JP5167448B2 - 水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法 - Google Patents

Description

この発明は、水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法に関する。さらに詳しくは、原塩を含有する水溶液に対して、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が一定の値以上となるようにカルシウムイオン供給源とを添加することにより、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離する水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法に関する。

天日塩や岩塩等の原塩がメキシコやオーストラリア等の海外から大量に輸入され、原塩中に含まれている不純物を除去した上で、工業用原料や食品用原料として用いられている。工業用原料として用いられている原塩をさらに高純度化し精製するために、原塩を一旦水又はかん水に溶解して飽和状態の水溶液とし、アルカリ剤を添加して原塩中に含まれるカルシウムやマグネシウム等の不純物を結晶化させ、沈降分離する処理が行なわれていた。沈降分離後の処理水は、後の工程で精密濾過されて、キレート樹脂等で処理することによる塩化ナトリウム水溶液の精製や、濾過水を電気分解することによる苛性ソーダの精製等に利用されていた。

特に苛性ソーダの精製においては、先に述べたとおり海外から大量に輸入されていることから、採取する場所によって原塩の飽和水溶液中に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンの濃度が異なるため、アルカリ剤を用いた通常の沈降分離による処理ではカルシウムイオンやマグネシウムイオンの除去が不完全となる場合があり、後の工程でのカルシウムスケールによる障害や精密濾過器の差圧上昇等によるトラブルの原因となっていた。

水溶液中に含まれているカルシウムやマグネシウムを除去する方法については、Ｍｇ^２＋，Ｃａ^２＋含有液に消石灰、苛性ソーダ、炭酸ソーダ等の沈澱生成剤を注加反応せしめてこれらイオンを分離除去するに当たり、先ず一方のイオンの沈澱生成反応を行わしめ、次いでそのスラリーに他方のイオンの沈澱生成反応を行わしめて得られたこれら両反応からの生成沈澱の一部を前段のイオンの沈澱生成反応に際して添加せしめる海水、鹹水等の精製法（例えば、特許文献１参照）や、水中のカルシウム、マグネシウム成分を、アルカリ剤を添加して除去するに際し、特定の鉱物粒子を接触媒体として利用する水中のカルシウム、マグネシウムを除去する方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。

しかしながら、水溶液中のカルシウムイオン濃度を一定の値以上とすることで、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離により除去することができることについては、知られていなかった。

特公昭４３−２８５８４号公報 特公昭５３−１５０２３号公報

この発明は、原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離により除去することのできる方法を提供することを課題とする。

この発明の発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、原塩を含有する水溶液に対して、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が一定の値以上となるようにカルシウムイオン供給源とを添加することで、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとが同時に効率よく沈降分離により除去することができることを見出し、本発明を完成するに到った。

かくして本発明によれば、カルシウムイオン濃度が５〜２００ｍｇ／リットル、マグネシウムイオン濃度が１〜１００ｍｇ／リットルの原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを沈降分離により水溶液中のカルシウムイオン濃度を０．５〜１０ｍｇ／リットル、マグネシウムイオン濃度を０．１〜５ｍｇ／リットルとなるように同時に除去する方法において、原塩を含有する水溶液に、２００〜２０００ｍｇ／リットルの炭酸ナトリウムと、添加直後の該水溶液中のカルシウムイオン濃度が１００〜１５０ｍｇ／リットルとなるようにカルシウムイオン供給源（ただし、炭酸カルシウムは除く）とを同時に又は別々に添加することを特徴とする水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法が提供される。

この発明の水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法によると、原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離により除去することができる。このことにより、沈降分離後の工程でのカルシウムスケールによる障害や精密濾過器の差圧上昇等トラブルの発生を未然に防ぐことができ、産業上極めて有用である。

この発明の方法では、天日塩や岩塩等の原塩を含有する水溶液に、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が１００ｍｇ／リットル以上となるようにカルシウムイオン供給源とを同時に又は別々に添加した後、沈降分離することによって、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に除去することができる。原塩を含有する水溶液は、通常、カルシウムイオン濃度が５〜２００ｍｇ／リットル、マグネシウムイオン濃度が１〜１００ｍｇ／リットルであるが、この発明の方法で処理することにより、水溶液中のカルシウムイオン濃度を０．５〜１０ｍｇ／リットル、マグネシウムイオン濃度を０．１〜５ｍｇ／リットルに低下させることができる。

この発明の方法で用いられる炭酸ナトリウムは、原塩を含有する水溶液に対し２００〜２０００ｍｇ／リットル、好ましくは、３００〜１５００ｍｇ／リットルとなるように添加することで、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に除去することができる。２００ｍｇ／リットル未満の場合には、フロックが小さくなって、締りがなく、沈降しにくくなるため好ましくない。また、併用して用いられるカルシウムイオン供給源と同時に又は別々に添加してもよい。

また、カルシウムイオン供給源は、原塩を含有する水溶液中の添加直後のカルシウムイオン濃度が１００〜１５０ｍｇ／リットルとなるように添加する。カルシウムイオン濃度が１００ｍｇ／リットル未満の場合、カルシウムイオンやマグネシウムイオンの反応速度が低下し、フロックの形成が不十分となってしまうため好ましくない。一方、カルシウムイオン供給源を過剰に添加した場合、マグネシウムイオンはほとんど除去されるが、未反応のカルシウムイオンが残存する。このような場合には、同時に又は別々に添加される炭酸ナトリウムの添加量を調整したり、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を添加したりすることで、カルシウムイオンも同時に効率よく除去することができる。

