JP2006193347A - Method and apparatus for producing high purity alkali carbonate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属不純物濃度の低い高純度の炭酸アルカリを製造する方法及びその製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing a high-purity alkali carbonate having a low metal impurity concentration and a production apparatus therefor.
従来、炭酸アルカリ例えば炭酸ナトリウム(Na2CO3)及び炭酸カリウム(K2CO3)は、ルブランソーダ法、アンモニアソーダ法及び電解法によって製造されている。しかし、上記の方法により製造された炭酸ナトリウムは金属不純物濃度が高い。ところで半導体製造の分野では、シリコンウエハを洗浄する薬液の原料として炭酸ナトリウムあるいは炭酸カリウムが用いられるようになってきているが、ウエハは金属不純物が付着すると、半導体デバイスの特性に悪影響を与えることから上述の方法により製造された炭酸アルカリは用いることができない。 Conventionally, alkali carbonates such as sodium carbonate (Na2CO3) and potassium carbonate (K2CO3) are produced by the Leblanc soda method, the ammonia soda method and the electrolytic method. However, sodium carbonate produced by the above method has a high metal impurity concentration. By the way, in the field of semiconductor manufacturing, sodium carbonate or potassium carbonate has come to be used as a raw material for a chemical solution for cleaning a silicon wafer. However, if metal impurities adhere to the wafer, the characteristics of the semiconductor device are adversely affected. Alkali carbonate produced by the above method cannot be used.
そこで、より純度の高い炭酸アルカリ例えば炭酸ナトリウムを得るために、例えば下記(1)式に示すように高純度の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液に炭酸ガス(二酸化炭素(CO2))を溶解させることで下記(1)式の反応により高純度の炭酸ナトリウムを得るようにしているが、通常当該反応に用いられる炭酸ガス中には微量であるが、パーティクル状態の金属不純物が含まれているため、これを除去するために例えばフィルタなどを用いている。 Therefore, in order to obtain a higher-purity alkali carbonate such as sodium carbonate, carbon dioxide gas (carbon dioxide (CO2)) is dissolved in a high-purity sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution, for example, as shown in the following formula (1). In order to obtain high-purity sodium carbonate by the reaction of the following formula (1), the carbon dioxide gas usually used in the reaction is a trace amount, but contains metal impurities in the particle state. In order to remove this, for example, a filter or the like is used.
2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O……(1)
しかし、炭酸ガスに含まれている金属不純物の粒子サイズがフィルタの網目よりも小さい場合にはフィルタを通過してしまうので、フィルタを用いる手法は除去能力に限界がある。
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (1)
However, if the particle size of the metal impurities contained in the carbon dioxide gas is smaller than the mesh of the filter, it passes through the filter, so that the technique using the filter has a limit in removal capability.
近年においては半導体デバイスのパターンの線幅が微細化しているので薬液中の金属不純物の許容値が低くなってきており、より一層金属不純物濃度の低い炭酸アルカリが要求されている。 In recent years, since the line width of semiconductor device patterns has become finer, the permissible value of metal impurities in a chemical solution has been lowered, and an alkali carbonate having a lower metal impurity concentration is required.
一方例えば特許文献1には、メタンを原料として用い、未反応メタンが微量な高純度の二酸化炭素を製造する方法が記載されているが、金属不純物濃度を低減させる点については着眼されていない。 On the other hand, for example, Patent Document 1 describes a method for producing high-purity carbon dioxide in which unreacted methane uses a small amount of methane as a raw material, but does not focus on reducing the metal impurity concentration.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、金属不純物濃度の極めて低い高純度の炭酸アルカリ、例えば炭酸ナトリウムあるいは炭酸カリウムを得ることができる高純度炭酸アルカリの製造方法及びその製造装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this situation, The objective of this invention is the manufacturing method of the high purity alkali carbonate which can obtain the highly pure alkali carbonate, for example, sodium carbonate or potassium carbonate, with a very low metal impurity density | concentration. And an apparatus for manufacturing the same.
