JP2006008491A - リン酸の浄化方法およびリン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リン酸を高純度に浄化する。
【解決手段】揮発性成分が実質的に取り除かれた粗リン酸溶液を形成するために、不純物が多く含まれるリン酸から、揮発性成分が除去され、前記粗リン酸溶液に含まれるリン酸を分解して、ガス状の無水リン酸を発生させるために、前記粗リン酸溶液は、２５０℃以上の温度に加熱され、リン酸を形成すべく前記ガス状の無水リン酸を水和させるために、前記ガス状の無水リン酸は、水または希リン酸水溶液へ投入される。
【選択図】図３

Description

本発明はリン酸の浄化方法およびリン酸の製造方法に関し、特に、ガス状の無水リン酸を水和させることによって、リン酸を浄化し、リン酸を製造する方法に関する。

従来のリン酸の浄化方法として、例えば、リン酸の純度を増加させるため、Ｎ，Ｎ−ジアルキル−α−アミノ酸を用いた湿式法によって、リン酸を抽出させる方法がある（特許文献１参照）。また、例えば、重金属と分離するために、ジチオ炭酸−Ｏ−エステルを用いる沈殿法がある（特許文献２参照）。さらに、例えば、リン酸から、金属イオンを除去するために、強アルカリ交換樹脂を用いるイオン交換法がある（特許文献３参照）。しかし、上記の方法によって得られるリン酸の質は、乾式法によって得られるものより、はるかに劣る。これにより、上記の方法が、産業上利用されることはまれである。また、多孔性の木屑を用いて製造されるリン酸を吸収し、ポリリン酸および／またはリン酸エステルを形成するため木屑に吸収されたリン酸を加熱し、多孔性の木屑に含まれるポリリン酸および／またはリン酸エステルをリン酸に水和させるために水を用いる湿式方法によって、リン酸を浄化する方法が開示されている（特許文献４参照）。この方法によれば、湿式法によって製造されるリン酸の概して９０から９５％の不純物が、浸透性粉末内に吸着される。これによって、一つの側面から見た浄化効果が、発揮される。しかしながら、前記浄化方法は、バッチ処理であって、極めて高いコストを有する。さらに、前記方法によって浄化されるリン酸の純度は、乾式法によって製造されるものと比較して、はるかに劣る。例えば、乾式法によって製造されるリン酸の鉄含有量は、１０ｐｐｍ未満である。そして、前記方法によって浄化されるリン酸の鉄含有量は、１００ｐｐｍより高い。
米国特許第６２５１３５１号明細書 米国特許第４９８６９７０号明細書 米国特許第５００６３１９号明細書 米国特許第４４９５１６５号明細書

本発明の目的は、リン酸を高純度に浄化することである。

本発明の他の目的は、不純物を含むリン酸をガス状の無水リン酸へ分解し、前記無水リン酸をリン酸に水和させることによって、リン酸を浄化する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、不純物を含むリン酸をガス状の無水リン酸へ分解するために、リンの燃焼熱を利用すること、および前記ガス状の無水リン酸をリン酸に水和させることによって、リン酸を浄化する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、リン酸を製造する乾式法と、リン酸の浄化法とを結合することによって、包括的なリン酸の製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、リン酸を製造する乾式法と、湿式法によって製造されるリン酸を浄化する方法とを結合することによって、包括的なリン酸の製造方法を提供することである。

本発明において、不純物が多く含まれるリン酸を加熱して、揮発性成分を除去した後、リン酸を分解してガス状の無水リン酸を発生させる。そして、リン酸を形成すべく前記ガス状の無水リン酸を水和させるために、前記ガス状の無水リン酸を水または希リン酸水溶液へ投入させる。本発明の第一の段階において、有機あるいは無機の不純物が実質的に取り除かれた粗リン酸溶液が得られるために、不純物が多く含まれたリン酸から、揮発性成分が除去される。ガス状の無水リン酸を発生させる段階において、不揮発性である有機あるいは無機の不純物を粘着性残留溶液に残留させることが目的とされる。これにより、揮発性および不揮発性の有機あるいは無機の不純物が、実質的に取り除かれた高純度な無水リン酸が、リン酸に水和され得る。

