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特許7493339塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-23
(45)【発行日】2024-05-31
(54)【発明の名称】塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システム
(51)【国際特許分類】
C01F 5/30 20060101AFI20240524BHJP
B01D 19/00 20060101ALI20240524BHJP
B01D 61/02 20060101ALI20240524BHJP
B01D 61/44 20060101ALI20240524BHJP
B01D 61/58 20060101ALI20240524BHJP
C02F 1/20 20230101ALI20240524BHJP
C02F 1/44 20230101ALI20240524BHJP
C02F 1/469 20230101ALI20240524BHJP
C02F 1/58 20230101ALI20240524BHJP
C25C 3/04 20060101ALI20240524BHJP
【ＦＩ】
C01F5/30
B01D19/00 F
B01D61/02 500
B01D61/44 500
B01D61/58
C02F1/20 A
C02F1/44 A
C02F1/469
C02F1/58 Q
C25C3/04
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020001484
(22)【出願日】2020-01-08
(65)【公開番号】P2021109791
(43)【公開日】2021-08-02
【審査請求日】2022-12-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 嘉晃
(72)【発明者】
【氏名】竹内 和久
(72)【発明者】
【氏名】上戸 龍
(72)【発明者】
【氏名】清澤 正志
【審査官】末松 佳記
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－０３１０３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１００２１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１９３１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１９８１４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２８９９５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１８４７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭４８－１０３０９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１４７７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０１Ｆ ５／３０
Ｂ０１Ｄ １９／００－１９／０４
Ｂ０１Ｄ ６１／００－６１／５８
Ｃ０２Ｆ １／００－１／７８
Ｃ２５Ｃ ３／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
除去部と、前記除去部に接続された濃縮部と、を備え、
前記除去部は、海水を原料とする被処理水から硫酸イオン及びナトリウムイオンを除去した原料水を生成し、
前記濃縮部は、前記原料水を濃縮し、塩化マグネシウムが晶析したスラリーを生成し、
前記除去部は、前記被処理水よりも硫酸イオン濃度を低減させる第１除去部と、
前記被処理水よりもナトリウムイオン濃度を低減させる第２除去部と、を有し、
前記第１除去部は、電気透析槽である塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項2】
前記第２除去部は、前記第１除去部の後に接続され、前記第２除去部は、前記第１除去部において前記被処理水よりも硫酸イオン濃度を低減させた処理水を、前記原料水と廃水とに分離するナノろ過膜である請求項１に記載の塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項3】
前記第１除去部は、前記第２除去部の後に接続され、前記第２除去部は、前記被処理水よりもナトリウムイオン濃度及び塩化物イオン濃度を低減させる電気透析槽である請求項１に記載の塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項4】
前記除去部は、前記第１除去部の後に接続された第３除去部をさらに有し、前記第３除去部は、前記第１除去部において前記被処理水よりも硫酸イオン濃度を低減させた処理水から、ナトリウムイオン濃度を低減させるナノろ過膜である請求項３に記載の塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項5】
前記電気透析槽は、陽極と、陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に配置された複数の濃縮室と、複数の処理部と、を有し、
前記陽極と前記陰極との間において、前記濃縮室と前記処理部とが交互に繰り返し配置され、
前記処理部は、前記処理部に対して前記陽極側に配置された前記濃縮室と、陰イオン交換膜を介して隣り合い、且つ前記処理部に対して前記陰極側に配置された前記濃縮室と、１価選択性陽イオン交換膜を介して隣り合い、
前記被処理水は、前記処理部に供給され、
前記処理部から、前記被処理水よりも硫酸イオン濃度を低減させた処理水が排出される請求項１から４のいずれか１項に記載の塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項6】
