JP4282626B2 - Magnesium chloride purification equipment - Google Patents
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Description
本発明は、金属塩が溶解されている溶液中から電気化学的処理により分解可能な不純物を除去する金属塩の精製方法及び金属塩の精製装置及び塩化マグネシウムの精製装置に関するものである。 The present invention relates to a metal salt purification method, a metal salt purification device, and a magnesium chloride purification device that remove impurities that can be decomposed by electrochemical treatment from a solution in which the metal salt is dissolved.
化学工業分野では、金属塩水溶液を用いた他種金属の精製が行われている。例えば、金属チタンを得る場合には、鉱石(TiO2やFeTiO3)を塩素ガスと炭素で処理して得たTiCl4をマグネシウムなどで還元するKroll法が用いられている。この方法では、マグネシウムは塩化マグネシウムとして提供され、電解還元されたマグネシウムが用いられている。また、チタンを還元してイオンに戻ったマグネシウムは、再利用されている。 In the chemical industry field, purification of other metals using an aqueous metal salt solution is performed. For example, when titanium metal is obtained, a Kroll method is used in which TiCl 4 obtained by treating ore (TiO 2 or FeTiO 3 ) with chlorine gas and carbon is reduced with magnesium or the like. In this method, magnesium is provided as magnesium chloride and electrolytically reduced magnesium is used. Further, magnesium that is reduced to titanium and returned to ions is reused.
この際、高濃度の塩化マグネシウム溶液が用いられる。しかし、高濃度の塩化マグネシウムを生成する過程において、水溶液中に、窒素化合物として、例えばアンモニア等の不純物が混入してしまう問題があった。前記金属チタンの精製過程においては、生成物に含まれる不純物、特にC、O、N等を含む不純物により、金属チタンの加工性に大きな影響を及ぼす。そのため、当該金属チタンに用いられる塩化マグネシウムは、より純度の高いものが求められ、格別に窒素除去装置等を用いることにより、水溶液中のアンモニア除去を行っていた。尚、従来のマグネシウムの電解精製装置については、特許文献1に示す如き公知文献がある。
上述した如き塩化マグネシウムの精製に用いられる窒素除去装置は、水溶液中に電極を浸漬し、電解することで水溶液中に生成された次亜ハロゲン酸イオンによって、水溶液中のアンモニアを窒素ガスにまで酸化処理し、アンモニアの除去を行うものであった。 The nitrogen removal apparatus used for the purification of magnesium chloride as described above oxidizes ammonia in an aqueous solution to nitrogen gas by hypohalite ions generated in the aqueous solution by immersing the electrode in the aqueous solution and performing electrolysis. Treatment to remove ammonia.
しかしながら、係る場合において、被処理水である水溶液は、電解処理が進行するに従い、pHが低下し、酸性化する問題があった。この被処理水の酸性化は、精製後の塩化マグネシウム溶液を化学工業分野の材料として用いるには、格別にpH調整を行わなければならない場合が多く、窒素化合物の除去によって被処理水のpHを変動させることなく、塩化マグネシウム水溶液、延いては、金属塩の溶液の精製を行うことが望まれていた。 However, in such a case, the aqueous solution that is the water to be treated has a problem that the pH is lowered and acidified as the electrolytic treatment proceeds. This acidification of the water to be treated often requires special pH adjustment in order to use the purified magnesium chloride solution as a material in the chemical industry, and the pH of the water to be treated is reduced by removing nitrogen compounds. It has been desired to purify an aqueous magnesium chloride solution, and thus a metal salt solution without fluctuation.
そこで、本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、対象となる水溶液のpHを変動させることなく、不純物としての窒素化合物を除去し、目的とする塩化マグネシウム等の金属塩の精製を適切に行うことを可能とする処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the conventional technical problem, and without changing the pH of the target aqueous solution, nitrogen compounds as impurities can be removed, and target magnesium chloride or the like can be obtained. It is an object of the present invention to provide a processing method and a processing apparatus that can appropriately purify a metal salt.