本発明によれば、リン酸を高純度に浄化することが可能とされる。さらに、リン酸が燃焼される燃焼室の設計を容易とし、設備コストを低減させることが可能となる。

本発明におけるリン酸を浄化する方法は、揮発性成分が実質的に取り除かれた粗リン酸溶液を形成すべく不純物が多く含まれるリン酸から揮発性成分を除去すること、前記粗リン酸溶液に含まれるリン酸を分解しガス状の無水リン酸を発生させるために、前記粗リン酸溶液を２５０℃以上の温度に加熱すること、そして、リン酸を形成すべく前記ガス状の無水リン酸を水和させるため、前記ガス状の無水リン酸を水または希リン酸水溶液へ投入することを含む。

不純物が多く含まれた前記リン酸は、湿式法を用いて得られるリン酸生成物、廃棄されたリン酸、リン酸を含む廃棄された様々な酸であり得る。前記不純物の成分および量はその原料に応じて異なるが、当該原料は、揮発性成分、有機不純物、金属イオン、その他であり得る。

揮発性成分は、任意の揮発性成分（例えば硝酸、酢酸、その他）であり得る。所定の量の水が用いられることによって、揮発性成分は除去されうる。

揮発性成分を除去する方法は、揮発性成分を除去するためのいかなる従来の方法でありえる。その結果、不純物が多く含まれたリン酸に含まれるほとんどの揮発性成分は、実質的に、ガスとなって蒸発する。その一方で、蒸発しない部分が液状となり（粗リン酸溶液）、所定の量の水が残存する。例えば、不純物が多く含まれるリン酸から、揮発性成分をガスとして蒸発させる加熱方法が用いられ得る。上記の揮発性成分を取り除く段階において、不純物が多く含まれるリン酸は、好ましくは８０℃以上の温度に、より好ましくは１００℃以上の温度に加熱される。また、例えば、上記の揮発性成分を抽出するために、不溶ガス（例えば空気）が投入される間、不純物が多く含まれるリン酸が加熱される通気加熱方法が用いられ得る。さらに、例えば、真空炉（真空レベルは実際の所要量に応じて決定される）において、不純物が多く含まれるリン酸が加熱されることによって、不純物が多く含まれるリン酸から、揮発性成分が抽出されることを促進する真空加熱方法も用いられ得る。一般に、真空加熱方法および通気加熱方法が好ましく、特に、通気加熱方法が好ましい。必要に応じて、揮発性成分を除去するために、多様な段階を有する方法を用いることができる。例えば、硝酸および一部の水は、約８０℃に加熱されることによって除去される。そして、酢酸および一部の水は、約１００℃に加熱されることによって除去される。

分解によってガス状の無水リン酸を発生させるために、前記粗リン酸溶液を加熱する方法は、たとえば電気加熱、間接燃焼加熱、および直接燃焼加熱などのいかなる加熱方法であってよいが、直接燃焼加熱による方法が好ましく、さらに、リンを燃焼させる方法がより好ましい。このリンを燃焼させる方法において、リンが燃焼されるリン燃焼室に、前記粗リン酸溶液が投入され、リンの燃焼熱によって、前記粗リン酸溶液は、加熱されて、ガス状の無水リン酸へ分解させる。好ましくは、前記粗リン酸溶液は、前記粗リン酸溶液の薄膜が燃焼室の壁に形成されるように、投入されて、前記燃焼室内において加熱され、ガス状の無水リン酸を発生させる。

