JP2018002514A - Method for producing anhydrous alkali metal sulfide - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a particulate, high purity anhydrous alkali metal sulfide at high productivity.SOLUTION: Provided is a method for producing an anhydrous alkali metal sulfide containing a process where an aqueous solution including a hydrous alkali metal sulfide and a hydrous alkali metal hydrosulfide is concentrated while maintaining the temperature range of 97°C or higher to crystallize an anhydrous alkali metal sulfide, in which the molar number of the hydrated alkali metal sulfide to 1 mon of the hydrated alkali metal sulfide in the aqueous solution being a ratio in the range of 0.01 to 1.00 mol.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、無水アルカリ金属硫化物の製造方法に関し、詳しくは、微粒子状で高純度の無水アルカリ金属硫化物を効率よく製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an anhydrous alkali metal sulfide, and more particularly, to a method for efficiently producing an anhydrous alkali metal sulfide having a fine particle shape and high purity.

近年、エンジニアリングプラスチックや医薬品の原料として、高純度であり、かつ取り扱いの容易な無水アルカリ金属硫化物、中でもポリアリーレンスルフィドやスルフィド結合を有する医薬品等の原料である無水硫化ナトリウムが要求されている。現在、一般に市販されている硫化ナトリウムとしては、硫化ナトリウム水溶液を冷却または濃縮して晶析させた結晶水を有する硫化ナトリウム結晶(Na2S・9H2O、Na2S・6H2O、Na2S・5.5HO、Na2S・5H2O等)や60%程度の濃度の硫化ナトリウム水溶液をペレット状、フレーク状、チップ状等に固化して得られる含水硫化ナトリウム等がある。しかしながら、これらの硫化ナトリウムは水分を30%以上含有するものであり、純度が低いことに加えて潮解性が強く酸化され易いという欠点を有する。 In recent years, anhydrous alkali metal sulfides that are highly pure and easy to handle, especially anhydrous sodium sulfide, which is a raw material for pharmaceuticals having polyarylene sulfide and sulfide bonds, are required as raw materials for engineering plastics and pharmaceuticals. Currently, commercially available sodium sulfide includes sodium sulfide crystals (Na 2 S · 9H 2 O, Na 2 S · 6H 2 O, Na) having crystal water crystallized by cooling or concentrating a sodium sulfide aqueous solution. 2 S · 5.5H 2 O, Na 2 S · 5H 2 O, etc.) and hydrous sodium sulfide obtained by solidifying sodium sulfide aqueous solution with a concentration of about 60% into pellets, flakes, chips, etc. . However, these sodium sulfides contain 30% or more of moisture, and have the disadvantage that they are highly pure and easy to oxidize in addition to low purity.

これらアルカリ金属硫化物を原料とする化学反応においては、製品中に存在する水が好ましくない副反応を誘発することや反応の平衡状態を変えると言う問題点があるため、反応に使用する前に脱水等の操作が必要となって操作が煩雑となる。また反応をスムーズに進行させるために反応溶媒に良分散して溶解し易い様な微粒子状の無水アルカリ金属硫化物が望まれている。   In chemical reactions using these alkali metal sulfides as raw materials, there is a problem that water present in the product induces undesirable side reactions and changes the equilibrium state of the reaction. An operation such as dehydration is required, and the operation becomes complicated. Further, in order to allow the reaction to proceed smoothly, a fine anhydrous alkali metal sulfide that is well dispersed and easily dissolved in the reaction solvent is desired.

