KR20020081122A - 알칼리 용액의 정제 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 불순물 농도가 매우 낮고, 안정된 농도의 고농도 알칼리 용액을 얻을 수 있는 알칼리 용액의 정제 방법을 제공하는 데 있다. 전해조(2)를 양이온 교환막(21)에 의해 양극실(3)과 음극실(4)로 구획한다. 양극실(3)에 원료 탱크(5)로부터 불순물 농도가 높은 32 ％ 원료 NaOH 용액을 공급하는 동시에, 양극실(3)로부터 오버 플로우한 양극 순환액을 양극 순환 탱크로부터 65g/h의 유량으로 순환 공급하고, 음극실(4)에는 정제 탱크(7)를 거쳐서 불순물 농도가 10 ppb 이하인 48 ％ NaOH 용액을 1000 g/h의 유량으로 순환 공급한다. 양극 순환액의 농도를 검출하고, 이 검출치에 의거하여 원료 NaOH 용액의 공급량을 제어하면서 전기 분해를 행한다. 이에 의해 양극실(3)의 NaOH 용액 농도가 안정되므로, 음극실(4)에서는 48 ％ 이상의 안정된 농도로서 불순물 농도가 10 ppb 이하인 정제 NaOH 용액을 얻을 수 있다.

Description

알칼리 용액의 정제 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR REFINING ALKALI SOLUTION AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은, 예를 들어 수산화 나트륨 용액이나 수산화 칼륨 용액 등의 알칼리 용액의 정제 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체의 기반이 되는 실리콘 웨이퍼의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼의 연마나 세정 공정에서는 알칼리 약품이 이용되고 있지만, 최근 산업의 고도화나 파인화가 진행하면서, 이에 수반하여 알칼리 약품으로서 수산화 나트륨 용액(NaOH 용액)을 이용하는 경우, 예를 들어 농도가 10 내지 50 중량 ％ 정도로 불순물 농도가 예를 들어 10 ppb 이하 정도의 매우 고순도인 동시에 고농도인 NaOH 용액이 요구되고 있다.
종래 NaOH 용액을 제조하는 방법으로서는 양극실과 음극실을 양이온 교환막으로 구획한 전해조의 양극실에 식염수를 주입하고, 양극실측으로부터 나트륨 이온을 양이온 교환막을 거쳐서 음극실로 통과시켜 음극실에 있어서 NaOH 용액의 생성반응을 진행시키는 방법이 알려져 있다. 이와 같이 하여 얻게 된 NaOH 용액의 농도는 고작 30 내지 35 중량 ％이고, 이것을 고농도의 용액으로 하기 위해서는 예를 들어 농축캔을 이용하여 농축하려고 했으나, 이와 같은 방법은 설비가 대규모가 되어 처리 시간도 길어지게 되었다.
이로 인해 본 발명자들은, 예를 들어 도4에 도시한 바와 같이 양이온 교환막(11)에 의해 전해조(1)를 양극실(12)과 음극실(13)로 구획하고, 양극실(12)에 불순물 농도가 높은 원료 NaOH 용액을 공급하여 전기 분해를 행함으로써 음극실(13)에서 원료 NaOH 용액보다도 불순물 농도가 낮고, 농도가 높은 정제 NaOH 용액을 얻는 기술을 검토하고 있다. 이 수법은, 양극실(12)에서 생성된 나트륨 이온(Na＋)이 양이온 교환막(11)을 거쳐서 음극실(13)에 통과하고, 이에 의해 음극실(13)에서 나트륨의 수산화물인 수산화 나트륨이 생성되며, 이 수산화 나트륨이 물에 용해되어 수산화 나트륨 용액이 생성된다는 것이다.
이 때 양극실(12)에서는 불순물인 금속이 존재하지만, 이 금속은 알칼리성 분위기 속에서는 음이온으로서 존재하거나 수산화물이 되어 침전하므로, 양이온 교환막(11)을 통과할 수 없다. 이로 인해 음극실(13)에는 불순물이 들어가지 않으므로 얻을 수 있는 수산화 나트륨 용액은 불순물 농도가 매우 낮은 것이 되고, 또한 Na＋가 음극실(13)로 이행함으로써 서서히 음극실(13)의 NaOH 용액의 농도가 높아지므로 정제 NaOH 용액은 원료 NaOH 용액보다도 농도가 높은 것이 된다.
그런데 상술한 수법에서는, 일정한 전류 밀도로 전기 분해를 행하면 일정량의 이온만 양극실(12)로부터 양이온 교환막(11)을 거쳐서 음극실(13)로 이행한다. 그러나 NaOH는 농도에 의해 수화하는 H2O 분자의 수가 다른 것을 알 수 있고, 이에 의해 양극실(12) 내의 NaOH 용액의 농도에 따라서 양극실(12)로부터 Na＋가 이행할 때에 따라 가는 H2O 분자의 수가 다르다. 이로 인해 양극실(12)에 공급하는 원료 NaOH 용액의 농도가 변화하면, 음극실(13)에 있어서의 정제 NaOH 용액의 농도도 변화해 버린다.
여기서 양극실(12)로 정량 펌프에서 일정량의 원료 NaOH 용액을 공급하도록 해도 양극실(12) 내의 NaOH 용액의 농도는 항상 일정한 상태가 아니고, 이로 인해 정제 NaOH 용액의 농도가 안정되지 않는다는 과제가 있다.
본 발명은 이와 같은 사정 하에 이루어진 것으로, 그 목적은 안정된 정제 농도를 얻을 수 있는 알칼리 용액의 정제 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 알칼리 용액의 정제 시스템의 일예를 나타낸 구성도.
도2는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 알칼리 용액의 정제 시스템을 나타낸 구성도.
도3은 정제 NaOH 용액 속의 불순물 농도를 나타낸 특성도.
