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JP2024152742A - Carbon Dioxide Removal Method - Google Patents

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JP2024152742A
JP2024152742A JP2024122963A JP2024122963A JP2024152742A JP 2024152742 A JP2024152742 A JP 2024152742A JP 2024122963 A JP2024122963 A JP 2024122963A JP 2024122963 A JP2024122963 A JP 2024122963A JP 2024152742 A JP2024152742 A JP 2024152742A
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seawater
magnesium
electrolysis
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cathode
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吉彦 佐野
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Shizuoka University NUC
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Shizuoka University NUC
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Publication date
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Abstract

【課題】マグネシウム水酸化物の生成効率を向上させること。【解決手段】少なくともマグネシウムイオンを含む水溶液の電解によって、水に対して難溶性のマグネシウム水酸化物を生成させて回収するマグネシウムの回収方法において、アノードとカソードとを有する電解槽を、陽イオン交換膜によってアノードを有するアノード側槽とカソードを有するカソード側槽とに区画し、カソード側槽にマグネシウムイオンを含む水溶液を導入して、カソード側槽からアノード側槽への陰イオンの移動を制限した状態で電解を行う。【選択図】図1[Problem] To improve the efficiency of magnesium hydroxide production. [Solution] In a magnesium recovery method in which poorly water-soluble magnesium hydroxide is generated and recovered by electrolysis of an aqueous solution containing at least magnesium ions, an electrolytic cell having an anode and a cathode is partitioned by a cation exchange membrane into an anode-side cell having an anode and a cathode-side cell having a cathode, and an aqueous solution containing magnesium ions is introduced into the cathode-side cell to perform electrolysis in a state in which the movement of anions from the cathode-side cell to the anode-side cell is restricted. [Selected Figure] Figure 1

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 平成30年11月17日に発行された、Heliyon,第4巻,第11号,No.e00923(発行元Elsevier Ltd.)で公開Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act has been filed. Published on November 17, 2018 in Heliyon, Vol. 4, No. 11, No. e00923 (published by Elsevier Ltd.)

本発明は、マグネシウムの回収方法およびマグネシウム回収装置に関する。 The present invention relates to a magnesium recovery method and magnesium recovery device.

従来、マグネシウムの回収方法およびマグネシウム回収装置として、流入口と、流出口と、上壁面と下壁面とにアノードとカソードと、を有するとともに、上部側と下部側とを仕切る隔壁および隔膜とを有する電解処理容器を、海中に投入して電気分解(電解)を行い、カソード電解水中にマグネシウムを水酸化マグネシウムとして析出させて回収するものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been a magnesium recovery method and magnesium recovery device in which an electrolysis treatment vessel having an inlet, an outlet, an anode and a cathode on the upper and lower wall surfaces, and a partition and a diaphragm separating the upper and lower sides, is dropped into the sea to perform electrolysis (electrolysis), and magnesium is recovered by precipitating magnesium hydroxide in the cathode electrolyzed water (see, for example, Patent Document 1).

特開2012-57230号公報JP 2012-57230 A

しかしながら、特許文献1にあっては、電解によってカソード電解水中に生成した陰イオンである水酸化物イオンが隔膜を通過してアノード電解水に移動可能であるので、マグネシウム水酸化物の生成効率が低いという問題があった。 However, in Patent Document 1, the negative ions, or hydroxide ions, generated in the cathodic electrolytic water by electrolysis can pass through the diaphragm and migrate to the anodic electrolytic water, resulting in a problem of low efficiency in generating magnesium hydroxide.

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、マグネシウム水酸化物の生成効率を向上させることのできるマグネシウムの回収方法およびマグネシウム回収装置を提供することを目的とする。 The present invention was made with a focus on these problems, and aims to provide a magnesium recovery method and magnesium recovery device that can improve the efficiency of magnesium hydroxide production.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載のマグネシウムの回収方法は、
少なくともマグネシウムイオンを含む水溶液を電解することによって、水に対して難溶性のマグネシウム水酸化物を生成させて回収するマグネシウムの回収方法であって、
アノードとカソードとを有する電解槽を、陽イオン交換膜によって前記アノードを有するアノード側槽と前記カソードを有するカソード側槽とに区画し、該カソード側槽に前記水溶液を導入して、前記カソード側槽から前記アノード側槽への陰イオンの移動を制限した状態で電解を行う
ことを特徴としている。
この特徴によれば、カソード側槽で発生した水酸化物イオンがアノード側槽へ移動してしまうことを防いで、カソード側槽における水酸化物イオン濃度を効率良く高められるため、マグネシウム水酸化物の生成効率を向上させることができる。
In order to solve the above problems, the magnesium recovery method according to claim 1 of the present invention comprises the steps of:
A method for recovering magnesium, comprising electrolyzing an aqueous solution containing at least magnesium ions to generate and recover magnesium hydroxide, which is poorly soluble in water, the method comprising the steps of:
The electrolytic cell having an anode and a cathode is partitioned by a cation exchange membrane into an anode-side cell having the anode and a cathode-side cell having the cathode, and the aqueous solution is introduced into the cathode-side cell to perform electrolysis in a state in which movement of anions from the cathode-side cell to the anode-side cell is restricted.
According to this feature, the hydroxide ions generated in the cathode side tank are prevented from migrating to the anode side tank, and the hydroxide ion concentration in the cathode side tank can be efficiently increased, thereby improving the efficiency of magnesium hydroxide production.

本発明の請求項2に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項1に記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記水溶液が海水である
ことを特徴としている。
この特徴によれば、海水から安価にマグネシウムを回収できる。
The magnesium recovery method according to claim 2 of the present invention is the magnesium recovery method according to claim 1,
The aqueous solution is characterized in that it is seawater.
This feature allows magnesium to be recovered from seawater at low cost.

本発明の請求項3に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項1または2に記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記アノード側槽に、塩素イオンを含まない非塩素系電解水を導入し、前記カソード側槽に前記水溶液を導入する
ことを特徴としている。
この特徴によれば、電解によってアノード側において、有害な塩素ガスが発生してしまうことを防止できるので、塩素ガスの処理コストによってマグネシウムの回収コストが上昇してしまうことを抑えることができる。
The magnesium recovery method according to claim 3 of the present invention is the magnesium recovery method according to claim 1 or 2,
The electrolytic solution is characterized in that non-chlorine-based electrolytic water not containing chlorine ions is introduced into the anode side tank, and the aqueous solution is introduced into the cathode side tank.
According to this feature, it is possible to prevent harmful chlorine gas from being generated on the anode side due to electrolysis, and therefore it is possible to suppress an increase in the cost of recovering magnesium due to the cost of treating chlorine gas.

本発明の請求項4に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項3に記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記非塩素系電解水が、硫酸ナトリウム水溶液である
ことを特徴としている。
この特徴によれば、入手が容易であって安価な硫酸ナトリウムを使用することで、非塩素系電解水を使用することによるマグネシウムの回収コスト上昇を抑えることができる。
The magnesium recovery method according to claim 4 of the present invention is the magnesium recovery method according to claim 3,
The non-chlorine electrolytic water is characterized in that it is an aqueous solution of sodium sulfate.
According to this feature, by using sodium sulfate, which is easily available and inexpensive, it is possible to suppress an increase in the cost of recovering magnesium that would otherwise be caused by using non-chlorine-based electrolytic water.

本発明の請求項5に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項3または4に記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記マグネシウム水酸化物を回収するための電解によって前記アノード側槽の非塩素系電解水から前記カソード側槽に移動した陽イオンを含む再生用水溶液を、陽イオン交換膜にて区画された再生槽の一方の区画に導入し、前記マグネシウム水酸化物を回収するための電解を終了した前記非塩素系電解水を前記再生槽の他方の区画に導入して、前記陽イオンを前記再生用水溶液から該非塩素系電解水に移行させて再生させる再生工程を含む
ことを特徴としている。
この特徴によれば、非塩素系電解水を再生して繰り返し使用でき、マグネシウムの回収コストを低減できる。
The magnesium recovery method according to claim 5 of the present invention is the magnesium recovery method according to claim 3 or 4,
The method is characterized by including a regeneration step in which an aqueous regeneration solution containing cations transferred from the non-chlorine electrolyzed water in the anode side tank to the cathode side tank by electrolysis for recovering the magnesium hydroxide is introduced into one compartment of a regeneration tank partitioned by a cation exchange membrane, and the non-chlorine electrolyzed water after electrolysis for recovering the magnesium hydroxide is introduced into the other compartment of the regeneration tank, thereby transferring the cations from the aqueous regeneration solution to the non-chlorine electrolyzed water, thereby regenerating the water.
According to this feature, the non-chlorine electrolytic water can be regenerated and reused, and the cost of recovering magnesium can be reduced.

本発明の請求項6に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項1~5のいずれかに記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記水溶液に溶解している炭酸ガスの濃度を低減する炭酸ガス除去工程を含み、該炭酸ガス除去工程にて炭酸ガスの濃度が低減された水溶液を電解してマグネシウムを回収する
ことを特徴としている。
この特徴によれば、回収されるマグネシウムに含まれる不純物であるカルシウムの量を低減でき、マグネシウムの純度を高めることができる。
The magnesium recovery method according to claim 6 of the present invention is the magnesium recovery method according to any one of claims 1 to 5,
The method is characterized by including a carbon dioxide removal step of reducing the concentration of carbon dioxide dissolved in the aqueous solution, and electrolyzing the aqueous solution in which the carbon dioxide concentration has been reduced in the carbon dioxide removal step to recover magnesium.
According to this feature, the amount of calcium, which is an impurity, contained in the recovered magnesium can be reduced, and the purity of the magnesium can be increased.

本発明の請求項7に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項6に記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記炭酸ガス除去工程が、前記水溶液を加熱する加熱工程を含む
ことを特徴としている。
この特徴によれば、溶解している炭酸ガスを簡便に除去できる。
The magnesium recovery method according to claim 7 of the present invention is the magnesium recovery method according to claim 6,
The carbon dioxide gas removing step is characterized by including a heating step of heating the aqueous solution.
According to this feature, the dissolved carbon dioxide gas can be easily removed.

本発明の請求項8に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項6または請求項7に記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記炭酸ガス除去工程が、前記水溶液を電解することによって炭酸カルシウムを生成させる工程を含む
ことを特徴としている。
この特徴によれば、溶解している炭酸ガスを除去できる。
The magnesium recovery method according to claim 8 of the present invention is the magnesium recovery method according to claim 6 or claim 7,
The carbon dioxide gas removing step is characterized by including a step of producing calcium carbonate by electrolyzing the aqueous solution.
This feature allows the dissolved carbon dioxide gas to be removed.

本発明の請求項9に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項1~8のいずれかに記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記水溶液が海水であって、マグネシウムを回収する電解において海水1リットル当りに印加する電気量を12000クーロン以下とする
ことを特徴としている。
この特徴によれば、水溶液中に含まれるカルシウムの水酸化物がマグネシウム水酸化物とともに回収されてしまい、マグネシウムの純度が低下してしまうことを防ぐことができる。
The magnesium recovery method according to claim 9 of the present invention is the magnesium recovery method according to any one of claims 1 to 8,
The aqueous solution is seawater, and the amount of electricity applied per liter of seawater in electrolysis for recovering magnesium is 12,000 coulombs or less.
According to this feature, it is possible to prevent the calcium hydroxide contained in the aqueous solution from being recovered together with the magnesium hydroxide, which would result in a decrease in the purity of magnesium.

本発明の請求項10に記載のマグネシウムの回収方法は、請求項1~9のいずれかに記載のマグネシウムの回収方法であって、
前記アノードを構成する電極が、イオン化傾向が銀より小さい物質を有する不溶性電極である
ことを特徴としている。
この特徴によれば、電極を構成する物質のイオンが、マグネシウム回収後の水溶液中に含まれて、環境に与える影響が大きくなってしまうことを防ぐことができる。
The magnesium recovery method according to claim 10 of the present invention is the magnesium recovery method according to any one of claims 1 to 9,
The electrode constituting the anode is characterized in that it is an insoluble electrode having a substance with a smaller ionization tendency than silver.
According to this feature, it is possible to prevent ions of the material constituting the electrode from being contained in the aqueous solution after magnesium recovery, which would have a significant impact on the environment.

本発明の請求項11に記載のマグネシウム回収装置は、
アノードとカソードとを有する電解槽と、
前記アノードと前記カソードに電解用電力を供給可能な電源手段と、
電解によって生成する水に対して難溶性のマグネシウム水酸化物を回収可能な回収手段と、
を備えるマグネシウム回収装置であって、
前記電解槽が、陽イオン交換膜によって前記アノードを有するアノード側槽と前記カソードを有するカソード側槽とに区画され、
少なくともマグネシウムイオンを含む水溶液を前記カソード側槽に供給するための供給手段を備える
ことを特徴としている。
この特徴によれば、カソード側槽で発生した水酸化物イオンがアノード側槽へ移動してしまうことを防いで、カソード側槽における水酸化物イオン濃度を効率良く高められるため、マグネシウム水酸化物の生成効率を向上させることができる。
The magnesium recovery apparatus according to claim 11 of the present invention comprises:
an electrolytic cell having an anode and a cathode;
A power supply means capable of supplying power for electrolysis to the anode and the cathode;
A recovery means capable of recovering magnesium hydroxide which is sparingly soluble in water produced by electrolysis;
A magnesium recovery apparatus comprising:
the electrolytic cell is partitioned by a cation exchange membrane into an anode-side cell having the anode and a cathode-side cell having the cathode,
The present invention is characterized by comprising a supply means for supplying an aqueous solution containing at least magnesium ions to the cathode side tank.
According to this feature, the hydroxide ions generated in the cathode side tank are prevented from migrating to the anode side tank, and the hydroxide ion concentration in the cathode side tank can be efficiently increased, thereby improving the efficiency of magnesium hydroxide production.

