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JP4976660B2 - ヨウ化アルカリの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、工業用原料、医薬、多分野用途での添加剤または反応試剤として用いられる ヨウ化アルカリの製造法に関する。
ヨウ化アルカリは工業用又は医薬用での製造原料、写真用乳剤、シンチレーションカウ ンター用レンズ、ナイロン繊維添加剤、偏光フィルム素材等に幅広く利用され、安価で、 高純度で、大量生産出来る製造技術が期待されている。
従来、ヨウ化アルカリを製造する方法として、1)ヨウ素を鉄粉で還元する方法(例えば、 非特許文献1参照)、2)ギ酸、シュウ酸などの有機酸により還元する方法(例えば、特許文献1、特許文献2参照)、3)ヨウ素をアルカリ性でヒドラジンで還元する方法(例えば、特許文献3参照)、4)ヨウ素をアルミニウムや亜鉛で還元する方法(例えば、特許文献4参照)、5)ヨウ化水素酸水溶液とアルカリ水酸化物との中和反応(例えば、非特許文献2参照)などが公知である。
これらの方法は一般的に次のような欠点がある。1)、4)の方法では重金属を使用するため、製品中へこれらが混入してしまう場合もあり、またこれら重金属を処理するためのコストが高くなるという問題点もある。また、2)の方法では、有機酸の還元力が弱いため、反応温度を70℃以上、pHを4〜11とし、有機酸使用量はヨウ素の反応当量に対し1.05以上に亘り過剰でなければならず、そのため未反応の有機酸処理に時間を要するという問題がある。5)は非常に簡便な方法であるが、ヨウ化水素酸水溶液が高価であり、コストアップに繋がるという問題点がある。
3)の方法では、反応後分解生成物が窒素ガスと水であるという品質上非常に好ましい還元剤であるヒドラジンを使用しているが、強アルカリ性下における強い還元力を用いているため、ヒドラジンに加え、水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリをヨウ素の反応当量に対して過剰に添加しなければならず、このため反応が激しくなり、生成効率も悪くなる。その結果、反応完結後において、未反応のヒドラジンに加え、水酸化アルカリ、炭酸アルカリ、重炭酸アルカリが残留するため、その処理をしなければならないという問題点も出てくる。
特公平5−80410号公報 特開平7−242414号公報 特開昭61−48403号公報 米国特許第2828184号 亀谷哲治著、「無機製造化学・下巻」廣川書店出版、1959年9月10 日発行、p.284〜286 日本化学会編、「新実験化学講座8・無機化合物の合成[II]」丸善 株式会社出版、1977年3月20日発行、p.473、522
一般にヨウ素と水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリとは反応当量で下記反応式(7)、(8)、(9)のようにヨウ化アルカリとヨウ素酸アルカリが生成する。これら反応式において、Aはアルカリ金属を示す。
3I+6AOH → 5AI+AIO+3HO・・・・・(7)
3I+3ACO → 5AI+AIO+3CO・・・・・(8)
3I+6AHCO → 5AI+AIO+3HO+6CO・・・・・(9)
この反応で生成したAIOを水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリ過 剰にして、強アルカリ性下における次の反応式(10)によりヒドラジンの還元力を用いてAIにするというのが上記3)の方法である。
2AIO+3N → 2AI+6HO+3N・・・・・(10)
ヒドラジンは反応生成物が窒素ガスと水でありヨウ化アルカリの品質上大変優れた還元剤であるが、上記のように強アルカリ性下における反応の激しさのため効率が悪く、次のような問題点があった。
[1] 強アルカリ性下で反応させるため、水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリをヨウ素の反応当量に対し過剰に添加しなければならない。又、過剰に添加した水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリはそのまま残留するので酸性溶液等で中和しなければならない。
[2] 強アルカリ性下でのヒドラジンの反応が激しいため効率が悪く、ヒドラジンをヨウ素の反応当量に対し過剰に添加しなければならない。又、過剰に添加したヒドラジンは一部残留するので酸化剤を用いて分解しなければならない。
