JPS62294189A - 金属塩の製造方法 - Google Patents

金属塩の製造方法

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JPS62294189A
JPS62294189A JP61135890A JP13589086A JPS62294189A JP S62294189 A JPS62294189 A JP S62294189A JP 61135890 A JP61135890 A JP 61135890A JP 13589086 A JP13589086 A JP 13589086A JP S62294189 A JPS62294189 A JP S62294189A
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anion exchange
exchange membrane
fluorine
alkyl group
lower alkyl
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Kenichi Fukuda
福田 健市
Takashi Mori
隆 毛利
Yasuhiro Kurauchi
庫内 康博
Masaharu Doi
正治 土井
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

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、特殊なフッ素系陰イオン交換膜を隔膜として
用いるイオン交換膜電解法により、金属を電解により溶
解することにより当該金属塩を製造する方法に関するも
のである。
金属関連工業分野において、金属を含有する廃液が大量
に排出され、この廃液中から金属を回収することは、資
源の有効利用の立場から不可欠なものである。金属の中
に負金属を含む場合は是非とも回収しなければならない
し、金属中に放射性金属、水銀、カドミウム等の人体に
有害な金属を含む場合には、工場敷地内で完全に回収し
処理しなければならない。金属の回収方法は、電解採取
法、化学回収法、吸着回収法、溶媒抽出法などがあり、
これら多くの方法において金属の回収形態は、金属その
ものの場合と金属塩の場合とがある。
特に金属めっき工業、金属触媒!ll造工業、写真感光
材製造工業等においては、金属塩を主に使用するために
、廃液中の金属を金属塩として回収する方法を採用して
いる。従って、効率良く、廃液中の金属を金属塩として
回収する処理システムの開発が切に要望されている。
[従来技術] 金属からの金属塩の製造方法としては、一般的には金属
を強酸で溶解した溶液を加熱濃縮した後、冷却結晶させ
、結晶を母液より分離後乾燥して製品とする方法が行わ
れている。しかしながら、この方法では金属のうち、例
えば銀の場合、硝酸溶解時に亜硝酸ガスが発生するため
に、団塊問題が発生する可能性がある。また金属の中に
は、強酸に溶解するのが困難な場合があり、溶解液を高
温に保持したり、撹拌したりすることが必要となり、製
造コストの上界をもたらす。特に電解採取法で回収した
金属は、電極上に付着しており、そのままの形で溶解す
るのは、効率の悪い方法となる。
従って、電解採取した金属を陽極として電解して、強制
的に溶解させる方法が理論的には考えられるが、実際問
題として、十分な分離能力および耐久性を有するイオン
交換膜が無いと、せっかく溶解した金属が対極に再析出
してしまうため、このようなイオン交換膜の開発が必要
であるが、現在のところ耐酸性などの耐久性に問題があ
り、現在までに種々雑多な金属塩製造プロセスに適用可
能なイオン交換膜電解法による金属塩V ’Xiプロセ
スは存在していない。
本発明者らは先にイオン交換膜法による金属の回収法を
提案した。(例えば特願昭60−197892号)。
このイオン交換膜法による金属の回収方法において、陽
イオン交換膜あるいは陰イオン交換膜のいずれかを使用
することになるが、陽イオン交換膜を使用する場合は、
陽極室から水素イオンが陽イオン交換膜を通して陰極室
に移動し、金属を溶解している陽極室液の酸性瓜が低下
して金属溶解の電流効率が低下する可能性が強く、酸を
陽極室液に随時供給するという操作が必要となる。一方
、陰イオン交換膜を使用する場合には、このような問題
が生じる可能性は少ない。
従って、イオン交換膜による金属製造法において、陰イ
オン交換膜が必要であることが明らかであるが、従来の
陰イオン交換膜では耐酸性などの耐久性に問題があり、
未だ工業プロセスとして実用性に乏しい。本発明者らは
、耐久性の優れたフッ素系陰イオン交換膜を開発し、金
属塩″%J造法について検討した結果、長期間安定に金
属塩を製造することができることを見い出した(特願昭
6O−233398)。しかしながら、金属イオンおよ
