JPH05504931A - 次亜塩素酸リチウムの製造方法 - Google Patents
次亜塩素酸リチウムの製造方法Info
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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】
次亜塩素酸リチウムの製造方法
本発明は、濃縮次亜塩素酸リチウムの製造に関する。
より詳しくは、この発明は、次亜塩素酸の純粋な濃縮溶液からの濃縮次亜塩素酸
リチウムの製造に関する。
次亜塩素酸リチウムはスイミングプールの消毒剤としての適用かある。次亜塩素
酸リチウムの現在の商業的な製造方法は、水酸化リチウムの塩素処理によって、
Li0C1か約29重量%の低品位の製品を製造している。市販の製品内の不純
物には、カリウム、ナトリウム若しくはリチウムの塩素酸塩、炭酸塩、硫酸塩及
び塩化物か含まれる。それに加えて、プロセスは複雑で費用もかかる。
より高純度のLi0C1のその他の様々な製造方法か記述されている。米国特許
第1,481,039号及び第1,481,040号明細書は、LiOHの塩素
処理による、低い不純物レベルのLjOCIの製造方法を教示する。それに従う
Li0CIは、アルコール抽出によって取り出されて次亜塩素酸アルキルを形成
し、次に、その次亜塩素酸アルキルは過剰のLiOHによって処理されてLi0
C1に戻される。
1970年3月3日発行のWalsh等の米国特許第3゜498.924号は、
希釈次亜塩素酸溶液と水酸化ナトリウムとの反応を記述する。その特許によれば
、無水次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム水和物、及び塩基性次亜塩
素酸ナトリウムか生成される。筆者は、この反応により、次亜塩素酸カリウム、
次亜塩素酸リチウム、及びアルカリ土類金属の次亜塩素酸塩の固体生成物が形成
されると考えている。
驚くべきことに、いまや、固体次亜塩素酸リチウムは、消毒用及び漂白用に容易
に使用するために、直接的に生成できることか発見された。
本発明の目的は、塩素酸塩、炭酸塩、硫酸塩及び塩化物のような不純物の存在を
実質的に減少させる、次亜塩素酸リチウムの製造方法を提供することである。
本発明の別の目的は、有機溶媒による抽出の必要性を除く、次亜塩素酸リチウム
の製造方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、必要とされる高価な水酸化リチウムの量を減らす、次
亜塩素酸リチウムの製造方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、小さなエネルギー要求量で且つ最小の製品ロス下で、
次亜塩素酸リチウム生成物を所望の含水率にただちに乾燥させる、次亜塩素酸リ
チウムの製造方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、必要とされる処理工程数を減らす、次亜塩素酸リチウ
ムの製造方法を提供することである。
新規な次亜塩素酸リチウムの製造方法は、35重量%以上の濃度のHOCIを有
する次亜塩素酸溶液を、水酸化リチウムの水性スラリーと、約0°C〜約20°
Cの範囲の温度で混合して、次亜塩素酸リチウムの溶液を生成することを含む。
本発明の新規な方法は、出発物質として次亜塩素酸、HOCIの濃縮溶液を採用
する。次亜塩素酸の濃縮溶液を生成する方法は、アルカリ金属水酸化物の水溶液
の分離した液滴を反応器内に噴霧する手段:反応器内に気体塩素を供給する手段
;反応器から固体のアルカリ金属塩化物を抜き出す手段;及び次亜塩素酸、−酸
化塩素、未反応の塩素及び水蒸気を含む気体混合物を反応器から抜き出す手段を
備える適当な反応器中で行われる。