[3] 炭酸アルカリ及び重炭酸アルカリを用いた場合は発熱が小さいが、水酸化アルカリを用いた場合は発熱が大きく、反応液が沸騰する位まで液温が上昇する。
[4] 反応が激しいのでヒドラジンの添加速度又は濃度で反応を制御しなければならない。
[5] ヨウ素を使用するのでSUS等の金属製の反応槽を使用することが出来ない。
[6] 強アルカリ性下で反応させるのでガラスライニングを施した反応槽を使用出来な い。
[7] 水酸化アルカリを使用した場合、反応液が沸騰する位まで液温が上昇するのでプラスチック製の反応槽を使用することが出来ない。
このような問題から3)の方法で安価な反応槽を用いて、大量に効率良くヨウ化アルカリを製造することが出来なかった。
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、還元剤として優れている3)のヒドラジンを用いてヨウ化アルカリ溶液を製造するに際し、ヨウ素酸アルカリとヒドラジンの反応及びヨウ素とヒドラジンの反応を併用することにより、安価な反応槽で、ヨウ素に対する還元剤の使用量を1反応当量で行い未反応の還元剤を残さず、高純度で、反応効率が高く、大量生産が可能なヨウ化アルカリの製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究した結果、ヨウ素に対し0.8〜0.95反応当量の水酸化アルカリ,炭酸アルカリ,重炭酸アルカリ等に代表されるアルカリ化合物と、ヨウ素に対し1反応当量のヒドラジンを添加することにより、pHを4〜8にして、最後に反応当量不足分の水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリを加えて反応を完結することにより、アルカリ性下での激しい反応を抑制出来、ガラスラインニング製の反応槽で過剰のヒドラジンを使用することなく、ヨウ化アルカリ水溶液を製造することが出来る点に着目し、下記の発明を案出した。
即ち、第1の発明は、水に浸漬したヨウ素に対して0.8〜0.95反応当量の1価のアルカリ化合物と、上記ヨウ素に対して反応当量のヒドラジンを添加し、上記反応をpHを4〜8の範囲で進め、最後に反応当量不足分の上記アルカリ化合物を添加することにより反応を完結させることを特徴とする。
また、第2の発明は、第1の発明におけるアルカリ化合物として、水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリを添加する。
また、第3の発明は、第1又は第2の発明において、未反応のヒドラジンの残留量が0.5mg/l以下となるように上記反応を完結させる。
また、第4の発明は、第1〜第3の発明において、上記反応を完結させた後の溶液について熱風を吹き付けて水分を蒸発させ粒状固形化する工程をさらに有する。

上述したように還元剤として優れているヒドラジンを用いて、pH4〜8の中性若しくは弱酸性でヨウ素酸アルカリとヒドラジンの反応及びヨウ素とヒドラジンの反応を併用することにより、未反応のヒドラジンを残さず、安価な反応槽を用いて大量に、又噴霧流動造粒乾燥に最も適し、更にJIS規格にも適合する高純度のヨウ化アルカリを反応当量の原料を用いて効率良く製造することが可能である。
以下、本発明を適用したヨウ化アルカリの製造方法について説明をする。
本発明を適用したヨウ化アルカリの製造方法では、先ず、水に浸漬したヨウ素に対して反応当量未満の1価のアルカリ化合物と、上記ヨウ素に対して反応当量のヒドラジンを添加する。
1価のアルカリ化合物は、例えば、水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリ等である。一般にヨウ素と水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリとは反応当量で下記反応式(1)、(2)、(3)のようにヨウ化アルカリとヨウ素酸アルカリが生成する。これら反応式において、Aはアルカリ金属を示す。
3I+6AOH → 5AI+AIO+3HO・・・・・(1)
3I+3ACO → 5AI+AIO+3CO・・・・・(2)
3I+6AHCO → 5AI+AIO+3HO+6CO・・・・・(3)
この反応で生成したAIOを次の反応式(4)によりヒドラジンの還元力を用いてAIにする。
2AIO+3N → 2AI+6HO+3N・・・・・(4)
本発明では、更に下記反応式(5)が進行する。
2I+N → 4HI+N・・・・・・・・・(5)