尚、本発明は、本発明の請求項に記載された発明特定事項のみを有するものであって良いし、本発明の請求項に記載された発明特定事項とともに該発明特定事項以外の構成を有するものであっても良い。 The present invention may have only the invention-specific features described in the claims of the present invention, or may have the invention-specific features described in the claims of the present invention as well as features other than the invention-specific features.

本発明の第1実施形態におけるマグネシウムの回収装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a magnesium recovery device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第1実施形態のマグネシウムの回収装置における電気分解槽の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an electrolytic cell in the magnesium recovery device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における電解スタック2に使用した流路を示す図である。FIG. 2 shows flow paths used in the electrolysis stack 2 according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における試験条件を示す表である。4 is a table showing test conditions in the first embodiment of the present invention. 電流とマグネシウムイオン濃度との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between current and magnesium ion concentration. 電流とカルシウムイオン濃度との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between current and calcium ion concentration. マグネシウムイオンの濃度と単位体積電気量との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between magnesium ion concentration and unit volume charge. カルシウムイオンの濃度と単位体積電気量との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between calcium ion concentration and electrical charge per unit volume. 各流量と各単位体積電気量におけるマグネシウムイオンとカルシウムイオンの濃度測定値を示す表である。11 is a table showing measured concentrations of magnesium ions and calcium ions at each flow rate and each unit volume charge. 陽極側槽20aと陰極側槽20bのpH値の変化を示すグラフである。1 is a graph showing changes in pH value in the anode side chamber 20a and the cathode side chamber 20b. (a)は、単位体積電気量3600C/Lの沈殿物のマッピングSEM画像であり、(b)は、単位体積電気量14400C/Lの沈殿物のマッピングSEM画像である。13A is a mapping SEM image of a precipitate having a unit volume electrical charge of 3600 C/L, and FIG. 13B is a mapping SEM image of a precipitate having a unit volume electrical charge of 14400 C/L. (a)は、単位体積電気量3600C/Lの沈殿物のEDS分析結果であり、(b)は、単位体積電気量14400C/Lの沈殿物のEDS分析結果である。13A shows the results of EDS analysis of a precipitate having a unit volume electrical charge of 3600 C/L, and FIG. 13B shows the results of EDS analysis of a precipitate having a unit volume electrical charge of 14400 C/L. 各脱気処理した海水と脱気処理していない海水とのマグネシウムイオンと単位体積電気量との関係を示したグラフである。1 is a graph showing the relationship between magnesium ions and unit volume electricity in each deaerated seawater and non-deaerated seawater. 各脱気処理した海水と脱気処理していない海水とのカルシウムイオンと単位体積電気量との関係を示したグラフである。1 is a graph showing the relationship between calcium ions and unit volume electricity in each deaerated seawater and non-deaerated seawater. 各脱気処理した海水の電気分解における、各単位体積電気量におけるマグネシウムイオンとカルシウムイオンの測定値を示す表である。1 is a table showing the measured values of magnesium ions and calcium ions at each unit volume of electricity during electrolysis of each degassed seawater. (a)は、沸騰脱気処理した海水の沈殿物のマッピングSEM画像であり、(b)は、酸添加脱気処理した海水の沈殿物のマッピングSEM画像であり、(c)は、非脱気の海水の沈殿物のマッピングSEM画像である。(a) is a mapping SEM image of sediment from seawater that has been degassed by boiling, (b) is a mapping SEM image of sediment from seawater that has been degassed by adding acid, and (c) is a mapping SEM image of sediment from non-degassed seawater. (a)は、沸騰脱気処理した海水の沈殿物のEDS分析結果であり、(b)は、酸添加脱気処理した海水の沈殿物のEDS分析結果であり、(c)は、非脱気の海水の沈殿物のEDS分析結果である。(a) is the result of EDS analysis of sediment from seawater that had been subjected to boiling degassing treatment, (b) is the result of EDS analysis of sediment from seawater that had been subjected to acid-addition degassing treatment, and (c) is the result of EDS analysis of sediment from non-degassed seawater. 本発明の第2実施形態におけるマグネシウムの回収装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a magnesium recovery device according to a second embodiment of the present invention.

本発明の実施例を以下に説明する。 An embodiment of the present invention is described below.

実施形態1EMBODIMENT 1

図1は、本発明のマグネシウムの回収方法を適用したマグネシウム回収装置の一例を示す装置構成図である。 Figure 1 is a diagram showing an example of a magnesium recovery device that applies the magnesium recovery method of the present invention.

本実施形態1のマグネシウム回収装置は、図1に示すように、電気分解を行うための電気分解槽(電解槽)である電解スタック2と、該電解スタック2に設けられた陽極2aと陰極2cに電気分解用の電力(電解電力)を供給するための直流電源装置(電源手段)1と、電解スタック2に供給される海水(海洋深層水)および重量濃度5%硫酸ナトリウム水溶液を貯留するための海水タンク7および硫酸ナトリウム水溶液タンク8と、電解スタック2において電解処理された処理済みの海水および硫酸ナトリウム水溶液を貯留するための陰極溶液タンク10および陽極溶液タンク9と、陰極溶液タンク10に貯留されている処理済みの海水を濾過して、該処理済みの海水に沈降せずに含まれているマグネシウム水酸化物である水酸化マグネシウムを回収するための濾過装置16と、から主に構成されており、連続的に電気分解を行うことが可能な装置とされている。 As shown in FIG. 1, the magnesium recovery device of this embodiment 1 is mainly composed of an electrolysis stack 2, which is an electrolysis tank (electrolysis tank) for performing electrolysis, a DC power supply unit (power supply means) 1 for supplying power for electrolysis (electrolysis power) to the anode 2a and cathode 2c provided in the electrolysis stack 2, a seawater tank 7 and a sodium sulfate aqueous solution tank 8 for storing seawater (deep ocean water) and a 5% weight concentration aqueous sodium sulfate solution supplied to the electrolysis stack 2, a cathode solution tank 10 and an anode solution tank 9 for storing treated seawater and aqueous sodium sulfate solution electrolyzed in the electrolysis stack 2, and a filtration device 16 for filtering the treated seawater stored in the cathode solution tank 10 and recovering magnesium hydroxide, which is magnesium hydroxide contained in the treated seawater without settling, and is a device capable of performing electrolysis continuously.

電解スタック2の下方と硫酸ナトリウム水溶液タンク8および海水タンク7とは、導入配管13aおよび導入配管13cにて接続されており、硫酸ナトリウム水溶液タンク8および海水タンク7に貯留されている硫酸ナトリウム水溶液と海水とは、電解スタック2の下方から電解スタック2内部に導入されて、電解スタック2の上方から排出される。 The lower part of the electrolysis stack 2 is connected to the sodium sulfate aqueous solution tank 8 and the seawater tank 7 by inlet pipes 13a and 13c, and the sodium sulfate aqueous solution and seawater stored in the sodium sulfate aqueous solution tank 8 and the seawater tank 7 are introduced into the electrolysis stack 2 from the lower part and discharged from the upper part of the electrolysis stack 2.

尚、導入配管13a,13cの経路上には、図1に示すように、各導入配管13a,13cに対応して流量を可変可能なポンプ14a,14cが設けられており、該ポンプ14a,14cによって電解スタック2に供給される硫酸ナトリウム水溶液と海水の流量が、ポンプ14a,14cを動作させるためのインバータ電源6a,6cによって個別に調整可能とされている。本実施形態1では、後述するように、回収条件を検討するために流量を変化させる必要から流量を可変可能なポンプ14a,14cとして、例えば、MG204XPD17-10S,MAGPON GEAR(日機装エイコー株式会社商品名)を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、流量を可変不能なポンプを用いるようにしてもよい。また、インバータ電源6a,6cとしては、使用するポンプに応じて適宜に選定すればよい。 As shown in FIG. 1, pumps 14a and 14c capable of varying the flow rate are provided on the paths of the inlet pipes 13a and 13c corresponding to the respective inlet pipes 13a and 13c, and the flow rates of the sodium sulfate aqueous solution and seawater supplied to the electrolysis stack 2 by the pumps 14a and 14c can be individually adjusted by inverter power supplies 6a and 6c for operating the pumps 14a and 14c. In this embodiment 1, as described later, for example, MG204XPD17-10S, MAGPON GEAR (product name of Nikkiso Eiko Co., Ltd.) are used as the pumps 14a and 14c capable of varying the flow rate because it is necessary to change the flow rate to consider the recovery conditions, but the present invention is not limited to this, and a pump that cannot vary the flow rate may be used. In addition, the inverter power supplies 6a and 6c may be appropriately selected depending on the pump to be used.

また、導入配管13a,13cの経路上には、図1に示すように、導入配管13c、13aを介して電解スタック2に供給される硫酸ナトリウム水溶液と海水の流量を計測するための流量計3a,3cが設けられているとともに、弁(バルブ)4a,4cが設けられている。尚、流量計3a,3cとしては、例えば、ハンディロガーGL200A(グラフテック社製商品名)を使用することができる。 As shown in FIG. 1, flow meters 3a and 3c are provided on the inlet pipes 13a and 13c to measure the flow rates of the sodium sulfate aqueous solution and seawater supplied to the electrolysis stack 2 via the inlet pipes 13c and 13a, and valves 4a and 4c are also provided. As the flow meters 3a and 3c, for example, a Handy Logger GL200A (product name manufactured by Graphtec Corporation) can be used.

本実施形態1では、図1に示すように、海洋深層水を貯留可能な予備海水タンク11が海水タンク7に接続されているとともに、海水タンク7と予備回数タンク11との間には、海洋深層水に含まれている二酸化炭素を脱気するための脱気処理装置12が設けられている。 In this embodiment 1, as shown in FIG. 1, a spare seawater tank 11 capable of storing deep-sea water is connected to the seawater tank 7, and a degassing treatment device 12 for degassing carbon dioxide contained in the deep-sea water is provided between the seawater tank 7 and the spare tank 11.

本実施形態1の脱気処理装置12は、海洋深層水(海水)を加熱沸騰させて二酸化炭素を脱気させる沸騰脱気系統と、海洋深層水(海水)に酸を添加して二酸化炭素を脱気させる酸添加脱気系統の2つの脱気処理系統を内部に有しており、これらを切り替えて使用可能とされている。 The degassing treatment device 12 of this embodiment 1 has two internal degassing treatment systems: a boiling degassing system that heats and boils deep ocean water (seawater) to degasify carbon dioxide, and an acid addition degassing system that adds acid to deep ocean water (seawater) to degas carbon dioxide, and these systems can be switched between for use.

一方、電解スタック2の上方と陽極溶液タンク9と陰極溶液タンク10とは、排出配管15aおよび排出配管15cにて接続されており、電解スタック2において電解処理されて排出された処理済みの硫酸ナトリウム水溶液と海水とが、陽極溶液タンク9と陰極溶液タンク10とに貯留される。 On the other hand, the upper part of the electrolysis stack 2 is connected to the anode solution tank 9 and the cathode solution tank 10 by the discharge pipes 15a and 15c, and the treated sodium sulfate aqueous solution and seawater discharged after electrolysis in the electrolysis stack 2 are stored in the anode solution tank 9 and the cathode solution tank 10.

尚、陰極溶液タンク10には、上記したように、濾過装置16が接続されており、陰極溶液タンク10において沈降せずに、処理済み海水に含まれている水酸化マグネシウムが濾過される。 As mentioned above, a filtration device 16 is connected to the cathode solution tank 10, so that the magnesium hydroxide contained in the treated seawater is filtered out without settling in the cathode solution tank 10.

図2は、本実施形態1の電解スタック2の構成を示す図である。本実施形態1の電解スタック2は、図2に示すように、陽極2aと陰極2cとを備えるとともに、陽極2aと陰極2cとの間に設けられたイオン交換膜2bにより区画された電気分解槽(電解槽)である。 Figure 2 is a diagram showing the configuration of the electrolysis stack 2 of this embodiment 1. As shown in Figure 2, the electrolysis stack 2 of this embodiment 1 is an electrolysis cell (electrolysis cell) that includes an anode 2a and a cathode 2c and is partitioned by an ion exchange membrane 2b provided between the anode 2a and the cathode 2c.

