JP3198297B2 - 苛性ソーダの製造方法 - Google Patents

苛性ソーダの製造方法

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紀男 竹内
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、塩化ナトリウムを原料
とし、塩素を併産しない苛性ソーダの製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】苛性ソーダは、合成繊維及び合成樹脂の
製造、染料及び中間物、石鹸の製造、石油の精製、パル
プの製造、等の広範囲の用途を持ち、大量の需要を有す
る。
【0003】現在の苛性ソーダの製造方法は、その殆ど
が塩化ナトリウムを電気分解することによって、苛性ソ
ーダと塩素を同時に生産する方法である。従って、苛性
ソーダと塩素の需給バランスが童要となる。
【0004】しかしながら、近年、フロンによるオゾン
層の破壊を発端に、環境間題より、フロンの製造に使用
される塩素の需要にかげりが見えることより、苛性ソー
ダと塩素の需給バランスの維持が今後次第に困難となる
ことが予想される。塩素の需要が減少し、苛性ソーダと
塩素の需給バランスが維持できない場合は、余剰の塩素
を安全に処理することが必要となり、塩素処理にかなり
のコストがかかることになり、塩素を併産する苛性ソー
ダの製造方法は、経済性に問題を生じる。従って、苛性
ソーダと塩素の需給バランスが維持できない場合は、塩
素を併産しない苛性ソーダの製造法が必要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、塩化ナトリウムを原料とし、塩素を併産す
ることなしに、苛性ソーダを製造する方法を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴の一つは、
塩化ナトリウムと硝酸を原料にして、電気透析法により
塩酸と硝酸ナトリウムを生成し、該硝酸ナトリウムを電
気分解することにより苛性ソーダと硝酸を製造すること
にある。
【0007】また本発明のもう一つの特徴は、硝酸ナト
リウムに対して、金属銅を熱化学的に作用させて酸化ナ
トリウムを製造し、更に該酸化ナトリウムと共に副生す
る酸化銅、一酸化チッソ及び酸素を熱化学的に処理し
て、金属銅及び硝酸を再生し、これを上記の酸化ナトリ
ウムの製造に循環使用することを特徴とする苛性ソーダ
の製造方法にある。
【0008】ここで図1により、本発明の電気透析法を
説明する。
【0009】この電気透析法では、例えば陽イオン交換
膜及び陰イオン交換膜に挟まれた4室を一つの単位とし
て繰り返すように構成された電気透析装置を使用でき
る。
【0010】塩化ナトリウムを中間室(例えば図1の
(1)室)に供給し、硝酸を中間室(例えば(3)室)
及び装置一端側の陽極室に供給にし、別の中間室である
(例えば(4)室より)、生成した硝酸ナトリウムを抜
き出し、もう一つの中間室(例えば(2)室)より、生
成した塩酸を抜き出す。又、装置他端側の陰極室では苛
性ソーダが製造される。この生成した苛性ソーダは製品
として販売される。
【0011】上記の中間室における硝酸ナトリウム及び
塩酸の生成反応は以下の(1)式で表わされる。
【0012】 NaCl+HNO3 →NaNO3 +HCl (1) この電気透析装置には、現在工業的に実施されている製
塩工業等で使用されている通常の電気透析装置が適用可
能であり、また一般に市販されている陽イオン交換膜、
陰イオン交換膜、陽極物質及び陰極物質が使用可能であ
る。
【0013】本電気透析装置に流通される塩化ナトリウ
ム水溶液の濃度は、1〜4.5mol/リットル、好ま
しくは、2〜3mol/リットルである。又、硝酸水溶
液の濃度は、3〜7mol/リットル、好ましくは、4
〜5mol/リットルである。電気透析の温度は、室温
から100℃、好ましくは、50〜90℃である。各室
の間隔は、0.1〜15mm,好ましくは、0.5〜3
mmである。電流密度は、1〜100A/dm2 、好ま
しくは、10〜30A/dm2 である。
【0014】本発明によれば、前記反応(1)で得られ
た塩酸は、各種用途に供せられる有用な物質として利
用、市販することができる。又、上記の反応(1)にお
いて塩酸と共に生成した硝酸ナトリウム水溶液は、電気
分解により、苛性ソーダと硝酸を生成させる。その反応
式は以下の(2)式で表される。
【0015】 NaNO3 十H2 O→NaOH+HNO3 (2) この電気分解には、現在水や塩化ナトリウムの電気分解
において使用されている電気分解装置と原理的には同様
の電気分解装置を用いて実施可能である。一般的には、
図2で示される様な3室構造を有する電気分解装置にお
いて、中間室に硝酸ナトリウムを供給し、陰極室で苛性
ソーダ、陽極室で硝酸を生成することができる。
【0016】本電気分解に供せられる電極物質及びイオ
ン交換膜には、一般の市販品が使用可能である。本電気
分解におけるイオン交換膜は、単一均一膜や、イオン交
換容量がそれぞれ異なるイオン交換膜よりなる二層不均