도4는 종래의 알칼리 용액의 정제에 이용되는 전해조를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 전해조
21 : 양이온 교환막
3 : 양극실
31 : 양극
4 : 음극실
41 : 음극
5 : 원료 탱크
51 : 공급로
6 : 양극 순환 탱크
61 : 순환로
7 : 정제액 탱크
8 : 제어부
81 : 농도 검출부
V1 : 개폐 밸브
본 발명의 알칼리 용액 정제 장치는 양이온 교환막에 의해 양극실과 음극실로 구획된 전해조와,
상기 양극실 및 음극실에 각각 설치된 양극 및 음극 사이에 전압을 인가하는 전원부와,
상기 양극실에 불순물 농도가 높은 원료 알칼리 용액을 공급하는 공급로와,
상기 공급로에 설치된 유량 조정부와,
상기 양극실로부터 유출되는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액을 다시 양극실로 공급하는 순환로와,
상기 순환로에 의해 순환하는 양극실로부터 유출되는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액의 농도를 검출하는 검출부와,
상기 검출부로부터의 농도 검출치가 미리 정해진 설정치보다도 낮아지면 원료 알칼리 용액의 공급량이 많아지도록, 또한 상기 농도 검출치가 미리 정해진 설정치보다도 높아지면 원료 알칼리 용액의 공급량이 적어지도록 상기 유량 조정부를 제어하는 제어부와,
음극실에서 얻게 된 정제액을 음극실로부터 취출하는 수단을 구비하고,
양극실로부터 상기 양이온 교환막을 거쳐서 통과한 금속의 양이온을 음극실에 있어서 물과 반응시켜 원료 알칼리 용액보다도 불순물 농도가 낮고, 그 농도가 높은 정제 알칼리 용액을 얻는 것을 특징으로 한다.
순환로에는 예를 들어 순환 탱크가 설치된다. 정제액을 음극실로부터 취출하는 수단은, 예를 들어 음극실 내의 음극액을 순환하기 위한 순환로와, 이 순환로에 설치된 정제액 탱크와, 이 정제액 탱크로부터 정제액을 취출하는 수단을 구비하고 있다. 또한 양극실에는 양극실에서 발생하는 산소 가스를 배출하기 위한 배출로가 설치되고, 음극실에는 음극실에서 발생하는 수소 가스를 배출하기 위한 배출로가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 알칼리 용액 정제 방법은 양이온 교환막에 의해 양극실과 음극실로 구획된 전해조에 있어서, 상기 양극실에 불순물 농도가 높은 원료 알칼리 용액을 공급하는 공정과,
양극실로부터 유출되는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액을 다시 양극실로 순환 공급하는 공정과,
양극실로부터 유출되는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액의 농도를 검출하는 공정과,
상기 양극실로부터 유출되는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액의 농도 검출치에 의거하여 상기 양극실로 공급하는 원료 알칼리 용액의 공급량을 제어하는 공정과,
상기 전해조에 있어서 전기 분해를 행하는 공정을 포함하고,
상기 양극실로부터 상기 양이온 교환막을 거쳐서 금속의 양이온을 상기 음극실에 통과시키고, 상기 음극실에 있어서 이 금속의 양이온과 물을 반응시켜 원료 알칼리 용액보다도 농도가 높고, 예를 들어 불순물 농도가 10 ppb 이하로 매우 낮은 정제 알칼리 용액을 생성하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어 알칼리 용액으로서 수산화 나트륨 용액을 정제하는 경우에는, 양극실에 불순물 농도가 높은 예를 들어 20 내지 35 중량 ％의 수산화 나트륨 용액을 공급하고, 음극실에 불순물 농도가 매우 낮은 물이나 수산화 나트륨 용액을 공급하여 전기 분해를 행한다. 여기서 양극실에는 금속의 양이온인 나트륨 이온(Na＋)과, 수산화물 이온(OH－)과, 불순물인 금속이 존재하지만, 불순물인 금속은 알칼리성 분위기 속에서는 음이온으로서 존재하거나 수산화물이 되어 침전한다. 이로 인해 양극실에 있어서의 양이온은 나트륨 이온뿐이고, 이 나트륨 이온만이 양이온 교환막을 거쳐서 음극실로 통과한다. 음극실에서는 전기 분해에 의해 나트륨의 수산화물인 수산화 나트륨이 생성되고, 이 수산화 나트륨이 물에 용해되어 수산화 나트륨 용액이 생성되지만, 음극실에는 불순물이 들어가지 않으므로 얻을 수 있는 수산화 나트륨 용액은 불순물 농도가 매우 낮은 것이 된다.
이 때 양극실로부터 오버 플로우한 양극 순환액의 농도에 의거하여 원료 수산화 나트륨 용액의 공급량을 제어하고 있으므로, 양극실 내의 수산화 나트륨 용액의 농도가 안정되어 음극실에서 안정된 농도의 정제 수산화 나트륨 용액을 얻을 수 있다.
또한 예를 들어 알칼리 용액으로서 수산화 칼륨 용액의 정제를 행하는 경우에는, 예를 들어 청구항 1에 기재된 알칼리 용액의 정제 장치로 이루어지는 제1 정제 장치와, 청구항 1에 기재된 알칼리 용액의 정제 장치로 이루어지는 제2 정제 장치를 구비하고,
제1 정제 장치의 양극실로부터 배출되는 전기 분해후의 불순물 농도가 높은 알칼리 용액을 제2 정제 장치의 양극실로 공급하는 것을 특징으로 하는 장치에서 행하는 것이 바람직하고, 이 구성에 따르면 제1 정제 장치의 전기 분해후의 불순물 농도가 높은 알칼리 용액을 제2 정제 장치에서 이용하고 있으므로 폐액량을 저감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 상기 양이온 교환막으로서는 고농도막을 이용하는 것이 바람직하고, 이 경우에는 예를 들어 45 중량 ％ 이상의 농도인 고농도 수산화 나트륨 용액이나, 예를 들어 45 중량 ％ 이상의 농도인 고농도 수산화 칼륨 용액을 얻을 수 있다. 또한 상기 전해조는 상기 전해조로부터 발생하는 불순물량을 억제하기 위해, 폴리테트라 플루오로 에틸렌으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 양이온 교환막을 구비한 전해조의 양극실에 불순물 농도가 높은 원료 알칼리 용액을 공급하여 전기 분해를 행하고, 음극실에서 원료 알칼리 용액보다도 농도가 높고 불순물 농도가 매우 낮은 정제 알칼리 용액을 얻는 데 있어서, 양극실로부터 오버 플로우하는 순환 양극액의 농도를 검출하고, 이 검출치에 의거하여 양극실로의 원료 알칼리 용액의 공급량을 제어함으로써 안정된 농도의 정제 알칼리 용액을 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.
이하에 본 발명에 대해 알칼리 용액으로서 수산화 나트륨 용액(NaOH 용액)의 정제를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도1은 본 발명 방법을 실시하는 알칼리 용액의 정제 장치의 일예를 나타내는 것으로, 도면 중 부호 2는 농도가 높고 불순물 농도가 낮은 정제 NaOH 용액을 얻기 위한 밀폐 용기로 이루어지는 전해조이다. 이 전해조(2)는 알칼리 용액에 의해 부식되지 않는 재질, 예를 들어 폴리프로필렌(PP)이나 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE), 테트라 플루오로 에틸렌 플루오로 알킬 비닐 에테르 공중 합체(PFA) 등의 수지에 의해 구성되어 있고, 양이온 교환막(21)에 의해 양극실(3) 및 음극실(4)로 구획되어 있다.