本発明の塩化マグネシウムの精製装置は、塩化マグネシウムとアンモニウム塩を含有する被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対の電極と、前記被処理水を撹拌する撹拌手段とを備え、前記電極を用いた電気化学的手法により前記被処理水を処理すると共に、前記撹拌手段の撹拌線速度を2m/秒以下とすることを特徴とする。
The apparatus for purifying magnesium chloride of the present invention comprises a pair of electrodes at least partially immersed in water to be treated containing magnesium chloride and an ammonium salt, and a stirring means for stirring the water to be treated. The treated water is treated by the electrochemical method used, and the stirring linear velocity of the stirring means is 2 m / second or less .
請求項2記載の塩化マグネシウムの精製装置は、請求項1記載の発明において、前記被処理水の粘度は、1mPas以上であることを特徴とする。
The purification apparatus for magnesium chloride according to
本発明によれば、塩化マグネシウムとアンモニウム塩を含有する被処理水に対し、pHを変動させず、若しくは所定の範囲に維持しつつ、効果的に不純物であるアンモニウム塩を除去し、適切に塩化マグネシウムを精製することができる。According to the present invention, with respect to water to be treated containing magnesium chloride and an ammonium salt, the ammonium salt that is an impurity is effectively removed while maintaining the pH within a predetermined range, or appropriately chlorinated. Magnesium can be purified.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。図1は本発明の金属塩の精製装置1の概要を示す説明図である。本実施例における金属塩の精製装置1は、金属塩として塩化マグネシウム(MgCl2)が約25wt%含有される被処理水を処理する装置である。また、この被処理水中には、塩化アンモニウム(NH4Cl)が最大で2wt%混入していると共に、処理前においてpHが6であるものとする。なお、塩化マグネシウムは25wt%溶解されている状態は、略飽和状態であり、当該濃度に依存する溶液の平衡pHは、6.7である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of a metal
本実施例における精製装置1は、内部に図示しない被処理水の流入口と流出口を有する処理室4を構成する処理槽2と、該処理槽4内の被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように対向して配置される一対の電極、即ち、アノード5と、カソード6と、これら電極5、6に通電するための電源7と、該電極7を制御するための制御装置12とから構成されている。なお、図中9は、処理槽2内の被処理水のpHを検出するpH検出手段であり、10は処理槽2内を撹拌するための撹拌手段としての撹拌子である。
The
本実施例において前記カソード6は、例えば、銅と亜鉛の合金である真鍮により構成されている。また、前記アノード5は、例えば、白金ルテニウム形状安定電極により構成されているものとする。
In this embodiment, the
一方、前記制御装置12は、汎用のマイクロコンピュータにより構成されており、この制御装置12の入力側には、前記pH検出手段9が接続されている。また、この制御装置12の出力側には、前記電源7、前記撹拌子10の図示しない駆動部及び電極6の交換を促す警報ランプ13が接続されている。
On the other hand, the control device 12 is constituted by a general-purpose microcomputer, and the pH detection means 9 is connected to the input side of the control device 12. Further, on the output side of the control device 12, an alarm lamp 13 for urging replacement of the
以上の構成により、処理槽2内の処理室4に上述した如き精製対象としての塩化マグネシウムと、不純物としての塩化アンモニウムを含有した被処理水を貯溜し、制御装置12により電源7をONとする。このとき、被処理水中にはマグネシウムイオンと、塩化物イオンと、アンモニウムイオン、水素イオンと、水酸化物イオンが存在することとなる。
With the above configuration, water to be treated containing magnesium chloride as a purification target and ammonium chloride as an impurity as described above is stored in the
各電極5、6に電位が印加されることにより、アノードを構成する電極5側では、被処理水中の塩化物イオンが酸化され、塩素を生成し(反応A)、生成された塩素は被処理水中の水と反応して次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸を生成する(反応B)。そして、生成された次亜塩素酸は、被処理水中のアンモニア(アンモニウムイオン)と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される(反応C、反応D)。以下、反応A乃至反応Dを示す。
反応A 2Cl-→Cl2+2e-
反応B Cl2+H2O→HClO+H++Cl-
反応C NH3+HClO→NH2Cl+H2O
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O
NH2Cl+NHCl2→N2↑+3HCl
反応D 2NH4 ++3HClO→N2↑+3HCl+3H2O+2H+