一膜等を用いることが考えられるが、反応(1)を前述
の電気透析法により実施した際に生成する硝酸ナトリウ
ム水溶液の濃度等の諸条件を考慮して、最も適当と考え
られるイオン交換膜を用いることが可能であり、すで
に、一般的に普及している使用方法を採用することがで
きる。
【0017】上記電気分解装置に供給される硝酸ナトリ
ウム水溶液の濃度及び温度は、いずれも高いほど電流効
率が増大するが、一般的には硝酸ナトリウムの濃度は3
〜7mol/リットル、温度は60〜90℃で好ましく
実施することができる。
【0018】本電気分解法により、反応(2)に従って
生成した硝酸は、前述の電気透析装置に環流され、反応
(1)における反応物として循環使用することができ
る。反応(2)に従って生成した苛性ソーダは製品とで
きる。
【0019】本発明は又、電気透析装置により前述の反
応(1)に従って生成した硝酸ナトリウムを原料物質と
して、これを熱化学的に処理することにより酸化ナトリ
ウムを生成させることも可能である。その際生成した酸
化ナトリウムは固体のまま製品として販売することも可
能である他、その固体酸化ナトリウムに水を添加して、
固体苛性ソーダないしは、苛性ソーダ水溶液の製品とす
ることも可能である。固体酸化ナトリウムとする場合に
は、現在製品として大量に流通している苛性ソーダ水溶
液に比べて容積が大幅に減少するので、その運搬に要す
る費用の低減を図ることができる。
【0020】硝酸ナトリウムを原料物質として酸化ナト
リウムを生成させるためには、硝酸ナトリウムの分解剤
として、金属銅が使用される。
【0021】 NaNO3 +Cu→1/2Na2 O+CuO十NO+1/4O2 (3) この反応(3)は、700〜1400℃、好ましくは8
00〜1200℃の温度範囲で実施される。この反応で
生成した酸化ナトリウムは、前述の温度範囲において一
部が気体として存在するので、減圧吸引することによ
り、副生した固体酸化銅と容易に分離することが可能で
ある。
【0022】又、気体窒素、アルゴン等の酸化ナトリウ
ムと反応しない気体を反応系に流通させれば、生成した
酸化ナトリウムと酸化銅を一層有利に分離することが可
能である。いずれの場合も、反応系外に分離された酸化
ナトリウムは、反応温度以下、320℃以上の温度範囲
において固体酸化ナトリウムとして捕集することが可能
である。また反応(3)によって副生した一酸化窒素と
酸素は、共に気体であるので、同時に生成した固体酸化
銅とは容易に分離可能である。一方、生成した酸化ナト
リウムは気体として副生した一酸化窒素と共に反応系外
に導き出されて、320℃以上、好ましくは500℃以
上では、一酸化窒素,酸素及びそれらの混合気体とは反
応することなしに固化する。従って、生成した酸化ナト
リウム、副生した一酸化窒素,酸素及びそれらの混合気
体との分離は容易に実施可能である。
【0023】上記反応(3)で副生した酸化銅には気体
水素を作用させて還元し、金属銅を再生する。再生され
た金属銅は再び、前記反応(3)に循環使用される。
【0024】 CuO+H2 →Cu+H2 O (4) この反応(4)は、50℃以上、好ましくは、80℃以
上、更に好ましくは、100〜250℃の温度で有利に
実施される。反応(4)において還元剤として使用され
る水素は、図1の電気透析装置及び図2の電気分解装置
の陰極室で生成される水素を使用することができる。
【0025】反応(3)で副生した一酸化窒素と酸素に
は、さらに水と空気中の酸素を添加して硝酸を生成させ
る。生成した硝酸は再び前記反応(1)に循環使用され
る。
【0026】 NO+3/4O2 十1/2H2 O→HNO3 (5) この反応(5)は、常温において、現在工業的に実施さ
れつつある硝酸の製造における酸化窒素の吸収過程に従
って実施できる。
【0027】
【実施例】以下、実施例を述ベるが、本発明はこれに限
定されるものではない。
【0028】実施例1 図1に示した電気透析装置の一例である図3の8室から
なる電気透析装置を用いて硝酸ナトリウムと塩酸の製造
を実施した。
【0029】陽極には、市販の塩素発生陽極(DSA)
を、陰極には白金を用い、膜は市販のフッ素系の陽イオ
ン交換膜及び陰イオン交換膜を用いた。
【0030】電極と膜及び、各膜間の距離は、各々2m
mとし、電解面積を2dm2 とした。
【0031】(1)室及び(5)室には、4.3mol
/リットルの精製食塩水を供給し、(3)室及び陽極室
に、4.8mol/リットルの硝酸を供給した。又、
(4)室には、3.5mol/リットルの硝酸ナトリウ
ム水溶液を、(2)室及び(6)室には、1.9mol
/リットルの塩酸水溶液を各々供給した。別に、陰極室
には水を供給した。
【0032】電流密度30A/dm2 とし、電気透析を
実施したところ、(4)室から4.2mol/リットル
の硝酸ナトリウム水溶液が、(2)室及び(6)室か
ら、3.5mol/リットルの塩酸水溶液が得られた。
又、陰極室からは7.5mol/リットルの苛性ソーダ
水溶液が得られ、陽極室からは2.7mol/リットル
の硝酸水溶液が得られた。
【0033】なお、この時、各室の排出液温度が約80
℃になるように加温した。又、電解電圧は、およそ7.