상기 양이온 교환막(21)으로서는, 예를 들어 함불소 양이온 교환막인 아사히가라스샤 제품의 상품명 FX－151 고농도막이 이용되고, 이 고농도막은 예를 들어 32 중량 ％ NaOH 용액을 45 중량 ％ 내지 60 중량 ％ 정도까지 농축할 수 있는 막이다.
상기 양극실(3)에는 상기 양극실(3)을 구획하도록 양극(31)이 설치되어 있고, 상기 음극실(4)에는 상기 음극실(4)을 구획하도록 음극(41)이 설치되어 있다. 이들 양극(31) 및 음극(41)은 양극액이나 음극액이 통과할 수 있도록 라스망 등의 도전성 재료제의 망이나 펀칭 등의 다수의 구멍이 뚫어 설치된 도전성 재료 박판 등으로 이루어지고, 예를 들어 농도가 높은 알칼리 용액에 내식성이 있는 도전성 재료, 예를 들어 니켈(Ni) 등에 의해 구성되고, 양자는 직류 전원(23)에 접속되어 있다.
상기 양이온 교환막(21), 양극(31), 음극(41)은 각각 상부측 및 하부측을 가스켓 부재(24, 25)에 의해 전해조(2)에 기밀하게 고정되어 있다. 이 가스켓 부재(24, 25)는 예를 들어 알칼리 용액에 의해 부식되지 않는 재질, 예를 들어 천연 고무, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), PTFE나 PFA, PP, 고어텍스 등에 의해 구성된다.
이렇게 형성된 전해조(2)에서는 양극실(3)에서 후술하는 양극(31)에서의 반응에 의해 발생하는 산소(O2)가 배기관(32)을 거쳐서 배기되는 동시에, 음극실(4)에서 후술하는 음극(41)에서의 반응에 의해 발생하는 수소(H2)가 배기관(42)을 거쳐서 배기되도록 되어 있다.
또한 양극실(3)에는, 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성된 원료 탱크(5)에 의해 정제 원료가 되는 NaOH 용액(이하「원료 NaOH 용액」이라 함)이 유량 조정부를 이루는 개폐 밸브(V1), 정량 펌프(P1)를 구비한 공급로(51)를 거쳐서공급되도록 되어 있다. 또한 양극실(3)에서 오버 플로우한 양극액{양극실(3) 내의 NaOH 용액[이하「양극 순환액」이라 함]}은 예를 들어 PFA로 이루어지는 양극 순환 탱크(6), 정량 펌프(P2)가 장착된 순환로(61)로부터 양극실(3)로 순환 공급되도록 되어 있고, 상기 양극 순환 탱크(6)의 출구측 배관 근방에는 양극액을 소정의 온도로 조정하기 위한 온도 조정부, 예를 들어 저항 발열 부재로 이루어지는 히터(62)가 설치되어 있다. 또한 양극 순환 탱크(6)에서 발생하는 O2는 배기로(60)를 거쳐서 외부로 배기되도록 되어 있고, 양극 순환 탱크(6)에서 오버 플로우한 양극 순환액은 또한 수조(63)에 저류되도록 되어 있다. 도1의 예에서는 공급로(51)의 하류측은 순환로(61)에 접속되어 순환로(61)의 일부를 공급로(51)로서 이용하고 있다.
한편 음극실(4) 내의 음극액은 음극실(4)을 오버 플로우하여, 예를 들어 PFA로 구성된 정제액 탱크(7), 정량 펌프(P3)가 장착된 순환로(71)로부터 음극실(4)로 순환 공급되도록 되어 있고, 또한 정제액 탱크(7) 내부의 정제 NaOH 용액은 밸브(V2)를 개방함으로써 배출로(70)를 거쳐서 취출되도록 되어 있다. 순환로(71), 정제액 탱크(7) 및 배출로(70)는 정제액을 취출하기 위한 수단을 구성하고 있다.
도면 중 부호 81은 양극 순환 탱크(6) 내의 양극액의 농도를 검출하기 위한 예를 들어 비중계로 이루어지는 농도 검출부이며, 이 검출부(81)로부터의 검출치에 의거하여 제어부(8)를 거쳐서 밸브(V1)의 개방도가 제어되고, 원료 탱크(5)로부터 양극실(3)로 공급되는 원료 NaOH 용액의 양이 제어되도록 되어 있다. 이 예에서는모든 배관 재료는 PFA에 의해 구성되고, 밸브는 PTFE, 펌프는 PTFE제의 것을 각각 이용하고 있다. 또한 도1의 구성에서는 개방도가 제어되는 밸브(V1) 및 정제 NaOH 용액을 얻기 위한 밸브(V2)만 기재하고, 그 외의 밸브류는 생략하고 있다.
계속해서 이와 같은 알칼리 용액의 정제 장치에서 실시되는 본 발명의 방법의 일예에 대해 설명한다. 우선 이 장치에 있어서의 NaOH 용액의 전기 분해의 개요에 대해 간단하게 설명하면, 양극실(3)에는 원료 탱크(5)로부터 원료 NaOH 용액, 예를 들어 불순물 농도가 1 ppm 정도의 예를 들어 20 내지 35 중량 ％ NaOH 용액이 공급된다. 이 예에서는 원료 NaOH 용액으로서 예를 들어 32 중량 ％ NaOH 용액이 이용된다. 양극실(3)로부터 오버 플로우한 양극 순환액은 양극 순환 탱크(6)를 거쳐서 정량 펌프(P2)에 의해 소정 유량, 예를 들어 1000 g/h로 공급된다. 이 때 양극 순환 탱크(6)에서는 히터(62)에 의해 상기 탱크(6)로부터 유출되는 양극 순환액의 온도가 소정 온도, 예를 들어 70 ℃ 정도의 온도가 되도록 온도 조정이 행해진다.
한편 음극실(4)에는, 예를 들어 불순물 농도가 10 ppb 이하로 매우 낮은 48 중량 ％ NaOH 용액이 최초로 공급되어 있고, 이 음극액은 정제액 탱크(7)를 거쳐서 정량 펌프(P3)에 의해 소정 유량, 예를 들어 1000g/h의 유량으로 순환 공급된다. 이와 같이 하여 소정의 조건, 예를 들어 양극(31) 및 음극(41)에 전류 밀도가 30 A/dm2의 전류를 통해 전기 분해가 행해진다.
