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ドーソナイトの製造方法 - 特開2008−105930 | j-tokkyo
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【発明の名称】 ドーソナイトの製造方法
【発明者】 【氏名】福島 繁

【氏名】角森 道人

【氏名】木寺 淳

【要約】 【課題】簡単な操作および装置構成でありながら、安価に高い収率でドーソナイトを製造することができ、かつアルマイト処理廃液を有効に処理することができるドーソナイトの製造方法を提供する。

【解決手段】炭酸水に、炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給しながら、ナトリウムを含有するアルミニウム溶解液を導入し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御して反応を進めることによって、ドーソナイトを生成させることを特徴とするドーソナイトの製造方法であって、例えば、炭酸水がアルカリ金属イオンを含有し、該アルカリ金属イオン含有炭酸水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給しながら、ナトリウムを含有するアルミニウム溶解液を導入するドーソナイトの製造方法。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭酸水に、炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給しながら、ナトリウムを含有するアルミニウム溶解液を導入し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御して反応を進めることによって、ドーソナイトを生成させることを特徴とするドーソナイトの製造方法。
【請求項2】
炭酸水がアルカリ金属イオンを含有し、該アルカリ金属イオン含有炭酸水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給しながら、ナトリウムを含有するアルミニウム溶解液を導入し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御して反応を進めることによって、ドーソナイトを生成させる請求項1に記載するドーソナイトの製造方法。
【請求項3】
炭酸水素アルカリ金属塩および/または炭酸アルカリ金属塩を溶解した水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給して得たアルカリ金属イオン含有炭酸水を用いる請求項2に記載するドーソナイトの製造方法。
【請求項4】
アルカリ金属水酸化物を溶解した水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給して得たアルカリ金属イオン含有炭酸水を用いる請求項2に記載するドーソナイトの製造方法。
【請求項5】
炭酸水が燃焼排ガスを水に供給して得たものであり、ナトリウムを含有するアルカリ溶解液が含アルミニウム廃液であって、上記炭酸水に、燃焼排ガスを供給しながら、アルマイト処理廃液を少量ずつ滴下し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御してドーソナイトを生成させる請求項1〜請求項4に記載するドーソナイトの製造方法。
【請求項6】
反応液のpHを8〜10に制御してドーソナイトを生成させる請求項1〜請求項5に記載するドーソナイトの製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、ドーソナイトを効率良く製造する方法に関し、より詳しくは、簡単な操作および装置構成でありながら安価に高い収率でドーソナイトを製造することができ、かつアルマイト処理廃液などを含む含アルミニウム廃液を有効に処理することができるドーソナイトの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ドーソナイトはNaAl(OH)2CO3の組成を持つ鉱物であり、脱色、脱臭、脱酸、断熱、亜硫酸ガス等のガス吸着、水中の重金属の吸着除去などのほか、コバルト、ニッケル、クロム等のアルミナ担体触媒の製造など種々の用途に用いられる。
【0003】
ドーソナイトの製造方法として、アルミン酸Na水溶液に加熱下または加圧下で尿素を添加する方法(特許文献1、2)、アルミン酸ソーダに炭酸ガスを40℃以上で吹き込む方法(特許文献3)、ヒドロキシカルボン酸の存在下において、水酸化アルミニウム等と炭酸ナトリウム等を反応させる方法(特許文献4)が知られている。
【0004】
従来の上記製造方法は何れも反応の制御が面倒であり、生成するドーソナイトの収率が低いと云う問題がある。例えば、特許文献2ではドーソナイト収率は98%程度と高いものの、125℃、1.5気圧という高温、高圧を必要とする。他方、アルミン酸ソーダ等に炭酸ガスを吹き込む特許文献4の方法では、操作は簡便であるものの副生する水酸化アルミニウム量が非常に多く、ドーソナイトの生成量は水酸化アルミニウム生成量の1.3倍程度に止まり、ドーソナイトの生成量に近い水酸化アルミニウムが生成する。