前記処理部は、前記陰イオン交換膜と、前記１価選択性陽イオン交換膜との間に配置された第１濃縮室と、第１希釈室と、第２希釈室とを有し、前記濃縮室は、第２濃縮室であり、
前記陽極と前記陰極との間において、前記陽極の側から前記陰極の側に、前記第１希釈室、前記第１濃縮室、前記第２希釈室及び前記第２濃縮室がこの順で繰り返し配置され、
前記第１希釈室は、前記陰イオン交換膜を介して前記第２濃縮室と隣り合い、且つ陽イオン交換膜を介して前記第１濃縮室と隣り合い、
前記第２希釈室は、前記１価選択性陽イオン交換膜を介して前記第２濃縮室と隣り合い、且つ１価選択性陰イオン交換膜を介して前記第１濃縮室と隣り合っており、
前記被処理水は、前記第１希釈室及び前記第２希釈室に供給され、
前記第１濃縮室から、前記処理水が排出され、
前記第１希釈室及び前記第２希釈室から、前記被処理水よりもナトリウムイオン濃度及び塩化物イオン濃度を低減させた希釈水が排出される請求項５に記載の塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項7】
前記第１除去部において前記被処理水よりも硫酸イオン濃度を低減させた処理水を、前記第１除去部から前記第２除去部へ供給する経路内に設けられ、前記希釈水の少なくとも一部と前記処理水とを混合する混合部と、前記希釈水を前記第１除去部から前記混合部へ供給する供給管を有する請求項６に記載の塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項8】
前記供給管の経路内に、前記希釈水を純水と濃縮水とに分離する逆浸透膜を有し、前記純水を前記混合部へ供給する請求項７に記載の塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項9】
前記被処理水に含まれる少なくとも一部の炭酸を除去する脱炭酸部を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の塩化マグネシウムの製造システム。
【請求項10】
請求項１から９のいずれか１項に記載の塩化マグネシウムの製造システムと、前記スラリーから水を分離し塩化マグネシウムを生成する生成部と、
前記塩化マグネシウムを溶融塩電解し金属マグネシウムを得る電解部と、を有するマグネシウムの製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、海水に溶解したマグネシウムを回収する方法として、Ｄｏｗ法と称される方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。Ｄｏｗ法では、まず海水にアルカリを添加して水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を得る。次いで、得られたＭｇ（ＯＨ）２に塩酸を添加して塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）を得る。さらに、得られたＭｇＣｌ２を溶融塩電解することで金属マグネシウムを得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【文献】軽金属、Ｖｏｌ．１８、Ｎｏ．２（１９６８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記Ｄｏｗ法では、Ｍｇ（ＯＨ）２を得る反応で大量のアルカリを使用し、ＭｇＣｌ２を得る反応で大量の塩酸を使用する。これらの薬品に係る費用が、海水からマグネシウムを製造する際のコストを高める原因となっている。そのため、製造コストを低減可能とする改善が求められていた。
【0005】
本開示はこのような事情に鑑みてなされたものであって、従来の方法よりも薬品の使用量を低減可能とする塩化マグネシウムの製造システムを提供することを目的とする。また、従来の方法よりも薬品の使用量を低減可能とするマグネシウムの製造システムを提供することを併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するため、本開示に係る塩化マグネシウムの製造システムは、除去部と、前記除去部に接続された濃縮部と、を備え、前記除去部は、海水を原料とする被処理水から硫酸イオン及びナトリウムイオンを除去した原料水を生成し、前記濃縮部は、前記原料水を濃縮し、塩化マグネシウムが晶析したスラリーを生成し、前記除去部は、前記被処理水よりも硫酸イオン濃度を低減させる第１除去部と、前記被処理水よりもナトリウムイオン濃度を低減させる第２除去部と、を有する。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、従来の方法よりも薬品の使用量を低減可能とする塩化マグネシウムの製造システムを提供することができる。また、従来の方法よりも薬品の使用量を低減可能とするマグネシウムの製造システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［第１実施形態］
以下、図１，２を参照しながら、本開示の第１実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
以下、図１，２を参照しながら、本開示の第１実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【0010】
図１は、本開示の第１実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム１及びマグネシウムの製造システム１００を示す模式図である。
【0011】
（塩化マグネシウムの製造システム）
塩化マグネシウムの製造システム１は、除去部１０と、濃縮部２０とを有する。除去部１０は、第１除去部１１と、第２除去部１２とを有する。
塩化マグネシウムの製造システム１は、除去部１０と、濃縮部２０とを有する。除去部１０は、第１除去部１１と、第２除去部１２とを有する。
【0012】
さらに、塩化マグネシウムの製造システム１は、第１除去部１１に接続する配管Ｐ１、第１除去部１１と第２除去部１２とを接続する配管Ｐ２、第２除去部１２と濃縮部２０とを接続する配管Ｐ３とを有する。
