JP4180836B2 - ナトリウムの精製方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
【０００２】
本発明は、カルシウム含有量を大幅に減少させるための、工業的品質のナトリウムの精製方法に関する。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
【０００４】
融解塩化ナトリウムの電気分解によって工業的に生成されたナトリウムは、一般的に、４００から５００ｐｐｍのカルシウム含有量を呈する。この含有量は、工業における、慣用の使用温度の溶解ナトリウムにおいて、カルシウム溶解度の限度を超えているので、液体ナトリウムを運搬する設備内にカルシウムが付着するおそれがある。さらに、例えば原子力の分野など、いくつかの用途において、この純度は不十分であるために、数十年前から、様々な精製方法が提案され、実施されてきた。
【０００５】
原子力庁によって１９６５年に出願されたフランス特許第１４８４６４７号は、カルシウムを取り除くための過酸化ナトリウムの使用を記載している。この方法は、ナトリウムと過酸化物を、２００から３００℃の間に含まれる温度の反応装置において、激しい攪拌とともに混合し、ろ過によって酸化カルシウムの固体粒子を取り除くことからなる。このようにして、含有カルシウムが１０ｐｐｍ未満のナトリウムを得ることができる。
【０００６】
１９７３年に出願された、本出願人によるフランス特許第２２５１６２７号は、先の方法を改良し、方法の断続的な特徴、反応装置の内壁への固体の付着、および過酸化物の多量の消費など、いくつかの欠点を解決したものである。
【０００７】
しかしながら、このような方法は、原子力産業の厳格な規格には関連しないが、多かれ少なかれ、カルシウム含有量の多量削減が望まれる、より通常の用途のためのナトリウムの精製には、経済的に適していない。
【０００８】
１９６０年に公開された、Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓのフランス特許第１２１４１７６号は、３００℃未満の温度で融解しているナトリウムを、０．１から２％、好ましくは０．１から０．５％の酸素を含む不活性ガス、特に窒素と混合し、ガスが通過後に再利用されることからなる、ナトリウム精製方法を記載している。この特許の記述では、酸素の代わりに不活性ガスに水蒸気を加えることは有効ではない、なぜならそれは、カルシウムを溶解不可能にし、ろ過、デカンテーションまたは遠心分離によって分離できるようにすることに貢献しないからである。
【０００９】
本発明は、より単純で、コストが低く、少なくとも先行技術の方法と同程度に有効な、カルシウムの酸化による、ナトリウムの精製方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題を解決するための手段は、以下の通りである。
【００１２】
第一に、１５０℃またはそれ以上の温度の液体ナトリウムを、静止型混合器の内部において、カルシウムを酸化させるために必要な化学量論的な量の水蒸気を含んでいる、ナトリウムに対して不活性なガスの気流と接触させることで、カルシウム含有量を所望の含有量に下げ、それにより精製されたナトリウムを、不活性ガス、ならびに反応によって生成された水素および酸化カルシウムから分離することからなる、カルシウムの含有量を減少させるためのナトリウムの精製方法。
また、１５０℃以上の温度の液体ナトリウムを、静止型混合器の内部において、カルシウムを酸化させるために必要な量の水蒸気を含む、ナトリウムに対して不活性なガスの気流と接触反応させた後に、不活性ガス、反応によって生成された水素、酸化カルシウムを分離することで、カルシウムの含有量を減少させることを特徴とする、ナトリウムの精製方法。
第二に、不活性なガスが、窒素またはアルゴンであることを特徴とする、前記第一に記載の方法。
第三に、酸化カルシウムを分離するために、ナトリウムがろ過されることを特徴とする、前記第一または第二に記載の方法。
第四に、水の流量をナトリウムの流量に応じて調節することで、それらの一定の比率が保たれることを特徴とする、前記第一から第三のいずれか一つに記載の方法。
また、カルシウムを酸化させるために必要な量の水蒸気を含む、ナトリウムに対して不活性なガスを調整する際に、水の流量をナトリウムの流量に応じて調節し、水の流量とナトリウムの流量とを一定の比率に保つことを特徴とする、前記第一から第三のいずれか一つに記載の方法。
【００１３】
本発明は、フランス特許第１２１４１７６号の教示とは異なり、ある実施条件においては、カルシウムの酸化剤としての水蒸気の使用が、ナトリウムの単純で有効な精製をもたらすことができるという、出願人によってなされた確認に基づく。
【００１４】
