JP2008105930A

JP2008105930A - ドーソナイトの製造方法

Info

Publication number: JP2008105930A
Application number: JP2007246607A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Fukushima; 繁福島; Michito Sumimori; 道人角森; Atsushi Kidera; 淳木寺
Original assignee: Ryoko Lime Industry Co Ltd
Current assignee: Ryoko Lime Industry Co Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2008-05-08

Abstract

【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。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。
特公昭５４−１７７１８号公報特公昭５７−４４６０４号公報特開昭５８−９９１１８号公報特開平３−２７１１１６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

〔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。

〔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。

〔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。

実施例１の実施装置を示す模式図比較例１の実施装置を示す模式図

符号の説明

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

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。