이 전기 분해에 의해, 양극실(3)에서는 NaOH 용액은 Na＋와 OH－, NaOH, 물(H2O) 분자의 상태로 존재하고, 이 중 Na＋는 양이온 교환막(21)을 통과하여 음극실(4)로 침입해 간다. 한편 OH－는 양이온 교환막(21)을 통과할 수 없으므로 양극실(3)에 존재하고, 양극실(3)에서 진행하는 이하의 수학식 1에 나타낸 전해 반응에 이용된다. 그리고 이 반응에 의해 발생하는 O2가스는 배기관(32)을 거쳐서 배기된다. 또한 물분자는 Na＋와 함께 양이온 교환막을 통과하여 음극실(4)측의 상기 교환막(2) 표면을 타고 하부측으로 흘러간다.
4OH－→ 2H2O ＋ O2＋ 4e
한편 음극실(4)에서는 이하의 수학식 2에 나타낸 전해 반응이 진행하고, 이 반응에 의해 NaOH가 생성된다. 그리고 이와 같이 생성된 NaOH는 음극실(4)로 공급되고 있던 불순물 농도가 매우 낮은 48 중량 ％ NaOH 용액의 수분에 용해된다. 이에 의해 전기 분해가 진행하면 점차로 음극실(4)의 NaOH 용액의 농도가 높아지고, 음극실(4)에서는 원료 NaOH 용액보다도 고농도, 예를 들어 45 중량 ％ 이상의 농도인 NaOH 용액이 생성되게 된다. 또한 전해 반응에 의해 발생한 수소(H2) 가스는 배기관(42)을 거쳐서 배기된다.
4Na ＋ 4H2O ＋ 4e → 2H2＋ 4NaOH
여기서 원료 NaOH 용액은, 예를 들어 종래 기술의 항목에서 서술한 소금물의 전기 분해에 의해 얻은 32 중량 ％ NaOH 용액을 이용하고 있고, 이 NaOH 용액에는 예를 들어 Fe, Ni, Mg, Ca 등의 불순물이 1 ppm 정도 포함되어 있지만 양극실(3) 내부는 NaOH 용액으로 채워져 있어 알칼리성이므로, 상기 Fe, Ni, Mg, Ca 등의 불순물인 금속은 상기 양극실(3) 내에서는 음이온의 상태로 존재하거나, 수산화물의 상태로 존재한다. 예를 들어 Fe의 경우에서는 알칼리성 분위기에서는 NaOH 용액 속에 HFeO2 －, FeO4 2－로서 존재하거나, Fe(OH)2,Fe(OH)3으로서 침전한다. 따라서 이들 불순물은 양이온 교환막(21)을 통과할 수 없어 양극실(3)에 머무르게 되고, 결과적으로 음극실(4)로 들어갈 수 없으므로 음극실(4)에서는 45 중량 ％ 이상이고, 또한 불순물 농도가 10 ppb 이하인 NaOH 용액이 생성되게 된다.
이 때 양극실(3)로부터 순환로(61)로 오버 플로우하는 양극 순환액 및 양극 순환 탱크(6)로부터 오버 플로우하는 양극 복귀액은 양극실(3) 내에 있어서의 전해 반응에 의해 Na＋가 음극실(4)로 이행하고 있으므로, 원료 NaOH 용액보다도 농도가 낮은 것이고, 예를 들어 15 중량 ％ 내지 18 중량 ％ 정도의 농도로 되어 있다.
계속해서 본 발명의 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 방법은 음극실(4)에서 얻을 수 있는 정제 NaOH 용액의 농도를 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도로부터 관리하려고 하는 것이다.
즉 기술한 바와 같이 전류 밀도가 일정한 경우, 양극실(3)로부터 음극실(4)로 이행하는 양이온의 양은 일정해지므로, 양이온의 이행량은 전류 밀도 및 전해시간으로부터 결정된다. 또한 음극실에서 생성되는 NaOH의 양도 전류 밀도 및 전해 시간으로부터 결정된다. 따라서 상술한 전기 분해에 의해 소정 농도의 NaOH 용액을 얻으려고 하는 경우, 음극실(4)로 공급되는 전해전의 NaOH 용액의 농도, 전류 밀도 및 전해 시간에 의해 전해 조건이 결정되어 음극실(4)로 초순수를 흘리는 경우에는 그 유량에 의해 전해 조건이 결정된다.
한편, 이와 같은 방법에서는 안정된 농도의 NaOH 용액을 얻기 위해, 양이온의 이행량을 안정시키는 것도 중요하고, 이로 인해 양극실(3)로 공급되는 NaOH 용액의 농도의 제어도 중요해진다. 즉 전류 밀도가 일정하더라도 기술한 바와 같이 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도에 의해 Na＋가 이행시에 데리고 가는 H2O 분자의 수가 다르므로, 양극실 내의 NaOH 용액의 농도가 높으면 결과적으로 정제 NaOH 용액의 농도가 높아진다. 또한 양극실 내의 NaOH 용액의 농도가 낮으면, 결과적으로 정제 NaOH 용액의 농도가 낮아진다. 이와 같이 양이온의 이행량이 안정되지 않으면 동일한 전해 조건만으로도 결과적으로 얻을 수 있는 정제 NaOH 용액의 농도가 달라져 버린다. 양극실(3)로 공급되는 NaOH 용액의 농도를 결정하는 요소 중 하나로서는 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 체류 시간이 있고, 이 체류 시간은 양극실(3)로의 NaOH 용액의 공급 유량에 의해 제어된다.
그런데 양극실에서는, 소정의 전류 밀도로 전기 분해를 행하면 양극실(3) 내의 Na＋중 일정량의 이온만이 음극실(4)로 이행하므로, 원료 NaOH 용액의 공급량이 일정한 경우, 양극실(3) 내로 공급하는 NaOH 용액의 농도가 커지면 양극실(3)로부터 오버 플로우하는 양극 순환액의 농도도 높아지고, 또한 원료 NaOH 용액의 농도가 일정한 경우, 양극실(3) 내로 공급하는 NaOH 용액의 공급량이 커지면 양극실(3)로부터 오버 플로우하는 양극 순환액의 농도도 높아진다.
여기서 가령 양극 순환액 및 원료 NaOH 용액의 양극실로의 공급량을 일정하게 한 경우, 양극 순환액의 농도가 높아지면 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도가 높아진다. 이와 같이 양극실(3) 내의 NaOH 용액 농도가 다르면 기술한 바와 같이 음극실(4)에서 얻을 수 있는 NaOH 용액의 농도가 달라져 버리므로, 음극실(4)에서 항상 안정된 NaOH 용액을 얻기 위해서는 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도를 안정시키는 것이 중요하고, 이 의미에서 음극실(4)에서 얻을 수 있는 정제 NaOH 용액의 농도를 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도로부터 관리하려고 하는 것이다.
