JP6223442B2 - 金属塩溶液から塩酸を生成又は回収するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸性金属塩溶液及び塩性溶液等の金属塩溶液から塩酸を生成又は回収するための電気化学的方法に関する。前記方法は、無機物処理、又は、金属仕上げ、軟水化（ｗａｔｅｒ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ）、水処理、逆浸透、電気透析、炭層ガス採集、シェールガス採集及びシェールオイル採集等の他の産業的方法からの廃棄物である酸性塩溶液を処理して、産業的方法において再利用されうる高純度の塩酸、金属塩及び再生水を生成するために有用である。前記電気化学的方法を行うための装置も述べられる。

低いｐＨ及び／又は高い濃度の金属塩化物を有する溶液は、採鉱及び他の産業的方法において廃棄物として生産されるか、又は、処理が要求される水若しくは廃液中に存在しているか、又は、環境中で形成されて、環境の塩類化（ｓａｌｉｎｉｓａｔｉｏｎ）を起こす。

典型的には、無機物処理及び他の産業的方法は、ある範囲の金属イオンで重度に負荷された、しばしば高度に塩性であり、ときおり酸性の廃溶液を生産する。ほとんどの金属イオンは、低いｐＨで水性溶液中に可溶であり、したがって、容易く沈殿して溶液からの分離又は取り出しを可能にすることは、無い。このような溶液は廃棄物と考えられており、酸の回収及び／又は金属イオンの取り出しは実行可能とは考えられていなかった。

塩溶液から塩酸（ＨＣｌ）及び金属水酸化物を生産する幾つかの方法が、開発されている。これらの方法は、しばしば、金属イオン汚れを受けやすいカチオン交換膜を有する電解槽を使用する。他の方法は、金属塩化物含有溶液のかなりの精製又は複雑な装置を要求し、しばしば低濃度だけでＨＣｌを生産する。これらの方法は、廃液の浄化（ｒｅｍｅｄｉａｔｉｎｇ）又は高品質の濃ＨＣｌの生産の商業的に実行可能な手段であるのに足りるほど実用的又は効果的でない。

アニオン交換膜を使用して電気分解的に硫酸を生産するための公知の方法は、公知である（ＷＯ ２０１０／０８３５５５）。しかしながら、この方法は、塩化物イオンでは成功しない。なぜならば、塩化物イオンはアノードで反応して、ＨＣｌを生産するための水素イオンよりむしろ塩素を生産するからである。塩化物のアノードへの輸送を防ぐ付加的な膜の使用（Ｋ． Ｓｃｏｔｔ， Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｃｌｅａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， １９９５）、及び、塩化物の酸化を防ぐ狙いでの触媒アノードの使用（Ｄ． Ｐｌｅｔｃｈｅｒ ａｎｄ Ｆ．Ｃ． Ｗａｌｓｈ， Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ２^ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ， １９９０）をはじめとする、アノードでの塩化物の酸化を防ぐ試みが研究されてきたが、このような解決法は、実利的なＨＣｌを商業的に生産するには効果的でなかった。

高濃度の金属塩化物を含有する酸性でもよい溶液を処理して、高純度の濃ＨＣｌ、金属水酸化物沈殿及びきれいな水を生産するのに使用されることが可能であって、使用が容易であり、最小の膜汚れを有し、溶液中に存在しうる他の非金属塩化物成分に影響を受けず、且つ高純度のＨＣｌ及び再利用可能な水の生産に効果的な方法の要求がある。

本発明の第一の局面において、１つ以上の金属塩化物を含む溶液から塩酸を回収又は生成するための方法であって、前記方法が、
１．アノードを収容しているアノードチャンバ及びカソードを収容しているカソードチャンバを含み、前記アノードチャンバ及びカソードチャンバがアニオン交換膜によって隔離された電解槽に、少なくとも１つの金属塩化物を含むフィード溶液（ｆｅｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を供給することであって；前記フィード溶液がカソードチャンバに供給されること；
２．前記カソードで気体状の水素及び水酸化物イオンを生成するのに十分な電流を前記電解槽に加えることであって、前記金属塩化物が解離して金属イオン及び塩化物イオンを形成し、前記金属イオンが水酸化物イオンと反応して金属水酸化物を形成し、前記塩化物イオンがアニオン交換膜を通過することであって；前記塩化物イオンが、前記アノードチャンバ中の前記アノードで酸化を経て気体状の塩素を形成すること；
３．前記気体状の塩素及び気体状の水素を、触媒の存在下で反応させて、気体状の塩化水素を形成すること；並びに
４．前記気体状の塩化水素を、１つ以上の濃縮チャンバ中で濃縮すること、
を含む方法が提供される。

