JP4008966B2 - アルミニウム塩溶液の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
技術分野
本発明はアルミニウム塩溶液の製造方法に関する。
本発明の目的は、アルミニウム塩、たとえば塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムおよびそれらの混合物、の溶液の合理的かつコスト効率のよい製造方法を達成することである。
【０００２】
【従来の技術および課題】
発明の背景
水の浄化において種々の型の金属塩、たとえば硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩化第二鉄、およびそれらの類似物の水性溶液が使用されている。塩化アルミニウムおよび硫酸アルミニウムの塩基性ポリ塩または混合アルミニウムフェリクロライドが、この場合には特に効果的でありかつ重要である。そのような溶液のすべての製造方法に共通して、それらのすべてが適当な速度で操業するために、金属塩の原料である無機物の溶解および反応を有するために高温および濃厚な酸を必要とすることである。これらのプロセスパラメーターのために、装置を耐食性材料で製作しなければならず、同様にプロセスをスピードアップするために上昇した圧力を用いる場合には、装置材料の全ては高圧に耐えることができるべきである。
【０００３】
さらにプラントの処理能力は、反応時間が最短でも２時間と長く、そしてその結果は、より単純な生成物、たとえば硫酸アルミニウムや塩化アルミニウムにとって当然である事実により制限を受ける。さらに高等な生成物、たとえば塩基性塩溶液はさらに長い時間を必要とし、たとえば塩化−硫酸ポリアルミニウムは生成に１６０℃において６時間を必要とする。
【０００４】
特に現今の世界の社会は経済的に弱い国家や共同体の水浄化の拡大を要求するので、そのようなアルミニウム塩溶液や第二鉄塩溶液のような製品を増産できそしてコスト削減できるより良い方法の入手の要求には充分の根拠がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属のアルミン酸塩を酸溶液に溶解した、そのままで用いられるかまたは適当な濃度に希釈される溶液の生成を特徴とする本発明の方法は、この要求に適合させることが可能であることが意外にも見出された。
【０００６】
本発明の方法により、濃厚な酸、高温および複雑化したプロセス装置の必要性が排除された。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本方法の出発物質として固体のアルカリアルミン酸塩、たとえばポルトランドセメントのようなミネラルであるCIMENT FONDU型のもの、カルシウム−アルミニウム−鉄−チタニウム−シリケートセメントを使用することができる。これらの高アルミニウム含有率を有するセメント型のものは経済的に利用できそしてそれらの製品はよく知られている。たとえば、「セメントおよびコンクリートの化学」(F.M.Lea, E.Arnold社(発行)、3rd ed. pp.490-527)を参照されたい。これらのセメントは３０ないし７５％のＡｌ2Ｏ3を典型的には含有する。これらはボーキサイトや水酸化アルミニウムのようなアルミニウム含有の鉱物を、炭酸カルシウムと共に熱して製造されるが、それにより二酸化炭素が放出されそしてセメントが生成する。次いでこれは次の使用のために微細粉末に粉砕される。これらの型のセメントは高温に耐える用途に一般に使用される。
【０００８】
これらのセメントは、１０〜１５％塩酸のような希薄酸に極端に短時間で速やかに溶解し、そして得られる化合物は従来方法で製造されたそれらと同一の特性を有することが今や分かったのである。このように４０％Ａｌ2Ｏ3からなるセメント・フォンデュ（cement fondu）はいかなる熱の添加なしに、大気圧で５分以内に１５％塩酸に溶解し、その結果塩基度７５％を有し、ＰＡＸと呼ばれるポリ塩化アルミニウムの混合物が得られる。さらに生成物は、凝集試験において改良された特性を示し、この特性は従来法で製造された同じ塩基度を有するポリ塩化アルミニウムの特性よりも優れていた。
【０００９】
セメント・フォンデュまたは焼結アルミン酸塩のような固体アルミン酸塩は異なった出発アルカリ金属またはアルカリ土類金属、たとえばカルシウム、マグネシウムおよびナトリウムを使用して製造できる。アルミン酸塩は水酸化アルミニウムとカルシウム、マグネシウムおよびナトリウムの適当な塩との混合物を焼結または溶融することにより製造できる。ここで酸化物または炭酸化物が好ましく使用される。その他のアルカリアルミン酸塩の製造方法は同様に知られている。
