JP4843895B2 - 水溶液の処理方法および装置 - Google Patents
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Description
NH4NO3+KOH→KNO3+NH3+H2O (2)式
このようにして、水溶液中の過剰のアンモニアを除去すると同時に、アンモニウム塩を全てカリウム塩に変えることができる。
このようにして、陰極セル6−3の水溶液中のアルカリ濃度は電気透析が進むにつれて高くなるので、必要に応じて、その一部を抜き出して水を補充し、抜き出したアルカリ水溶液は前述の中和処理やアンモニア蒸留処理等に再利用することができる。
このように、図3に示した電気透析装置においては、陽極3−3および陰極4−3は電気透析用電極として機能すると同時に、水素イオンや水酸イオンを生成させるための電解用電極としても機能している。
O2+2H2O+4e→4OH− (6)式
ガス拡散電極を用いることにより、比較的低い電圧で効率的に水素イオンや水酸イオンを生成させることができるので、電力費が節約できる。
(工程A)水溶液中に含まれる酸を分離する工程、
(工程B)前記工程Aを経た後の水溶液にアルカリを添加する工程、
(工程C)前記工程Bによって生じた「沈殿物」と「塩を主成分とする水溶液」を分離する工程、
(工程D)前記工程Cで分離した塩を主成分とする水溶液に、強アルカリを添加した後、アンモニアを蒸留分離する工程、
(工程E)前記工程Dでアンモニアを蒸留分離した後の塩を主成分とする水溶液を電気透析処理する工程、および
(工程F)前記工程Cによって分離した沈殿物を洗浄した後、加熱、焼成する工程の一連の工程を経る際に、
前記工程Bで添加するアルカリの量を下記(a)、(b)または(c)のように制御することを特徴とする水溶液の処理方法。
(a)処理される水溶液がチタンのふっ化物を含み、鉄のふっ化物を含まない場合は、該水溶液のpHが9〜11になるようにアンモニアを添加する。
(b)処理される水溶液がシリコンのふっ化物を含み、鉄およびチタンのふっ化物を含まない場合は、該水溶液のpHが8〜11になるようにアンモニアを添加する。
(c)処理される水溶液が鉄のふっ化物を含む場合は、該水溶液のpHが12〜13となるようにアンモニアと水酸化カリウムを添加する。
陽極と陰極の間に、複数のイオン交換膜を配列した構造を有する電気透析装置またはそのユニットを用い、陽極側の陽イオン交換膜と陰極側の陰イオン交換膜の間に形成されるセルへ、該セルの陽極側に隣接するセルから陽イオン交換膜を通して水素イオンを供給し、該セルの陰極側に隣接するセルから陰イオン交換膜を通して陰イオンを供給することによって、該セル中に酸を生成させる。この時、該セルの陰極側に隣接するセルには前記工程Cによって分離された塩を主成分とする水溶液を入れ、該セルの陽極側に隣接するセルには硫酸などの酸を主成分とする水溶液を入れる。
陽極と陰極の間に、複数のイオン交換膜を配列した構造を有する電気透析装置またはそのユニットを用い、陽極側の陰イオン交換膜と陰極側の陽イオン交換膜の間に形成されるセルから、該セルの陽極側に隣接するセルへ、陰イオン交換膜または1価陰イオン選択透過性を有する陰イオン交換膜を通して1価の陰イオンを供給し、該セルの陰極側に隣接するセルへ、陽イオン交換膜または水素イオン選択透過性を有する陽イオン交換膜を通して水素イオンを供給することによって、該セル中に入れた水溶液中の酸を減少させる。
陽極、陽イオン交換膜1、陰イオン交換膜1、陽イオン交換膜2、陰イオン交換膜2、陽イオン交換膜3、陰極の順に配列した構造を有し、陰イオン交換膜1として1価陰イオン選択透過性を有する陰イオン交換膜を用いることと、陽イオン交換膜2として水素イオン選択透過性を有する陽イオン交換膜を用いることの一方または両方を採用した電気透析装置またはそのユニットを用いて、前記工程Aと前記工程Eの処理を同時に行うことを特徴とする水溶液の処理方法。
(8)(6)の水溶液の処理方法における前記工程Aで処理を行うに際し、
陽極、陽イオン交換膜1、陰イオン交換膜1、陽イオン交換膜2、陰イオン交換膜2、陽イオン交換膜3、陰極の順に配列した構造を有し、陰イオン交換膜1として1価陰イオン選択透過性を有する陰イオン交換膜を用いることと、陽イオン交換膜2として水素イオン選択透過性を有する陽イオン交換膜を用いることの一方または両方を採用した電気透析装置またはそのユニットを用いて、前記工程Aと前記工程Eの処理を同時に行うことを特徴とする水溶液の処理方法。
2−1〜14 陰イオン交換膜
3−1〜10 陽極
4−1〜10 陰極
5−1〜12 酸が生成するセル
6−1〜9 塩またはアルカリが生成するセル
7−1〜12 酸を供給するセル
8−1〜11 塩を供給するセル
9−1〜6 電気透析装置
10−1〜8 直流電源
11−1〜8 導線
12−1〜5 導管
13−1〜5 ポンプ
14 電解装置
15 反応層
16 ガス拡散層
17 集電体
18 気室
19 ガス拡散電極
20 中和処理/沈殿分離後溶液導入管
21 強アルカリ導入管
22 空気導入管
23 水蒸気導入管
24 留出管
25 排出管
26 バルブ