無水硫化ナトリウムを得る方法としては、水和または含水硫化ナトリウムを融点以上の温度に加熱し脱水する方法が一般的である。しかしながら、水分を含有する硫化ナトリウムを融解させると極めて高粘度の塊となって、容器に強固に付着して攪拌や取り出しが困難となる。これまでに無水硫化ナトリウムの製法として知られているものには、
(1)水和硫化ナトリウム・9水和物をパイプに充填し、攪拌することなく1トールの減圧下で特定の条件で加熱して融解を避けながら徐々に800℃まで昇温し、強制脱水する方法(特許文献1参照)。
(2)水酸化ナトリウムを2〜15質量%含有する97℃以上の硫化ナトリウム水溶液から無水硫化ナトリウム結晶を析出させる方法(特許文献2参照)
(3)高水和硫化ナトリウム結晶を500トール以下の圧力で高水和硫化ナトリウム結晶から硫化ナトリウム・1水和物への相転移点±10℃で4〜5時間加熱し、次いで大気圧下または減圧下で90〜200℃で4〜5時間加熱して無水硫化ナトリウムを得る方法(特許文献3参照)。
(4)炭化水素溶媒あるいはポリハロ芳香族化合物の存在下、硫化ナトリウム水和物及び有機スルホン酸金属塩、ハロゲン化リチウム、有機カルボン酸金属塩、リン酸アルカリ金属塩の中から選ばれる少なくとも一種の金属塩を接触せしめ脱水を行ない、硫化ナトリウム組成物を得る方法(特許文献4、5参照)等が知られている。
As a method for obtaining anhydrous sodium sulfide, a method is generally used in which hydrated or hydrous sodium sulfide is heated to a temperature higher than the melting point and dehydrated. However, when water-containing sodium sulfide is melted, it becomes a very viscous mass and adheres firmly to the container, making stirring and taking out difficult. What has been known as an anhydrous sodium sulfide process so far
(1) Filling the pipe with hydrated sodium sulfide / 9 hydrate, heating it under specific conditions under reduced pressure of 1 torr without stirring and gradually raising the temperature to 800 ° C. while avoiding melting, forced dehydration (See Patent Document 1).
(2) A method of depositing anhydrous sodium sulfide crystals from an aqueous sodium sulfide solution at 97 ° C. or higher containing 2 to 15% by mass of sodium hydroxide (see Patent Document 2)
(3) Highly hydrated sodium sulfide crystals are heated at a pressure of 500 torr or less at a phase transition point ± 10 ° C. from the highly hydrated sodium sulfide crystals to sodium sulfide monohydrate for 4 to 5 hours, and then at atmospheric pressure Alternatively, a method of obtaining anhydrous sodium sulfide by heating at 90 to 200 ° C. for 4 to 5 hours under reduced pressure (see Patent Document 3).
(4) In the presence of a hydrocarbon solvent or a polyhaloaromatic compound, at least one selected from sodium sulfide hydrate, organic sulfonic acid metal salt, lithium halide, organic carboxylic acid metal salt, and alkali metal phosphate A method of obtaining a sodium sulfide composition by bringing a metal salt into contact with each other and performing dehydration (see Patent Documents 4 and 5) is known.

しかしながら、(1)の方法は、加熱温度が極めて高温であることから実用的ではなく、しかも得られた無水硫化ナトリウムは水和物の結晶形状を保持した骸晶となり、比表面積が大きく潮解性があり、非常に酸化され易いものであった。(2)及び(3)の方法は、これらの欠点を改良した方法ではあるが、(2)の方法では無水硫化ナトリウム結晶を析出させている間の水酸化ナトリウム濃度及び温度を厳密に制御する必要があり容易な方法ではなかった。また、(3)の方法では、減圧下で長時間を要し数工程が必要であり、原料としてNa2S・5水和物を溶融させることなく粒子形を保持したまま脱水を行なっており、原料であるNaS・5水和物の粒子径がそのまま無水硫化ナトリウムの粒子径に反映し、得られる無水硫化ナトリウムの粒子径も1〜1.5mmと、比較的大きい結晶であった。このような結晶体を呈していると、比表面積が小さくなり、エンジニアリングプラスチックや医薬品の原料として用いた場合に反応性が低下したり、それゆえ、別途、当該結晶を微子粒状(例えば800μm以下)にまで破砕する工程が必要になることもあった。また、(4)の方法では脱水時の系に有機スルホン酸金属塩、ハロゲン化リチウム、有機カルボン酸金属塩、リン酸アルカリ金属塩等を分散剤として加える必要があるため脱水後の系内はそれら金属塩との混合物となり無水硫化ナトリウム単品を取り出すことは不可能に近かった。 However, the method (1) is not practical because the heating temperature is extremely high, and the obtained anhydrous sodium sulfide becomes a body crystal that retains the crystal shape of the hydrate, and has a large specific surface area and deliquescence. It was very easy to oxidize. Although the methods (2) and (3) are methods that improve these drawbacks, the method (2) strictly controls the sodium hydroxide concentration and temperature during the precipitation of anhydrous sodium sulfide crystals. It was necessary and not easy. In the method (3), it takes a long time under reduced pressure and several steps are required, and dehydration is performed while maintaining the particle shape without melting Na 2 S · pentahydrate as a raw material. The particle diameter of the raw material Na 2 S · pentahydrate is directly reflected in the particle diameter of anhydrous sodium sulfide, and the particle diameter of the anhydrous sodium sulfide obtained is a relatively large crystal of 1 to 1.5 mm. . When such a crystal is presented, the specific surface area becomes small, and the reactivity decreases when used as a raw material for engineering plastics and pharmaceuticals. Therefore, the crystal is separated into fine particles (for example, 800 μm or less). ) May be required to be crushed. In the method of (4), it is necessary to add organic sulfonic acid metal salt, lithium halide, organic carboxylic acid metal salt, alkali metal phosphate, etc. as a dispersing agent to the system during dehydration. It was nearly impossible to take out anhydrous sodium sulfide alone as a mixture with these metal salts.

そこで、微粒子状の高純度の無水アルカリ金属硫化物を得る方法として、アルカリ金属硫化物水溶液と、該水溶液の沸点以下の融点を有する分散媒とを接触させ脱水を行なう、無水アルカリ金属硫化物と分散媒の混合物の製造方法が知られている(特許文献6参照)。しかし該方法もエネルギー効率が低く、生産性良く無水アルカリ金属硫化物を得ることができなかった。   Therefore, as a method for obtaining fine particulate high purity anhydrous alkali metal sulfide, an anhydrous alkali metal sulfide that performs dehydration by contacting an aqueous alkali metal sulfide solution with a dispersion medium having a melting point lower than the boiling point of the aqueous solution, A method for producing a dispersion medium mixture is known (see Patent Document 6). However, this method is also low in energy efficiency, and an anhydrous alkali metal sulfide cannot be obtained with good productivity.