び/又は金属錯イオンの陽極室から陰極室へのリークの
問題は十分に解消されておらず、このリークは金属塩の
製造コストに直接影野する。従ってこのリークの大小が
、本プロ廿ス成立の可否を決定する重要な要因となるが
、このリークの抑制を実施する手法が未だ確立されてい
ないのが現状である。
[本発明が解決しようとする問題点] 本発明の[1的は、イオン交換膜法による金属塩製造に
関し、陰イオン交換膜を通しての全屈イオによる金属塩
製造法を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、イオン交換膜法による金属塩γJ選方法
に関し、特に院イオン交換膜を通しての金属イオンおよ
び/又は金属錯イオンのリークの抑制と耐久性に関し、
鋭意検討を重ねた結束、特殊な製法により得られるフッ
素系陰イオン交換膜を使用すると金属イオンおよび/又
は金属錯イオンのリークが大巾に抑制され、かつ、極め
て優れた耐久性を示すことを見い出し、効率よく長時間
安定に金属を回収し得ることを見い出し、本発明を完成
するに至ったものである。
本発明で用いる特殊な製法よりaられるフッ素系陰イオ
ン交換膜とは、下記の繰り返し単位よりなる共重合体よ
り形成されるカルボン酸エステル膜 一+CF2−CF2÷下→CF2−CF←「仕 小 F2 −CF F2 十n −OR fX=FまたはCF3 、 j2 =Oまたは1〜5の
整数lm=0または1.n=1〜5の整数、 p/(1
=4〜16.R=アルキル基] 具体的には、下記構造を有するカルボン酸エステル膜 F2i CF、−CF 蔓 0−CF2−Cr2−CF2−C00C113■ C「22 Fs−CF 0−Cr2−C00C113 F2 CF2−CF2−COOCH3 の片面又は両面を、酸又は塩基処理を施し、次いで陰イ
オン交換基を導入することにより得られるフッ素系陰イ
オン交換膜を怠味する。
使用する酸、又は塩基としては、塩酸、硫酸、硝酸、又
はアンモニア水、苛性ソーダ等を用いることができる。
また、酸、又は塩基の処理温度としてはO″C〜80℃
の範囲で行うことができる。
このように酸、又は塩基処理を行うことにより最終的に
得られるフッ素系陰イオン交換膜を使用すると、金属イ
オンおよび/又は金属錯イオンのリークが大巾に抑制さ
れる。
さらに、膜の酸、又は塩基処理の厚さは、全膜厚の1%
〜80%の範囲で処理されるが、好ましくは10%〜5
0%の範囲である。酸、又は塩基処理の厚さが上記範囲
未満の場合は、最終的に得られる陰イオン交1!i!!
膜の金属イオンおよび/又は金属錯イオンの抑制効果が
不充分であり、酸、又は塩基処理の厚さが上記範囲を越
える場合は、最終的に得られる陰イオン交換膜の電気抵
抗が増大ずろ傾向ri−a)る。
本発明に用いる特殊な製法より得られるフッ素系陰イオ
ン交換膜は、上記酸、又は塩基処理を行った侵に陰イオ
ン交換基を導入することにより得られる。
陰イオン交換基を導入する方法としては、次の三つのル
ートで導入することができる。
ルート1 Rf COR4 ↓ 酸、又は塩基処理 ↓ RfCONR,R。
↓ RrcH2NR,R。
↓R3Z ■ Rf CH2N RIR2R3Z e [ただし、 R,、R2,R1−低級アルキル基、 R1−低級アルキル基、 θ−e Z  −ハcrゲ>W’A−(オン、BF、、5bCJ
6e。
O eOS R5マ/j ハθOCR5 R6−低級アルキ゛ル基、直換または無買換フェニル基
または低級ペルフルオロアルキル嚢、小 本 F2 −CF  F 2 土n X=FまたはCF3 、A =Oまたは1〜5の整数。
m=Qまたは1.n=1〜5(7)整数。
1)/Q=4〜16] ルート1を以下に説明する。
酸、又は塩基処理し、減圧乾燥した膜を下記一般式 %式%(1) で表わされる低級シアルVルアミンと反応させることに
よりカルボン酸アミド膜に変換する。
このようにして得られたカルボン酸アミド膜は、還元剤
を作用させることにより、アミン膜に変換しつる。
得られたアミン膜にアルキル化剤(R3Z)を作用させ
てアルキル化(四級化)することにより、第四級アンモ
ニウム基を有づる膜に変換しうる。
ここで、得られる第四級アンモニウム基を右づる膜の対
イオンを交換する必要がある場合は常法によりアルカリ
金属塩で処理することにより行うことができる。
ルート2 RfCO悶 ↓ 酸、又は塩基処理 ↓ R6 Rf−CON+C1−12±7N I         R。
↓ l         R7 Ro ↓ ■       ■/R・ Rf  CH2N+CH2←τNRsZθ1     
  \R1 Ro [1=水素原子または低級アルキル基、Rt、 R8−
低級アルキル基、あるいは&とR7が一体となってポリ
スチレンtt1[(CI−12) 8]を形成してらよ
い a=2〜3の整数、 R1,ZeおよびRfは上記と同一] ルート2を以下に説明する。