구체적으로는, 양극실(3)로부터 순환로(61)로 오버 플로우하는 양극 순환액의 농도를 검출하고, 이 검출치에 의거하여 양극실(3)로의 원료 NaOH 용액의 공급량을 제어하지만, 이 예에서는 양극 순환 탱크(6) 내의 양극 순환액은 농도 검출부(81)에 의해 정기적으로 농도가 검출되고, 이 검출치에 의거하여 제어부(8)에 의해 개폐 밸브(V1)의 개방도가 제어되어 원료 탱크(5)로부터 양극실(3)로 공급되는 원료 NaOH 용액의 공급량이 조정된다. 이 때 양극 순환 탱크(6) 내의 양극 순환액은 정량 펌프(P2)에 의해 소정 유량, 예를 들어 1000 g/h의 유량으로 양극실(3)로 순환 공급되고, 정제 탱크(7) 내의 음극액도 정량 펌프(P3)에 의해 소정 유량, 예를 들어 1000 g/h의 유량으로 음극실(4)로 순환 공급된다. 또한 양극 순환 탱크(6)로부터 제1 수조(63)로 오버 플로우하는 양극 순환액(이하「복귀 양극액」이라 함)의 유량은 예를 들어 65g/h 정도이다.
원료 NaOH 용액의 공급량의 제어에 대해서는, 예를 들어 양극 순환액의 농도가 미리 정해진 설정치보다도 낮은 경우에는, 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도가 소정 농도보다도 낮다는 것이므로 개폐 밸브(V1)의 개방도를 크게 하여, 양극 순환액보다도 농도가 높은 원료 NaOH 용액의 공급량을 크게 하고, 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도를 소정 농도까지 높아지도록 조정한다. 또한, 예를 들어 양극 순환액의 농도가 미리 정해진 설정치보다도 높은 경우에는, 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도가 소정 농도보다도 높다는 것이므로 개폐 밸브(V1)의 개방도를 작게 하여, 양극 순환액보다도 농도가 높은 원료 NaOH 용액의 공급량을 적게 하고(공급량을 제로로 하는 경우도 있음) 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도를 소정 농도까지 낮아지도록 조정한다. 이 농도 조정에 있어서는 양극 순환액은 농도를 알 수 있고, 정량 펌프(P2)에 의해 소정량, 예를 들어 1000 g/h의 유량으로 공급되어 있으므로 32 중량 ％의 원료 NaOH 용액의 공급량을 조정하면, 양극실(3) 내의 양극액의 농도를 조정할 수 있다.
이렇게 하여 양극실(3) 내의 NaOH 용액 및 음극실(4) 내의 NaOH 용액을 각각 순환 공급하는 동시에, 양극 순환액의 농도에 의거하여 원료 NaOH 용액의 공급량을 제어하면서 양극(31) 및 음극(41)에 전류 밀도 30 A/ dm2의 전류를 공급하여 소정 시간 전기 분해를 행한다. 이에 의해 음극실(4)의 NaOH 용액은 소정 농도, 예를 들어 45 중량 ％ 이상의 농도, 예를 들어 48 내지 50 중량 ％로 농축되고, 이 후 밸브(V2)를 개방함으로써 불순물 농도가 매우 낮고 농도가 45 중량 ％ 이상인 고농도 정제 NaOH 용액을 얻는다. 한편 양극 순환 탱크(6)로부터 수조(63)로 오버 플로우한 복귀 양극액은 폐기되거나 회수하여 재이용된다.
상술한 방법에서는 양극실(3)로 공급되는 원료 NaOH 용액이나 양극액의 농도나 공급량, 전류 밀도와 전해 시간에 의해 Na＋의 생성량을 제어하고, 한편 음극실(4)로 공급하는 불순물 농도가 매우 낮은 NaOH 용액의 농도나 양극실(3)로부터 음극실(4)로 이행하는 물의 양, 음극실(4) 내의 음극액의 체류 시간 및 음극실(4)로 초순수를 흘리는 경우에는 그 유량을 제어하면 원하는 농도의 수산화 나트륨 용액을 얻을 수 있다.
이 때 양이온 교환막(21)으로서, 예를 들어 아사히가라스샤 제품의 상품명 FX－151로 이루어지는 고농도막을 이용함으로써, 이 막은 이온 교환층과 다공층의 복층 구조에 의해 고전류 효율, 낮은 전압에서 열화하는 일 없이 전기 분해를 행할 수 있으므로, 32 중량 ％의 NaOH 용액을 음극실(4)에서 45 중량 ％ 내지 60 중량 ％ 정도까지 농축할 수 있다.
또한, 이 때의 전해 조건으로서는 전류 밀도를 크게 하면 음극실(4)로 이행하는 Na＋량이 증가하지만, 양이온 교환막(21)에 부담이 가해져 수명이 짧아지는 것 외에, 전해조(2) 내의 온도나 전압이 상승하기 쉽고 또한 원료 NaOH 용액의 농도나 유량의 변화를 즉시 음극실(4)에서 얻을 수 있는 NaOH 용액의 농도로 반영되어 버려 제어가 곤란하므로, 안정된 운전을 행하기 위해서는 전류 밀도가 30 A/ dm2 정도, 양극 순환액 농도가 15 내지 18 중량 ％의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
또한 상술한 예에서는 양극실(3)로부터 오버 플로우한 양극 순환액을 양극 순환 탱크(6)를 거쳐서 다시 양극실(3)로 순환 공급하고 있으므로, 원료 NaOH 용액의 사용량을 저감시켜 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 양극실(3)로부터 오버 플로우한 양극 순환액은 원료 NaOH 용액보다도 농도가 낮아지지만 Na＋가 포함되어 있다. 또한 이 양극 순환액은 불순물을 포함하는 것이지만, 기술한 바와 같이 본 발명의 방법에서는 양극실의 불순물은 음극실로 이행하지 않는다.
이에 의해 상기 양극 순환액은 재사용할 수 있고, 또한 양극액의 농도는 원료 NaOH 용액의 농도보다는 낮지만, 양극실(3) 내에 있어서 농도가 예를 들어 32 중량 ％인 원료 NaOH 용액과 혼합되므로 후술하는 실험예로부터 명백한 바와 같이, 기술한 수법으로 45 중량 ％ 이상의 농도로 농축할 수 있어 고농도의 NaOH 용액을 얻을 수 있다.