詳しくは、電解槽の中央に、陽イオン交換膜2bをシリコーンゴムで加圧することによって配置して、電解槽を陽極(アノード)側槽20aと陰極(カソード)側槽20bとに区画している。尚、本実施例では、陽イオン交換膜として、1価の陽イオンであるナトリウムイオンを交換可能なCMB(株式会社アストム社製商品名)を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、陽極(アノード)側槽20aに導入する水溶液に溶解している電解質、特に陽イオンの価数に応じて、適宜に選択すればよい。 More specifically, the cation exchange membrane 2b is placed in the center of the electrolytic cell by pressing it with silicone rubber, dividing the electrolytic cell into an anode side cell 20a and a cathode side cell 20b. In this embodiment, the cation exchange membrane is CMB (product name manufactured by Astom Corporation), which is capable of exchanging sodium ions, which are monovalent cations, but the present invention is not limited to this, and an appropriate membrane may be selected depending on the electrolyte dissolved in the aqueous solution introduced into the anode side cell 20a, particularly the valence of the cations.

また、電解スタック2の陽極(アノード)側槽20aに硫酸ナトリウム水溶液タンク8から供給される硫酸ナトリウム水溶液の濃度は、陽極側から陰極側へ輸送される水素イオンによる中和反応を防ぐのに十分な濃度とすることが好ましく、具体的には、電解スタック2の出口で得られる溶液中のpH値を測定することによる検討の結果、重量濃度5%の高濃度の硫酸ナトリウム水溶液とすればよい。 The concentration of the sodium sulfate aqueous solution supplied from the sodium sulfate aqueous solution tank 8 to the anode side tank 20a of the electrolysis stack 2 is preferably a concentration sufficient to prevent a neutralization reaction caused by hydrogen ions transported from the anode side to the cathode side. Specifically, as a result of an investigation into measuring the pH value of the solution obtained at the outlet of the electrolysis stack 2, it is found that a high concentration sodium sulfate aqueous solution with a weight concentration of 5% is sufficient.

電解スタック2に設けられている陽極2aと陰極2cとしては、電解によって水溶液に侵食されることがなく、電気電導度が高く、機械的強度に優れ、さらに価格が安いことが好ましいことから、チタン板に白金メッキを施した白金メッキチタン板を用いている。この白金電極は化学安定性が高く、電気分解によっても水溶液中に白金が溶解してしまうことがない。また、これら白金メッキ層の厚みも、メッキ層の欠落部(欠陥部)がないような適宜な厚みを有するものであればよい。尚、本実施形態1では、メッキによって白金層を表面に形成した電極としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、価格面や機械的強度が問題なければ、電極自体を全て白金板としてもよいし、電極をカーボン素材から構成してもよく、この場合にはカーボン素材の表面がナノポーラス金属等の導電性部材でコーティングされていることが好ましい。
尚、本実施形態では、電解スタック2に設けられている陽極2aとして白金メッキチタン板を使用した形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら陽極2aとしては、イオン化傾向が銀(Ag)以上であると電極が酸化されて溶解してしまうことから、イオン化傾向が銀(Ag)より小さい物質であれば、白金以外の物質、例えば、金(Au)や炭素(C)等の物質を、少なくとも表面に有する電極とすればよい。
また、陰極側は還元反応となるので、電解スタック2に設けられている陰極2cはいずれの金属も使用できる。
The anode 2a and the cathode 2c provided in the electrolytic stack 2 are preferably platinum-plated titanium plates, which are titanium plates plated with platinum, because they are not corroded by the aqueous solution by electrolysis, have high electrical conductivity, are excellent in mechanical strength, and are inexpensive. The platinum electrodes have high chemical stability, and platinum does not dissolve in the aqueous solution even by electrolysis. The thickness of the platinum plating layer may be any appropriate thickness that does not cause missing parts (defects) in the plating layer. In the first embodiment, the electrodes have a platinum layer formed on the surface by plating, but the present invention is not limited to this. If there are no problems with the price or mechanical strength, the electrodes themselves may be platinum plates or may be made of a carbon material. In this case, it is preferable that the surface of the carbon material is coated with a conductive material such as a nanoporous metal.
In this embodiment, a platinum-plated titanium plate is used as the anode 2a provided in the electrolytic stack 2, but the present invention is not limited to this. If the anode 2a has an ionization tendency equal to or greater than that of silver (Ag), the electrode will be oxidized and dissolved. Therefore, as long as the ionization tendency of the material is smaller than that of silver (Ag), the electrode may have a material other than platinum, such as gold (Au) or carbon (C), on at least the surface.
In addition, since a reduction reaction occurs on the cathode side, any metal can be used for the cathode 2c provided in the electrolytic stack 2.

ここで、本実施形態1において、電解スタック2に使用した流路を図3に示す。流路は、厚み5mmの板状のシリコーンゴムの中央部を、図3に示すように、くりぬいて流路としたものを使用し、その一方面に電極が配置され、他方面に陽イオン交換膜が配置される。 The flow path used in the electrolysis stack 2 in this embodiment 1 is shown in Figure 3. The flow path is made by hollowing out the center of a 5 mm-thick plate-shaped silicone rubber as shown in Figure 3, with an electrode disposed on one side and a cation exchange membrane disposed on the other side.

具体的には、一方面の中央部に白金メッキチタンが配置されたシリコーンゴム板を2枚作成し、2枚のシリコーンゴム板の上記他方面間に陽イオン交換膜2bを挟んで圧着固定することによって図2に示される電解スタック2を形成している。 Specifically, two silicone rubber plates with platinum-plated titanium arranged in the center of one side are prepared, and the cation exchange membrane 2b is sandwiched between the other sides of the two silicone rubber plates and pressed to form the electrolytic stack 2 shown in Figure 2.

よって、流路の中央となる部分の一方面に電極が配置されていることにより、該電極が配置された範囲が電解によって化学反応が起こる領域となる。尚、化学反応が起こる領域の寸法は、長さ600mm、奥行き5mm、幅20mmである。 Therefore, by placing an electrode on one side of the central part of the flow path, the area in which the electrode is placed becomes the area where a chemical reaction occurs through electrolysis. The dimensions of the area where the chemical reaction occurs are 600 mm in length, 5 mm in depth, and 20 mm in width.

尚、図3では、流路が水平方向となるように図示しているが、本実施形態1では、流路が地面に対して略垂直となるように配置して、各水溶液を下方から重力の逆方向に供給しており、このようにすることで、流路を水平配置した場合に、陰極側槽20bでの水酸化マグネシウムの生成よって生じた流路の詰まりの発生を防ぐことができた。 In addition, in FIG. 3, the flow paths are illustrated as being horizontal, but in this embodiment 1, the flow paths are arranged so as to be approximately vertical to the ground, and each aqueous solution is supplied from below in the direction opposite to the force of gravity. In this way, clogging of the flow paths caused by the production of magnesium hydroxide in the cathode side tank 20b can be prevented when the flow paths are arranged horizontally.

上記のようにして形成したシリコーンゴム製の電解スタック2の陽極側槽20aに硫酸ナトリウム水溶液を導入するとともに陰極側槽20bに海水を導入しつつ、陽極2aと陰極2cとに電流を流すと電気分解反応が起こる。水の電気分解により陰極2cで生成する水酸化物イオンと海水中のマグネシウムイオンとが反応し、水酸化マグネシウムとして析出する。 When an aqueous sodium sulfate solution is introduced into the anode tank 20a of the silicone rubber electrolysis stack 2 formed as described above and seawater is introduced into the cathode tank 20b, an electrolysis reaction occurs when a current is passed between the anode 2a and the cathode 2c. Hydroxide ions generated at the cathode 2c by the electrolysis of water react with magnesium ions in the seawater, and magnesium hydroxide is precipitated.

更に、本実施形態1では陽イオン交換膜2bを用いているため、陰極2cで生成する陰イオンである水酸化物イオンが陽イオン交換膜2bを通過できず、陽極側槽20aに移動することができないので、陰極側槽20bのpH値を、少ない電力量にて効率良く上昇させることが可能となり、水酸化マグネシウムを効率良く生成させることができる。また、陰極側槽20bに導入される海水に含まれる陰イオンである塩素イオンについても、水酸化物イオンと同じく陽イオン交換膜2bを通過できず、陽極側槽20aに移動することができないため、陽極側槽20aに塩素イオンが含まれない状態にて電気分解が行われるようになるので、陽極2aにおいて塩素ガスが発生してしまうことがなく、陽極2aにおいては酸素ガスが発生する。尚、陰極2cでは、水素ガスが発生する。 Furthermore, since the cation exchange membrane 2b is used in this embodiment 1, hydroxide ions, which are anions generated at the cathode 2c, cannot pass through the cation exchange membrane 2b and cannot move to the anode side tank 20a, so it is possible to efficiently increase the pH value of the cathode side tank 20b with a small amount of electricity, and magnesium hydroxide can be efficiently generated. In addition, chloride ions, which are anions contained in the seawater introduced into the cathode side tank 20b, cannot pass through the cation exchange membrane 2b like hydroxide ions and cannot move to the anode side tank 20a, so electrolysis is performed without chloride ions being contained in the anode side tank 20a, so chlorine gas is not generated at the anode 2a and oxygen gas is generated at the anode 2a. Hydrogen gas is generated at the cathode 2c.

次に、上記した本実施形態1の装置を使用して、マグネシウムの回収条件について試験した。尚、本試験においては、海水と硫酸ナトリウム水溶液の流量を同じに設定し、図4に示すように、20ml/分、40ml/分、60ml/分の3組の流量を選定した。更に、各流量に合わせて海水の単位体積あたりの電気量を変えて試験を行った。また、本試験では、限界電流密度を越えないように電気量を設定したため、陽イオン交換膜2bの境界層に水の解離が発生しない。試験条件の詳細を図4に示す。海水単位体積あたりの電気量(以下、単位体積電気量と称す)は、3600C(クーロン)/L(リットル)、7200C/L、10800C/L、14400C/Lを選定した。 Next, the magnesium recovery conditions were tested using the device of the first embodiment described above. In this test, the flow rates of seawater and the sodium sulfate aqueous solution were set to the same value, and three sets of flow rates of 20 ml/min, 40 ml/min, and 60 ml/min were selected as shown in FIG. 4. Furthermore, the test was performed by changing the amount of electricity per unit volume of seawater according to each flow rate. In this test, the amount of electricity was set so as not to exceed the limit current density, so that dissociation of water does not occur in the boundary layer of the cation exchange membrane 2b. Details of the test conditions are shown in FIG. 4. The amount of electricity per unit volume of seawater (hereinafter referred to as the amount of electricity per unit volume) was selected to be 3600 C (coulomb)/L (liter), 7200 C/L, 10800 C/L, and 14400 C/L.

また、試験においては、脱気処理装置16の効果を後述する比較において明確となるように、脱気処理装置16を作動させず、非脱気の海水を使用して実施した。 In addition, the tests were conducted using non-degassed seawater without operating the degassing device 16 so that the effect of the degassing device 16 would become clear in the comparison described below.

試験において、沈殿物を含む電解処理後の海水は、電解が定常状態に達した後で、ガラス製ビーカで電解スタック2の出口から採取した。電解処理後の海水中の化学反応が充分に反応するまで、ビーカを密封し30分間放置した。その後,充分に反応した溶液をろ紙で濾過して沈殿物を水溶液から分離した。海水中の塩化ナトリウムなどの水溶性化合物が沈殿物に付着しないように純水で3回洗い流した。次に、沈殿物を乾燥させた後に走査電子顕微鏡(SEM)とエネルギー分散型X線分析(EDS)にて表面状態および構成元素の分析を行った。ろ過した水溶液は,希釈装置で各イオンに合わせて超純水を用いて適切な倍率に希釈した。希釈した溶液は誘導結合プラズマ(ICP)によって各元素の濃度分析を行った。 In the test, the electrolytic seawater containing the precipitate was collected in a glass beaker from the outlet of the electrolytic stack 2 after the electrolysis reached a steady state. The beaker was sealed and left for 30 minutes until the chemical reaction in the seawater after electrolysis had fully reacted. After that, the fully reacted solution was filtered with filter paper to separate the precipitate from the aqueous solution. The precipitate was washed three times with pure water to prevent water-soluble compounds such as sodium chloride in the seawater from adhering to the precipitate. Next, the precipitate was dried and then analyzed for its surface condition and constituent elements using a scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDS). The filtered aqueous solution was diluted to an appropriate ratio using ultrapure water according to each ion in a dilution device. The diluted solution was analyzed for the concentration of each element using inductively coupled plasma (ICP).

図5は、電流とマグネシウムイオン濃度との関係を示すグラフである。図5に示すように、マグネシウムイオン濃度は流量の低下と共に減少する。これは、電気量が同じ場合、陰極2cで生成した水酸化物イオンの量も同じため、流量を低下させると、単位体積に含まれる水酸化物イオンが多くなるためである。一方で、マグネシウムイオンの濃度は印加した電流の増加と共に減少する。これは,印加した電流を増加させると、電極反応によって生成した水酸化物イオンの量も増加し、水酸化物イオンと反応して水酸化マグネシウムとなったマグネシウムイオンも増加するためである。 Figure 5 is a graph showing the relationship between current and magnesium ion concentration. As shown in Figure 5, the magnesium ion concentration decreases as the flow rate decreases. This is because, when the amount of electricity is the same, the amount of hydroxide ions generated at the cathode 2c is also the same, so when the flow rate is decreased, more hydroxide ions are contained in a unit volume. On the other hand, the concentration of magnesium ions decreases as the applied current increases. This is because, when the applied current is increased, the amount of hydroxide ions generated by the electrode reaction also increases, and the amount of magnesium ions that react with hydroxide ions to become magnesium hydroxide also increases.

