JPH07508704A - 塩化第二鉄の製造方法 - 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】 塩化第二鉄の製造方法 本発明は、塩化第二鉄、特に水処理で凝隼剤として使用される塩化第二鉄の高濃 度水溶液の製造方法に関するものである。

塩化第二鉄水溶液を製造するための典型的な方法は、第１段階で鉄に塩酸を反応 させて塩化第一鉄を作り：Ｐｅ＋　２１１ｃＩ　→ＦｅＣＩｚ　＋ＩＩｓ次いで 、得られた塩化第一鉄を塩素化して塩化第二鉄にする：ＦｅＣＬ　＋　１／２　 ＣＩ２　→ＦｅＣＩａ塩化第二鉄の濃度は３５〜４５重量％である。

この方法は本出願人による欧州特許第３４００６９号、第３４００７０号および 第３４００７１号に記載されている。

金属の酸洗液（この溶液は低濃度の塩化第一鉄と塩酸とで構成されている）を回 収することもできる。しかし、塩化第二鉄は加熱すると分解するので、塩化第二 鉄の溶液を濃縮することはできない。従って、濃縮した塩化物溶液を塩素化する 必要がある。

例えば、濃度４０重量％の塩化第二鉄溶液を得るには、塩素しか添加しない場合 には３４．２５％の塩化第一鉄溶液から始めなければならない。先ず、粉末状の 鉄を用いて塩酸を分解し、濃縮し、塩素ガスを用いて塩化第二鉄へ塩素化する必 要がある。この方法は米国特許第４．０６６、７４８号に記載されている。

米国特許第２．０９６．８５５号には塩酸を用いずに鉄と塩素から塩化第二鉄を 製造する方法が記載されており、塩化第一鉄を塩素ガスと反応させて塩化第二鉄 を生成し、その一部を再循環してド記反応に従って鉄と反応させる： Ｐｃ　−卜　２　ＦｃＣ１５−争　３　１’ｃｃＩｍ上記の方法は全て塩素ガス を必要とする。

本発明は塩素源として塩酸のみを用いて、鉄と塩酸のみとから塩化第二鉄を合成 する方法を提供する。

塩酸は多くの有機合成の副成物であり、塩素ガスまたは液体塩素に比べて保存お よび取り扱いが容易である。

本発明の原理はＨＣＩと０２または空気とを用いて塩化第一鉄を塩化第二鉄へオ キシ塩素化で変換し、：Ｉ　ＦｏＣＩ２＋　３　ｌＩｃＮ−３／４０２−　３　 ＰＣＩＣＩ！ｌ　＋　３／２１！２０塩化第二鉄の２モルを再循環して下記反応 に従って鉄を塩化第−ａに変換するものである： Ｆｃ　＋２　ＦｃＣＬ−１３Ｆ（ＩＣＩ２塩酸および酸素を用いた塩化第一鉄の オキシ塩素化反応自体は公知であるが、水処理用の塩化第二鉄を得るものではな い。

例えば、米国特許第３．６８２．５９２胃には、塩化第一鉄と、塩酸と、多数の 不純物とを含む金属用酸洗溶液の処理方法が記載されている。この方法ではオキ シ塩素化後に得られた溶液を２５０゜Ｆ以上で分解して酸化鉄とガス状の塩酸と を作り、塩酸を水で吸収して新規な金属表面酸洗溶液を得る。こうして使用済み の全嘱表面酸洗溶液中に含まれる塩素をほぼ完全に回収する。この反応は塩化銅 、塩化アンモニウム等の触媒の存在下で行うのが好ましく、オキシ塩素化する塩 化第一鉄の濃度は２２重量％である。しかし、この特許は本発明とは全く無関係 である。すなわら、本発明では塩化第一鉄溶液はできる限り高純度でなければな らず、３５〜４５重量％の塩化第二鉄溶液を得るのに十分な濃度でなければなら ないので、金属表面酸洗溶液をオキシ塩素化しても水処理用に十分な純度と濃度 とを有する塩化第二鉄を合成することはできない。

