端は電解槽の上面に付属するフランジ
等に装着されるため、陽極液上部に形成されるハロゲン
ガス相に陽イオン交換膜の上部が露出しているのが一般
である。
従って、上記従来方法により略垂直に張設された陽イオ
ン交換膜を隔膜として電解を行う場合は、陽極室で発生
するハロゲンガスが膜を通って陰極室に拡散しアルカリ
金属水酸化物中にアルカリ金属ハロゲン化物が含有され
る結果となる。
本発明は、略垂直に張設された陽イオン交換膜を陽極液
の上部に形成されるハロゲンガスからなる気相部中に露
出させないために、陽極室で発生するハロゲンガスが陽
極液と分離することによって生ずるハロゲンガスからな
る気相中に露出している陽イオン交換膜面を、ガス不透
過性物質で被覆させることである。ガス不透過性物質と
しては、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂等のプラスチック
ス、あるいはシーリング剤、接着剤等を耐食性を考慮し
て適宜選択出来る。
本発明の理解を容易にするために、図面により説明する
本発明は塩化ナトリウムや塩化カリウムの如きアルカリ
金属塩化物水溶液を略垂直に張設された陽イオン交換膜
を隔膜として電解し、塩素ガスの如きハロゲンガスと水
酸化ナトリウムや水酸化カリウムの如きアルカリ金属水
酸化物を製造する一般的な方法に適用出来る。電解槽内
の」二部で気液分離を行わせる典型的な従来法竪型電解
槽を第3図に示す。陽イオン交換膜lによって2分割さ
れた2室からなり、陽極室2は陽極4を、陰極室3は陰
極5を有し、膜lは極室2及び3の外周のフランジ6に
より所定の位置に装着される。アルカリ金属ハロゲン化
物水溶液7は、電解液供給口9から陽極室2内に供給さ
れる。電解によって発生したハロゲンガスは陽極室ガス
排出口重3から取出され、電解された電解液は電解液抜
出し口11から取出される。陰極室3へは水あるいはア
ルカリ金属水酸化物8が注液口IOから供給され、電解
によって発生した水素ガスは陰極室ガス排出口14から
、製品のアルカリ金属水酸化物は製品抜出し口12から
取出される。陽イオン交換膜1は公知の膜が用いられ、
一般にこれらの膜物質は、電解環境に対し物理的及び化
学的に安定であり、かつ、スルポン酸基、カルボン酸基
等の活性なカチオン交換基を有する重合体からなる。代
表的かつ非常に良好な性質を持つ膜はイー・アイ・デュ
ポン・デ・ニモアース・アンド・カンパニー製パーフル
オロスルホン酸膜(商品名、ナフィオン)である。主要
な操作条件は特に限定されるものではないが、約50〜
330g/lの濃度のアルカリ金属ハロゲン化物本/8
液を供給し、10〜70Aldrdの電流密度で、分解
率lO〜70%で電解する。得られるアルカリ金属水酸
化物の濃度は10〜50%である。
本発明は、かかる竪型電解槽において、第4図に示す如
(、陽極室で発生ずるハロゲンガスが陽極液と分離する
ことによって生ずるハロゲンガスからなる気相中に露出
している陽イオン交換膜1の片面又は両面を、ガス不透
過性物質15で陽イオン交換膜の上部を被覆して、陽極
液抜出し口llが被覆面下端より上部に位置せしめるよ
うにして電解を行わせる。この場合、膜1は陽極室のハ
ロケンガス気相部17に露出されない。
上記の如き方法によれば、陽極室で発生するハロゲンガ
スが陽極液と分離することによって生ずるハロケンガス
からなる気相中に陽イオン交換膜を露出させることなく
電解を行うことが出来るので、ハロゲンガスが膜を通っ
て陰極室に拡散されず、従って水銀法益みの低アルカリ
金属ハロゲン化物濃度の高純度なアルカリ金属水酸化物
を製造し得る。この優れた効果の理由については、下記
の如く説明出来る。
イオン交換膜は、イオン選択透過性及び成子浸透性には
優れているが、ガス不透過性に対しては必ずしも十分で
はない。従つζ、ハロゲンガス相中に膜が露出している
と、ハロゲンガスは膜を通つて陽極室から陰極室に浸透
、拡散する。陰極室にはアルカリ金属水酸化物が存在す
るので、ハロゲンガスはこれと瞬時に反応し、アルカリ