この反応式(5)で生成するヨウ化水素酸を利用して反応液のpHを常に8以下、好ましくは4〜8の中性若しくは酸性側で行うことにより反応を制御しつつ、ヨウ素反応当量に対し過剰にヒドラジン及び水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリを添加せず、ガラスラインニングを施した反応槽を用いて、大量に効率よくヨウ化アルカリを生産する。
即ち、本発明の製法ではヨウ素に対し水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリをヨウ素に対し0.4〜0.99反応当量、望ましくは0.8〜0.95反応当量添加後、濃度既知の例えば水加ヒドラジン(N・HO)、炭酸ヒドラジン((N・CO)等のヒドラジン(望ましくは50%〜80%)をヨウ素に対し1反応当量分添加し、最後に反応当量不足分の水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリを加えて反応を完結させるというものである。この製法で行うと反応溶液のpHは常に8以下であり、強アルカリ性にならないので反応槽としてガラスライニング製のものが使用出来る。
上述したヒドラジンの反応は、強アルカリ性下における反応に比較すると非常に穏やかであり、ヒドラジン自身が分解することなく効率よくヨウ素酸アルカリを還元出来る。ヨウ素酸アルカリの生成量及び溶液pHは添加した水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリ量によって決まり、ヨウ素に対し反応当量未満の添加であれば溶液pHは6〜8の間になる。次に生成したヨウ素酸アルカリをヒドラジン添加により還元している間も溶液pHは変化なく最初のpHである6〜8を維持し、ヨウ素酸アルカリの還元が終了すると(5)の反応式で示したように未反応のヨウ素がヒドラジンにより還元されヨウ化水素酸が出来始めるため溶液pHが下がり始める。そして溶液PHが4以下になると反応が非常に穏やかになるため、不足分の水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリを少しずつ添加してpHを上げ、ヨウ化水素酸の生成と水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリによる中和を繰り返しながら、pHを上げ下げする。最終的にpHが下がらなくなり、pHが7を越え始めたら反応を完結する。この時点で溶液色は無色又は薄い黄色をしており、P−ジメチルアミノベンズアルデヒド吸光光度法により残留ヒドラジン量を分析した結果、定量下限の0.5mg/l以下であった。
本発明の製法で水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリの添加量をヨウ素量に対し0.8〜0.95反応当量としたのは、次の理由による。(1)〜(3)の反応式で示したようにヨウ素と水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリはAI及びAIOを生成するが、反応当量以下であれば上記のようにこの溶液のpHは6〜8になる。この時、未反応のヨウ素は生成したヨウ化アルカリにより以下の(6)式のように三ヨウ化アルカリAIとして溶解する。
AI+I → AI・・・・・(6)
(6)の反応では水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリがヨウ素に対し0.4反応当量あれば、未反応分のヨウ素を溶解するには十分であるが、水酸化アルカリを用いた場合、上記のようにヨウ素との反応並びにヨウ素酸アルカリとヒドラジンとの反応熱が大きく、溶液が沸騰状態になりヨウ素が蒸気となって系外へ揮散してしまう。その揮散防止のためヨウ化アルカリの含有割合を大きくしてヨウ化アルカリに対するヨウ素の保持力を強めるためである。最初に添加する水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリは高純度であれば45wt%以上又は固体を用いても良い。
本発明において添加するヒドラジンは濃度が既知であればどの濃度でも良いが、ヨウ化アルカリ製品を結晶析出乾燥法又は噴霧流動造粒乾燥法等により粒状固形製品を製造する場合、ヨウ化アルカリ濃度として45〜50wt%がコスト的に良く、従ってヒドラジン濃度は50〜80wt%のものを使用するのが好ましい。又、添加するヒドラジン量は強アルカリによる分解がないため、ヨウ素量に対し1反応当量で良く過剰に添加する必要はない。
