JPS62266116A - 陽イオン分離装置 - Google Patents
陽イオン分離装置Info
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- JPS62266116A JPS62266116A JP11038986A JP11038986A JPS62266116A JP S62266116 A JPS62266116 A JP S62266116A JP 11038986 A JP11038986 A JP 11038986A JP 11038986 A JP11038986 A JP 11038986A JP S62266116 A JPS62266116 A JP S62266116A
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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。
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]
本発明は陽イオン分離装置に係り、特にセメントキルン
排ガス等からアルカリ物質の陽イオンを分離するに好適
な陽イオン分離装置に関する。
排ガス等からアルカリ物質の陽イオンを分離するに好適
な陽イオン分離装置に関する。
E従来の技術]
近年、GRCをはじめ、各種のセメント応用技術の発展
に伴い、低アルカリセメントの需要が高まり、セメント
キルン排ガスからアルカリ物質を分離することにより、
セメントの低アルカリ化をより向上させることが重視さ
れ、種々検討がなされている。
に伴い、低アルカリセメントの需要が高まり、セメント
キルン排ガスからアルカリ物質を分離することにより、
セメントの低アルカリ化をより向上させることが重視さ
れ、種々検討がなされている。
従来、セメントキルン排ガスからアルカリ物質を分離す
るには、排ガスの一部を抽気してナトリラム及びカリウ
ムを分離し、その凝集温度以下に冷却して固体化させて
回収する方法が行われている。
るには、排ガスの一部を抽気してナトリラム及びカリウ
ムを分離し、その凝集温度以下に冷却して固体化させて
回収する方法が行われている。
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながら、このような従来の抽気→分離→→凝集→
回収による処理方法は極めて効率が悪く、熱消費や、排
ガス中に同伴されてくる微粉体の処理コストの面でも不
利であった。このため、このようなアルカリ物質の成分
陽イオンを効率的かつ低コストで分離し、また分離した
陽イオンの製品化も可能な陽イオン分離装置の出現が強
く望まれている。
回収による処理方法は極めて効率が悪く、熱消費や、排
ガス中に同伴されてくる微粉体の処理コストの面でも不
利であった。このため、このようなアルカリ物質の成分
陽イオンを効率的かつ低コストで分離し、また分離した
陽イオンの製品化も可能な陽イオン分離装置の出現が強
く望まれている。
[問題点を解決するための手段1
本発明は工業的、経済的に極めて有利な陽イオン分離装
置を提供するものであって、 β−アルミナ系固体電解質よりなる隔壁と、該隔壁の一
方の側に密着配置された陽極材とを備え、隔壁の他方の
側に接触する流体中の陽イオンと陽極材とを反応可能と
したこと特徴とする陽イオン分離装置、 を要旨とするものである。
置を提供するものであって、 β−アルミナ系固体電解質よりなる隔壁と、該隔壁の一
方の側に密着配置された陽極材とを備え、隔壁の他方の
側に接触する流体中の陽イオンと陽極材とを反応可能と
したこと特徴とする陽イオン分離装置、 を要旨とするものである。
[作用]
アルミナにはα、β、γ等の相が存在し、このうちβ−
アルミナは、理想的構造に対する組成は、N a20
IIl l A l 203.実際には、Na+イオン
が過剰に入っておよそ1.2Na20・1lAu203
の組成を持った化合物である。
アルミナは、理想的構造に対する組成は、N a20
IIl l A l 203.実際には、Na+イオン
が過剰に入っておよそ1.2Na20・1lAu203
の組成を持った化合物である。
結晶形は6方晶で、スピネル類似の構造を持つ部分(ス
ピネルブロック)と原子配置が比較的まばらで、Na+
イオンを含む層状の部分(Na0層)が、C軸方向に交
互に積重なっている。Na+イオンは、NaOイオン層
内をよく移動し、Na+イオン伝導を生ずる。このイオ
ン伝導は、Na0層内に限られ、スピネルブロックを横
ぎるイオン伝導はない。
ピネルブロック)と原子配置が比較的まばらで、Na+
イオンを含む層状の部分(Na0層)が、C軸方向に交
互に積重なっている。Na+イオンは、NaOイオン層