本発明の別の局面において、金属塩化物を含む水性組成物の処理における本発明の方法の使用が提供される。

本発明の別の局面において、塩酸を回収又は生成するための装置であって、
１．電解槽であって、
ａ．アノード、入口及び出口を含むアノードチャンバ；
ｂ．カソード、入口及び出口を含むカソードチャンバ；
ｃ．前記アノードチャンバ及び前記カソードチャンバを隔離するアニオン交換膜；を含む電解槽と；
２．気体状の水素及び気体状の塩素を反応させるための触媒反応器であって；前記反応器が、前記カソードチャンバの前記出口及び前記アノードチャンバの前記出口に接続された入口、並びに、少なくとも１つの濃縮チャンバに接続された出口を有し、且つ、前記触媒反応器が、触媒の源を含む、触媒反応器と；
３．気体状の塩化水素を濃縮するための少なくとも１つの濃縮チャンバであって、前記濃縮チャンバが水を含む、濃縮チャンバと、
を含む、装置が提供される。

図１は、アノード（５）及びカソード（６）、触媒反応器（１４）、濃縮トラップ（１６）並びにポンプ（１９）を含む本発明の電気化学的装置の図である。

別に定義されない限り、ここで使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。ここで述べられるものと同様又は均等な任意の方法及び材料は、本発明の実施又は試験において使用されることができるが、好ましい方法及び材料が述べられる。

冠詞「ａ」及び「ａｎ」を使用して、ここでは、その冠詞の１つ以上の（即ち、少なくとも１つの）文法的目的語を関連させる。例として、「要素（ａｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）」は、１つの要素（ｏｎｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）又は１つより多くの要素（ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を意味する。

この明細書の全体に亘って、別に文脈が要求しない限り、単語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、規定された工程若しくは要素又は工程若しくは要素の群を含むことを意味し、他のいかなる工程若しくは要素又は工程若しくは要素の群の排除も意味しない、と理解されるだろう。

この明細書における、任意の従来の刊行物（又はそれから得られる情報）又は任意の公知の事項への言及は、自認又は自白として受け取られず且つ受け取られるべきではなく、また、その従来の刊行物（又はそれから得られる情報）又は公知の事項がこの明細書が関する試みの分野における一般的な常識の部分を形成するとのいかなる形式の示唆としても受け取られず且つ受け取られるべきではない。

本発明の第一の局面においては、１つ以上の金属塩化物を含む溶液から塩酸を回収又は生成するための方法であって、前記方法が、
１．アノードを収容しているアノードチャンバ及びカソードを収容しているカソードチャンバを含み、前記アノードチャンバ及びカソードチャンバがアニオン交換膜によって隔離された電解槽に、少なくとも１つの金属塩化物を含むフィード溶液を供給することであって；前記フィード溶液がカソードチャンバに供給されること；
２．前記カソードで気体状の水素及び水酸化物イオンを生成するのに十分な電流を前記電解槽に加えることであって、前記金属塩化物が解離して金属イオン及び塩化物イオンを形成し、前記金属イオンが水酸化物イオンと反応して金属水酸化物を形成し、前記塩化物イオンがアニオン交換膜を通過することであって；前記塩化物イオンが、前記アノードチャンバ中の前記アノードで酸化を経て気体状の塩素を形成すること；
３．前記気体状の塩素及び気体状の水素を、触媒の存在下で反応させて、気体状の塩化水素を形成すること；並びに
４．前記気体状の塩化水素を、１つ以上の濃縮チャンバ中で濃縮すること、
を含む方法が提供される。

幾つかの実施形態において、フィード溶液は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化マンガン、塩化カルシウム、塩化第二鉄、塩化第一鉄、塩化亜鉛、塩化ニッケル、塩化銅、塩化バリウム、塩化ストロンチウム及び塩化アルミニウムから選ばれる少なくとも１つの金属塩化物を含む。

フィード溶液中に存在できる塩化物の量は、任意の量でありうる。任意の特定の塩化物の最大存在量は、フィード溶液中でのその溶解性によって決定されうる。フィード溶液は、１つ以上の塩化物を１００ｐｐｍ以下と少なく含んでいてもよく、また、１つ以上の塩化物をその飽和点に達するまで含んでいてもよく、中間の任意の量を含んでいてもよい。幾つかの実施形態において、フィード溶液は塩化物の混合物を含みうる。