By applying a potential to the
Reaction A 2Cl − → Cl 2 + 2e −
Reaction B Cl 2 + H 2 O → HClO + H + + Cl −
Reaction C NH 3 + HClO → NH 2 Cl + H 2 O
NH 2 Cl + HClO → NHCl 2 + H 2 O
NH 2 Cl + NHCl 2 → N 2 ↑ + 3HCl
Reaction D 2NH 4 + + 3HClO → N 2 ↑ + 3HCl + 3H 2 O + 2H +
他方、被処理水中では、カソードを構成する電極6では、水が電気分解され、水素及び水酸化物イオンを生成する(反応E)。
反応E 2H2O+2e-→H2+2OH-
On the other hand, in the water to be treated, at the
Reaction E 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH −
ここで、被処理水中に存在するアンモニウムイオンは、次亜塩素酸と反応することで、反応Dに示す如くプロトン(H+)を生成する。従来では、係る場合において、被処理水中の窒素化合物の処理効率の向上を図るため、撹拌子10による撹拌速度を一定線速度以上、例えば3m/秒として行っていた。そのため、窒素化合物の処理が進行するに伴い被処理水中のプロトンが増加し、被処理水のpHが低下する。
Here, ammonium ions present in the water to be treated react with hypochlorous acid to generate protons (H + ) as shown in reaction D. Conventionally, in such a case, in order to improve the treatment efficiency of the nitrogen compound in the water to be treated, the stirring speed by the
本発明では、係るプロトンの増加を抑制するため、撹拌子10による撹拌を2m/秒以下の線速度として運転するものとする。ここで、当該撹拌速度と被処理水のpHの線速度の関係について図2に示す。
In the present invention, in order to suppress the increase in protons, the stirring by the
図2に示す如き実験では、被処理水として塩化マグネシウムが25wt%、塩化アンモニウムが5800mg/L、少量のマンガンを含んだものを80mL使用した。そして、電極として亜鉛と銅の合金である真鍮及び白金ルテニウム形状安定電極を使用し、極間距離を5mmとして0.8A(電流密度20mA/cm2)で90分間電解処理を行った。電解処理に際して回転子10の回転速度をそれぞれ0、1.2、3.0m/秒として、それぞれについてpHを測定した。
In the experiment shown in FIG. 2, 80 mL of magnesium chloride containing 25 wt% magnesium chloride, 5800 mg / L ammonium chloride, and a small amount of manganese was used. Then, brass and platinum ruthenium shape stable electrodes, which are alloys of zinc and copper, were used as electrodes, and an electrolytic treatment was performed at 0.8 A (
これによると、電解処理時に回転を行わなかった場合には、被処理水のpHが約6.8、1.2m/秒で回転を行ったものは、pHが約6と、ほぼ中性を維持して電解処理を終了した。これに対し、3.0m/秒にて回転を行ったものは、pH0.3と強酸の状態で終了した。 According to this, when the rotation is not performed at the time of the electrolytic treatment, the pH of the water to be treated is about 6.8 and 1.2 m / sec. The electrolytic treatment was completed while maintaining. On the other hand, the one rotated at 3.0 m / sec finished in the state of pH 0.3 and strong acid.
係る実験結果からも、電解処理時における溶液撹拌の線速度を2m/秒以下とすることで、被処理水中のアンモニウムイオン等(窒素化合物)と、電解により生成される次亜塩素酸等との接触断面積が減少し、前記反応Dが抑制されることで、窒素化合物の処理が被処理水のpHの低下に影響を与えないものとすることができる。そのため、当該被処理水のpHは、金属塩の水溶液、即ち、本実施例では塩化マグネシウム溶液の濃度に応じた平衡pHとなる。 Also from the experimental results, by setting the linear velocity of the solution stirring at the time of electrolytic treatment to 2 m / second or less, ammonium ions and the like (nitrogen compound) in the water to be treated and hypochlorous acid and the like generated by electrolysis By reducing the contact cross-sectional area and suppressing the reaction D, the treatment with the nitrogen compound does not affect the decrease in the pH of the water to be treated. Therefore, the pH of the water to be treated is an equilibrium pH according to the concentration of the aqueous solution of the metal salt, that is, the magnesium chloride solution in this embodiment.