本発明の高純度炭酸アルカリの製造方法は、金属不純物を含む炭酸ガスを酸性の液、中性の液及び炭酸水素アルカリの水溶液のいずれかの液に溶解させて、金属不純物が当該液に捕集されることで前記炭酸ガスよりも金属不純物濃度の低い炭酸ガスを得る工程と、
この工程で得られた炭酸ガスを水酸化アルカリ水溶液に溶解させて高純度の炭酸アルカリを得る工程と、を含むことを特徴とする。「炭酸ガスを酸性の液、中性の液及び炭酸水素アルカリの水溶液のいずれかの液に溶解させて」とは、酸性の液、中性の液及び炭酸水素アルカリの水溶液のいずれか一つに溶解させることに限らず、いずれか二つの液中を順次に通過させる場合、3つの各液を順番に通過させる場合も含む意味である。酸性の液としては強酸例えば硫酸及び硝酸を挙げることができるが、揮発性が小さく、炭酸ガスに溶液の蒸気が同伴しないという点で硫酸が特に好ましい。中性の液とは、純水を挙げることができるが、例えばナトリウム塩やカリウム塩などのアルカリ塩であってもよい。要は、金属成分の上記の捕集液としては、炭酸ガスが吸収されずあるいはほとんど吸収されず、また蒸気に金属成分が含まれないものが好ましい。純水であれば、蒸気は水であることから、炭酸アルカリ中の不純物となることはないが、炭酸アルカリ中の不純物となる成分が含まれている溶液であっても、揮発性が少なければ好適であり、この点から硫酸が好ましいといえる。
In the method for producing a high purity alkali carbonate of the present invention, carbon dioxide gas containing metal impurities is dissolved in any one of an acidic liquid, a neutral liquid, and an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate, and the metal impurities are captured in the liquid. Collecting carbon dioxide gas having a lower metal impurity concentration than the carbon dioxide gas by being collected,
And a step of dissolving the carbon dioxide gas obtained in this step in an aqueous alkali hydroxide solution to obtain a high purity alkali carbonate. “Dissolve carbon dioxide in any one of an acidic liquid, a neutral liquid and an aqueous alkali hydrogen carbonate solution” means any one of an acidic liquid, a neutral liquid and an aqueous alkali hydrogen carbonate solution It is not limited to be dissolved in the solution, and when passing through any two of the liquids sequentially, it also includes the case of passing each of the three liquids in order. Examples of the acidic liquid include strong acids such as sulfuric acid and nitric acid, but sulfuric acid is particularly preferable because it has low volatility and does not accompany the vapor of the solution with carbon dioxide. The neutral liquid includes pure water, but may be an alkali salt such as sodium salt or potassium salt. In short, it is preferable that the above-mentioned liquid for collecting the metal component is one in which carbon dioxide gas is not absorbed or hardly absorbed, and the metal component is not contained in the vapor. If it is pure water, since the steam is water, it does not become an impurity in the alkali carbonate, but even if it is a solution containing components that become impurities in the alkali carbonate, it must be less volatile. From this point, sulfuric acid is preferable.
本発明の高純度炭酸アルカリの他の製造方法は、金属不純物を含む炭酸ガスを酸性の液または中性の液に溶解させて、金属不純物が液に捕集されることで前記炭酸ガスよりも金属不純物濃度の低い炭酸ガスを得る工程と、
この工程で精製された炭酸ガスを炭酸水素アルカリの水溶液に溶解させて、金属不純物がこの液に捕集されることで当該炭酸ガスよりも金属不純物濃度の低い炭酸ガスを得る工程と、
この工程で得られた炭酸ガスを水酸化アルカリ水溶液に溶解させて高純度の炭酸アルカリを得る工程と、を含むことを特徴とする。
Another method for producing the high-purity alkali carbonate of the present invention is to dissolve a carbon dioxide gas containing a metal impurity in an acidic liquid or a neutral liquid and collect the metal impurity in the liquid so that the carbon dioxide gas is collected. Obtaining carbon dioxide gas having a low metal impurity concentration;
Dissolving carbon dioxide purified in this step in an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate, and collecting metal impurities in this solution to obtain carbon dioxide having a lower metal impurity concentration than the carbon dioxide;
And a step of dissolving the carbon dioxide gas obtained in this step in an aqueous alkali hydroxide solution to obtain a high purity alkali carbonate.
また本発明の高純度炭酸アルカリの製造装置は、酸性の液、中性の液及び炭酸水素アルカリの水溶液のいずれかを貯溜するための精製槽と、
この精製槽の液内に金属不純物を含む炭酸ガスを供給するための炭酸ガス供給手段と、
水酸化アルカリ水溶液を貯溜するための反応槽と、
前記精製槽と反応槽とを連通するように設けられ、前記精製槽の液から発生する炭酸ガスを前記反応槽の液内に供給して炭酸アルカリを生成するための通気手段と、を備えたことを特徴とする。
Moreover, the high purity alkali carbonate production apparatus of the present invention comprises a refining tank for storing any one of an acidic liquid, a neutral liquid and an aqueous alkali hydrogen carbonate solution,
Carbon dioxide supply means for supplying carbon dioxide containing metal impurities into the liquid in the refining tank,
A reaction tank for storing an alkali hydroxide aqueous solution;
A venting means provided to communicate the refining tank and the reaction tank, and for supplying carbon dioxide gas generated from the liquid in the refining tank to the liquid in the reaction tank to generate alkali carbonate; It is characterized by that.