【0013】
以下、本開示の機能について原理を説明した後に、装置構成を順に説明する。
【0014】
（原理説明）
図２は、本開示に係る塩化マグネシウムの製造システム１の原理を説明する図であり、海水１００ｍｌを濃縮する際に、濃縮に伴って析出する塩の種類を示す図である。図２は、２７℃の海水についての挙動を示す。
図２は、本開示に係る塩化マグネシウムの製造システム１の原理を説明する図であり、海水１００ｍｌを濃縮する際に、濃縮に伴って析出する塩の種類を示す図である。図２は、２７℃の海水についての挙動を示す。
【0015】
図２は、横軸の右辺端部が海水１００ｍｌ、すなわち濃縮前の状態を示し、横軸が左辺に近づくに従って海水が濃縮されていることを示す。
【0016】
図２に示すように、海水を濃縮すると水に対する溶解度の違いから、まず少量の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が析出する。次いで、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が析出し、さらに硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）が順に析出する。
【0017】
上記塩の析出量は、ＮａＣｌが最も多く、次いでＭｇＳＯ４、ＣａＳＯ４の順に多い。ＣａＣＯ３の析出量は、ＣａＳＯ４の析出量よりも一桁少ない。Ｆｅ２Ｏ３の析出量は、ＣａＣＯ３の析出量よりも二桁少ない。
【0018】
図２からは、本開示の塩化マグネシウムの製造システム１において製造の目的とするＭｇＣｌ２は、これらの塩が析出した後に析出することが分かる。
【0019】
ここで、上述したＭｇＣｌ２の前に析出する塩について着目すると、海水に含まれる硫酸イオン（ＳＯ４
２－）を選択的に減らすことができれば、ＭｇＳＯ４、ＣａＳＯ４の析出を抑制できると考えられる。同様に、海水に含まれるナトリウムイオン（Ｎａ＋）を選択的に減らすことができれば、ＮａＣｌの析出を抑制できると考えられる。本開示の塩化マグネシウムの製造システム１は、上記考えに基づいた構成を有する。
【0020】
（第１除去部）
第１除去部１１は、海水を原料とする被処理水Ｌ１から硫酸イオン濃度を低減させる装置である。被処理水Ｌ１は、配管Ｐ１を介して第１除去部１１に供給される。
第１除去部１１は、海水を原料とする被処理水Ｌ１から硫酸イオン濃度を低減させる装置である。被処理水Ｌ１は、配管Ｐ１を介して第１除去部１１に供給される。
【0021】
被処理水は、海水のほか、海水から水を除去して濃縮した濃縮海水も含む。濃縮海水は、例えば、海水を逆浸透膜処理し、水を分離して生じる濃縮液が該当する。
【0022】
さらに、被処理水は、海水または濃縮海水に脱炭酸処理を施し、炭酸を低減させた液も含む。
【0023】
第１除去部１１は、公知の電気透析槽を採用することができる。電気透析槽により、２価の陰イオンを除去することで、被処理水Ｌ１中の硫酸イオン濃度を低減することができる。
【0024】
図３は、電気透析槽である第１除去部１１を示す模式図である。第１除去部１１は、陽極１１８と、陰極１１９と、陽極１１８と陰極１１９との間に交互に配置された複数の濃縮室１１１と希釈室１１２と、を有する。希釈室１１２は、本開示における「処理部」に該当する。
【0025】
希釈室１１２（処理部）、希釈室１１２に対して陽極１１８側に配置された濃縮室１１１と、陰イオン交換膜Ａ２を介して隣り合う。また、希釈室１１２は、希釈室１１２に対して陰極１１９側に配置された濃縮室１１１と、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１を介して隣り合う。
【0026】
また、本開示において、「１価選択性陽イオン交換膜」は、１価の陽イオンを選択的に透過させ、多価の陽イオン及び価数によらず陰イオンを透過させないイオン交換膜を指す。
なお、本開示において、「陰イオン交換膜」は、価数によらず陰イオンを透過させ、陽イオンを透過させないイオン交換膜を指す。
なお、本開示において、「陰イオン交換膜」は、価数によらず陰イオンを透過させ、陽イオンを透過させないイオン交換膜を指す。
【0027】
濃縮室１１１は、濃縮室１１１から排出される処理済みの水を再度濃縮室１１１に戻す循環用の配管を有していてもよい。
【0028】
このような構成の第１除去部１１において、希釈室１１２に被処理水Ｌ１を供給し電気透析を行うと、希釈室１１２から、ＳＯ４
２－等の２価の陰イオン濃度が低減した処理水Ｌ２が排出される。また、処理水Ｌ２は、Ｎａ＋、塩化物イオン（Ｃｌ－）等の１価のイオン濃度が低減している。
【0029】
一方、濃縮室１１１にはＳＯ４
２－、Ｎａ＋、Ｃｌ－等が濃縮される。濃縮室１１１から排出される液体は、廃水Ｗとして処理される。
【0030】
また、第１除去部１１は、塩化カルシウムを添加する反応槽であってもよい。被処理水Ｌ１に塩化カルシウムを添加すると、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）とＳＯ４
２－とが反応してＣａＳＯ４が生じて沈殿する。生じたＣａＳＯ４を除去することで被処理水Ｌ１中の硫酸イオン濃度を低減することができる。
【0031】
第１除去部１１の構成としては、塩化カルシウムの添加による運転費の増加がない電気透析槽であることが好ましい。
【0032】
第１除去部１１は、上述の処理により、被処理水Ｌ１よりも硫酸イオン濃度を低減された処理水Ｌ２を生成する。処理水Ｌ２は、配管Ｐ２を介して第２除去部１２に供給される。
【0033】
（第２除去部）
第２除去部１２は、第１除去部１１の後に接続され、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度を低減させる装置である。本開示の塩化マグネシウムの製造システム１においては、処理水Ｌ２からＮａ＋を除去し、ナトリウムイオン濃度を低減させる。
第２除去部１２は、第１除去部１１の後に接続され、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度を低減させる装置である。本開示の塩化マグネシウムの製造システム１においては、処理水Ｌ２からＮａ＋を除去し、ナトリウムイオン濃度を低減させる。