米国特許2533163号公報US Pat. No. 2,533,163 特開昭64−28207号公報JP-A 64-28207 特開平2−51404号公報JP-A-2-51404 特開昭60−200807号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-200807 特開昭60−210509号公報JP 60-210509 A 特開平9−67108号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-67108

そこで、本発明が解決しようとする課題は、微粒子状の高純度の無水アルカリ金属硫化物を生産性良く製造することにある。   Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to produce fine, high purity anhydrous alkali metal sulfides with high productivity.

本発明者等は、上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、含水アルカリ金属水硫化物の過剰下で、含水アルカリ金属硫化物を含む水溶液を、97℃以上という高温を維持したまま、濃縮することにより、微粒子状の無水アルカリ金属硫化物が高純度で、効率よく得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have maintained an aqueous solution containing a hydrous alkali metal sulfide in an excess of the hydrous alkali metal hydrosulfide while maintaining a high temperature of 97 ° C. or higher. As a result of the concentration, it was found that fine anhydrous alkali metal sulfides can be obtained with high purity and efficiency, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、含水アルカリ金属硫化物および含水アルカリ金属水硫化物を含む水溶液を97℃以上の温度範囲を維持しながら濃縮することにより、無水アルカリ金属硫化物を晶析させる工程を有する無水アルカリ金属硫化物の製造方法であって、
該水溶液中の含水アルカリ金属硫化物1モルに対して含水アルカリ金属水硫化物のモル数が0.01〜1.00モルの範囲の割合であることを特徴とする無水アルカリ金属硫化物の製造方法に関する。
That is, the present invention includes an anhydrous alkali metal sulfide crystallization step by concentrating an aqueous solution containing a hydrous alkali metal sulfide and a hydrous alkali metal hydrosulfide while maintaining a temperature range of 97 ° C. or higher. A method for producing an alkali metal sulfide comprising:
Production of anhydrous alkali metal sulfide, characterized in that the number of moles of hydrated alkali metal hydrosulfide is in the range of 0.01 to 1.00 mole per mole of hydrated alkali metal sulfide in the aqueous solution Regarding the method.

本発明によれば、微粒子状の高純度の無水アルカリ金属硫化物を生産性良く製造することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a particulate high purity anhydrous alkali metal sulfide can be manufactured with sufficient productivity.

硫化ソーダの各種水和物の溶解度曲線を表す図である。It is a figure showing the solubility curve of various hydrates of sodium sulfide.

本発明の無水アルカリ金属硫化物の製造方法は、含水アルカリ金属硫化物および含水アルカリ金属水硫化物を含む水溶液を97℃以上の温度範囲を維持しながら濃縮することにより、無水アルカリ金属硫化物を晶析させる工程を有する無水アルカリ金属硫化物の製造方法であって、
該水溶液中の含水アルカリ金属硫化物1モルに対して含水アルカリ金属水硫化物のモル数が0.01〜1.00モルの範囲の割合であることを特徴とする。
In the method for producing an anhydrous alkali metal sulfide of the present invention, an anhydrous alkali metal sulfide is obtained by concentrating an aqueous solution containing a hydrous alkali metal sulfide and a hydrous alkali metal hydrosulfide while maintaining a temperature range of 97 ° C. or higher. A method for producing anhydrous alkali metal sulfide having a step of crystallizing,
It is characterized in that the number of moles of hydrated alkali metal hydrosulfide is in the range of 0.01 to 1.00 mole per mole of hydrated alkali metal sulfide in the aqueous solution.

本発明で用いる含水アルカリ金属硫化物としては、例えば硫化リチウム、硫化ナトリウム、硫化カリウム、硫化ルビジウム、硫化セシウム等の化合物の液状又は固体状の含水物が挙げられ、その固形分濃度は特に限定されないが10〜80質量%、特に35〜65質量%であることが好ましい。含水アルカリ金属硫化物として、好ましいのは含水硫化ナトリウムである。使用する含水硫化ナトリウムの形状は、結晶、フレーク状、固形、液体及び水溶液のいずれでもかまわない。使用する含水硫化ナトリウムの形状が、結晶、フレーク状、固形、液体の場合には、水を加えて水溶液とすればよい。その際、該水溶液中のアルカリ金属硫化物1モルに対して含水アルカリ金属水硫化物のモル数が0.01〜1.00モルの範囲の割合で、好ましくは0.01〜0.10モルの範囲の割合で含有するよう調整する。   Examples of the hydrous alkali metal sulfide used in the present invention include liquid or solid hydrates of compounds such as lithium sulfide, sodium sulfide, potassium sulfide, rubidium sulfide, cesium sulfide, and the solid content concentration is not particularly limited. Is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 35 to 65% by mass. Preferred as the hydrated alkali metal sulfide is hydrated sodium sulfide. The shape of the hydrous sodium sulfide to be used may be any of crystal, flake, solid, liquid and aqueous solution. When the hydrous sodium sulfide used is in the form of crystals, flakes, solids or liquids, water may be added to form an aqueous solution. At that time, the number of moles of the hydrated alkali metal hydrosulfide is 0.01 to 1.00 mole, preferably 0.01 to 0.10 mole, with respect to 1 mole of the alkali metal sulfide in the aqueous solution. It adjusts so that it may contain in the ratio of the range of.