【特許文献1】特公昭54−17718号公報
【特許文献2】特公昭57−44604号公報
【特許文献3】特開昭58−99118号公報
【特許文献4】特開平3−271116号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、ドーソナイトの製造方法について、従来の上記問題を解決したものであり、簡単な操作および装置構成でありながら、安価に高い収率でドーソナイトを製造することができるドーソナイトの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、以下の〔1〕〜〔6〕に示す構成によって上記課題を解決したドーソナイトの製造方法に関する。
〔1〕 炭酸水に、炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給しながら、ナトリウムを含有するアルミニウム溶解液を導入し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御して反応を進めることによって、ドーソナイトを生成させることを特徴とするドーソナイトの製造方法。
〔2〕 炭酸水がアルカリ金属イオンを含有し、該アルカリ金属イオン含有炭酸水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給しながら、ナトリウムを含有するアルミニウム溶解液を導入し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御して反応を進めることによって、ドーソナイトを生成させる上記[1]に記載するドーソナイトの製造方法。
〔3〕 炭酸水素アルカリ金属塩および/または炭酸アルカリ金属塩を溶解した水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給して得たアルカリ金属イオン含有炭酸水を用いる上記[2]に記載するドーソナイトの製造方法。
〔4〕 アルカリ金属水酸化物を溶解した水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給して得たアルカリ金属イオン含有炭酸水を用いる上記[2]に記載するドーソナイトの製造方法。
〔5〕 炭酸水が燃焼排ガスを水に供給して得たものであり、ナトリウムを含有するアルカリ溶解液が含アルミニウム廃液であって、上記炭酸水に、燃焼排ガスを供給しながら、アルマイト処理廃液を少量ずつ滴下し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御してドーソナイトを生成させる請求項1〜上記[4]に記載するドーソナイトの製造方法。
〔6〕 反応液のpHを8〜10に制御してドーソナイトを生成させる請求項1〜上記[5]に記載するドーソナイトの製造方法。
【発明の効果】
【0007】
上記[1]の製造方法において、炭酸水に炭酸または炭酸ガス含有空気を供給しながら、水酸化ナトリウムを含有するアルミニウム溶解液を導入し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御して反応を進めることによって、副生する水酸化アルミニウムの量が大幅に抑制し、高い収率でドーソナイトを製造することがでる。
【0008】
上記[2]の製造方法によれば、アルカリ金属イオン含有炭酸水を用いることによって、生成物における水酸化アルミニウムに対するドーソナイトの比を格段に高めることができ、ドーソナイトの収率を大幅に向上することができる。このアルカリ金属イオン含有炭酸水は、上記[3]に示すように、炭酸水素アルカリ金属塩および/または炭酸アルカリ金属塩を溶解した水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給して容易に得ることできる。また、上記[4]に示すように、アルカリ金属水酸化物を溶解した水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給して容易に得ることができる。
【0009】
上記[5]の製造方法は、アルミニウム工場から排出されるアルマイト処理廃液、および工場排ガスを利用する態様を示したものであり、この方法によれば、ドーソナイトを高収率で製造することができると共に、アルミニウム工場から排出されるアルマイト処理廃液を有用化して処理することができる。
【0010】
上記[6]の製造方法は、反応液のpH領域の好ましい範囲を示したものであり、このpH範囲に調整してドーソナイトを生成させることによって、確実にドーソナイトを収率よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明を実施例と共に具体的に説明する。
本発明の製造方法は、炭酸水に、炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給しながら、ナトリウムを含有するアルミニウム溶解液を導入し、反応液のpHを7.8〜10.5に制御して反応を進めることによって、ドーソナイトを生成させることを特徴とするドーソナイトの製造方法である。