幾つかの実施形態において、フィード溶液は酸性であり７未満のｐＨを有する。幾つかの実施形態において、フィード溶液中の酸はＨＣｌである。しかしながら、他の酸、例えば、硫酸又はリン酸が、前記方法に影響を及ぼすことなく存在しうる。他の酸は、アノード液又はアニオン受取流れ（ａｎｉｏｎ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｓｔｒｅａｍ）中に収集し前記流れと一緒に取り出されるか、又は、要求があれば、アニオン受取流れから抜かれる。

電解槽に加えられる電流は、フィード溶液の内容に依存するであろう。典型的には、加えられる電流は、電極の平方メートル当たり１００から５０００アンペアの間、とりわけ電極の平方メートル当たり２００から２０００アンペアの間であろう。

幾つかの実施形態において、カソードで形成される金属水酸化物は沈殿する。これらの実施形態において、金属水酸化物はカソードチャンバから回収可能でありうる。幾つかの実施形態において、金属水酸化物は、カソード上に沈殿し、チャンバからのカソードの取り出し、及び、例えば穏やかな解体（ｓｃｒａｐｉｎｇ）又はブラシ掛けによる金属水酸化物のカソードからの収集によって、回収可能である。

幾つかの実施形態において、気体状の塩素及び気体状の水素は負圧の適用によって電解槽から収集される。負圧は、気体を生成しつつ、気体を電解槽から引き触媒に接触させる。幾つかの実施形態において、適用される負圧は−１から−３０ｋＰａの間である。

幾つかの実施形態において、気体状の塩素及び気体状の水素は、電解槽から取り出されつつ混合される。例えば、カソードチャンバからの出口及びアノードチャンバからの出口が結合して単一の管路を形成するか又は両方が同じ管路に入って、気体状の水素及び気体状の塩素が管路中で混合する。他の実施形態において、気体状の水素及び気体状の塩素は、電解槽と気体状の塩素及び気体状の水素が触媒の存在下で反応させられるチャンバとの間に位置する混合チャンバ中で混合される。特定の実施形態において、カソードチャンバからの出口及びアノードチャンバからの出口が結合して単一の管路を形成するか又は両方が同じ管路に入って、気体状の水素及び気体状の塩素が管路中で混合する。理論によって拘束されることを望むものでないが、化学量論的な量の気体状の塩素及び気体状の水素の生産、並びに、それらが電解装置を離れた後での気体状の塩素及び気体状の水素の制御された混合は、結果として、任意の一時における少量のガスの混合を生じ、２つの気体の間での爆発的な反応の任意のリスクを減少又は排除する。

幾つかの実施形態において、気体状の塩素及び気体状の水素の反応は触媒反応器中で起こる。幾つかの実施形態において、気体状の塩素及び気体状の水素の混合物は電解槽から直接に得られ、２つの気体は電解槽を離れて触媒反応器に入るまでの間の管路中で混合される。幾つかの実施形態において、気体状の塩素及び気体状の水素の混合物は電解槽及び触媒反応器の間に位置する混合チャンバから得られる。

幾つかの実施形態において、触媒は、固体触媒である。他の実施形態において、触媒は、ＵＶ光である。触媒が固体触媒である実施形態において、触媒は、触媒チャンバ中に位置する。特定の実施形態において、固体触媒は、活性炭又は遷移金属触媒であり、とりわけ活性炭である。他の実施形態において、触媒はＵＶ光であり、ＵＶ光の源はＵＶ光が触媒反応器中へと集中又は分散させられるように位置を定められる。幾つかの実施形態において、触媒は触媒チャンバ中への入口及び触媒チャンバからの出口の間に位置する。例えば、ＵＶ光は、触媒反応器の特定の部位に集中させられうるか、又は、触媒反応器の全体に亘って拡散させられうる。あるいは、固体触媒は、チャンバ中に浮遊させられた固体担体上に位置しうる。例えば、１つの実施形態において、活性炭はフローチューブ（ｆｌｏｗ ｔｕｂｅ）中で支持され、気体は熱せられた活性炭のカラムを通って流れる。

幾つかの実施形態において、気体状の塩素及び気体状の水素の間の反応は、１５０℃及び４００℃、とりわけ１７０℃及び３５０℃、１７０℃及び３００℃又は１７０℃及び２５０℃、更にとりわけ１７０℃及び２００℃の間又は１８０℃から２００℃の温度で起こる。幾つかの実施形態において、温度は２００℃未満である。