本発明において反応当量不足分の水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリはpHが4以下になったら添加し、7以上になったら停止するという操作を繰り返しながら実施する。このようにpHの上げ下げをして、ヨウ化水素酸の生成と水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリによる中和を繰り返しながら、pHが下がらなくなり、pHが7を越え始めたら反応を完結する。
本発明において炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリを使用した場合は反応熱が小さいのでプラスチック製の反応槽を使用出来るが、水酸化アルカリを用いて45〜50wt%のヨウ化アルカリ溶液100l以上を製造する場合は反応熱が大きいため、熱伝導度の小さいプラスチック製の反応槽では冷却が出来ないため使用出来ない。しかし、本発明ではpHが8以上に上がることがないため、アルカリ性で使用出来ない冷却効果の大きいガラスライニング製の反応槽を使用出来るという利点があり、大量生産を行うことが出来る。
本発明のヨウ化アルカリを大量に粒状固形品として製造するためには、従来から実施している濃縮、晶出操作による分別晶析法よりは、前記の高品質で安定な特徴を生かしたヨウ化アルカリ溶液を噴霧流動造粒乾燥することにより連続的に製造することが好ましい。噴霧流動造粒乾燥は、通常、熱風中にヨウ化アルカリ溶液を適宜の方法で噴霧することにより行われ、使用できる装置としては、例えば噴霧流動造粒乾燥機を挙げることができる。
熱風温度は、ヨウ化アルカリ溶液の沸点以上であることが望ましいが、あまり高すぎると乾燥した直後にヨウ化アルカリが熱による変質のおそれもあるので、熱風温度は100〜280℃程度であればよく、望ましくは130〜180℃である。更に必要に応じて分級し、所望の粒径のヨウ化アルカリ固形品を得ることもできる。
図1は、この噴霧流動造粒乾燥機11の例を示している。前記の方法で製造されたヨウ化アルカリ溶液を投入口12から投入するとともに、乾燥機本体13内においてスプレーノズル15等を経て噴霧させ、本体下部から送られるヨウ化アルカリ溶液の水分を蒸発させ得る熱風を吹きつけ、ヨウ化アルカリ溶液中の水分が蒸発排気され、析出したヨウ化アルカリ粉体は層内で造粒され、分級機構14において分級し最終的な製品化を行うことが可能となる。
以下、実施例により本発明の製造方法を更に説明する。得られたヨウ化カリウムはJIS K 8913(1996)によ5り、またヨウ化ナトリウムは、JIS K 8918に従い分析をして、JIS規格と比較した。
実施例1
500mlビーカーにヨウ素250g及び蒸留水126mlを入れ、48.5%KOH溶液を145ml(ヨウ素に対し0.95反応当量)加え、撹拌、溶解した。次に80wt%水加ヒドラジンを30ml(ヨウ素に対し1反応当量)を少量ずつ添加した。反応中のpHは7〜8を維持し、水加ヒドラジンを添加終了時はpH2であった。その後反応当量不足分の48.5%KOH溶液を8ml加え、反応を終了した。終了後のpHは7.5であった。この溶液中のヒドラジン濃度をP−ジメチルアミノベンズアルデヒド吸光光度法で測定した結果、0.5mg/l以下であった。又、イオンクロマト法にてヨウ素酸イオンを分析した所、5mg/l以下であった。この溶液をエバポレーターにて水分を蒸発後、得られた結晶を分析した結果、JIS規格に適合した。
実施例2
500mlビーカーにヨウ素250g及び蒸留水126mlを入れ、48.5%KOH溶液を122ml(ヨウ素に対し0.8反応当量)加え、撹拌、溶解した。次に80wt%水加ヒドラジンを30ml(ヨウ素に対し1反応当量)を少量ずつ添加した。反応中のpHは7〜8を維持し、水加ヒドラジンを添加終了時はpH1であった。その後反応当量不足分の48.5%KOH溶液を31ml加え、反応を終了した。終了後のpHは7.3であった。この溶液中のヒドラジン濃度をP−ジメチルアミノベンズアルデヒド吸光光度法で測定した結果、0.5mg/l以下であった。又、イオンクロマト法にてヨウ素酸イオンを分析した所、5mg/l以下であった。この溶液をエバポレーターにて水分を蒸発後、得られた結晶を分析した結果、JIS規格に適合した。
実施例3