なお、本実施例における塩化マグネシウム溶液は粘度が10mPas程度であり、比較的に粘性が高い物質である。そのため、水溶液中のイオンの拡散が抑制されるため、被処理水の電解処理時における撹拌の有無によるpHの影響が大きくなる。ただし、粘度については水(1mPas)以上であれば、当該効果を奏する。 The magnesium chloride solution in this example has a viscosity of about 10 mPas and is a relatively high viscosity substance. Therefore, since the diffusion of ions in the aqueous solution is suppressed, the influence of pH due to the presence or absence of stirring during the electrolytic treatment of the water to be treated increases. However, if the viscosity is not less than water (1 mPas), the effect is exhibited.
また、上記実施例では、処理槽2内に撹拌手段(撹拌子10)を設け、当該撹拌手段により2m/秒以下の線速度となるように撹拌を行いながら、被処理水の電解処理を行っているが、これ以外にも、精製対象とする金属塩が塩化マグネシウムであり、不純物として混入する物質に塩化アンモニウム等のアンモニウム塩が含まれている場合には、撹拌手段による積極的な撹拌は行わない、若しくは、当該処理槽2内に撹拌手段を設けないで電解処理を行ってもよいものとする。
Moreover, in the said Example, the agitation means (stirring bar | burr 10) was provided in the
また、この場合における窒素化合物の処理効率について、図3の実験結果を用いて説明する。図3に示す如き実験では、被処理水として塩化マグネシウムが25wt%、塩化アンモニウムが5800mg/L、少量のマンガンを含んだものを200mL使用した。そして、電極として亜鉛と銅の合金である真鍮及び白金ルテニウム形状安定電極を使用し、極間距離を5mmとして2.8A(電流密度53mA/cm2)で3時間電解処理を行った。電解処理に際して回転子10の回転速度は、図3に示すように、電解開始から40分経過までは、3m/秒の線速度となるように回転させて行い、40分経過から140分経過までは、回転を停止した。さらに、140分経過から160分経過までは、再び3m/秒の線速度で回転させて行い、160分経過以後は回転を停止させた。この間における被処理水のpH及び被処理水中の全窒素濃度を測定した。なお、図3では、pH変化を点線で示し、全窒素濃度を実線で示す。
Further, the processing efficiency of the nitrogen compound in this case will be described using the experimental results of FIG. In the experiment shown in FIG. 3, 200 mL of magnesium chloride containing 25 wt% magnesium chloride, 5800 mg / L ammonium chloride, and a small amount of manganese was used. Then, brass and platinum ruthenium shape stable electrodes, which are alloys of zinc and copper, were used as electrodes, and the electrolytic treatment was performed at 2.8 A (current density 53 mA / cm 2 ) for 3 hours with the distance between the electrodes being 5 mm. As shown in FIG. 3, the rotation speed of the
これによると、いずれの場合においても、3m/秒の線速度で回転させながら電解処理を行った場合、中性域であったpHが、強酸性域にまで低下することが分かる。これに対し、いずれの場合においても、回転を停止して電解処理を行った場合、強酸性域であったpHが中性域にまで上昇していることが分かる。なお、この場合、被処理水中の塩化マグネシウム濃度は25wt%であるため、当該塩化マグネシウム濃度に依存する平衡pHは、6.7である。そのため、回転を停止させて電解処理を行った場合の被処理水のpHは、塩化マグネシウム濃度に依存する平衡pHにまで回復することが分かる。 According to this, it can be seen that in any case, when the electrolytic treatment is performed while rotating at a linear velocity of 3 m / sec, the pH which was in the neutral range is lowered to the strongly acidic range. On the other hand, in any case, it was found that when the rotation was stopped and the electrolytic treatment was performed, the pH, which was a strongly acidic region, rose to the neutral region. In this case, since the magnesium chloride concentration in the water to be treated is 25 wt%, the equilibrium pH depending on the magnesium chloride concentration is 6.7. Therefore, it can be seen that the pH of the water to be treated when the electrolytic treatment is performed with the rotation stopped is restored to the equilibrium pH depending on the magnesium chloride concentration.