酸、又は塩基処理した膜を下記一般式 で表わされるジアミンと反応させることにより、アミノ
カルボン酸アミド膜に変換する。
このようにして得られたアミノカルボン酸アミド膜は還
元剤を作用させることによりジアミン膜に変換しつる。
得られたジアミン膜にアルキル化剤を作用させてアルキ
ル化することにより、第四級アンモニウム基を有する膜
に変換しうる。
ここで、得られる第四級アンモニウム基を有する膜の対
イオンを交換する必要がある場合は常法によりアルカリ
金IflWで処理することにより行うことができる。
ルート3 RfCOR。
↓ 酸、又は塩基処理 ↓ Ro /R・・ Rf  CH2N+Ctl 2−)−5Nl     
    R+。
Ro [R9=水素原子または低級アルキル基、鴎、 R,=
低級アルキル44、あるいはR9とR,が一体となって
ポリメチレン鎖[(CI−+2>。]を形成してもよい b=3〜7の整数、 C=2〜3の整数、 R3,ZeおよびRfは上記と同一] ルート3を以下に説明する。
酸、又は」3基処理した膜を下記一般式で表わされるジ
アミンと反応させることにより、アミノカルボン酸アミ
ド膜に変換する。
このようにして得られたアミノカルボン酸アミド膜は還
元剤を作用させることによりジアミン膜に変換しうる。
得られたジアミン膜にアルキル化剤を作用させてアルキ
ル化することにより、第四級アンモニウム基を有する膜
に変換しうる。
ここで得られる第四級アンモニウム基を有する膜の対イ
オンを交換する必要がある場合は常法によりアルカリ金
属塩で処理することにより行うことができる。
上記のようにして得られた陰イオン交換膜は具体的に以
下の構造を例示することができる。
−+CF2−CF、−r−VfcF2?F←「F2 F、C−CF 【 C11゜ →CF2−CF2←−イCF、CF←iD    jQ 」 F2 3C−CF C11゜ ■ CF。
3C−CF ■ C11゜ F2 −fCF、−CF、←→CF、CF←「“  1 F2 F、C−CF CH3Cl12CI+。
また、得られる陰イオン交換膜の交換容量が0、16m
eq/!y乾燥膜〜0.3Illeq/g乾燥膜の範囲
になるようにカルボン酸ニスデル膜を設定することがで
きるが、好ましいのは0.5meq/9乾燥膜〜2. 
Qmeq/g乾燥膜の範囲になるようにカルボン酸エス
テル膜を設定するとよい。
また、得られる陰イオン交換膜の厚さが40μ〜500
μの範囲になるようにカルボン酸エステル膜を設定する
ことができる。好ましい厚さは100μ〜300μの範
囲である。もちろん、これらの膜は強度を上げるために
補強材を導入することもある。
酸、又は塩基処理をした面の交換基数は小さく1、0〜
0.7meq/g乾燥樹脂程度テアリ、一方、無処理面
の方は、交換基数が大きく1.0〜1.41eQ/!I
F乾燥樹脂程度乾燥樹脂酸、又は塩基処理をした面を陰
極室に向1ノると、全屈イオンおよび/又は金属錯イオ
ンのリークが抑制されこの陰イオン交換膜を使用する2
室電解槽にJ3いて長時間安定に効率よく金属塩を製造
することが可能となる。本発明における電解システムを
図1に示す。
隔膜電解4fi(1)の陰極室(2)に溶解する金属陽
極(3)を配し、陰極室(4)に不溶性陰極(5)を配
して、画室に酸水溶液を供給して直流電源装置(7)に
より通電する。
陰イオン交換膜(6)を通して、塩素イオン等の陰イオ
ンが陰極室から陽極室に移動し、陽極室において金属が
溶解して金属塩が生成し、副反応として塩素ガスあるい
は酸素ガスが発生する。一方、陰極室においては主とし
て水素ガスが発生する。
金属が十分に溶解した後、陽極室液抜き出し口(8)、
陰極室液抜き出し口(9)からそれぞれ両極室液を抜き
出し、新たに両極室液を供給し、電解を再開りることに
より断続的に金属回収を行うことが可能となる。さらに
両極室液のタンクを別に設け、電解)nとバイブ′C連
結して、連続的に両極室液の扱い出しと供給を行う連続
電解システムも可能である。
このような陰イオン交換膜を隔膜とする2室電解におい
ては、フッ素系陰イオン交換膜の易加工性、即ち、同日
状膜を使用することも可能となり、電解槽の]ンバクト
化を行うことが可能となる。
陽極室で生成する金属塩の濃度は数ppmのorder
から飽和濃度まで広い範囲を取ることが可能で、その使
用目的に応じて選択することが可能である。電解前に両
極至に供給する酸水溶液のF1度も1α2−10モル/
1の広い範囲に及ぶが、金属溶解の効率を増大するため
に飽和濃度に近い酸を使用することが望ましい。
本発明に用いる陽極及び!!3極としては従来公知の電
極材料を用いることができるが、目的とする電解プロセ
スの電極反応に対し、安価で低過電圧を示し、かつ、耐
食性の優れた電極材料が適宜選択される。
例えば、陽極として、酸溶液に溶解する金属、例えばP
t、Au、AQ、Fe、N i、Go等の金属をすべて
