JP3642023B2

JP3642023B2 - フッ素電解槽陽極取付部、フッ素電解槽及びフッ素ガスの製造方法

Info

Publication number: JP3642023B2
Application number: JP2000355143A
Authority: JP
Inventors: 正和岡; 博基大野; 敏夫大井
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2002161387A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素電解槽の陽極取付部の支持部がシール補強材とシール材とでシールされたフッ素電解槽陽極取付部、該フッ素電解槽陽極取付部を具備したフッ素電解槽及び該フッ素電解槽を用いるフッ素ガスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、フッ素ガスを工業的に製造する際に最も多く用いられる方法としては、ＫＦ・２ＨＦ溶融塩を７０〜９０℃に加熱して電気分解することにより、陽極部からはフッ素ガス、陰極部からは水素ガスを発生させる方法が挙げられる。
【０００３】
ＫＦ・２ＨＦ溶融塩の電気分解によりフッ素ガスを発生させる場合、陽極側電極としては、一般的には非晶質の炭素を電極として使用することが多い。この炭素電極を支持する部分の構造は、電解浴槽本体と電極部分との電気絶縁性に優れていること、及び発生したフッ素ガスを陽極室外に漏洩しない構造となっていることが不可欠である。
【０００４】
フッ素の化学的性質としては、全元素中で最も電気陰性度が大きいため非常に反応性に富み、各種化合物と激しく反応してフッ化物を形成することが知られている。そのため電極部分やその支持部など、フッ素ガスと直接接触する部分では使用できる材質は限られている。使用できる材質としては、例えば表面をフッ素により不動態化した、ニッケル、銅、鉛、鉄及びアルミニウム等の金属またはそれらの合金が挙げられ、これらはフッ素ガスに対して耐食性がある。
【０００５】
ここで、電極取付部はフッ素ガスに対する耐食性が必要であると共に、電解浴槽との電気絶縁性が必要なため、金属材料を用いて電極取付部をシールすることはできない。そのためシール材料としてはフッ素系樹脂を使用することが多く、例えばポリテトラフルオロエチレン（Dupont社商品名テフロン）がシール材料として用いられる。
【０００６】
しかしながら、ポリテトラフルオロエチレン（以下、 Dupont 社商品名「テフロン」ということがある。）等のフッ素系樹脂もフッ素ガスに対して全く不活性な材料というわけでなく、酸化反応的にフッ素ガスにより浸食されて減肉することがあり、そうすると陽極取付部の密封性が失われるため、電解槽外にフッ素ガスが漏洩する場合がある。フッ素は、多くの物質と激しく反応することが知られており、取り扱いに非常に注意を要する物質である。また、フッ素ガスは米国衛生学会によれば許容濃度が１ｐｐｍ以下と極めて有害な物質であり、大気中に漏洩すると作業員などの健康を害する危険性が大きい。
【０００７】
フッ素ガスが漏洩した場合には、電解槽の運転を継続することは困難となり、一旦電解を停止し、発生したフッ素ガスを処理してから、フッ素ガス漏洩部の部品の交換を行なわなければならない。従って、フッ素ガスの漏洩が度々繰り返されると長期連続運転を実施することが難しくなり生産性が低下するという問題がある。
【０００８】
ガスの漏洩を防ぐためのシール方法の改良例として、特開平３−１７０６８９号公報には、食塩のイオン交換膜法電解法において、陽極から発生する塩素や次亜塩素酸に対して耐食性の大きな物質としてフッ素ゴムであるポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）を用い、密封性の良好な物質としてエチレンプロピレン系のゴムを用いれば長期に渡る運転が可能になることが記載されている。しかしながら前述したとおり、フッ素電解槽ではフッ素ゴムとしてポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）及びポリテトラフルオロエチレンを用いた場合でもフッ素による浸食が頻繁に起こり、これまでは完全にフッ素ガスの漏洩を防止することができなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであって、本発明はフッ素電解槽の陽極取付部の支持部がシール補強材とシール材とでシールされたフッ素電解槽陽極取付部、該フッ素電解槽陽極取付部を具備したフッ素電解槽及び該フッ素電解槽を用いるフッ素ガスの製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、フッ素電解槽陽極部の支持部を、シール補強材とシール材とでシールすることにより前記の課題を解決できることを見出し本発明を完成するに至った。本発明は以下の（１）〜（７）に関する。
【００１１】
（１）フッ素電解槽陽極取付部支持部が、シール補強材とシール材とでシールされていることを特徴とするフッ素電解槽陽極取付部。
（２）シール補強材がアルミナセラミックである上記（１）に記載のフッ素電解槽陽極取付部。
（３）シール材がフッ素樹脂である上記（１）または（２）に記載のフッ素電解槽陽極取付部。
【００１２】
（４）フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン及びポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）からなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂である上記（３）に記載のフッ素電解槽陽極取付部。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載のフッ素電解槽陽極取付部を具備していることを特徴とするフッ素電解槽。