反応器、反応物の供給ライン、若しくは双方は、次亜塩素酸生成物及び水を蒸発
させ、且つアルカリ金属塩化物粒子を乾燥させるのに充分高い温度で反応を維持
するための適当な加熱手段を備える。
気体塩素と反応して次亜塩素酸を生成するいかなるアルカリ金属水酸化物も、こ
の発明の反応物として採用できる。適当なアルカリ金属水酸化物の典型的な例に
は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム及びそれらの混合物が
含まれる。水酸化ナトリウムは、その結果として得られる塩化ナトリウムの副産
物はその他のアルカリ金属塩化物よりも処理しやすいので、好ましい反応物であ
る。高濃度の次亜塩素酸及び−酸化塩素を存する気体混合物か望まれるので、ア
ルカリ金属水酸化物の高濃縮水溶液が使用される。適当な濃度には、アルカリ金
属水酸化物の約40〜約80重量%、好ましくは約45〜約60重量96の範囲
の濃度か含まれる。
アルカリ金属水酸化物溶液は、好ましくは反応器の頂上若しくはその付近にある
、少なくとも1つの噴霧器から噴霧される。噴霧器は、噴霧された水滴と壁との
接触を最小とするように、好ましくは円筒形の反応器の中心軸に沿って配置され
る。噴霧器は、上、下、側方、或、いは上記条件に合致するいかなる方向にも向
けることがてきる。液滴サイズは、アルカリ金属水酸化物の液滴と塩素とが実質
的に完全に反応し、かつ生成される次亜塩素酸及び水の蒸発、及び低い濃度の塩
素酸塩を育する実質的に乾燥したアルカリ金属塩化物粒子を生成するものが選択
される。
生成される乾燥アルカリ金属塩化物粒子は、元の液滴よりも小さいものの、生成
される次亜塩素酸の気体混合物中に該粒子の存意な部分か伴出されることを防止
するに充分な大きさか好ましい。
空気圧、水圧、及び回転ディスクの形式の輿望的噴霧技術は、とりわけ本発明の
プロセスに使用するのに適しているのであるか、1954年発行、r Chem
icalEngineering Progress Monograph 5
eries J 、N o 、2 。
第50巻、のW、 R,Marshall Jr、による研究論文r Atom
ization and 5pray Graining Jに記載されている
。ノズルから放出する前に予め混合した水性アルカリ金属水酸化物の液滴を噴霧
するのに、圧力下にある塩素ガスの様な気体を使用することができ、或いは、液
滴及び塩素ガスが、夫々のノズルから放出された後に混合される。アルカリ金属
水酸化物と反応する塩素ガスは、直接に反応器に送られる。
濃縮次亜塩素酸を生成するための方法は、次式に表されるようなアルカリ金属水
酸化物の化学量論的量を越えて大過剰の塩素ガスを使用する:
CIt +Na0H−HOC] +NaCI (1)塩素ガスの適当な過剰量に
は、塩素対アルカリ金属水酸化物のモル比が約20:1以上である過剰量か含ま
れる。
例えば、塩素の過剰量には、20:1〜約200 : I、好ましくは約25=
1〜約100:1.更に好ましくは約30=1〜約50:lのモル比が含まれる
。
このように塩素ガスを大過剰にすれば、塩素酸塩の形成が最小になり、そのアル
カリ金属塩化物粒子中の濃度か約10重量%よりも低く、好ましくは約6%より
も低くなるので、次亜塩素酸の収量を増加させる結果を生む。
更に、大過剰塩素ガスを使用すれば、方法か改良されて反応温度か維持される。
連続プロセスにおいて、反応器で生成される次亜塩素酸蒸気、水蒸気、塩素ガス
、及び−酸化塩素ガスの気体混合物は、反応器から取り出され、固体分離器を通
過させ、存在し得るアルカリ金属塩化物のいかなる微粒子をも除去する。固体を
含まない気体混合物は、次に、液化されて、たとえば約40〜約60重量96、
好ましくは約45〜約50重量%のHOCIを有する次亜塩素酸水溶液を生成す