また本発明の高純度炭酸アルカリの他の製造装置は、酸性の液または中性の液を貯溜するための第1の精製槽と、
この第1の精製槽の液内に金属不純物を含む炭酸ガスを供給するための炭酸ガス供給手段と、
炭酸水素アルカリの水溶液を貯溜するための第2の精製槽と、
前記第1の精製槽と第2の精製槽とを連通するように設けられ、前記第1の精製槽の液から発生する炭酸ガスを前記第2の精製槽の液内に供給するための第1の通気手段と、
水酸化アルカリ水溶液を貯溜するための反応槽と、
前記第2の精製槽と反応槽とを連通するように設けられ、第2の精製槽の液から発生する炭酸ガスを前記反応槽の液内に供給して炭酸アルカリを生成するための第2の通気手段と、を備えたことを特徴とする。
Moreover, the other production apparatus of the high-purity alkali carbonate of the present invention includes a first refining tank for storing an acidic liquid or a neutral liquid,
Carbon dioxide supply means for supplying carbon dioxide containing metal impurities into the liquid of the first refining tank,
A second refining tank for storing an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate;
A first refining tank is provided to communicate with the first refining tank, and a carbon dioxide gas generated from the liquid in the first refining tank is supplied to the liquid in the second refining tank. A ventilation means;
A reaction tank for storing an alkali hydroxide aqueous solution;
The second refining tank is provided so as to communicate with the reaction tank, and a second gas for generating an alkali carbonate by supplying carbon dioxide gas generated from the liquid in the second refining tank into the liquid in the reaction tank. And a ventilation means.
本発明によれば、金属不純物を含む炭酸ガス(二酸化炭素)を酸性の液、中性の液及び炭酸水素アルカリの水溶液のいずれかの液に溶解させることで、炭酸ガスに含有されている金属不純物を取り除くことができる。酸性の液あるいは中性の液を用いる場合には炭酸ガス中の金属不純物は液中に移行し、結果として炭酸ガス中の金属不純物が低減される。酸性溶液として強酸例えば硫酸あるいは硝酸を用いた場合には金属不純物は金属イオンになって酸の中に溶解する。また炭酸水素アルカリを用いた場合には、金属不純物はイオンあるいは水酸化物としてトラップされる。このようにして精製された炭酸ガスを水酸化アルカリと反応させることにより、金属不純物濃度の極めて低い高純度の炭酸アルカリ、例えば炭酸ナトリウムあるいは炭酸カリウムを得ることができる。 According to the present invention, a metal contained in carbon dioxide is obtained by dissolving carbon dioxide (carbon dioxide) containing metal impurities in any one of an acidic liquid, a neutral liquid, and an aqueous alkali hydrogen carbonate solution. Impurities can be removed. When an acidic liquid or a neutral liquid is used, metal impurities in the carbon dioxide gas are transferred to the liquid, and as a result, metal impurities in the carbon dioxide gas are reduced. When a strong acid such as sulfuric acid or nitric acid is used as the acidic solution, the metal impurities become metal ions and dissolve in the acid. When alkali hydrogen carbonate is used, metal impurities are trapped as ions or hydroxides. By reacting the carbon dioxide gas purified in this way with alkali hydroxide, it is possible to obtain a high purity alkali carbonate having a very low metal impurity concentration, such as sodium carbonate or potassium carbonate.
更にまた金属不純物を含む炭酸ガスを酸性の液、中性の液に溶解させ、さらに当該炭酸ガスを炭酸水素アルカリの水溶液に溶解させ、いわば2段の精製処理を行うことで、より一層金属不純物濃度の低い炭酸ガスを得ることができる。従って本発明によれば当該炭酸アルカリを金属汚染に厳しい例えばシリコンウエハの洗浄液などの原料として好適に用いることがことができる。 Further, by dissolving carbon dioxide containing metal impurities in an acidic liquid or neutral liquid, and further dissolving the carbon dioxide gas in an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate, so to speak, two-stage refining treatment is carried out to further increase the metal impurities. A low concentration carbon dioxide gas can be obtained. Therefore, according to the present invention, the alkali carbonate can be suitably used as a raw material such as a cleaning liquid for silicon wafers, which is severe to metal contamination.
本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明方法を実施するための炭酸アルカリの製造装置の一形態を示す概略構成図である。 Embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an alkali carbonate production apparatus for carrying out the method of the present invention.