（６）フッ素電解槽陽極取付部に、シール補強材とシール材とシールを挿入することを特徴とするフッ素電解槽陽極取付部のシール方法。
（７）上記（５）に記載のフッ素電解槽を用いることを特徴とするフッ素ガスの製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
前述したように、フッ素ガスを製造する場合、フッ素ガスが漏洩すると電解槽を一時停止して修理を行わなければならず、そのため連続運転が確保できなくなり、電解槽の稼働率が低下する。また、フッ素ガスの高い反応性により漏洩時には漏洩部が燃焼することもある。さらに、フッ素ガスは毒性ガスのため漏洩時には作業員の安全確保も非常に重要となる。フッ素電解槽の運転において、このような災害を防止するためには、フッ素ガスの漏洩に対する対策は極めて重要である。
【００１４】
本発明のフッ素電解槽陽極取付部は、フッ素ガスによるテフロン等のシール材料の浸食と損傷を食い止め、フッ素電解槽の陽極部からのフッ素ガスの漏洩を防止するため、通常フッ素ガスに直接接触しているテフロン等のシール材の下に、シール補強剤を挿入してシールされていることを特徴とする。シール補強剤としては、フッ素ガスに対する耐食性が高いセラミックを用いることができ、アルミナ、チタニア系セラミック、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、ジルコニア等のセラミックを挙げることができる。これらのシール補強剤は１種あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよいが、好ましくは、フッ素ガスに対する耐食性及び電気絶縁性の高いアルミナセラミックを用いることがよい。
【００１５】
また本発明のフッ素電解槽陽極取付部をシールするために用いることができるアルミナセラミックは電気絶縁性と耐食性を兼ね備えていれば、その組成については特に限定されないが、アルミナ純度が９９％以上のものが概ね耐食性及び電気絶縁性が良好であり、好ましい。アルミナセラミックがフッ素に対して耐食性が高い理由は定かではないが、フッ素に接する面に不動態膜としてＡｌＦ₃が形成され、フッ素ガスに対する耐食性を高めていると思われる。さらに、アルミナセラミックを挿入することでテフロン等のシール材へのフッ素ガスの接触面積が極小となり、シール材のフッ素ガスによる浸食を防止できる。
【００１６】
アルミナセラミック等のシール補強剤を用いることにより、フッ素ガスのテフロン等のシール材に対する接触面積を極小とすることで、シール部分のフッ素ガスによる浸食を抑制することができ、テフロン等のシール材のシール性が補強され、長期間に渡りフッ素ガスの漏洩がなくなり電解槽の安定操業が可能となる。また、シール材としては、前述のテフロンの他に、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）等を用いることができる。また、これらのシール材は１種あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１７】
本発明のフッ素電解槽陽極取付部は、フッ素を発生させるフッ素電解槽に好ましく用いられる。図１は電解槽全体を示す断面図であり、電気分解の電流を流す陽極バー１、炭素電極５を支えるための取付部支持部２、電解液が入る電解浴槽３、電気分解原料である電解液４（ＫＦ・２ＨＦ溶融塩）、電気分解によりフッ素が発生する炭素電極５をそれぞれ示している。
【００１８】
この電解浴槽３としては、例えば大きさが約２ｍ×０．８ｍ×０．８ｍの浴槽を使用することができ、例えばこの中に約１．５ｔのＫＦ・２ＨＦ電解液を入れ、電解温度７０〜９０℃、電流値５００〜７０００Ａで電気分解を行いフッ素を発生させ、発生したフッ素ガス及び水素ガスに相当するＨＦを随時供給しながら、フッ素を連続的に製造することができる。また、このフッ素電解槽にはフッ素を発生させる炭素電極を支持するための陽極取付部を複数箇所備えることができる。
【００１９】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（比較例１）
図２は従来の方法でシールされたフッ素電解槽陽極取付部支持部の断面図を示している。すなわち、パッキン構造部の一番下の部分が電気分解により発生したフッ素ガスと接触する部分であり、テフロン製スペーサー６、その上部はさらに電極を保持するための構造として、その他パッキン７、ワッシャー・スリーブ、スプール等８から構成されている。
【００２０】
電解槽は複数箇所の陽極取付部を備えており、陽極取付部のフッ素ガス接触部にはテフロンを使用し、そのテフロンをシール材として使用し密封性を確保した。この電解槽に約１．５ｔのＫＦ・２ＨＦ溶融塩を入れ、ＨＦを随時供給しながら約５０００Ａで電気分解することにより連続的にフッ素ガスの製造を行った。電解槽の運転管理は積算通電量で行った。積算通電量は電解電流値に運転時間をかけたものであり、例えば電解電流値１０００アンペアで１０００時間運転した場合１０００ＫＡＨ（キロアンペア時間）となる。
【００２１】
フッ素電解槽２０槽について、積算通電量が最大３００００ＫＡＨとなるまで運転し、電解液や電極等の交換によるメンテナンスを行うまでの間に、フッ素ガスが陽極取付部のテフロンを浸食してフッ素ガスが漏洩した割合を表１に示した。
【００２２】
【表１】