る。液化は、例えば約−5°C〜約+10°Cの範囲の温度で気体混合物を濃縮
することによって行うことが出来る。
濃縮次亜塩素酸は、アルカリ金属、塩化物、及び塩素酸塩のイオンの様なイオン
不純物を実質的に含まない。
例えば、塩化物のイオン濃度は約50ppH1よりも低く。
アルカリ金属イオン濃度は約50ppmよりも低く、また塩素酸塩のイオン濃度
はわずかに約100 ppmである。
本発明の新規な方法における第二の反応物は、無水の若しくは一水の形式の水酸
化リチウムである。採用される水酸化リチウムは、例えば、塩化リチウムの様な
不純物の濃度か低い、市販の工業的品位である。その方法において、水酸化リチ
ウムは、約15〜約40重量%、好ましくは約15〜約35重量%、更に好まし
くは約25〜約35重量%のLiOHを含む水性スラリーとして採用される。よ
り低い濃度のLiOHも利用可能であるものの、使用すれば回収又は処置のため
のろ液か過剰量となる。
本発明の新規な方法において、35重量%以上の濃度のHOCIを存する次亜塩
素酸溶液は、水酸化リチウムのスラリーと混合されて反応混合物を生成する。反
応混合物は、好ましくは撹拌され均一の反応混合物を生む。
そのプロセスの間、反応混合物の温度は、例えば約3°〜約20°C1好ましく
は約3°〜約lO°Cの範囲に維持される。付加的な水酸化リチウムが、次亜塩
素酸リチウムの所望の濃度が得られるまで加えられる。反応混合物は、過剰なア
ルカリ度について監視され、アルカリ度か約196以下になるまで低下すると、
HOC]の付加か中断され、生成溶液か回収される。
本発明の方法は、次の式によって表される:L 10 H+ HOCI SL
iOC] 十H20(2)上式に示されるように、次亜塩素酸リチウム1モル当
り、わずか1モルの水酸化リチウムが必要される。生成される次亜塩素酸リチウ
ム溶液は、約15〜約40重量%、好ましく約25〜約40重量%のLi0CI
の濃度を有する。生成溶液は、反応の間に生成される塩素リチウム及び塩化リチ
ウムの様な不純物を少量含む。
生成される次亜塩素酸リチウム溶液は、純度が高く水の消毒に直接使用すること
ができる。しかし、固形の次亜塩素酸リチウムを使用することが好ましい。
1つの具体化では、次亜塩素酸リチウム溶液は、減圧下で、約30°〜約60°
C1好ましくは約40°〜約50°Cの範囲の温度で蒸発にによって濃縮される
。適当な圧力は、濃縮温度における溶液の蒸気圧の約1096以下の圧力である
。濃縮工程は、少なくとも約40重量%、例えば約42〜約50%のLi0C1
を含む次亜塩素酸リチウムのスラリーになる迄続けられる。過剰の溶液は、ろ過
等の適当ないかなる固液分離方法によっても除去される。
好適な具体化では、次亜塩素酸リチウム溶液は、約零度以下の温度、例えば約O
〜約−20°C1好ましくは約−5〜−15℃の範囲の温度で溶液を冷却するこ
とによって濃縮される。次亜塩素酸リチウムの結晶は、ろ過の様な適当ないかな
る固液分離方法によっても過剰の溶液から分離される。回収される結晶は適当な
いかなる方法によっても乾燥される。
更に好適な具体化では、結晶は、溶融させられて、次亜塩素酸リチウムの実質的
に純粋な溶液か形成する。純粋な次亜塩素酸リチウムの結晶の溶融は、周囲温度
で起こるか、所望により緩やかな加熱状件か使用てきる。
LloClの濃縮溶液若しくはスラリーは、適当ないかなる緩やかな乾燥方法を
使用しても乾燥されて、所望の含水率を有する固体次亜塩素酸リチウムを生成す
る。
例えば、濃縮Li0CIは、乾燥温度か約り0℃〜約200°Cの範囲にある流
動床乾燥器、噴霧乾燥器、真空皿乾燥器等の中で乾燥できる。次亜塩素酸リチウ
ムの溶液若しくは結晶の中の不純物濃度か低いと、低いエネルギー要求下での乾
燥を容易とする生成物の吸湿性は最小になる。LjOCIの濃縮溶液若しくはス