이와 같이 양극실(3) 내에서 오버 플로우한 양극 순환액을 양극실(3)로 순환 공급함으로써, 시스템 밖으로 배출하는 NaOH 용액의 양이 후술하는 실험예보다 약 1/10 정도, 원료 NaOH 용액의 양이 1/3이 되고, 원료 NaOH 용액으로부터 정제 NaOH 용액을 얻는 수율이 순환 사용되지 않은 경우에 비해 수율이 27 중량 ％ 내지 80 중량 ％로 향상된다.
또한 상술한 예에서는, 양극실(3)로부터 오버 플로우한 양극 순환액의 농도에 의거하여 원료 NaOH 용액의 양극실(3)로의 공급량을 제어하고 있으므로 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 농도가 안정되고, 이에 의해 안정된 농도의 고농도NaOH 용액을 얻을 수 있다. 여기서 양극 순환액의 농도는 양극 순환 탱크(6) 내뿐만 아니라 순환로(61)의 도중이면 어느 타이밍에서 검출하도록 해도 좋다.
이에 대해 원료 NaOH 용액의 양극실(3)로의 공급량을 제어하지 않는 경우에는, 전해 조건을 교축함으로써 원료 NaOH 용액이나 양극 순환액을 정량 펌프에 의해 일정한 유량으로 공급하면, 45 중량 ％ 이상의 농도의 NaOH 용액을 얻을 수 있지만, 안정된 농도의 정제 NaOH 용액을 얻는 것은 곤란하다.
또한 양극 순환 탱크(6)에 온도 조정부를 설치하여 양극 순환액의 온도 조정을 행하고 있고, 이 양극 순환액을 양극실(3)로 공급함으로써 양극실(3) 내의 NaOH 용액의 온도나, 이 NaOH 용액과 인접하는 음극실(4) 내의 NaOH 용액의 온도를 조정할 수 있다. 이에 의해 전해조(2) 내의 액의 온도 관리를 행할 수 있으므로 안정된 상태에서 전해 반응을 행할 수 있어, 보다 안정된 농도의 정제 NaOH 용액을 얻을 수 있다. 이와 같이 양극 순환액의 온도 조정을 행하는 것은 유효하지만, 이와 같은 온도 관리를 행하지 않아도 안정된 농도의 정제 NaOH 용액을 얻을 수 있으므로 온도 조정부를 설치하지 않은 구성으로 해도 좋고, 전해조 내의 액의 온도 조정을 행할 수 있는 구성이면, 온도 조정부를 다른 장소에 설치하는 구성으로 해도 좋다.
또한 본 발명에서는, 원래 원료 NaOH 용액에 포함되어 있는 불순물 이외에 전해조 등으로부터 용출하는 불순물에 대해서도 고려할 필요가 있지만, 상술한 예에서는 전해조를 PP나 PTFE, PFA, 가스켓을 천연 고무, EPDM, PP, PTFE, PFA, 고어텍스 등에 의해 구성하고 있으므로, 알칼리 용액에 의한 부식이 억제되어전해조(2) 등으로부터 용출하는 불순물도 매우 적어진다. 여기서 양극실(3)에서 용출하는 불순물은 상술한 바와 같이, 양극실(3) 내에 음이온 또는 수산화물의 상태로 잔존하므로 정제후의 NaOH 용액에 포함되는 불순물은 음극실(4)에서 용출하는 만큼만으로 이루어진다. 따라서 음극실(4)에서 용출하는 양은 극단적으로 적어진다. 이 점에 있어서도 불순물 농도는 낮아진다. 또한 상술한 예에서는 전해조 이외의 탱크나 배관 재료, 밸브, 펌프에도 알칼리 용액에 대해 내식성이 있는 재질을 이용하고 있으므로, 이들로부터 용출하는 불순물의 양도 매우 적어진다.
또한 상술한 예에서는 양극(31) 및 음극(41)을, 예를 들어 Ni로 구성하였지만, Ni는 NaOH 용액 내에서는 부식되지 않고, 가령 금속 표면의 산화피막이 박리되어 떨어질 가능성을 고려해봐도 양극(31)에서 발생한 Ni 산화물은 양이온 교환막(2)을 통과할 수 없고, 음극(41)은 전기에 의해 음분극되어 있어 산화가 억제되므로 산화 피막이 박리되어 떨어질 우려가 없어, 불순물 발생 원인이 될 문제는 없다. 또한 본 발명이 적용되는 알칼리 용액으로서는 NaOH 용액에 한정되는 것은 아니며, KOH 용액이라도 좋다.
이상에 있어서 본 발명에서는, 도2에 도시한 바와 같이 상술한 알칼리 용액의 정제 장치를 다단으로 연결하도록 해도 좋다. 이 경우, 예를 들어 제1 정제 장치(100) 및 제2 정제 장치(200)는 각각 상술한 알칼리 용액의 정제 장치와 마찬가지로 구성되고, 제1 정제 장치(100)에 있어서 수조(63) 내에 저류된 복귀 알칼리 용액이 제2 정제 장치(200)의 원료 탱크(5)에 공급로(91)를 거쳐서 정량 펌프(P4)로부터 공급되도록 되어 있다.
이와 같은 알칼리 용액의 정제 장치는 수조(63)로부터 배출되는 복귀 알칼리의 회수를 할 수 없어 폐기하는 경우에 유효하고, 예를 들어 수산화 칼륨(KOH 용액)의 정제에 적합하다. 이 경우, 제1 정제 장치(100)에서는 수조(53) 내의 복귀 KOH 용액을 제2 정제 장치(200)로 공급하는 것 이외에는, 상술한 도1에 도시한 알칼리 용액의 정제 장치와 마찬가지인 수법으로 KOH 용액의 정제가 행해지고, 이에 의해 예를 들어 45 중량 ％ 이상의 농도로서 불순물 농도가 10 ppb 이하인 정제 KOH 용액을 얻을 수 있다.
또한 제2 정제 장치(200)에서는 원료 탱크(5)에 제1 정제 장치(100)에서 발생한 복귀 KOH 용액을 공급하고 있으므로, 양극실(3)로부터 유출되는 양극 순환액의 농도에 의거하여 원료 탱크(5)를 거쳐서 양극실(3)로 공급되는 제1 정제 장치(100)의 복귀 KOH 용액의 양이 제어되는 것 이외에는 상술한 실시 형태와 마찬가지인 수법으로 KOH 용액의 정제가 행해진다. 또한 제2 정제 장치(200)의 양극 순환 탱크(6)로부터 오버 플로우한 복귀 KOH 용액은 상당히 농도가 낮고, 양도 상대적으로 적으므로 용이하게 폐기할 수 있다.
