JPS6342386A - 硝酸カリウムの製法 - 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】 により得られたもの）から硝酸カリウムを製造する方法
に係る。

最も工業的には、硝酸カリウムは、塩化カリウム及び硝
酸を原料として製造される。

特に、従来の方法によれば、塩化カリウム及び硝酸を高
温で反応させ、次の反応式に従って硝酸カリウムを生成
している。

３　　ＫＣＬ＋４　　ＨＮＯ３　　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・酬３　ＫＮＯ３　＋　
Ｃｌ３　＋　ＮＯＣＩ、＋２１１，０この場合、副生ず
る塩化二トロンルは経済的価値のないものであり、従っ
て、これを処理して塩素及び無水亜硝酸とし、後者を硝
酸製造プラントに再循環している。

この間の反応は下記のとおりである。

２　　ＮＯＣＬ　＋　４　　１１ＮＯ３　　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・−６　　Ｎｏｚ　
＋ＣＬｔ　＋　２ＨｔＯ４　　Ｎｏｔ　＋Ｏｔ＋２　Ｈ
ｔＯ・・・・・・・・・・・・・・・・謝　４　　１１
ＮＯ３従来法の他のものでは、次式に示す如く、室温で
操作して塩化カリウムを直接硝酸カリウムに変化させて
いる。

この方法では、塩化水素を除去し、反応を所望の方向に
シフトさせるための抽出剤として有機液体を使用する。

これら公知の方法に関して、特に、「サウスウエスト・
ポタッシュ・プロセス（Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｐｏｔａ
ｓｈＰｒｏｃｅｓｓ）Ｊリン及びカリウム、５２．３月
／４月１９７１及び「アイ・エム・アイ・プロセス（Ｉ
ｌＩｌＩＰｒｏｃｅｓｓ）Ｊリン及びカリウム、５２．
３月／４月１９７１を参照する。

従来のこれらの方法は複雑でありかつ経済性に劣ってお
り、これまで工業的に実用化されていない。

えば、塩素含量がゼロ又は無視できるほど少ない電に減
じられなければならないことである。

たとえばトマト、ジャガイモ、タバコ、ミカン支び桃の
如き栄養要求の強いものの栽培における肥料として使用
するためには、高純度レベルの硝酸カリウムが要求され
る。

従って、簡単かつ安価で、しかも高純度の硝酸カリウム
を生成できる方法の開発が強く求められている。

かかる要求は本発明の方法によって解消される。

該方法では、硝酸と、特殊な電気化学法によって得られ
た炭酸カリウムとから硝酸カリウムが生成される。

さらに詳細には、本発明によれば、硝酸カリウムは、陽
極、陰極及び透過選択性陽イオン交換膜を具備し、重犯
陽極と陰極との間に前記膜を配置して陽極室及び陰極室
を形成せしめてなる膜電解槽の前記陽極室に、塩化カリ
ウムの飽和水溶液（陽極液）を供給し：前記電解槽の陰
極室に、炭酸カリウム及び炭酸水素カリウムの水溶液（
陰極液）を供給し；前記陽極液を陽極室において電気分
解して、塩素ガスを陽極で発生させると共に、カリウム
イオンを膜を通って陽極室から陰極室に移動させ；塩化
カリウムが消費された陽極液を陽極から取出した後、塩
化カリウムを飽和させ、重犯陽極室に再循環し；前記電
解槽の陰極室において、重犯陰極液を電気分解して、水
素を陰極で発生させると共に、炭酸水素カリウムを少な
くとも部分的に炭酸カリウムに変化させ、ついで炭酸カ
ルシウムを富有する陰極液を陰極室から取出し、この富
廠 有陰極末の一部を硝酸で処理して、硝酸カリウムの水溶
液を生成させると共に、二酸化炭素ガスを発生させ、一
方、前記富有陰極液の残部を而記二酸化炭素と接触させ
て、この中に含まれる炭酸カリ・クムの少なくとも一部
を炭酸水素カリウムに変化させ、その後、これを前記陰
極室に再循環し；前記水溶液から硝酸カリウムを回収す
ることを特徴とする方法によって製造される。