内をよく移動し、Na+イオン伝導を生ずる。このイオ
ン伝導は、Na0層内に限られ、スピネルブロックを横
ぎるイオン伝導はない。
しかして、β系のアルミナとしてはβ−アルミナの他に
β”、β”、β”−アルミナがある。
β”、β”、β”−アルミナがある。
β゛−アルミナ組成は、N a 20・5〜7A l
203とされており、β−アルミナより高いイオン導電
率を持っているが、不純物のないものは1580℃以1
−では分解するため、大きな結晶や緻密な焼結物を11
1ることは困難である。しかしながら、分解防止のため
にMgOやLiOを添加したβ°゛−アルミナは、高温
でも安定で緻密な焼結物や大きな結晶の製造が可能とな
る。
203とされており、β−アルミナより高いイオン導電
率を持っているが、不純物のないものは1580℃以1
−では分解するため、大きな結晶や緻密な焼結物を11
1ることは困難である。しかしながら、分解防止のため
にMgOやLiOを添加したβ°゛−アルミナは、高温
でも安定で緻密な焼結物や大きな結晶の製造が可能とな
る。
一方、β” 9−アルミナ、β″”−アルミナはM g
ON a 20 A n 20 z 3元素系のも
のであるが、Na十分が少ないためイオン伝導率は比較
的低い。
ON a 20 A n 20 z 3元素系のも
のであるが、Na十分が少ないためイオン伝導率は比較
的低い。
このようなβ−アルミナ系物質は、前述の如くNa+イ
オンをはじめ、後述するに十等の各種陽イオンの伝導体
である。β−アルミナ系を固体電解質として、この両側
に例えばNaとSを置き、NaとSの反応生成物である
Na2Sxの融点(285℃)以1−(通常の動作温度
300〜400℃)に加熱すると、まずSと接するβ−
アルミナ中のNa+イオンがSと反応するのでβ−アル
ミナ中にNa+イオンの濃度勾配が発生する。このため
、Na側からNa+イオンが順次β−アルミナ内を通過
し、Na+イオンとSイオンが反応する。このとき、N
a側はマイナス、S側はプラスに分極し2 N a +
X S = N a 2 S X、Eo −2,08
V (300℃、x=2.8)の放電を行う。逆に充電
を開始すると、Na2Sxが分解し、Na+イオンはβ
−アルミナを通過しNa側に移動する。以上はNaイオ
ンについて述べたが、β−アルミナは1価又は2価の陽
イオン(Li+ 、に+ 、Rh+ 、Cs+ 、Ag
+ 。
オンをはじめ、後述するに十等の各種陽イオンの伝導体
である。β−アルミナ系を固体電解質として、この両側
に例えばNaとSを置き、NaとSの反応生成物である
Na2Sxの融点(285℃)以1−(通常の動作温度
300〜400℃)に加熱すると、まずSと接するβ−
アルミナ中のNa+イオンがSと反応するのでβ−アル
ミナ中にNa+イオンの濃度勾配が発生する。このため
、Na側からNa+イオンが順次β−アルミナ内を通過
し、Na+イオンとSイオンが反応する。このとき、N
a側はマイナス、S側はプラスに分極し2 N a +
X S = N a 2 S X、Eo −2,08
V (300℃、x=2.8)の放電を行う。逆に充電
を開始すると、Na2Sxが分解し、Na+イオンはβ
−アルミナを通過しNa側に移動する。以上はNaイオ
ンについて述べたが、β−アルミナは1価又は2価の陽
イオン(Li+ 、に+ 、Rh+ 、Cs+ 、Ag
+ 。
TJl+、H30+ 、NH4” 、Ca”、S r”
。
。
Pb”)についても伝導性があるため、β−アルミナの
構造を選定することにより、各種の陽イオンについても
同様な電池反応を起こすことができる。
構造を選定することにより、各種の陽イオンについても
同様な電池反応を起こすことができる。
本発明の陽イオン分離装置はこのような原理を利用した
ものであって、Na+イオンやに+イオン等の陽イオン
を含有する流体に、S等の陽極材を密着配置させたβ−
アルミナを接触させ、流体中の陽イオンをβ−アルミナ
を介して陽極材と反応させることにより分離するもので
ある。
ものであって、Na+イオンやに+イオン等の陽イオン
を含有する流体に、S等の陽極材を密着配置させたβ−
アルミナを接触させ、流体中の陽イオンをβ−アルミナ
を介して陽極材と反応させることにより分離するもので
ある。
[実施例]
以下に、図面を参照して、本発明の陽イオン分離装置の
実施例について説明する。
実施例について説明する。
第1図(a)、(b)は本発明の陽イオン分離装置の一
実施例を示す図であて、第1図(a)は縦断面図、第1
図(1))は第1図(a) (7)B−B線に沿う断面
図である。
実施例を示す図であて、第1図(a)は縦断面図、第1
図(1))は第1図(a) (7)B−B線に沿う断面
図である。
第1図の装置lはβ−アルミナ系固体電解質2で構成さ
れる筒状体内に陽極材3が挿入されており、更に陽極材