【0034】
第２除去部１２は、公知のナノろ過膜を採用することができる。処理水Ｌ２は、ナノろ過膜を透過することで、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度が低減された原料水Ｌ３と、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度が増加した廃水Ｗと、に分離する。
【0035】
塩化マグネシウムの製造システム１では、第２除去部１２で処理する処理水Ｌ２は、上流側の第１除去部１１においてＳＯ４
２－が低減されている。これにより、塩化マグネシウムの製造システム１は、第２除去部１２において硫酸カルシウム（石膏）などのスケールが析出しにくく、安定した連続運転が可能となる。
【0036】
第１除去部１１は、上述の処理により、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度を低減された原料水Ｌ３を生成する。原料水Ｌ３は、配管Ｐ３を介して濃縮部２０に供給される。
【0037】
（濃縮部）
濃縮部２０は、原料水Ｌ３から水分を除去し濃縮する装置である。濃縮部２０としては、公知の装置を採用することができる。例えば、濃縮部２０は、原料水Ｌ３を加熱、減圧、送風及びこれらの組み合わせにより処理し、水分を蒸発させる構成を採用することができる。
濃縮部２０は、原料水Ｌ３から水分を除去し濃縮する装置である。濃縮部２０としては、公知の装置を採用することができる。例えば、濃縮部２０は、原料水Ｌ３を加熱、減圧、送風及びこれらの組み合わせにより処理し、水分を蒸発させる構成を採用することができる。
【0038】
濃縮部２０では、原料水Ｌ３を濃縮することにより原料水Ｌ３に溶解したイオンが塩となり析出する。ここで、塩化マグネシウムの製造システム１では、除去部１０においてＮａ＋及びＳＯ４２－を低減させている。そのため、図２において説明したとおり、濃縮部２０においては、少量のＦｅ２Ｏ３及びＣａＣＯ３の他には、目的とするＭｇＣｌ２が析出し、ＭｇＣｌ２が晶析したスラリーＳが得られる。
【0039】
濃縮部２０では、さらにＭｇＣｌ２が高濃度に含まれる下層と、ＭｇＣｌ２が低濃度で含まれる上澄み（上層）とに分離してもよい。上澄みは、廃水Ｗとして廃棄される。
【0040】
（マグネシウムの製造システム）
マグネシウムの製造システム１００は、上述の塩化マグネシウムの製造システム１に加え、生成部８０と、電解部９０とを有する。
マグネシウムの製造システム１００は、上述の塩化マグネシウムの製造システム１に加え、生成部８０と、電解部９０とを有する。
【0041】
さらに、マグネシウムの製造システム１００は、濃縮部２０と生成部８０を接続する配管Ｐ４とを有する。
【0042】
（生成部）
生成部８０は、ＭｇＣｌ２が晶析したスラリーＳから水を分離しＭｇＣｌ２を得る装置である。スラリーＳは、配管Ｐ４を介して濃縮部２０から生成部８０に供給される。
生成部８０は、ＭｇＣｌ２が晶析したスラリーＳから水を分離しＭｇＣｌ２を得る装置である。スラリーＳは、配管Ｐ４を介して濃縮部２０から生成部８０に供給される。
【0043】
生成部８０では、スラリーＳを加熱、減圧、送風及びこれらの組み合わせにより処理し、水分を蒸発させる構成を採用することができる。
【0044】
生成部８０で生じたＭｇＣｌ２は、電解部９０に供給される。
【0045】
（電解部）
電解部９０は、ＭｇＣｌ２を溶融塩電解し、金属マグネシウムを得る装置である。電解部９０の構成としては、公知の溶融塩電解設備を採用することができる。
電解部９０は、ＭｇＣｌ２を溶融塩電解し、金属マグネシウムを得る装置である。電解部９０の構成としては、公知の溶融塩電解設備を採用することができる。
【0046】
以上のような塩化マグネシウムの製造システム１によれば、従来の方法よりも薬品の使用量を低減した上で塩化マグネシウムを製造することができる。
【0047】
また、以上のようなマグネシウムの製造システム１００によれば、従来の方法よりも薬品の使用量を低減した上でマグネシウムを製造することができる。
【0048】
［第２実施形態］
図４，５は、本開示の第２実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムの説明図である。本実施形態の塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムは、第１実施形態の塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムと一部共通している。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図４，５は、本開示の第２実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムの説明図である。本実施形態の塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムは、第１実施形態の塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムと一部共通している。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0049】
（塩化マグネシウムの製造システム）
図４は、塩化マグネシウムの製造システム２及びマグネシウムの製造システム１００を示す模式図である。塩化マグネシウムの製造システム２は、除去部１０と、濃縮部２０とを有する。除去部１０は、第１除去部１１と、第２除去部１２と、逆浸透膜３０とを有する。
図４は、塩化マグネシウムの製造システム２及びマグネシウムの製造システム１００を示す模式図である。塩化マグネシウムの製造システム２は、除去部１０と、濃縮部２０とを有する。除去部１０は、第１除去部１１と、第２除去部１２と、逆浸透膜３０とを有する。
【0050】
（第１除去部）