500mlビーカーにヨウ素250g及び蒸留水64mlを入れ、99.8wt%NaHCO粉末を157g(ヨウ素に対し0.95反応当量)加え、撹拌、溶解した。次に80wt%水加ヒドラジンを30ml(ヨウ素に対し1反応当量)を少量ずつ添加した。反応中のpHは7〜8を維持し、水加ヒドラジンを添加終了時はpH2であった。その後反応当量不足分の99.8wt%NaHCO粉末を8g加え、反応を終了した。終了後のpHは7.4であった。この溶液中のヒドラジン濃度をP−ジメチルアミノベンズアルデヒド吸光光度法で測定した結果、0.5mg/l以下であった。又、イオンクロマト法にてヨウ素酸イオンを分析した所、5mg/l以下であった。この溶液をエバポレーターにて水分を蒸発後、得られた結晶を分析した結果、JIS規格に適合した。
実施例4
500mlビーカーにヨウ素250g及び蒸留水64mlを入れ、99.8wt%NaHCO粉末を132g(ヨウ素に対し0.8反応当量)加え、撹拌、溶解した。次に80wt%水加ヒドラジンを30ml(ヨウ素に対し1反応当量)を少量ずつ添加した。反応中のpHは7〜8を維持し、水加ヒドラジンを添加終了時はpH1であった。その後反応当量不足分の99.8wt%NaHCO粉末を33g加え、反応を終了した。終了後のPHは7.4であった。この溶液中のヒドラジン濃度をP−ジメチルアミノベンズアルデヒド吸光光度法で測定した結果、0.5mg/l以下であった。又、イオンクロマト法にてヨウ素酸イオンを分析した所、5mg/l以下であった。この溶液をエバポレーターにて水分を蒸発後、得られた結晶を分析した結果、JIS規格に適合した。
実施例5
1mガラスラインニング製反応槽にヨウ素500kg及び蒸留水232lを入れ、48.5%KOH溶液を274l(ヨウ素に対し0.9反応当量)加え、撹拌、溶解した。次に60wt%水加ヒドラジンを80l(ヨウ素に対し1反応当量)を少量ずつ添加した。反応中のpHは7〜8を維持し、水加ヒドラジンを添加終了時はpH1.7であった。その後反応当量不足分の48.5%KOH溶液を30ml加え、反応を終了した。終了後のpHは7.3であった。この溶液中のヒドラジン濃度をP−ジメチルアミノベンズアルデヒド吸光光度法で測定した結果、0.5mg/l以下であった。又、イオンクロマト法にてヨウ素酸イオンを分析した所、5mg/l以下であった。この溶液400lをステンレス製の晶析釜に入れ、加熱、濃縮、冷却して得られた結晶を分析した結果、JIS規格に適合した。又、この溶液100lを噴霧流動造粒乾燥機にて造粒乾燥した結晶を分析した結果、JIS規格に適合した。
実施例6
1mポリエチレン製反応槽にヨウ素500kg及び蒸留水108lを入れ、99.8wt%NaHCO粉末を281kg(ヨウ素に対し0.85反応当量)加え、撹拌、溶解した。次に60wt%水加ヒドラジンを80l(ヨウ素に対し1反応当量)を少量ずつ添加した。反応中のpHは7〜8を維持し、水加ヒドラジンを添加終了時はpH1であった。その後反応当量不足分の99.8wt%NaHCO粉末を50kg加え、反応を終了した。終了後のpHは7.5であった。この溶液中のヒドラジン濃度をP−ジメチルアミノベンズアルデヒド吸光光度法で測定した結果、0.5mg/l以下であった。又、イオンクロマト法にてヨウ素酸イオンを分析した所、5mg/l以下であった。この溶液300lをステンレス製の晶析釜に入れ、加熱、濃縮、冷却して得られた結晶を分析した結果、JIS規格に適合した。又、この溶液100lを噴霧流動造粒乾燥機にて造粒乾燥した結晶を分析した結果、JIS規格に適合した。
噴霧流動造粒乾燥機の例を示す図である。
符号の説明
11 噴霧流動造粒乾燥機
12 投入口
13 乾燥機本体
14 分級機構
15 スプレーノズル

Claims (4)

  1. 水に浸漬したヨウ素に対して0.8〜0.95反応当量の1価のアルカリ化合物と、上記ヨウ素に対して反応当量のヒドラジンを添加し、上記反応をpHを4〜8の範囲で進め、
    最後に反応当量不足分の上記アルカリ化合物を添加することにより反応を完結させること
    を特徴とするヨウ化アルカリの製造方法。
  2. 上記アルカリ化合物として、水酸化アルカリ又は炭酸アルカリ又は重炭酸アルカリを添加すること
    を特徴とする請求項1記載のヨウ化アルカリの製造方法。
  3. 未反応のヒドラジンの残留量が0.5mg/l以下となるように上記反応を完結させること
    を特徴とする請求項1又は2項記載のヨウ化アルカリの製造方法。
  4. 上記反応を完結させた後の溶液について熱風を吹き付けて水分を蒸発させ粒状固形化する工程をさらに有すること
    を特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項記載のヨウ化アルカリの製造方法。
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