本発明で使用する電解槽は、透過選択性陽イオン交換膜
（電解槽を陽極室及び陰極室に分画する）によって相互
に分離された陽極及び陰極を収容し付与された導電性コ
ーティングで被覆された開口構造シート　（有孔シート
又はエキスバンデッドシい水素過電圧を有する金属陰極
（有孔シート又はエキスパンデッドシート形のもの）を
収容する。

電解槽は、ポリ（メタクリル酸メチル）又はポリプロピ
レンの如きプラスチック材料で構成され、一般に縦に長
い形状及び短形断面形状を有する。

陽極室及び陰極室は、陽イオン透過性膜、特にカリウム
イオン透過膜によって相互に分離されている。この目的
には過フッ化スルホン酸の共重合体でなる膜が特に適し
ている。この種の膜は公知で販売されているらの）。

本発明によれば、電解槽の陽極室に、塩化カリウムの飽
和水溶液でなる陽極液を供給する。特に、かかる陽極液
は塩化カリウムを３００−３２０ｇ／ｌ程度の濃度で含
有する（ａ度は電解槽の作動温度に左右される）。

電解の間に、陽極では塩素ガスが発生し、カリウムイオ
ンは膜を通って陽極室から陰極室に移動する。同時に、
塩化カリウムが消費された陽極液（消費陽極液）を陽極
室から取出す。

消費陽極液が塩化カリウムを１８０−２００ｇ／ｌ程度
の濃度で含有するように条件を調節することが有利であ
る。これよりも低い濃度では、電解槽内に過電圧が生ず
るため許容されない。一方、高濃度では、高価であるだ
けでなく、電解槽の操作に関し何ら利点をもたらさない
。

電解槽の陽極室からの出口において、消費陽極液から塩
素を分離する。分離した塩素については通常の処理（洗
浄、乾燥、圧縮、液化及び適当な容器での保存）を行な
う。

一方、消費陽極液については、固状の塩化カリウムを収
容する容器に流入させて、この塩の濃度を上述の如く飽
和値まで回復させ、ついで電解槽の陽極室に再循環させ
る。必要であれば、再循環させる前に、硫酸イオン、カ
ルシウムイオン及びマグネシウムイオンの如き過剰の不
純物の濾過及び除去の処理を行なう。

本発明の方法によれば、炭酸カリウム及び炭酸水素カリ
ウムの水溶液でなる陰極液を電解槽の陰極室に供給する
。有利には、この陰極液は炭酸カリウムを濃度３０−５
０重量％及び炭酸水素カリウムを濃度１−８重量％で含
有する（なお、これら濃度は電解槽の操作温度に左右さ
れる）。

電気分解の間に、陰極では水素ガスが発生し、陰極液に
含有された重炭酸塩は炭酸塩に変化する。

炭酸水素カリウムが完全に又は実質的に完全に炭酸塩に
変化され、炭酸カリウムを富有することとなった陰極液
（富有陰極液）（炭酸カリウムの濃度＝電解槽の操作温
度における飽和値の約９０−９５％）が取出されるよう
に条件を調節することか好ましい。

しかしながら、電解槽から排出される陰極液が未変化の
重炭酸塩又は水酸化ナトリウムを含有する場合でも、な
お有効な結果が得られる。

陰極室の出口において、炭酸カリウムを富有する陰極液
を水素から分離し、ついで２つの部分に分ける。

陰極液の一部を、硝酸カリウムの生成に必要な化学量論
量に相当する量の硝酸と接触させて、硝酸カリウムの水
溶液を生成させる。

この反応では、二酸化炭素か発生する。この二酸化炭素
を、たとえば炭酸化塔内で富有陰極液の他の部分と接触
させる。

電解槽への供給条件に回復させた後、陰極液を電解槽の
陰極室に再循環する。

電解槽の操作温度は、一般に５０−１００℃であり、好
ましくは６０−８０℃である。

電解槽における電流密度は、２，５００Ａ／ｍ２以上、
好ましくは３，０ＯＯＡ／ｘ’程度であり、電解槽にお
ける電圧は３Ｖ程度である。

上記条件下で操作することにより、一般に９９．８％以
上の電流効率が達成される。

上述の如く、炭酸カリウムを富有する陰極液の一部につ
いては、硝酸カリウムの生成に必要な化学ｍ論量の硝酸
で処理する。この操作は、高温の陰極液を濃度５０重量
％以上、一般に７２−１００％の硝酸と接触させること
によって行なわれる。さらに、この工程は断熱条件下で
、水を蒸発させながら行なわれ、これにより、硝酸カリ
ウム水溶液が晶出、結晶の分離及びその乾燥の各処理を
行なう。