前記リンを直接加熱する方法は、リン酸を製造するための乾式法であって、リン酸は、ガス状の無水リン酸を形成するために、燃焼室において燃焼される。ガス状の無水リン酸を形成するための前記リンの燃焼において、リンおよび酸素を含有するガスが燃焼室内へ投入され、燃焼条件および燃焼装置は、リン酸を製造するための従来の乾式法に用いられるものと同様とされる。しかしながら、本発明の方法において、粗リン酸溶液が投入されることによって、リン燃焼熱の一部分または大部分が消費されるので、燃焼室における温度は、劇的に低下される。一般に、リン酸を製造するための従来の乾式法の燃焼室における温度は、１２００℃から１８００℃にまで達する。しかし、本発明の燃焼室における平均温度は、２５０℃から１０００℃であり、好ましくは、３００℃から８００℃であり、より好ましくは、３５０℃から６００℃とされる。燃焼室の温度が劇的に低下されられることよって、本発明の燃焼室の設計はより容易なものとなる。特に、本発明の利点は、燃焼室の材料の選定にあたって基準を下げ、熱損失を考慮する設計の必要を無くし、設備コストを低減させることなどである。分解によって、ガス状の無水リン酸を発生させるために粗リン酸溶液を加熱する過程において、前記ガス状の無水リン酸の平均的な温度は、３００℃から８００℃、好ましくは３５０℃から６００℃とされる。

前記ガス状の無水リン酸をリン酸に水和させるために、前記ガス状の無水リン酸を、水または希リン酸水溶液に投入する段階は、リン酸を製造するための従来の乾式法において用いられる方法および装置によって、実行され得ることが可能とされる。好ましくは、前記ガス状の無水リン酸をリン酸に水和させるために、ガス状の無水リン酸を水または希リン酸水溶液に投入する段階において、前記ガス状の無水リン酸が水和してリン酸を形成されるために、分解によって発生した前記ガス状の無水リン酸、およびリンの燃焼により発生したガス状の無水リン酸が、水あるいは前記希リン酸水溶液に投入され得る。一般に、前記ガス状の無水リン酸を水和させるために、希リン酸水溶液が用いられることが好ましい。

本発明は、リン酸を製造するための方法を開示するが、当該方法は、リン酸の浄化方法を含むものである。

本発明は、例示するだけであって、本発明の範囲を限定しない下記に示す実施例によって、より詳細に説明される。

＜実施例１＞
光電産業から得られた１０００ｇの廃棄酸を用いることとしたが、その主な成分を、表１に示す。

廃棄酸が、回転蒸発器の梨状を呈するフラスコに流し込まれた。梨状を呈するフラスコは、槽内に９０度の角度で傾斜するように取り付けられ、約６０回転／分で回転し、廃棄酸から、酢酸および硝酸を取り除くために吸引された。６０分後、粗リン酸溶液の７４５ｇが得られ、当該成分を分析した。結果を表２に示す。

５００ｇの粗リン酸溶液が、図１に示す装置内へ投入された。図において、１０はグラファイト加熱室を示し、２０はカバーを示し、３０は換気チューブを示している。前記グラファイト加熱室１０は、電気炉４０によって、粗リン酸溶液を無水リン酸に分解するために、加熱された。無水リン酸へ、カバー２０に設けられる換気チューブ３０を通じて、１００ｍｌの水が投入された。これによって、表３に示される成分を有する５３０ｇのリン酸を得た。

＜実施例２＞
図２に示される５０は、回転炉を示す。廃棄リン酸は、導管６０を通じて、炉に投入された。７０は、通常の燃料を用いる燃焼装置を示している。燃焼装置７０からの燃焼炎が、回転炉の壁上に形成された薄皮状を呈する廃棄リン酸溶液を直接熱するように、炉内に向けて放射された。蒸発により生じた揮発性のガスは、換気チューブ８０を通じて、換気された。揮発成分が抽出された粗リン酸溶液は、導管９０を通じて、流出された。本実施例において、燃焼装置における燃料は、導管９０から流出する粗リン酸溶液の温度を調節するために、コントロールされた。粗リン酸溶液の分析結果を表４に示す。