他方、当該回転の有無に対する被処理水中の全窒素濃度は、回転の有無にかかわらず時間の経過と共に減少していることが分かる。そのため、撹拌子10の回転を停止し、電解により被処理水中に生成される次亜塩素酸等の次亜ハロゲン酸と、窒素化合物としてのアンモニウムイオンとの接触断面積を減少させた場合であっても、被処理水中の窒素化合物が減少しているということができる。
On the other hand, it can be seen that the total nitrogen concentration in the water to be treated with respect to the presence or absence of the rotation decreases with time regardless of the presence or absence of the rotation. For this reason, the rotation of the
これは、被処理水のpHが中性化する過程において被処理水中のアンモニウムイオン等の窒素化合物が、他の金属種、例えばマグネシウムイオンや水酸化物イオン、その他金属イオン等と錯体等の金属化合物を形成し、当該金属化合物が水に難溶性であることから、被処理水中の窒素化合物が処理されるものである。 This is because the nitrogen compound such as ammonium ions in the water to be treated is neutralized with other metal species such as magnesium ions, hydroxide ions, other metal ions and the like in the process of neutralizing the pH of the water to be treated. Since the compound is formed and the metal compound is hardly soluble in water, the nitrogen compound in the water to be treated is treated.
そのため、本発明の如く1mPas以上の粘性を有する被処理水において、撹拌を停止、若しくは2m/秒以下の線速度にて行いながら電解処理をすることで、被処理水のpHに当該窒素処理による影響を及ぼすことなく、窒素化合物の処理を行うことが可能となる。これにより、塩化アンモニウム等の窒素化合物を除去した後に、格別に被処理水のpH調整を行う必要がなくなり、精製工程の簡素化を図ることができるようになる。また、塩化アンモニウム除去後の被処理水をそのまま高濃度の塩化マグネシウムを含有する溶液として用いることが可能となり、材料としての取扱い性を向上させることができる。 Therefore, in the water to be treated having a viscosity of 1 mPas or more as in the present invention, by performing the electrolytic treatment while stopping the agitation or performing the linear velocity of 2 m / sec or less, the pH of the water to be treated is reduced by the nitrogen treatment. It becomes possible to treat the nitrogen compound without influencing. Thereby, after removing nitrogen compounds, such as ammonium chloride, it becomes unnecessary to adjust pH of to-be-processed water exceptionally, and simplification of a refinement | purification process can be attained now. Moreover, it becomes possible to use the to-be-processed water after ammonium chloride removal as it is as a solution containing a high concentration magnesium chloride, and to improve the handleability as a material.
なお、本実施例では金属塩として塩化マグネシウムの精製を行っているがこれ以外にも、アルカリ金属、即ち、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)又は、アルカリ土類金属、即ち、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)、遷移金属、即ち、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)、水銀(Hg)、アクチニウム(Ac)若しくは、アルカリ金属・アルカリ土類金属以外の典型金属と、アニオン種、望ましくはハロゲン化物イオンとの金属塩であってもよいものとする。 In this example, magnesium chloride is purified as a metal salt, but in addition to this, alkali metal, that is, lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium ( Cs), Francium (Fr) or alkaline earth metals, ie, beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra), transition metals, , Scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn) Yttrium (Y), Zirconium (Zr), Niobium (Nb), Molybdenum (Mo), Technetium (Tc), Ruthenium (Ru), B Um (Rh), Palladium (Pd), Silver (Ag), Cadmium (Cd), Lanthanum (La), Hafnium (Hf), Tantalum (Ta), Tungsten (W), Rhenium (Re), Osmium (Os), Metals of iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), mercury (Hg), actinium (Ac), or a typical metal other than an alkali metal / alkaline earth metal and an anionic species, preferably a halide ion It may be a salt.
また、本実施例において金属塩の精製に対する不純物は塩化アンモニウムとしているが、これ以外にも電気分解によって分解が可能なもの、例えば硝酸、亜硝酸、アンモニア等の無機物、シアン化合物、有機リン化合物(例えばパラチオン、メチルパラチオン、EPN、メチルジメトン)、ポリ塩化ビフェニル(PCB)、有機塩素系化合物(例えば、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、四塩化炭素、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、1,1−ジクロロエチレン、1,1,1−トリクロロエタン)、農薬系有機化合物(例えば1,3−ジクロロプロペン、チウラム、シマジン、チオベンカルプ)等の有機物であってもよいものとする。 In this example, the impurity for the purification of the metal salt is ammonium chloride, but other than this, those that can be decomposed by electrolysis, such as inorganic substances such as nitric acid, nitrous acid, ammonia, cyanide compounds, organophosphorus compounds ( For example, parathion, methyl parathion, EPN, methyl dimethone), polychlorinated biphenyl (PCB), organic chlorine compounds (for example, trichloroethylene, tetrachloroethylene, carbon tetrachloride, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,2-trichloroethane, 1, It may be an organic substance such as 1-dichloroethylene, 1,1,1-trichloroethane), an agrochemical organic compound (for example, 1,3-dichloropropene, thiuram, simazine, thiobencarb).