이 제2 정제 장치(200)에서는 양극실 내의 KOH 용액의 농도가 제1 정제 장치보다도 낮아지므로, 음극실에서 얻을 수 있는 정제 KOH 용액의 농도가 예를 들어 25 중량 ％로서 제1 정제 장치에서 얻을 수 있는 정제 KOH 용액보다도 낮아진다. 이로 인해 제2 정제 장치에서 얻을 수 있는 정제 KOH 용액을 제품으로서 이용해도 좋지만, 제2 정제 장치(200)의 정제액 탱크(7) 내의 정제 알칼리 용액을 제1 정제 장치(100)의 원료 탱크(5)에 공급로(92)를 거쳐서 정량 펌프(P5)로부터 공급하도록해도 좋다.
이와 같이 정제 장치를 연결하면 복귀 알칼리 용액의 유효 이용이 도모되므로, 폐기하는 알칼리 용액의 양이 삭감되어 수율을 향상시킬 수 있는 데다가 농도가 다른 정제 알칼리 용액을 얻을 수 있다. 또한 이와 같이 정제 장치를 연결하는 구성은 복귀 KOH 용액의 폐액량을 더 삭감할 수 있으므로 KOH 용액의 정제에 적합하다.
이상에 있어서 본 발명은, 수산화 나트륨 용액 이외에 수산화 칼륨 용액, 수산화 바륨 용액, 수산화 리튬 용액, 수산화 세슘 용액 등의 알칼리 금속 혹은 알칼리 토류 금속의 수산화물로 이루어지는 알칼리로서 가용성이지만 정제에 적용할 수 있다.
또한 상술한 정제 장치에서는 양이온 교환막으로서 고농도막을 이용하지 않아도 좋고, 이 경우에는 얻을 수 있는 알칼리 용액의 농도가 45 중량 ％ 이하가 되지만, 원료 알칼리 용액보다도 농도가 높고, 불순물 농도가 예를 들어 1O ppb 이하로 매우 낮은 정제 알칼리 용액을 얻을 수 있다.
또한 본 발명에서는 유량 조정부로서 매스플로우 제어기를 이용하도록 해도 좋고, 양극실로부터 오버 플로우하는 양극 순환액의 농도를 검출하여 원료 NaOH 용액뿐만 아니라 양극 순환액의 공급량을 제어하도록 해도 좋다. 또한 양극실로부터 오버 플로우하는 양극 순환액의 농도를 순환로의 도중에서 검출하도록 해도 좋다.
또한 본 발명에서는 음극실에 음극액을 순환시키지 않는 구성으로 해도 좋지만, 음극액을 순환시키면 양이온 교환막의 표면으로의 가스 부착을 방지하기 위해전압을 강하시킬 수 있다는 점에서 유효하다. 또한 음극실에서는 물에 전해 반응에 의해 생성된 NaOH를 용해하면 되므로 전해전에 공급되는 액은 불순물 농도가 매우 낮은 물, 예를 들어 초순수라도 좋고, 음극실에는 미리 아무것도 공급하지 않고 양극실로부터 이행하는 물을 이용하여 NaOH 용액을 얻도록 해도 좋다.
[실시예]
〈제1 실시예〉
상술한 도1에 도시한 전해조(2)의 양극실(3)에 원료 탱크(5)에 의해 불순물 농도가 1 ppm인 32 중량 ％ 원료 NaOH 용액을 주입하는 동시에, 양극 순환 탱크(6)에 의해 양극실(3)로부터 오버 플로우한 양극 순환액을 1000 g/h의 유량으로 순환 공급하고, 음극실(4)에 불순물 농도가 10 ppb 이하로서 농도가 48 중량 ％인 NaOH 용액을 정제 탱크(7)를 거쳐서 1000 g/h의 유량으로 순환 공급하고, 양극 순환 탱크(6)로부터 오버 플로우하는 복귀 양극액의 유량을 65g/h로 하면서 양극(31) 및 음극(41)에 전류 밀도 30 A/ dm2의 전류를 통해 양극 순환액의 농도를 검출하고, 이 검출치에 의거하여 원료 탱크(5)로부터의 원료 NaOH 용액의 공급량을 제어하면서 전기 분해를 행하고, 소정 시간 경과후에 정기적으로 음극실(3)의 정제 NaOH 용액의 농도를 염산에 의한 적정법에 의해 측정하고, 또한 정제 NaOH 용액의 불순물 농도를 ICP AES(유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석 장치)에 의해 분석하였다.
이 때 전해조 및 가스켓은 PTFE에 의해 구성하고, 양극(31) 및 음극(41)은 Ni제의 라스망을 이용하였다. 또한 양이온 교환막으로서 아사히가라스샤 제품의 FX－151을 이용하고, 이 때의 유효 전해 면적은 10㎝ × 10㎝의 1dm2로 하였다.또한 양극 순환액은 온도 조정부에 의해 70 ℃ 정도의 온도로 온도 조정을 행하였다.
이 전기 분해에 의해 얻게 된 정제 NaOH 용액의 농도는 48 중량 ％ 이상으로 안정된 농도이고, 또한 원료 NaOH 용액의 유량 조정폭은 (150 ± 15)g/h(±10 중량 ％)이며, 양극 순환액의 농도는 16.5 중량 ％ 전후였다. 또한 불순물 농도를 조사한 바, 도3에 도시한 결과를 얻을 수 있고, 불순물 농도가 1O ppb 이하인 것이 인정되었다.
〈제1 비교예〉
원료 NaOH 용액의 공급량을 150g/h로 하고, 이 원료 NaOH 용액의 유량 제어를 행하지 않는 것 이외에는 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 전기 분해를 행하고, 소정 시간 경과후에 정기적으로 음극실(4)의 정제 NaOH 용액의 농도 및 불순물 농도의 검출을 행하였다.
이 전기 분해에 의해 얻게 된 음극실(4)의 정제 NaOH 용액의 농도는, 통전후의 경과 시간이 3 시간인 경우에는 45.2 중량 ％, 통전후의 경과 시간이 1일인 경우에는 52.8 중량 ％, 통전후의 경과 시간이 3일인 경우에는 48.5 중량 ％였다. 이와 같이 농도가 45 중량 ％ 이상, 불순물 농도가 10 ppb 이하인 정제 NaOH 용액을 얻을 수 있지만, 정제 NaOH 용액의 농도는 40 중량 ％ 내지 60 중량 ％의 범위에서 안정되지 않았다.
〈제2 비교예〉
원료 NaOH 용액의 공급량을 150g/h로 하고, 음극실로의 불순물 농도가 매우낮은 NaOH 용액의 공급량을 1000g/h로 하여, 양극액이나 음극액의 순환 공급 및 원료 NaOH 용액의 유량 제어를 행하지 않는 것 이외에는 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 전기 분해를 행하고, 소정 시간 경과후에 정기적으로 음극실(4)의 정제 NaOH 용액의 농도 및 불순물 농도의 검출을 행한 바, 이 전기 분해에 의해 얻게 된 정제 NaOH 용액의 농도는 45 중량 ％ 이상으로 불순물 농도는 10 ppb 이하였다.
