JPH0215187A - 塩化鉄含有水溶液から鉄と塩素を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鋼材酸洗廃液や、鉄含有鉱石を塩素あるいは塩
酸で処理したときに生成する塩化鉄含有水溶液から、電
気分解によって金属鉄及び塩素を得る方法に関するもの
である。

（従来技術） 例えば、製鉄工場において鋼材の脱スケールのために塩
酸による酸洗が行われるが、その際塩化鉄を含む酸洗廃
液が多量に発生する。また、例えばチタン鉱石を塩素処
理して四塩化チタン（ＴｉＣ１＜）或いは脱鉄チタン鉱
石を製造する過程でも鉱石中のＦｅに起因する塩化鉄を
含む水溶液が発生する。

上記のような水溶液に含まれるのは主に塩化第一鉄（Ｆ
ｅＣ１２）であるが、かかる水溶液から鉄分および塩素
骨を回収することは、資源の有効利用と廃液処理の両面
から、極めて重要なことである。

塩化鉄含有水溶液からの鉄と塩素の回収は、通常、電気
分解法によって行われる。そのプロセスは、例えばステ
ンレス等の金属製陰極と黒鉛等の不溶性陽極を用い、両
極の間は陰イオン交換膜で隔て、陽極室に塩酸、陰極室
に塩化鉄含有水溶液を供給して電解を行い、陰極に鉄、
陽極に塩素を析出させる。しかし、この方法を実施する
場合、次のような問題点がある。

第一に、電析する鉄の問題である。純粋な試薬級の塩化
第一鉄水溶液であれば電析した鉄は非常に純度の高いも
のであるが、ここで対象としている電解液はそれほど純
粋なものではない。しかし、幸いなことに鋼材酸洗廃液
等においては電極電位が鉄よりも責な金属、例えばＣｕ
などは含有量が比較的少ない。従って電析鉄の純度は十
分高（なることが期待される。しかし、鋼材酸洗廃液等
には様々な不純物が懸濁しているから、前記のような通
常の方法によってはそれらの懸濁物の電析鉄への巻き込
み、付着などで電析鉄の純度が低下する。

また電解の進行に伴い、ｐｌ＋が上がって（るが、ｐｌ
＋が２を越えると電解液中に水酸化物が懸濁し、電析鉄
に巻き込まれる。さらに、導電性を良（するためにかな
り高温度で電解操作を行うが、そのため当然液は酸化さ
れ易く、その結果体した酸化物などが同様に電析鉄に巻
き込まれたりする。また、鋼材酸洗液等はｐｌ＋が低い
ので陰極での水素放電が多くなる。そのため特公昭４６
−１５６３６号公報に提案されているように陰極室液を
ｐ１１３〜５に保つため、常にアンモニアでｐｌ！調整
を行わねばならない。

第二の問題点は、鋼材酸洗廃液等をそのまま陰極室へ導
くと、懸濁物質が沈降堆積し電解液流通を妨げたり、電
解終了後電析鉄の表面に付着してこれを汚染してしまう
ということである。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、塩化鉄含有水溶液から電気分解によって鉄と
塩素を回収する従来の方法におりる前記の問題点を解決
することを課題とし、特に、電析する鉄の汚染を防止し
、かつ電極室中での懸濁物質等の堆積がなく、円滑に電
解操作を行うことのできる新しい電解方法を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するだめの手段） 本発明者は、塩化鉄含有水溶液の電気分解において、従
来陰イオン交換膜だけで２室に区分していた電解槽を、
陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を併用して３室に区分
し、これら両イオン交換膜で囲まれる室に電解すべき水
溶液を供給すれば、前記の問題点が解決できることを見
出し、本発明をなすに到った。かくして、本発明の要旨
は、［塩化鉄含有水溶液を電気分解して鉄と塩素を製造
する方法において、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を
用いて電解槽を３室に区分し、電解される塩化鉄含有水
溶液を両イオン交換膜の間に供給することを特徴とする
塩化鉄含有水溶液から鉄と塩素を製造する方法」にある
。

（作用） 以下に図面を参照して本発明を具体的に説明する。

添イ」の図は、本発明の方法を実施するだめの電解装置
の一例を示す略式断面図である。電解液フィードタンク
１には処理すべき塩化鉄含有水溶液が系外から供給され
、また電解槽２からも未電解の液が循環されてくる。電
解槽２は陽イオン交換膜５および陰イオン交換膜６で区
分され木質的に３室構造となっている。

陽イオン交換膜５で仕切られた陰極室７には金属製陰極
３が設置される。電析鉄を陰極と同時に利用する場合に
は陰極は高純度鉄が望ましく、電析鉄を陰極から剥離し
て使用するときは陰極はステンレス鋼やチタンまたはチ
タン合金製とするのが望ましい。陰極室液としては純粋
な塩化第一鉄水溶液が望まし７いが、導電性向上あるい
は電析鉄の性質向上のため塩化第一鉄の他にアルカリ又
はアルカリ土類元素の塩化物を溶解してもさしつかえな
い。ｐｌ＋は３〜５に調整しておく。