図6は、電流とカルシウムイオン濃度との関係を示すグラフである。カルシウム濃度と流量の関係はマグネシウムイオンと同じように流量の低下と共に減少した。更に,カルシウムの生成反応は図6に示すように2段階に分かれる。1段階は水酸化マグネシウムの生成と同時に軽微に減少する。これは、電気分解を行うと共に、陰極側槽20bの海水のpH値が上昇し、海水中に存在する炭酸系イオンが炭酸イオンに変換された後、カルシウムイオンと反応して炭酸カルシウムとして沈殿したためである。2段階ではマグネシウムイオンと水酸化物イオンの反応によって、マグネシウムイオンが消費された後にカルシウムの濃度が減少する。これは、水酸化マグネシウムの反応が進むにつれて海水中のマグネシウムイオンが比例して減少し、カルシウムイオンの割合が多くなったために、カルシウムイオンと水酸化物イオンとの化学反応が起こり始め、カルシウムイオンは水酸化カルシウムとして沈殿することで、カルシウムイオンの濃度が減少する。 Figure 6 is a graph showing the relationship between current and calcium ion concentration. The relationship between calcium concentration and flow rate was the same as that of magnesium ions, and the calcium concentration decreased with the decrease in flow rate. Furthermore, the calcium production reaction is divided into two stages as shown in Figure 6. In the first stage, the concentration slightly decreases at the same time as the production of magnesium hydroxide. This is because the pH value of the seawater in the cathode tank 20b increases as electrolysis is performed, and the carbonate ions present in the seawater are converted to carbonate ions, which then react with calcium ions and precipitate as calcium carbonate. In the second stage, the concentration of calcium decreases after magnesium ions are consumed due to the reaction between magnesium ions and hydroxide ions. This is because as the reaction of magnesium hydroxide progresses, the magnesium ions in the seawater decrease proportionally, and the proportion of calcium ions increases, so a chemical reaction between calcium ions and hydroxide ions begins, and calcium ions precipitate as calcium hydroxide, thereby decreasing the concentration of calcium ions.

図9は、各流量と各単位体積電気量におけるマグネシウムイオンとカルシウムイオンの濃度測定値を示す表であり、該測定値に基づくグラフを図7および図8に示す。 Figure 9 is a table showing the measured concentrations of magnesium ions and calcium ions at each flow rate and each unit volume of electricity, and graphs based on these measurements are shown in Figures 7 and 8.

図7は、測定したマグネシウムイオンの濃度と単位体積電気量との関係を示すグラフである。横軸を単位体積電気量とすると、流量によらず同じ単位体積の電気量の下でイオン濃度が一致する。これは、陰極2cでの水酸化物イオンの生成が電流と比例するため、マグネシウムイオンの濃度変化が体積電気量に依存することが解る。一方、未脱気の海水の場合には、海水中のマグネシウムイオンが、単位体積電気量が10000C/L~14400C/Lの間、より詳しくは、グラフの傾斜により計算すると約12000C/Lにてほぼ完全に回収できることが解る。 Figure 7 is a graph showing the relationship between the measured magnesium ion concentration and the unit volume charge. With the unit volume charge on the horizontal axis, the ion concentration is consistent at the same unit volume charge regardless of the flow rate. This shows that the generation of hydroxide ions at the cathode 2c is proportional to the current, so the change in magnesium ion concentration depends on the volume charge. On the other hand, in the case of un-deaerated seawater, it can be seen that the magnesium ions in the seawater can be almost completely recovered at a unit volume charge between 10,000 C/L and 14,400 C/L, more specifically, at about 12,000 C/L, calculated from the slope of the graph.

図8は、測定したカルシウムイオンの濃度と単位体積電気量との関係を示すグラフである。カルシウムイオンは、マグネシウムイオンと異なり、単位体積電気量が少なく、電気分解の初期の段階である場合に濃度が少し減少するものの、3600C/L~7200C/Lまでの間については、ほぼ変化せず、10000C/L(より詳しくは10800C/L)から大きく減少している。これは、電気分解の初期の段階においては、後述するように、水酸化マグネシウムの生成と並行して、水酸化物イオンの生成によるpH値の上昇によって、海水に含まれる二酸化炭素とカルシウムとが反応して炭酸カルシウムが析出してカルシウムイオンの濃度が少し減少したものである。そして、海水に含まれる二酸化炭素が全て消費された後は炭酸カルシウムが析出しないので、カルシウムイオンは減少せず、水酸化マグネシウムが析出し、マグネシウムイオンがほぼ消費される10000C/L(より詳しくは10800C/L)近くまでは、カルシウムイオンの濃度は、ほぼ減少せず、海水中のほぼ全てのマグネシウムイオンが消費された後に、カルシウムイオンが水酸化カルシウムとして消費されることで減少することが解る。 Figure 8 is a graph showing the relationship between the measured calcium ion concentration and the unit volume charge. Unlike magnesium ions, calcium ions have a small unit volume charge and so the concentration decreases slightly in the early stages of electrolysis, but there is almost no change between 3600 C/L and 7200 C/L, and then there is a large decrease from 10,000 C/L (more specifically, 10,800 C/L). This is because in the early stages of electrolysis, in parallel with the production of magnesium hydroxide, as will be described later, the pH value increases due to the production of hydroxide ions, causing the carbon dioxide contained in the seawater to react with calcium, resulting in the precipitation of calcium carbonate, and a slight decrease in the calcium ion concentration. After all the carbon dioxide in the seawater has been consumed, calcium carbonate does not precipitate, so the calcium ions do not decrease, and magnesium hydroxide precipitates. The concentration of calcium ions does not decrease much until the concentration approaches 10,000 C/L (more specifically, 10,800 C/L), at which point the magnesium ions are almost all consumed. It can be seen that the calcium ion concentration decreases after almost all the magnesium ions in the seawater have been consumed, as the calcium ions are consumed as calcium hydroxide.

次に、陽極側槽20aと陰極側槽20bのpH値の変化を図10に示す。単位体積電気量の増加と共に陽極2aにおいて水素イオンが発生するため、陽極側槽20aの硫酸ナトリウム水溶液のpH値は低下する。一方、陰極2cにおいては、単位体積電気量の増加と共に水酸化物イオンが生成することで陰極側槽20bの海水のpH値は上昇する。 Next, the changes in pH value in the anode side tank 20a and the cathode side tank 20b are shown in Figure 10. As the unit volume of electricity increases, hydrogen ions are generated in the anode 2a, so the pH value of the sodium sulfate aqueous solution in the anode side tank 20a decreases. On the other hand, at the cathode 2c, as the unit volume of electricity increases, hydroxide ions are generated, so the pH value of the seawater in the cathode side tank 20b increases.

図10に示すように、pH値は、電解スタック2に入力した単位体積電気量(C/L)に依存することが解る。更に、水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムの溶解度積が異なり、反応に必要なpH環境も異なるため、陰極側槽20bの海水のpH値の変化は2段階に分かれている。陰極側槽20bの海水のpH値は単位体積電気量3600C/Lと10000C/Lの間の条件下で9.8に留まり、10000C/L(より詳しくは10800C/L)以上となると再び増加する。
これは、3600C/L~10000C/L(より詳しくは10800C/L)の区間で水酸化マグネシウムの生成より水酸化物イオンが消耗されたため、陰極側槽20bの海水のpH値が9.8に留まる。10000C/Lを超える際にマグネシウムイオンの減少につれて水酸化カルシウムの生成が始まり、pH値が上昇する。
As shown in Fig. 10, it can be seen that the pH value depends on the unit volume charge (C/L) input to the electrolysis stack 2. Furthermore, since the solubility products of magnesium hydroxide and calcium hydroxide are different and the pH environment required for the reaction is also different, the pH value of the seawater in the cathode side tank 20b changes in two stages. The pH value of the seawater in the cathode side tank 20b remains at 9.8 under conditions of unit volume charge between 3600 C/L and 10000 C/L, and increases again when the unit volume charge exceeds 10000 C/L (more specifically, 10800 C/L).
This is because hydroxide ions are consumed by the production of magnesium hydroxide in the range of 3600 C/L to 10000 C/L (more specifically, 10800 C/L), so the pH value of the seawater in the cathode side tank 20b remains at 9.8. When the concentration exceeds 10000 C/L, calcium hydroxide starts to be produced as magnesium ions decrease, and the pH value rises.

次に、回収した沈殿物についての分析結果を示す。沈殿物の成分を検証するために、電気分解を行った際に陰極側槽20bで生成した沈殿物を走査電子顕微鏡(SEM)により表面状態の観察を行うと同時に、エネルギー分散型X線分析(EDS)にて構成元素の成分分析を行い、エネルギー分散型X線分析(EDS)の結果にもとづいて、SEM画像のマッピングを行った。 Next, the analysis results of the recovered precipitate are shown. In order to verify the composition of the precipitate, the surface condition of the precipitate formed in the cathode side tank 20b during electrolysis was observed using a scanning electron microscope (SEM), and at the same time, the composition of the constituent elements was analyzed using energy dispersive X-ray analysis (EDS). Based on the results of energy dispersive X-ray analysis (EDS), SEM images were mapped.

図11(a)は、流速40ml/分で単位体積電気量3600C/Lの沈殿物のマッピングSEM画像であり、図11(b)は、流速40ml/分で単位体積電気量14400C/Lの沈殿物のマッピングSEM画像である。尚、マッピングSEM画像においては、薄いグレーの部分で平滑性を有している部分がマグネシウム化合物であり、濃いグレーの部分で、比較的大きな結晶となって平滑性を有していない部分がカルシウム化合物である。 Figure 11(a) is a mapping SEM image of a precipitate with a unit volume charge of 3600 C/L at a flow rate of 40 ml/min, and Figure 11(b) is a mapping SEM image of a precipitate with a unit volume charge of 14400 C/L at a flow rate of 40 ml/min. In the mapping SEM image, the light grey areas that are smooth are magnesium compounds, and the dark grey areas that are relatively large crystals and not smooth are calcium compounds.

図7、図8や、後述の脱気による試験結果である図12、図13、図14等より、図11(a)のカルシウム化合部は、炭酸カルシウムであり、図11(b)のカルシウム化合物は、水酸化カルシウムと考えられる。また、図8に示されるように、単位体積電気量3600C/Lと単位体積電気量7200C/Lとの比較で、カルシウムイオン濃度はほとんど減少していないため、単位体積電気量7200C/Lの場合も、単位体積電気量3600C/Lの図11(a)と同じような沈殿物のマッピングSEM画像が得られると考えられる。
単位体積電気量12000C/Lでは、マグネシウムは完全に回収できる。ただし、海水中のマグネシウムだけではなくカルシウムも析出してしまい、回収するマグネシウムの純度が低くなってしまう。そのため、後工程で、マグネシウムの精製が必要となる。
また、単位体積電気量10800C/Lでは、マグネシウムは、ほぼ全量が回収できる。海水中のマグネシウムだけではなくカルシウムの析出があるものの、析出するカルシウムの量は少量であり、マグネシウムの純度は高い。よって、該単位体積電気量近辺が、マグネシウムの回収率が高いとともに、カルシウムの析出も少ないので、高効率でかつ高純度のマグネシウムを回収できることから工業用マグネシウム用途としては十分に実用的なマグネシウムが得られる単位体積電気量である。
また、単位体積電気量3600C/L~7200C/Lの範囲では、マグネシウムの回収率は、上記した単位体積電気量10800C/Lの場合よりも少ないが、カルシウムの析出は殆どなく、マグネシウムの純度は最も高い。医薬品や試薬等の用途でマグネシウムの純度が求められる場合に有効な単位体積電気量である。
7 and 8, and Fig. 12, Fig. 13, Fig. 14, which are the test results by degassing described later, the calcium compound part in Fig. 11(a) is considered to be calcium carbonate, and the calcium compound in Fig. 11(b) is considered to be calcium hydroxide. Also, as shown in Fig. 8, the calcium ion concentration is almost the same when comparing the unit volume charge of 3600 C/L and the unit volume charge of 7200 C/L, so it is considered that the mapping SEM image of the precipitate similar to that of Fig. 11(a) for the unit volume charge of 3600 C/L can be obtained in the case of the unit volume charge of 7200 C/L.
With a unit volume electrical charge of 12,000 C/L, magnesium can be completely recovered. However, not only magnesium but also calcium in seawater precipitates, resulting in low purity of the recovered magnesium. Therefore, magnesium needs to be refined in a post-process.
In addition, at a unit volume electrical quantity of 10,800 C/L, almost all of the magnesium can be recovered. Although not only magnesium but also calcium precipitates in seawater, the amount of precipitated calcium is small, and the purity of magnesium is high. Therefore, near this unit volume electrical quantity, the magnesium recovery rate is high and calcium precipitation is small, so that magnesium of high purity can be recovered with high efficiency, and this unit volume electrical quantity is sufficient to obtain practical magnesium for industrial magnesium applications.
In addition, in the range of unit volume electrical charge of 3600 C/L to 7200 C/L, the recovery rate of magnesium is lower than the above-mentioned unit volume electrical charge of 10800 C/L, but there is almost no calcium precipitation and the purity of magnesium is the highest. This is an effective unit volume electrical charge when magnesium purity is required for applications such as medicines and reagents.