図中1は炭酸アルカリである炭酸ナトリウムを精製するための精製槽であり、前記精製槽1内には所定量の酸性溶液が貯溜されている。前記精製槽1の上部にはガス供給管10が挿入され、その先端部はL字状に屈曲していてガス吐出口11が多数形成されており、散気管構造として構成される。このガス供給管10と、ガス吐出口11とにより精製槽1の水溶液内にガスを供給する炭酸ガス供給手段が構成される。また前記精製槽1の上部には前記酸性溶液を精製槽1内に供給するための水溶液供給管12が接続されており、前記精製槽1の下部には廃液排出管13が接続されている。さらに前記精製槽1の天井部には、ミストセパレータ14を介してガス供給管15が接続されている。またV1〜V3はバルブである。
In the figure, reference numeral 1 denotes a purification tank for purifying sodium carbonate, which is an alkali carbonate, and a predetermined amount of acidic solution is stored in the purification tank 1. A
酸性溶液としては、例えば硫酸、硝酸などの強酸が用いられるが、溶液の蒸気が炭酸ガスに同伴することを抑えるためには、揮発性ができるだけ小さい溶液が好ましく、このため硫酸が特に好ましい。また酸性溶液の代わりに中性溶液例えば純水を用いてもよい。 As the acidic solution, for example, a strong acid such as sulfuric acid or nitric acid is used. In order to suppress the vapor of the solution from being accompanied by carbon dioxide gas, a solution having as little volatility as possible is preferable, and sulfuric acid is particularly preferable. Further, a neutral solution such as pure water may be used instead of the acidic solution.
前記精製槽1の後段には、精製した炭酸ガスを反応させるための反応槽2が設けられている。前記反応槽2内には所定量の水酸化アルカリ水溶液が入っている。前記水酸化アルカリ水溶液としては、この例では炭酸ナトリウムを製造する工程であることから、水酸化ナトリウム(NaOH)が用いられている。水酸化ナトリウム水溶液の濃度は例えば27重量%に調整される。前記反応槽2の上部には既述のガス供給管15の先端部が挿入され、その先端部はL字状に屈曲していてガス吐出口16が多数形成されており、散気管構造として構成される。即ち、このガス供給管15は精製槽1の気相部分と反応槽2の液相部分とを連通し、ガス吐出口16と共に、反応槽2の水溶液内に炭酸ガスを供給する通気手段が構成される。また前記反応槽2の上部には前記アルカリ水溶液を反応槽2内に供給するための水溶液供給管21と前記反応槽2内の炭酸ガスを排出するためのガス排出管22とが接続されており、前記反応槽2の下部には水溶液排出管23が接続されている。さらに前記反応槽2は水溶液排出管23を介して吸引濾過手段3に接続されている。またV4及びV5はバルブである。
A
次に上記装置で実施される高純度の炭酸アルカリの製造方法について説明する。なお、本発明において高純度の炭酸アルカリとは原料の炭酸ガスよりも金属不純物が低いという意味であり、金属不純物濃度の範囲を限定するものではないが、例えばその金属不純物濃度が10ppb以下である。また以下の説明において、精製槽1内には酸性溶液である例えば硫酸が貯溜されており、反応槽2内には水酸化ナトリウム水溶液が貯溜されているものとする。先ず、硫酸が入った精製槽1内にガス供給管10を介して原料である炭酸ガス(二酸化炭素(CO2))を供給する。この原料である炭酸ガスとしては、ドライアイス及び焼却炉などから発生する二酸化炭素などが用いられる。このようなことから本発明に使用される炭酸ガスには、一般の感覚では微量ではあるが金属不純物が含有されていることになる。
Next, the manufacturing method of the high purity alkali carbonate implemented with the said apparatus is demonstrated. In the present invention, high-purity alkali carbonate means that metal impurities are lower than carbon dioxide gas as a raw material, and does not limit the range of metal impurity concentration. For example, the metal impurity concentration is 10 ppb or less. . In the following description, it is assumed that an acid solution such as sulfuric acid is stored in the purification tank 1 and an aqueous sodium hydroxide solution is stored in the
そして当該炭酸ガスは、ガス供給管10の先端部に多数形成されているガス吐出口11から吐出され、バブリングにより硫酸中に拡散される。この炭酸ガスは、酸性溶液では溶けずに液相部から気相部へと移行するという性質を有するため硫酸の表面から炭酸ガスが発生する。このとき炭酸ガスに含有されているパーティクル状態の金属不純物は、硫酸に溶解して金属イオンとして形態を変えて液中に捕集されるので、精製槽1の気相部分は金属不純物濃度の極めて低い炭酸ガスで満たされることになる。前記精製槽1内の気相部に放出された炭酸ガスは、前記精製槽1の天井部に設置されたミストセパレータ14でアルカリミストが除去され、ガス供給管15へ送られる。
The carbon dioxide gas is discharged from the gas discharge ports 11 formed at the tip of the
そして所定量の水酸化ナトリウム水溶液が入った反応槽2内に、精製された(金属不純物濃度の低い)炭酸ガスが前記ガス供給管15を介して供給され、当該炭酸ガスは、ガス供給管15の先端部に多数形成されているガス吐出口16から吐出され、バブリングにより水酸化ナトリウム水溶液中に拡散される。そして反応槽2内において下記(2)式に示す反応が起り、金属不純物濃度の低い炭酸ナトリウム(Na2CO3)が析出生成されて沈殿する。また水溶液中で反応した炭酸ガスは、ガス排出管22を介して外方へ排出されることになる。なお、この炭酸ガスをガス供給管10を介して精製槽1内に供給するようにしてもよい。
Then, purified carbon dioxide gas (low metal impurity concentration) is supplied into the
2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O……(2)
そしてバルブV5を開いて沈殿物であるスラリーを抜き出して吸引濾過手段3に送り、ここで固形分である炭酸ナトリウムを母液から分離することで金属不純物濃度の極めて低い高純度の炭酸ナトリウムを得る。
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (2)
And the valve | bulb V5 is opened, the slurry which is a deposit is extracted, and it sends to the suction filtration means 3, and the sodium carbonate which is solid content is isolate | separated from a mother liquid here, The highly pure sodium carbonate with a very low metal impurity concentration is obtained.