陰イオン交換膜６で仕切られた陽極室９には黒鉛等の不
溶解性陽極４が設置され、陽極室液としては塩酸あるい
はアルカリ又はアルカリ土類元素の塩化物水溶液あるい
はこれらの混合液を用いる。

両イオン交換膜で仕切られた電解液室日へは電解液フィ
ードタンク１から電解液が供給される。

この電解室８の巾はできるだけ狭い方がオーム損が少な
くて済み、また電解液の通過速度が速くなるため懸濁物
質の沈積等も無くなる。さらには強い攪拌効果が生じイ
オン交換膜近傍でのｐｎの変化による膜の劣化といった
ことも少なくなる。

電解槽２においては当然のことながら操業上、装置構成
上杵される範囲内でできるだけ陽極４と陰極３の距離を
小さくすることが望ましい。電解槽２および電解液フィ
ードタンク１は密閉構造とし、できれば上部の空間を不
活性ガス雰囲気にして第二鉄の生成を防止するのがよい
。液が酸化されると第二鉄が生成し、第二鉄は第一鉄に
比べ溶解度も小さく酸性域で水酸化物を生しさせ、電流
ロスを招くからである。

陽イオン交換膜および陰イオン交換膜としては従来から
知られているものが使用できる。しかし、電解液がＣ！
−を含む腐食性の強いものであることから、例えば特開
昭６３−１１６８３号公報に示されているようなフッ素
系陰イオン交換膜を用いるのがよい。

上記のように構成した電解槽で、電解液を両交換膜で仕
切られた部分８に供給すれば、陰極室７には陽イオン（
Ｆｅ”）だけが移行し液中の懸濁物はこの室８内に留ま
るので、電析する鉄への懸濁物の巻き込みや付着は防止
される。電解槽および電解液タンクを密閉構造にすれば
、電解操作中の酸化物の生成も殆どなくなり、電析鉄の
純度は一層向上する。

次に実施例によって本発明の効果を具体的に説明する。

（実施例） 添付図に示した構造の設備を使用し、下記の条件で電解
を行った。

電解条件： 陽極・・・グラファイト、　　陰極・・・鉄陰イオン交
換膜・・・東ソー■製５Ａ−４８陽イオン交換膜・・・
デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ　４１７陽極液・・・塩化ナ
トリウム２０％水溶液、　ｐ１１７陰極液・・・塩化第
一鉄（試薬特級）１７％水溶液、ｐｌ＋３電流密度・・
・０．３　Ａ／ｃ＋ｆｌ、　　　　浴温・・・６５°Ｃ
電解液：四塩化チタン製造後の廃液、ｐＨ１，］（粒子
を除去した後の主成分が塩化第一鉄の水溶液。組成を第
１表に示す。） 以上の条件で２時間の電解を行った結果、電流効率は９
５．４％で、得られた電析鉄は第２表に分析結果を示す
とおり、極めて純度の高いものであった。

第１表　電解液の組成（ｗｔ％） 第２表　電析鉄の組成（ｗｔ％） なお、陽極室から発生ずる塩素は通常の吸引法によって
回収した。

（比較例） 陽イオン交換膜を用いず、陰イオン交換膜だけで２室に
区分した従来の形式の電解槽を用い、実施例と同し条件
で電解を行った。

ただし、陽極室液は塩化ナトリウム２０％水溶液とし、
陰極室に前記の四塩化チタン製造廃液を供給した。

この電解法による電流効率は４８．３％であり、陰極に
電析した鉄は不純物の汚染により黒色化していた。

（発明の効果） 実施例に示したように、電解層を３室構造にし、電解す
べき塩化鉄含有溶液を電極と隔離した部分（陰イオン交
換膜と陽イオン交換膜で囲まれた室）に供給して電解を
行うことにより、純度の高い電析鉄が高い効率で得られ
る。このように本発明によれば、を用な高純度鉄および
塩素が製造できるということだけでなく、廃液はその中
の塩化鉄が充分に除去されたものとなるので、その中和
処理も大幅に軽減できる。

【図面の簡単な説明】

添付図は、本発明方法を実施する電解設備の一例を示す
略式断面図である。 出願人　大阪チタニウム製造株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 塩化鉄含有水溶液を電気分解して鉄と塩素を製造する方
   法において、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜を用いて
   電解槽を３室に区分し、電解される塩化鉄含有水溶液を
   両イオン交換膜の間に供給することを特徴とする塩化鉄
   含有水溶液から鉄と塩素を製造する方法。