次に、エネルギー分散型X線分析(EDS)の成分分析の結果を図12に示す。尚、エネルギー分散型X線分析(EDS)測定には炭素を含むシールが必要であるため、沈殿物中の炭素含有量は測定していない。従って、EDS分析結果における百分率は、炭素を除いた値を表示している。 Next, the results of the component analysis by energy dispersive X-ray analysis (EDS) are shown in Figure 12. Note that the carbon content in the precipitate was not measured because a seal containing carbon is required for energy dispersive X-ray analysis (EDS) measurement. Therefore, the percentages in the EDS analysis results show values excluding carbon.

図12(a)は、流速40ml/分で単位体積電気量3600C/Lの沈殿物のEDS分析結果であり、図12(b)は、流速40ml/分で単位体積電気量14400C/Lの沈殿物のEDS分析結果である。 Figure 12(a) shows the results of EDS analysis of a precipitate with a unit volume charge of 3600 C/L at a flow rate of 40 ml/min, and Figure 12(b) shows the results of EDS analysis of a precipitate with a unit volume charge of 14400 C/L at a flow rate of 40 ml/min.

図12からも解るように、EDS分析結果では陽イオンであるカルシウムイオンとマグネシウムイオンのみが検出されている。これは、陰極側槽20bの海水に存在する溶解性の高い化合物、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどがろ過中に純水に洗い流されたためである。また、図10に示したように、単位体積電気量3600C/Lと10000C/L(より詳しくは10800C/L)の間に海水のpH値の上昇がなく、電気分解によって生成された水酸化物イオンが水酸化マグネシウムの生成化学反応に消耗されたためと判断できる。 As can be seen from Figure 12, only the positive ions calcium ions and magnesium ions were detected in the EDS analysis results. This is because highly soluble compounds such as sodium chloride and potassium chloride present in the seawater in the cathode side tank 20b were washed away into the pure water during filtration. Also, as shown in Figure 10, there was no increase in the pH value of the seawater between the unit volume electrical quantities of 3600 C/L and 10000 C/L (more specifically, 10800 C/L), which can be concluded to be because the hydroxide ions generated by electrolysis were consumed in the chemical reaction that produced magnesium hydroxide.

更に、カルシウムイオンはマグネシウムイオンがほぼ回収された後に減少し始めるため、2段階で生成したカルシウム化合物物は水酸化カルシウムであると判断できる。 Furthermore, since calcium ions begin to decrease after magnesium ions have been almost completely recovered, it can be determined that the calcium compound produced in the two stages is calcium hydroxide.

次に、海水中の二酸化炭素の脱気より、回収される水酸化マグネシウムの純度を向上できることについて以下に説明する。 Next, we will explain how the purity of the recovered magnesium hydroxide can be improved by degassing the carbon dioxide in seawater.

上述したように、陰極側槽20bにおいて電気分解によって水酸化物イオンが生成してpH値が上昇すると、海水中のマグネシウムイオンが析出するのと並行して炭酸マグネシウムが析出して、回収するマグネシウムイオンに炭酸マグネシウムが混入して水酸化マグネシウムの純度が低下する。 As described above, when hydroxide ions are generated by electrolysis in the cathode tank 20b and the pH value rises, magnesium carbonate precipitates in parallel with the precipitation of magnesium ions in the seawater, and the magnesium carbonate becomes mixed with the recovered magnesium ions, reducing the purity of the magnesium hydroxide.

このため、炭酸マグネシウムが混入してしまうことを防ぐために、海水中の二酸化炭素である炭酸系イオンを取り除く脱気処理を行うことが有効である。 For this reason, in order to prevent magnesium carbonate from being mixed in, it is effective to carry out a degassing process to remove carbonate ions, which are carbon dioxide, from seawater.

これら脱気処理としては、気体である二酸化炭素の溶解度はヘンリーの法則によって液温が上昇すると低下するので、電解スタック2に供給する前の海水を加熱沸騰して二酸化炭素を脱気する沸騰脱気処理と、炭酸系イオンの存在比が溶液中のpH値より変化するため、海水のpH値を、酸を添加して酸性に変えることで炭酸系イオンを二酸化炭素として脱気する酸添加脱気処理とを行った。 These degassing processes include a boiling degassing process in which seawater is heated to boil before being supplied to the electrolysis stack 2 to degas the carbon dioxide, since the solubility of the gaseous carbon dioxide decreases as the liquid temperature rises according to Henry's law, and an acid addition degassing process in which the pH value of the seawater is changed to acidic by adding an acid, thereby degassing the carbonate ions as carbon dioxide, since the ratio of carbonate ions varies depending on the pH value of the solution.

よって、本実施形態1では、前述したように、脱気処理装置12には、沸騰脱気処理を行う沸騰脱気系統と、酸添加脱気処理を行う酸添加脱気系統の2つの脱気処理系統が設けられており、各脱気処理を切り替えて行うことが可能とされている。 Therefore, in this embodiment 1, as described above, the degassing treatment device 12 is provided with two degassing treatment systems: a boiling degassing system that performs boiling degassing treatment, and an acid addition degassing system that performs acid addition degassing treatment, and it is possible to switch between each degassing treatment.

尚、本実施形態1の脱気処理装置12としては、2系統を有する形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらのいずれか一方の系統のみを有するものであっても良いし、更には、2系統の両方の処理を重複して実施できるものであってもよい。 In addition, the degassing treatment device 12 in this embodiment 1 is exemplified as having two systems, but the present invention is not limited to this, and may have only one of these systems, or may be capable of performing both systems of treatment in an overlapping manner.

沸騰脱気処理としては、海水を100℃で5分間加熱して処理する。また、酸添加脱気処理としては、塩酸の添加によって海水のpH値を3まで低下させ、重炭酸イオンを二酸化炭素へ変換させて海水から除去する。尚、酸添加の場合には、電気分解によって生成する水酸化物イオンにより中和されることになる。 In the boiling degassing process, seawater is heated to 100°C for 5 minutes. In the acid-addition degassing process, the pH value of the seawater is lowered to 3 by adding hydrochloric acid, and bicarbonate ions are converted to carbon dioxide and removed from the seawater. When acid is added, the bicarbonate ions are neutralized by hydroxide ions generated by electrolysis.

尚、本実施形態1では、脱気処理装置12で脱気処理した海水を、海水タンク7に24時間(1日)程度、貯留してから電解スタック2に供給して電気分解を行った。 In this embodiment, the seawater degassed by the degassing device 12 was stored in the seawater tank 7 for about 24 hours (one day) and then supplied to the electrolysis stack 2 for electrolysis.

電気分解としては、流量40ml/分で電気分解スタック2の陰極側槽20bの排出口から採取した水溶液をろ過し沈殿物と水溶液を分離させた後に、水溶液を誘導結合プラズマ(ICP)にて成分分析を行った。また沈殿物を、走査電子顕微鏡(SEM)とエネルギー分散型X線分析(EDS)にて表面状態および構成元素の分析を行った。 For electrolysis, the aqueous solution collected from the outlet of the cathode side tank 20b of the electrolysis stack 2 at a flow rate of 40 ml/min was filtered to separate the precipitate from the aqueous solution, after which the aqueous solution was subjected to component analysis using inductively coupled plasma (ICP). The precipitate was also subjected to surface analysis and elemental analysis using a scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray spectrometry (EDS).

図15は、各脱気処理した海水の電気分解における、各単位体積電気量におけるマグネシウムイオンとカルシウムイオンの測定値を示す表であり、図13は、各脱気処理した海水と脱気処理していない海水とのマグネシウムイオンと単位体積電気量との関係を示したグラフであり、図14は、各脱気処理した海水と脱気処理していない海水とのカルシウムイオンと単位体積電気量との関係を示したグラフである。尚、非脱気については、図9における流量40ml/分の測定データを使用している。 Figure 15 is a table showing the measured values of magnesium ions and calcium ions at each unit volume of electricity during electrolysis of each degassed seawater, Figure 13 is a graph showing the relationship between magnesium ions and unit volume of electricity for each degassed seawater and non-degassed seawater, and Figure 14 is a graph showing the relationship between calcium ions and unit volume of electricity for each degassed seawater and non-degassed seawater. For non-degassed seawater, the measurement data for a flow rate of 40 ml/min in Figure 9 was used.

図13のグラフから、沸騰脱気処理した海水中の水酸化マグネシウムの生成速度は非脱気の海水よりわずかに速いことが解る。更に、図14のグラフから、沸騰脱気処理された海水は単位体積電気量0C/Lと7200C/Lの間にカルシウムイオンが減少していない。そのため、非脱気の海水における1段階で生成したカルシウム化合物は、海水のpH値の上昇によって生成した炭酸カルシウムであることが解る。 The graph in Figure 13 shows that the rate of magnesium hydroxide production in boiled and degassed seawater is slightly faster than in non-degassed seawater. Furthermore, the graph in Figure 14 shows that in boiled and degassed seawater, calcium ions do not decrease between unit volume electrical quantities of 0 C/L and 7200 C/L. Therefore, it can be seen that the calcium compound produced in the first stage in non-degassed seawater is calcium carbonate produced by the increase in the pH value of the seawater.

よって、図13のグラフは、海水に含まれるカルシウムイオンによる炭酸カルシウムの影響をほぼ含まず、海水中のマグネシウムイオンだけを回収するのに電気量が使用されているものと捉えることができ、この図13のグラフから、海水のマグネシウムの電解における単位体積電気量を10000C/L(より詳しくは10800C/L)程度に留めておくことで、海水中のほぼ全てのマグネシウムを回収しつつ、水酸化カルシウムの析出による純度低下が著しく少ない、高純度の水酸化マグネシウムを回収することができることが解る。 The graph in Figure 13 can therefore be understood as indicating that the amount of electricity is being used to recover only the magnesium ions in the seawater, with almost no effect of calcium carbonate due to the calcium ions contained in the seawater. From this graph in Figure 13, it can be seen that by keeping the unit volume electricity quantity in the electrolysis of magnesium in seawater at around 10,000 C/L (more specifically, 10,800 C/L), it is possible to recover almost all of the magnesium in the seawater while recovering high-purity magnesium hydroxide with significantly little loss of purity due to calcium hydroxide precipitation.

一方、図14のグラフに示すように、酸添加脱気処理の場合は、1段階で生成した炭酸カルシウムがわずかに減少した。海水に酸を添加することで二酸化炭素の存在比が高くなる。しかし、一部の炭酸は溶解性より外部に放出されたが、全ての二酸化炭素を除去することができるわけではない。したがって、電気分解を行う場合には水の電気分解によって溶液のpH値が再び上昇するため、二酸化炭素はまた炭酸イオンに戻って、カルシウムイオンと反応し、炭酸カルシウムとして沈殿したもの考えられる。 On the other hand, as shown in the graph in Figure 14, in the case of acid-added degassing treatment, the amount of calcium carbonate produced in the first stage was slightly reduced. Adding acid to seawater increases the proportion of carbon dioxide present. However, although some carbon dioxide was released to the outside due to its solubility, it is not possible to remove all of the carbon dioxide. Therefore, when electrolysis is performed, the pH value of the solution rises again due to the electrolysis of water, and the carbon dioxide returns to carbonate ions, which react with calcium ions and precipitate as calcium carbonate.

このように、炭酸カルシウムの混入を防ぐ脱気処理としては、沸騰脱気処理が優れているものの、海水を沸騰させるには、多くのエネルギーが必要となるとともに装置が大型となって処理コストが増大してしまう畏れがあるのに対し、酸添加脱気処理は、酸を添加するだけであるので、処理コストの上昇を抑えることができるので、いずれの脱気処理を選択するかは、回収したい水酸化マグネシウムの純度と、許容できる処理コストとの兼ね合いから適宜に選択すればよい。また、沸騰脱気処理や酸添加脱気処理に限らず、その他の脱気方法でもよい。 Thus, boiling degassing is an excellent degassing process for preventing calcium carbonate from being mixed in, but boiling seawater requires a lot of energy and the equipment is large, which may increase processing costs. On the other hand, acid addition degassing only involves adding acid, which can suppress increases in processing costs. Therefore, which degassing process to select can be chosen appropriately based on the purity of the magnesium hydroxide to be recovered and the acceptable processing costs. Furthermore, other degassing methods may be used in addition to boiling degassing and acid addition degassing.