＜実施例３−７＞
図３に示すように、１１０はリン燃焼室の炉体を示し、１２０は炉体の上部のカバーを示している。本実施例において得られた粗リン酸溶液は１５０℃であるが、当該粗リン酸溶液は、炉体の上端部へ、導管１３０を通じて直接投入され、そこから、炉壁上に、均一な粗リン酸溶液の液膜を形成するために、飛散された。リンが燃焼されるために、ノズル１５０を通じて、炉内へ吹き付けられ、さらに、空気が導管１６０を通じて投入された。粗リン酸溶液の薄膜は、リンの燃焼熱によって直接加熱され、ガス状の無水リン酸に分解された。そして、ガス状の無水リン酸は、リン酸を製造するために純水を用いて浄化されたリン酸へ水和させる処理が行われる乾燥段階の水和吸収段階において用いられるために、導管１４０内へ、通気された。残留した粗リン酸溶液は、炉の底部に位置する導管１７０から流出された。本実施例における計測結果を、表５に示す。

表に示すように、本実施例において製造されたリン酸のアルミニウムの含有量は、１．３２ｐｐｍ以下とされ、高純度に浄化されたリン酸が製造された。

＜実施例８−１２＞
次に、燃焼用の燃料として、リンに代えて、天然ガスを用いてリン酸を製造する試験を行った。他の手順については、実施例３−７に示したものと同一とされる。本実施例における計測結果を、表６に示す。

表に示すように、本実施例において製造されたリン酸のアルミニウムの含有量は、３．２ｐｐｍ以下とされ、高純度に浄化されたリン酸が製造された。

なお、実施例３−７と実施例８−１２とを比較することによって、高純度なリン酸を製造するために、燃焼用の燃料として、リンを用いることが、天然ガスを用いることよりも、より好ましいと把握される
本発明は、実施の形態の詳細な説明を参照して述べられたが、当該詳細な説明は、添付の特許請求の範囲に含まれる部分を除き、本発明の範囲を限定するものではない。多くの修正および改変が、上記に開示された事項を考慮して可能とされる。

本発明におけるグラファイト加熱装置の概略図である。 本発明における回転式加熱蒸発炉装置の概略図である。 本発明におけるリン燃焼室の概略図である。

符号の説明

１０ グラファイト加熱室、
２０ カバー、
３０ 換気チューブ、
４０ 電気炉、
５０ 回転式炉体、
６０，９０，１３０，１４０，１６０ 導管、
７０ 燃焼装置、
８０ 換気チューブ、
１１０ リン燃焼室炉体、
１２０ 炉体カバー、
１５０ ノズル。

Claims (20)