」−１妃の米国特許第４．０６６、７４８号では、先ず金属表面酸洗溶液から塩 酸を除去し、次いで溶液を濃縮し、その後に塩素化して水処理に適した塩化第二 鉄を１）でいる。

本発明の対象は塩素と鉄とから塩化第二鉄を合成する方法において、 （ａ）塩化第一鉄を塩酸および酸素と、塩酸の大部分がなくなるまで、接触し、 （ｈ）　（ａ）で得られた溶液の一部（１）を鉄と接触させて塩化第一鉄および 鉄を塩化第一鉄に変換し、得られた溶液を（ａ）段階へ再循環し、 ＜ｃ）大部分が塩化第二鉄で構成され、塩化第一鉄を含むこともある（、Ｉ）で 得られた溶液の残りの部分（１１）を、必要に応じて、塩化第一・鉄を塩化第二 鉄に変換するのに十分な量の塩酸と酸素とに接触させる ことを特徴とする方法にある。

「酸素」という用語には空気、酸素に富んだ空気または酸素含有気体も含まれる 。

塩化第一鉄は塩酸媒体中で酸素または空気によって酸化されて塩化第二鉄に変換 される： ３ＦｅＣ１２＋　３ＩＣ＋＋３／４０２→３ＰｅＣＩｓ＋　３／２Ｈ２０この酸 化は絶対圧１〜２０バールで行うことができる。空気を使用する場合には、酸素 分圧を上げるために最も高い圧力を採用するのが好ましい。

使用する酸素または空気は例えば高速攪拌装置等を用いることによって二相間の 接触表面積を大きくして溶液中によく分散させるのが有利である。

酸化の最適温度は採用した圧力で決まる。大気圧での温度は９０〜１００℃が好 ましく、大気圧よりも高い圧力の場合には温度をｌ　５０　”Ｃまで上げること ができる。これより低い温度を採用することもできるが、反応速度は低下する。

（ａ＞段階では塩化第一鉄を塩化第二鉄に変化させるのに必要な塩素をケ、える 量の塩酸を添加することができる。（ｂ）段階で使用される塩化第二鉄の溶液が 鉄と反応して水素を発生しないようにするために、（ａ）段階終了時には全ての 塩酸が変換しているのが好ましい。

酸化速度は塩化第一鉄の濃度の二乗に比例するので、反応器の容量を制限するた めに変換を２段階さらには３段階で行うのが好ましい。

（ａ）段階の終了時に塩化第一鉄が塩化第二鉄に変換せずに残っている場合には 、（ｃ）段階で再度オキシ塩素化を行う。

塩酸の量は、塩化第一鉄および塩酸を含まない塩化第二鉄が得られるように調節 する。

（ｂ）段階では（ａ）段階から再循環された塩化第二鉄溶液を鉄と反応させる。

これは下記の反応に従う：Ｆｅ＋　２　ＦｅＣｌ＋　→３　ＦｅＣｌ２従って、 水素の発生なしに塩化第一鉄を得ることができる。

すなわち、気体による泡（ｖｅｓｉｃｕｌｅｓ）の随伴がない。

鉄との反応は温度が高い程、塩化第二鉄の濃度が高い程、そして鉄の表面積が大 きい程促進される。

反応温度は２０〜１００℃である。最高温度では反応速度が速くなるが、水蒸気 圧が高くなり、泡の随伴が起ることになるので反応温度は４０〜７０℃が好まし い。

鉄と反応させる反応器の出口での鉄の濃度は、操作温度での塩化第一鉄の溶解度 以下にするのが有利である。従って、鉄との反応させる反応器に導入される塩化 第二鉄の濃度は４０〜７０℃の温度で３０〜４５重量％、好ましくは３５〜４０ 重量％にする。

