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JP5927840B2 - Perchlorate production apparatus and production method - Google Patents

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JP5927840B2 JP2011234828A JP2011234828A JP5927840B2 JP 5927840 B2 JP5927840 B2 JP 5927840B2 JP 2011234828 A JP2011234828 A JP 2011234828A JP 2011234828 A JP2011234828 A JP 2011234828A JP 5927840 B2 JP5927840 B2 JP 5927840B2
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

本発明は、過塩素酸塩の製造装置および製造方法に関するものである。   The present invention relates to a perchlorate production apparatus and production method.

過塩素酸塩は、固体燃料ロケットの推進薬の酸化剤(過塩素酸アンモニウム)を始め、リチウムイオン電池の支持電解質(過塩素酸リチウム)やエアバックの着火剤(過塩素酸カリウム)など、様々な用途に利用されている。
ここで、過塩素酸塩の製造方法としては、非特許文献1に詳しく記述されているように、工業的には塩化ナトリウム水溶液の電解酸化により合成した塩素酸ナトリウム水溶液を更に電解酸化して過塩素酸ナトリウムを合成した後、所定の処理を経て製造される。そこで、これまでの従来技術では、例えば特許文献1や特許文献2に記載に記載されているように、過塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液を効率的に電解合成するための方法に焦点が当てられてきた。
Perchlorates include solid fuel rocket propellant oxidizer (ammonium perchlorate), lithium ion battery supporting electrolyte (lithium perchlorate), airbag igniter (potassium perchlorate), It is used for various purposes.
Here, as described in detail in Non-Patent Document 1, as a manufacturing method of perchlorate, industrially, a sodium chlorate aqueous solution synthesized by electrolytic oxidation of a sodium chloride aqueous solution is further electrolytically oxidized to obtain a perchlorate. After sodium chlorate is synthesized, it is manufactured through a predetermined treatment. Therefore, in the conventional techniques so far, as described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2, a method for efficiently electrolytically synthesizing a sodium perchlorate (NaClO 4 ) aqueous solution has been focused. Has been.

特開平3−199387号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-199387 特開2007−197740号公報JP 2007-197740 A

J. C. Schumacher(ed.), Perchlorates, A.C.S.Monograph No.146, Reinhold, New York, 1960J. et al. C. Schumacher (ed.), Perchlorates, A.M. C. S. Monograph No. 146, Reinhold, New York, 1960

しかし、過塩素酸ナトリウム以外の過塩素酸塩を製造するにあたり、必ずしも過塩素酸ナトリウムを経由する必要は無い。そこで、本願発明者らは、過塩素酸ナトリウムの製造を経由しないで製造工程を簡略化した過塩素酸塩の製造方法を考案した。この製造方法では、陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とを陽イオン交換膜で仕切った電解槽を用い、塩素酸ナトリウム水溶液を陽極側で電解酸化して過塩素酸水溶液を生成し、この電解酸化で生成した過塩素酸水溶液に所定のアルカリ性水溶液を加えて、中和反応により過塩素酸塩を合成する。
しかし、この製造方法においては、塩素酸ナトリウムを原材料としているために、その原材料の調達安定性に課題がある。
However, in producing perchlorates other than sodium perchlorate, it is not always necessary to go through sodium perchlorate. Accordingly, the inventors of the present application have devised a method for producing a perchlorate in which the production process is simplified without going through the production of sodium perchlorate. In this manufacturing method, an electrolytic cell in which the anode side on which the anode is provided and the cathode side on which the cathode is provided is partitioned by a cation exchange membrane, and a sodium chlorate aqueous solution is electrolytically oxidized on the anode side to produce a perchloric acid aqueous solution. Then, a predetermined alkaline aqueous solution is added to the perchloric acid aqueous solution generated by this electrolytic oxidation, and a perchlorate is synthesized by a neutralization reaction.
However, since this manufacturing method uses sodium chlorate as a raw material, there is a problem in procurement stability of the raw material.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、過塩素酸の製造に際して原材料の調達安定性を高めることができる過塩素酸塩の製造装置および製造方法の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a perchlorate production apparatus and a production method capable of enhancing the procurement stability of raw materials when producing perchloric acid.

上記の課題を解決するために、本発明は、陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られ、該陽極側において塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して、過塩素酸水溶液を生成する電解槽と、上記電解槽での電解酸化により生成した過塩素酸水溶液に、水溶液にした際にアルカリ性を示す物質を添加して、中和反応により過塩素酸塩を合成する合成槽と、上記電解槽の陽極側におけるpHを計測するpH計と、 上記pH計の計測結果に基づいて、上記電解槽の陽極側に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、上記塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して塩素酸を主成分とする水溶液を生成する過程において、上記電解酸化時の上記陽極側におけるpHを調節するpH調節装置と、を有する過塩素酸塩の製造装置を採用する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an anode side on which an anode is provided and a cathode side on which a cathode is provided, which are partitioned by a cation exchange membrane. A perchlorate is synthesized by neutralization by adding a substance that shows alkalinity to an electrolytic cell that produces an aqueous chloric acid solution and an aqueous solution of perchloric acid produced by electrolytic oxidation in the electrolytic cell. And a pH meter for measuring the pH on the anode side of the electrolytic cell, and based on the measurement result of the pH meter, an aqueous sodium hydroxide solution is added to the anode side of the electrolytic cell, and the aqueous sodium chloride solution In the process of producing an aqueous solution containing chloric acid as a main component by electrolytic oxidation, a perchlorate production apparatus having a pH adjuster for adjusting the pH on the anode side during the electrolytic oxidation is employed. To.

また、本発明においては、上記電解槽での電解酸化により上記陽極で発生した酸素ガスの量を計測する酸素ガス量計測装置と、上記電解槽での電解酸化における電流量を計測する電流量計測装置と、上記酸素ガス量計測装置の計測結果と上記電流量計測装置の計測結果とに基づいて、上記電解槽での電解酸化に伴って上記陽極側において生成される次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を計測する計測装置と、を有するという構成を採用する。   Further, in the present invention, an oxygen gas amount measuring device for measuring the amount of oxygen gas generated at the anode by electrolytic oxidation in the electrolytic cell, and a current amount measurement for measuring the current amount in electrolytic oxidation in the electrolytic cell. Hypochlorous acid and chlorous acid produced on the anode side with electrolytic oxidation in the electrolytic cell based on the measurement results of the apparatus, the oxygen gas amount measuring device and the current amount measuring device A configuration having a measuring device that measures the amount of acid produced is employed.

そして、本発明においては、上記pH調節装置は、上記次亜塩素酸の生成量に基づいて、上記電解酸化時の上記陽極側におけるpHを調節するという構成を採用する。
具体的に、本発明における上記pH調節装置は、上記次亜塩素酸の生成量に基づいて、上記電解酸化時の上記陽極側におけるpHを5.0以上に調節するという構成を採用する。
And in this invention, the said pH control apparatus employ | adopts the structure of adjusting the pH in the said anode side at the time of the said electrolytic oxidation based on the production amount of the said hypochlorous acid.
Specifically, the pH adjusting device according to the present invention employs a configuration in which the pH on the anode side during the electrolytic oxidation is adjusted to 5.0 or more based on the amount of hypochlorous acid produced.

加えて、本発明においては、上記pH調節装置は、上記次亜塩素酸の生成量に基づく調節の後、上記亜塩素酸の生成量に基づいて、上記電解酸化時の上記陽極側におけるpHを調節するという構成を採用する。
具体的に、本発明における上記pH調節装置は、上記亜塩素酸の生成量に基づいて、上記電解酸化時の上記陽極側におけるpHを2.3以上に調節するという構成を採用する。
In addition, in the present invention, the pH adjusting device adjusts the pH on the anode side during the electrolytic oxidation based on the amount of chlorous acid produced after adjustment based on the amount of hypochlorous acid produced. A configuration of adjusting is adopted.
Specifically, the pH adjusting device according to the present invention employs a configuration in which the pH on the anode side during the electrolytic oxidation is adjusted to 2.3 or more based on the amount of chlorous acid produced.

さらに、本発明においては、上記pH調節装置は、上記計測装置の計測結果に基づいて、上記次亜塩素酸の生成量に基づく調節と上記亜塩素酸の生成量に基づく調節との切り替えを行うという構成を採用する。   Furthermore, in the present invention, the pH adjusting device switches between adjustment based on the amount of hypochlorous acid produced and adjustment based on the amount of chlorous acid produced based on the measurement result of the measuring device. The configuration is adopted.

また、本発明においては、陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られている電解槽を用い、該陽極側において塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して、過塩素酸水溶液を生成する工程と、上記電解酸化により生成した過塩素酸水溶液に、水溶液にした際にアルカリ性を示す物質を添加して、中和反応により過塩素酸塩を合成する工程と、上記電解槽の陽極側におけるpHを計測する工程と、上記pHの計測結果に基づいて、上記電解槽の陽極側に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、上記塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して塩素酸を主成分とする水溶液を生成する過程において、上記電解酸化時の上記陽極側におけるpHを調節する工程と、を有する過塩素酸塩の製造方法を採用する。   In the present invention, an electrolytic cell in which the anode side on which the anode is provided and the cathode side on which the cathode is provided is partitioned by a cation exchange membrane, and an aqueous sodium chloride solution is electrolytically oxidized on the anode side to A step of generating a chloric acid aqueous solution, a step of adding a substance exhibiting alkalinity to the aqueous solution of perchloric acid generated by electrolytic oxidation, and synthesizing a perchlorate by a neutralization reaction, Based on the step of measuring the pH on the anode side of the electrolytic cell and the measurement result of the pH, a sodium hydroxide aqueous solution is added to the anode side of the electrolytic cell, and the sodium chloride aqueous solution is electrolytically oxidized to mainly produce chloric acid. In the process of producing an aqueous solution as a component, a method for producing a perchlorate is adopted, which includes a step of adjusting the pH on the anode side during the electrolytic oxidation.