含水アルカリ金属硫化物は、例えば、含水アルカリ金属水硫化物及びアルカリ金属水酸化物より調製されたものであってもよい。含水アルカリ金属水硫化物としては、例えば水硫化リチウム、水硫化ナトリウム、水硫化カリウム、水硫化ルビジウム、水硫化セシウム等の化合物の液状又は固体状の含水物が挙げられ、その固形分濃度は特に限定されないが10〜80質量%、特に35〜65質量%であることが好ましい。含水アルカリ金属水硫化物として、好ましいのは含水水硫化ナトリウムである。使用する含水水硫化ナトリウムの形状は、結晶、フレーク状、固形、液体及び水溶液のいずれでもかまわない。また、アルカリ金属水酸化物は、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、及びこれらの水溶液が挙げられる。なお、該水溶液として用いる場合には、濃度20質量%以上の水溶液であることが好ましい。これらの中でも特に水酸化リチウムと水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが好ましく、特に水酸化ナトリウムが好ましい。アルカリ金属水酸化物の使用量は、無水アルカリ金属硫化物の生成が促進される点から、アルカリ金属水硫化物1モル当たり、0.50〜0.99モルの範囲が好ましく、特に0.95〜0.99モルの範囲がより好ましい。当該アルカリ金属水酸化物の使用量は、当該範囲を外れた場合であっても、アルカリ金属水酸化物ないし含水アルカリ金属水硫化物を加えて調整すればよく、最終的に得られる水溶液中の含水アルカリ金属水硫化物の割合が、アルカリ金属硫化物1モルに対して、0.01〜1.00モルの範囲の割合、好ましくは0.01〜1.00モルの範囲の割合となるよう調整することが生産性の観点からは好ましい。   The hydrous alkali metal sulfide may be prepared from, for example, a hydrous alkali metal hydrosulfide and an alkali metal hydroxide. Examples of hydrous alkali metal hydrosulfides include liquid or solid hydrates of compounds such as lithium hydrosulfide, sodium hydrosulfide, potassium hydrosulfide, rubidium hydrosulfide, cesium hydrosulfide, and the solid content concentration is particularly high. Although it is not limited, it is preferable that it is 10-80 mass%, especially 35-65 mass%. A preferred hydrous alkali metal hydrosulfide is hydrous sodium hydrosulfide. The shape of the hydrous sodium hydrosulfide to be used may be a crystal, flake, solid, liquid or aqueous solution. Examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, and aqueous solutions thereof. In addition, when using as this aqueous solution, it is preferable that it is an aqueous solution with a density | concentration of 20 mass% or more. Among these, lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide are particularly preferable, and sodium hydroxide is particularly preferable. The amount of alkali metal hydroxide used is preferably in the range of 0.50 to 0.99 mole per mole of alkali metal hydrosulfide, particularly 0.95, from the point of promoting the formation of anhydrous alkali metal sulfide. A range of ˜0.99 mol is more preferable. The amount of the alkali metal hydroxide used may be adjusted by adding an alkali metal hydroxide or a hydrated alkali metal hydrosulfide, even if it is out of the range. The ratio of the hydrated alkali metal hydrosulfide is such that the ratio is in the range of 0.01 to 1.00 mol, preferably in the range of 0.01 to 1.00 mol, with respect to 1 mol of the alkali metal sulfide. It is preferable to adjust from the viewpoint of productivity.

