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JPH06102537B2 - Manufacturing method of high production rate kaolinite - Google Patents
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JPH06102537B2 - Manufacturing method of high production rate kaolinite - Google Patents

Manufacturing method of high production rate kaolinite

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Publication number
JPH06102537B2
JPH06102537B2 JP3356466A JP35646691A JPH06102537B2 JP H06102537 B2 JPH06102537 B2 JP H06102537B2 JP 3356466 A JP3356466 A JP 3356466A JP 35646691 A JP35646691 A JP 35646691A JP H06102537 B2 JPH06102537 B2 JP H06102537B2
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gel
kaolinite
production rate
ion exchange
ion
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靖雄 芝崎
信治 渡村
律郎 宮脇
節夫 吉田
恭 大崎
宗一郎 鮫島
重夫 里川
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NIKKO COMPANY
Tosoh Corp
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NIKKO COMPANY
Tosoh Corp
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/36Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
    • C01B33/38Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type
    • C01B33/40Clays

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス用原料、
セラミックスの成型用バインダー、製紙用フィラーとし
て多用されており、また新しい機能材料として注目を集
めている高生成率カオリナイトの製造法に関するもので
ある。
The present invention relates to a raw material for ceramics,
The present invention relates to a production method of high production rate kaolinite, which is widely used as a binder for forming ceramics and a filler for paper making, and is attracting attention as a new functional material.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
らセラミックスの原料として、カオリナイトを主成分と
する天然粘土が用いられている。このカオリナイトは粘
土鉱物の中のカオリナイトグループの主要な鉱物であっ
て、白色、灰色又は黄色の鉱物である。カオリナイトを
主成分とする良質の天然粘土、特に愛知県瀬戸地区で産
出する木節粘土、蛙目粘土は永年の消費、及び近年の急
激な宅地開発等に起因してそれらの産出量が減少してい
る。そこでこれらの天然粘土に変わる材料として板状結
晶であることを利用した新規な機能材料として人工粘土
の研究開発が推進されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, natural clay containing kaolinite as a main component has been used as a raw material for ceramics. This kaolinite is the main mineral of the kaolinite group in clay minerals and is a white, gray or yellow mineral. The quality of high-quality natural clay mainly composed of kaolinite, especially Kibushi Clay and Frogme Clay, which are produced in the Seto area of Aichi Prefecture, has decreased due to long-term consumption and rapid housing development in recent years. is doing. Therefore, research and development of artificial clay has been promoted as a new functional material utilizing the fact that it is a plate crystal as a material replacing these natural clays.

【0003】上記カオリナイトの製造法としては、通常
水熱合成法が用いられる。この水熱合成法とは、原材料
を水分の存在下でオートクレーブ内に密閉して一定時間
高温高圧状態に保持することによって所望の鉱物を合成
する方法であり、各種人工鉱物の合成手段として広く用
いられている。このような水熱合成法によるカオリナイ
トの製造法としては、芝崎、渡村(Clays an
d ClayMinerals,1983年)らによる
シリカゾルとアルミナゾルを混合した原料をオートクレ
ーブ内で水熱合成する方法、アロフェン、ケイソウ
土、モンモリロナイト、ゼオライト等とアルミニウム化
合物を混合した原料をオートクレーブ内で水熱合成する
方法、ケイ酸ソーダと塩化アルミニウムを原料として
オートクレーブ内で水熱合成する方法等が知られてい
る。
As a method for producing the above kaolinite, a hydrothermal synthesis method is usually used. This hydrothermal synthesis method is a method of synthesizing a desired mineral by sealing the raw material in an autoclave in the presence of water and maintaining it at a high temperature and high pressure for a certain period of time, and is widely used as a synthetic means for various artificial minerals. Has been. Methods for producing kaolinite by such a hydrothermal synthesis method include Shibasaki and Watamura (Clays an
d Clay Minerals, 1983), a method of hydrothermally synthesizing a raw material in which silica sol and alumina sol are mixed in an autoclave, and a method of hydrothermally synthesizing a raw material in which an aluminum compound is mixed with allophane, diatomaceous earth, montmorillonite, zeolite, etc. A method of hydrothermally synthesizing sodium silicate and aluminum chloride as raw materials in an autoclave is known.

【0004】上記の合成方法は、固体/固体反応、固体
/液体反応および液体/液体反応のいづれかの系となる
が、固体混合又は固体/液体混合では均一混合性並びに
均一反応性が不十分となり非反応性のシリカ、アルミナ
微結晶粉末部分が存在するため反応が100%進行せず
カオリナイト生成率が上がらないという問題点があっ
た。さらに天然原料を用いた系では原料中に含有される
金属酸化物、石英等の不純物が生成物中に残存し着色と
いった問題点等も有している。従って、理想的な反応系
としては合成原料を液体/液体とすることが望ましい。
The above-mentioned synthetic method can be a solid / solid reaction, a solid / liquid reaction, or a liquid / liquid reaction, but solid mixing or solid / liquid mixing results in insufficient homogeneity and homogeneity. Since there are non-reactive silica and alumina fine crystal powder portions, the reaction does not proceed 100% and the kaolinite production rate does not increase. Further, in a system using a natural raw material, there is a problem that impurities such as metal oxides and quartz contained in the raw material remain in the product and coloring occurs. Therefore, as an ideal reaction system, it is desirable that the synthesis raw material is liquid / liquid.