3中心部には陽極材の冷却水路4が設けられている。
れる筒状体内に陽極材3が挿入されており、更に陽極材
3中心部には陽極材の冷却水路4が設けられている。
図中、lOは炉壁であって、炉内を通過する炉ガス(矢
印G)は、本発明の陽イオン分離装置lのβ−アルミナ
系固体電解質2の壁面に接触し、その際に含有されるN
a+イオン等の陽イオンが、前述した電池反応によりβ
−アルミナ系固体電解質内を通過して、S等の陽極材と
反応するため、陽イオンは炉ガス内から分離除去される
。
印G)は、本発明の陽イオン分離装置lのβ−アルミナ
系固体電解質2の壁面に接触し、その際に含有されるN
a+イオン等の陽イオンが、前述した電池反応によりβ
−アルミナ系固体電解質内を通過して、S等の陽極材と
反応するため、陽イオンは炉ガス内から分離除去される
。
なお、β−アルミナのイオン伝導性は高温になる程良く
なるが、例えば陽極材としてSを用いた場合、Sの蒸発
温度が449℃であるため、密封しておかないとSが消
失する。従って、第1図に示す如くβ−アルミナ系固体
電解質2の筒状体にSを挿入した装置において、Sの補
給や回収のためにその両端を開放した状態としている場
合には、図示の如く、冷却水路4を設け、冷却水を流通
させてSを冷却するのが好ましい。
なるが、例えば陽極材としてSを用いた場合、Sの蒸発
温度が449℃であるため、密封しておかないとSが消
失する。従って、第1図に示す如くβ−アルミナ系固体
電解質2の筒状体にSを挿入した装置において、Sの補
給や回収のためにその両端を開放した状態としている場
合には、図示の如く、冷却水路4を設け、冷却水を流通
させてSを冷却するのが好ましい。
第1図(a)、(b)に示すものは筒状の装置を炉壁を
貫通するように設けた例であるが、これに対し、第2図
(a)(縦断面図)、(b)((a)のB−B線に沿う
断面図)に示すものは、β−アルミナ系固体電解質2の
容器内に陽極材3を挿入し、陽極材3の中心に管4aに
より冷却水路4を設けた装置lを、炉壁lOから突出さ
せて設けた例である。
貫通するように設けた例であるが、これに対し、第2図
(a)(縦断面図)、(b)((a)のB−B線に沿う
断面図)に示すものは、β−アルミナ系固体電解質2の
容器内に陽極材3を挿入し、陽極材3の中心に管4aに
より冷却水路4を設けた装置lを、炉壁lOから突出さ
せて設けた例である。
第2図に示す装置においても、炉内を通過する炉ガス(
矢印G)は、本発明の陽イオン分離装置lのβ−アルミ
ナ系固体電解質2の壁面に接触し、その際に含有される
陽イオンは分離除去される。
矢印G)は、本発明の陽イオン分離装置lのβ−アルミ
ナ系固体電解質2の壁面に接触し、その際に含有される
陽イオンは分離除去される。
本発明の陽イオン分離装置は、β−アルミナ系固体電解
質よりなる隔壁と、該隔壁の一方の側に密着配置された
陽極材とを備え、隔壁の他方の側に接触する流体中の陽
イオンと陽極材とが反応可能とされていれば良く、その
構成は何ら第1図、第2図に示すものに限定されるもの
ではない。
質よりなる隔壁と、該隔壁の一方の側に密着配置された
陽極材とを備え、隔壁の他方の側に接触する流体中の陽
イオンと陽極材とが反応可能とされていれば良く、その
構成は何ら第1図、第2図に示すものに限定されるもの
ではない。
本発明の陽イオン分離装置は、例えば第3図に示す如く
、β−アルミナ系固体電解質2と陽極材3とを密着させ
、更に陽極材3側に冷却水炉4を設けた環状構成とし、
これを炉壁10に埋め込んで使用しても良い。
、β−アルミナ系固体電解質2と陽極材3とを密着させ
、更に陽極材3側に冷却水炉4を設けた環状構成とし、
これを炉壁10に埋め込んで使用しても良い。
しかしながら、炉ガスとβ−アルミナ系固体電解質との
接触面積を大きくとり、陽イオンの分離除去効率を向1
−させるためには、第1図及び第2図に示す如く、炉内
に突出する構造とするのが有利である。
接触面積を大きくとり、陽イオンの分離除去効率を向1
−させるためには、第1図及び第2図に示す如く、炉内
に突出する構造とするのが有利である。
また、β−アルミナ系固体電解質の両側に電極を設置し
て放電し、イオン伝導率を]−昇させることにより、陽
イオンの除去効率をより向上させることも可能である。
て放電し、イオン伝導率を]−昇させることにより、陽
イオンの除去効率をより向上させることも可能である。
しかしながら、この場合には炉ガス等の被処理流体の温
度や腐食性を十分に考慮して電極の材質を選定する必要
がある。
度や腐食性を十分に考慮して電極の材質を選定する必要
がある。
本発明において、β−アルミナ系固体電解質のアルミナ
としては、β−アルミナ、βパ−アルミナが好適である
。これらは、分解する陽イオンの原子半径に応じて、そ
の成分、構造が選定される。