このようにして調製された含水アルカリ金属硫化物を含む水溶液は、水に溶解する有機溶媒を含んでいても良い。水に溶解する有機溶媒としては、例えば、アセトン(溶解度:全ての割合で水と相溶する。沸点:56.1℃)等のケトン類;メタノール(溶解度:全ての割合で水と相溶する、沸点:64.7℃)、エタノール(溶解度:全ての割合で水と相溶する、沸点:78.3℃)、イソプロピルアルコール(溶解度:全ての割合で水と相溶する、沸点:82.26℃)、エチレングリコール(溶解度:全ての割合で水と相溶する、沸点:197℃)等のアルコール類;酢酸メチル(溶解度:24質量%、沸点:56.9℃)等のエステル類等が挙げられる。これらの有機溶剤は単独で用いても良いし、2種以上を混合した混合溶剤を用いても良い。有機溶剤として好ましいものはケトン類、アルコール類であり、より好ましいものはエタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、エチレングリコールであり、最も好ましいものはエタノール、アセトン、エチレングリコールである。   The aqueous solution containing the hydrated alkali metal sulfide thus prepared may contain an organic solvent that dissolves in water. Examples of organic solvents that are soluble in water include ketones such as acetone (solubility: compatible with water in all proportions; boiling point: 56.1 ° C.); methanol (solubility: compatible with water in all proportions). , Boiling point: 64.7 ° C), ethanol (solubility: compatible with water in all proportions, boiling point: 78.3 ° C), isopropyl alcohol (solubility: compatible with water in all proportions), boiling point: 82. 26 ° C), alcohols such as ethylene glycol (solubility: compatible with water in all proportions, boiling point: 197 ° C); esters such as methyl acetate (solubility: 24 mass%, boiling point: 56.9 ° C), etc. Is mentioned. These organic solvents may be used alone or a mixed solvent in which two or more kinds are mixed. Preferred organic solvents are ketones and alcohols, more preferred are ethanol, acetone, isopropyl alcohol, and ethylene glycol, and most preferred are ethanol, acetone, and ethylene glycol.

このようにして調製された含水アルカリ金属硫化物を含む水溶液は、後述する濃縮を行う前に、97℃以上の温度範囲を維持しながら、静置して不純物を除去してもよい。静置時間は特に限定されないが、1〜5時間が好ましい。   The aqueous solution containing the hydrated alkali metal sulfide prepared in this way may be left standing to remove impurities before maintaining the temperature range of 97 ° C. or higher before concentration described below. The standing time is not particularly limited, but is preferably 1 to 5 hours.

このようにして調製された含水アルカリ金属硫化物を含む水溶液は、97℃以上の温度範囲を維持しながら、好ましくは、97℃以上かつ120℃の温度範囲を維持しながら、図1に示すアルカリ金属硫化物の飽和濃度曲線に沿って、濃縮することによって、水溶液中に無水アルカリ金属硫化物を析出することができる。飽和濃度を濃縮すると無水アルカリ金属硫化物を析出させることができる。結晶が析出したアルカリ金属硫化物飽和水溶液の無水アルカリ金属結晶スラリー溶液はスラリー濃度1〜50%まで析出させることができるが、液の流動性を維持する点から1〜30質量%が好ましい。濃縮は、減圧下に脱水することが好ましく、絶対圧で4〜40kPaの範囲で行うことが好ましく、さらに8〜20kPaの範囲で行うことがより好ましい。   The aqueous solution containing the hydrous alkali metal sulfide thus prepared maintains the temperature range of 97 ° C. or higher, and preferably maintains the temperature range of 97 ° C. or higher and 120 ° C. while maintaining the alkali range shown in FIG. Anhydrous alkali metal sulfide can be precipitated in the aqueous solution by concentration along the saturation concentration curve of the metal sulfide. When the saturated concentration is concentrated, anhydrous alkali metal sulfide can be precipitated. The anhydrous alkali metal crystal slurry solution of the alkali metal sulfide saturated aqueous solution in which crystals are precipitated can be precipitated up to a slurry concentration of 1 to 50%, but is preferably 1 to 30% by mass from the viewpoint of maintaining the fluidity of the liquid. Concentration is preferably dehydrated under reduced pressure, preferably in the range of 4 to 40 kPa in absolute pressure, and more preferably in the range of 8 to 20 kPa.

含水アルカリ金属硫化物および含水アルカリ金属水硫化物を含む水溶液の濃縮を、バッチで行う場合には、1回あたりの濃縮に要する時間は特に限定されないが、10分〜10時間の範囲で行うことが好ましく、30分〜2時間の範囲で行うことがより好ましい。また連続式で行う場合には、図1に示すアルカリ金属硫化物の飽和濃度曲線に沿って、無水アルカリ金属硫化物が析出する濃度範囲まで濃縮したら、当該濃度範囲を維持するように、含水アルカリ金属硫化物および含水アルカリ金属水硫化物を含む水溶液を調整しながら加え、飽和濃度以上に濃縮すれば良い。   When the aqueous solution containing the hydrated alkali metal sulfide and the hydrated alkali metal hydrosulfide is concentrated in a batch, the time required for the concentration per time is not particularly limited, but it should be in the range of 10 minutes to 10 hours. Is preferable, and it is more preferable to carry out in the range of 30 minutes to 2 hours. Further, in the case of performing in a continuous manner, when the concentration is concentrated to the concentration range where the anhydrous alkali metal sulfide precipitates along the saturation concentration curve of the alkali metal sulfide shown in FIG. An aqueous solution containing a metal sulfide and a hydrated alkali metal hydrosulfide may be added while adjusting and concentrated to a saturation concentration or higher.

本発明の製造方法では、30〜600μmの範囲、さらには300〜500μmの範囲で所望の二次粒子径の範囲を有する微粒子状の無水アルカリ金属硫化物を得ることができる。   In the production method of the present invention, a fine particulate anhydrous alkali metal sulfide having a desired secondary particle size range in the range of 30 to 600 μm, and further in the range of 300 to 500 μm can be obtained.