ここで、本実施例において、カソードを構成する電極6は、上述した如く銅と亜鉛の合金により構成される真鍮にて構成されているため、使用開始時点では、電極6表面が図4に示す如く略平滑な状態であるが、時間の経過又は電解反応に寄与することで、表面から亜鉛金属が欠落し、電極6表面が図3に示す如く多孔質な状態となる。さらに、一度電極6から欠落した亜鉛金属は、再び電極6表面に付着することで、電極6表面のラフネスが大きくなる。
Here, in this embodiment, the
アノードを構成する電極5において、上記反応Bにて生成された次亜塩素酸は、アルカリ域(pH>9)において全解離し、被処理水中の水素イオンと水酸化物イオンの量が等しくなることで、pH変化が停止する。このアルカリ化と同時にマグネシウムイオンと水酸化物イオンとの反応(反応F)が進行する。このとき、水酸化マグネシウムと、マグネシウムイオン及び水酸化物イオンとの平衡pHは8以下であるため、被処理水の最終的なpHは、係るマグネシウムイオン/水酸化マグネシウムの平衡pHと同一となり、本実施例ではpHは6.7となる。なお、マグネシウムイオン/水酸化マグネシウムの平衡pHは、マグネシウム濃度に依存して変化するものである。
反応F Mg2++2OH-→Mg(OH)2(平衡)
In the
Reaction F Mg 2+ + 2OH − → Mg (OH) 2 (equilibrium)
他方、電極6表面のラフネスが大きくなり凹凸が生じた状態では、被処理水中のマグネシウムイオンと水酸化物イオンは、ラフネスが大きな電極6の表面において再付着した亜鉛により構成された凹凸に、水酸化マグネシウム(塩基性塩)として付着する。当該水酸化マグネシウムの付着により、更に、電極6表面の凹凸が増加することで、当該電極6表面に水酸化マグネシウムが堆積することとなる(反応G)。
反応G Mg2++2OH-→Mg(OH)2
On the other hand, in the state where the roughness of the surface of the
Reaction G Mg 2+ + 2OH − → Mg (OH) 2
この水酸化マグネシウムの堆積は、被処理水中の水酸化物イオンの消費を伴うことから、被処理水のpHの低下を招くこととなる。そのため、処理開始時点では、pHが6程度であった被処理水のpHは徐々に低下し、酸性に傾くこととなる。 This deposition of magnesium hydroxide is accompanied by consumption of hydroxide ions in the water to be treated, leading to a decrease in the pH of the water to be treated. Therefore, at the start of the treatment, the pH of the water to be treated, which had a pH of about 6, gradually decreases and tends to be acidic.
そのため、上述した如き撹拌による影響以外にも当該水酸化マグネシウムの析出が被処理水のpHを低下させる要因となり、そのまま塩化アンモニウムが分解処理されるまで電解処理を継続して行うと、被処理水のpHは、大きく酸性に移動してしまう。そのため、本実施例では、制御装置12は、前記pH検出手段9により被処理水のpHを監視し、当該pHが例えば4以下となった時点で、警報ランプ13を点灯し、使用者にカソードを構成する電極6を表面が略平滑な即ち例えば未使用の電極に交換することを報知し、これにより使用者は電極6を交換するものとする。なお、本実施例では、被処理水のpHが4以下となった時点でカソードを構成する電極6の交換を行っているが、処理前の被処理水のpHによって当該電極交換の目安となるpHは変化する。即ち、pHが6.5〜4のいずれかの値にまで低下した場合に、交換、若しくは、処理前の被処理水のpHよりも低下した場合に交換することとしてもよいものとする。
Therefore, in addition to the influence of stirring as described above, the precipitation of the magnesium hydroxide becomes a factor that lowers the pH of the water to be treated. If the electrolytic treatment is continued until the ammonium chloride is decomposed as it is, The pH of is greatly acidic. Therefore, in this embodiment, the control device 12 monitors the pH of the water to be treated by the pH detecting means 9, and when the pH becomes, for example, 4 or less, turns on the alarm lamp 13 to inform the user of the cathode. It is informed that the surface of the
これによっても、pH低下の原因となるカソードを構成する電極6表面の水酸化マグネシウム(塩基性塩)の析出を抑制することが可能となる。そのため、被処理水のpHを中性から所定の範囲内に維持、若しくは、変動させることなく、不純物である塩化アンモニウムを電解処理することができるようになり、塩化マグネシウムの精製の過程において塩化アンモニウムの除去による影響を最小限とすることができるようになる。そのため、塩化アンモニウムを除去した後に、格別に被処理水のpH調整を行う必要がなくなり、精製工程の簡素化を図ることができるようになる。また、塩化アンモニウム除去後の被処理水をそのまま高濃度の塩化マグネシウムを含有する溶液として用いることが可能となり、取扱い性を向上させることができる。