使用することが可能である。
陰極として酸水溶液に対する耐食性を有する貴金属、 
Ti、Ta、 Zr、Nb等の金属、あルイはこれらの
金属基体表面にPt、rr、Rh等の白金族金属および
/又は白金族の酸化物を被覆した電極を使用することが
できる。
本発明における隔膜電解槽の電解温度は室温から約10
0℃まで可能であり、電流密度は0.001〜50Δ/
dmの範囲で実施することができる。
[本発明の効果] 以上述べたようにイオン交換pIjI法による金属塩製
造方法において、特殊な製法ににり得られるフッ素系陰
イオン交換膜を使用すると金属イオンおよび/又は金属
錯イオンのリークが大巾に抑制され、効率よく長時間安
定に金属塩を回収することが可能となる。
本発明の方法は、多くの利用分野が考えられるが、めっ
き工業、触媒製造工業、写真感光剤工業等、金属塩を使
用するか又は、製造する工業分野において極めて工業的
価値の高いものである。
[実施例コ 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。
実施例1.実施例2.比較例1 隔膜電解槽1の陽極室2.陰極室3の両方に酸水溶液を
供給し、陽極として白金電極を使用して電解を行い、白
金塩を製造した。
表1に電解条件を示した。
表1   電解条件 図2に、電流密度による白金の溶解電流効率の変化を示
した。電流密度がO,IA/d7Itの場合、電流効率
が大きいので、これ以後、電流密度を0.1A/d尻と
した。
陰イオン交換膜として下記のような製造により得られる
フッ素系陰イオン交換膜を用いた。
まず、下記の構造式よりなるカルボン酸エステル膜 (C12−C1□モー→CF2−CF←F2 CF  −CF 「 0−CF2−CF2−CF2−C00CI+3の一方の
面を20℃で14%のアンモニア水中で1時間処理した
後、60℃で真空乾燥した。
次に得られた膜を窒素雰囲気下、乾燥テトラヒドロフラ
ンに浸漬し、水冷下ジメチルアミンガスを通じ、冷却下
で12時間、25℃で36時間反応させ、60℃で真空
乾燥しカルボン酸アミド膜に変換した。
次に窒素雰囲気下、乾燥テトラヒドロフランに水素化ホ
ウ素ナトリウムを加え、上で得られた膜を浸漬した。こ
の中に三フフ化ホウ素エーテル錯体を滴下した。還流温
度で200時間反応せることによりアミン膜に変換した
得られた膜をテトラヒドロフラン、メタノールで洗浄し
たのち、ヨウ化メチルのメタノール溶液に入れ、60℃
で96時間反応させた。
次に塩酸−メタノール1対2の溶液にこの膜を浸漬し、
目的の第四級アンモニウムクロリド基を有するフッ素系
陰イオン交換膜を得た。
得られたフッ素系陰イオン交換膜の構造式は以下の式で
表わされる。
→CF2−CF、←→CF2CF← F2 \CH3 得られたフッ素系陰イオン交換膜の交換基数は平均して
1.Omeq/g−乾燥樹脂であるので、アンモニア水
で処理した面は0. 711100/g−乾燥樹脂の交
換基数であると考えられる。膜厚は150μである。
アンモニア水で処理した面を陽極に向けて電解を行い白
金のリーク率等を測定し、その結果を表2に示した。 
  ′ 実施例2としてフッ素系陰イオン交換膜の一方の而を4
0℃で4NIICI中で70時間処理し、その後の¥J
造プロセスは実施例1と同様の方払でフッ素系陰イオン
交換膜を製造した。(交@基数1 、 Qleq/g−
乾燥樹脂、膜厚は150/l)電解条件を実施例1と同
じとして白金のリーク率等を測定し、その結果も表2に
示した。
比較例1として、酸あるいは塩基で全く処理せず製造し
、構造式が実施例1と同じで、交換容重が両面とも同じ
であるフッ素系陰イオン交換膜を使用して実施例1と同
じ電解条件で白金のリーク率等を測定した。その結果も
表2に示した。
表2 測定結果 実施例1.実施例2.比較例1を比較すると、フッ素系
陰イオン交換膜の製造時に片面を酸又はrA基により処
理し、その処理した面を陽極に向けて電解を行うと無処
理膜よりも白金のリークが大巾に抑制されることが明ら
かとなった。
白金を溶解させたa1塩酸溶液に塩化アンモニウムを添
加すると黄色の沈澱が生じ、脱水乾燥してからX線分析
したところ、化学組成が主としてヘキサクロロ白金(r
V)酸アンモニウム(NH,)2PtCIaであること
が明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の電解プロレスの一例を示す概念図である
。 1、隔g!電解槽 6.陰イオン交換膜2、陰極室  
 7.直流電源装置 3、陰極    8.陰極液抜き出し口4、陽極室  
 9.陽極液抜き出し口5.1!ii極 図2は白金の溶解電流効率と電流密度による変化を示す
図である。 図  1

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)陰イオン交換膜を隔膜とする2室からなる電解槽