1. リン酸の浄化方法であって、
   揮発性成分が実質的に取り除かれた粗リン酸溶液を形成するために、不純物が多く含まれるリン酸から、揮発性成分を除去する段階と、
   前記粗リン酸溶液に含まれるリン酸を分解して、ガス状の無水リン酸を発生させるために、前記粗リン酸溶液を、２５０℃以上の温度に加熱する段階と、
   リン酸を形成すべく前記ガス状の無水リン酸を水和させるために、前記ガス状の無水リン酸を、水または希リン酸水溶液へ投入する段階とを有するリン酸の浄化方法。
2. 前記不純物が多く含まれるリン酸は、リン酸を含む廃棄された様々な酸、または湿式法を用いて製造されるリン酸生成物である請求項１に記載のリン酸の浄化方法。
3. 前記揮発性成分を除去する段階において、前記不純物が多く含まれるリン酸は、８０℃以上の温度に加熱される請求項２に記載のリン酸の浄化方法。
4. 前記揮発性成分を除去する段階において、前記不純物が多く含まれるリン酸は、１００℃以上の温度に加熱される請求項３に記載のリン酸の浄化方法。
5. 前記揮発性成分を除去する段階において、不純物が多く含まれるリン酸は、真空炉内において加熱されるか、または、不純物が多く含まれるリン酸から揮発成分を取り除くために、空気が投入されながら加熱される請求項４に記載のリン酸の浄化方法
6. 前記粗リン酸溶液を加熱する段階において、分解によってガス状の無水リン酸を発生させるために、燃焼加熱が行われる請求項１に記載のリン酸の浄化方法。
7. 前記燃焼加熱において、前記粗リン酸溶液は、リンが燃焼させられるリン燃焼室に投入されて、リンの燃焼熱によって加熱され、ガス状の無水リン酸に分解され、
   前記ガス状の無水リン酸をリン酸に水和させるために、前記ガス状の無水リン酸を水または希リン酸水溶液へ投入する段階において、前記ガス状の無水リン酸が水和されてリン酸が形成されるために、分解によって発生した前記ガス状の無水リン酸、およびリンの燃焼により発生した前記ガス状の無水リン酸は、水あるいは前記希リン酸水溶液へ投入される請求項６に記載のリン酸の浄化方法。
8. 前記粗リン酸溶液は、前記粗リン酸溶液の薄膜が前記燃焼室の壁に形成されるように、前記リン燃焼室内に投入されて、加熱され、ガス状の無水リン酸を発生するように分解される請求項７に記載のリン酸の浄化方法。
9. 分解により前記ガス状の無水リン酸を発生させるために前記粗リン酸溶液を加熱する段階において、前記ガス状の無水リン酸の平均温度は、３００℃から８００℃の範囲内に保たれる請求項８に記載のリン酸の浄化方法。
10. 前記ガス状の無水リン酸の平均温度は、３５０℃から６００℃の範囲内に保たれる請求項９に記載のリン酸の浄化方法。
11. 前記水和させる段階において、前記ガス状の無水リン酸をリン酸に水和させるために、前記希リン酸水溶液が用いられる請求項１０に記載のリン酸の浄化方法。
12. 分解により前記ガス状の無水リン酸を発生させるために前記粗リン酸溶液を加熱する段階において、前記ガス状の無水リン酸の平均温度は、３００℃から８００℃の範囲内に保たれる請求項７に記載のリン酸の浄化方法。
13. 前記ガス状の無水リン酸の平均温度は、３５０℃から６００℃の範囲内に保たれる請求項１２に記載のリン酸の浄化方法。
14. 前記水和させる段階において、前記ガス状の無水リン酸をリン酸に水和させるために、前記希リン酸水溶液が用いられる請求項１３に記載のリン酸の浄化方法。
15. 請求項１に記載されたリン酸の浄化方法を有するリン酸を製造する方法。
16. 分解によってガス状の無水リン酸を生成するために前記粗リン酸溶液状を加熱する処理は、燃焼加熱である請求項１５に記載されたリン酸の製造方法。
17. 前記燃焼加熱において、前記粗リン酸溶液は、リンが燃焼させられるリン燃焼室に投入されて、リンの燃焼熱によって加熱され、ガス状の無水リン酸に分解され、
    前記ガス状の無水リン酸をリン酸に水和させるために、前記ガス状の無水リン酸を水または希リン酸水溶液へ投入する段階において、前記ガス状の無水リン酸が水和されてリン酸が形成されるために、分解によって発生した前記ガス状の無水リン酸、およびリンの燃焼により発生した前記ガス状の無水リン酸は、水あるいは前記希リン酸水溶液へ投入される請求項１６に記載のリン酸の製造方法。
18. 前記粗リン酸溶液は、前記粗リン酸溶液の薄膜が前記燃焼室の壁に形成されるように、前記リン燃焼室内に投入されて、加熱され、ガス状の無水リン酸を発生するように分解される請求項１７に記載のリン酸の製造方法。
19. 分解により前記ガス状の無水リン酸を発生させるために前記粗リン酸溶液を加熱する段階において、前記ガス状の無水リン酸の平均温度は、３００℃から８００℃の範囲内に保たれる請求項１８に記載のリン酸の製造方法。
20. 前記水和させる段階において、前記ガス状の無水リン酸をリン酸に水和させるために、前記希リン酸水溶液が用いられる請求項１９に記載のリン酸の製造方法。

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