本発明によれば、塩素酸ナトリウムよりも入手容易な塩化ナトリウムを、原材料として用いることにより、原材料の調達安定性が高まり、しいては過塩素酸塩を安定して供給することができる。
また、本発明は、陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られている電解槽を用いて、陽極側で塩化ナトリウム水溶液を電解酸化すると、塩化ナトリウム水溶液中のナトリウムイオン(Na)が陽極側から陽イオン交換膜を通過して陰極側に移動し、一方、塩化ナトリウム水溶液中の塩化物イオン(Cl)は陽イオン交換膜を通過できずに陽極側に留まり、その陽極側での電解酸化により次亜塩素酸、亜塩素酸を経て、塩素酸が生成される。なお、塩素ガス、若しくは二酸化塩素ガスは、塩素酸が生成する過程において陽極側水溶液が強酸性となることにより生じるが、陽極側のpHを制御することにより、これらのガスの発生を防止することができる。
According to the present invention, by using sodium chloride, which is easier to obtain than sodium chlorate, as a raw material, the procurement stability of the raw material is increased, and perchlorate can be stably supplied.
The present invention also provides a sodium chloride aqueous solution by electrolytically oxidizing a sodium chloride aqueous solution on the anode side using an electrolytic cell in which an anode side provided with an anode and a cathode side provided with a cathode are partitioned by a cation exchange membrane. Sodium ions (Na + ) in the aqueous solution move from the anode side to the cathode side through the cation exchange membrane, while chloride ions (Cl ) in the sodium chloride aqueous solution cannot pass through the cation exchange membrane. Chloric acid is generated through hypochlorous acid and chlorous acid by electrolytic oxidation on the anode side, staying on the anode side. Chlorine gas or chlorine dioxide gas is generated when the aqueous solution on the anode side becomes strongly acidic in the process of generating chloric acid, but the generation of these gases can be prevented by controlling the pH on the anode side. Can do.

電解槽での電解酸化に伴いナトリウムイオンが陽極側から陰極側へと陽イオン交換膜を介して移動し、陽極側は徐々に強酸性に変化する。その結果、陽極側水溶液のpHの制御を実施しない場合には、生成した次亜塩素酸及び亜塩素酸が塩素ガス、そして二酸化塩素ガスとして系外へと放出される。その結果、塩素酸を生成する過程においてその塩素酸の収率の低下が懸念される。そこで、本発明は、pH計を用いて陽極側のpHを計測し、その計測結果に基づいて、アルカリ性の水酸化ナトリウム水溶液を添加して陽極側のpHを調節することにより、塩素酸の収率の低下を防止する。なお、電解酸化により陰極で生成される水酸化ナトリウムを陽極側水溶液のpH調節に用いると、水酸化ナトリウムを別途準備する必要がないため、なお良い。   With electrolytic oxidation in the electrolytic cell, sodium ions move from the anode side to the cathode side through the cation exchange membrane, and the anode side gradually changes to strongly acidic. As a result, when the pH of the anode side aqueous solution is not controlled, the generated hypochlorous acid and chlorous acid are released out of the system as chlorine gas and chlorine dioxide gas. As a result, there is a concern that the yield of chloric acid may be reduced in the process of producing chloric acid. Therefore, the present invention measures the pH on the anode side using a pH meter, and adjusts the pH on the anode side by adding an alkaline sodium hydroxide aqueous solution on the basis of the measurement result. Prevent rate decline. If sodium hydroxide produced at the cathode by electrolytic oxidation is used to adjust the pH of the anode-side aqueous solution, it is even better because it is not necessary to prepare sodium hydroxide separately.

本発明のpH調節は、先ず、電解槽の陽極側のpHを5.0以上に調節することで、塩素ガスの発生を防止して亜塩素酸の収率を高める。これは、電解槽の陽極側のpHが5.0未満の酸性値になると、次亜塩素酸の存在状態が変化して塩素ガス(Cl)が発生し、系外に排出されてしまうためである。
次に、本発明のpH調節は、電解槽の陽極側のpHを2.3以上に調節することで、二酸化塩素ガスの発生を防止して塩素酸の収率を高める。これは、電解槽の陽極側のpHが2.3未満の酸性値になると、亜塩素酸が二酸化塩素ガス(ClO)として系外に排出されてしまうためである。
In the pH adjustment of the present invention, first, the pH on the anode side of the electrolytic cell is adjusted to 5.0 or more, thereby preventing generation of chlorine gas and increasing the yield of chlorous acid. This is because when the pH on the anode side of the electrolytic cell reaches an acidic value of less than 5.0, the presence state of hypochlorous acid changes and chlorine gas (Cl 2 ) is generated and discharged out of the system. It is.
Next, the pH adjustment of the present invention adjusts the pH on the anode side of the electrolytic cell to 2.3 or higher, thereby preventing generation of chlorine dioxide gas and increasing the yield of chloric acid. This is because chlorous acid is discharged out of the system as chlorine dioxide gas (ClO 2 ) when the pH on the anode side of the electrolytic cell reaches an acidic value of less than 2.3.

また、本発明では、電解槽での電解酸化に伴って上記陽極側において、次亜塩素酸の酸化により生成される亜塩素酸の生成量に基づいて、電解槽の陽極側のpH調節を5.0以上から2.3以上に切り替える。これは、過塩素酸塩(過塩素酸ナトリウム以外)を製造するにあたり、その純度を高めるためには、電解酸化後の陽極側水溶液中のナトリウムイオンは少ないこと、すなわちpHは小さいことが望ましいことによる。従って、次亜塩素酸が電解酸化され亜塩素酸が生成した場合、陽極側のpHが2.3以上であれば、二酸化塩素ガスが発生することはない。そこで、電解槽での電解酸化に伴い次亜塩素酸が電解酸化され亜塩素酸が生成した後は、陽極側のpHを2.3以上に調節することが、後の工程で有益である。
通常、次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を計測する方法として、液体イオンクロマトグラフィーが用いられる。しかし、その分析には、時間と手間がかかる。一方、本発明では、電解槽での電解酸化により陽極で発生した酸素ガスの量と、この電解酸化における電流量とに基づいて、次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量をモニタリングすることにより、適切なタイミングで陽極側水溶液のpH調節の切り替えを行うことができる。この結果、連続的に電解工程を実施することが可能となる。
Further, according to the present invention, the pH adjustment on the anode side of the electrolytic cell is adjusted to 5 based on the amount of chlorous acid produced by the oxidation of hypochlorous acid on the anode side along with the electrolytic oxidation in the electrolytic cell. Switch from 0 or more to 2.3 or more. In order to increase the purity of perchlorate (other than sodium perchlorate), it is desirable that the sodium ion in the aqueous solution on the anode side after electrolytic oxidation is small, that is, the pH should be low. by. Therefore, when hypochlorous acid is electrolytically oxidized and chlorous acid is generated, chlorine dioxide gas is not generated if the pH on the anode side is 2.3 or more. Therefore, after the hypochlorous acid is electrolytically oxidized and chlorous acid is generated along with the electrolytic oxidation in the electrolytic cell, it is beneficial to adjust the pH on the anode side to 2.3 or more in a later step.
Usually, liquid ion chromatography is used as a method for measuring the amount of hypochlorous acid and chlorous acid produced. However, the analysis takes time and effort. On the other hand, in the present invention, by monitoring the amount of hypochlorous acid and chlorous acid generated based on the amount of oxygen gas generated at the anode by electrolytic oxidation in the electrolytic cell and the amount of current in this electrolytic oxidation. The pH adjustment of the anode side aqueous solution can be switched at an appropriate timing. As a result, it is possible to continuously perform the electrolysis process.

本発明の実施形態における過塩素酸アンモニウムの製造工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the ammonium perchlorate in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における過塩素酸アンモニウム製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ammonium perchlorate manufacturing apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における一次電解槽の構成図である。It is a block diagram of the primary electrolytic cell in embodiment of this invention. 次亜塩素酸水溶液の存在状態とpHとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the presence state of hypochlorous acid aqueous solution, and pH. 亜塩素酸水溶液の存在状態とpHとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the presence state of chlorous acid aqueous solution, and pH. 本発明の実施形態における二次電解槽の構成図である。It is a block diagram of the secondary electrolytic cell in embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態の過塩素酸塩の製造装置および製造方法について図面を参照して説明する。なお、ここでは、本発明を過塩素酸アンモニウムの製造装置および製造方法に適用した場合の例について説明する。   Hereinafter, the manufacturing apparatus and manufacturing method of the perchlorate of embodiment of this invention are demonstrated with reference to drawings. Here, an example in which the present invention is applied to an ammonium perchlorate production apparatus and production method will be described.

図1は、本発明の実施形態における過塩素酸アンモニウムの製造工程を示すフロー図である。図に示すように、本発明の過塩素酸アンモニウムの製造工程は、大きく分けて、一次電解工程S1、二次電解工程S2、反応工程S3、晶析工程S4の4つの工程からなる。
一次電解工程S1は、塩化ナトリウム水溶液を電解酸化し、塩素酸を主成分とする水溶液を生成する工程である。次の二次電解工程S2は、一次電解工程S1により生成した塩素酸を主成分とする水溶液を電解酸化し、過塩素酸水溶液を生成する工程である。その次の反応工程S3は、二次電解工程S2により生成した過塩素酸水溶液にアンモニア水溶液を添加して中和反応により過塩素酸アンモニウムを合成する工程である。最後の晶析工程S4は、中和反応後の水溶液を真空、高温環境下において蒸発させ、濃縮した水溶液を冷却することにより過塩素酸アンモニウムを晶析させる工程である。
FIG. 1 is a flow diagram showing a process for producing ammonium perchlorate in an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the production process of ammonium perchlorate according to the present invention is roughly divided into four steps: a primary electrolysis step S1, a secondary electrolysis step S2, a reaction step S3, and a crystallization step S4.
The primary electrolysis step S1 is a step of electrolytically oxidizing a sodium chloride aqueous solution to generate an aqueous solution containing chloric acid as a main component. The next secondary electrolysis step S2 is a step of electrolytically oxidizing the aqueous solution containing chloric acid as a main component generated in the primary electrolysis step S1 to generate a perchloric acid aqueous solution. The next reaction step S3 is a step of adding ammonium aqueous solution to the perchloric acid aqueous solution generated in the secondary electrolysis step S2 to synthesize ammonium perchlorate by a neutralization reaction. The final crystallization step S4 is a step of crystallizing ammonium perchlorate by evaporating the aqueous solution after the neutralization reaction under vacuum and in a high temperature environment and cooling the concentrated aqueous solution.

続いて、この製造工程を実施する過塩素酸アンモニウム製造装置について説明する。
図2は、本発明の実施形態における過塩素酸アンモニウム製造装置(過塩素酸塩の製造装置)Aの概略構成図である。図中のg、l、sの符号は、それぞれ気体、液体、固体の状態であることを示す。実施形態の過塩素酸アンモニウム製造装置Aは、一次電解工程S1を行う一次電解槽(電解槽)1と、二次電解工程S2を行う二次電解槽(電解槽)2と、反応工程S3及び晶析工程S4を行う反応・蒸発槽3とを備えている。
Then, the ammonium perchlorate manufacturing apparatus which implements this manufacturing process is demonstrated.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ammonium perchlorate production apparatus (perchlorate production apparatus) A in the embodiment of the present invention. The symbols g, l, and s in the figure indicate a gas, liquid, and solid state, respectively. The ammonium perchlorate production apparatus A of the embodiment includes a primary electrolytic cell (electrolytic cell) 1 that performs a primary electrolysis step S1, a secondary electrolytic cell (electrolytic cell) 2 that performs a secondary electrolysis step S2, a reaction step S3, and And a reaction / evaporation tank 3 for performing the crystallization step S4.