次に、脱気処理した海水の沈殿物のマッピングSEM画像を図16に示す。図16(a)は、沸騰脱気処理した海水の沈殿物のマッピングSEM画像であり、図16(b)は、酸添加脱気処理した海水の沈殿物のマッピングSEM画像であり、図16(c)は、非脱気の海水の沈殿物のマッピングSEM画像であり、図11(a)と同じ画像である。尚、図16に示す各マッピングSEM画像の単位体積電気量は3600C/Lであり、単位体積電気量が7200C/Lでも同様のマッピングSEM画像となる。 Next, FIG. 16 shows mapping SEM images of sediments from degassed seawater. FIG. 16(a) is a mapping SEM image of sediments from seawater that has been subjected to boiling degassing, FIG. 16(b) is a mapping SEM image of sediments from seawater that has been subjected to acid-addition degassing, and FIG. 16(c) is a mapping SEM image of sediments from non-degassed seawater, which are the same images as FIG. 11(a). Note that the unit volume electrical charge of each mapping SEM image shown in FIG. 16 is 3600 C/L, and similar mapping SEM images would be obtained even if the unit volume electrical charge was 7200 C/L.

図16(c)に示すように、脱気処理なしの海水の沈殿物の表面にはカルシウム化合物が点在しているが、図16(a),(b)には濃いグレーの部位はほぼ存在しておらず沸騰脱気処理や添加脱気処理した海水の沈殿物では、カルシウム化合物が明らかに減少していることが解る。 As shown in Figure 16 (c), calcium compounds are scattered on the surface of the sediment from seawater that has not been degassed, but there are almost no dark gray areas in Figures 16 (a) and (b), and it can be seen that the amount of calcium compounds has clearly decreased in the sediment from seawater that has been subjected to boiling degassing or additive degassing treatments.

また、図17に、脱気処理した海水の沈殿物のエネルギー分散型X線分析(EDS)の成分分析の結果を示す。図17(a)は、沸騰脱気処理した海水の沈殿物のEDS分析結果であり、図17(b)は、酸添加脱気処理した海水の沈殿物のEDS分析結果であり、図17(c)は、非脱気の海水の沈殿物のEDS分析結果である。 Figure 17 shows the results of energy dispersive X-ray analysis (EDS) of the components of the sediment from the degassed seawater. Figure 17(a) shows the results of EDS analysis of the sediment from the boiling degassed seawater, Figure 17(b) shows the results of EDS analysis of the sediment from the seawater that was degassed by adding acid, and Figure 17(c) shows the results of EDS analysis of the sediment from the non-degassed seawater.

図17(c)に示す脱気処理なしの海水の沈殿物のEDS分析結果と、図17(a)の沸騰脱気処理した海水の沈殿物のEDS分析結果や、図17(b)の酸添加脱気処理した海水の沈殿物のEDS分析結果とを比較すると、脱気処理した海水の沈殿物のカルシウム元素の存在比が顕著に減少した。これにより、炭酸カルシムの生成に対して、沸騰法と酸添加法が有効であることが証明できた。また、このEDS分析結果によって、脱気処理を行った沈殿物のマグネシウムイオンとカルシウムイオンのモル比は、沸騰脱気処理が30.54:0.41であり,酸添加法が31.23:0.28である。そのため、脱気処理によって、純度99%のマグネシウム化合物が回収できることが解る。更に、炭酸カルシウムを含まないマグネシウム化合物にはマグネシウムと酸素のモル比が1:2であるため、マグネシウム化合物は水酸化マグネシウムであることが解る。 Comparing the EDS analysis results of the sediment of seawater without degassing shown in Figure 17(c) with the EDS analysis results of the sediment of seawater that was subjected to boiling degassing shown in Figure 17(a) and the EDS analysis results of the sediment of seawater that was subjected to acid-addition degassing shown in Figure 17(b), the abundance ratio of calcium element in the sediment of the degassed seawater was significantly reduced. This proved that the boiling method and the acid-addition method are effective for the production of calcium carbonate. In addition, the EDS analysis results show that the molar ratio of magnesium ion to calcium ion in the sediment that was subjected to degassing treatment was 30.54:0.41 for the boiling degassing treatment and 31.23:0.28 for the acid-addition method. Therefore, it can be seen that a magnesium compound with a purity of 99% can be recovered by the degassing treatment. Furthermore, since the molar ratio of magnesium to oxygen is 1:2 in magnesium compounds that do not contain calcium carbonate, it can be seen that the magnesium compound is magnesium hydroxide.

実施形態2EMBODIMENT 2

図18は、実施形態2のマグネシウム回収装置の構成を示す図である。本実施形態2のマグネシウム回収装置の特徴点は、主に、以下の2点である。 Figure 18 is a diagram showing the configuration of the magnesium recovery device of embodiment 2. The magnesium recovery device of embodiment 2 has the following two main features:

第1点は、前述した実施形態1では、水酸化マグネシウムの沈殿物に混入する炭酸カルシウムを低減するために、海水中に含まれる重炭酸イオンとして含まれる二酸化炭素を脱気することで炭酸カルシウムを低減しているのに対し、本実施形態2では、第1段階の電解によって海水中に含まれる重炭酸イオンとして含まれる二酸化炭素を、炭酸カルシウムとして除去している点。 The first point is that in the above-mentioned embodiment 1, in order to reduce calcium carbonate mixed into the magnesium hydroxide precipitate, the carbon dioxide contained as bicarbonate ions in the seawater is degassed to reduce calcium carbonate, whereas in the present embodiment 2, the carbon dioxide contained as bicarbonate ions in the seawater is removed as calcium carbonate by the first stage of electrolysis.

第2点は、電解において陽極側槽20aにて使用した硫酸ナトリウム水溶液を再生して再使用している点。 The second point is that the sodium sulfate aqueous solution used in the anode tank 20a during electrolysis is regenerated and reused.

本実施形態2のマグネシウム回収装置は、図18に示すように、主に、2つの電解スタック(電解槽)21,22と、1つの再生槽30とから構成されている。尚、図18における「P」は、ポンプを示し、「FM」は流量計を示す。尚、図18では、紙面の都合上、図1に示した直流電源装置1や、ポンプを駆動するインバータ電源6a,6c等については記載を省略している。 As shown in FIG. 18, the magnesium recovery device of this embodiment 2 is mainly composed of two electrolytic stacks (electrolytic cells) 21, 22 and one regeneration cell 30. In FIG. 18, "P" indicates a pump and "FM" indicates a flow meter. In FIG. 18, the DC power supply unit 1 shown in FIG. 1 and the inverter power supplies 6a, 6c that drive the pumps are omitted due to space limitations.

2つの電解スタック21,22は、実施形態1において用いた図2、図3に示すように、陽イオン交換膜2bにて陽極側槽20aと陰極側槽20bに区画された電解スタック2と同一の構成を有している。 The two electrolysis stacks 21 and 22 have the same configuration as the electrolysis stack 2 used in embodiment 1, which is partitioned into an anode side tank 20a and a cathode side tank 20b by a cation exchange membrane 2b, as shown in Figures 2 and 3.

そして、第1電解を行う第1電解スタック21と第2電解を行う第2電解スタック22とは、図18に示すように、第1電解スタック21の陽極側槽20aの硫酸ナトリウム水溶液が第2電解スタック22の陽極側槽20aに導入され、第1電解スタック21の陰極側槽20bの海水が第2電解スタック22の陰極側槽20bに導入されるように直列に配管接続されている。 The first electrolysis stack 21 performing the first electrolysis and the second electrolysis stack 22 performing the second electrolysis are connected in series by piping, as shown in FIG. 18, so that the sodium sulfate aqueous solution in the anode side tank 20a of the first electrolysis stack 21 is introduced into the anode side tank 20a of the second electrolysis stack 22, and the seawater in the cathode side tank 20b of the first electrolysis stack 21 is introduced into the cathode side tank 20b of the second electrolysis stack 22.

尚、第1電解スタック21の陰極側槽20bと第2電解スタック22の陰極側槽20bを繋ぐ配管経路上には、第1濾過装置40が設けられており、第1電解スタック21における電気分解によって析出した水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムとが、該第1濾過装置40によって濾過され、濾過後の海水が第2電解スタック22の陰極側槽20bに供給されるようになっている。 A first filtration device 40 is provided on the piping path connecting the cathode side tank 20b of the first electrolysis stack 21 and the cathode side tank 20b of the second electrolysis stack 22. The calcium hydroxide and magnesium hydroxide precipitated by electrolysis in the first electrolysis stack 21 are filtered by the first filtration device 40, and the filtered seawater is supplied to the cathode side tank 20b of the second electrolysis stack 22.

また、本実施形態2のマグネシウム回収装置には、図18に示すように、図2に示す電解スタック2から電極を取り除いた形態、つまり、陽イオン交換膜に仕切られた2つの区画を有する再生槽30が設けられており、該再生槽30の一方の区画に第2電解スタック22の陽極側槽20aから排出された硫酸ナトリウム水溶液が供給され、該再生槽30の他方の区画に第2電解スタック22の陰極側槽20bから排出された海水が供給されるように接続されている。 As shown in FIG. 18, the magnesium recovery device of this embodiment 2 is provided with a regeneration tank 30 having two compartments separated by a cation exchange membrane, that is, a configuration in which the electrodes are removed from the electrolysis stack 2 shown in FIG. 2, and one compartment of the regeneration tank 30 is supplied with the aqueous sodium sulfate solution discharged from the anode side tank 20a of the second electrolysis stack 22, and the other compartment of the regeneration tank 30 is connected so that seawater discharged from the cathode side tank 20b of the second electrolysis stack 22 is supplied.

そして、再生槽30の一方の区画において再生された硫酸ナトリウム水溶液は、図18に示すように、第1電解スタック21の陽極側槽20aに供給されて再使用される一方、再生槽30の他方の区画から排出された海水は海へ排水される。 The sodium sulfate aqueous solution regenerated in one compartment of the regeneration tank 30 is supplied to the anode tank 20a of the first electrolysis stack 21 and reused, as shown in FIG. 18, while the seawater discharged from the other compartment of the regeneration tank 30 is discharged into the sea.

次に、本実施形態2のマグネシウム回収装置における処理の流れについて説明すると、第1電解スタック21の陰極側槽20bには、海水タンクに貯留された脱気処理されていない海水(海洋深層水)がポンプによって供給され、第1電解スタック21の陽極側槽20aには、再生された硫酸ナトリウム水溶液が供給される。尚、再生された硫酸ナトリウム水溶液について、硫酸ナトリウムの濃度を測定して、濃度が重量濃度5%に達していない不十分な濃度である場合には、硫酸ナトリウムを添加して十分な濃度に調整するようにしてもよい。 Next, the process flow in the magnesium recovery device of this embodiment 2 will be described. Un-deaerated seawater (deep ocean water) stored in a seawater tank is supplied to the cathode side tank 20b of the first electrolysis stack 21 by a pump, and regenerated aqueous sodium sulfate solution is supplied to the anode side tank 20a of the first electrolysis stack 21. Note that the sodium sulfate concentration of the regenerated aqueous sodium sulfate solution may be measured, and if the concentration is insufficient, not reaching a weight concentration of 5%, sodium sulfate may be added to adjust the concentration to a sufficient level.

そして、第1電解スタック21において、図18に示すように、3600C/Lの単位体積電気量にて一次電解を実施する。3600C/Lにて電解する理由としては、実施形態1にて上述したように、カルシウムイオン濃度の変化を示す図8のグラフにおいて3600~7200C/Lの期間においてはカルシウムイオン濃度がほぼ変化してしないことから、海水中に含まれる重炭酸イオン(二酸化炭素)による炭酸カルシウムの析出は、3600C/Lの単位体積電気量となるまでに既に完了していると考えられることに基づいている。 Then, in the first electrolysis stack 21, primary electrolysis is performed at a unit volume electrical charge of 3600 C/L, as shown in Figure 18. The reason for electrolysis at 3600 C/L is that, as described above in the first embodiment, the calcium ion concentration remains almost unchanged in the period from 3600 to 7200 C/L in the graph of Figure 8 showing the change in calcium ion concentration, and therefore, it is believed that the precipitation of calcium carbonate by bicarbonate ions (carbon dioxide) contained in seawater is already completed by the time the unit volume electrical charge reaches 3600 C/L.

つまり、3600C/Lの単位体積電気量にて一次電解を行うことで、海水中に重炭酸イオンとして含まれる二酸化炭素がほぼ全て炭酸カルシウムの析出に消費されるので、一次電解後の海水には、重炭酸イオン(二酸化炭素)がほぼ含まれておらず、該海水をさらに電気分解しても炭酸カルシウムが殆ど析出することがなく、これら炭酸カルシウムが殆ど析出することがない状態で二次電気分解を行って水酸化マグネシウムを析出させることができる。よって、実施形態2の一次電解(脱気(カルシウム除去)工程)は、本発明の炭酸ガス除去工程に該当する。 In other words, by performing primary electrolysis with a unit volume electrical charge of 3600 C/L, almost all of the carbon dioxide contained as bicarbonate ions in the seawater is consumed in the precipitation of calcium carbonate, so the seawater after primary electrolysis contains almost no bicarbonate ions (carbon dioxide), and even if the seawater is further electrolyzed, almost no calcium carbonate is precipitated. In this state where almost no calcium carbonate is precipitated, secondary electrolysis can be performed to precipitate magnesium hydroxide. Therefore, the primary electrolysis (degassing (calcium removal) process) of embodiment 2 corresponds to the carbon dioxide gas removal process of the present invention.