0Vであった。
【0034】この、電気透析装置により生成した硝酸ナ
トリウム水溶液を、図2に示すような、3室型電気分解
装置を用いて電解を実施した。陰極、陽極は共に白金を
用い、膜は市販のフッ素系陽イオン交換膜及び陰イオン
交換膜を使用した。
【0035】又、膜間の距離は5mmとし、電極と膜は
接触させて配置した。
【0036】陽極室に0.8mol/リットルの硝酸水
溶液を、陰極室に2.5mol/リットルの苛性ソーダ
水溶液を、又、中間室に4.2mol/リットルの硝酸
ナトリウム水溶液を供給し、電流密度30A/dm2
し、電解を行ったところ、陽極室から1.6mol/リ
ットルの硝酸水溶液が、陰極室から5mol/リットル
の苛性ソーダ水溶液が得られた。なお、この時の電解電
圧は約5.0Vであった。
【0037】実施例2 実施例1において塩化ナトリウムの電気透析により製造
された硝酸ナトリウムを蒸発乾固した。この固体硝酸ナ
トリウム20gと粒状金属銅20gを白金ボート中に入
れた。その場合、固体硝酸ナトリウムの上に金属銅を置
いたのみで、両者を混合することはしなかった。それら
の試料を入れた白金ボートを、次に石英製保護管内に設
置して、環状電気炉中で加熱した。生成した気体酸化ナ
トリウムを固化して捕集するために、電気炉の末端より
外部に出た、450〜550℃の保護管中にニッケル製
の金網を折り曲げて、管の全断面を覆うように詰込ん
だ。その様な状態で、反応温度約830℃において、白
金ボート中の試料上に気体窒素を流通させつつ約30分
間反応させた。その結果、得られた酸化ナトリウムの量
は7gであった。これは原料として反応に供された最初
の硝酸ナトリウムのおよそ96%が分解して、酸化ナト
リウムとして回収されたことになる。
【0038】次に、電気炉中に放置したままの白金ボー
ト中に、生成して残留した固体酸化銅を約100℃に保
持しつつ、約20分間気体水素を流通させた。室温まで
放冷後、白金ボート中に生成した金属銅を秤量したとこ
ろ、19.9gであった。これは、硝酸ナトリウムの分
解剤として最初に使用された金属銅のほぼ100%が回
収されたことになる。
【0039】又、前記硝酸ナトリウムの分解反応に伴っ
て副生した一酸化窒素と酸素に対しては、この混合気体
に、さらに空気中の酸素を加え、水に吸収させて、硝酸
として捕集した。この硝酸を定量したところ、100w
t%硝酸に換算して、14.2gであった。これは硝酸
ナトリウムの分解反応で発生する一酸化窒素と酸素の理
論量のおよそ96%が回収されたことになる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように本発明の苛性ソーダ
の製造法は、消費原料が実質的には塩化ナトリウムと水
のみ、ないしは塩化ナトリウムと水素と酸素(又は空
気)のみであり、他の反応原料はいずれも反応系中を適
当な形態で循環使用できる。従って、反応系からは塩化
ナトリウムの分解により生成した苛性ソーダと塩酸が取
り出されるだけであり、他の副生物は反応系からはなん
ら排出されない。従って、環境問題等による塩素の需要
低減に際して、従来の苛性ソーダの製造方法のように塩
素を併産する製法に比較して、経済的に有利な製法とな
り、その産業的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】塩化ナトリウム及び硝酸から苛性ソーダ及び硝
酸ナトリウムを製造する電気透析装置を示す図である。
【図2】硝酸ナトリウムから苛性ソーダ及び硝酸を製造
する電気分解装置を示す図である。
【図3】実施例1で使用した電気透析装置を示す図であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C01D 1/04 C01D 1/04 Z C25B 15/08 304 C25B 15/08 304 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25B 1/00 - 15/08 B01D 61/44 C01B 7/03 C01D 1/02 C01D 1/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩化ナトリウムと硝酸を原料にして、電
    気透析法により塩酸と硝酸ナトリウムを生成し、該硝酸
    ナトリウムを電気分解することにより苛性ソーダと硝酸
    を製造することを特徴とする苛性ソーダの製造方法。
  2. 【請求項2】 塩化ナトリウムと硝酸を原料として、電
    気透析法により塩酸と硝酸ナトリウムを生成し、該硝酸
    ナトリウムに対して、金属銅を熱化学的に作用させ、酸
    化ナトリウムを製造することを特徴とする苛性ソーダの
    製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2の硝酸ナトリウムと金属銅との
    反応において副生した酸化銅、一酸化窒素及び酸素を原
    料として、金属銅及び硝酸を熱化学的に再生し、循環使
    用することを特徴とする苛性ソーダの製造方法。
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