図3は、本発明の実施形態における一次電解槽1の構成図である。
一次電解槽1は、陽極4が設けられる陽極側4Aと、陰極5が設けられる陰極側5Aとを仕切るように設けられた陽イオン交換膜6を有する。一次電解槽1は、後述する電解酸化により、陽極側溶液(アノード液)が強酸性に、陰極側溶液(カソード液)が強アルカリ性となる。そこで、一次電解槽1の本体には、耐化学薬品安定性に優れたもの、例えばテフロン(デュポン(株)、登録商標)や塩化ビニル、ガラスを使用することが望ましい。また、配管の継ぎ手についても、耐化学薬品安定性に優れたもの、例えばテフロン(デュポン(株)、登録商標)を用いることが望ましい。
FIG. 3 is a configuration diagram of the primary electrolytic cell 1 in the embodiment of the present invention.
The primary electrolytic cell 1 has a cation exchange membrane 6 provided so as to partition an anode side 4A where the anode 4 is provided and a cathode side 5A where the cathode 5 is provided. In the primary electrolytic cell 1, the anode side solution (anolyte) becomes strongly acidic and the cathode side solution (catholyte) becomes strongly alkaline by electrolytic oxidation described later. Therefore, it is desirable to use a main body of the primary electrolytic cell 1 having excellent chemical resistance, such as Teflon (DuPont, registered trademark), vinyl chloride, or glass. In addition, it is desirable to use a pipe joint having excellent chemical resistance, for example, Teflon (DuPont Co., Ltd., registered trademark).

陽イオン交換膜6は一次電解槽1内で陽極4と陰極5との間にギャップ無しで挟みこまれたゼロギャップ型の電解セルを構成する。この陽イオン交換膜6は、陽イオンは通過でき、陰イオンは通過できないという特性を有する膜であり、本実施形態では、陽イオン交換膜6にナフィオン424(Nafion、デュポン(株)、登録商標)を用いる。なお、陽イオン交換膜としては、苛性ソーダ製造に広く用いられているAciplex(旭化成(株)、登録商標)やFlemion(旭硝子(株)、登録商標)を用いても良い。   The cation exchange membrane 6 constitutes a zero-gap electrolytic cell sandwiched between the anode 4 and the cathode 5 in the primary electrolytic cell 1 without a gap. This cation exchange membrane 6 is a membrane having the characteristics that it can pass cations but not anions. In this embodiment, Nafion 424 (Nafion, DuPont, registered trademark) is used as the cation exchange membrane 6. ) Is used. As the cation exchange membrane, Aciplex (Asahi Kasei Co., Ltd., registered trademark) or Flemion (Asahi Glass Co., Ltd., registered trademark) widely used in caustic soda production may be used.

陽極4は、陽極側4Aにおける塩素酸イオンの電解合成反応の促進を図るために、触媒を被覆したエキスパンドメタルからなる。本実施形態の陽極4は、基体であるチタンエキスパンドメタルの表面を、酸素ガスの発生を抑制する効果のある、焼成法により酸化イリジウム及び白金からなる触媒層で被覆した電極、あるいは、焼成法により酸化イリジウム及び酸化ルテニウムからなる触媒層で被覆した電極、あるいは、焼成法により酸化イリジウム及び酸化ルテニウム及び白金からなる触媒層で被覆した電極、あるいは、焼成法により酸化タンタル及び白金からなる触媒層で被覆した電極から構成される。
一方、この陽極4と対となる陰極5は、基体であるチタンエキスパンドメタルの表面を電解メッキにより白金の触媒層で被覆した電極、または、ニッケルエキスパンドメタルからなる電極から構成される。
The anode 4 is made of an expanded metal coated with a catalyst in order to promote the electrolytic synthesis reaction of chlorate ions on the anode side 4A. The anode 4 of this embodiment is an electrode in which the surface of a titanium expanded metal as a substrate is coated with a catalyst layer made of iridium oxide and platinum by a firing method, which has an effect of suppressing the generation of oxygen gas, or by a firing method. An electrode coated with a catalyst layer made of iridium oxide and ruthenium oxide, an electrode coated with a catalyst layer made of iridium oxide, ruthenium oxide and platinum by a firing method, or a catalyst layer made of tantalum oxide and platinum by a firing method It is comprised from the electrode which did.
On the other hand, the cathode 5 paired with the anode 4 is composed of an electrode in which the surface of a titanium expanded metal as a base is covered with a platinum catalyst layer by electrolytic plating, or an electrode made of nickel expanded metal.

陽極側4Aには、アノード液を貯溜するアノード液タンク4Bが設けられている(以下、電解槽1の陽極側4Aを陽極側電解槽2Aと称する)。アノード液タンク4Bにおけるアノード液の液面は、陽極側電解槽2A内の液面よりも高くなっている。アノード液タンク4Bと陽極側電解槽2Aとは、配管27a及び配管27bで接続されている。配管27aは、陽極側電解槽2Aの底部とアノード液タンク4Bの底部とを接続するものであり、配管27bは、陽極側電解槽2Aの天部とアノード液タンク4Bの側部とを接続するものである。なお、アノード液タンク4Bの底部には、アノード液の濃度を均一に保つための超音波振動子4B1を設ける。アノード液の濃度を均一に保つための方法としては、アノード液タンク4B内部に攪拌機を設けても良い。   The anode side 4A is provided with an anolyte tank 4B for storing the anolyte (hereinafter, the anode side 4A of the electrolytic cell 1 is referred to as an anode side electrolytic cell 2A). The liquid level of the anolyte in the anolyte tank 4B is higher than the liquid level in the anode side electrolytic cell 2A. The anolyte tank 4B and the anode side electrolytic cell 2A are connected by a pipe 27a and a pipe 27b. The pipe 27a connects the bottom of the anode electrolytic cell 2A and the bottom of the anolyte tank 4B, and the pipe 27b connects the top of the anode electrolytic tank 2A and the side of the anolyte tank 4B. Is. An ultrasonic transducer 4B1 is provided at the bottom of the anolyte tank 4B to keep the concentration of the anolyte uniform. As a method for keeping the concentration of the anolyte uniform, a stirrer may be provided inside the anolyte tank 4B.

一方、陰極側5Aには、カソード液を貯溜するカソード液タンク5Bが設けられる(以下、電解槽1の陰極側5Aを陰極側電解槽2Bと称する)。カソード液タンク5Bにおけるカソード液の液面は、陰極側電解槽2B内の液面よりも高くなっている。カソード液タンク5Bと陰極側電解槽2Bとは、配管28a及び配管28bで接続されている。配管28aは、陰極側電解槽2Bの底部とカソード液タンク5Bの底部とを接続するものであり、配管28bは、陰極側電解槽2Bの天部とカソード液タンク5Bの側部とを接続するものである。   On the other hand, the cathode side 5A is provided with a catholyte tank 5B for storing catholyte (hereinafter, the cathode side 5A of the electrolytic cell 1 is referred to as a cathode side electrolytic cell 2B). The liquid level of the catholyte in the catholyte tank 5B is higher than the liquid level in the cathode side electrolytic cell 2B. The catholyte tank 5B and the cathode side electrolytic cell 2B are connected by a pipe 28a and a pipe 28b. The piping 28a connects the bottom of the cathode side electrolytic cell 2B and the bottom of the catholyte tank 5B, and the piping 28b connects the top of the cathode side electrolytic cell 2B and the side of the catholyte tank 5B. Is.

アノード液タンク4Bの天部にはアノード液導入配管21が接続されており、塩化ナトリウム水溶液がアノード液導入配管21を介して導入され、陽極側4A(陽極側電解槽2A、アノード液タンク4Bを含む)を満たす。一方、カソード液タンク5Bの天部にはカソード液導入配管22が接続されており、純水がカソード液導入配管22を介して導入され、陰極側5A(陰極側電解槽2B、カソード液タンク5Bを含む)を満たす。一次電解槽1の内部で各液にそれぞれ浸された陽極4及び陰極5の両極に電圧を印加すると、次の反応が進行する。   An anolyte introduction pipe 21 is connected to the top of the anolyte tank 4B, and an aqueous sodium chloride solution is introduced through the anolyte introduction pipe 21 to connect the anode side 4A (the anode side electrolytic cell 2A and the anolyte tank 4B). Satisfy). On the other hand, a catholyte introduction pipe 22 is connected to the top of the catholyte tank 5B, and pure water is introduced through the catholyte introduction pipe 22, and the cathode side 5A (cathode side electrolytic cell 2B, catholyte tank 5B). Meet). When a voltage is applied to both the anode 4 and the cathode 5 immersed in each solution inside the primary electrolytic cell 1, the following reaction proceeds.

陽極側4Aにおいては、塩化ナトリウム水溶液が電解酸化され、下記の反応式(1)、反応式(2)に示す反応が生じる。
2Cl → Cl+2e …(1)
2HO → O+4H+4e …(2)
ここで発生した塩素ガスにより、下記の反応式(3)、反応式(4)に示す平衡反応が生じる。この平衡反応は、水溶液のpHによりその形態が変化する。
Cl+HO ⇔ H+Cl+HClO …(3)
HClO ⇔ H+ClO …(4)
On the anode side 4A, the aqueous sodium chloride solution is electrolytically oxidized, and the reactions shown in the following reaction formulas (1) and (2) occur.
2Cl → Cl 2 + 2e ... (1)
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e ... (2)
The chlorine gas generated here causes the equilibrium reaction shown in the following reaction formulas (3) and (4). The form of this equilibrium reaction changes depending on the pH of the aqueous solution.
Cl 2 + H 2 O⇔H + + Cl + HClO (3)
HClO⇔H + + ClO (4)

この反応で生じた次亜塩素酸を電解酸化すると、下記の反応式(5)、反応式(6)に示す反応により亜塩素酸が生成される。
ClO+HO → ClO +2H+2e …(5)
HClO+HO → HClO+2H+2e …(6)
生成された亜塩素酸を更に電解酸化すると、下記の反応式(7)、反応式(8)に示す反応により塩素酸が生成される。
ClO +HO → ClO +2H+2e …(7)
HClO+HO → HClO+2H+2e …(8)
When the hypochlorous acid generated by this reaction is electrolytically oxidized, chlorous acid is generated by the reactions shown in the following reaction formulas (5) and (6).
ClO + H 2 O → ClO 2 + 2H + + 2e ... (5)
HClO + H 2 O → HClO 2 + 2H + + 2e ... (6)
When the produced chlorous acid is further electrolytically oxidized, chloric acid is produced by the reactions shown in the following reaction formulas (7) and (8).
ClO 2 + H 2 O → ClO 3 + 2H + + 2e ... (7)
HClO 2 + H 2 O → HClO 3 + 2H + + 2e (8)

上記反応式(1)〜反応式(8)に示すように、一次電解工程では、塩素酸と副生成物として酸素ガスが生成される。従って、消費電力抑制の観点から、上記の酸化インジウムを触媒として含む被覆チタンエキスパンドメタルを陽極4として用いることにより、酸素ガスの発生を抑制することが望ましい。
ここで、陽極側4Aの液中に含まれるナトリウムイオンは、両極間の電位差によって陽イオン交換膜6を通過して陽極側4Aから陰極側5Aに移動する。一方、次亜塩素酸イオンは陽イオン交換膜6を通過できず、水溶液‐陽極4‐陽イオン交換膜6で構成される三界面での酸化反応により亜塩素酸イオンを経て塩素酸イオンとなる。
As shown in the reaction formulas (1) to (8), in the primary electrolysis process, oxygen gas is generated as chloric acid and by-products. Therefore, from the viewpoint of power consumption suppression, it is desirable to suppress the generation of oxygen gas by using the coated titanium expanded metal containing indium oxide as a catalyst as the anode 4.
Here, sodium ions contained in the liquid on the anode side 4A move from the anode side 4A to the cathode side 5A through the cation exchange membrane 6 due to the potential difference between the two electrodes. On the other hand, hypochlorite ions cannot pass through the cation exchange membrane 6 and become chlorate ions via chlorite ions by the oxidation reaction at the three interfaces composed of the aqueous solution-anode 4-cation exchange membrane 6. .