これら一次電解された海水は、第1濾過装置40にて濾過されて、該一次電解にて析出した炭酸カルシウムと水酸化マグネシウムとが海水から分離され、分離後の濾液である海水が第2電解スタック22の陰極側槽20bに供給される。 The seawater that has undergone primary electrolysis is filtered by the first filtration device 40, and the calcium carbonate and magnesium hydroxide precipitated during the primary electrolysis are separated from the seawater. The filtrate seawater after separation is supplied to the cathode side tank 20b of the second electrolysis stack 22.

そして、第2電解スタック22において、図18に示すように、8400C/Lの単位体積電気量にて二次電解を実施する。8400C/Lにて電解する理由としては、実施形態1にて上述したように、一次電解と二次電解の合計単位体積電気量が12000C/Lを超えると、水酸化カルシウムの析出が多くなって回収される水酸化マグネシウムに水酸化カルシウムが混入してしまい、回収される水酸化マグネシウムの純度が低下してしまうことを防ぐためである。
なお、後工程で、水酸化カルシウムを取り除き、水酸化マグネシウムを精製する場合は、海水から完全にマグネシウムを回収できる合計単位体積電気量12000C/L以上(例えば、14400C/L)で電解してもよい。また、合計単位体積電気量10800C/Lにて電解した場合も、実施形態1にて説明したように、少量のカルシウム(水酸化カルシウム)の析出はあるため、さらに水酸化マグネシウムの純度を上げたい場合は、カルシウム(水酸化カルシウム)の析出が始める前の合計単位体積電気量7200C/Lにて電解してもよい。その場合は、海水からのマグネシウムの回収率は合計単位体積電気量10800C/Lの場合よりも少し下がることになるが、高純度でマグネシウム回収が可能となる。
Then, in the second electrolysis stack 22, secondary electrolysis is performed at a unit volume electrical quantity of 8400 C/L as shown in Fig. 18. The reason for performing electrolysis at 8400 C/L is that, as described above in the first embodiment, when the total unit volume electrical quantity of the primary electrolysis and secondary electrolysis exceeds 12000 C/L, the precipitation of calcium hydroxide increases, causing calcium hydroxide to be mixed into the recovered magnesium hydroxide, thereby preventing a decrease in the purity of the recovered magnesium hydroxide.
In addition, when calcium hydroxide is removed in a later process and magnesium hydroxide is refined, electrolysis may be performed at a total unit volume electricity quantity of 12000 C/L or more (for example, 14400 C/L) that allows complete recovery of magnesium from seawater. Even when electrolysis is performed at a total unit volume electricity quantity of 10800 C/L, as described in embodiment 1, a small amount of calcium (calcium hydroxide) precipitates, so if it is desired to further increase the purity of magnesium hydroxide, electrolysis may be performed at a total unit volume electricity quantity of 7200 C/L before calcium (calcium hydroxide) begins to precipitate. In this case, the recovery rate of magnesium from seawater will be slightly lower than when the total unit volume electricity quantity is 10800 C/L, but magnesium can be recovered at a high purity.

このようにして第2電解スタック22において二次電解を行った海水を第2濾過装置41にて濾過することで、海水中に含まれるほぼ全量のマグネシウムを不溶性の水酸化マグネシウムとして回収できるとともに、これら回収される水酸化マグネシウムには、炭酸カルシウムや水酸化カルシウムが殆ど含まれないので、高純度の水酸化マグネシウムを回収できる。 In this way, by filtering the seawater that has undergone secondary electrolysis in the second electrolysis stack 22 using the second filtration device 41, almost all of the magnesium contained in the seawater can be recovered as insoluble magnesium hydroxide, and since the recovered magnesium hydroxide contains almost no calcium carbonate or calcium hydroxide, high-purity magnesium hydroxide can be recovered.

そして、二次電解を終えた海水及び硫酸ナトリウム水溶液は、図18に示すように、再生槽30の各区画に供給される。 The seawater and sodium sulfate aqueous solution that have completed secondary electrolysis are then supplied to each compartment of the regeneration tank 30, as shown in Figure 18.

この再生槽30では、図18に示したように、第1電解および第2電解によって海水に移行したナトリウムイオンが、陽イオン交換膜を通過して硫酸ナトリウム水溶液側に戻るように移行することで、硫酸ナトリウム水溶液が再生されるとともに、第1電解および第2電解によって高濃度となった硫酸ナトリウム水溶液中の水素イオンが陽イオン交換膜を通過して海水側に移行して、第1電解および第2電解によって高濃度となった海水中の水酸化物イオンと反応して中和することで、海水のpH値を大きく低下させることができ、元の海水からマグネシウムを回収しただけの状態で、該pH値が低下した海水を海に排出することができる。 In this regeneration tank 30, as shown in FIG. 18, the sodium ions that have migrated to the seawater by the first and second electrolysis pass through the cation exchange membrane and return to the aqueous sodium sulfate solution, thereby regenerating the aqueous sodium sulfate solution. At the same time, the hydrogen ions in the aqueous sodium sulfate solution, which has become highly concentrated by the first and second electrolysis, pass through the cation exchange membrane and migrate to the seawater side, where they react with and neutralize the hydroxide ions in the seawater, which has become highly concentrated by the first and second electrolysis, thereby significantly lowering the pH value of the seawater. The seawater with the lowered pH value can be discharged into the sea with only magnesium recovered from the original seawater.

以上、上記した実施形態によれば、陽イオン交換膜2bによってアノード2aを有するアノード側槽20aとカソード2cを有するカソード側槽20bとに区画し、カソード側槽20bに、マグネシウムイオンを含む水溶液である海水を導入して、カソード側槽20bからアノード側槽20aへの陰イオンである水酸化物イオンの移動を制限した状態で電解を行うことで、カソード側槽20bにおける水酸化物イオン濃度を少ない電力による電解にて効率良く高められるため、マグネシウム水酸化物の生成効率を向上させることができる。 According to the above-mentioned embodiment, the cation exchange membrane 2b is used to separate the anode side tank 20a having the anode 2a and the cathode side tank 20b having the cathode 2c. Seawater, which is an aqueous solution containing magnesium ions, is introduced into the cathode side tank 20b, and electrolysis is performed in a state in which the movement of hydroxide ions, which are anions, from the cathode side tank 20b to the anode side tank 20a is restricted. This allows the hydroxide ion concentration in the cathode side tank 20b to be efficiently increased by electrolysis using less power, thereby improving the efficiency of magnesium hydroxide production.

また、カソード側槽20bで発生した水酸化物イオンがアノード側槽20aに移動して、アノード側槽20aにて生成する陽イオンである水素イオンと接触して電解の電力効率が低下してしまうことも防ぐことができるので、電解の電力効率を向上させることができるとともに、マグネシウム水酸化物の生成が単位体積電気量に依存するようになるので、単位体積電気量によって電解による回収(析出)の状況を的確に把握することもできる。 In addition, it is possible to prevent hydroxide ions generated in the cathode side tank 20b from migrating to the anode side tank 20a and coming into contact with hydrogen ions, which are positive ions, generated in the anode side tank 20a, which would result in a decrease in the power efficiency of electrolysis. This improves the power efficiency of electrolysis, and since the generation of magnesium hydroxide depends on the unit volume of electricity, the status of recovery (precipitation) by electrolysis can be accurately grasped based on the unit volume of electricity.

また、上記した実施形態によれば、少なくともマグネシウムイオンを含む水溶液として、容易に入手できて安価である海水を用いているので、安価にマグネシウムを回収できる。 In addition, according to the above-mentioned embodiment, seawater, which is easily available and inexpensive, is used as the aqueous solution containing at least magnesium ions, so magnesium can be recovered inexpensively.

また、上記した実施形態によれば、陽イオン交換膜を用いることで、アノード側槽20aへの塩素イオンの移動を制限しているとともに、アノード側槽20aに、塩素イオンを含まない非塩素系電解水である硫酸ナトリウム水溶液を使用しているため、アノード側槽20aにおいて有害な塩素ガスが発生してしまうことを防止できるので、塩素ガスの処理コストや非塩素系電解水を使用することによってマグネシウムの回収コストが上昇してしまうことを抑えることができる。 In addition, according to the above-mentioned embodiment, the movement of chlorine ions to the anode side tank 20a is restricted by using a cation exchange membrane, and since the anode side tank 20a uses a sodium sulfate aqueous solution, which is non-chlorine electrolytic water that does not contain chlorine ions, it is possible to prevent harmful chlorine gas from being generated in the anode side tank 20a, and therefore it is possible to suppress the increase in the cost of treating chlorine gas and the cost of recovering magnesium due to the use of non-chlorine electrolytic water.

また、上記した実施形態2によれば、再生槽30において、電解によって硫酸ナトリウム水溶液から減少した陽イオンであるナトリウムイオンを、海水から硫酸ナトリウム水溶液に戻して再生し、該再生した硫酸ナトリウム水溶液を繰り返し使用することが可能となるので、マグネシウムの回収コストをより一層低減できる。 In addition, according to the above-mentioned embodiment 2, in the regeneration tank 30, sodium ions, which are cations that have been reduced from the sodium sulfate aqueous solution by electrolysis, are returned from seawater to the sodium sulfate aqueous solution and regenerated, and the regenerated sodium sulfate aqueous solution can be used repeatedly, which further reduces the cost of recovering magnesium.

また、上記した実施形態1によれば、脱気処理装置12において海水中に重炭酸イオンとして含まれている二酸化炭素を、沸騰脱気や酸添加脱気によって除去しているので、回収される水酸化マグネシウムに混入してしまう炭酸カルシウムの量を低減でき、回収される水酸化マグネシウムの純度を高めることができる。 In addition, according to the above-mentioned embodiment 1, the carbon dioxide contained in the seawater as bicarbonate ions is removed in the degassing treatment device 12 by boiling degassing or acid-addition degassing, so the amount of calcium carbonate that gets mixed into the recovered magnesium hydroxide can be reduced, and the purity of the recovered magnesium hydroxide can be increased.

また、上記した実施形態1によれば、海水を加熱沸騰させる沸騰脱気を行うことで、溶解している炭酸ガスを簡便に除去できる。 Furthermore, according to the above-mentioned embodiment 1, dissolved carbon dioxide gas can be easily removed by performing boiling degassing, in which seawater is heated to a boil.

また、上記した実施形態2によれば、海水中に重炭酸イオンとして含まれている二酸化炭素を、第1電解を行って炭酸カルシウムとして回収することによって除去しているので、高純度の水酸化マグネシウムを回収できるとともに、炭酸カルシウムも回収することができる。 In addition, according to the above-mentioned embodiment 2, carbon dioxide contained in seawater as bicarbonate ions is removed by performing the first electrolysis and recovering it as calcium carbonate, so that high-purity magnesium hydroxide can be recovered and calcium carbonate can also be recovered.

また、上記した実施形態2によれば、海水の電解に印加する総単位体積電力量を14400(3600+10800)C/Lとしているので、海水に含まれるマグネシウムイオンのほぼ全量を回収できるとともに、海水中に含まれるカルシウムの水酸化物がマグネシウム水酸化物とともに回収されてしまい、マグネシウムの純度が低下してしまうことも防ぐことができる。 In addition, according to the above-mentioned embodiment 2, the total unit volume power applied to the seawater electrolysis is 14,400 (3,600 + 10,800) C/L, so it is possible to recover almost all of the magnesium ions contained in the seawater, and it is also possible to prevent calcium hydroxide contained in the seawater from being recovered together with magnesium hydroxide, which would result in a decrease in the purity of magnesium.

また、上記した実施形態によれば、アノード2aとカソード2cを構成する電極が、表面に白金層を有するチタン電極であるので、電極を構成する金属イオンが、マグネシウム回収後の海水に含まれて、環境に与える影響が大きくなってしまうことを防ぐことができる。 In addition, according to the above-mentioned embodiment, the electrodes constituting the anode 2a and the cathode 2c are titanium electrodes having a platinum layer on their surfaces, so that it is possible to prevent the metal ions constituting the electrodes from being contained in the seawater after magnesium recovery, which would have a significant impact on the environment.

以上、本発明の実施形態を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the present invention also includes modifications and additions that do not deviate from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、少なくともマグネシウムイオンを含む水溶液を海水とした形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらマグネシウムイオンを含む水溶液を、例えば、マグネシウム鉱物等を処理することでマグネシウムイオンを含む水溶液としてもよいし、例えば、海水を逆浸透膜によって真水化処理した処理後の水溶液であってもよい。 For example, in the above embodiment, the aqueous solution containing at least magnesium ions is seawater, but the present invention is not limited to this. The aqueous solution containing magnesium ions may be, for example, an aqueous solution containing magnesium ions obtained by processing magnesium minerals, or may be, for example, an aqueous solution obtained by converting seawater into fresh water using a reverse osmosis membrane.