上記工程(1)を経て得られた無水アルカリ金属硫化物は、続いて、適宜フィルターを用いて固液分離した後、冷却・乾燥して粉末状ないし顆粒状の無水アルカリ金属硫化物として調製することができる。無水アルカリ金属硫化物は、潮解性を有し、空気中の二酸化炭素と反応することから、密封して空気と遮断して保存することが望ましい。   The anhydrous alkali metal sulfide obtained through the step (1) is then solid-liquid separated using an appropriate filter, and then cooled and dried to prepare a powdery or granular anhydrous alkali metal sulfide. be able to. Anhydrous alkali metal sulfides have deliquescence and react with carbon dioxide in the air, so it is desirable to store them sealed and cut off from the air.

本発明の製造方法は、腐食性を抑えて無水アルカリ金属硫化物を生成することができるため、耐腐食性に極めて優れるものの、高価でかつ加工の難しいジルコニウムやチタンといった金属材料を必ずしも使用する必要は無く、SUSやニッケル合金を用いた製造装置を使用することができる。なお、本発明に用いることができる該ニッケル合金は、クロムの含有割合が43〜47質量%、モリブデンの含有割合が0.1〜2質量%および残部がニッケルおよび不可避不純物で構成された合金である。タングステン、鉄、コバルトおよび銅は、検出限界以下の含有量であるものが好ましい。本発明において「不可避不純物」の用語は、技術的に除去が困難な微量の不純物を意味している。本発明においては、例えば、合金中において、1質量%以下、好ましくは検出限界以下の割合で含まれる炭素原子が挙げられる。当該ニッケル合金は例えば、MCアロイ(日立金属MMCスーパーアロイ社)として市販されている。   The production method of the present invention can produce anhydrous alkali metal sulfides while suppressing the corrosiveness. Therefore, although it is extremely excellent in corrosion resistance, it is necessary to use expensive and difficult metal materials such as zirconium and titanium. However, it is possible to use a manufacturing apparatus using SUS or a nickel alloy. The nickel alloy that can be used in the present invention is an alloy composed of 43 to 47% by mass of chromium, 0.1 to 2% by mass of molybdenum, and the balance of nickel and inevitable impurities. is there. Tungsten, iron, cobalt and copper are preferably those having a content below the detection limit. In the present invention, the term “inevitable impurities” means a very small amount of impurities that are technically difficult to remove. In the present invention, for example, carbon atoms contained in the alloy at a ratio of 1% by mass or less, preferably the detection limit or less can be mentioned. The nickel alloy is commercially available, for example, as MC alloy (Hitachi Metals MMC Superalloy).

上記の方法で得られた本発明の無水アルカリ金属硫化物は、微粒子状で高純度なことから エンジニアリングプラスチックや医薬品の原料として用いることができる。   The anhydrous alkali metal sulfide of the present invention obtained by the above method can be used as a raw material for engineering plastics and pharmaceuticals because it is fine and highly pure.

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特に断りが無い場合、%は質量%をあらわすものとする。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to this. Unless otherwise specified, “%” represents “% by mass”.

(測定法)水分量
水分気化装置を備えた電量式カールフィッシャー水分計(京都電子工業社製)を用い、 得られた無水硫化ナトリウムを280℃20分加熱して、蒸発させた水分を窒素ガスでカールフィッシャー液に送り、カールフィッシャー法にて水分量を測定した。
(Measurement method) Moisture content Using a coulometric Karl Fischer moisture meter (manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.) equipped with a moisture vaporizer, the obtained anhydrous sodium sulfide was heated at 280 ° C for 20 minutes, and the evaporated moisture was nitrogen gas. Was sent to the Karl Fischer liquid, and the water content was measured by the Karl Fischer method.

(測定法)生成物の成分分析
生成物成分測定はJIS K1435−1986に準拠した測定により求めた。
(Measurement method) Component analysis of product The product component measurement was determined by measurement according to JIS K1435-1986.

(測定法)無水硫化ナトリウムの二次粒子径
無水硫化ナトリウムの二次粒子径は、JIS Z8815−1994に準拠した測定により求めた。
(Measurement method) Secondary particle diameter of anhydrous sodium sulfide The secondary particle diameter of anhydrous sodium sulfide was determined by measurement in accordance with JIS Z8815-1994.

[侵食度の算出方法]
試験片の寸法変化、重量変化を測定し、下記計算式より、侵食度を算出した。
[Calculation method of erosion degree]
The dimensional change and weight change of the test piece were measured, and the degree of erosion was calculated from the following formula.

Figure 2018002514
単位は、バッフル2枚の試験前重量(g)、バッフル2枚の試験後重量(g)、密度(g/cm)、バッフル2枚の表面積(cm2)、試験時間(h)、10mm=1cmで換算、とする。
Figure 2018002514
The unit is the weight before the test of 2 baffles (g), the weight after the test of 2 baffles (g), the density (g / cm 3 ), the surface area of 2 baffles (cm 2 ), the test time (h), 10 mm. = Conversion with 1 cm.