【００１０】
本発明はセメント・フォンデュの使用に限定されるものではなく、異なる方法で製造されたその他の固体アルミン酸塩も同様に使用できる。
【００１１】
【実施例】
実施例１
LaFarge Fondu International社(157, Av. Charles de Gaulle, F-92521 Neuilly-sur-seine, France)から得たカルシウムアルミン酸塩セメントを溶解に使用した。セメントは下記の一般組成を有した：
Ａｌ2Ｏ3 ５０％
ＣａＯ ４０％
Ｆｅ2Ｏ3 １７％
このセメントの２５グラムを１０℃の温度の１６％塩酸の１００ｇと混合した。約５分後反応は終了した。溶液は４.９５％ Ａｌ、１.７ ％Ｆｅ、塩基度６５％を有する塩化ポリアルミニウム−第２鉄を含有した。
【００１２】
実施例２
カルシウムアルミン酸塩の製造のために、水酸化アルミン酸塩と酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムとをカルシウム：アルミニウムの０.３〜２.０：１のモル比で混合し、１０００から１４００℃で０.５〜２.５時間焼結した。焼結は７００〜１９００℃で行うことができ、焼結の完結時間はそれに応じて変化する。
【００１３】
焼結アルミン酸塩の溶解
Ｃａ：Ａｌが１.０：１のモル比を有するカルシウムアルミン酸塩の１０ｇを３７％塩酸３７ｇと混合し、これにより完全な溶解が５分以内に得られた。溶解によりＡｌ含有率５.５％およびＯＨ／Ａｌ＝１.５すなわち塩基度５０％のポリアルミニウム溶液が得られた。
【００１４】
Ｃａ：Ａｌが０.５：１のモル比を有するカルシウムアルミン酸塩の１０ｇを３７％塩酸３８ｇと混合し、Ａｌ含有率６.３％およびモル比でＯＨ／Ａｌ＝１.１９すなわち塩基度４０％のポリアルミニウム溶液が得られた。
【００１５】
実施例３
カルシウムアルミン酸塩およびマグネシウムアルミン酸塩をそれぞれ異なる方法で製造することができる。それにより一つは水酸化アルミニウムとカルシウムまたはマグネシウムの塩とを水酸化ナトリウムに添加し、その後に混合物を１ないし６時間沸騰させた。形成したアルミン酸塩は沈殿し、そして濾過される。別法として、カルシウム塩またはマグネシウム塩を熱または冷アルミン酸塩溶液に添加することができ、それによりカルシウムまたはマグネシウムのアルミン酸塩が沈澱しこれらは濾過することができた。上記の両方の場合に溶液中には過剰のアルミニウムが存在した。
【００１６】
湿式法により製造したアルミン酸塩の溶解
Ｃａ：Ａｌ＝１.５のモル比を有するカルシウムアルミン酸塩の１０ｇを３７％塩酸２５ｇに溶解したところ、Ａｌ含有率４.４％およびモル比でＯＨ／Ａｌ＝１.６すなわち塩基度５３％のポリアルミニウム溶液が得られた。
【００１７】
たとえば下水の浄化用の凝集剤のような異種の凝固剤を製造するために、固体アルミン酸塩の溶解に、異種の無機酸、たとえばＨＣｌ、ＨＮＯ3、Ｈ2ＳＯ4を使用することができた。しかしまた、酸性である塩化アルミニウム溶液をアルミン酸塩からのアルミニウム溶液の製造に使用することもでき、これによりアルミニウム含有率および塩基度をさらに増加させることができた。凝固剤の効率は溶液の塩基度の如何に従うものである。アルミニウムの高含有率を達成するための要求は、ほとんど経済的な輸送理由による。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の方法により、通常よりも低濃度を有する酸を使用することができる。このことは、このような酸は取り扱いに対してより安全であり、溶解に当って環境へ与えるインパクトはより小さいものであり、そしてさらにこれらは非常に低価格であることから重要なものである。かくして金属対象の酸洗からの廃酸を使用することができる。このような酸はたいてい鉄およびアルミニウムを含有しており、このことはこれらの廃棄物を再利用できることを意味する。現今においてはこのような酸は経済的に完全に利益がなく、そして一方ではこれらの酸は用途がなくかつそれらは産業における廃棄物問題となるので低価格で入手できる。
水浄化における不純物の沈澱にはＡｌの１〜２％濃度を有する溶液が使用される。
【発明の属する技術分野】
技術分野
本発明はアルミニウム塩溶液の製造方法に関する。
本発明の目的は、アルミニウム塩、たとえば塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムおよびそれらの混合物、の溶液の合理的かつコスト効率のよい製造方法を達成することである。
【０００２】
【従来の技術および課題】
発明の背景