ラリーは、好ましくは、約120°C〜約200°Cの範囲の入口温度を採用す
る噴霧乾燥器中で乾燥される。
100重量%の範囲のLi0CIを有する、利用可能な塩素のきわめて高い純度
の原料となる。これら固体生成物は、利用できる塩素の少なくとも65%を、好
ましくは利用できる塩素の約90〜120%の範囲を含む。
本発明の方法は、有機溶媒による抽出を採用しないので、生成物には有機不純物
が含まれない。更に、現在までに商業的に採用されている方法では、高価な水酸
化リチウム対次亜塩素酸のモル比か少なくとも2:1を必要とするのに比して、
本方法では約1.1のモル比を採用する。
回収されるいかなるLi0CIろ液に、固体KOH若しくはKOCI溶液等のカ
リウム化合物を付加しても、溶液から容易に取出し可能な固体KCl0.が沈殿
する。
残存するろ液は、更なる次亜塩素酸化
(hypochlorjnation)のために水酸化リチウムを懸濁するため
に利用し得る。
少量のこのろ過液は、存在する塩化物の不純物レベル次第で捨てさることかでき
る。これと同様の技術は、次亜塩素酸カルシウムの製造において生成される溶液
から、存寄なCa(ClO3)2を除去するのに育苗であると考えられる。
本発明を更に説明するために、以下の例か、それによって制限を受けるというい
かなる意図をも有することなく示される。他に特定されていない限り、全ての割
合及び百分率は重量による。
例1
15?4LiOH(221g)のスラリーを、水中に79gの固体Li0H−H
,Oを懸濁させることにより調製した。このスラリーに、38重量%のHOCI
を含む次亜塩素酸水溶液を、水酸化リチウムの全てか次亜塩素酸リチウムの溶液
に転化する迄加えた。次いて、この溶液に付加的な79gのL iOH−H20
を加え、水酸化リチウムか完全に次亜塩素酸リチウムに転化するまで、HOCI
の水溶液の付加を続けた。次に、Li0C]の溶液に対し、35°C〜50°C
へ上昇する温度で真空蒸発を行った。成分及びその濃度は下記表■に示す。
HOCl 38
H,0624371,846,3
°重量96
例2
例1の方法を繰り返し、40,6重量%のLi0C]を含む次亜塩素酸リチウム
のペーストを生成した。ペーストは、粗いフリットのブフナー漏斗でろ過し、5
6゜2重量%の次亜塩素酸リチウムを含むろ過ケークを生成した。このろ過ケー
クを、流動床乾燥器において、50°C〜60°Cの範囲の空気温度で乾燥した
。その生成物は、24.8重量%の水分を含んだ。乾燥段階では、分解は殆ど若
しくは全くなかった。成分及びその濃度を下記表2に示す。
例3
例2の方法を繰り返し、59.45重量96のLi0C1を含むケークを生成し
た。ケークを、83°Cの温度て60分間乾燥して、12.2%の含水率の水分
と共に75%のLi0C1を含む生成物を生成した。生成された次亜塩素酸リチ
ウム生成物は、Li0CI・H2Oと無水Li0C]との混合物に相当した。乾
燥の際に生成物の極めて僅かの品位低下を示し、乾燥ベースのLi0C]は88
.5%から85.4%に減した。
例4
例2の方法を繰り返し、生成物の一部か、45°Cの一定温度の貯蔵乾燥器の中
に置き、この温度で30日間放置した。当初の生成物は75.7重量%Li0C
Iと分析された。含水率は11%であった。30日の終りのとき、生成物は73
.7重量%のLi0C1と分析された。
これは、30日の間に2.7%の消毒力の相対的損失に相当する。これは、この
方法によって生成された固体の次亜塩素酸リチウムの驚くべき高い安定性を示し
ている。
例5
20%の水酸化リチウム(737g)のスラリーを、263gの固体L10H−
H20を水中に懸濁することによって調製した。次いで、このスラリーを0°C
迄冷却した。次亜塩素酸リチウム溶液の過剰アルカリ度か1%に達するまで、2
0°Cよりも低い温度を維持しなから、43.7重量%のHOCIを含有する次
