JPS6057515B2 - 重炭酸カリの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重炭酸カリの製造法に係り、特に陽イオン交換
膜を用いた電解槽により、塩化カリ水溶液を電解し、陽
極室で塩素を発生させ、陰極室で水素の発生と水酸化カ
リを発生させる電解法を利用して重炭酸カリを製造する
方法に関する。

重炭酸カリの製造は各種の電解法で得た苛性カリに炭酸
ガスを反応させて大部分を重炭酸カリとし、又残りを炭
酸カリとなし、これを冷却して重炭酸カリを沈殿分離す
ることによつて得られ、その分離母液は濃縮され、再び
炭酸ガス吸収工程へ戻される。

この分離母液の濃縮は原料の苛性カリが持ち込む水分の
蒸発を主目的として実施されているが、かゝる濃縮工程
の付加は技術的にも又経済的にも有利とは官えない。

一方陽イオン交換膜を使用した電解槽内で炭酸カリなど
の炭酸塩を直接製造する方法も以前より提案されており
、この方法の１側として上記の如き電解槽内で塩化カリ
水溶液を電解し陰極室内で生成する水酸化カリ水溶液中
に炭酸ガスを吹き込んで実質的にすべてを炭酸カリとし
得る方法を挙げることが出来る。

この方法は炭酸カリを得ることは出来ても重炭酸カリを
製造するには全く適当ではない。それは陰極室で生成し
た苛性カリに炭酸ガスを吹き込んで重炭酸カリを得んと
しても炭酸ガスの分圧を高くしないと重炭酸カリまで反
応・が十分に進まず一般の電解槽では圧力を高くするこ
とが難しいため、未反応の炭酸ガスが増し能率的な方法
ではないのである。通常、重炭酸カリの製造は苛性カリ
を原料として行なわれる為、多くの場合、塩化カリ水溶
液の電解で得た苛性カリの一部を重炭酸カリ製造用とし
て使用に供している。

本発明は重炭酸カリ製造における上記の欠点を改良し、
且つ塩化カリ水溶液電解による苛性カリ製造プロセス中
に重炭酸カリ製造を組込んで有利に重炭酸カリを得んと
するものであり、その骨子とするところは、陽イオン交
換膜で仕切つて陽極室と陰極室とを形成し、該陽極室に
精製塩化カリ水溶液を供給しつ）電解しうる単位電解槽
の多数て構成された電解槽群を使用し、その一部を炭酸
カリ製造用電解槽に、又残部を常法の電解による苛性カ
リ製造用電解槽となし、上記炭酸カリ製造用電解槽の陰
極室から抜出される炭酸カリを主成分とする液を炭酸ガ
スと反応させて重炭酸カリを得ることからなり、上記生
成重炭酸カリを分離した後の分離母液を前記炭酸カリ製
造用電解槽の陰極室に供給し、その際電解槽群の陰極室
より排出された水素ガス、陽極室より排出された塩素ガ
スおよび返送塩水の内の少くとも１種を用いて、前記炭
酸カリ製造用電解槽の少なくとも一方の極室供給液と熱
交換させることを特徴とする重炭酸カリの製造法てある
。

以上本発明方法の一態様について図面を引用しつ）説明
する。

第１図は、本発明の重炭酸カリ製造例を示す工程図であ
り、１，１″は夫々陽イオン交換膜Ｃ，Ｃ″を使用した
電解槽で、該陽イオン交換膜を介して陽極室Ａ，Ａ″と
陰極Ｂ，Ｂ″とに分けられている。

これら電解槽の内、１は重炭酸カリの製造を目．的とし
てその原料となる炭酸カリ製造のための電解槽であり、
１″は苛性カリ製造のための電解槽である。

これら電町槽１，１″にはいずれも塩水精製系よりの精
製塩化カリ水溶液が供給されるが、この．精製塩化カリ
水溶液の内、電解槽１に供給される液は、各電解槽１，
１″の陽極室より出て経路１０を経た返送塩水と熱交換
器９で熱交換されて、供給される。