水の浄化において種々の型の金属塩、たとえば硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩化第二鉄、およびそれらの類似物の水性溶液が使用されている。塩化アルミニウムおよび硫酸アルミニウムの塩基性ポリ塩または混合アルミニウムフェリクロライドが、この場合には特に効果的でありかつ重要である。そのような溶液のすべての製造方法に共通して、それらのすべてが適当な速度で操業するために、金属塩の原料である無機物の溶解および反応を有するために高温および濃厚な酸を必要とすることである。これらのプロセスパラメーターのために、装置を耐食性材料で製作しなければならず、同様にプロセスをスピードアップするために上昇した圧力を用いる場合には、装置材料の全ては高圧に耐えることができるべきである。
【０００３】
さらにプラントの処理能力は、反応時間が最短でも２時間と長く、そしてその結果は、より単純な生成物、たとえば硫酸アルミニウムや塩化アルミニウムにとって当然である事実により制限を受ける。さらに高等な生成物、たとえば塩基性塩溶液はさらに長い時間を必要とし、たとえば塩化−硫酸ポリアルミニウムは生成に１６０℃において６時間を必要とする。
【０００４】
特に現今の世界の社会は経済的に弱い国家や共同体の水浄化の拡大を要求するので、そのようなアルミニウム塩溶液や第二鉄塩溶液のような製品を増産できそしてコスト削減できるより良い方法の入手の要求には充分の根拠がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属のアルミン酸塩を酸溶液に溶解した、そのままで用いられるかまたは適当な濃度に希釈される溶液の生成を特徴とする本発明の方法は、この要求に適合させることが可能であることが意外にも見出された。
【０００６】
本発明の方法により、濃厚な酸、高温および複雑化したプロセス装置の必要性が排除された。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本方法の出発物質として固体のアルカリアルミン酸塩、たとえばポルトランドセメントのようなミネラルであるCIMENT FONDU型のもの、カルシウム−アルミニウム−鉄−チタニウム−シリケートセメントを使用することができる。これらの高アルミニウム含有率を有するセメント型のものは経済的に利用できそしてそれらの製品はよく知られている。たとえば、「セメントおよびコンクリートの化学」(F.M.Lea, E.Arnold社(発行)、3rd ed. pp.490-527)を参照されたい。これらのセメントは３０ないし７５％のＡｌ2Ｏ3を典型的には含有する。これらはボーキサイトや水酸化アルミニウムのようなアルミニウム含有の鉱物を、炭酸カルシウムと共に熱して製造されるが、それにより二酸化炭素が放出されそしてセメントが生成する。次いでこれは次の使用のために微細粉末に粉砕される。これらの型のセメントは高温に耐える用途に一般に使用される。
【０００８】
これらのセメントは、１０〜１５％塩酸のような希薄酸に極端に短時間で速やかに溶解し、そして得られる化合物は従来方法で製造されたそれらと同一の特性を有することが今や分かったのである。このように４０％Ａｌ2Ｏ3からなるセメント・フォンデュ（cement fondu）はいかなる熱の添加なしに、大気圧で５分以内に１５％塩酸に溶解し、その結果塩基度７５％を有し、ＰＡＸと呼ばれるポリ塩化アルミニウムの混合物が得られる。さらに生成物は、凝集試験において改良された特性を示し、この特性は従来法で製造された同じ塩基度を有するポリ塩化アルミニウムの特性よりも優れていた。
【０００９】
セメント・フォンデュまたは焼結アルミン酸塩のような固体アルミン酸塩は異なった出発アルカリ金属またはアルカリ土類金属、たとえばカルシウム、マグネシウムおよびナトリウムを使用して製造できる。アルミン酸塩は水酸化アルミニウムとカルシウム、マグネシウムおよびナトリウムの適当な塩との混合物を焼結または溶融することにより製造できる。ここで酸化物または炭酸化物が好ましく使用される。その他のアルカリアルミン酸塩の製造方法は同様に知られている。
【００１０】
本発明はセメント・フォンデュの使用に限定されるものではなく、異なる方法で製造されたその他の固体アルミン酸塩も同様に使用できる。
【００１１】
【実施例】
実施例１
LaFarge Fondu International社(157, Av. Charles de Gaulle, F-92521 Neuilly-sur-seine, France)から得たカルシウムアルミン酸塩セメントを溶解に使用した。セメントは下記の一般組成を有した：
Ａｌ2Ｏ3 ５０％
ＣａＯ ４０％
Ｆｅ2Ｏ3 １７％