27 撹拌機
28 ヒーター
29 温度センサー
30 pHセンサー
31 アンモニア蒸留槽
32 冷却器
33 容器
34 アンモニア水
Claims (8)
- チタン、シリコンおよび鉄それぞれのふっ化物を下記(a)、(b)または(c)の条件で含む水溶液の処理方法において、
(工程A)水溶液中に含まれる酸を分離する工程、
(工程B)前記工程Aを経た後の水溶液にアルカリを添加する工程、
(工程C)前記工程Bによって生じた「沈殿物」と「塩を主成分とする水溶液」を分離する工程、
(工程D)前記工程Cで分離した塩を主成分とする水溶液に、強アルカリを添加した後、アンモニアを蒸留分離する工程、
(工程E)前記工程Dでアンモニアを蒸留分離した後の塩を主成分とする水溶液を電気透析処理する工程、および
(工程F)前記工程Cによって分離した沈殿物を洗浄した後、加熱、焼成する工程の一連の工程を経る際に、
前記工程Bで添加するアルカリの量を下記(a)、(b)または(c)のように制御することを特徴とする水溶液の処理方法。
(a)処理される水溶液がチタンのふっ化物を含み、鉄のふっ化物を含まない場合は、該水溶液のpHが9〜11になるようにアンモニアを添加する。
(b)処理される水溶液がシリコンのふっ化物を含み、鉄およびチタンのふっ化物を含まない場合は、該水溶液のpHが8〜11になるようにアンモニアを添加する。
(c)処理される水溶液が鉄のふっ化物を含む場合は、該水溶液のpHが12〜13となるようにアンモニアと水酸化カリウムを添加する。 - 前記工程Eにおいて、電気透析処理を下記の処理を施すことによって行うことを特徴とする請求項1に記載の水溶液の処理方法。
陽極と陰極の間に、複数のイオン交換膜を配列した構造を有する電気透析装置またはそのユニットを用い、陽極側の陽イオン交換膜と陰極側の陰イオン交換膜の間に形成されるセルへ、該セルの陽極側に隣接するセルから陽イオン交換膜を通して水素イオンを供給し、該セルの陰極側に隣接するセルから陰イオン交換膜を通して陰イオンを供給することによって、該セル中に酸を生成させる。この時、該セルの陰極側に隣接するセルには前記工程Cによって分離された塩を主成分とする水溶液を入れ、該セルの陽極側に隣接するセルには硫酸などの酸を主成分とする水溶液を入れる。 - 前記工程Eの電気透析処理において、酸を生成させるために必要な水素イオンを新酸の補給または電解反応によって供給することを特徴とする請求項2に記載の水溶液の処理方法。
- 前記工程Eの電気透析処理によって生成する酸がふっ化水素酸および/または硝酸であり、酸とは別に、硫酸アンモニウムまたは水酸化カリウムが生成することを特徴とする請求項2または3に記載の水溶液の処理方法。
- 前記(a)、(b)の水溶液を処理対象とする場合、前記工程Cによって分離される沈殿物がチタンまたは/およびシリコンの水酸化物であり、これを前記工程Fによって加熱、焼成し、該水酸化物に含まれるふっ素を四ふっ化チタンまたは/および四ふっ化シリコンとして揮散させることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水溶液の処理方法。
- 前記工程Aにおいて、水溶液中の酸の分離を下記の処理を施すことによって行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の水溶液の処理方法。
陽極と陰極の間に、複数のイオン交換膜を配列した構造を有する電気透析装置またはそのユニットを用い、陽極側の陰イオン交換膜と陰極側の陽イオン交換膜の間に形成されるセルから、該セルの陽極側に隣接するセルへ、陰イオン交換膜または1価陰イオン選択透過性を有する陰イオン交換膜を通して1価の陰イオンを供給し、該セルの陰極側に隣接するセルへ、陽イオン交換膜または水素イオン選択透過性を有する陽イオン交換膜を通して水素イオンを供給することによって、該セル中に入れた水溶液中の酸を減少させる。 - 請求項2に記載の水溶液の処理方法における前記工程Eで処理を行うに際し、
陽極、陽イオン交換膜1、陰イオン交換膜1、陽イオン交換膜2、陰イオン交換膜2、陽イオン交換膜3、陰極の順に配列した構造を有し、陰イオン交換膜1として1価陰イオン選択透過性を有する陰イオン交換膜を用いることと、陽イオン交換膜2として水素イオン選択透過性を有する陽イオン交換膜を用いることの一方または両方を採用した電気透析装置またはそのユニットを用いて、前記工程Aと前記工程Eの処理を同時に行うことを特徴とする水溶液の処理方法。 - 請求項6に記載の水溶液の処理方法における前記工程Aで処理を行うに際し、
陽極、陽イオン交換膜1、陰イオン交換膜1、陽イオン交換膜2、陰イオン交換膜2、陽イオン交換膜3、陰極の順に配列した構造を有し、陰イオン交換膜1として1価陰イオン選択透過性を有する陰イオン交換膜を用いることと、陽イオン交換膜2として水素イオン選択透過性を有する陽イオン交換膜を用いることの一方または両方を採用した電気透析装置またはそのユニットを用いて、前記工程Aと前記工程Eの処理を同時に行うことを特徴とする水溶液の処理方法。
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