【0005】従って、本発明者らは合成ゲル内にプロト
ン以外のカチオンが混入した状態で合成ゲルを水熱処理
すると結晶化が阻害されること見出だし、先にイオン交
換樹脂によりプロトンタイプに交換する方法(特願平2
−230231号)並びにアンモニウムイオン交換次い
で焼成処理する方法(特願平2−230230号)を提
案した。しかしながら、合成ゲル内にカチオンのみなら
ずアニオンが一定量以上存在すると結晶化は阻害される
ことを新たに見出だし本発明を提案するに至った。
Therefore, the present inventors have found that hydrothermal treatment of a synthetic gel in which cations other than protons are mixed in the synthetic gel inhibits crystallization, and first exchanges it with a proton type by an ion exchange resin. Method (Japanese Patent Application No. 2
No. 230230) and a method of performing ammonium ion exchange and then firing treatment (Japanese Patent Application No. 230230/1990). However, it was newly found that crystallization is inhibited when not only cations but also anions exist in the synthetic gel in a certain amount or more, and the present invention has been proposed.

【0006】即ち本発明の目的は、従来の方法よりも反
応速度が速く、不純物及び未反応物を含まない高生成率
のカオリナイトを製造することができる方法を提供する
ものである。
That is, an object of the present invention is to provide a method capable of producing kaolinite having a higher reaction rate than conventional methods and having a high production rate of impurities and unreacted substances.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明物らは、上記問題
を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明のカオ
リナイトの製造法を得るに至った。すなわち本発明は、
ケイ酸塩水溶液とアルミニウム化合物の水溶液を混合し
てpHが4〜12の範囲でゲル化し、ついでゲル中の含
有カチオンのモル比をAlに対し0.02以下に、含有
アニオン種を3000ppm以下に制御した後、該ゲル
をそのまま或いは焼成処理した後に水熱処理することを
特徴とする高生成率カオリナイトの製造法に関するもの
である。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above problems, and as a result, have obtained the kaolinite production method of the present invention. That is, the present invention is
A silicate aqueous solution and an aluminum compound aqueous solution are mixed to cause gelation in a pH range of 4 to 12, and then the molar ratio of cations contained in the gel is 0.02 or less relative to Al and the content of anionic species is 3000 ppm or less. The present invention relates to a method for producing a kaolinite having a high production rate, which comprises subjecting the gel to a hydrothermal treatment as it is or after a calcination treatment as it is controlled.

【0008】[0008]

【作用】以下、本発明をさらに詳述する。本発明におけ
るカオリナイトとは、化学式{Al2 Si2 5 (O
H)4 }で表され、シリコンと4つの酸素からなる4面
体シートとアルミニウムを6つの酸素で囲む8面体シー
トが1:1で構成された層状のアルミノケイ酸塩であ
る。
The present invention will be described in more detail below. Kaolinite in the present invention is a chemical formula {Al 2 Si 2 O 5 (O
H) 4 }, which is a layered aluminosilicate composed of a 1: 1 tetrahedral sheet consisting of silicon and four oxygens and an octahedral sheet surrounding aluminum with six oxygens.

【0009】本発明に用いられる上記のケイ酸塩は水、
酸、アルカリに可溶性のものであれば特に制限されるも
のではなく、通常、水ガラス、ケイ酸カルシウム、フッ
化ケイ酸塩等が用いられる。また、アルミニウム化合物
は水溶性のものであれば特に制限されるものではない
が、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物等の塩が
通常用いられる。
The above-mentioned silicate used in the present invention is water,
There is no particular limitation as long as it is soluble in acid and alkali, and water glass, calcium silicate, fluorosilicate, etc. are usually used. The aluminum compound is not particularly limited as long as it is water-soluble, but salts such as sulfates, nitrates, phosphates and halides are usually used.