幾つかの実施形態において、触媒反応器中で形成された気体状の塩化水素は、反応器から負圧を使用して取り出される。負圧は、形成された塩化水素ガスを触媒反応器から濃縮チャンバ中へと引く。負圧が適用される幾つかの実施形態において、圧力は、−１から−３０ｋＰａの間である。

幾つかの実施形態において、気体状の塩化水素は、１つ以上の濃縮ウォータートラップ中で濃縮される。幾つかの実施形態において、塩化水素は、単一のウォータートラップ中で濃縮される。他の実施形態において、塩化水素は、例えば２つ、３つ又は４つのウォータートラップが順番に位置する、複式のウォータートラップ中で濃縮される。気体状の塩化水素は、ウォータートラップの水中へと吸収され、塩酸を生産する。幾つかの実施形態において、ウォータートラップは水のチャンバであり、前記水の中へと気体状の塩化水素が入って溶かされるか吸収される。他の実施形態において、ウォータートラップは、トリクルベッド（ｔｒｉｃｋｌｅ−ｂｅｄ）吸収カラム又はウォータースプレー（ｗａｔｅｒ ｓｐｒａｙ）吸収チャンバである。１つより多くの濃縮チャンバが存在する実施形態において、濃縮チャンバは、同じでもよく異なっていてもよい。

幾つかの実施形態において、前記方法で生産された濃縮された塩酸（ＨＣｌ）は、０．５Ｍから１３Ｍ、とりわけ１Ｍから１２．５Ｍ、２Ｍから１２．５Ｍ、３Ｍから１２．５Ｍ、４Ｍから１２．５Ｍ、５Ｍから１２．５Ｍ、６から１２．５Ｍ、７から１２．５Ｍ、８Ｍから１２．５Ｍ、９Ｍから１２．５Ｍ、１０Ｍから１２．５Ｍ、１１Ｍから１２．５Ｍ又は１１．５Ｍから１２．５Ｍの範囲の濃度を有する。幾つかの実施形態において、生産されたＨＣｌは、濃ＨＣｌであり、とりわけ高純度の濃ＨＣｌである。特に、濃ＨＣｌは、少なくとも２０％（６．０２Ｍ）、とりわけ少なくとも３０％（９．４５Ｍ）、更にとりわけ３２％から４０％（１０．９Ｍから１２．３９Ｍ）の間の濃度を有する。

生産されたＨＣｌの純度は、濃縮トラップ中の水の質に依存する。水中の任意の不純物は、生産されるＨＣｌへと組み込まれるであろう。幾つかの実施形態において、生産されるＨＣｌの純度は、＞９０％、とりわけ＞９１％、＞９２％、＞９３％、＞９４％、＞９５％、＞９６％、＞９７％、＞９８％又は＞９９％である。幾つかの実施形態において、生産されるＨＣｌの濃度は＞９９．５％である。

前記方法によって生産されたＨＣｌは、要求される濃度のＨＣｌが得られたときにウォータートラップから水を取り出すことによって収穫される。

幾つかの実施形態において、処理されたフィード溶液は、電解槽からカソードチャンバ内の出口を通って収穫される。幾つかの実施形態において、処理されたフィード溶液は、そのフィード溶液が得られた産業的方法における使用のために適した質を有する水であり、又は、農業、洗浄若しくは飲用に適さない（ｎｏｎ−ｐｏｔａｂｌｅ）水の他の用途における適用に適しうる。水の質は、存在する任意の不純物に関連し、フィード溶液中の成分に依存する。例えば、フィード溶液が金属塩化物を含有するだけである場合、処理されたフィード溶液の水質は高いであろうし、総溶解固形分（ｔｏｔａｌ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｓｏｌｉｄｓ）（ＴＤＳ）は低いであろう。しかしながら、かなりの非塩素成分が存在する場合、非塩素成分が処理されたフィード溶液に残留しうるだけ水質は、より低いであろう。幾つかの典型的な不純物は、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａを含む。幾つかの実施形態において、水質は、ＴＤＳが１０００ｐｐｍ未満、とりわけ５００ｐｐｍ未満、幾つかの実施形態では１００ｐｐｍ未満であるようになっている。

幾つかの実施形態において、アニオン受取流れは希ＨＣｌであり、典型的には１０％以下のＨＣｌである。幾つかの実施形態において、アニオン受取流れは１回より多く、電解槽のアノードチャンバを通って循環させられる。フィード溶液が塩化物以外のアニオン及び／又はＨＣｌ以外の酸を含有する場合、アニオン受取流れは汚染されたものになりえ、少なくとも一部はチャンバから抜かれて水と入れ替えられることが要求されうる。