上述の実施の形態によれば、金属不純物を含む炭酸ガス(二酸化炭素)を硫酸に溶解させることで、炭酸ガスに含有されている金属不純物を取り除くことができ、そしてこの炭酸ガスを高濃度の水酸化ナトリウム水溶液に溶解させることで金属不純物濃度の極めて低い高純度の炭酸ナトリウムの固形分を得ることができる。従って、この炭酸ナトリウムの水溶液をシリコンウエハのエッチング液(洗浄液)として好適に用いることができる。 According to the above-described embodiment, by dissolving carbon dioxide (carbon dioxide) containing metal impurities in sulfuric acid, metal impurities contained in carbon dioxide can be removed, and the carbon dioxide can be removed at a high concentration. By dissolving in a sodium hydroxide aqueous solution, a solid content of high purity sodium carbonate having a very low metal impurity concentration can be obtained. Therefore, this aqueous solution of sodium carbonate can be suitably used as an etching solution (cleaning solution) for the silicon wafer.
なお、図1において反応槽2内に水酸化ナトリウム水溶液の代わりに所定量の例えば51重量%の水酸カリウム水溶液を貯溜し、精製された炭酸ガスを水酸化カリウム水溶液に溶解させると下記(3)式に示す反応が起り、金属不純物濃度の低い高純度の炭酸カリウムが析出生成されることになる。
In FIG. 1, a predetermined amount of, for example, 51% by weight potassium hydroxide aqueous solution is stored in the
2KOH+CO2→K2CO3+H2O……(3)
従って、この炭酸カリウムにおいても上述と同様な効果を得ることができる。
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (3)
Therefore, the same effect as described above can be obtained with this potassium carbonate.
また、図1において反応槽1内に硫酸の代わりに純水を用いても、炭酸ガスに含有されているパーティクル状態の金属不純物を液中に捕集することができ、同様に金属不純物濃度の低い高純度の炭酸ナトリウムあるいは炭酸カリウムを得ることができる。 Further, even if pure water is used instead of sulfuric acid in the reaction tank 1 in FIG. 1, the metal impurities in the particle state contained in the carbon dioxide gas can be collected in the liquid. Low-purity sodium carbonate or potassium carbonate can be obtained.
本発明の他の実施の形態について説明する。ここで説明する実施の形態は、金属不純物を含む原料である炭酸ガスを炭酸水素アルカリの水溶液例えば炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)水溶液に溶解させる他は、上述の実施の形態と同様の方法で金属不純物濃度の極めて低い高純度の炭酸アルカリを製造している。よって図2において上述の実施の形態と同様の構成にある部分については同じ符号を付してある。以下の説明において、精製槽1内には、所定量の例えば60℃以下、好ましくは30℃以下に維持された例えば5〜8重量%の炭酸水素ナトリウム水溶液が貯溜されており、反応槽2内には、所定量の水酸化ナトリウム水溶液が貯溜されているものとする。 Another embodiment of the present invention will be described. The embodiment described here is the same as the embodiment described above except that carbon dioxide, which is a raw material containing metal impurities, is dissolved in an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate, for example, an aqueous solution of sodium bicarbonate (NaHCO3). Produces highly pure alkali carbonate with extremely low concentration. Therefore, in FIG. 2, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as that of the above-described embodiment. In the following description, the refining tank 1 stores a predetermined amount of, for example, 5 to 8% by weight of sodium bicarbonate aqueous solution maintained at 60 ° C. or less, preferably 30 ° C. or less. It is assumed that a predetermined amount of aqueous sodium hydroxide solution is stored.