【0012】
炭酸水は、炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を水に吹き込むことによって得たものを使用することができる。また、アルカリ金属イオンを含有する炭酸水を用いるとよく、アルカリ金属イオン含有炭酸水を用いることによって、反応生成物中の水酸化アルミニウムに対するドーソナイトの比を格段に高めることができ、ドーソナイトの収率を大幅に向上することができる。
【0013】
アルカリ金属イオン含有炭酸水は、炭酸水素アルカリ金属塩および/または炭酸アルカリ金属塩を溶解した水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給して容易に得ることできる。また、アルカリ金属水酸化物を溶解した水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を供給して容易に得ることができる。なお、以下の説明において、アルカリ金属イオン含有炭酸水を含めて単に炭酸水と云う。
【0014】
本発明の製造方法は、ドーソナイトのNa源およびAl源として、ナトリウム含有アルミニウム溶解液を用いる。このナトリウム含有アルミニウム溶解液としては、水酸化ナトリウムに金属アルミニウムや、酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムなどが溶解したアルミン酸ナトリウム溶液等を用いることができる。
【0015】
水酸化ナトリウムに対するアルミニウムの溶解量(単体に換算した溶解量)は水酸化ナトリウム濃度および液温によって異なるが、常温において、概ね水酸化ナトリウム濃度8〜20質量%においてアルミニウム濃度は約1.5〜6質量%である。これらの濃度範囲のアルミン酸ナトリウム溶液を用いることができる。このナトリウム含有アルミニウム溶解液は必要に応じて希釈して使用すれば良い。
【0016】
また、水酸化ナトリウム濃度が高い溶液(例えば、実施例1、2に示すように水酸化ナトリウム濃度32.4%の溶液)を用いれば、Na:Al比を大きくすることによってドーソナイトの収率を高くすることができる。
【0017】
本発明の製造方法は、炭酸水に炭酸ガスまたは炭酸ガス含有空気を吹き込みながら、ナトリウム含有アルミニウム溶解液を供給し、好ましくはナトリウム含有アルミニウム溶解液を緩やかに滴下し、pH7.8〜10.5、好ましくはpH8〜10の液性下で、反応を進める。
【0018】
本発明の製造方法は、反応混合液のpHを上記範囲に制御して、炭酸水にナトリウム含有アルミニウム溶解液を導入することが重要である。従来のように、ナトリウム含有アルミニウム溶解液に炭酸ガスを導入する方法では、ドーソナイトの収率を高めることができない。アルミン酸ナトリウム溶液等は強アルカリ性であり、これに弱酸性の炭酸を導入しても、反応を上記pH域に制御することができず、ドーソナイトの収率を高めることができない。
【0019】
アルミニウムイオンは酸性からアルカリ性にかけて、様々な形態のイオン構造をとることが知られている。中性領域ではAl3+として挙動し、アルカリ領域ではアルミン酸イオンとして存在している。アルカリ領域でのAl−O間結合は強固であり、炭酸ガス由来イオン種との反応性に低いことが想定される。それゆえ従来法のアルカリ領域への炭酸ガス導入では、目的とするドーソナイト生成の反応速度が乏しく、中和に伴う水酸化アルミニウム形成との競争反応となり、その結果、ドーソナイトの反応収率が低く抑えられると考えられる。
【0020】
一方、中性域〜弱アルカリ域ではAl−O間結合が緩くなり、本発明のように中性域〜弱アルカリ域でアルミニウム溶解液をゆるやかに滴下していくと、結合の弱いAl−O結合の間をぬって炭酸ガスイオン種がAlイオンを攻撃して結合し、効率よくドーソナイトを形成する。なお、酸性域および酸性域に近い中性域では炭酸ガスイオン種がAlイオンを攻撃するものの、同時にAlイオンは水酸化アルミニウムとして格段に析出しやすい領域となるため、両者の競争反応となり、結果としてドーソナイトの収率が劣化する。
【0021】
本発明の製造方法は、Al−O間結合が弱く、炭酸ガス由来イオン種の存在量の多い弱アルカリ領域にpHを制御し、具体的にはpHを7.8〜10.5、好ましくはpH8〜10に調整することによって、ドーソナイトの高い収率を達成した。
【0022】
ナトリウム含有アルミニウム溶解液(アルミン酸ナトリウム溶液等)は流量制御して少量ずつ炭酸水に滴下するのが好ましい。これを多量に添加すると上記pH域に制御することができず、水酸化アルミニウム等の副生成物が多くなる。
【0023】
ナトリウム含有アルミニウム溶解液としてアルマイト処理工程から排出される廃液(アルマイト処理廃液)を用いることができる。アルマイト処理廃液について、従来は、アルミニウムと水酸化ナトリウムの効率的な分離精製が困難であるために再利用できず、廃棄されることが多く、その有効な処理が求められていた。このアルマイト処理廃液は、一般に、水酸化ナトリウム濃度:7.5〜15質量%、アルミニウム濃度:1.3〜5.5質量%(アルミン酸イオン[AlO2-]として溶解)のナトリウムおよびアルミニウムを含有している。