晶出の際の条件を選択することにより、結晶を通常０．
５−’Ｌａｘ程度の所望サイズに成長させることができ
る。

他の方法によれば、硝酸カリウムの濃縮溶液を噴射造粒
処理して、所望のサイズを有する自由流動形の固状生成
物を得ることができる。

いずれの場合にも、例外なく高純度の硝酸カリウムが得
られる。

しかも、本発明の方法は簡単かつ便利である。

本発明の方法では、純粋な固状硝酸カリウムを生成でき
る以外にも、電解槽において、低い電解摺電圧で高い電
流効率が達成できる。この格別の結果は、特別な組成の
陰極液を電気分解し、炭酸カリウムの炭酸化を電解槽の
陰極室の外部で行なっていることによるものと考えられ
る。本発明の方法は、炭酸カリウムを電解によって生成
すると共に、二酸化炭素を直接陰極室に供給している従
来の方法とは異なる。

本発明に従って行なう電解槽の特別な操作法により、極
めて純粋なガス状の電解生成物か得られると共に、陽極
及び透過選択性膜の寿命が長くなるとの他の利点が得ら
れる。

以下の実施例は本発明を説明するものであって、限定す
るものではない。

実施例１ 陽極室及び陰極室でなり、これらの間にカリウムイオン
を透過する膜を配置してなるパイロット電解槽を使用し
た。

陽極室は縦方向に長い平行六面体形状を有し、ポリ（メ
タクリル酸メチル）でなるものである。

さらに、陽極室は、塩素発生に関する触媒特性が付与さ
れたコーティングを被覆した短形（５０×Ｊ） ６０ｘｍ、厚さ　１．５＋ｘ）エキスパンデッドチタン
シートでなる陽極を収容する。

陰極室は縦方向に長い平行六面体形状を有し、ポリ（メ
タクリル酸メチル）でなるものである。陰極室は短形（
５０ｘ　６０ｍｍ）のＡＩＳ！　３１６ステンレス鋼金
網でなる陰極を収容する。

陽極室及び陰極室は、膜ＮＡＦＩＯＮ　３２５（登録商
標；Ｄｕ　Ｐｏｎｔ社製）（製造者の指示に従って、電
解槽への取付は直前に処理したもの）によって互いに分
離されている。

陽極室及び陰極室は、さらに、絶縁性でかつ強固な材料
でなる２枚のプレート（９０ｘ　ｌｌｏ＋ｘ）及び６個
のカドミウム被覆鋼製ボルトによって共に保持されてい
る。２つの室の縁と膜との間を密閉すると共に、膜を所
定位置に固着させるために、適当／ｊガスケットを配置
しである。

陽極室及び陰極室は、さらに、その上面及び下面に、そ
れぞれ陽極液及び陰極液の入口及び出口用の２つの対向
する開口（直径３ＲＭ）を有している。

かかる装置は、電流密度及び電圧低下を測定する装置を
有する電力供給システムを具備する。

特に、この実施例では、電流密度１０Ａ、電圧３■で操
作を行ない、陽極室に塩化カリウム３００９／ｇを含有
する水溶液でなる陽極液を０．５５１２／時間、温度６
０℃で供給し、一方、陰極室には、炭酸温度６０℃で供
給した。

これら条件下で操作することにより、陽極で塩素４．０
２／時間（常温、常圧で算定）が発生し、塩化カリウム
２４９．５９を含有する陽極液が温度６５℃で回収され
た。

この消費陽極液を温度６０℃で固状の塩化カリウムと接
触させて供給用濃度に回復させた後、陽極室に再循環さ
せた。

一方、上記条件下で操作することにより、陰極重量％を
含有する陰極液０．８Ｑ／時間が温度６５℃で回収され
た。この陰極液ＢａｍＱ／時間を、６０℃で操作して、
５４％硝酸５ｍ１２／時間で処理した。