[試験片の作成方法]
「MCアロイ」(クロム45質量%、モリブデン1質量%およびニッケル残部)を用いて、寸法:縦25(mm)×横25(mm)×厚さ2(mm)を2枚作成し、互いに中央部で溶接して、寸法:縦50(mm)×横25(mm)×厚さ2(mm)の試験片を作製した。
[How to create a test piece]
Using “MC alloy” (45% by mass of chromium, 1% by mass of molybdenum and the remainder of nickel), two dimensions: 25 (mm) x 25 (mm) x 2 (mm) in thickness were created and centered on each other. The test piece of size: length 50 (mm) x width 25 (mm) x thickness 2 (mm) was produced.

〔実施例1〕
攪拌機及びデカンターを備えた「MCアロイ」製反応容器に、上記試験片をバッフルとして2枚を、試験片全体が後述する水溶液に浸かる位置に取り付けた。次に、当該反応容器に、モル比NaOH:NaSH=0.98:1.00になるように、48.64%NaOH水溶液(1287g)(15.68mol)、48.30%NaSH水溶液(1857g)(16.00mol)を仕込み、撹拌しながら内温120℃まで昇温し、38%NaS水溶液を調製した。その後、120℃を維持したまま5時間静置した。
[Example 1]
Two pieces of the test piece as baffles were attached to a reaction vessel made of “MC alloy” equipped with a stirrer and a decanter at a position where the entire test piece was immersed in an aqueous solution described later. Next, the reaction vessel was charged with a 48.64% NaOH aqueous solution (1287 g) (15.68 mol) and a 48.30% NaSH aqueous solution (1857 g) so that the molar ratio NaOH: NaSH = 0.98: 1.00. (16.00 mol) was added, and the temperature was raised to an internal temperature of 120 ° C. while stirring to prepare a 38% Na 2 S aqueous solution. Then, it left still for 5 hours, maintaining 120 degreeC.

不純物を除去後、内温120℃を維持したまま、減圧を開始して減圧脱水を開始した。内温120±10℃で発泡に注意しながら徐々に減圧度を上げて行き、NaS濃度が60%になるまで減圧脱水を継続した。濃縮脱水速度は210g/Hrであった。 After removing the impurities, the depressurization was started and the dehydration under reduced pressure was started while maintaining the internal temperature of 120 ° C. The internal pressure was 120 ± 10 ° C., gradually increasing the degree of vacuum while paying attention to foaming, and vacuum dehydration was continued until the Na 2 S concentration reached 60%. The concentration and dehydration rate was 210 g / Hr.

NaS濃度が60%に到達すると飽和水溶液となり無水NaSの結晶が析出した。更に減圧脱水を継続して結晶スラリー濃度が30%になるまで継続した。ここでも濃縮脱水速度は210g/Hrであった。 When the Na 2 S concentration reached 60%, a saturated aqueous solution was formed, and anhydrous Na 2 S crystals were precipitated. Further, dehydration under reduced pressure was continued until the crystal slurry concentration reached 30%. Again, the concentration and dehydration rate was 210 g / Hr.

晶析終了後、窒素雰囲気中で遠心ろ過機を使用して結晶を分離した。得られた結晶520gは空気に触れないように密封容器に充填・保管した。   After completion of crystallization, crystals were separated using a centrifugal filter in a nitrogen atmosphere. The obtained crystal (520 g) was filled and stored in a sealed container so as not to be exposed to air.

得られた生成物の成分を下記表1に示した。また得られた無水硫化ナトリウムの粒子径は、下記表2に示した。また、試験片の侵食度は、表3に示した。   The components of the obtained product are shown in Table 1 below. The particle size of the obtained anhydrous sodium sulfide is shown in Table 2 below. The erosion degree of the test piece is shown in Table 3.

〔比較例1〕
モル比でNaOH:NaSH=1.00:0.93になるように、48.64%水酸化ナトリウム水溶液(1316g)(16.00mol)、48.30%水硫化ソーダ水溶液(1727g)(14.88mol)、濃縮脱水速度は20g/Hrで行なったこと以外は実施例1と同様に実施した。得られた結晶528gは空気に触れないよう密封容器に充填、保管した。生成物の成分を下記表1に示した。また得られた無水硫化ナトリウムの粒子径は、下記表2に示した。また、試験片の侵食度は、表3に示した。
[Comparative Example 1]
48.64% sodium hydroxide aqueous solution (1316 g) (16.00 mol), 48.30% sodium hydrosulfide aqueous solution (1727 g) (14.4) so that the molar ratio of NaOH: NaSH = 1.00: 0.93. 88 mol), and the same procedure as in Example 1 was conducted except that the concentration and dehydration rate was 20 g / Hr. The obtained crystal (528 g) was filled in a sealed container and stored so as not to be exposed to air. The components of the product are shown in Table 1 below. The particle size of the obtained anhydrous sodium sulfide is shown in Table 2 below. The erosion degree of the test piece is shown in Table 3.