一方返送塩水はこの熱交換器９を経た後脱塩素・工程２
で脱塩素し、次いで原塩送給経路４よりの原塩を溶解す
る原塩溶解工程３に送られて、溶解塩水４と混合され、
塩水の沈澱工程５に送られる。

その際この沈澱工程の入口で経路６よりリン酸又はその
塩を添加する。そして沈澱工程５では、通常使用されて
いる沈澱生成剤（例えば炭酸カリ、苛性カリ、その他の
沈澱促進剤）を加えて沈澱物を除去し、沖過工程７でカ
ルシウムおよびマグネシウム成分を除去する。

次いで液のＰＨを７〜１１の範囲に調整し、更にキレー
トイオン交換樹脂塔８を通過させてこれらの不純物を殆
んど完全に除去した後、前記熱交換器９において返送塩
水と熱交換して液温を上昇せｌしめて電解槽に供給され
て電解に供され、かくて塩水精製系が構成される。この
場合経路６において添加するリン酸又はその塩はろ過工
程後で最大許容値が５ＷＬ９／ｅ１理想的には零となる
ように添加することにより、前記一した不純物の除去効
果と相俟つて電解操業における摺電圧や電流効率の変動
を防止し、長期に亘る安定運転が可能である。

さて一方、電解槽１の陰極室Ｂには塩化カリ水溶液の電
解によつて苛性カリが生成するが、これ”が後記する陰
極室供給液と反応して炭酸カリを主成分とする液を生成
する。

この陰極室生成液は電解槽外に取出されて経路１１を経
て重炭酸カリ生成工程１４に導入され、経路１５よりの
炭酸ガスで重炭酸カリとなし、これを冷却して溶解度の
差により重炭酸カリを沈澱させ、沖過工程１６でこの沈
澱物を分離して経路１７より目的製品として取出す。又
、泊過で分離された母液は、経路１８を経て熱交換器１
９に至り、各陰極室Ｂ，Ｂ″より発生し、経路１２によ
り熱交換器１９に導入される水素ガスとの熱交換により
昇温させた後、経路２０により電解槽１の陰極室Ｂに供
給される。

一方、電解槽１″は既述の通り、陽極室に精製塩化カリ
水溶液を供給し、陰極室には経路２１より水又は希薄苛
性カリ液を供給して常法によるイオン交換膜電解を行な
い陰極室Ｂ″で生成した苛性カリは製品として取出され
る。

この様に本発明方法は、少くとも１槽の炭酸カリ製造用
電解槽と、少くとも１槽の苛性カリ製造用電解槽とより
なる電解槽群を組合せて苛性カリの製造に併行して重炭
酸カリを得んとするものであり、その際各電解槽より発
生する液およびガスの保有熱を電解槽に供給する液と熱
交換させて効果的な操業を行なわんとすものである。

そして上記の通り陽イオン交換膜電解槽１の陰極室で得
た炭酸カリを主成分とする液を重炭酸カリ製造工程に送
り、こ）で炭酸ガスとの反応で大部分を重炭酸カリに変
え、これを冷却して溶解度の差により重炭酸カリを沈澱
分離し、母液を電解工程に再び戻すことにより濃縮工程
は殆んど不要となる。

この場合、陰極室生成液は、その一部を重炭酸カリ製造
に用い、残りの液は熱交換器１９を出た後の昇温された
分離母液と経路２０において混合し、陰極室に循環供給
してもよい。重炭酸カリ製造のこれらの構成は、陰極室
生成液が陰極室供給液として実質的に循環使用される結
果、系外から水の入り込む余地が殆んどなく、プロセス
全体の水分濃度が略一定に保たれて操業出来る。