亜塩素酸水溶液を、該LiOHのスラリーに添加した。付加的な263gのLi
0H−820を、Li0C1溶液に導入した。
HOCIの付加は、20°Cよりも低い温度で、LiOHか完全にLi0CIに
転化するまで続けた。次いて、Li0C]溶液について、45℃〜50°Cの範
囲の温度で真空蒸発を行い、416重量%のLi0C]を含むスラリーを生成し
た。スラリーは、真空ろ過して、564重量%のLi0C]濃度を有するケーク
を生成した。
次いて、ろ過ケークは、流動床乾燥話中で20〜25分間、90°Cの空気温度
で乾燥した。
例6
20%の水酸化リチウム(13,274g)のスラリーを、4737gのLlo
H−H2Oを水中に懸濁することによって調製した。次いて、スラリーを、0°
C迄冷却した。10°Cよりも低い温度を維持しながら、47重量%のHOCI
を含む次亜塩素酸水溶液を、過剰アルカリ度か1%にほぼ等しくなるまで、その
LiOHスラリーに加えた。付加的な4737gのLi0H−H2OをLi0C
1溶液に導入した。HOCIの付加は、20°Cよりも低い温度で、溶液のアル
カリ度か1%を下回るまで続けた。次に210°C〜260°Cの範囲の入口温
度で、噴霧気圧20〜25ポンド下で、Li0C1溶液を噴霧乾燥した。乾燥シ
ステムの出口温度は、100℃〜130℃の範囲であった。乾燥した固体Li0
C]は、18゜7%の含水率を存するコンシステンンー(consistenc
y)成 分 HOCビ しioH” 溶液° 生成物″HOCI 47.0
H2O53,043,067,718,73重量%
例7
脱イオン水(8537g)及び4737gのLiOH・H2OをI5ガロンの反
応器内で混合した。スラリーは3°C迄冷却し、温度を0℃〜15℃の間に維持
する速さで、48%HOClを加えた。アルカリ度か低下すると、固体L IO
H−H20を反応器に加えた。全体てlって測定したときて、約196よりも低
下したときに、HOClの流れを遮断した。Li0CI溶液を容器に注ぎ、2〜
5°Cの温度で冷蔵した。6日後、溶液は入口温度175°C1出口温度98°
Cて運転される噴霧乾燥器に直接的に供給した。乾燥運転の間、回収室は乾燥生
成物で満たされた。1時間後、乾燥したLi0C]結晶を回収室から取り出して
分析した。分析は、例7aとして下に報告する。乾燥Li0C1結晶を、2時間
の乾燥後、及び3時間の乾燥後、回収室から取り出した。分析は夫夫例7b及び
7Cとして下に報告する。
溶液。
H2O66,0
噴霧乾燥したLi0CI結晶” :
0重量%
って測定したときで、1%よりも低下したときに、HOClの流れを遮断した。
Li0C]溶液の容器は、2〜5°Cの温度で冷蔵した。23日後、溶液は冷凍
室内で一6°Cて貯蔵した。6日後、凍結したLi0CI結晶塊を、取り出し、
24時間、周囲条件にさらした。結晶塊は、約1.2〜3.6Cmの範囲の大き
さを有しているか、次に、ろ過によって母液から容易に分離し、結晶及び母液の
双方を分析した。結晶を、室温で溶融し、形成された濃縮溶液を、直接的に噴霧
乾燥器に供給した。噴霧乾燥器は、入口温度145〜160°C1出口温度90
〜120°Cて運転した。乾燥運転中、回収室は生成物で満たされた。70分後
、乾燥Li0C]結晶が、回収室から取り出し分析した。分析は例8aとして下
に報告する。乾燥L i QCl結晶を、2.5時間の乾燥の後、回収室から取
り出し分析した(例8b)。このとき、乾燥器を停止し、清掃して運転再開した
。2時間の追加乾燥の後、回収室内の乾燥Li0C1結晶を取り出し分析した(
例8c)。
分析・ Li0C] Li0C1
原溶液1 結晶° ろ液。
L i OC] 32.43 38.99 15.76L iC] Oz O,
480,593,30LiC10,880,534,66
LiOHO,260,001,00