This also makes it possible to suppress the precipitation of magnesium hydroxide (basic salt) on the surface of the
この場合において、上記実施例における電極の交換の基準となるpHの値は、金属塩を形成する各金属によって最適な値が異なる。即ち、例えばマグネシウムの場合はpH6.5、鉄の場合は5.5、マンガンの場合は6.0、ニッケルの場合は4.5、銅の場合は2.9、亜鉛の場合は2.7、カドミウムの場合は5.3である。係る最適なpHの値は、当該金属塩の飽和濃度における解離平衡pHにより判断することが可能となり、当該解離平衡pHより低くなる時点がカソードを構成する電極上への塩基性塩の堆積が開始されるもの判断することができる。そのため、当該塩基性塩の堆積が開始されたものと判断されるpHとなった時点でカソードを構成する電極6を表面が略平滑な電極に交換することが好ましい。
In this case, the optimum value of the pH value that serves as a reference for electrode replacement in the above-described embodiment differs depending on each metal forming the metal salt. That is, for example, the pH is 6.5 for magnesium, 5.5 for iron, 6.0 for manganese, 4.5 for nickel, 2.9 for copper, and 2.7 for zinc. In the case of cadmium, it is 5.3. The optimum pH value can be determined by the dissociation equilibrium pH at the saturation concentration of the metal salt, and the deposition of the basic salt on the electrode constituting the cathode starts when the dissociation equilibrium pH becomes lower than the dissociation equilibrium pH. Judgment can be made. For this reason, it is preferable to replace the
なお、上記実施例では、カソードを構成する電極6として真鍮を用いているが、これ以外にも、脱亜鉛による電極表面への再付着を生じない材料として、電極6にチタン(Ti)、白金(Pt)等を用いてもよいものとする。
In the above embodiment, brass is used as the
係る場合における被処理水の窒素化合物の処理においては、撹拌速度を2m/秒以下、延いては停止することで、被処理水のpHに対し、窒素化合物の電解処理が影響しないものとなる。そのため、被処理水のpHは、当該金属塩の濃度にのみ依存することとなり、これによっても、pHを変動させることなく金属塩の精製を行うことができるようになる。そのため、塩化アンモニウムを除去した後に、格別に被処理水のpH調整を行う必要がなくなり、精製工程の簡素化を図ることができるようになる。また、塩化アンモニウム除去後の被処理水をそのまま高濃度の塩化マグネシウムを含有する溶液として用いることが可能となり、材料としての取扱い性を向上させることができる。 In the treatment of the nitrogen compound of the water to be treated in this case, the electrolytic treatment of the nitrogen compound does not affect the pH of the water to be treated by stopping the stirring speed at 2 m / second or less and then stopping. For this reason, the pH of the water to be treated depends only on the concentration of the metal salt, and this also makes it possible to purify the metal salt without changing the pH. Therefore, it is not necessary to adjust the pH of the water to be treated after removing ammonium chloride, and the purification process can be simplified. Moreover, it becomes possible to use the to-be-processed water after ammonium chloride removal as it is as a solution containing a high concentration magnesium chloride, and to improve the handleability as a material.