本発明の別の局面においては、金属塩化物を含む水性組成物の処理における本発明の方法の使用が提供される。

幾つかの実施形態において、金属塩化物を含む水性組成物は、例えば、無機物処理（ｍｉｎｅｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、金属採集、金属仕上げ（ｍｅｔａｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）、金属エッチング、炭層ガス採集（ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｇａｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）、シェールガス採集（ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）、シェールオイル採集（ｓｈａｌｅ ｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）、逆浸透又は電気透析などの、産業的方法からの廃棄物である。幾つかの実施形態において、水性組成物は、例えば、その酸性の性質の特質によって、又は、毒性の金属塩化物の存在のために、環境危険要素（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｈａｚａｒｄ）である。いくつかの実施形態において、水性組成物は軟化を要求する。

幾つかの実施形態において、水性組成物は、例えばインスチールミル（ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｍｉｌｌｓ）等の金属処理又は直流通電処理（ｇａｌｖａｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）などからの、使用済みの酸洗い液（ｓｐｅｎｔ ｐｉｃｋｌｅ ｌｉｑｕｏｒ）である。

他の実施形態において、水性組成物は、もしそうでなければブライン池（ｂｒｉｎｅ ｐｏｎｄｓ）中での貯蔵を要求しうる、炭層ガス生産又はシェールガス生産の間に生産された塩溶液である。

更に他の実施形態において、水性組成物は、例えば塩類化が環境危険要素になっている地域からの、環境組成物（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。更なる実施形態において、塩化物含有フィード溶液は、例えば海水などの、塩性溶液（ｓａｌｉｎｅ）又は塩溶液（ｂｒｉｎｅ）である。

本発明の別の局面において、塩酸を回収又は生成するための装置であって、
１．電解槽であって、
ａ．アノード、入口及び出口を含むアノードチャンバ；
ｂ．カソード、入口及び出口を含むカソードチャンバ；
ｃ．前記アノードチャンバ及び前記カソードチャンバを隔離するアニオン交換膜；を含む電解槽と；
２．気体状の水素及び気体状の塩素を反応させるための触媒反応器であって；前記反応器が、前記カソードチャンバの前記出口及び前記アノードチャンバの前記出口に接続された入口、並びに、少なくとも１つの濃縮チャンバに接続された出口を有し、且つ、前記触媒反応器が、触媒の源を含む、触媒反応器と；
３．気体状の塩化水素を濃縮するための少なくとも１つの濃縮チャンバであって、前記濃縮チャンバが水を含む、濃縮チャンバと、
を含む、装置が提供される。

アノードは、好ましくは、チタン電極等の、寸法安定性バルブ金属電極（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ ｓｔａｂｌｅ ｖａｌｖｅ ｍｅｔａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）である。このような寸法安定性金属電極、とりわけチタン電極、のデザインは、例えばＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｄ． Ｐｌｅｔｃｈｅｒ ａｎｄ Ｆ． Ｃ． Ｗａｌｓｈ， ２^ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ， １９９０によって述べられているように、電解の技術分野においてよく知られている。更なる例は、カナダ特許明細書第９１５６２９号に述べられている。

カソードは、好ましくは、エキスパンデッドメタル（ｅｘｐａｎｄｅｄ ｍｅｔａｌ）又はシートメタル（ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌ）又はメタルガーゼ電極（ｍｅｔａｌ ｇａｕｚｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）の形式である。幾つかの実施形態において、カソードは、チタン又はステンレススチール電極である。特定の実施形態において、カソードは、カソードがカソードチャンバから取り出されうるように、着脱可能な電気端子を通して電源に接続されていて、前記方法の間に形成された金属水酸化物は例えば穏やかな解体又はブラシ掛けによってカソードから取り出される。

幾つかの実施形態において、アノードチャンバからの出口及びカソードチャンバからの出口は結合して単一の管路になるか又は両方が同じ管路に入って、気体状の水素及び気体状の塩素の混合を、それらが電解槽を離れつつそれらが触媒反応器に入る前に、可能にする。

幾つかの実施形態において、前記装置は、電解槽及び触媒反応器の間に位置する混合チャンバを更に含み、混合チャンバは、カソードチャンバに接続されて気体状の水素の進入を可能にする入口、及び、アノードチャンバに接続されて気体状の塩素の進入を可能にする入口を有する。気体状の塩素及び気体状の水素は、混合チャンバ中で混合される。混合チャンバは、触媒反応器の入口に接続した出口を更に含む。