たＳｔ電解槽を含む系内の水バランス上、一部を濃縮し
たり、又不純物の蓄積（電解槽の陽極室より拡散した塩
化カリが陰極生成液中に不純物として蓄積する場合など
）を防ぐため一部の液の抜き出しを必要とする場合もあ
るが、殆んど液の濃縮を必要としないことは経済的に非
常に有利である。

炭酸カリ製造用電解槽における陰極室からは好ましくは
苛性カリが１５％（重量％；以下同じ）以下、更に好ま
しくは５％以下を含む炭酸カリを得られるように操作す
ることがよい。

これは苛性カリの濃度が１５％をこえると陽イオン交換
膜の種類によつては陰極電流効率が低下するので、出来
る丈効率よく運転するには５％以下の苛性カリ濃度を保
つことが望ましい条件である。陰極室Ｂから出た炭酸カ
リを主成分とする液の一部を重炭酸製造工程に使用する
場合、その全液量に対する重炭酸カリ製造の為に分取す
る液量の割合は任意にとることが出来、これは電解槽出
口のカリ分濃度、重炭酸カリ製造工程における炭酸ガス
反応の程度、冷却前の重炭酸カリ濃度、冷却温度などを
考慮に入れて適宜操作することが望ましいが、特に好ま
しい割合は陰極室出口流量；分取液流量が１：０．５〜
０．％程度である。

陰極室を出た液の温度は電解運転により異るが概ね７０
〜１１００Ｃであり、従つて重炭酸カリの製造工程に抜
出す液の温度も７０−１１０℃である。これを重炭酸カ
リ製造工程に送り、反応によつて生成した重炭酸カリ分
離後の母液は概ね４０〜１０℃の温度となるが、この液
を直接陰極室供給液として循環系路中に戻すと電解槽の
温度が低下して操業に支障を来すので、この母液と電解
槽群の陰極室で発生した水素ガスとを熱交換し、陰極室
供給液温を７０〜１１０℃の範囲に維持する。この場合
の供給熱源として上記の水素ガス以外に各電解槽の陽極
室で発生する塩素ガスおよび未分解の塩化カリを含む返
送塩水の保有熱を用いてもよい。本発明方法において、
電解槽に供給する塩化カリ水溶液は、返送塩水を原塩溶
解工程を経て沈澱、枦過するという通常の精製で得たも
のでもよいが、リン酸等の添加およびキレートイオン交
換樹脂層への通液を付加した既述の通りの精製工程を経
て精製された液であることが望ましい。特に沈澱工程入
口で加えるリン酸又はその塩がろ過工程後で零となるよ
に添加し、更に枦過工程後の塩水ＰＨを調整してキレー
トイオン交換樹脂によりカルシウム、マグネシウム等の
不純物を除去することにより、これら不純物の除去が著
るしく促進されることに加えて摺電圧、電流効率が共に
変動することなく良好な成績で運転することが出来、又
陽イオン交換膜の寿命も長時間に亘つて維持することが
出来る。上述の方法においては、又既述の通り炭酸カリ
製造用電解槽の陽極室に供給する精製塩化カリ水溶液を
各電解槽で生する返送塩水と熱交換させるのであるが、
か）る返送塩水に代えて陽極室で発生する塩水ガス、陰
極室で発生する前記の水素ガスを使用してもよい。

このよに炭酸カリ製造用電解槽の陽極室及び陰極室に供
給する液を予熱して供給することは、この電解槽の全体
を電解反応に好適な、温度状態にするためであるが、か
）る予熱は電解反応が好適に維持出来るならばいずれか
一方の液に対して実．施するのみでよい。

この熱交換の為の熱媒体となる液およびガスの内、陽極
室より排出される返送塩水及び塩素ガスは、塩素による
機器腐蝕の関係上、陰極室供給液との熱交換は避てた方
がよく、通常この系統で防ｊ蝕対策が施されている精製
塩化カリ水溶液との熱交換に使用することが望ましい。