本方法は、酸化反応Ｃａ＋Ｈ２Ｏ→ＣａＯ＋Ｈ２に基づく。実際には、反応は酸化ナトリウムを介して２段階、つまり、２Ｎａ＋Ｈ２Ｏ→Ｎａ ２ Ｏ＋Ｈ２およびＮａ ２ Ｏ＋Ｃａ→２Ｎａ＋ＣａＯで起こる可能性がある。所定量のナトリウムに必要な水量は、除去したいカルシウム、すなわち、最初のカルシウム含有量と到達する目標量との差に対応する化学量論的な量である。方法は連続的であり、これは、水の流量とナトリウムの流量の比率Ｋをほぼ一定に保つことを想定する。操作は、液体ナトリウムと気体との良好な交換に有利な静止型混合器において行われる。不活性ガスは、好ましくは窒素であるが、アルゴンであることも可能であり、このガスは、一方では水蒸気を希釈し、それをナトリウムと接触させ、他方では、反応によって生成された水素の排除を確実にすることをその機能とする。１グラムあたりの水に必要な窒素量は、好ましくは３０から４０ｄｍ３／ｇの間に含まれる。この量は、フランス特許第１２１４１７６号で述べられているよりも明らかに少なく、該特許は分散ガスの体積の、ナトリウムの体積に対する比率が２０から２００であることを推奨しているのに対し、上述の量は、カルシウムのほぼ完全な精製には、６程度の比率となる。このことにより、ガスの再利用を避けることが可能になり、設備が大幅に単純化される。
【００１５】
混合器における液体ナトリウムの温度は、混合器の詰まりによる一切の危険を避けるために、１５０℃またはそれ以上でなければならない。安全上の理由、および、設備の腐食を避けるために、２５０℃以上など、高すぎる温度は避けることが好ましい。
【００１６】
混合器から出した後、精製されたナトリウムを、まず脱気装置を通して気体から、次にろ過によって酸化カルシウムから分離する。
【００１７】
【実施例】
【００１８】
以下に、実施例をもとに本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲は当該実施例に限定されるものではない。
【００１９】
本実施例は、本発明による方法を用いるパイロット設備に関する。工業用ナトリウムは、ポンプ（２）によって、静止型混合器（１）へ運搬される。水は、ポンプ（３）によって１３０℃の温度に調節された蒸発器（４）へ送られる。比率Ｋを一定に保つために、流量計で測定されるナトリウムの流量に応じた、水の流量の調節が、ポンプ（３）においてなされる。乾燥した窒素が、流量計（５）を通して蒸発器（４）に送られる。次に、湿った窒素は、道筋の決められた、かつ水の凝縮を避けるために断熱性である導管中を、静止型混合器（１）へ向けられる。さらに、この同じ導管中の逆流防止弁が、ナトリウムの蒸発器（４）への通過を防ぐ。沈殿した酸化カルシウムおよび水素の混ざった窒素を含む、反応後の精製されたナトリウムは、脱気装置（６）を通ることで窒素および水素が除去され、次に、フィルター（７）を通ることで酸化カルシウムが分離除去される。
【００２０】
設備の始動は乾燥した窒素とともに行われ、ナトリウムの正常流量が達せられてはじめて、水は導入される。設備を停止させるためには、まず水のポンプ（３）を、次にナトリウムのポンプ（２）を、そして最後に窒素の流れを停止させる。
【００２１】
正常の稼動状態では、７００ｋｇ／ｈのナトリウム流量、１２２ｇ／ｈの水流量、および、４０００ｌ／ｈの窒素流量となる。混合器内の温度は１５０℃である。開始時のナトリウムのカルシウム含有量は４１０ｐｐｍであり、精製されたナトリウムでは２７ｐｐｍである。
【００２２】
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、より単純で、コストが低く、少なくとも先行技術の方法と同程度に有効な、カルシウムの酸化による、ナトリウムの精製を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるナトリウム精製方法の原理図である。
【符号の説明】
１ 静止型混合器
２ ナトリウムのポンプ
３ 水のポンプ
４ 蒸発器
５ 流量計
６ 脱気装置
７ フィルター

Claims (4)

  1. １５０℃以上の温度の液体ナトリウムを、静止型混合器の内部において、カルシウムを酸化させるために必要な量の水蒸気を含んでいる、ナトリウムに対して不活性なガスの気流と接触反応させた後に、不活性ガス、ならびに反応によって生成された水素および酸化カルシウムを分離することで、カルシウムの含有量を減少させることを特徴とする、ナトリウムの精製方法。
  2. 不活性なガスが、窒素またはアルゴンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 酸化カルシウムを分離するために、ナトリウムがろ過されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. カルシウムを酸化させるために水蒸気を含む、ナトリウムに対して不活性なガスを調整する際に、水の流量をナトリウムの流量に応じて調節し、水の流量とナトリウムの流量とを一定の比率に保つことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
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