触媒は、触媒反応器中の、触媒反応器の入口及び出口の間に位置する。幾つかの実施形態において、触媒は、ＵＶ光である。これらの実施形態において、触媒反応器は、ＵＶ光の源を含む。幾つかの実施形態において、触媒は、活性炭等の固体触媒である。これらの実施形態において、触媒は、チャンバ中に位置する担体上に分散させれられうる。

１つ以上の濃縮チャンバは直接又は間接のいずれかで触媒反応器の出口に接続される。幾つかの実施形態において、前記装置は、１つの濃縮チャンバを含む。他の実施形態において、前記装置は、１つより多い濃縮チャンバを含み、濃縮チャンバは順番に位置する。各濃縮チャンバは、ＨＣｌを収集するための出口を有する。濃縮チャンバが水を含むので、気体状の塩化水素は濃縮されつつ、それが濃縮チャンバの水中に溶けて塩酸が形成される。

幾つかの実施形態において、前記装置中で生産された気体は、負圧の適用によって、前記装置を通って移動される。これらの実施形態において、前記装置は、更にポンプを含む。

有利なことに、本発明の装置は、任意の規模で使用されうる。幾つかの実施形態において、前記装置は、塩溶液源の近く又は産業的用地に位置させられ、生産される廃物の流れの制御及び／又は要求される量のＨＣｌの生産に適した大きさである。あるいは、前記装置は、小さい規模で使用されうることで、ＨＣｌの輸送の要求を避けることが要求される時及び場所で濃ＨＣｌを生産しうる。幾つかの場合において、前記装置は、モバイルで、ある場所から別の場所に容易く移動される規模でありうる。

本発明の例示的な装置が図１に示される。電気化学的フローセル（１）は、アニオン交換膜（２）によって、アノードチャンバ（３）及びカソードチャンバ（４）へと分割される。アノードチャンバ（３）は、直流電源の正極に接続された、例えばチタン電極等の寸法安定性バルブ金属電極（５）を含む。

カソードチャンバ（４）は、着脱可能な電気端子を通して、直流電圧源の負極に接続されたカソード（６）を含む。カソードは、エキスパンデッドメタル、シートメタル、又は、メタルガーゼ電極、例えば、チタニウム若しくはステンレス鋼電極、の形式である。

アノードチャンバ（３）は、アニオン受取流れの進入のための入口（７）並びにアニオン富化流れ（ａｎｉｏｎ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｓｔｒｅａｍ）及び塩素ガスの送出のための出口（８）を有する。カソードチャンバは、前記電解方法によって処理されるべき金属塩化物含有フィード溶液の進入のための入口（９）並びに金属塩化物枯渇流れ（ｍｅｔａｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｄｅｐｌｅｔｅｄ ｓｔｒｅａｍ）及びカソードで生成した水素ガスの送出のための出口（１０）を有する。

電圧源からの電流の流通は、カソードで水素ガスの生成を起こし、カソード表面で局所的な極性部位を作り出す。この電気極性化によって、金属カチオン種は、同じくカソードで生成した水酸化物イオンと結合して、金属水酸化物として沈殿しうる。金属水酸化物の沈殿は、金属水酸化物の溶解性及び前記方法が行われるｐＨに依存する。

カソードでの金属水酸化物種の形成は、また、結果として塩化物イオンの遊離を生じる。塩化物イオンは、カソードチャンバ（４）からアニオン交換膜（２）を通ってアノードチャンバ（３）に移行する。アノードチャンバ（３）中で、塩化物イオンは、アノード（５）で酸化されて塩素ガスを形成する。気体状の塩素は電解槽（１）からアノードチャンバ出口（８）を通って送出する。

アニオン富化溶液（ａｎｉｏｎ ｒｉｃｈ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）及び生成した塩素ガスは、アノードチャンバ（３）から出口（８）を通って送出し、液体及び気体へと分離され、そこで、アニオン富化溶液は前記装置から出口（１１）を通過し、気体状の塩素は管路（１３）中へと通過する。

金属塩化物枯渇溶液（ｍｅｔａｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｄｅｐｌｅｔｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）及び生成した水素ガスは、カソードチャンバ（４）から出口（１０）を通って送出し、液体及び気体へと分離され、そこで、金属塩化物枯渇溶液は前記装置から出口（１２）を通過し、気体状の水素は、それが出口（８）を通って管路（１３）に入る気体状の塩素と混合する管路（１３）中へと通過する。