〔比較例2〕
実施例1と同様の反応容器を用いて、モル比でNaOH:NaSH=1.00:0.93になるように、48.64%水酸化ナトリウム水溶液(1316g)(16.00mol)、48.30%水硫化ソーダ水溶液(1727g)(14.88mol)及び分散媒としてp−ジクロロベンゼン147.0g(1.000mol)を入れ昇温を開始した。内温が140℃に到達すると水とp−ジクロロベンゼンの留出 が始まった。p−ジクロロベンゼンは、デカンターで分離して連続的に系内に戻した。濃縮速度は20g/Hrであった。留出開始後しばらくすると系内に粒子が分散し始めた。2時間後90.0gの水が留出し内温がp−ジクロロベンゼンの沸点である174℃に上昇したので脱水を終了した。脱水終了時の系内は、無水硫化ナトリウムの微粒子がp−ジクロロベンゼンに分散している状態であった。冷却後粒子をろ取し、100℃で2時間減圧乾燥し77.2g(収率99.0%)の粒状生成物を得た。生成物の成分を下記表1に示した。また得られた無水硫化ナトリウムの粒子径は、下記表2に示した。また、試験片の侵食度は、表3に示した。
[Comparative Example 2]
Using the same reaction vessel as in Example 1, 48.64% aqueous sodium hydroxide solution (1316 g) (16.00 mol), 48.64% so that the molar ratio NaOH: NaSH = 1.00: 0.93. A 30% aqueous sodium hydrosulfide solution (1727 g) (14.88 mol) and 147.0 g (1.000 mol) of p-dichlorobenzene as a dispersion medium were added to start the temperature rise. When the internal temperature reached 140 ° C, distillation of water and p-dichlorobenzene began. p-Dichlorobenzene was separated in a decanter and continuously returned to the system. The concentration rate was 20 g / Hr. Some time after the start of distillation, the particles began to disperse in the system. Two hours later, 90.0 g of water was distilled, and the internal temperature rose to 174 ° C., which is the boiling point of p-dichlorobenzene. The system at the end of the dehydration was in a state where fine particles of anhydrous sodium sulfide were dispersed in p-dichlorobenzene. After cooling, the particles were collected by filtration and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours to obtain 77.2 g (yield 99.0%) of a granular product. The components of the product are shown in Table 1 below. The particle size of the obtained anhydrous sodium sulfide is shown in Table 2 below. The erosion degree of the test piece is shown in Table 3.

Figure 2018002514
Figure 2018002514

Figure 2018002514
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Figure 2018002514
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Claims (4)

含水アルカリ金属硫化物および含水アルカリ金属水硫化物を含む水溶液を97℃以上の温度範囲を維持しながら濃縮することにより、無水アルカリ金属硫化物を晶析させる工程を有する無水アルカリ金属硫化物の製造方法であって、
該水溶液中の含水アルカリ金属硫化物1モルに対して含水アルカリ金属水硫化物のモル数が0.01〜1.00モルの範囲の割合であることを特徴とする無水アルカリ金属硫化物の製造方法。
Production of anhydrous alkali metal sulfide having a step of crystallizing anhydrous alkali metal sulfide by concentrating an aqueous solution containing hydrous alkali metal sulfide and hydrous alkali metal hydrosulfide while maintaining a temperature range of 97 ° C. or higher A method,
Production of anhydrous alkali metal sulfide, characterized in that the number of moles of hydrated alkali metal hydrosulfide is in the range of 0.01 to 1.00 mole per mole of hydrated alkali metal sulfide in the aqueous solution Method.
含水アルカリ金属水硫化物及びアルカリ金属水酸化物より調製された、含水アルカリ金属硫化物を含む水溶液である請求項1記載の無水アルカリ金属硫化物の製造方法。 The method for producing an anhydrous alkali metal sulfide according to claim 1, which is an aqueous solution containing a hydrated alkali metal sulfide prepared from a hydrated alkali metal hydrosulfide and an alkali metal hydroxide. 含水アルカリ金属水硫化物1モルに対し、アルカリ金属水酸化物0.50〜0.99モルの割合で調製されたものである、請求項2記載の無水アルカリ金属硫化物の製造方法。 The method for producing an anhydrous alkali metal sulfide according to claim 2, which is prepared at a ratio of 0.50 to 0.99 mol of alkali metal hydroxide with respect to 1 mol of hydrous alkali metal hydrosulfide. 得られる無水アルカリ金属硫化物の二次粒子径が50〜600μmの範囲である請求項1〜3の何れか一項記載の無水アルカリ金属硫化物の製造方法。 The method for producing an anhydrous alkali metal sulfide according to any one of claims 1 to 3, wherein the obtained anhydrous alkali metal sulfide has a secondary particle diameter in the range of 50 to 600 µm.
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