この場合には、上記実施例に比して、カソードを構成する電極6を交換する作業を行う必要がないため、より一層金属塩の精製に好適なものとなる。
In this case, as compared with the above-described embodiment, it is not necessary to perform an operation for replacing the
なお、係る実施例においても金属塩として塩化マグネシウムの精製を行っているがこれ以外にも、上記実施例の場合と同様に、アルカリ金属、即ち、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)又は、アルカリ土類金属、即ち、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)、遷移金属、即ち、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)、水銀(Hg)、アクチニウム(Ac)若しくは、アルカリ金属・アルカリ土類金属以外の典型金属と、アニオン種、望ましくはハロゲン化物イオンとの金属塩であってもよいものとする。 In this embodiment, magnesium chloride is purified as a metal salt. However, in the same manner as in the above embodiment, an alkali metal, that is, lithium (Li), sodium (Na), potassium ( K), rubidium (Rb), cesium (Cs), francium (Fr) or alkaline earth metals, ie, beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) , Radium (Ra), transition metals, ie, scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) , Copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), cadmium (Cd), lanthanum (La), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), mercury (Hg), actinium (Ac), or a typical metal other than alkali metal / alkaline earth metal and anion species Preferably, it may be a metal salt with halide ions.
また、本実施例において金属塩の精製に対する不純物は塩化アンモニウムとしているが、これ以外にも電気分解によって分解が可能なもの、例えば硝酸、亜硝酸、アンモニア等の無機物、シアン化合物、有機リン化合物(例えばパラチオン、メチルパラチオン、EPN、メチルジメトン)、ポリ塩化ビフェニル(PCB)、有機塩素系化合物(例えば、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、四塩化炭素、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、1,1−ジクロロエチレン、1,1,1−トリクロロエタン)、農薬系有機化合物(例えば1,3−ジクロロプロペン、チウラム、シマジン、チオベンカルプ)等の有機物であってもよいものとする。 In this example, the impurity for the purification of the metal salt is ammonium chloride, but other than this, those that can be decomposed by electrolysis, such as inorganic substances such as nitric acid, nitrous acid, ammonia, cyanide compounds, organophosphorus compounds ( For example, parathion, methyl parathion, EPN, methyl dimethone), polychlorinated biphenyl (PCB), organic chlorine compounds (for example, trichloroethylene, tetrachloroethylene, carbon tetrachloride, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,2-trichloroethane, 1, It may be an organic substance such as 1-dichloroethylene, 1,1,1-trichloroethane), an agrochemical organic compound (for example, 1,3-dichloropropene, thiuram, simazine, thiobencarb).
本発明により、処理前のpHを変動させることなく、不純物が混入される金属塩を適切に精製することで、得られる高純度の金属塩、例えば塩化マグネシウムを工業的に有利に用いることが可能となる。特に、塩化マグネシウムについては、pHを変動させることなく、混入する窒素化合物を除去することが可能となることから、得られる塩化マグネシウムを金属チタンの加工に用いる際に、取扱い性が向上する。 According to the present invention, it is possible to industrially advantageously use a high-purity metal salt obtained, for example, magnesium chloride, by appropriately purifying a metal salt mixed with impurities without changing the pH before treatment. It becomes. In particular, with regard to magnesium chloride, it is possible to remove the mixed nitrogen compound without changing the pH. Therefore, when the obtained magnesium chloride is used for processing titanium metal, the handleability is improved.
1 精製装置
2 処理槽
4 処理室
5 電極(アノード)
6 電極(カソード)
7 電源
9 pH検出手段
10 撹拌子(撹拌手段)
12 制御装置
13 警報ランプ
DESCRIPTION OF
6 electrode (cathode)
7 Power supply 9 pH detection means 10 Stirrer (stirring means)
12 Control device 13 Alarm lamp
Claims (2)
前記被処理水を撹拌する撹拌手段とを備え、
前記電極を用いた電気化学的手法により前記被処理水を処理すると共に、前記撹拌手段の撹拌線速度を2m/秒以下とすることを特徴とする塩化マグネシウムの精製装置。 A pair of electrodes at least partially immersed in water to be treated containing magnesium chloride and an ammonium salt;
A stirring means for stirring the water to be treated,
An apparatus for purifying magnesium chloride, wherein the water to be treated is treated by an electrochemical method using the electrode, and the stirring linear velocity of the stirring means is 2 m / sec or less .
の塩化マグネシウムの精製装置。 The viscosity of the treated water is 1 mPas or more.
Magnesium chloride purification equipment.
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