管路（１３）は、混合された気体状の水素及び気体状の塩素を触媒反応器（１４）へ輸送し、そこで水素及び塩素の触媒による結合が起こって気体状の塩化水素を形成する。

気体状の塩化水素は、触媒反応器（１４）から出口（１５）を通って送出し、そこでそれは少なくとも１つの濃縮チャンバ（１６）へ輸送される。気体状の塩化水素は、濃縮チャンバ（１６）の水中で濃縮されて塩酸を形成する。第一の濃縮チャンバ（１６）中で濃縮されない超過分の気体状の塩化水素は、要求があれば、更なる濃縮チャンバ中で濃縮されうる。

十分な塩化水素が濃縮チャンバ（１６）の水中で濃縮されて所望の濃度のＨＣｌを提供するとき、ＨＣｌは濃縮チャンバ（１６）から出口（１７）を通って取り出される。

負圧が、吸い込みポンプ（ｓｕｃｔｉｏｎ ｐｕｍｐ）等のポンプ（１９）によって、前記装置の全体に亘って適用されうる。

以下の実施例は、実施中の方法を説明するために提供される。

実施例１
塩化物としてＦｅ １４２ｇ／Ｌ、塩化物２７１ｇ／Ｌを含有し、０未満のｐＨを有する５５０ｍＬのフィード溶液を、本発明の装置のカソードチャンバ中へと送り込んだ。溶液を３２時間、５アンペアで電解した。１４８ｇの塩酸を濃縮チャンバから回収した。カソードチャンバから収集された金属塩化物枯渇溶液は、鉄０．７ｇ／Ｌ未満、塩化物０．５５ｇ／Ｌを含有し、４．３のｐＨを有した。カソードに付着した金属沈殿を、カソードの回収、及び、カソードからの沈殿の穏やかな解体又はブラシ掛けにより、回収した。

実施例２
塩化物として鉄１４２ｇ／Ｌ、遊離塩酸９４．３ｇ／Ｌを含有する１リットルのフィード溶液を、本発明の装置のカソードチャンバ中へと送り込んだ。溶液を５４時間、６アンペアで電解した。フィード溶液中に存在した９９％より多くの塩化物がおよそ１００ｇ／Ｌの濃度のきれいな塩酸として回収された。前記方法の後でカソードから回収された、処理されたフィード溶液は、出来上がり、鉄０．３ｇ／Ｌ未満及び塩化物０．４２ｇ／Ｌを含有した。金属水酸化物を、付着した沈殿として、穏やかな解体及びブラシ掛けによってカソードから回収した。

実施例３：
塩化物５０．７ｇ／ｌ、カルシウム２．７ｇ／ｌ、マグネシウム７１６ｐｐｍ、ストロンチウム１３３０ｐｐｍ、バリウム１２２５ｐｐｍ及び遊離塩酸３７．９９ｇ／ｌを含有する１リットルの溶液を、電解フローセルのカソード区画中へと送り込み、６．２５時間、６アンペアで電解した。処理された溶液は、塩化物４．０８ｇ／ｌ、マグネシウム１ｐｐｍ、カルシウム１．９４ｇ／ｌ、並びに、元のストロンチウム及びバリウム全てを含有した。３８．０１ｇの塩酸が純粋な塩酸として回収され、マグネシウム及びカルシウムが水酸化物として回収された。総電力消費量（ｔｏｔａｌ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）は１１２ワット時、最終的に処理された溶液のｐＨは＞１０であった。

実施例４：
Ｎａ ５８４ｐｐｍ、Ｋ １０５０ｐｐｍ、及び、Ｃｌ ２４１５ｐｐｍを含有する１リットルの溶液を、カソード区画中へと送り込み、１３．５時間、１アンペアで電解した。９９％の塩化物は塩酸２．３９３ｇとして回収され、苛性ソーダ１．０８ｇが生産され、フィード塩溶液ＴＤＳ（ｆｅｅｄ ｂｒｉｎｅ ＴＤＳ）は４３２６ｐｐｍから１１５ｐｐｍに減少した。これのための総電力消費量は４３ワット時であった。

前記のものは本発明の説明的な例として与えられたのであり、その技術分野における当業者に明らかなようなその全ての前述の又は他の変更物及び変形物は、ここで述べたように、本発明の広い範囲及び領域内に属すると考えられる。

Claims (13)