塩化第一鉄溶液を（ａ）段階へ送る前に濾過して、場合によってはＬ！濁状態で 存在する微粒子を除去するのが好ましいく鉄の微粒子が酸化時に導入される塩酸 と反応して水素を発生し、この水素が酸素と接触して爆発する危険がある）。こ の濾過で懸濁状態で存在する不純物も除去できる。

実施例１ １リツトル容の反応器に約２〜３印の板状の鉄５００ｇを入れる。これは体ｍ　 ４００　ａｍ’に相当する。反応器の二重ジャケットに加熱媒体を循環させて反 応器を温度６０℃に加熱する。

次に、濃度３５重量％の塩化第二鉄７００ｇ　（約５００ｃａｌ）を反応器に導 入し、煽動ポンプを用いて、流速８リットル／時で反応器を介して循環させる。

この操作をバッチで１時間行う。反応中に溶液のサンプルを採って分析し、塩化 第二鉄から塩化第一鉄への変換率を計算する。得られた結果は以下のとおり。

時間（分）　変換率（％） ６０　９９、５ １間後に反応はほぼ完了する。濃度３９重量％の塩化第一鉄がｉ′ｔられる。

実施例２ 実施例１を繰り返すが、この場合には温度を９５℃にし、４１重量％の塩化第二 鉄溶液を用いる。結果は以下の通り。

時間（分）　変換率（％） １５　９８、５ ３０　９９、５ ６０　９９、９ 反応速度は６０℃の時よりもはるかに速く、約１５分後に反応は完了する。濃度 ４５重量％の塩化第一鉄が得られ、室温でわずかに結晶化している。

実施例；３ 実施例２で得られた塩化第一鉄をフラールセル層（ｐｒ６（ｏｕｃｈｅｄｅ　ｃ ｌａｒｃｅｌ）で８０℃で濾過し、懸濁状態の微粒子を除去する。

濾液を口収し、その７００ｇ　（５００ｃｎｔ）を第２の反応器に入れる。

この反応器は二重ジャケットを備え、底がフリットガラス製であり、底部にガス 供給用配管、上部に水の凝縮器をそれぞれ備えており、反応媒体中には熱電対が 浸漬されている。この反応器の二重ジャケットに加熱媒体を循環させて加熱する 。

塩化第一鉄に３７％の塩酸２４５ｇを添加する。得られる溶液のの鉄の濃度は１ ４．５％である。

圧力１．１バールの酸素を流ｆｆ１１００１Ｊットル／時で反応器の底部から供 給する。酸素をフリットガラスを通して塩化第一鉄の溶液中に十分に分散させる 。反応器の温度は９５℃に保つ。

塩化第一鉄の酸化はバッチで行い、反応中にサンプルを採って分析し、変換率を 計算する。結果は以下の通り。

時間（分）　変換率（％） 濃度４２％の塩化第二鉄溶液が得られる。

実施例４ 実施例：（を繰り返すが、低濃度の塩化第一鉄溶液（２０％）を使用し、これに ３７％の塩酸１０６ｇを添加する。

得られた結果は以下の通り。

時間（分）　変換率（％） １２０　８２、５ ２４０　９０、５ ３６０　９３、５ 低濃度溶液では酸化速度は非常に遅い。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．塩酸と鉄とから塩化第二鉄を合成する方法において、（ａ）塩化第一鉄を塩 酸および酸素と、塩酸の大部分がなくなるまで、接触し、 （ｂ）（ａ）で得られた溶液の一部（ｉ）を鉄と接触させて塩化第二鉄および鉄 を塩化第一鉄に変換し、得られた溶液を（ａ）段階へ再循環し、 （ｃ）大部分が塩化第二鉄で構成され、塩化第一鉄を含むこともある（ａ）で得 られた溶液の残りの部分（ｉｉ）を、必要に応じて、塩化第一鉄を塩化第二鉄に 変換するのに十分な量の塩酸と酸素とに接触させる ことを特徴とする。