H2065,9559,8975,23噴霧乾燥したLi0CI結晶。
例8a 例8b 例8c
LloCl 78.19 77.07 8+、s+L I CI Ox 3.4
7 4.92 5.40L i Cl 4.07 5.36 6.47L10H
O,941,341,55
H2013,331+、31 5.07°重量%
要 約 書
35重量%以上のHOCI濃度を含む次亜塩素酸水溶液と水酸化リチウムの水性
スラリーとを、約0″C〜約20′Cの範囲の温度で混合して、実質的に純粋な
次亜塩素酸リチウム溶液を生成する、次亜塩素酸リチウムを生成する方法。生成
される次亜塩素酸リチウム溶液は、直接的に乾燥され、若しくは、冷却により濃
縮され得る。生成される固体次亜塩素酸リチウムは、利用できる塩素の極めて純
粋な原料となる。
国際調査報告
Claims (15)
- 1.35重量%以上のHOCl濃度を有する次亜塩素酸水溶液を、水酸化リチウ ムの水性スラリーと混合して次亜塩素酸リチウム溶液を生成すること、及び該次 亜塩素酸リチウム溶液を、約0℃〜均−20℃の範囲の温度で冷却して次亜塩素 酸リチウムの結晶を生成することを特徴とする、次亜塩素酸リチウムを生成する 方法。
- 2.水酸化リチウム対次亜塩素酸のモル比が約1:1である、請求項1記載の方 法。
- 3.次亜塩素酸リチウム溶液が約15〜約40重量%のLiOClを含む、請求 項1記載の方法。
- 4.次亜塩素酸リチウムの結晶を母液から分離する、請求項1記載の方法。
- 5.次亜塩素酸リチウムの結晶を、約50℃〜約200℃の温度で乾燥して、少 なくとも55重量%のLiOClを含む固体次亜塩素酸リチウムを生成する、請 求項4記載の方法。
- 6.次亜塩素酸リチウムの結晶を溶融し、精製された次亜塩素酸リチウム溶液を 形成する、請求項4記載の方法。
- 7.前記精製された次亜塩素酸リチウム溶液が、約30〜約40重量%のLiO Clを含む、請求項6記載の方法。
- 8.固体次亜塩素酸リチウムが、約75〜約100重量%のLiOClを含む、 請求項7記載の方法。
- 9.a)35重量%以上のHOCl濃度を含む次亜塩素酸水溶液と、水酸化リチ ウムの水性スラリーとを混合して、約15〜約40重量%のLiOClを含む次 亜塩素酸リチウム溶液を生成すること、及びb)前記次亜塩素酸リチウム水溶液 を約120℃〜約200℃の入口温度で噴霧乾燥して、少なくとも約55重量9 6のLiOClを含む固体次亜塩素酸リチウムを生成すること を特徴する、次亜塩素酸リチウムの製造方法。
- 10.前記水酸化リチウム対次亜塩素酸のモル比が約1:1である、請求項9記 載の方法。
- 11.前記次亜塩素酸溶液が、約40〜約60重量%のHOCl濃度を含む、請 求項10記載の方法。
- 12.a)35重量%以上のHOCl濃度を含む次亜塩素酸水溶液と、水酸化リ チウムとを混合して、次亜塩素酸リチウム溶液を生成すること、 b)前記次亜塩素酸リチウム溶液を冷却して次亜塩素酸リチウム結晶のスラリー を生成すること、c)母液から前記次亜塩素酸リチウム結晶を分離すること、及 び d)前記次亜塩素酸リチウム結晶を、約120℃〜約200℃の入口温度で噴霧 乾燥して、約75〜約100重量%のLiOClを含む固体次亜塩素酸リチウム を生成すること を特徴とする、次亜塩素酸リチウムの製造方法。
- 13.前記工程d)に先立って次亜塩素酸リチウム結晶を溶融して次亜塩素酸リ チウムの精製された溶液を生成する、請求項12記載の方法。
- 14.水酸化カリウム若しくは次亜塩素酸カリウムを前記母液と混合する、請求 項12記載の方法。
- 15.前記次亜塩素酸リチウム溶液が、約25〜約40重量%のLiOClを含 む、請求項12記載の方法。
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