【0024】
本発明の製造方法は、上記アルマイト処理廃液をナトリウム含有アルカリ溶解液として利用すると共に、アルミニウム工場や、その他工場から排出される燃焼排ガスを炭酸源として利用することができる。具体的には、例えば、燃焼排ガスを水に吹き込んで炭酸水を製造し、この炭酸水に、燃焼排ガスを供給しながら、アルマイト処理廃液を少量ずつ滴下し、反応液のpHを上記範囲に制御してドーソナイトを生成させる。
【実施例】
【0025】
以下に、本発明の実施例を比較例と共に示す。
〔実施例1〕
図1に示す装置を用いて本発明の方法を実施した。
エアーボンベ1から純空気を1.6L/分の速度で定量供給しつつ、そこに炭酸ガスボンベ2から炭酸ガスを0.4L/分の速度で定量混合して、20vol%炭酸ガス混合空気を調製した。この炭酸ガス混合空気を50℃に加熱し、50℃に保持した恒温槽3に設置した1L容量のトールビーカー4の水(50℃、200ml)に通気して炭酸水を製造した。この炭酸水(pH5.7)に、溶解アルミニウム成分を5.1質量%含有した水酸化ナトリウム水溶液(濃度32.4質量%)200mlを水で3倍に希釈した溶液を、上記炭酸ガス含有空気の供給を継続しながら、反応液pHを9.00±0.03に制御しつつ、流量コントローラー付き液体供給ポンプを介して滴下し、反応生成物を得た。なお、反応液pHはpH計5を用い、上記溶解アルミニウム含有水酸化ナトリウム水溶液の滴下開始2分後より、所定のpHに制御した。反応中は攪拌翼6によって250±5rpmの回転速度で常時攪拌を継続した。また、上記溶解アルミニウム含有水酸化ナトリウム水溶液は流量制御付き供給ポンプ7によって滴下量を制御した。この結果を表1に示す。
【0026】
〔実施例2〕
実施例1において、反応液pHを10.00±0.03に制御する以外は実施例1と同様にしてドーソナイトを製造した。なお、本例においても、実施例1同様に、滴下開始より2分後から反応液を所定のpHに制御し、生成物を得た。攪拌条件も実施例1と同様である。この結果を表1に示す。
【0027】
〔実施例3〕
実施例1において、炭酸ガス混合空気を80℃に加熱し、80℃に保持した恒温槽3に設置した1L容量のトールビーカー4の水(80℃、400ml)に通気して炭酸水を製造した。この炭酸水に炭酸水素ナトリウム25gを溶解してナトリウム含有炭酸水溶液(pH8.5)とした。一方、溶解アルミニウム成分を2.5質量%含有する水酸化ナトリウム水溶液(濃度7.5質量%)400mlを、炭酸ガス含有空気の供給を継続しながら、反応液pHを8.50±0.03に制御しつつ、流量コントローラー付き液体供給ポンプを介して滴下し、反応生成物を得た。なお、反応液pHはpH計5を用い、上記溶解アルミニウム含有水酸化ナトリウム水溶液の滴下開始2分後より、所定のpHに制御した。反応中は攪拌翼6によって250±5rpmの回転速度で常時攪拌を継続した。また、上記溶解アルミニウム含有水酸化ナトリウム水溶液は流量制御付き供給ポンプ7によって滴下量を制御した。この結果を表1に示す。
【0028】
〔実施例4〕
炭酸水に炭酸ナトリウム40gを溶解したナトリウム含有炭酸水溶液(pH7.8)を用い、溶解アルミニウム成分を25質量%含有した水酸化ナトリウム水溶液(濃度7.5質量%)400mlを用い、実施例3と同様にして、炭酸ガス含有空気の供給を継続しながら、反応液pHを7.80±0.03に制御しつつ反応させて反応生成物を得た。この結果を表1に示す。
【0029】
〔比較例1〕
図2に示す装置を用いてドーソナイトを製造した。
実施例1および実施例2で用いたものと同じ溶解アルミニウム含有液200mlを水で4倍に希釈した水溶液を、1L容量のトールビーカー4に入れ、これを恒温槽3に設置し、上記水溶液を50℃に保持した。攪拌翼6を用いて、250±5rpmの回転速度で攪拌を行いながら、溶解アルミニウム含有液に20vol%炭酸ガス含有空気を50℃で2L/分の速度で供給して反応させた。反応開始後からpHは13.7から徐々に低下した。pH9.0を反応終点とした。この結果を表1に示した。
【0030】
【表1】


【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】実施例1の実施装置を示す模式図
【図2】比較例1の実施装置を示す模式図
【符号の説明】
【0032】
1−空気ボンベ、2−炭酸ガスボンベ、3−恒温槽、4−トールビーカ、5−pH計、6−攪拌翼、7−流量制御付き供給ポンプ
【出願人】 【識別番号】592018227
【氏名又は名称】菱光石灰工業株式会社
【出願日】 平成19年9月25日(2007.9.25)
【代理人】 【識別番号】100088719
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 博史


【公開番号】 特開2008−105930(P2008−105930A)
【公開日】 平成20年5月8日(2008.5.8)
【出願番号】 特願2007−246607(P2007−246607)