1. １つ以上の金属塩化物を含む溶液から塩酸を回収又は生成するための方法であって、前記方法が、
   １．アノードを収容しているアノードチャンバ及びカソードを収容しているカソードチャンバを含み、前記アノードチャンバ及びカソードチャンバがアニオン交換膜によって隔離された電解槽に、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化マンガン、塩化カルシウム、塩化第二鉄、塩化第一鉄、塩化亜鉛、塩化ニッケル、塩化銅、塩化バリウム、塩化ストロンチウム及び塩化アルミニウムから選ばれる少なくとも１つの金属塩化物を含むフィード溶液を供給することであって；前記フィード溶液がカソードチャンバに供給されること；
   ２．前記カソードで気体状の水素及び水酸化物イオンを生成するのに十分な電流を前記電解槽に加えることであって、前記金属塩化物が解離して金属イオン及び塩化物イオンを形成し、前記金属イオンが水酸化物イオンと反応して金属水酸化物を形成し、前記塩化物イオンがアニオン交換膜を通過することであって；前記塩化物イオンが、前記アノードチャンバ中の前記アノードで酸化を経て気体状の塩素を形成し；前記気体状の塩素及び気体状の水素は、前記電解槽から取り出されつつ混合され、負圧の適用によって収集されること；
   ３．前記気体状の塩素及び気体状の水素を、活性炭触媒の存在下で反応させて、気体状の塩化水素を形成すること；並びに
   ４．前記気体状の塩化水素を、１つ以上の濃縮チャンバ中で濃縮することであって、前記１つ以上の濃縮チャンバが水を含むこと、を含む方法。
2. 前記フィード溶液が更に塩酸を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属水酸化物が沈殿して前記カソード上に収集される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記気体状の塩素及び気体状の水素が、収集及び前記電解槽からの取り出しの後で混合チャンバ中で混合される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記気体状の塩素及び気体状の水素の反応が、１７０℃から２００℃の温度で起こる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 生産された前記塩酸が、２０％よりも大きい濃度を有する濃塩酸である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記フィード溶液が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化マンガン、塩化カルシウム、塩化第二鉄、塩化第一鉄、塩化亜鉛、塩化ニッケル、塩化銅、塩化バリウム、塩化ストロンチウム及び塩化アルミニウムの少なくとも１つを含む水性組成物である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記水性組成物が、産業的方法から得られる、請求項７に記載の方法。
9. 前記産業的方法が、金属仕上法、金属エッチング法、金属採集法、無機物処理法、炭層ガス採集法、シェールガス採集法又はシェールオイル採集法である、請求項８に記載の方法。
10. 前記水性組成物が、酸性組成物、及び、毒性の金属塩化物を含む組成物から選ばれる環境危険要素；使用済みの酸洗い液；炭層ガス採集又はシェールガス採集からの塩溶液廃棄物；又は海水である、請求項７に記載の方法。
11. 塩酸を回収又は生成するための装置であって、
    １．電解槽であって、
    ａ．アノード、入口及び出口を含むアノードチャンバ；
    ｂ．カソード、入口及び出口を含むカソードチャンバであって、前記入口は塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化マンガン、塩化カルシウム、塩化第二鉄、塩化第一鉄、塩化亜鉛、塩化ニッケル、塩化銅、塩化バリウム、塩化ストロンチウム及び塩化アルミニウムから選ばれる少なくとも１つの金属塩化物を含むフィード溶液を前記カソードチャンバに供給するためである、カソードチャンバ；
    ｃ．前記アノードチャンバ及び前記カソードチャンバを隔離するアニオン交換膜；を含む電解槽と；
    ２．気体状の水素及び気体状の塩素を反応させるための触媒を含む触媒反応器であって、前記触媒が活性炭であり；前記反応器が、前記カソードチャンバの前記出口及び前記アノードチャンバの前記出口に接続された入口、並びに、少なくとも１つの濃縮チャンバに接続された出口を有し、且つ；前記アノードからの前記出口及び前記カソードからの前記出口が結合して単一の管路になるか、又は両方が同じ管路に入って、気体状の水素及び気体状の塩素の混合を、それらが前記電解槽を離れつつそれらが前記触媒反応器に入る前に、可能にする、触媒反応器と；
    ３．気体状の塩化水素を濃縮するための少なくとも１つの濃縮チャンバであって、前記濃縮チャンバが水を含む、濃縮チャンバと；
    ４．前記装置内に負圧を働かせるためのポンプと、を含む、装置。
12. 単一の濃縮チャンバを有する、請求項１１に記載の装置。
13. 順番に位置する、１つより多い濃縮チャンバを含む、請求項１１に記載の装置。

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