前記精製槽1内の炭酸水素ナトリウム水溶液に金属不純物を含む炭酸ガスを溶解させると、炭酸ガスに含有されているパーティクル状態の金属不純物は水酸化物あるいは金属イオンとしてトラップされ、その中で金属水酸化物は沈殿物として精製槽1内の底部に溜まる。そして精製槽1の気相部分に不純物が取り除かれた炭酸ガスが満たされる。この場合、当該炭酸ガスに同伴するのは僅かな水ということになる。 When carbon dioxide containing metal impurities is dissolved in the sodium hydrogen carbonate aqueous solution in the refining tank 1, the metal impurities in the particle state contained in the carbon dioxide are trapped as hydroxides or metal ions. The oxide accumulates at the bottom of the purification tank 1 as a precipitate. The gas phase portion of the refining tank 1 is filled with carbon dioxide gas from which impurities have been removed. In this case, a small amount of water accompanies the carbon dioxide gas.
このように金属不純物を含む炭酸ガスを炭酸水素ナトリウム水溶液に溶解させても炭酸ガスに含有されている金属不純物を取り除くことができ、上述と同様に金属不純物濃度の極めて低い高純度の炭酸ナトリウムを得るができる。なお、図2において精製槽1内に炭酸水素カリウムの水溶液を貯留すると共に、反応槽2内に水酸化ナトリウム水溶液の代わりに所定量の水酸化カリウム水溶液を貯溜し、精製された炭酸ガスを水酸化カリウム水溶液に溶解させると上記(3)式に示す反応が起り、金属不純物濃度の低い高純度の炭酸カリウムが析出生成されることになる。
Thus, even when carbon dioxide containing metal impurities is dissolved in an aqueous sodium hydrogen carbonate solution, the metal impurities contained in the carbon dioxide gas can be removed. Similarly to the above, high-purity sodium carbonate having an extremely low metal impurity concentration can be obtained. Can get. In FIG. 2, an aqueous solution of potassium bicarbonate is stored in the purification tank 1, and a predetermined amount of an aqueous potassium hydroxide solution is stored in the
本発明のさらに他の実施の形態について説明する。図3にこの実施の形態における炭酸アルカリの製造装置を示す。図3中4は第1の精製槽である。第1の精製槽4内には所定量の酸性溶液または中性溶液が貯溜されている。前記第1の精製槽4の上部にはガス供給管40が挿入され、その先端部はL字状に屈曲していてガス吐出口41が多数形成されており、散気管構造として構成される。このガス供給管40と、ガス吐出口41とにより第1の精製槽4の液内にガスを供給する炭酸ガス供給手段が構成される。また前記第1の精製槽4の上部には前記酸性溶液または純水を第1の精製槽4内に供給するための水溶液供給管42が接続されており、前記第1の精製槽4の下部には廃液排出管43が接続されている。さらに前記第1の精製槽4の天井部には、ミストセパレータ44を介してガス供給管45が接続されている。またV6〜V8はバルブである。
Still another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows an apparatus for producing an alkali carbonate in this embodiment. In FIG. 3, 4 is a first refining tank. A predetermined amount of acidic solution or neutral solution is stored in the first purification tank 4. A gas supply pipe 40 is inserted into the upper part of the first refining tank 4, and its distal end is bent in an L shape and has a large number of gas discharge ports 41, which is configured as an air diffuser structure. The gas supply pipe 40 and the gas discharge port 41 constitute carbon dioxide supply means for supplying gas into the liquid in the first purification tank 4. Further, an aqueous
また前記第1の精製槽1の後段には、精製した炭酸ガスをさらに精製するための第2の精製槽5が設けられている。前記第2の精製槽5内には所定量の炭酸水素アルカリ水溶液が入っている。前記第2の精製槽5の上部には既述のガス供給管45の先端部が挿入され、その先端部はL字状に屈曲していてガス吐出口46が多数形成されており、散気管構造として構成される。即ち、このガス供給管45は第1の精製槽4の気相部分と第2の精製槽5の液相部分とを連通し、ガス吐出口46と共に、第2の精製槽5の液内に炭酸ガスを供給する第1の通気手段が構成される。また前記第2の精製槽5の上部には前記アルカリ水溶液を第2の精製槽5内に供給するための水溶液供給管51が接続されており、前記第2の精製槽5の下部には水溶液排出管52が接続されている。さらに前記第2の精製槽5の天井部には、ミストセパレータ53を介してガス供給管54が接続されている。またV9及びV10はバルブである。
Further, a second purification tank 5 for further purifying the purified carbon dioxide gas is provided at the subsequent stage of the first purification tank 1. The second refining tank 5 contains a predetermined amount of alkali hydrogen carbonate aqueous solution. The tip of the