図５は、第２実施形態の第１除去部１１を示す模式図である。第１除去部１１は、電気透析槽であり、陽極１１８と、陰極１１９と、陽極１１８及び陰極１１９の間に配列した、複数の第１濃縮室１１１Ａ、第２濃縮室１１１Ｂ、第１希釈室１１２Ａ及び第２希釈室１１２Ｂを有する。第１濃縮室１１１Ａ、第２濃縮室１１１Ｂ及び第１希釈室１１２Ａは、本開示における「処理部」に該当する。
図５は、第２実施形態の第１除去部１１を示す模式図である。第１除去部１１は、電気透析槽であり、陽極１１８と、陰極１１９と、陽極１１８及び陰極１１９の間に配列した、複数の第１濃縮室１１１Ａ、第２濃縮室１１１Ｂ、第１希釈室１１２Ａ及び第２希釈室１１２Ｂを有する。第１濃縮室１１１Ａ、第２濃縮室１１１Ｂ及び第１希釈室１１２Ａは、本開示における「処理部」に該当する。
【0051】
第２濃縮室１１１Ｂは、第１実施形態の濃縮室１１１に対応する。
【0052】
第１濃縮室１１１Ａは、第１濃縮室１１１Ａから排出される処理済みの水を再度第１濃縮室１１１Ａに戻す循環用の配管を有していてもよい。
同様に、第２濃縮室１１１Ｂは、第２濃縮室１１１Ｂから排出される処理済みの水を、再度第２濃縮室１１１Ｂに戻す循環用の配管を有していてもよい。
同様に、第２濃縮室１１１Ｂは、第２濃縮室１１１Ｂから排出される処理済みの水を、再度第２濃縮室１１１Ｂに戻す循環用の配管を有していてもよい。
【0053】
第１濃縮室１１１Ａは、陽イオン交換膜Ｃ２と１価選択性陰イオン交換膜Ａ１とで囲まれている。
第２濃縮室１１１Ｂは、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１と陰イオン交換膜Ａ２とで囲まれている。
第２濃縮室１１１Ｂは、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１と陰イオン交換膜Ａ２とで囲まれている。
【0054】
なお、本開示において、「陽イオン交換膜」は、価数によらず陽イオンを透過させ、陰イオンを透過させないイオン交換膜を指す。
また、本開示において、「１価選択性陰イオン交換膜」は、１価の陽イオンを選択的に透過させ、多価の陰イオン及び価数によらず陽イオンを透過させないイオン交換膜を指す。
また、本開示において、「１価選択性陰イオン交換膜」は、１価の陽イオンを選択的に透過させ、多価の陰イオン及び価数によらず陽イオンを透過させないイオン交換膜を指す。
【0055】
第１希釈室１１２Ａは、陽イオン交換膜Ｃ２と陰イオン交換膜Ａ２とで囲まれている。
第２希釈室１１２Ｂは、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１と１価選択性陰イオン交換膜Ａ１とで囲まれている。
第２希釈室１１２Ｂは、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１と１価選択性陰イオン交換膜Ａ１とで囲まれている。
【0056】
第１濃縮室１１１Ａは、陽イオン交換膜Ｃ２を介して第１希釈室１１２Ａと隣り合っている。また、第１濃縮室１１１Ａは、１価選択性陰イオン交換膜Ａ１を介して第２希釈室１１２Ｂと隣り合っている。
【0057】
第１希釈室１１２Ａは、陰イオン交換膜Ａ２を介して第２濃縮室１１１Ｂと隣り合っている。また、第１希釈室１１２Ａは、陽イオン交換膜Ｃ２を介して第１濃縮室１１１Ａと隣り合っている。
【0058】
第２希釈室１１２Ｂは、１価選択性陰イオン交換膜Ａ１を介して第１濃縮室１１１Ａと隣り合っている。また、第２希釈室１１２Ｂは、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１を介して第２濃縮室１１１Ｂと隣り合っている。
【0059】
第２濃縮室１１１Ｂは、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１を介して第２希釈室１１２Ｂと隣り合っている。また、第２濃縮室１１１Ｂは、陰イオン交換膜Ａ２を介して第１希釈室１１２Ａと隣り合っている。
【0060】
また、第１希釈室１１２Ａ、第１濃縮室１１１Ａ、第２希釈室１１２Ｂ及び第２濃縮室１１１Ｂは、陽極１１８と陰極１１９との間において、この順で繰り返し配置されている。
【0061】
このような構成の第１除去部１１において、被処理水Ｌ１は、第１希釈室１１２Ａ及び第２希釈室１１２Ｂに供給される。
【0062】
第１希釈室１１２Ａに供給された被処理水Ｌ１に含まれる陽イオンは、陽イオン交換膜Ｃ２を介して、隣接する第１濃縮室１１１Ａに移動する。
また、第１希釈室１１２Ａに供給された被処理水Ｌ１に含まれる陰イオンは、陰イオン交換膜Ａ２を介して、隣接する第２濃縮室１１１Ｂに移動する。
また、第１希釈室１１２Ａに供給された被処理水Ｌ１に含まれる陰イオンは、陰イオン交換膜Ａ２を介して、隣接する第２濃縮室１１１Ｂに移動する。
【0063】
第２希釈室１１２Ｂに供給された被処理水Ｌ１に含まれる１価の陽イオンは、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１を介して、隣接する第２濃縮室１１１Ｂに移動する。
また、第１希釈室１１２Ａに供給された被処理水Ｌ１に含まれる１価の陰イオンは、１価選択性陰イオン交換膜Ａ１を介して、隣接する第１濃縮室１１１Ａに移動する。
また、第１希釈室１１２Ａに供給された被処理水Ｌ１に含まれる１価の陰イオンは、１価選択性陰イオン交換膜Ａ１を介して、隣接する第１濃縮室１１１Ａに移動する。
【0064】
これにより、第１濃縮室１１１Ａでは、陽イオンと１価の陰イオンが濃縮する。すなわち、第１濃縮室１１１Ａから排出される処理水Ｌ２は、ＳＯ４
２－などの２価の陰イオンが除去されている。
【0065】
また、第１除去部１１においては、第１希釈室１１２Ａ、第１濃縮室１１１Ａ、第２希釈室１１２Ｂ及び第２濃縮室１１１Ｂが繰り返し配列しているため、電気透析が並列処理となり、効率的に被処理水Ｌ１の硫酸イオン濃度を低減させることができる。
【0066】
また、第２濃縮室１１１Ｂでは、１価の陽イオンと陰イオンが濃縮する。すなわち、第２濃縮室１１１Ｂでは、塩化マグネシウムの製造システムで不要とするＮａ＋とＳＯ４
２－とを含むイオンが濃縮する。そのため、第２濃縮室１１１Ｂから排出される液体は、廃水Ｗとして処理される。