なお、陽極側電解槽2Aで生じた酸素ガス(気泡)は、配管27bを介してアノード液タンク4Bに導かれる。アノード液タンク4Bの天部には酸素ガス配管23が設けられており、酸素ガス配管23を介して酸素ガスが外部に順次排気される。
また、陽極側電解槽2Aの底部からは、液面の差(水圧差)により配管27aを介してアノード液タンク4Bからアノード液が順次導入されるため、電解酸化されたアノード液は、陽極側電解槽2Aから、配管27bを介してアノード液タンク4B側に押し出される。従って、アノード液はポンプ等の駆動機構によらずに陽極側電解槽2Aとアノード液タンク4Bとの間で循環するため、より多くのアノード液が陽極側電解槽2Aで電解酸化される。
The oxygen gas (bubbles) generated in the anode side electrolytic cell 2A is guided to the anolyte tank 4B through the pipe 27b. An oxygen gas pipe 23 is provided at the top of the anolyte tank 4B, and oxygen gas is sequentially exhausted to the outside through the oxygen gas pipe 23.
In addition, since the anolyte is sequentially introduced from the anolyte tank 4B from the bottom of the anode side electrolytic cell 2A through the pipe 27a due to the difference in liquid level (water pressure difference), the electrolytically oxidized anolyte is It is extruded from the electrolytic cell 2A to the anolyte tank 4B side through the pipe 27b. Accordingly, since the anolyte circulates between the anode side electrolytic cell 2A and the anolyte tank 4B regardless of the driving mechanism such as a pump, more anolyte is electrolytically oxidized in the anode side electrolytic cell 2A.

陰極側5Aにおいては、下記の反応式(9)、反応式(10)に示す反応が生じ、水素ガスと水酸化ナトリウムとが生成される。
2H+2e → H…(9)
2Na+2HO+2e → 2NaOH+H…(10)
なお、陰極側電解槽2Bで生じた水素ガス(気泡)は、配管28bを介してカソード液タンク5Bに導かれる。カソード液タンク5Bの天部には水素ガス配管24が設けられており、水素ガス配管24を介して水素ガスが外部に順次排気される。また、陽極側4Aにおいてアノード液が循環することと同様に、陰極側5Aにおいても、カソード液の循環作用が得られる。
On the cathode side 5A, the reactions shown in the following reaction formulas (9) and (10) occur, and hydrogen gas and sodium hydroxide are generated.
2H + + 2e → H 2 (9)
2Na + + 2H 2 O + 2e → 2NaOH + H 2 (10)
The hydrogen gas (bubbles) generated in the cathode side electrolytic cell 2B is guided to the catholyte tank 5B through the pipe 28b. A hydrogen gas pipe 24 is provided at the top of the catholyte tank 5B, and the hydrogen gas is sequentially exhausted to the outside through the hydrogen gas pipe 24. Similarly to the circulation of the anolyte at the anode side 4A, the circulation of the catholyte can be obtained at the cathode side 5A.

上記電解酸化により、陽極側4Aの液中に含まれるナトリウムイオンは、両極間の電位差によって陽イオン交換膜6を通過して陽極側4Aから陰極側5Aに移動する。このことは、アノード液が強酸性へと変化する一因となる。そして、電解酸化に伴いアノード液が強酸性となると、塩素ガス、二酸化塩素ガスが発生する。その結果として、塩素酸の収率の低下が生じる。そこで、本実施形態では、塩素ガス、二酸化塩素ガスの発生防止を目的とした、電解酸化時の陽極側4AにおけるpHを調節するpH調節システム10を備える。   Due to the electrolytic oxidation, sodium ions contained in the liquid on the anode side 4A move from the anode side 4A to the cathode side 5A through the cation exchange membrane 6 due to the potential difference between the two electrodes. This contributes to the change of the anolyte to strongly acidic. When the anolyte becomes strongly acidic with electrolytic oxidation, chlorine gas and chlorine dioxide gas are generated. As a result, a decrease in the yield of chloric acid occurs. Therefore, in the present embodiment, a pH adjustment system 10 that adjusts the pH on the anode side 4A during electrolytic oxidation for the purpose of preventing generation of chlorine gas and chlorine dioxide gas is provided.

pH調節システム10は、アノード液タンク4Bの天部に接続されたpH調節剤導入配管11からアノード液にpH調節剤を添加するものであり、アノード液タンク4Bの側部に設けられてアノード液のpHを計測するpH計12と、酸素ガス配管23に設けられ、電解酸化により陽極4で発生した酸素ガスの量を計測する流量計(酸素ガス量計測装置)13と、電解酸化に用いた電流量を計測する電流計(電流量計測装置)14と、それらの計測結果に基づき、pH調節剤導入配管11からpH調節剤として水酸化ナトリウム水溶液をアノード液タンク4B内に添加するpH調節装置15とを有する。   The pH adjusting system 10 is for adding a pH adjusting agent to the anolyte from a pH adjusting agent introduction pipe 11 connected to the top of the anolyte tank 4B, and is provided on the side of the anolyte tank 4B. A pH meter 12 for measuring the pH of the gas, a flow meter (oxygen gas amount measuring device) 13 provided in the oxygen gas pipe 23 for measuring the amount of oxygen gas generated at the anode 4 by electrolytic oxidation, and used for electrolytic oxidation An ammeter (current amount measuring device) 14 for measuring the amount of current and a pH adjusting device for adding a sodium hydroxide aqueous solution as a pH adjusting agent from the pH adjusting agent introduction pipe 11 to the anolyte tank 4B based on the measurement results. 15.

pH調節装置15は、pH計12と、流量計13と、電流計14と電気的に接続されており、各々から計測結果のデータが入力され、該データに基づいてpH調節剤の添加量を制御するコンピューターシステム(計測装置)を有する。具体的に、pH調節装置15は、塩素ガスの発生の防止を目的とした次亜塩素酸水溶液のpH調節プログラムと、二酸化塩素ガスの発生の防止を目的とした亜塩素酸水溶液のpH調節プログラムと、これらの調節プログラムを陽極側4Aにおいて生成される亜塩素酸の生成量に基づいて切り替えるプログラムとをメモリに記憶しており、これらのプログラムに基づき一次電解槽1の陽極側4AのpH調節を行う構成となっている。   The pH adjuster 15 is electrically connected to the pH meter 12, the flow meter 13, and the ammeter 14, and data of measurement results are input from each, and the amount of pH adjuster added based on the data. It has a computer system (measuring device) to control. Specifically, the pH adjusting device 15 includes a hypochlorous acid aqueous solution pH adjusting program for the purpose of preventing the generation of chlorine gas, and a chlorous acid aqueous solution pH adjusting program for the purpose of preventing the generation of chlorine dioxide gas. And a program for switching these adjustment programs based on the amount of chlorous acid produced on the anode side 4A in the memory, and adjusting the pH of the anode side 4A of the primary electrolytic cell 1 based on these programs It is the composition which performs.

先ず、図4を参照して、塩素ガスの発生の防止を目的とした次亜塩素酸水溶液のpH調節について説明する。
図4は、次亜塩素酸水溶液の存在状態とpHとの関係を示す図である。図4において、横軸はpHを、縦軸は存在比率を示す。
図4に示すように、一次電解槽1での電解酸化に伴い次亜塩素酸を主成分とするアノード液のpHが5未満の酸性値になると、次亜塩素酸が塩素ガス(Cl)として酸素ガス配管23を介して外部へと排出していくこととなる。その結果、一次電解工程の最終生成物である塩素酸の収率は低下する。
そこで、塩素ガスの発生の防止を目的とした次亜塩素酸水溶液のpH調節プログラムにおいては、図4に示すデータに基づいて、塩素ガスの生じない、pHが5以上となるように、該アノード液に水酸化ナトリウム水溶液を添加する制御を行う。
First, with reference to FIG. 4, the pH adjustment of the hypochlorous acid aqueous solution for the purpose of preventing the generation of chlorine gas will be described.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the presence state of hypochlorous acid aqueous solution and pH. In FIG. 4, the horizontal axis represents pH, and the vertical axis represents the abundance ratio.
As shown in FIG. 4, when the pH of the anolyte containing hypochlorous acid as a main component becomes an acid value of less than 5 with electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1, hypochlorous acid is converted to chlorine gas (Cl 2 ). As a result, the gas is discharged to the outside through the oxygen gas pipe 23. As a result, the yield of chloric acid, which is the final product of the primary electrolysis process, decreases.
Therefore, in the pH adjustment program for the hypochlorous acid aqueous solution for the purpose of preventing the generation of chlorine gas, based on the data shown in FIG. Control to add an aqueous sodium hydroxide solution to the liquid is performed.