本発明における苛性カリ製造用電解槽の電解運転条件は
特に制限はなく、常法による運転が採用出来る。本発明
方法て使用する電解槽の陽イオン交換膜としては耐酸、
耐アルカリ性で塩素ガスに耐える膜であることが好まし
く、特にスルホン酸基をイオン交換基とする含フッ素系
の膜が望ましくか）る膜の例としてデュポン社製のナフ
イオン（ＮａｆｉＯｎ）を商品名とする膜を挙げること
が出来る。

以上の通り本発明は苛性カリ製造用電解槽と、炭酸カリ
製造用電解槽との各系統を巧妙に組合わせてその熱利用
をはかり有利に目的物を得ることが出来る。

以下に実施例を掲げて本発明を説明する。

実施例１ 炭酸カリ製造用イオン交換膜電解槽４槽と、苛性カリ製
造用のイオン交換膜電解槽１槽とを使用し、本発明方法
に従つて下記の通り重炭酸カリの製造を行なつた。

この運転における各液、ガスの流れは概ね第１図の通り
であるが炭酸カリ製造用電解槽の陽極室に供給する精製
塩化カリ水溶液の熱交換用熱源二は、苛性カリ製造用電
解槽で発生した塩素ガスにより、又炭酸カリ製造用電解
槽の陰極室供給液の熱交換用熱源は苛性カリ製造用電解
槽で発生した水素ガスを使用した。

主成分の機器仕様および操作条件ならびに結果２は次の
通りてある。

（１）供給塩化カリ水溶液 （イ）キレートイオン交換樹脂ＣＲ−１０（三菱化成（
株）商品名）（（口）〜（へ）は炭酸カリ製造用電解槽
に対する３もの。

）２）電解槽及び重ｉ〒り製造工程 −ーーー゛−（
イ）炭酸カリ製造用電解槽（１）１００ｄイ複極槽４槽
使用、陽極室はチタ ンライニング製、陰極室はＳＵＳ
３Ｏ塵、陽 極は酸化ルテニウムを含む材料でコーテイ
ングしたチタンメッシュ、陰極はＳＵＳ３Ｏ４メッシ
ュを使用、陽イオン交換膜はデユポ ン社製Ｎ−４１５
（商品名ナフイヨン）を使 用。

（ｘ１） 重炭酸カリ製造後母液温度 （熱交換前）３１℃（Ｘ
ｉｉ） 重炭酸カリ生成量 ３６．３ｋｇ／Ｈｒ（ロ）
苛性カリ製造用電解槽（１）４０ＫＡ電解槽１槽使用、
他の仕様は炭酸 カリ製造用電解槽と同じ。

（！ｉ）生成苛性カリ濃度 ２５％−

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明方法による重炭酸カリ製造例を−（す工
程図である。 １・・・・・・炭酸カリ製造用電解槽、１″・・・・・
苛性力Ｊ製造用電解槽、３・・・・・・原塩溶解工程、
５・・・・・・沈２工程、７・・・・・・枦過工程、９
，１９・・・・・・熱交換；、１４・・・・・・重炭酸
カリ生成工程。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 陽イオン交換膜で仕切つて陽極室と陰極室とを形成
   し、該陽極室に精製塩化カリ水溶液を供給しつゝ電解し
   うる単位電解槽の多数で構成された電解槽群を使用し、
   その一部を炭酸カリ製造用電解槽に、又残部を常法の電
   解による苛性カリ製造用電解槽となし、上記炭酸カリ製
   造用電解槽の陰極室から抜け出される炭酸カリを主成分
   とする液を炭酸ガスと反応させて重炭酸カリを得ること
   からなり、上記生成重炭酸カリを分離した後の分離母液
   を前記炭酸カリ製造用電解槽の陰極室に供給し、その際
   電解槽群の陰極室より排出された水素ガス、陽極室より
   排出された塩素ガスおよび返送塩水の内の少くとも１種
   を用いて前記炭酸カリ製造用電解槽の少くとも一方の極
   室供給液と熱交換させることを特徴とする重炭酸カリの
   製造法。