【0067】
第１希釈室１１２Ａ及び第２希釈室１１２Ｂからは、被処理水Ｌ１から陽イオン及び陰イオンが低減した希釈水Ｌ２１が排出される。希釈水Ｌ２１は、供給管Ｐ２１を介して、処理水Ｌ２を第１除去部１１から第２除去部１２へ供給する配管Ｐ２内に設けられた混合部１９に供給される。本実施形態において混合部１９は、配管Ｐ２と供給管Ｐ２１とが接続する箇所を指す。
【0068】
（逆浸透膜）
逆浸透膜３０は、供給管Ｐ２１の経路内に設けられている。逆浸透膜３０は、希釈水Ｌ２１を純水ＰＷと濃縮水ＣＷとに分離する。すなわち、逆浸透膜３０は、供給管Ｐ２１を介して配管Ｐ２に純水ＰＷを供給する。
逆浸透膜３０は、供給管Ｐ２１の経路内に設けられている。逆浸透膜３０は、希釈水Ｌ２１を純水ＰＷと濃縮水ＣＷとに分離する。すなわち、逆浸透膜３０は、供給管Ｐ２１を介して配管Ｐ２に純水ＰＷを供給する。
【0069】
配管Ｐ２では、処理水Ｌ２と純水ＰＷとが混合され、処理水Ｌ２の濃度が下がる。これにより、処理水Ｌ２の浸透圧が低減され、第２除去部１２において処理しやすくなる。また、処理水Ｌ２の希釈に純水ＰＷを用いるため、第２除去部１２においてＣａＳＯ４（石膏）などのスケールが析出しにくく、安定した連続運転が可能となる。
【0070】
なお、本実施形態においては、混合部１９は配管Ｐ２と供給管Ｐ２１との接続箇所としたが、混合部として処理水Ｌ２と純水ＰＷとを混合する混合槽を配管Ｐ２の経路内に設けてもよい。
【0071】
濃縮水ＣＷは、図４に示すように、配管Ｐ２２を介して第１除去部１１に接続する配管Ｐ１に供給してもよい。また、濃縮水ＣＷは廃棄してもよい。
【0072】
このような構成の塩化マグネシウムの製造システム２においても、従来の方法よりも薬品の使用量を低減した上で塩化マグネシウムを製造することができる。
【0073】
なお、本実施形態で示した第１除去部１１の構成は、第１実施形態の塩化マグネシウムの製造システム１においても採用することができる。
【0074】
また、本実施形態で採用した逆浸透膜３０は、省略することもできる。
【0075】
［第３実施形態］
図６，７は、本開示の第３実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムの説明図である。本実施形態において第１，第２実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図６，７は、本開示の第３実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム及びマグネシウムの製造システムの説明図である。本実施形態において第１，第２実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0076】
（塩化マグネシウムの製造システム）
図６は、塩化マグネシウムの製造システム３及びマグネシウムの製造システム１００を示す模式図である。塩化マグネシウムの製造システム３は、除去部１０と、濃縮部２０とを有する。
図６は、塩化マグネシウムの製造システム３及びマグネシウムの製造システム１００を示す模式図である。塩化マグネシウムの製造システム３は、除去部１０と、濃縮部２０とを有する。
【0077】
塩化マグネシウムの製造システム３の除去部１０は、第１除去部１１と、第２除去部１２と、第３除去部１３と、逆浸透膜３０とを有する。また、除去部１０において、第２除去部１２、第１除去部１１、第３除去部１３の順に接続されている。
【0078】
【0079】
図７から明らかなように、海水中にはＮａ＋及びＣｌ－が多量に含まれている。そのため、第１実施形態及び第２実施形態の塩化マグネシウムの製造システムのように、被処理水Ｌ１から第１除去部１１においてまずＳＯ４
２－を除去する処理を行う場合には、これら多量のＮａ＋及びＣｌ－が処理の邪魔になることが想定される。
【0080】
そのため、本実施形態の塩化マグネシウムの製造システム３においては、第１除去部１１の前に第２除去部１２を配置し、予めＮａ＋及びＣｌ－を除去する。
【0081】
第２除去部１２は、１価選択性陽イオン交換膜と１価選択性陰イオン交換膜とを有し、１価陽イオンと１価陰イオンとを選択的に除去する公知の電気透析槽を採用することができる。これにより、第２除去部１２からは、Ｎａ＋及びＣｌ－が除去された処理水Ｌ１１が排出される。処理水Ｌ１１は、配管Ｐ１１を介して第２除去部１２から第１除去部１１に供給される。
【0082】
第１除去部１１は、第２除去部１２から供給された処理水Ｌ１１から、ＳＯ４
２－を除去する。処理水Ｌ２は、配管Ｐ２を介して第１除去部１１から第３除去部１３に供給される。
【0083】
（第３除去部）
第３除去部１３は、第１除去部１１の後に接続され、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度を低減させる装置である。本開示の塩化マグネシウムの製造システム３においては、処理水Ｌ２からＮａ＋を除去し、ナトリウムイオン濃度を低減させる。
第３除去部１３は、第１除去部１１の後に接続され、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度を低減させる装置である。本開示の塩化マグネシウムの製造システム３においては、処理水Ｌ２からＮａ＋を除去し、ナトリウムイオン濃度を低減させる。
【0084】
第３除去部１３は、公知のナノろ過膜を採用することができる。処理水Ｌ２は、ナノろ過膜を透過することで、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度が低減された原料水Ｌ３と、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度が増加した廃水Ｗと、に分離する。
【0085】
塩化マグネシウムの製造システム３では、第３除去部１３で処理する処理水Ｌ２は、上流側の第１除去部１１においてＳＯ４
２－が低減されている。これにより、塩化マグネシウムの製造システム３は、第３除去部１３においてＣａＳＯ４（石膏）などのスケールが析出しにくく、安定した連続運転が可能となる。
【0086】