次に、図5を参照して、二酸化塩素ガスの発生の防止を目的とした亜塩素酸水溶液のpH調節について説明する。
図5は、亜塩素酸水溶液の存在状態とpHとの関係を示す図(出典:食品安全委員会、添加物評価書、亜塩素酸水、2008年6月)である。図5において、横軸はpHを、縦軸は存在比率を示す。
図5に示すように、一次電解槽1での電解酸化に伴い亜塩素酸を主成分とするアノード液のpHが2.3未満の酸性値になると、亜塩素酸の存在状態が変化して二酸化塩素ガス(ClO)として存在することとなる。その結果、上記塩素ガスの発生と同様に二酸化塩素ガスは酸素ガス配管23を介して外部へと排出されるため、一次電解工程の最終生成物である塩素酸の収率は低下する。
そこで、二酸化塩素ガスの発生の防止を目的とした亜塩素酸水溶液のpH調節プログラムにおいては、図5に示すデータに基づいて、二酸化塩素ガスの生じない、pHが2.3以上となるように、該アノード液に水酸化ナトリウム水溶液を添加する制御を行う。
Next, with reference to FIG. 5, the pH adjustment of the aqueous chlorous acid solution for the purpose of preventing the generation of chlorine dioxide gas will be described.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the presence state of chlorous acid aqueous solution and pH (Source: Food Safety Commission, Additive Evaluation, Chlorous acid water, June 2008). In FIG. 5, the horizontal axis represents pH, and the vertical axis represents the abundance ratio.
As shown in FIG. 5, when the pH of the anolyte containing chlorous acid as a main component becomes less than 2.3 with electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1, the presence state of chlorous acid changes. It will exist as chlorine dioxide gas (ClO 2 ). As a result, similarly to the generation of the chlorine gas, the chlorine dioxide gas is discharged to the outside through the oxygen gas pipe 23, so that the yield of chloric acid, which is the final product of the primary electrolysis process, is reduced.
Therefore, in the pH adjustment program of the aqueous chlorous acid solution for the purpose of preventing the generation of chlorine dioxide gas, based on the data shown in FIG. The sodium hydroxide aqueous solution is added to the anolyte.

過塩素酸アンモニウムを製造するにあたり、その純度を高めるためには、ナトリウムイオンは少ないことが望ましい。ここで、次亜塩素酸の電解酸化により亜塩素酸が生成した場合、陽極側4AのpHが2.3以上であれば、二酸化塩素ガスが発生することはない。従って、一次電解槽1での電解酸化に伴い次亜塩素酸が亜塩素酸に全て転化した後は、陽極側4AのpHの制御値を5.0以上から2.3以上へと切り替えることが、後の工程で有益である。そこで、本実施形態のpH調節装置15は、流量計13及び電流計14の計測結果に基づいて、次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を推定し、陽極側4AのpHの制御値を5.0以上から2.3以上へと切り替えるプログラムを備える。pH調節装置15は、以下に説明する演算式に基づいて次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を推定する。   In producing ammonium perchlorate, it is desirable that the amount of sodium ions is small in order to increase its purity. Here, when chlorous acid is generated by electrolytic oxidation of hypochlorous acid, chlorine dioxide gas is not generated if the pH of the anode side 4A is 2.3 or more. Therefore, after all the hypochlorous acid has been converted to chlorous acid along with the electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1, the pH control value of the anode side 4A can be switched from 5.0 or more to 2.3 or more. Useful in later steps. Therefore, the pH adjuster 15 of the present embodiment estimates the amount of hypochlorous acid and chlorous acid generated based on the measurement results of the flow meter 13 and the ammeter 14, and sets the pH control value of the anode side 4A. A program for switching from 5.0 or higher to 2.3 or higher is provided. The pH adjuster 15 estimates the amount of hypochlorous acid and chlorous acid generated based on the arithmetic expression described below.

先ず、塩化ナトリウム水溶液の電解酸化により次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸を生成する際に必要となる電子の数について説明する。反応式(1)〜反応式(8)に示したように、塩化ナトリウムを水に1mol溶解した塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して、次亜塩素酸を1mol生成するためには、2molの電子が必要となる。更に、次亜塩素酸から亜塩素酸を1mol生成するためには2molの電子が必要となる。従って、出発原料である塩化ナトリウム水溶液から亜塩素酸を1mol生成するためには、4molの電子が必要となる。そして、出発原料である塩化ナトリウム水溶液から塩素酸を1mol生成するためには、6molの電子が必要となる。
なお、現実には、反応式(1)〜反応式(8)に示す反応の他に、陽極4の触媒として白金を用いた場合は、その白金が塩化白金酸イオン(PtCl 2−)として水溶液中に溶出する反応が生じる。また、1.0A/cm以上の高い電流密度で電気分解を実施した際には、オゾン(O)が生成し得る。しかし、これらの反応により生じる生成物は、反応式(1)〜反応式(8)に示す反応により生じる生成物と比較して十分に少ない。従って、ここでは、これらの反応は無視する。
First, the number of electrons required for producing hypochlorous acid, chlorous acid, and chloric acid by electrolytic oxidation of an aqueous sodium chloride solution will be described. As shown in Reaction Formula (1) to Reaction Formula (8), in order to produce 1 mol of hypochlorous acid by electrolytically oxidizing a sodium chloride aqueous solution in which 1 mol of sodium chloride is dissolved in water, Necessary. Furthermore, 2 mol of electrons are required to produce 1 mol of chlorous acid from hypochlorous acid. Therefore, 4 mol of electrons are required to produce 1 mol of chlorous acid from the sodium chloride aqueous solution that is the starting material. And in order to produce | generate 1 mol of chloric acids from the sodium chloride aqueous solution which is a starting material, 6 mol electrons are needed.
In reality, in addition to the reactions shown in the reaction formulas (1) to (8), when platinum is used as the catalyst of the anode 4, the platinum is converted into chloroplatinate ions (PtCl 4 2− ). A reaction that elutes in the aqueous solution occurs. Further, when electrolysis is performed at a high current density of 1.0 A / cm 2 or more, ozone (O 3 ) can be generated. However, the amount of products generated by these reactions is sufficiently smaller than the products generated by the reactions shown in the reaction formulas (1) to (8). Therefore, these reactions are ignored here.

電流量と酸素ガスの発生量から次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸の生成量を推定するにあたり、電流I(A)でt時間(単位は秒)通電した際の酸素ガスの発生量をPO2(単位はリットル(L))とする。ここで標準状態(0℃、1気圧)を仮定した場合、PO2/22.4(mol)の酸素ガスが発生したこととなり、酸素ガスの発生に伴い、陽極4から陰極5へと移動した電子の数eO2(mol)は、PO2/22.4の4倍となる。一方、陽極4から陰極5へと移動した全電子数etotal(mol)は、ファラデー定数F(=9.6485×10C/mol)を用いて、下記の数式(a)で表すことができる。 In estimating the amount of hypochlorous acid, chlorous acid, and chloric acid generated from the amount of current and the amount of oxygen gas generated, the amount of oxygen gas generated when current I (A) is applied for t hours (in seconds). Is P O2 (unit: liter (L)). Here, assuming a standard state (0 ° C., 1 atm), P 2 O 2 /22.4 (mol) of oxygen gas was generated and moved from the anode 4 to the cathode 5 along with the generation of oxygen gas. The number of electrons e O2 (mol) is four times P O2 /22.4. On the other hand, the total number of electrons e total (mol) transferred from the anode 4 to the cathode 5 can be expressed by the following formula (a) using the Faraday constant F (= 9.6485 × 10 4 C / mol). it can.

Figure 0005927840
Figure 0005927840

従って、次亜塩素酸の生成に伴い、陽極4から陰極5へと移動した電子の数は、下記の数式(b)で表すことができる。   Therefore, the number of electrons transferred from the anode 4 to the cathode 5 with the generation of hypochlorous acid can be expressed by the following mathematical formula (b).

Figure 0005927840
Figure 0005927840

結論として、次亜塩素酸の生成量PHClOは、電流量I・t(C)と酸素ガス発生量PO2(L)を用いて、下記の数式(c)で推定できる。ここで、κHClOは、HClOの式量であり、52.46(g/mol)である。 In conclusion, the amount of hypochlorous acid produced P HClO can be estimated by the following mathematical formula (c) using the current amount I · t (C) and the oxygen gas generation amount P O2 (L). Here, κ HClO is the formula amount of HClO and is 52.46 (g / mol).

Figure 0005927840
Figure 0005927840

同様にして、亜塩素酸の生成量PHClO2は、電流量I・t(C)と酸素ガス発生量PO2(L)を用いて、下記の数式(d)で推定できる。ここで、κHClO2は、HClOの式量であり、68.46(g/mol)である。 Similarly, the generation amount P HClO2 of chlorous acid can be estimated by the following mathematical formula (d) using the current amount I · t (C) and the oxygen gas generation amount P O2 (L). Here, kappa HClO2 is formula weight of HClO 2, is 68.46 (g / mol).

Figure 0005927840
Figure 0005927840

更に、塩素酸の生成量PHClO3は、電流量I・t(C)と酸素ガス発生量PO2(L)を用いて、下記の数式(e)で推定できる。ここで、κHClO3は、HClOの式量であり、84.46(g/mol)である。 Furthermore, the chloric acid production amount P HClO3 can be estimated by the following formula (e) using the current amount I · t (C) and the oxygen gas generation amount P O2 (L). Here, kappa HClO3 is formula weight of HClO 3, is 84.46 (g / mol).

Figure 0005927840
Figure 0005927840

従って、pH調節装置15は、一次電解槽1での電解酸化時において、先ず、塩素ガスの発生の防止を目的に、陽極側4Aのアノード液のpHを5以上に調節する。そして、pH調節装置15は、数式(d)に示す演算式に基づき、次亜塩素酸が亜塩素酸へと転換したと推定できる段階で、陽極側4Aのアノード液のpHを2.3以上に調節する。このようにして、pH調節装置15は、塩素ガスの発生、二酸化塩素ガスの発生を防止し、収率を高めると共に、ナトリウムイオンを可能な限り陰極側5Aに移動させる。   Accordingly, the pH adjusting device 15 first adjusts the pH of the anolyte on the anode side 4A to 5 or more for the purpose of preventing the generation of chlorine gas at the time of electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1. Then, the pH adjusting device 15 sets the pH of the anolyte on the anode side 4A to 2.3 or more at a stage where it can be estimated that hypochlorous acid has been converted to chlorous acid based on the arithmetic expression shown in Formula (d). Adjust to. In this way, the pH adjuster 15 prevents generation of chlorine gas and generation of chlorine dioxide gas, increases the yield, and moves sodium ions to the cathode side 5A as much as possible.

一次電解槽1での電解酸化により、生成された塩素酸を主成分とするアノード液は、弁25Aを閉状態から開状態にしたアノード液輸送配管25を介してアノード液タンク4Bから二次電解槽2に輸送される。一方、カソード液は、弁26Aを閉状態から開状態にしたカソード液輸送配管26を介してカソード液タンク5Bから外部に輸送される。   The anolyte mainly composed of chloric acid produced by electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1 is subjected to secondary electrolysis from the anolyte tank 4B through the anolyte transport pipe 25 in which the valve 25A is opened from the closed state. It is transported to the tank 2. On the other hand, the catholyte is transported to the outside from the catholyte tank 5B through the catholyte transport pipe 26 in which the valve 26A is opened from the closed state.