としては、β−アルミナ、βパ−アルミナが好適である
。これらは、分解する陽イオンの原子半径に応じて、そ
の成分、構造が選定される。
また、陽極材としてはSが一般的であるが、S以外にも
sbc見3.NaA文C立4及びカーボン粉の混合物等
も使用可能である。
sbc見3.NaA文C立4及びカーボン粉の混合物等
も使用可能である。
β−アルミナ系固体電解質及び陽極材の厚さ等は処理対
象流体の種類や設置する設備の規模等に応じて決定され
るが、β−アルミナ系固体電解質の厚さは厚すぎると陽
イオンの移動効率が悪くなることがあり、好ましくない
。
象流体の種類や設置する設備の規模等に応じて決定され
るが、β−アルミナ系固体電解質の厚さは厚すぎると陽
イオンの移動効率が悪くなることがあり、好ましくない
。
なお、本発明の陽イオン分離装置は、原理的には蓄電池
であることから、使用により陽イオン分離能の低下した
ものは、充電により逆電圧を印加することにより、即ち
、Na、にの場合には、Na25x=2Na+xS K 2 S x = 2 K + X Sなる反応を生
起させることにより、容易にNaやに等の陽イオン物質
を回収すると共に、分離装置を繰り返し使用することが
可能である。
であることから、使用により陽イオン分離能の低下した
ものは、充電により逆電圧を印加することにより、即ち
、Na、にの場合には、Na25x=2Na+xS K 2 S x = 2 K + X Sなる反応を生
起させることにより、容易にNaやに等の陽イオン物質
を回収すると共に、分離装置を繰り返し使用することが
可能である。
このような本発明の陽イオン分離装置は、セメント焼成
炉等に設置して遠隔制御により容易に陽イオン分離を行
うことが可能である。
炉等に設置して遠隔制御により容易に陽イオン分離を行
うことが可能である。
[発明の効果1
以上詳述した通り、本発明の陽イオン分離装置は、β−
アルミナ系固体電解質よりなる隔壁と、該隔壁の一方の
側に密着配置された陽極材とを備え、隔壁の他方の側に
接触する流体中の陽イオンと陽極材とが反応可能とされ
たものであって、人手を要することなく、容易かつ効率
的に陽イオンの分離を行うことができる。しかも分離し
た陽イオンの回収も極めて容易であり、また、分離装置
は充電を行うことにより、長期間良好に繰り返し使用す
ることができる。
アルミナ系固体電解質よりなる隔壁と、該隔壁の一方の
側に密着配置された陽極材とを備え、隔壁の他方の側に
接触する流体中の陽イオンと陽極材とが反応可能とされ
たものであって、人手を要することなく、容易かつ効率
的に陽イオンの分離を行うことができる。しかも分離し
た陽イオンの回収も極めて容易であり、また、分離装置
は充電を行うことにより、長期間良好に繰り返し使用す
ることができる。
このような本発明の陽イオン分離装置は、セメント焼成
炉ガスに限らす1価、2価の陽イオン化合物を含む流体
からの陽イオンの分離・回収に極めて有用である。
炉ガスに限らす1価、2価の陽イオン化合物を含む流体
からの陽イオンの分離・回収に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明の陽イオン分離装置の一
実施例を示す図であって、第1図(a)は縦断面図、第
1図(b)は第1図CFL)のB−B線に沿う断面図で
ある。第2図(a)、(b)は本発明の他の実施例を示
す図であって、(a)は縦断面図、(b)は(a)のB
−B線に沿う断面図である。第3図は本発明の別の実施
例を示す縦断面図である。 l・・・陽イオン分離装置、 2・・・β−アルミナ系固体電解質、 3・・・陽極材、 4・・・冷却水路。 代理人 弁理士 重 野 剛 第2図 l 事件の表示 昭和61年特許願第110389号 2 発明の名称 陽イオン分離装置 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 三菱鉱業セメント株式会社4 代理人 住 所 東京都港区赤坂4丁目8番19号〒107
赤坂表町ビル502号 自 発 7 補正の内容 (1) 明細書第11頁第3行の「可能である。」の
後に次の文章を加える。 rまた、陽極材が溶融状態になるものであれば、ポンプ
を用いてこの溶融陽極材を連続的に循環させると共に、
この循環流路の途中に上記の充電反応を行なわせる充電
部を設け、Naやに等の陽イオン物質の回収と陽極材の
再生とを図るようにすることもできる。1 (2) 明細書第9頁第8行の「冷却水炉」を1冷却水
路1に改める。 以 上
実施例を示す図であって、第1図(a)は縦断面図、第
1図(b)は第1図CFL)のB−B線に沿う断面図で
ある。第2図(a)、(b)は本発明の他の実施例を示
す図であって、(a)は縦断面図、(b)は(a)のB
−B線に沿う断面図である。第3図は本発明の別の実施