このセメントの２５グラムを１０℃の温度の１６％塩酸の１００ｇと混合した。約５分後反応は終了した。溶液は４.９５％ Ａｌ、１.７ ％Ｆｅ、塩基度６５％を有する塩化ポリアルミニウム−第２鉄を含有した。
【００１２】
実施例２
カルシウムアルミン酸塩の製造のために、水酸化アルミン酸塩と酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムとをカルシウム：アルミニウムの０.３〜２.０：１のモル比で混合し、１０００から１４００℃で０.５〜２.５時間焼結した。焼結は７００〜１９００℃で行うことができ、焼結の完結時間はそれに応じて変化する。
【００１３】
焼結アルミン酸塩の溶解
Ｃａ：Ａｌが１.０：１のモル比を有するカルシウムアルミン酸塩の１０ｇを３７％塩酸３７ｇと混合し、これにより完全な溶解が５分以内に得られた。溶解によりＡｌ含有率５.５％およびＯＨ／Ａｌ＝１.５すなわち塩基度５０％のポリアルミニウム溶液が得られた。
【００１４】
Ｃａ：Ａｌが０.５：１のモル比を有するカルシウムアルミン酸塩の１０ｇを３７％塩酸３８ｇと混合し、Ａｌ含有率６.３％およびモル比でＯＨ／Ａｌ＝１.１９すなわち塩基度４０％のポリアルミニウム溶液が得られた。
【００１５】
実施例３
カルシウムアルミン酸塩およびマグネシウムアルミン酸塩をそれぞれ異なる方法で製造することができる。それにより一つは水酸化アルミニウムとカルシウムまたはマグネシウムの塩とを水酸化ナトリウムに添加し、その後に混合物を１ないし６時間沸騰させた。形成したアルミン酸塩は沈殿し、そして濾過される。別法として、カルシウム塩またはマグネシウム塩を熱または冷アルミン酸塩溶液に添加することができ、それによりカルシウムまたはマグネシウムのアルミン酸塩が沈澱しこれらは濾過することができた。上記の両方の場合に溶液中には過剰のアルミニウムが存在した。
【００１６】
湿式法により製造したアルミン酸塩の溶解
Ｃａ：Ａｌ＝１.５のモル比を有するカルシウムアルミン酸塩の１０ｇを３７％塩酸２５ｇに溶解したところ、Ａｌ含有率４.４％およびモル比でＯＨ／Ａｌ＝１.６すなわち塩基度５３％のポリアルミニウム溶液が得られた。
【００１７】
たとえば下水の浄化用の凝集剤のような異種の凝固剤を製造するために、固体アルミン酸塩の溶解に、異種の無機酸、たとえばＨＣｌ、ＨＮＯ3、Ｈ2ＳＯ4を使用することができた。しかしまた、酸性である塩化アルミニウム溶液をアルミン酸塩からのアルミニウム溶液の製造に使用することもでき、これによりアルミニウム含有率および塩基度をさらに増加させることができた。凝固剤の効率は溶液の塩基度の如何に従うものである。アルミニウムの高含有率を達成するための要求は、ほとんど経済的な輸送理由による。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の方法により、通常よりも低濃度を有する酸を使用することができる。このことは、このような酸は取り扱いに対してより安全であり、溶解に当って環境へ与えるインパクトはより小さいものであり、そしてさらにこれらは非常に低価格であることから重要なものである。かくして金属対象の酸洗からの廃酸を使用することができる。このような酸はたいてい鉄およびアルミニウムを含有しており、このことはこれらの廃棄物を再利用できることを意味する。現今においてはこのような酸は経済的に完全に利益がなく、そして一方ではこれらの酸は用途がなくかつそれらは産業における廃棄物問題となるので低価格で入手できる。
水浄化における不純物の沈澱にはＡｌの１〜２％濃度を有する溶液が使用される。
Claims (7)
- 固体のカルシウムアルミン酸塩またはマグネシウムアルミン酸塩を、大気中において無機の希薄酸に溶解する溶液の生成を特徴とする水の浄化のために用いられるアルミニウム塩溶液の製造方法。
- 溶解を０.３より大きいＣａ／Ａｌ比またはＭｇ／Ａｌ比を有する固体アルミン酸塩から出発することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 湿式法により製造したアルミン酸塩から出発することを特徴とする請求項１記載の方法。
- アルミン酸塩の溶解に塩化アルミニウムまたは塩化第二鉄を含有する廃酸を使用することを特徴とする請求項１〜３記載の方法。
- 少なくとも１０％のＨＣｌ含有率を有する塩酸を使用することを特徴とする請求項４記載の方法。
- アルミン酸塩の溶解にアルミニウム塩の酸性溶液を使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 溶解が加熱なしで実施されることを特徴とする請求項１記載の方法。
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