図6は、本発明の実施形態における二次電解槽2の構成図である。
二次電解槽2は、一次電解槽1で生成した塩素酸を主成分とするアノード液を電解酸化して過塩素酸を生成する。
なお、以下説明する二次電解槽2の構成は、重複説明を避けるため、上述の一次電解槽1と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
FIG. 6 is a configuration diagram of the secondary electrolytic cell 2 in the embodiment of the present invention.
The secondary electrolytic cell 2 generates perchloric acid by electrolytically oxidizing the anolyte mainly composed of chloric acid generated in the primary electrolytic cell 1.
In addition, in order to avoid duplication description, the structure of the secondary electrolytic cell 2 demonstrated below attaches | subjects the same code | symbol about the same or equivalent component as the above-mentioned primary electrolytic cell 1, and the description is simplified or abbreviate | omitted.

二次電解槽2において、陽イオン交換膜6は陽極4´と陰極5´との間にギャップ無しで挟みこまれたゼロギャップ型の電解セルを構成する。
陽極4´は、陽極側4Aにおける過塩素酸イオンの電解合成反応の促進を図るために、触媒を被覆したエキスパンドメタルからなる。この陽極4´は、基体であるチタンエキスパンドメタルの表面を、電解メッキにより白金の触媒層で被覆した電極から構成される。
一方、この陽極4´と対となる陰極5´は、触媒を被覆したエキスパンドメタルからなる。この陰極5´は、基体であるチタンエキスパンドメタルの表面を、電解メッキにより白金の触媒層で被覆した電極、または、SUS316エキスパンドメタルからなる電極、または、ニッケルエキスパンドメタルからなる電極から構成される。
In the secondary electrolytic cell 2, the cation exchange membrane 6 constitutes a zero-gap electrolytic cell sandwiched between the anode 4 'and the cathode 5' without a gap.
The anode 4 'is made of an expanded metal coated with a catalyst in order to promote the electrolytic synthesis reaction of perchlorate ions on the anode side 4A. The anode 4 'is composed of an electrode in which the surface of a titanium expanded metal as a base is coated with a platinum catalyst layer by electrolytic plating.
On the other hand, the cathode 5 'paired with the anode 4' is made of expanded metal coated with a catalyst. The cathode 5 'is composed of an electrode in which the surface of a titanium expanded metal as a base is covered with a platinum catalyst layer by electrolytic plating, an electrode made of SUS316 expanded metal, or an electrode made of nickel expanded metal.

二次電解槽2のアノード液タンク4Bの天部にはアノード液導入配管として、一次電解槽1のアノード液輸送配管25が接続されており、一次電解工程を経たアノード液がアノード液輸送配管25を介して導入され、陽極側4A(陽極側電解槽2A、アノード液タンク4Bを含む)を満たす。一方、カソード液タンク5Bの天部にはカソード液導入配管22が接続されており、純水がカソード液導入配管22を介して導入され、陰極側5A(陰極側電解槽2B、カソード液タンク5Bを含む)を満たす。二次電解槽2の内部で各液にそれぞれ浸された陽極4´及び陰極5´の両極に電圧を印加すると、次の反応が進行する。   An anolyte transport pipe 25 of the primary electrolyzer 1 is connected to the top of the anolyte tank 4B of the secondary electrolyzer 2 as an anolyte introduction pipe, and the anolyte after the primary electrolysis step is anolyte transport pipe 25. To fill the anode side 4A (including the anode side electrolytic cell 2A and the anolyte tank 4B). On the other hand, a catholyte introduction pipe 22 is connected to the top of the catholyte tank 5B, and pure water is introduced through the catholyte introduction pipe 22, and the cathode side 5A (cathode side electrolytic cell 2B, catholyte tank 5B). Meet). When a voltage is applied to both the anode 4 'and the cathode 5' immersed in each solution inside the secondary electrolytic cell 2, the following reaction proceeds.

陽極側4Aにおいては、一次電解工程を経たアノード液が電解酸化され、下記の反応式(11)、反応式(12)に示すように、過塩素酸と副生成物として酸素ガスが生成される。なお、微量ではあるが、下記の反応式(13)に示すように、オゾンガスも副生成物として生成される。
HClO+HO → HClO+2H+2e …(11)
2HO → O+4H+4e …(12)
3HO → O+6H+6e …(13)
ここで、陽極側4Aの一次電解工程を経た後にアノード液中に含まれるナトリウムイオンは、両極間の電位差によって陽イオン交換膜6を通過して陽極側4Aから陰極側5Aに移動する。一方、塩素酸イオンは陽イオン交換膜6を通過できず、水溶液‐陽極4´‐陽イオン交換膜6で構成される三界面で反応式(11)に示す酸化反応により過塩素酸となる。
On the anode side 4A, the anolyte that has undergone the primary electrolysis step is electrolytically oxidized, and oxygen gas is generated as perchloric acid and by-products as shown in the following reaction formulas (11) and (12). . In addition, although it is a trace amount, as shown in the following reaction formula (13), ozone gas is also generated as a by-product.
HClO 3 + H 2 O → HClO 4 + 2H + + 2e ... (11)
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e ... (12)
3H 2 O → O 3 + 6H + + 6e ... (13)
Here, sodium ions contained in the anolyte after passing through the primary electrolysis step on the anode side 4A pass through the cation exchange membrane 6 due to the potential difference between the two electrodes and move from the anode side 4A to the cathode side 5A. On the other hand, chlorate ions cannot pass through the cation exchange membrane 6 and become perchloric acid by the oxidation reaction shown in the reaction formula (11) at the three interfaces constituted by the aqueous solution-anode 4'-cation exchange membrane 6.

陰極側5Aにおいては、下記の反応式(14)、反応式(15)に示す反応が生じ、水素ガスと水酸化ナトリウムとが生成される。
2H+2e → H…(14)
2Na+2HO+2e → 2NaOH+H…(15)
十分な量の過塩素酸が生成されたアノード液は、弁25Aを閉状態から開状態にしたアノード液輸送配管25´を介してアノード液タンク4Bから反応・蒸発槽3に輸送される。一方、カソード液は、弁26Aを閉状態から開状態にしたカソード液輸送配管26を介してカソード液タンク5Bから外部に輸送される。
On the cathode side 5A, the reactions shown in the following reaction formulas (14) and (15) occur, and hydrogen gas and sodium hydroxide are generated.
2H + + 2e → H 2 (14)
2Na + + 2H 2 O + 2e → 2NaOH + H 2 (15)
The anolyte in which a sufficient amount of perchloric acid has been generated is transported from the anolyte tank 4B to the reaction / evaporation tank 3 via the anolyte transport pipe 25 'in which the valve 25A is opened from the closed state. On the other hand, the catholyte is transported to the outside from the catholyte tank 5B through the catholyte transport pipe 26 in which the valve 26A is opened from the closed state.

反応・蒸発槽3では、電解酸化後のアノード液中にアンモニア水溶液を添加して過塩素酸アンモニウムを合成する工程と、合成後のアノード液を真空、高温環境下で蒸発させて過塩素酸アンモニウムを晶析させる工程とを行う。なお、ここでアンモニア水溶液の代わりにアンモニアガスをバブリングしてもよい。
反応・蒸発槽3には、アンモニア供給配管31が接続されており、電解酸化後のアノード液中にアンモニア水溶液を供給する構成となっている。電解酸化後のアノード液中にアンモニア水溶液を添加すると、下記の反応式(16)に示す中和反応が生じ、目的物である過塩素酸アンモニウムと副生成物として水が合成される。
HClO+NHOH → NHClO+H …(16)
In the reaction / evaporation tank 3, a step of synthesizing ammonium perchlorate by adding an aqueous ammonia solution to the anolyte after electrolytic oxidation, and a step of evaporating the synthesized anolyte under vacuum at high temperature to produce ammonium perchlorate And crystallization step. Here, ammonia gas may be bubbled instead of the aqueous ammonia solution.
An ammonia supply pipe 31 is connected to the reaction / evaporation tank 3 to supply an aqueous ammonia solution into the anolyte after electrolytic oxidation. When an aqueous ammonia solution is added to the anolyte after electrolytic oxidation, a neutralization reaction shown in the following reaction formula (16) occurs, and water is synthesized as an ammonium perchlorate as a by-product and a by-product.
HClO 4 + NH 4 OH → NH 4 ClO 4 + H 2 O ... (16)

次に、反応・蒸発槽3において、合成後のアノード液を真空、高温環境下で蒸発させ、濃縮した水溶液を冷却することにより過塩素酸アンモニウムを結晶として取り出す。反応式(16)に示すように、過塩素酸アンモニウムと共に得られる副生成物は水であるため、非特許文献1に記載の方法と比較して、高純度の過塩素酸アンモニウムの結晶が容易に得られる。   Next, in the reaction / evaporation tank 3, the synthesized anolyte is evaporated under vacuum and in a high temperature environment, and the concentrated aqueous solution is cooled to take out ammonium perchlorate as crystals. As shown in the reaction formula (16), since the by-product obtained together with ammonium perchlorate is water, high-purity ammonium perchlorate crystals can be easily formed compared to the method described in Non-Patent Document 1. Is obtained.

以上のように、本実施形態によれば、陽極4が設けられる陽極側4Aと陰極5が設けられる陰極側5Aとが陽イオン交換膜6で仕切られ、該陽極側4Aにおいて塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して、塩素酸を主成分とする水溶液を生成する一次電解槽1と、陽極4´が設けられる陽極側4Aと陰極5´が設けられる陰極側5Aとが陽イオン交換膜6で仕切られ、該陽極側4Aにおいて一次電解槽1での電解酸化により生成した塩素酸を主成分とする水溶液を電解酸化して、過塩素酸水溶液を生成する二次電解槽2と、二次電解槽2での電解酸化により生成した過塩素酸水溶液に、アンモニアを添加して、中和反応により過塩素酸アンモニウムを合成する反応・蒸発槽3と、を有する過塩素酸アンモニウム製造装置Aを採用することにより、塩素酸ナトリウムよりも低価で入手容易な塩化ナトリウムを、原材料として用いることで、原材料の調達安定性が高まり、過塩素酸アンモニウムを安定して製造することができる。   As described above, according to the present embodiment, the anode side 4A provided with the anode 4 and the cathode side 5A provided with the cathode 5 are partitioned by the cation exchange membrane 6, and the sodium chloride aqueous solution is electrolyzed on the anode side 4A. A primary electrolytic cell 1 that oxidizes to produce an aqueous solution containing chloric acid as a main component, and an anode side 4A provided with an anode 4 'and a cathode side 5A provided with a cathode 5' are partitioned by a cation exchange membrane 6. A secondary electrolytic cell 2 for producing an aqueous solution of perchloric acid by electrolytically oxidizing an aqueous solution mainly composed of chloric acid produced by electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1 on the anode side 4A, and a secondary electrolytic cell 2 An ammonium perchlorate production apparatus A having a reaction / evaporation tank 3 in which ammonia is added to a perchloric acid aqueous solution produced by electrolytic oxidation at, and ammonium perchlorate is synthesized by a neutralization reaction. By salt By using sodium chloride, which is less expensive than sodium silicate and easily available, as a raw material, the procurement stability of the raw material is increased, and ammonium perchlorate can be stably produced.