また、上記実施形態では、少なくともマグネシウムイオンを含む水溶液である海水を連続して処理する形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら処理を、例えば、電解スタック2に海水を満たして電解を実施した後、電解後の海水を新たな海水に入れ替えて、電解スタック2に貯留可能な海水単位にてバッチ形態で処理するものであってもよい。 In addition, the above embodiment illustrates a form in which seawater, which is an aqueous solution containing at least magnesium ions, is continuously treated, but the present invention is not limited to this. For example, these treatments may be performed in a batch form in which the electrolysis stack 2 is filled with seawater and electrolysis is performed, and then the electrolyzed seawater is replaced with new seawater, and the seawater that can be stored in the electrolysis stack 2 is treated in units of seawater.

また、上記実施形態では、有害な塩素ガスを発生させないようにするために、アノード側槽20aに非塩素系電解水である硫酸ナトリウム水溶液を導入する形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、塩素ガスの処理が可能な場合や、生成する塩素ガスを利用したい場合においては、アノード側槽20aに、カソード側槽20bと同じく海水を導入するようにしてもよい。 In addition, in the above embodiment, a sodium sulfate aqueous solution, which is non-chlorine electrolytic water, is introduced into the anode side tank 20a to prevent harmful chlorine gas from being generated. However, the present invention is not limited to this. In cases where chlorine gas can be treated or where it is desired to utilize the chlorine gas generated, seawater may be introduced into the anode side tank 20a in the same way as the cathode side tank 20b.

また、上記実施形態では、塩素ガスの発生を防止するための塩素イオンを含まない非塩素系電解水として、入手がし易く安価である硫酸ナトリウムを使用した形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら非塩素系電解水としては、ナトリウム以外の他の硫酸塩であってもよいし、ナトリウム硝酸塩やナトリウム以外の他の硝酸塩であってもよく、その水溶液をアノード側槽20aに導入して電解したときに、塩素ガスを発生しない水溶性塩の水溶液であればよい。尚、カソード側槽20bの導入される水溶液が、海水の場合のナトリウムイオンのような陽イオンを含む場合には、該陽イオンと共通の陽イオンを含む硫酸塩や硝酸塩とすればよい。これら硫酸塩や硝酸塩の水溶液が一般的であるが、硫酸塩や硝酸塩以外のリン酸塩、シュウ酸塩、クロム酸塩の水溶液であってもよい。また、これらの酸によって塩を形成する陽イオンとしては、種類を選ばず、ナトリウム、カリウム等のどのイオンでも可能である。ただし、一価の陽イオン交換膜を使用する場合は,一価の陽イオンにする必要がある。 In the above embodiment, sodium sulfate, which is easy to obtain and inexpensive, is used as the non-chlorine electrolytic water that does not contain chlorine ions to prevent the generation of chlorine gas, but the present invention is not limited to this. The non-chlorine electrolytic water may be a sulfate other than sodium, or may be sodium nitrate or a nitrate other than sodium, and may be an aqueous solution of a water-soluble salt that does not generate chlorine gas when the aqueous solution is introduced into the anode side tank 20a and electrolyzed. If the aqueous solution introduced into the cathode side tank 20b contains a cation such as the sodium ion in the case of seawater, a sulfate or nitrate containing a cation common to the cation may be used. Although an aqueous solution of these sulfates or nitrates is common, an aqueous solution of phosphates, oxalates, and chromates other than sulfates and nitrates may also be used. The cations that form salts with these acids can be of any type, such as sodium, potassium, etc. However, if a monovalent cation exchange membrane is used, it is necessary to use monovalent cations.

また、上記実施形態では、硫酸ナトリウム水溶液の重量濃度を5%とした形態を例示しているが、これらの濃度は、使用する非塩素系電解水の種類に応じて、適宜に決定すればよく、その濃度としては、アノード側槽20aにて生成する水素イオンがカソード側槽20bに殆ど移動せずに、非塩素系電解水に含まれる陽イオンだけがカソード側槽20bに移動する濃度とすればよい。 In addition, in the above embodiment, the weight concentration of the sodium sulfate aqueous solution is 5%. However, these concentrations can be appropriately determined depending on the type of non-chlorine electrolytic water used. The concentration should be such that almost no hydrogen ions generated in the anode side tank 20a move to the cathode side tank 20b, and only cations contained in the non-chlorine electrolytic water move to the cathode side tank 20b.

また、上記実施形態2では、再生槽30の硫酸ナトリウム水溶液が供給される槽とは異なる槽に二次電解を終えた海水を供給した形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら二次電解を終えた海水に代えて、未処理の海水を供給してもよいし、或いは、ナトリウムイオン等の、電解によって非塩素系電解水において減少した陽イオンを高濃度に含む再生専用の水溶液を供給するようにしてもよい。 In addition, in the above embodiment 2, an example is given in which seawater that has undergone secondary electrolysis is supplied to a tank different from the tank to which the sodium sulfate aqueous solution in the regeneration tank 30 is supplied, but the present invention is not limited to this. Instead of the seawater that has undergone secondary electrolysis, untreated seawater may be supplied, or an aqueous solution exclusively for regeneration that contains a high concentration of cations, such as sodium ions, that have been reduced in the non-chlorine electrolyzed water by electrolysis may be supplied.

また、上記実施形態2では、排出する海水のpH値を調整していないが、pH値が高い場合には、酸を添加する等によってpH値を実際の海水に近い値に調整するようにしてもよい。 In addition, in the above embodiment 2, the pH value of the discharged seawater is not adjusted, but if the pH value is high, the pH value may be adjusted to a value closer to that of actual seawater by adding acid, etc.

また、上記実施形態では、カソード2cに炭酸カルシウムや水酸化マグネシウム等の析出物が付着した場合に、極性を入れ替えて付着した析出物を剥離することを想定して、アノード2aとカソード2cの双方を白金メッキチタン電極とした形態を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、カソード2cについては、白金層を表面に有していない金属電極を用いてもよい。 In addition, in the above embodiment, a configuration is illustrated in which both the anode 2a and the cathode 2c are platinum-plated titanium electrodes, assuming that if deposits such as calcium carbonate or magnesium hydroxide adhere to the cathode 2c, the polarity is reversed to remove the deposited deposits. However, the present invention is not limited to this, and for the cathode 2c, a metal electrode that does not have a platinum layer on its surface may be used.

また、上記実施形態では、特に実施していないが、カソード側槽20bに供給される海水等の水溶液に、電極への析出物の付着を阻害可能な添加物を添加してもよい。 In addition, although not specifically implemented in the above embodiment, an additive capable of inhibiting adhesion of precipitates to the electrodes may be added to the aqueous solution, such as seawater, supplied to the cathode side tank 20b.

また、上記実施形態では、特に実施していないが、第2電解スタック22と再生槽30との間に、第3電解スタックを設けて、該第3電解スタックに、第2電解後の海水と硫酸ナトリウム水溶液を供給して電解することで、海水中のカルシウムを水酸化カルシウムとして回収するようにしてもよい。 Although not specifically implemented in the above embodiment, a third electrolysis stack may be provided between the second electrolysis stack 22 and the regeneration tank 30, and the seawater after the second electrolysis and an aqueous sodium sulfate solution may be supplied to the third electrolysis stack and electrolyzed to recover calcium in the seawater as calcium hydroxide.

また、上記実施形態では、特に実施していないが、電解によって生成する水素や酸素を回収して利用してもよいことはいうまでもない。 In addition, although not specifically implemented in the above embodiment, it goes without saying that the hydrogen and oxygen produced by electrolysis may be collected and used.

また、上記実施形態では、脱気処理装置16を専用に設けた形態を例示していが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、これら脱気処理を行う装置が、個別に設けられているものであってもよく、例えば、発電所の冷却に使用された海水を脱気処理済みの海水として使用するようにしてもよい。 In addition, in the above embodiment, a dedicated degassing treatment device 16 is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, these degassing treatment devices may be provided separately, and for example, seawater used for cooling the power plant may be used as degassed seawater.

本発明の活用例として、電解によってマグネシウムを回収した海水には、炭酸ガス(重炭酸イオン)が含まれていないため、該海水に工業的に生成する二酸化炭素を吸収させることに利用することも可能である。 As an example of how the present invention can be used, since seawater from which magnesium has been recovered by electrolysis does not contain carbon dioxide (bicarbonate ions), it can also be used to absorb industrially produced carbon dioxide into the seawater.

1 直流電源装置
2 電解スタック
2a 陽極
2b 陽イオン交換膜
2c 陰極
3a 流量計
3c 流量計
4a 弁(バルブ)
4c 弁(バルブ)
6a インバータ電源
6c インバータ電源
7 海水タンク
8 硫酸ナトリウム水溶液タンク
9 陽極溶液タンク
10 陰極溶液タンク
11 予備海水タンク
12 脱気処理装置
13a 導入配管
13c 導入配管
14a ポンプ
14c ポンプ
16 濾過装置
20a 陽極(アノード)側槽
20b 陰極(カソード)側槽
21 第1電解スタック
22 第2電解スタック
30 再生槽
40 第1濾過装置
41 第2濾過装置
1 DC power supply unit 2 Electrolysis stack 2a Anode 2b Cation exchange membrane 2c Cathode 3a Flow meter 3c Flow meter 4a Valve
4c Valve
6a Inverter power supply 6c Inverter power supply 7 Seawater tank 8 Sodium sulfate aqueous solution tank 9 Anode solution tank 10 Cathode solution tank 11 Spare seawater tank 12 Degassing device 13a Inlet pipe 13c Inlet pipe 14a Pump 14c Pump 16 Filtration device 20a Anode side tank 20b Cathode side tank 21 First electrolysis stack 22 Second electrolysis stack 30 Regeneration tank 40 First filtration device 41 Second filtration device

本発明は、海水中に含まれる二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去方法に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide removal method for removing carbon dioxide contained in seawater .

上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の二酸化炭素除去方法は、
海水を電解することによって、海水中に含まれる二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去方法であって、
アノードとカソードとを有する電解槽を、陽イオン交換膜によって前記アノードを有するアノード側槽と前記カソードを有するカソード側槽とに区画し、
該カソード側槽に前記海水を導入して、前記カソード側槽から前記アノード側槽への陰イオンの移動を制限した状態で電解を行う
ことを特徴としている。
この特徴によれば、海水中に含まれる二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去方法を提供できる。
In order to solve the above problems, the carbon dioxide removal method according to claim 1 of the present invention comprises the steps of:
A carbon dioxide removal method for removing carbon dioxide contained in seawater by electrolyzing the seawater , comprising the steps of:
An electrolytic cell having an anode and a cathode is partitioned by a cation exchange membrane into an anode-side cell having the anode and a cathode-side cell having the cathode;
The seawater is introduced into the cathode-side tank, and electrolysis is carried out in a state in which the movement of anions from the cathode-side tank to the anode-side tank is restricted.
According to this feature, a carbon dioxide removal method for removing carbon dioxide contained in seawater can be provided .

本発明の請求項に記載の二酸化炭素除去方法は、請求項に記載の二酸化炭素除去方法であって、
前記アノード側槽に、塩素イオンを含まない水溶液を導入す
ことを特徴としている。
この特徴によれば、電解によってアノード側において、有害な塩素ガスが発生してしまうことを防止できる。
A method for removing carbon dioxide according to claim 2 of the present invention is the method for removing carbon dioxide according to claim 1 ,
The method is characterized in that an aqueous solution not containing chloride ions is introduced into the anode side tank.
According to this feature, it is possible to prevent harmful chlorine gas from being generated on the anode side due to electrolysis.

本発明の請求項に記載の二酸化炭素除去方法は、請求項に記載の二酸化炭素除去方法であって、
前記塩素イオンを含まない水溶液は、硫酸ナトリウム水溶液である
ことを特徴としている。
この特徴によれば、入手が容易であって安価な硫酸ナトリウムを使用することで、塩素イオンを含まない水溶液を使用することによるマグネシウムの回収コスト上昇を抑えることができる。
A method for removing carbon dioxide according to claim 3 of the present invention is the method for removing carbon dioxide according to claim 2 , comprising the steps of:
The aqueous solution not containing chloride ions is characterized by being an aqueous solution of sodium sulfate.
According to this feature, by using sodium sulfate, which is easily available and inexpensive, it is possible to suppress an increase in the cost of recovering magnesium, which would otherwise be caused by using an aqueous solution that does not contain chloride ions .

Claims (1)

少なくともマグネシウムイオンを含む水溶液を電解することによって、水に対して難溶性のマグネシウム水酸化物を生成させて回収するマグネシウムの回収方法であって、
アノードとカソードとを有する電解槽を、陽イオン交換膜によって前記アノードを有するアノード側槽と前記カソードを有するカソード側槽とに区画し、該カソード側槽に前記水溶液を導入して、前記カソード側槽から前記アノード側槽への陰イオンの移動を制限した状態で電解を行う
ことを特徴とするマグネシウムの回収方法。
A method for recovering magnesium, comprising electrolyzing an aqueous solution containing at least magnesium ions to generate and recover magnesium hydroxide, which is poorly soluble in water, the method comprising the steps of:
A method for recovering magnesium, comprising: partitioning an electrolytic cell having an anode and a cathode by a cation exchange membrane into an anode-side cell having the anode and a cathode-side cell having the cathode; introducing the aqueous solution into the cathode-side cell; and performing electrolysis while restricting the movement of anions from the cathode-side cell to the anode-side cell.
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