表１から、積算通電量が３００００ＫＡＨとなるまで運転し、メンテナンスを行うまで漏洩のなかった陽極取付部は全体の約１／３しかないこととなり、フッ素漏洩が電解槽連続運転の大きな妨げとなることが分かる。
【００２３】
（実施例１）
図３はシール補強材とシール材とでシールされたフッ素電解槽陽極取付部支持部の断面図を示している。パッキン構造部の一番下の部分が電気分解により発生したフッ素ガスと接触する部分であり、アルミナセラミック９を挿入している。その上にテフロン製スペーサー６、その上部はさらに電極を保持するための構造として、その他パッキン７、ワッシャー・スリーブ、スプール等８から構成されている。
【００２４】
６ヶ所の陽極取付部を備えた電解槽を使用し、陽極取付部のフッ素ガス接触部には高強度アルミナセラミックＡＤＳ（東芝セラミックス商品名）を用い、その上にテフロンをシール部に使用し密封性を確保した。この電解槽に約１．５ｔのＫＦ・２ＨＦを入れ、ＨＦを随時供給しながら約５０００Ａで電気分解することにより連続的にフッ素ガスの製造を行った。
【００２５】
比較例１と同様、フッ素電解槽２０槽について、積算通電量が最大３００００ＫＡＨとなるまで運転し、電解液や電極等の交換によるメンテナンスを行うまでの間に、フッ素ガスが陽極取付部のテフロンを浸食してフッ素ガスが漏洩した割合を表２に示した。
【００２６】
【表２】

表２から、アルミナセラミックを挿入した場合、積算通電量が３００００ＫＡＨとなるまで運転し、メンテナンスを行うまでに漏洩した陽極取付部はなかったことが分かる。
また、運転終了後、シール材として使用したテフロンを比較してみると、アルミナを挿入しなかった場合は、漏れには至っていないものの若干損傷が見られるものがあったが、アルミナセラミックを挿入したものは、テフロンに全く損傷が見られなかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明のフッ素電解槽陽極取付部を具備したフッ素電解槽は、フッ素ガスの漏洩がないため、長期に渡り電解槽の安定した運転が可能となり、安全性と生産性の向上に大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフッ素電解槽の１実施例を示す装置断面概略図である。
【図２】従来の方法でシールされたフッ素電解槽陽極取付部支持部の概略図である。
【図３】本発明のフッ素電解槽陽極取付部支持部の１実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１陽極バー
２陽極取付部支持部
３電解浴槽
４電解液
５陽極炭素
６テフロン製スペーサー
７その他パッキン
８ワッシャー・スリーブ・スプール等
９アルミナセラミックリング

Claims

フッ素電解槽陽極取付部支持部が、アルミナ、チタニア系セラミック、炭化珪素、窒素珪素、窒素アルミまたはジルコニアから選ばれる１種または２種以上のセラミックであるシール補強材と、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン及びポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）からなる群から選ばれる少なくとも１種のフッ素樹脂であるシール材とでシールされていることを特徴とするフッ素電解槽陽極取付部。
シール補強材がアルミナセラミックである請求項１に記載のフッ素電解槽陽極取付部。
シール補強材が、アルミナ純度が９９％以上のアルミナセラミックである請求項１または２に記載のフッ素電解槽陽極取付部。
請求項１〜３のいずれかに記載のフッ素電解槽陽極取付部を具備していることを特徴とするフッ素電解槽。
フッ素電解槽陽極取付部に、アルミナ、チタニア系セラミック、炭化珪素、窒素珪素、窒素アルミまたはジルコニアから選ばれる１種または２種以上のセラミックであるシール補強材と、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン及びポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）からなる群から選ばれる少なくとも１種の樹脂であるシール材を挿入することを特徴とするフッ素電解槽陽極取付部のシール方法。
請求項４に記載のフッ素電解槽を用いることを特徴とするフッ素ガスの製造方法。