また、一次電解槽1での電解酸化に伴い陽極側4Aは強酸性に変化する。その結果、次亜塩素酸の存在状態の変化によって生じる塩素ガスや、亜塩素酸の存在状態の変化によって生じる二酸化塩素ガスが一次電解槽1の系外に排出されるため、中間生成物である塩素酸の収率の低下が懸念される。そこで、本実施形態では、pH計12を用いて陽極側4AのpHを計測し、その計測結果に基づいて、アルカリ性の水酸化ナトリウム水溶液を添加して陽極側4AのpHを調節し、塩素酸の収率の低下を防止する。ここで添加する水酸化ナトリウム水溶液は、この電解酸化により陰極側5Aで生成される副生成物を用いると、原材料である水酸化ナトリウムを調達する必要がなくなる。   Further, the anode side 4 </ b> A changes to strongly acidic with electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1. As a result, the chlorine gas generated by the change in the presence state of hypochlorous acid and the chlorine dioxide gas generated by the change in the presence state of chlorous acid are discharged out of the system of the primary electrolytic cell 1, and thus are intermediate products. There is concern about a decrease in the yield of chloric acid. Therefore, in this embodiment, the pH of the anode side 4A is measured using the pH meter 12, and based on the measurement result, an alkaline sodium hydroxide aqueous solution is added to adjust the pH of the anode side 4A. Prevents a decrease in yield. If the sodium hydroxide aqueous solution added here uses a by-product generated on the cathode side 5A by this electrolytic oxidation, it is not necessary to procure sodium hydroxide as a raw material.

本実施形態のpH調節では、先ず、一次電解工程において、塩素ガスの発生の防止を目的としたpH調節を行う。一次電解槽1の次亜塩素酸を主成分とするアノード液のpHが5未満になると、塩素ガスが発生して系外に排出されるため、pHを5以上に調節することで、塩素ガスの発生を防止して塩素酸の収率を高めることができる。
本実施形態のpH調節は、次に、一次電解工程において、二酸化塩素ガスの発生の防止を目的としたpH調節を行う。一次電解槽1の亜塩素酸を主成分とするアノード液のpHが2.3未満になると、亜塩素酸の存在状態が変化して二酸化塩素ガスとして系外に排出されるため、pHを2.3以上に調節することで、二酸化塩素ガスの発生を防止し、塩素酸の収率を高めることができる。
In the pH adjustment of the present embodiment, first, pH adjustment for the purpose of preventing generation of chlorine gas is performed in the primary electrolysis process. When the pH of the anolyte mainly composed of hypochlorous acid in the primary electrolytic cell 1 is less than 5, chlorine gas is generated and discharged out of the system. Therefore, by adjusting the pH to 5 or more, chlorine gas Generation of chloric acid can be prevented.
Next, the pH adjustment of the present embodiment is performed for the purpose of preventing the generation of chlorine dioxide gas in the primary electrolysis step. When the pH of the anolyte containing chlorous acid as the main component in the primary electrolytic cell 1 is less than 2.3, the presence state of chlorous acid changes and is discharged out of the system as chlorine dioxide gas. By adjusting to 3 or more, generation of chlorine dioxide gas can be prevented and the yield of chloric acid can be increased.

また、本実施形態では、上記塩素ガスの発生の防止を目的とした次亜塩素酸水溶液のpH調節と上記二酸化塩素ガスの発生の防止を目的とした亜塩素酸水溶液のpH調節とを、次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量に基づいて切り替える。過塩素酸アンモニウムを製造するにあたり、その純度を高めるためには、ナトリウムイオンは少ないことが望ましい。従って、次亜塩素酸の電解酸化により亜塩素酸が生成した場合、陽極側4AのpHが2.3以上であれば、二酸化塩素ガスが発生することはない。そこで、一次電解槽1での電解酸化に伴い亜塩素酸が所定量生成された後は、陽極側4AのpHを2.3以上に調節することが、後の工程で有益である。
通常、次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を計測するには液体イオンクロマトグラフィーが用いられる。しかし、その分析には、時間と手間がかかるため、本実施形態では、一次電解槽1での電解酸化により陽極4で発生した酸素ガスの量と、この電解酸化における電流量とに基づいて、次亜塩素酸及び亜塩素酸、塩素酸の生成量をモニタリングすることにより、適切なタイミングで陽極側4AのpH調整の切り替えを行うことができる。
In the present embodiment, the pH adjustment of the hypochlorous acid aqueous solution for the purpose of preventing the generation of chlorine gas and the pH adjustment of the aqueous chlorous acid solution for the purpose of preventing the generation of the chlorine dioxide gas are as follows. Switch based on the amount of chlorous acid and chlorous acid produced. In producing ammonium perchlorate, it is desirable that the amount of sodium ions is small in order to increase its purity. Therefore, when chlorous acid is generated by electrolytic oxidation of hypochlorous acid, chlorine dioxide gas is not generated if the pH of the anode side 4A is 2.3 or more. Therefore, after a predetermined amount of chlorous acid is generated along with the electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1, it is beneficial to adjust the pH of the anode side 4A to 2.3 or more in a later step.
Usually, liquid ion chromatography is used to measure the amount of hypochlorous acid and chlorous acid produced. However, since the analysis takes time and effort, in this embodiment, based on the amount of oxygen gas generated at the anode 4 by electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell 1 and the amount of current in this electrolytic oxidation, By monitoring the amount of hypochlorous acid, chlorous acid, and chloric acid produced, the pH adjustment of the anode side 4A can be switched at an appropriate timing.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、本発明は、上述した過塩素酸アンモニウムの製造装置への適用に限定されるものではなく、過塩素酸リチウムや過塩素酸カリウム等のアルカリ金属過塩素酸塩の製造装置、過塩素酸カルシウム等のアルカリ土類金属過塩素酸塩の製造装置、また、過塩素酸銀の製造装置等にも適用可能である。   For example, the present invention is not limited to the application to the above-described ammonium perchlorate production apparatus, but an alkali metal perchlorate production apparatus such as lithium perchlorate or potassium perchlorate, and perchloric acid. The present invention can also be applied to an apparatus for producing alkaline earth metal perchlorates such as calcium and an apparatus for producing silver perchlorate.

また、例えば、本発明は、上述した一次電解槽と二次電解槽の2つの電解槽を用いて過塩素酸水溶液を生成する形態だけでなく、1つの電解槽で過塩素酸水溶液を生成する形態や3つ以上の複数の電解槽で過塩素酸水溶液を生成する形態にも適用可能である。また、電解槽については、ゼロギャップ型のみならず、陽イオン交換膜を陽極と陰極との間にスペースを設けて設置した電解槽を用いても良い。   In addition, for example, the present invention generates a perchloric acid aqueous solution in one electrolytic cell as well as a form in which the perchloric acid aqueous solution is generated using the two electrolytic cells of the primary electrolytic cell and the secondary electrolytic cell described above. The present invention can also be applied to a form or a form in which a perchloric acid aqueous solution is generated in three or more electrolytic cells. As for the electrolytic cell, not only the zero gap type, but also an electrolytic cell in which a cation exchange membrane is installed with a space between the anode and the cathode may be used.

A…過塩素酸アンモニウム製造装置(過塩素酸塩の製造装置)、S1…一次電解工程、…、S2…二次電解工程、S3…反応工程(合成工程)、S4…晶析工程、1…一次電解槽(電解槽)、2…二次電解槽(電解槽)、3…反応・蒸発槽、4…陽極、4´…陽極、4A…陽極側、5…陰極、5´…陰極、5A…陰極側、6…陽イオン交換膜、10…pH調節システム、11…pH調節剤導入管、12…pH計、13…流量計(酸素ガス量計測装置)、14…電流計(電流量計測装置)、15…pH調節装置   A ... Ammonium perchlorate production device (perchlorate production device), S1 ... Primary electrolysis step, ..., S2 ... Secondary electrolysis step, S3 ... Reaction step (synthesis step), S4 ... Crystalling step, 1 ... Primary electrolytic cell (electrolytic cell), 2 ... Secondary electrolytic cell (electrolytic cell), 3 ... Reaction / evaporation tank, 4 ... Anode, 4 '... Anode, 4A ... Anode side, 5 ... Cathode, 5' ... Cathode, 5A ... Cathode side, 6 ... Cation exchange membrane, 10 ... pH control system, 11 ... pH adjuster introduction tube, 12 ... pH meter, 13 ... Flow meter (oxygen gas amount measuring device), 14 ... Ammeter (current amount measurement) Device), 15 ... pH adjusting device

Claims (9)

陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られ、該陽極側において塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して、過塩素酸水溶液を生成する電解槽と、
前記電解槽での電解酸化により生成した過塩素酸水溶液に、水溶液にした際にアルカリ性を示す物質を添加して、中和反応により過塩素酸塩を合成する合成槽と、
前記電解槽の陽極側におけるpHを計測するpH計と、
前記pH計の計測結果に基づいて、前記電解槽の陽極側に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、前記塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して塩素酸を主成分とする水溶液を生成する過程において、前記電解酸化時の前記陽極側におけるpHを調節するpH調節装置と、
前記電解槽での電解酸化により前記陽極で発生した酸素ガスの量を計測する酸素ガス量計測装置と、
前記電解槽での電解酸化における電流量を計測する電流量計測装置と、
前記酸素ガス量計測装置の計測結果と前記電流量計測装置の計測結果とに基づいて、前記電解槽での電解酸化に伴って前記陽極側において生成される次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を計測する計測装置と、
を有することを特徴とする過塩素酸塩の製造装置。
An electrolytic cell in which an anode side provided with an anode and a cathode side provided with a cathode are partitioned by a cation exchange membrane, and an aqueous sodium chloride solution is electrolytically oxidized on the anode side to generate a perchloric acid aqueous solution;
A synthesis tank for synthesizing perchlorate by a neutralization reaction by adding a substance that exhibits alkalinity to the aqueous solution of perchloric acid generated by electrolytic oxidation in the electrolytic tank;
A pH meter for measuring the pH on the anode side of the electrolytic cell;
Based on the measurement result of the pH meter, in the process of adding an aqueous sodium hydroxide solution to the anode side of the electrolytic cell and electrolytically oxidizing the aqueous sodium chloride solution to produce an aqueous solution containing chloric acid as a main component, the electrolysis A pH adjuster for adjusting the pH on the anode side during oxidation;
An oxygen gas amount measuring device for measuring the amount of oxygen gas generated at the anode by electrolytic oxidation in the electrolytic cell;
A current amount measuring device for measuring a current amount in electrolytic oxidation in the electrolytic cell;
Generation of hypochlorous acid and chlorous acid generated on the anode side with electrolytic oxidation in the electrolytic cell based on the measurement result of the oxygen gas amount measuring device and the measurement result of the current amount measuring device A measuring device for measuring the quantity;
An apparatus for producing perchlorate, comprising:
陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られ、該陽極側において塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して、塩素酸を主成分とする水溶液を生成する一次電解槽と、A primary electrolytic cell in which an anode side on which an anode is provided and a cathode side on which a cathode is provided are partitioned by a cation exchange membrane, and an aqueous solution containing chloric acid as a main component is generated by electrolytically oxidizing a sodium chloride aqueous solution on the anode side When,
陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られ、該陽極側において前記一次電解槽での電解酸化により生成した塩素酸を主成分とする水溶液を電解酸化して、過塩素酸水溶液を生成する1または複数の二次電解槽と、The anode side on which the anode is provided and the cathode side on which the cathode is provided are partitioned by a cation exchange membrane, and an aqueous solution mainly composed of chloric acid generated by electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell is electrolytically oxidized on the anode side. One or more secondary electrolyzers for producing a perchloric acid aqueous solution,
前記二次電解槽での電解酸化により生成した過塩素酸水溶液に、水溶液にした際にアルカリ性を示す物質を添加して、中和反応により過塩素酸塩を合成する合成槽と、A synthesis tank for synthesizing perchlorate by a neutralization reaction by adding a substance showing alkalinity when converted to an aqueous solution of perchloric acid generated by electrolytic oxidation in the secondary electrolytic tank;
前記一次電解槽の陽極側におけるpHを計測するpH計と、A pH meter for measuring pH on the anode side of the primary electrolytic cell;
前記pH計の計測結果に基づいて、前記一次電解槽の陽極側に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、前記塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して塩素酸を主成分とする水溶液を生成する過程において、前記電解酸化時の前記陽極側におけるpHを調節するpH調節装置と、Based on the measurement result of the pH meter, in the process of adding a sodium hydroxide aqueous solution to the anode side of the primary electrolytic cell, and electrolytically oxidizing the sodium chloride aqueous solution to produce an aqueous solution containing chloric acid as a main component, A pH adjusting device for adjusting the pH on the anode side during electrolytic oxidation;
前記一次電解槽での電解酸化により前記陽極で発生した酸素ガスの量を計測する酸素ガス量計測装置と、An oxygen gas amount measuring device for measuring the amount of oxygen gas generated at the anode by electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell;
前記一次電解槽での電解酸化における電流量を計測する電流量計測装置と、A current amount measuring device for measuring a current amount in electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell;
前記酸素ガス量計測装置の計測結果と前記電流量計測装置の計測結果とに基づいて、前記一次電解槽での電解酸化に伴って前記陽極側において生成される次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を計測する計測装置と、Based on the measurement result of the oxygen gas amount measuring device and the measurement result of the current amount measuring device, hypochlorous acid and chlorous acid generated on the anode side along with the electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell. A measuring device for measuring the generation amount;
を有することを特徴とする過塩素酸塩の製造装置。An apparatus for producing perchlorate, comprising:
前記pH調節装置は、前記次亜塩素酸の生成量に基づいて、前記電解酸化時の前記陽極側におけるpHを調節することを特徴とする請求項1または2に記載の過塩素酸塩の製造装置。 The perchlorate production according to claim 1 or 2 , wherein the pH adjuster adjusts the pH on the anode side during the electrolytic oxidation based on the amount of hypochlorous acid produced. apparatus. 前記pH調節装置は、前記次亜塩素酸の生成量に基づいて、前記電解酸化時の前記陽極側におけるpHを5.0以上に調節することを特徴とする請求項3に記載の過塩素酸塩の製造装置。 The perchloric acid according to claim 3 , wherein the pH adjuster adjusts the pH on the anode side during the electrolytic oxidation to 5.0 or more based on the amount of hypochlorous acid produced. Salt production equipment. 前記pH調節装置は、前記次亜塩素酸の生成量に基づく調節の後、前記亜塩素酸の生成量に基づいて、前記電解酸化時の前記陽極側におけるpHを調節することを特徴とする請求項4に記載の過塩素酸塩の製造装置。 Wherein the pH adjusting apparatus, wherein after adjustment based on the amount of hypochlorous acid, based on the generation amount of the chlorite, and adjusting the pH in the anode side during the electrolytic oxidation Item 5. A perchlorate production apparatus according to Item 4 . 前記pH調節装置は、前記亜塩素酸の生成量に基づいて、前記電解酸化時の前記陽極側におけるpHを2.3以上に調節することを特徴とする請求項5に記載の過塩素酸塩の製造装置。 6. The perchlorate according to claim 5 , wherein the pH adjuster adjusts the pH on the anode side during the electrolytic oxidation to 2.3 or more based on the amount of chlorous acid produced. Manufacturing equipment. 前記pH調節装置は、前記計測装置の計測結果に基づいて、前記次亜塩素酸の生成量に基づく調節と前記亜塩素酸の生成量に基づく調節との切り替えを行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の過塩素酸塩の製造装置。 The pH adjusting device, the claims based on the measurement result of the measuring device, and performs switching between the adjustment based on the amount of regulation between the chlorite based upon the amount of the hypochlorous acid The manufacturing apparatus of the perchlorate as described in any one of 1-6 . 陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られている電解槽を用い、該陽極側において塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して、過塩素酸水溶液を生成する工程と、
前記電解酸化により生成した過塩素酸水溶液に、水溶液にした際にアルカリ性を示す物質を添加して、中和反応により過塩素酸塩を合成する工程と、
前記電解槽の陽極側におけるpHを計測する工程と、
前記pHの計測結果に基づいて、前記電解槽の陽極側に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、前記塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して塩素酸を主成分とする水溶液を生成する過程において、前記電解酸化時の前記陽極側におけるpHを調節する工程と、
前記電解槽での電解酸化により前記陽極で発生した酸素ガスの量を計測する工程と、
前記電解槽での電解酸化における電流量を計測する工程と、
前記計測した前記酸素ガスの量と前記電流量とに基づいて、前記電解槽での電解酸化に伴って前記陽極側において生成される次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を計測する工程と、
を有することを特徴とする過塩素酸塩の製造方法。
A step of producing a perchloric acid aqueous solution by electrolytically oxidizing a sodium chloride aqueous solution on the anode side using an electrolytic cell in which an anode side provided with an anode and a cathode side provided with a cathode are partitioned by a cation exchange membrane When,
Adding a substance that shows alkalinity to the aqueous solution of perchloric acid generated by the electrolytic oxidation, and synthesizing perchlorate by a neutralization reaction;
Measuring the pH on the anode side of the electrolytic cell;
Based on the measurement result of the pH, in the process of adding an aqueous sodium hydroxide solution to the anode side of the electrolytic cell and electrolytically oxidizing the aqueous sodium chloride solution to produce an aqueous solution containing chloric acid as a main component, the electrolytic oxidation Adjusting the pH on the anode side at the time,
Measuring the amount of oxygen gas generated at the anode by electrolytic oxidation in the electrolytic cell;
Measuring the amount of current in electrolytic oxidation in the electrolytic cell;
Measuring the amount of hypochlorous acid and chlorous acid produced on the anode side along with the electrolytic oxidation in the electrolytic cell based on the measured amount of oxygen gas and the amount of current; ,
A method for producing perchlorate, comprising:
陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られている一次電解槽を用い、該陽極側において塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して、塩素酸を主成分とする水溶液を生成する一次電解工程と、Using a primary electrolytic cell in which the anode side on which the anode is provided and the cathode side on which the cathode is provided are partitioned by a cation exchange membrane, the sodium chloride aqueous solution is electrolytically oxidized on the anode side, and chloric acid is the main component. A primary electrolysis step for producing an aqueous solution;
陽極が設けられる陽極側と陰極が設けられる陰極側とが陽イオン交換膜で仕切られている1または複数の二次電解槽を用い、該陽極側において前記一次電解工程での電解酸化により生成した塩素酸を主成分とする水溶液を電解酸化して、過塩素酸水溶液を生成する二次電解工程と、Produced by electrolytic oxidation in the primary electrolysis step on the anode side using one or a plurality of secondary electrolytic cells in which the anode side on which the anode is provided and the cathode side on which the cathode is provided are partitioned by a cation exchange membrane A secondary electrolysis process in which an aqueous solution containing chloric acid as a main component is electrolytically oxidized to produce a perchloric acid aqueous solution;
前記二次電解工程での電解酸化により生成した過塩素酸水溶液に、水溶液にした際にアルカリ性を示す物質を添加して、中和反応により過塩素酸塩を合成する工程と、Adding a substance that shows alkalinity to the aqueous solution of perchloric acid produced by electrolytic oxidation in the secondary electrolysis step, and synthesizing perchlorate by a neutralization reaction;
前記一次電解槽の陽極側におけるpHを計測する工程と、Measuring the pH on the anode side of the primary electrolytic cell;
前記pHの計測結果に基づいて、前記一次電解槽の陽極側に水酸化ナトリウム水溶液を添加し、前記塩化ナトリウム水溶液を電解酸化して塩素酸を主成分とする水溶液を生成する過程において、前記電解酸化時の前記陽極側におけるpHを調節する工程と、Based on the measurement result of the pH, in the process of adding an aqueous sodium hydroxide solution to the anode side of the primary electrolytic cell and electrolytically oxidizing the sodium chloride aqueous solution to produce an aqueous solution containing chloric acid as a main component, the electrolysis Adjusting the pH on the anode side during oxidation;
前記一次電解槽での電解酸化により前記陽極で発生した酸素ガスの量を計測する工程と、Measuring the amount of oxygen gas generated at the anode by electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell;
前記一次電解槽での電解酸化における電流量を計測する工程と、Measuring the amount of current in electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell;
前記計測した前記酸素ガスの量と前記電流量とに基づいて、前記一次電解槽での電解酸化に伴って前記陽極側において生成される次亜塩素酸及び亜塩素酸の生成量を計測する工程と、A step of measuring the amount of hypochlorous acid and chlorous acid produced on the anode side along with the electrolytic oxidation in the primary electrolytic cell based on the measured amount of the oxygen gas and the amount of current. When,
を有することを特徴とする過塩素酸塩の製造方法。A method for producing perchlorate, comprising:
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