この発明の方法に用いられるカルシウムイオン供給源としては、水酸化カルシウムおよび塩化カルシウムから選ばれた少なくとも１種が挙げられる。特に、炭酸ナトリウムおよびカルシウム供給源の添加直後の水溶液のｐＨが１０．５以上の場合には、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく除去することができることから、好ましい実施態様である。したがって、水溶液のｐＨが１０．５未満の場合においては、さらに水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を添加し、ｐＨを１０．５以上にしてから沈降分離することで、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく除去することができる。

この発明の方法においては、沈降分離を行なう設備の大きさによって処理時間は異なるが、アルカリ剤等を用いた通常の沈降分離と比べて、炭酸ナトリウムとカルシウム供給源とを添加した後、攪拌してから一定時間静置することで、沈降分離が促進され、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に短時間で除去することができる。

また本発明の方法では、原塩を含有する水溶液に、炭酸ナトリウムとカルシウムイオン供給源とを同時に又は別々に添加した後、さらに市販の凝集剤等を添加し、攪拌してから一定時間放置することでさらに沈降分離が促進され、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に短時間で除去することができる。

この発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、これらの実施例によりこの発明が限定されるものではない。

試験例１ 岩塩飽和水溶液中の不純物の除去効果確認試験
某苛性ソーダ精製工場内の飽和岩塩水５００ｍｌ（カルシウムイオン濃度：９４ｍｇ／リットル、マグネシウムイオン濃度：３４ｍｇ／リットル）を約６５℃に加温し、消石灰、炭酸カルシウム、塩化カルシウムから選ばれるカルシウムイオン供給源と、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウムとを、それぞれ表１の実施例１〜１３及び比較例１〜１４の割合となるように添加した。薬剤添加直後に、カルシウムイオン濃度の測定を行ない、１２０ｒｐｍで１分間攪拌し、凝集剤（「フロクランEA-304」，株式会社片山化学工業研究所製）を１．１ｍｇ／リットル添加して、さらに１２０ｒｐｍで１分間、６０ｒｐｍで１分間の攪拌を行なった。６０分間静置後、岩塩水溶液中のフロックの状態と径、処理水の外観、カルシウムイオン濃度とマグネシウムイオン濃度の測定を行なった。測定結果を表１に示す。なお、カルシウムイオン供給源である消石灰と炭酸カルシウムについてはそれぞれ２０％のスラリーに調整したものを、塩化カルシウムについては３５％塩化カルシウム（旭硝子株式会社製）を使用した。

表１の結果から、カルシウムイオン供給源と炭酸ナトリウムとを用いることで、処理水の外観が無色透明で、処理水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度が低減され、フロックの形成状態が良好となった。さらに水酸化ナトリウムを加えてｐＨを上げることで、処理水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度が低減したことが確認できた。これに対し、カルシウムイオン供給源のみの場合やカルシウムイオン供給源と水酸化ナトリウムを組合せて用いた場合には、処理水中にフロックがほとんど形成されずに対流してしまった。消石灰の２０％スラリーの替わりに粉末の消石灰を使用した場合には、処理水が若干濁ってしまい、処理水中のカルシウムイオン濃度が低減されなかった。

試験例２ 岩塩飽和水溶液中の不純物の除去効果確認試験
薬剤添加を行なう前の飽和岩塩水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度をそれぞれ６４、９７ｍｇ／リットルにする以外は、試験例１と同様のやり方で測定を行なった。測定結果を表２に示す。

表２の結果から、カルシウムイオン供給源である消石灰と炭酸カルシウムとを用いることにより、処理水の外観が無色透明で、処理水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度が低減され、フロックの形成状態も良好であった。このことから、岩塩飽和水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度の割合が変化しても、本発明の方法を用いることで、カルシウムイオンとマグネシウムイオンが十分に除去できることがわかった。

この発明の方法は、工業用原料や食品用原料として、原塩から塩化ナトリウム水溶液や苛性ソーダを精製する設備等において、好適に使用することができる。

Claims (2)

1. カルシウムイオン濃度が５〜２００ｍｇ／リットル、マグネシウムイオン濃度が１〜１００ｍｇ／リットルの原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを沈降分離により水溶液中のカルシウムイオン濃度を０．５〜１０ｍｇ／リットル、マグネシウムイオン濃度を０．１〜５ｍｇ／リットルとなるように同時に除去する方法において、原塩を含有する水溶液に、２００〜２０００ｍｇ／リットルの炭酸ナトリウムと、添加直後の該水溶液中のカルシウムイオン濃度が１００〜１５０ｍｇ／リットルとなるようにカルシウムイオン供給源（ただし、炭酸カルシウムは除く）とを同時に又は別々に添加することを特徴とする水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法。
2. カルシウムイオン供給源が、水酸化カルシウムおよび塩化カルシウムから選ばれた少なくとも１種である請求項１記載の除去方法。