これにより、硝酸カリウム３３重塁％を含有する水溶液
が得られ、この溶液から、蒸発及び晶出によって固状の
硝酸カリウムを分離した。

このようにして、純度９９．９％及び塩素含量５０ｐｐ
ｍ以下の硝酸カリウムｏ、０３７に９／時間が得られた
。

陰極室から排出された水溶液の硝酸による上記処理の間
に、二酸化炭素ｉ／待時間発生した。

ラシヒリングを充填した塔で操作して、この二酸化炭素
を陰極室から排出された水溶液の他の部分と４０℃で接
触させた。このようにして、炭酸カリウム２９２重量％
及び炭酸水素カリウム４．５重量％を含有する溶液０．
７５Ｑ／時間が得られた。供給用組成に回復させろため
、水及び炭酸カリウムを添加しｆコ後、この溶液を電解
槽の陰極室に再循環さ′・　　　　　　　　　　　跣 上記条件下で操作ずろことによって、電気効率９９．８
％が達成された。

実施例２ パイロット電解槽を使用し、実施例１と同様にして操作
を行なった。陽極室に、塩化カリウム３１０ｇ／ｌを含
有する陽極液をｌＯＱ／時間、温度８０℃で供給すると
共に、陰極液に、炭酸カリウム３８重量％及び炭酸水素
カリウム７．２重量％を含有する水溶液でなる陰極液を
２６Ｃ／時間、温度７９℃で供給した。

電解槽の出口で、塩化カリウム２０５９＃！を含有する
消費陽極液を温度８８°Ｃて回収し、炭酸カリウム４９
７重量％及び炭酸水素カリウム１．６重量％を含有する
水溶液でなる陰極液を温度８６°Ｃで回収した。

実施例１と同様に操作することによって、純度９９．９
％、塩素含有５０ｐｐｍ以下を有する硝酸カリウ（ほか
１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　硝酸カリウムの製法において、陽極、陰極及び透過
   選択性陽イオン交換膜を具備し、前記陽極と陰極との間
   に前記膜を配置して陽極室及び陰極室を形成せしめてな
   る膜電解槽の前記陽極室に、塩化カリウムの飽和水溶液
   （陽極液）を供給し；前記電解槽の陰極室に、炭酸カリ
   ウム及び炭酸水素カリウムの水溶液（陰極液）を供給し
   ；前記陽極液を陽極室において電気分解して、塩素ガス
   を陽極で発生させると共に、カリウムイオンを膜を通っ
   て陽極室から陰極室に移動させ；塩化カリウムが消費さ
   れた陽極液を陽極室から取出した後、塩化カリウムを飽
   和させ、前記陽極室に再循環し；前記電解槽の陰極室に
   おいて、前記陰極液を電気分解して、水素を陰極で発生
   させると共に、炭酸水素カリウムを少なくとも部分的に
   炭酸カリウムに変化させ、ついで炭酸カリウムを富有す
   る陰極液を陰極室から取出し、この富有陰極液の一部を
   硝酸で処理して、硝酸カリウムの水溶液を生成させると
   共に、二酸化炭素ガスを発生させ、一方、前記富有陰極
   液の残部を前記二酸化炭素と接触させて、この中に含ま
   れる炭酸カリウムの少なくとも一部を炭酸水素カリウム
   に変化させ、その後、これを前記陰極室に再循環し；前
   記水溶液から硝酸カリウムを回収することを特徴とする
   、硝酸カリウムの製法。 ２　特許請求の範囲第１項記載の製法において、前記電
   界槽の陽極室に、塩化カリウム３００−３２０ｇ／ｌを
   含有する水溶液でなる陽極液を供給し、陰極室に、炭酸
   カリウム３０−５０重量％及び炭酸水素カリウム１−８
   重量％を含有する水溶液でなる陰極液を供給し、温度５
   ０−１００℃で電気分解を行ない、塩化カリウム１８０
   −２００ｇ／ｌを含有する水溶液でなる陽極液及び炭酸
   水素カリウムを含有しない又は実質的に含有しない陰極
   液を取出す、硝酸カリウムの製法。 ３　特許請求の範囲第１項記載の製法において、硝酸カ
   リウムを前記水溶液から晶出又は噴射造粒処理によって
   回収する、硝酸カリウムの製法。