金属ハロゲン化物とアルカリ金属次亜ハロゲン酸とを生
成する。
例えば、CI2 +2Na011−NaCI 4−Na
C,IO+H2ONaCl0は陰極で直ちにNaClに
還元される。
NaCI0 + 1120 + 2e−NaCI + 
2011即ち、陰極室に拡散してきたCI2 ガスは、
苛性ソーダ中にNaC1として固定される結果となる。
依って、略垂直に張設された膜を通してのハロゲンガス
の浸透、拡散を防ぐために、前記した如く、ハロゲンガ
ス気相中に露出している膜面をガス不透過性物質で被覆
して電解すれば、アルカリ金属水酸化物中のアルカリ金
属ハロゲン化物の濃度が顕著に減少する。
尚、本発明方法は陽極室側に略垂直に張設したフッ素樹
脂系中性多孔質膜又は陽イオン交換膜を用いる多室式竪
型電解槽にも適用出来、陽極室から膜間室へのハロゲン
ガスの浸透、拡散を防止し得るので、膜間室液の純度向
上及び陰極室側のイオン交換膜の耐酸化性保護に対し多
大な効力を持つものであることはいうまでもない。
以下に、本発明を実施例及び比較例に基づいて説明する
実施例1 第4図に示す構造の耐熱塩化ビニール樹脂製電解槽(有
’JJ膜面稍20cI11×20CI11)において、
陽極にTi02−RuO2よりなる不溶性電極、陰極に
メツシュ状鉄製電極を使用して、飽和食塩水を電解した
。電解隔膜はフッ素樹脂系の陽イオン交換膜゛ナフィオ
ンXR315”を使用した。実験条件及び実験結果を第
1表に示す。
第1表 比較例1 第3図に示す構造の電解槽において、実施例1と全く同
様な実験条件で電解を行った結果を第2表に示す。
第2表
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、塩素ガスの拡散状況を調べるため
に用いた試験装置の概略断面図。第3図は従来法竪型電
解槽、第4図は本発明の竪型電解槽を示す断面図である
。 第1図 ↑ 雫3 閏 4? 2 r7! 3′ 虞4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、略垂直に張設された陽イオン交換膜により陽極室と
    陰極室とに分離された竪型電解槽で、アルカリ金属ハロ
    ゲン化物水溶液を電解してアルカリ金属水酸化物を製造
    する方法において、陽極室で発生するハロゲンガスが陽
    極液と分離することによって生ずるハロゲンガスからな
    る気相中に露出している陽イオン交換膜の片面又は両面
    をガス不透過性物質で被覆させて電解を行わせることを
    特徴とするアルカリ金属ハロゲン化物濃度の低い高純度
    なアルカリ金属水酸化物の製造法。 2、ガス不透過性物質がフッ素系樹脂、エポキシ樹脂、
    シーリング剤、接着剤から選択される特許請求の範囲第
    1項記載の製造法。 3、アルカリ金属ハロゲン化物が塩化す1リウム、アル
    カリ金属水酸化物が水酸化ナトリウム、およびハロケン
    ガスが塩素ガスである特許請求の範囲第1項記載の製造
    法。 4、アルカリ金属ハロゲン化物が塩化カリウム、アルカ
    リ金属水酸化物が水酸化カリウム、およびハロゲンガス
    が塩素ガスである特許請求の範囲第1項記載の製造法。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5220980A (en) * 1975-08-12 1977-02-17 Asahi Glass Co Ltd Fluororesin cation exchange membrane for electrolysis

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5220980A (en) * 1975-08-12 1977-02-17 Asahi Glass Co Ltd Fluororesin cation exchange membrane for electrolysis

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