また、第３除去部１３で処理する処理水Ｌ２は、上流側の第２除去部１２においてＮａ＋が低減されている。これにより、塩化マグネシウムの製造システム３は、第２除去部１２及び第３除去部１３において処理負荷が軽減され、安定した連続運転が可能となる。
【0087】
なお、例えば第２除去部１２においてＮａ＋を低減し、処理水Ｌ１１にほぼＮａ＋が含まれていない場合には、第３除去部１３を省略することができる。
【0088】
また、例えば第２除去部１２においてＮａ＋を低減して、処理水Ｌ１１に含まれる１価陽イオンと２価陽イオンとを等量とし、さらに、第１除去部１１において処理水Ｌ１１を上述のように処理することで、第３除去部１３を省略することができる。
【0089】
このような構成の塩化マグネシウムの製造システム３においても、従来の方法よりも薬品の使用量を低減した上で塩化マグネシウムを製造することができる。
【0090】
［第４実施形態］
図８は、本開示の第４実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム３及びマグネシウムの製造システム１００の製造システムの説明図である。本実施形態において第１～３実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図８は、本開示の第４実施形態に係る塩化マグネシウムの製造システム３及びマグネシウムの製造システム１００の製造システムの説明図である。本実施形態において第１～３実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0091】
（脱炭酸部）
本実施形態の塩化マグネシウムの製造システム４は、被処理水Ｌ１に溶解する炭酸を除去する脱炭酸部４０を有する。図８では、第１実施形態の塩化マグネシウムの製造システム１における除去部１０の上流側に、脱炭酸部４０を有することとして示している。脱炭酸部４０には配管Ｐ１と配管Ｐ４１とが接続されている。配管Ｐ４１は、脱炭酸部４０と第１除去部１１とを接続している。
本実施形態の塩化マグネシウムの製造システム４は、被処理水Ｌ１に溶解する炭酸を除去する脱炭酸部４０を有する。図８では、第１実施形態の塩化マグネシウムの製造システム１における除去部１０の上流側に、脱炭酸部４０を有することとして示している。脱炭酸部４０には配管Ｐ１と配管Ｐ４１とが接続されている。配管Ｐ４１は、脱炭酸部４０と第１除去部１１とを接続している。
【0092】
脱炭酸部４０は、公知の構成を採用することができる。例えば、脱炭酸部４０は、被処理水Ｌ１に酸を加えた後、被処理水Ｌ１に曝気することで、被処理水Ｌ１に含まれる炭酸を除去する脱炭酸塔を挙げることができる。被処理水Ｌ１に加える酸として、塩酸または硫酸を用いることができる。
【0093】
脱炭酸部４０で脱炭酸処理された被処理水（被処理水Ｌ４１）は、配管Ｐ４１を介して除去部１０（第１除去部１１）に供給される。除去部１０より下流側の処理は、第１実施形態で説明したとおりに行われる。
【0094】
このような構成の塩化マグネシウムの製造システム４においては、除去部１０において除去するＮａ＋及びＳＯ４
２－に加え、さらに被処理水Ｌ１に含まれる炭酸イオンも除去される。そのため、図２に示すように、濃縮部２０において原料水Ｌ３を濃縮した際、ＣａＣＯ３の析出も抑制することができる。
【0095】
そのため、塩化マグネシウムの製造システム４においても、従来の方法よりも薬品の使用量を低減した上で塩化マグネシウムを製造することができる。さらに、得られる塩化マグネシウムに混入するＣａＣＯ３を低減し、高純度の塩化マグネシウムを製造することができる。
【0096】
なお、本実施形態で示した脱炭酸部４０の構成は、第２実施形態の塩化マグネシウムの製造システム２及び第３実施形態の塩化マグネシウムの製造システム３においても採用することができる。
【0097】
以上、添付図面を参照しながら本開示に係る好適な実施の形態例について説明したが、本開示は係る例に限定されない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【0098】
＜付記＞
各実施形態に記載の塩化マグネシウムの製造システムは、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の塩化マグネシウムの製造システムは、例えば以下のように把握される。
【0099】
［１］第１の態様に係る塩化マグネシウムの製造システムは、除去部１０と、除去部１０に接続された濃縮部２０と、を備え、除去部１０は、海水を原料とする被処理水Ｌ１から硫酸イオン及びナトリウムイオンを除去した原料水Ｌ３を生成し、濃縮部２０は、原料水Ｌ３を濃縮し、塩化マグネシウムが晶析したスラリーを生成し、除去部１０は、被処理水Ｌ１よりも硫酸イオン濃度を低減させる第１除去部１１と、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度を低減させる第２除去部１２と、を有する。
【0100】
上記構成によれば、被処理水Ｌ１からナトリウムイオン及び硫酸イオンを除去して得られる原料水Ｌ３を濃縮することで、塩化マグネシウムが晶析したスラリーＳが得られる。そのため、従来の方法よりも薬品の使用量を低減可能とする塩化マグネシウムの製造システムとすることができる。
【0101】
［２］第２の態様に係る塩化マグネシウムの製造システムは、第２除去部１２は、第１除去部１１の後に接続され、第２除去部１２は、第１除去部１１において被処理水Ｌ１よりも硫酸イオン濃度を低減させた処理水Ｌ２を、原料水Ｌ３と廃水Ｗとに分離するナノろ過膜である。
【0102】
上記構成によれば、ナノろ過膜である第２除去部１２において処理を行う前に第１除去部１１において硫酸イオンを低減させる処理を行うことができるため、ナノろ過膜（第２除去部１２）における石膏などのスケールの析出を抑制することができ、長期間安定して運転させることができる。
【0103】
［３］第３の態様に係る塩化マグネシウムの製造システムは、第１除去部１１は、第２除去部１２の後に接続され、第２除去部１２は、被処理水Ｌ１よりもナトリウムイオン濃度及び塩化物イオン濃度を低減させる電気透析槽である。