さらに前記第2の精製槽5の後段には、精製した炭酸ガスを反応させるための反応槽6が設けられている。前記反応槽6内には所定量の水酸化アルカリ水溶液が入っている。前記反応槽6の上部には既述のガス供給管54の先端部が挿入され、その先端部はL字状に屈曲していてガス吐出口55が多数形成されており、散気管構造として構成される。即ち、このガス供給管54は第2の精製槽5の気相部分と反応槽6の液相部分とを連通し、ガス吐出口55と共に、反応槽6の液内に炭酸ガスを供給する第2の通気手段が構成される。また前記反応槽6の上部には前記アルカリ水溶液を反応槽6内に供給するための水溶液供給管61と前記反応槽6内の炭酸ガスを排出するためのガス排出管62とが接続されており、前記反応槽6の下部には水溶液排出管63が接続されている。さらに前記反応槽6は水溶液排出管63を介して吸引濾過手段7に接続されている。またV11及びV12はバルブである。
Further, a reaction tank 6 for reacting the purified carbon dioxide gas is provided at the subsequent stage of the second purification tank 5. A predetermined amount of an aqueous alkali hydroxide solution is contained in the reaction vessel 6. The tip of the
上記装置で実施される高純度の炭酸アルカリの製造方法については、上述した2つの実施の形態を組み合わせた製造方法からなっている。なお、第2の精製槽5内に炭酸水素ナトリウム水溶液を貯溜させ、反応槽6内に水酸化ナトリウム水溶液を貯溜させた場合には、金属不純物濃度の極めて低い高純度の炭酸ナトリウムが得られることになる。あるいは第2の精製槽5内に炭酸水素カリウム水溶液を貯留し、反応槽6内に水酸化カリウム水溶液を貯溜させた場合には、金属不純物濃度の極めて低い高純度の炭酸カリウムが得られることになる。 About the manufacturing method of the high purity alkali carbonate implemented with the said apparatus, it consists of the manufacturing method which combined two embodiment mentioned above. When a sodium hydrogen carbonate aqueous solution is stored in the second refining tank 5 and a sodium hydroxide aqueous solution is stored in the reaction tank 6, high-purity sodium carbonate having a very low metal impurity concentration can be obtained. become. Alternatively, when a potassium hydrogen carbonate aqueous solution is stored in the second purification tank 5 and a potassium hydroxide aqueous solution is stored in the reaction tank 6, high purity potassium carbonate having a very low metal impurity concentration can be obtained. Become.
このような構成にある装置では、金属不純物を含む炭酸ガスを第1の精製槽4の例えば硫酸に溶解させ、さらに当該液から発生する炭酸ガスを第2の精製槽5の炭酸水素アルカリの水溶液に溶解させるようにしているので、より一層金属不純物濃度の低い炭酸ガスを得ることができ、その結果、金属不純物濃度の極めて低いより高純度の炭酸アルカリが得られる。また、第1の精製槽4内に炭酸水素アルカリ水溶液を貯溜させ、第2の精製槽5内に例えば硫酸を貯溜させても、上述と同様な効果を得ることができる。 In the apparatus having such a configuration, carbon dioxide gas containing metal impurities is dissolved in, for example, sulfuric acid in the first refining tank 4, and further, carbon dioxide gas generated from the liquid is dissolved in an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate in the second refining tank 5. Therefore, a carbon dioxide gas having a lower metal impurity concentration can be obtained. As a result, a higher purity alkali carbonate having a very low metal impurity concentration can be obtained. Further, the same effect as described above can be obtained by storing an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate in the first refining tank 4 and storing sulfuric acid in the second refining tank 5, for example.
なお、上述した実施の形態において、前段にて酸性溶液あるいは純水を除く中性溶液を用いる場合には、その溶液の揮発性が小さいといっても蒸気の同伴は避けられないことから、この炭酸ガスを水酸化アルカリ水溶液に溶解させた場合、同伴した例えば酸成分が炭酸アルカリ中に取り込まれて不純物となる。第1の精製槽4内に酸性溶液例えば硫酸を入れ、第2の精製槽5内に炭酸水素アルカリの水溶液を入れておくことが好ましい。 In the above-described embodiment, when a neutral solution excluding an acidic solution or pure water is used in the previous stage, entrainment of vapor is inevitable even if the volatility of the solution is small. When carbon dioxide gas is dissolved in an aqueous alkali hydroxide solution, the accompanying acid component, for example, is taken into the alkali carbonate and becomes an impurity. It is preferable that an acidic solution such as sulfuric acid is placed in the first purification tank 4 and an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate is placed in the second purification tank 5.