    を用い、陽極として陽極液に溶解する金属陽極を配し、
    当該金属塩を製造する金属塩の製造方法において、フッ
    素系陰イオン交換膜として下記の繰り返し単位よりなる
    共重合体より形成されるカルボン酸エステル膜 ▲数式、化学式、表等があります▼ [X=FまたはCF_3、l=0または1〜5の整数、
    m=0または1、n=1〜5の整数、p/q=4〜16
    、R=アルキル基] を酸又は塩基処理し、次いで陰イオン交換基を導入した
    フッ素系陰イオン交換膜を用いることを特徴とする金属
    塩の製造方法。
  2. (2)酸又は塩基処理をカルボン酸エステル膜の一方の
    面あるいは両面に施して得たフッ素系陰イオン交換膜を
    用いる特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)フッ素系陰イオン交換膜の陰イオン交換基として
    下記一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔R_1、R_2、R_3=低級アルキル基(ただし、
    R_1、とR_2が一体となってテトラメチレン鎖、ペ
    ンタメチレン鎖を形成してもよい。)、Z^■=ハロゲ
    ン陰イオン、BF_4^■、SbCl_6^■、▲数式
    、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、表等が
    あります▼(ただし、R_5=低級ア ルキル基、置換または無置換フェニル基、または低級ペ
    ルフルオロアルキル基)] で表わされる第四級アンモニウム基を導入したフッ素系
    陰イオン交換膜を用いる特許請求の範囲第1項又は第2
    項記載の方法。
  4. (4)フッ素系陰イオン交換膜の陰イオン交換基として
    下記一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ [R_6は水素原子またはアルキル基、R_7、R_8
    は低級アルキル基、あるいはR_6とR_7が一体とな
    ってポリメチレン鎖[(CH_2)_a]を形成しても
    よい。aは2〜3の整数、R_3は低級アルキル基、Z
    ^■はハロゲン陰イオン、BF_4^■、SbCl_6
    ^■、 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
    表等があります▼(ただし、R_5は低級ア ルキル基、置換または無置換フェニル基、または低級ペ
    ルフルオロアルキル基)] で表わされる第四級アンモニウム基を導入したフッ素系
    陰イオン交換膜を用いる特許請求の範囲第1項又は第2
    項記載の方法。
  5. (5)フッ素系陰イオン交換膜の陰イオン交換基として
    下記一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ [R_9は水素原子または低級アルキル基、R_1_0
    、R_1_1は低級アルキル基、あるいはR_9とR_
    1_0が一体となってポリメチレン鎖[(CH_2)_
    c]を形成してもよい。bは3〜7の整数、cは2〜3
    の整数、Rは低級アルキル基、Z^■はハロゲン陰イオ
    ン、BF_4^■、SbCl_6^■、▲数式、化学式
    、表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります
    ▼(ただし、R_5は低級ア ルキル基、置換または無置換フェニル基、または低級ペ
    ルフルオロアルキル基)] で表わされる第四級アンモニウム基を導入したフッ素系
    陰イオン交換膜を用いる特許請求の範囲第1項又は第2
    項記載の方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210008827A (ko) * 2018-05-16 2021-01-25 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 황산 용액의 제조 방법, 및 이 제조 방법에서 이용되는 전해조

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KR20210008827A (ko) * 2018-05-16 2021-01-25 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 황산 용액의 제조 방법, 및 이 제조 방법에서 이용되는 전해조

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