【0104】
上記構成によれば、第１除去部１１において処理を行う前に第２除去部１２においてナトリウムイオンを低減させる処理を行うことができるため、第２除去部１２における処理負荷が軽減する。
【0105】
［４］第４の態様に係る塩化マグネシウムの製造システムは、除去部１０は、第１除去部１１の後に接続された第３除去部１３をさらに有し、第３除去部１３は、第１除去部１１において被処理水Ｌ１よりも硫酸イオン濃度を低減させた処理水Ｌ２から、ナトリウムイオン濃度を低減させるナノろ過膜である。
【0106】
上記構成によれば、ナノろ過膜である第３除去部１３において処理を行う前に第１除去部１１において硫酸イオンを低減させる処理を行うことができる。そのため、ナノろ過膜（第３除去部１３）における石膏などのスケールの析出を抑制することができ、長期間安定して運転させることができる。
【0107】
また、予め第２除去部１２においてナトリウムイオンを低減させているため、第３除去部１３における処理負荷を軽減し、長期間安定して運転させることができる。
【0108】
［５］第５の態様に係る塩化マグネシウムの製造システムは、第１除去部１１は、電気透析槽であり、電気透析槽は、陽極１１８と、陰極１１９と、陽極１１８と陰極１１９との間に配置された複数の濃縮室１１１と、複数の処理部と、を有し、陽極１１８と陰極１１９との間において、濃縮室１１１と処理部とが交互に繰り返し配置され、処理部は、処理部に対して陽極１１８側に配置された濃縮室１１１と、陰イオン交換膜Ａ２を介して隣り合い、且つ処理部に対して陰極１１９側に配置された濃縮室１１１と、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１を介して隣り合い、被処理水Ｌ１は、処理部に供給され、処理部から、被処理水Ｌ１よりも硫酸イオン濃度を低減させた処理水Ｌ２が排出される。
【0109】
上記構成によれば、電気透析により被処理水Ｌ１から硫酸イオン濃度を低減させた処理水Ｌ２を得ることができる。
【0110】
［６］第６の態様に係る塩化マグネシウムの製造システムは、処理部は、陰イオン交換膜と、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１との間に配置された第１濃縮室１１１Ａと、第１希釈室１１２Ａと、第２希釈室１１２Ｂとを有し、濃縮室は、第２濃縮室１１１Ｂであり、陽極１１８と陰極１１９との間において、陽極１１８の側から陰極１１９の側に、第１希釈室１１２Ａ、第１濃縮室１１１Ａ、第２希釈室１１２Ｂ及び第２濃縮室１１１Ｂがこの順で繰り返し配置され、第１希釈室１１２Ａは、陰イオン交換膜Ａ２を介して第２濃縮室１１１Ｂと隣り合い、且つ陽イオン交換膜Ｃ２を介して第１濃縮室１１１Ａと隣り合い、第２希釈室１１２Ｂは、１価選択性陽イオン交換膜Ｃ１を介して第２濃縮室１１１Ｂと隣り合い、且つ１価選択性陰イオン交換膜Ａ１を介して第１濃縮室１１１Ａと隣り合っており、被処理水Ｌ１は、第１希釈室１１２Ａ及び第２希釈室１１２Ｂに供給され、第１濃縮室１１１Ａから、処理水Ｌ２が排出され、第１希釈室１１２Ａ及び第２希釈室１１２Ｂから、被処理水よりもナトリウムイオン濃度及び塩化物イオン濃度を低減させた希釈水Ｌ２１が排出される。
【0111】
上記態様によれば、電気透析が並列処理となり、効率的に被処理水Ｌ１の硫酸イオン濃度を低減させることができる。
【0112】
［７］第７の態様に係る塩化マグネシウムの製造システム１は、第１除去部１１において被処理水Ｌ１よりも硫酸イオン濃度を低減させた処理水Ｌ２を、第１除去部１１から第２除去部１２へ供給する経路内に設けられ、希釈水Ｌ２１の少なくとも一部と処理水とを混合する混合部１９と、希釈水Ｌ２１を第１除去部１１から混合部へ供給する供給管Ｐ２１を有する。
【0113】
上記態様によれば、処理水Ｌ２と希釈水Ｌ２１とが混合され、処理水Ｌ２の濃度が下がる。これにより、第２除去部１２における処理負担が軽減する。
【0114】
［８］第８の態様に係る塩化マグネシウムの製造システムは、供給管Ｐ２１の経路内に、希釈水Ｌ２１を純水と濃縮水とに分離する逆浸透膜３０を有し、純水を混合部１９へ供給する。
【0115】
上記態様によれば、処理水Ｌ２と希釈水Ｌ２１とが混合され、処理水Ｌ２の濃度が下がる。これにより、第２除去部１２における処理負担が軽減する。
【0116】
［９］第９の態様に係る塩化マグネシウムの製造システムは、被処理水Ｌ１に含まれる少なくとも一部の炭酸を除去する脱炭酸部４０を有する。
【0117】
上記態様によれば、濃縮部２０において析出する塩化マグネシウムに混入する炭酸カルシウム量を低減することができ、純度が高い塩化マグネシウムを得ることができる。
【0118】
また、各実施形態に記載のマグネシウムの製造システムは、例えば以下のように把握される。
【0119】
［１０］第１０の態様に係るマグネシウムの製造システムは、第１の態様から第９の態様のいずれか１つの態様の塩化マグネシウムの製造システムと、スラリーＳから水を分離し塩化マグネシウムを生成する生成部８０と、塩化マグネシウムを溶融塩電解し金属マグネシウムを得る電解部９０と、を有する。
【0120】
上記態様によれば、従来の方法よりも薬品の使用量を低減可能とするマグネシウムの製造システム１００を提供することができる。
【符号の説明】
【0121】
１，２，３，４…塩化マグネシウムの製造システム、１０…除去部、１１…第１除去部、１２…第２除去部、１３…第３除去部、１９…混合部、２０…濃縮部、３０…逆浸透膜、４０…脱炭酸部、８０…生成部、９０…電解部、１００…マグネシウムの製造システム、１１１…濃縮室、１１１Ａ…第１濃縮室、１１１Ｂ…第２濃縮室、１１２…希釈室、１１２Ａ…第１希釈室、１１２Ｂ…第２希釈室、１１８…陽極、１１９…陰極、Ａ１…１価選択性陰イオン交換膜、Ａ２…陰イオン交換膜、Ｃ１…１価選択性陽イオン交換膜、Ｃ２…陽イオン交換膜、ＣＷ…濃縮水、Ｌ１，Ｌ４１…被処理水、Ｌ２，Ｌ１１…処理水、Ｌ３…原料水、Ｌ２１…希釈水、Ｐ２１…供給管、ＰＷ…純水、Ｓ…スラリー、Ｗ…廃水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】