以上において、反応槽2あるいは反応槽6から排出された炭酸ガスを処理系の前段である精製槽1(図1及び図2の例)あるいは第1の精製槽4(図3の例)に帰還させるようにしてもよい。図4はこのような例を示す図であり、炭酸ナトリウムあるいは炭酸カリウムを生成する処理系100の後段から排出された炭酸ガスをガス供給管10に戻して処理系100の前段に供給する構成を示している。なお、図中Pはポンプ、V13はバルブ、101は逆止弁である。
In the above, the carbon dioxide gas discharged from the
1 精製槽
10 ガス供給管
11 ガス吐出口
15 ガス供給管
16 ガス吐出口
2 反応槽
22 ガス排出管
3 吸引濾過手段
4 第1の精製槽
5 第2の精製槽
6 反応槽
7 吸引濾過手段
V1〜V13 バルブ
1
Claims (4)
この工程で得られた炭酸ガスを水酸化アルカリ水溶液に溶解させて高純度の炭酸アルカリを得る工程と、を含むことを特徴とする高純度炭酸アルカリの製造方法。 Carbon dioxide containing metal impurities is dissolved in any one of an acidic liquid, a neutral liquid, and an aqueous alkali hydrogen carbonate solution, and the metal impurities are collected in the liquid so that the metal impurities are more than the carbon dioxide. Obtaining a low concentration of carbon dioxide;
And a step of dissolving the carbon dioxide gas obtained in this step in an aqueous alkali hydroxide solution to obtain a high-purity alkali carbonate, and a method for producing a high-purity alkali carbonate.
この工程で精製された炭酸ガスを炭酸水素アルカリの水溶液に溶解させて、金属不純物がこの液に捕集されることで当該炭酸ガスよりも金属不純物濃度の低い炭酸ガスを得る工程と、
この工程で得られた炭酸ガスを水酸化アルカリ水溶液に溶解させて高純度の炭酸アルカリを得る工程と、を含むことを特徴とする高純度炭酸アルカリの製造方法。 Dissolving carbon dioxide containing metal impurities in an acidic liquid or neutral liquid, and collecting carbon impurities in the liquid to obtain carbon dioxide having a lower metal impurity concentration than the carbon dioxide;
Dissolving carbon dioxide purified in this step in an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate, and collecting metal impurities in this solution to obtain carbon dioxide having a lower metal impurity concentration than the carbon dioxide;
And a step of dissolving the carbon dioxide gas obtained in this step in an aqueous alkali hydroxide solution to obtain a high-purity alkali carbonate, and a method for producing a high-purity alkali carbonate.
この精製槽の液内に金属不純物を含む炭酸ガスを供給するための炭酸ガス供給手段と、
水酸化アルカリ水溶液を貯溜するための反応槽と、
前記精製槽と反応槽とを連通するように設けられ、前記精製槽の液から発生する炭酸ガスを前記反応槽の液内に供給して炭酸アルカリを生成するための通気手段と、を備えたことを特徴とする高純度炭酸アルカリの製造装置。 A refining tank for storing one of an acidic liquid, a neutral liquid, and an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate;
Carbon dioxide supply means for supplying carbon dioxide containing metal impurities into the liquid in the refining tank,
A reaction tank for storing an alkali hydroxide aqueous solution;
A venting means provided to communicate the refining tank and the reaction tank, and for supplying carbon dioxide gas generated from the liquid in the refining tank to the liquid in the reaction tank to generate alkali carbonate; An apparatus for producing high-purity alkali carbonate characterized by the above.
この第1の精製槽の液内に金属不純物を含む炭酸ガスを供給するための炭酸ガス供給手段と、
炭酸水素アルカリの水溶液を貯溜するための第2の精製槽と、
前記第1の精製槽と第2の精製槽とを連通するように設けられ、前記第1の精製槽の液から発生する炭酸ガスを前記第2の精製槽の液内に供給するための第1の通気手段と、
水酸化アルカリ水溶液を貯溜するための反応槽と、
前記第2の精製槽と反応槽とを連通するように設けられ、第2の精製槽の液から発生する炭酸ガスを前記反応槽の液内に供給して炭酸アルカリを生成するための第2の通気手段と、を備えたことを特徴とする高純度炭酸アルカリの製造装置。
A first refining tank for storing acidic or neutral liquid;
Carbon dioxide supply means for supplying carbon dioxide containing metal impurities into the liquid of the first refining tank,
A second refining tank for storing an aqueous solution of alkali hydrogen carbonate;
A first refining tank is provided to communicate with the first refining tank, and a carbon dioxide gas generated from the liquid in the first refining tank is supplied to the liquid in the second refining tank. A ventilation means;
A reaction tank for storing an alkali hydroxide aqueous solution;
The second refining tank is provided so as to communicate with the reaction tank, and a second gas for generating an alkali carbonate by supplying carbon dioxide gas generated from the liquid in the second refining tank into the liquid in the reaction tank. A high-purity alkali carbonate producing apparatus, comprising:
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JP2009097507A (en) * | 2007-09-28 | 2009-05-07 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Turbine facility co-producing alkaline carbonate and power generating facility co-producing alkaline carbonate |
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