제1 비교예 및 제2 비교예의 비교에 의해, 양극 순환액을 순환 공급시켜도 순환 공급하지 않는 경우와 거의 마찬가지로 불순물 농도가 10 ppb 이하인 정제 NaOH 용액을 얻을 수 있는 것이 인정되고, 양극 순환액을 순환 공급시켜도 원료 NaOH 용액의 불순물을 제거할 수 있는 것이 확인되었다. 또한 이들의 실험에서 양극 순환액을 순환 공급시킨 경우에는, 순환 공급하지 않는 경우에 비해 원료 NaOH 용액의 사용량이 약 1/3, 복귀 NaOH 용액의 양은 약 1/10이 되고, 원료 NaOH 용액의 유효 이용이 도모되어 수율이 약 27 중량 ％ 내지 약 80 중량 ％ 정도로 향상되는 것이 인정되었다.
또한 제1 실시예 및 제1 비교예의 비교에 의해, 양극 순환액의 농도에 의거하여 원료 NaOH 용액의 공급량을 제어함으로써 음극실에서 얻을 수 있는 정제 NaOH 용액의 농도가 안정되는 것이 확인되었다. 이와 같은 것으로부터 본 발명에 따르면, 농도가 45 중량 ％ 이상이고 불순물 농도가 10 ppb 이하인 NaOH 용액을 공업적으로 생성하는 시스템을 구축할 수 있다.
양이온 교환막에 의해 양극실과 음극실로 구획된 전해조에 있어서, 양극실에불순물 농도가 높은 원료 알칼리 용액을 공급하여 전기 분해를 행하는 음극실에 있어서, 원료 알칼리 용액보다도 농도가 크고 매우 불순물 농도가 낮은 정제 알칼리 용액을 얻는 데 있어서, 양극실로부터 오버 플로우하는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액의 농도를 검출하고, 이에 의거하여 원료 알칼리 용액의 공급량을 제어하도록 하면, 음극실에서는 안정된 농도의 정제 알칼리 용액을 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 양이온 교환막에 의해 양극실과 음극실로 구획된 전해조와,
    상기 양극실 및 음극실에 각각 설치된 양극 및 음극 사이에 전압을 인가하는 전원부와,
    상기 양극실에 불순물 농도가 높은 원료 알칼리 용액을 공급하는 공급로와,
    상기 공급로에 설치된 유량 조정부와,
    상기 양극실로부터 유출되는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액을 다시 양극실로 공급하는 순환로와,
    상기 순환로에 의해 순환하는 양극실로부터 유출되는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액의 농도를 검출하는 검출부와,
    상기 검출부로부터의 농도 검출치가 미리 정해진 설정치보다도 낮아지면 원료 알칼리 용액의 공급량이 많아지도록, 또한 상기 농도 검출치가 미리 정해진 설정치보다도 높아지면 원료 알칼리 용액의 공급량이 적어지도록 상기 유량 조정부를 제어하는 제어부와,
    음극실에서 얻게 된 정제액을 음극실로부터 취출하는 수단을 구비하고,
    양극실로부터 상기 양이온 교환막을 거쳐서 통과한 금속의 양이온을 음극실에 있어서 물과 반응시켜, 원료 알칼리 용액보다도 불순물 농도가 낮고, 그 농도가 높은 정제 알칼리 용액을 얻는 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  2. 제1항에 있어서, 순환로에는 순환 탱크가 설치된 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  3. 제1항에 있어서, 정제액을 음극실로부터 취출하는 수단은 음극실 내의 음극액을 순환하기 위한 순환로와, 이 순환로에 설치된 정제액 탱크와, 이 정제액 탱크로부터 정제액을 취출하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  4. 제1항에 있어서, 양극실에는 양극실에서 발생하는 산소 가스를 배출하기 위한 배출로가 설치되고, 음극실에는 음극실에서 발생하는 수소 가스를 배출하기 위한 배출로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  5. 제1항에 있어서, 알칼리 용액은 수산화 나트륨 용액 또는 수산화 칼륨 용액인 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  6. 제1항에 있어서, 불순물 농도가 높은 원료 알칼리 용액은 20 내지 35 중량 ％ 수산화 나트륨 용액으로, 정제 알칼리 용액은 45 중량 ％ 이상의 수산화 나트륨 용액인 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  7. 제1항에 있어서, 정제 알칼리 용액은 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속 이외의 금속의 함유량이 10 ppb 이하의 알칼리 용액인 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  8. 청구항 1에 기재된 알칼리 용액의 정제 장치로 이루어지는 제1 정제 장치와,
    청구항 1에 기재된 알칼리 용액의 정제 장치로 이루어지는 제2 정제 장치를 구비하고,
    제1 정제 장치의 양극실로부터 배출되는 전기 분해 후의 불순물 농도가 높은 알칼리 용액을 제2 정제 장치의 양극실로 공급하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  9. 제8항에 있어서, 제2 정제 장치의 음극실로부터 배출되는 정제액을 제1 정제 장치의 양극실로 원료 알칼리 용액으로서 공급로를 거쳐서 공급하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 장치.
  10. 양이온 교환막에 의해 양극실과 음극실로 구획된 전해조에 있어서, 상기 양극실로 불순물 농도가 높은 원료 알칼리 용액을 공급하는 공정과,
    양극실로부터 유출되는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액을 다시 양극실로 순환 공급하는 공정과,
    순환하는 불순물 농도가 높은 알칼리 용액의 농도를 검출하는 공정과,
    이 공정에서 얻게 된 농도 검출치가 미리 정해진 설정치보다도 낮아지면 원료 알칼리 용액의 공급량이 많아지도록, 또한 상기 농도 검출치가 미리 정해진 설정치보다도 높아지면 원료 알칼리 용액의 공급량이 적어지도록 상기 양극실로 공급하는 원료 알칼리 용액의 공급량을 제어하는 공정과,
    상기 전해조에 있어서 전기 분해를 행하는 공정을 포함하고,
    상기 양극실로부터 상기 양이온 교환막을 거쳐서 금속의 양이온을 상기 음극실로 통과시키고, 상기 음극실에 있어서 이 금속의 양이온과 물을 반응시켜 원료 알칼리 용액보다도 농도가 높고, 불순물 농도가 낮은 정제 알칼리 용액을 생성하는 것을 특징으로 하는 알칼리 용액의 정제 방법.
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