例を示す縦断面図である。 l・・・陽イオン分離装置、 2・・・β−アルミナ系固体電解質、 3・・・陽極材、 4・・・冷却水路。 代理人 弁理士 重 野 剛 第2図 l 事件の表示 昭和61年特許願第110389号 2 発明の名称 陽イオン分離装置 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 三菱鉱業セメント株式会社4 代理人 住 所 東京都港区赤坂4丁目8番19号〒107
赤坂表町ビル502号 自 発 7 補正の内容 (1) 明細書第11頁第3行の「可能である。」の
後に次の文章を加える。 rまた、陽極材が溶融状態になるものであれば、ポンプ
を用いてこの溶融陽極材を連続的に循環させると共に、
この循環流路の途中に上記の充電反応を行なわせる充電
部を設け、Naやに等の陽イオン物質の回収と陽極材の
再生とを図るようにすることもできる。1 (2) 明細書第9頁第8行の「冷却水炉」を1冷却水
路1に改める。 以 上
Claims (6)
- (1)β−アルミナ系固体電解質よりなる隔壁と、該隔
壁の一方の側に密着配置された陽極材とを備え、隔壁の
他方の側に接触する流体中の陽イオンと陽極材とを反応
可能としたこと特徴とする陽イオン分離装置。 - (2)β−アルミナ系固体電解質がβ−アルミナである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の陽イオ
ン分離装置。 - (3)陽極材が硫黄であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項又は第2項に記載の陽イオン分離装置。 - (4)陽イオンがナトリウムイオン及び/又はカリウム
イオンであることを特徴とする特許請求の範囲第1項な
いし第3項のいずれか1項に記載の陽イオン分離装置。 - (5)β−アルミナ系固体電解質よりなる筒体内に陽極
材を挿入してなることを特徴とする特許請求の範囲第1
項ないし第4項のいずれか1項に記載の陽イオン分離装
置。 - (6)陽極材の冷却機構が設けられていることを特徴と
する特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれか1項
に記載の陽イオン分離装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61110389A JPH0691933B2 (ja) | 1986-05-14 | 1986-05-14 | 陽イオン分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61110389A JPH0691933B2 (ja) | 1986-05-14 | 1986-05-14 | 陽イオン分離装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62266116A true JPS62266116A (ja) | 1987-11-18 |
JPH0691933B2 JPH0691933B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=14534569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61110389A Expired - Lifetime JPH0691933B2 (ja) | 1986-05-14 | 1986-05-14 | 陽イオン分離装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0691933B2 (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5610349A (en) * | 1979-05-31 | 1981-02-02 | Gen Electric | Method and device for removing alkali |
-
1986
- 1986-05-14 JP JP61110389A patent/JPH0691933B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5610349A (en) * | 1979-05-31 | 1981-02-02 | Gen Electric | Method and device for removing alkali |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0691933B2 (ja) | 1994-11-16 |
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