【0010】本発明のゲル合成の方法はゲイ酸塩水溶液
とアルミニウム水溶液を混合することにより合成され
る。ケイ酸塩水溶液とアルミニウム水溶液の混合は、一
方の水溶液に他方の水溶液を一定速度で滴下する方法又
は一度に添加、混合する方法、および/又は両者の水溶
液を同一速度で徐々に滴下混合する方法、又は一気に混
合する方法等いかなる方法でも採用することができる
が、ゲル中のシリカ、及びアルミナ粒子の混合を均一に
するためには、両液を同一容量づつ滴下し連続的に混合
する方法を採用することが最も好ましい。滴下速度は特
に規定されるものではないが液の混合度合い並びに作業
性から50〜200ml/min程度に制御される。
The gel synthesis method of the present invention is performed by mixing an aqueous solution of a gayate salt and an aqueous solution of aluminum. The silicate aqueous solution and the aluminum aqueous solution are mixed by dropping one of the aqueous solutions at a constant rate or by adding and mixing them all at once, and / or by gradually dropping and mixing the two aqueous solutions at the same rate. Or, any method such as a method of mixing all at once can be adopted, but in order to uniformly mix silica and alumina particles in the gel, a method of dropping both solutions in the same volume and continuously mixing them Most preferably, it is adopted. The dropping rate is not particularly specified, but is controlled to about 50 to 200 ml / min in view of the mixing degree of the liquid and workability.

【0011】ゲル化のpHは4〜12に、好ましくは1
0〜12に制御することが重要である。しかしてpH4
未満の場合、Alの溶解性が急激に上昇し、結果的に合
成ゲルのSi/Alの組成比が不均一となる。一方、p
H12を越えるとSi及びAlとも溶解度は上昇するの
でゲルの収率低下を招く。また、Si及びAlの溶解度
が異なることよりSi/Alモル比の不均一要因とな
る。
The gelling pH is 4 to 12, preferably 1.
It is important to control from 0 to 12. Then pH4
If it is less than the above, the solubility of Al rapidly increases, and as a result, the composition ratio of Si / Al of the synthetic gel becomes nonuniform. On the other hand, p
When it exceeds H12, the solubilities of both Si and Al increase, which causes a decrease in gel yield. Further, since the solubilities of Si and Al are different from each other, the Si / Al molar ratio becomes non-uniform.

【0012】ゲル合成時のpHは混合の手法により異な
るが、合成時にpHが規定範囲を逸脱する合成法を適用
した場合は混合終了時のpHが4〜12となるように中
和に要する酸及びアルカリ添加量を制御することが大切
である。例えば合成終了時のpHが4〜12を逸脱する
場合は酸又はアルカリを新たに添加することにより成さ
れる。
The pH at the time of synthesizing the gel varies depending on the mixing method. However, when the synthesizing method in which the pH deviates from the specified range at the time of synthesizing, the acid required for neutralization is adjusted so that the pH at the end of mixing is 4 to 12. And it is important to control the amount of alkali added. For example, when the pH at the end of the synthesis deviates from 4 to 12, the acid or alkali is newly added.

【0013】また合成ゲル中のSi/Alモル比は水熱
反応における副生成物制御のためにモル比でSi/Al
=1に近いことが好ましい。なお組成比が異なる場合は
Si源或いはAl源を合成終了後添加することにより制
御することができる。
The Si / Al molar ratio in the synthetic gel is a Si / Al molar ratio for controlling by-products in the hydrothermal reaction.
It is preferably close to = 1. When the composition ratio is different, it can be controlled by adding a Si source or an Al source after completion of the synthesis.

【0014】ゲル合成時のケイ酸塩水溶液とアルミニウ
ム水溶液の濃度は、下限値は特に制限されることはな
く、また、上限も飽和濃度まで許容される。
The lower limits of the concentrations of the aqueous silicate solution and the aqueous aluminum solution during gel synthesis are not particularly limited, and the upper limits are also allowed up to the saturated concentration.

【0015】作業性の効率化の面においては水溶液濃度
は高い方が望ましいが濃度の上昇は粘土の上昇に結び付
くことよりゲル合成の均一性を向上させるためにはAl
及びSi濃度は0.5〜2.0mol/リットル程度にする
ことが望ましい。
From the viewpoint of improving work efficiency, it is desirable that the concentration of the aqueous solution is high, but an increase in the concentration leads to an increase in the clay, and in order to improve the uniformity of gel synthesis, Al
It is desirable that the Si concentration and the Si concentration be about 0.5 to 2.0 mol / liter.

【0016】また混合ゲル合成の温度は特に規定される
ものではないが、操作性並びに中和時の反応熱さらには
気温を考慮すると35℃〜60℃程度の温度範囲で合成
することが好ましい。
The temperature for synthesizing the mixed gel is not particularly limited, but it is preferable to synthesize in a temperature range of about 35 ° C. to 60 ° C. in consideration of operability, reaction heat at neutralization, and air temperature.

【0017】ゲル合成は攪拌の有無に大きく影響される
ことはないが、ゲル中のシリカ、及びアルミナ粒子の混
合状態に起因する反応の均一化を考慮すると攪拌下で行
うほうが好ましい。さらには、液の混合を終了した後も
数時間以上の攪拌並びに一昼夜以上の熟成を行うことに
よりゲルはより安定化される。
The gel synthesis is not greatly affected by the presence or absence of stirring, but it is preferable to carry out the stirring under stirring in consideration of the homogenization of the reaction due to the mixed state of silica and alumina particles in the gel. Furthermore, the gel is further stabilized by stirring for several hours or more and aging for one day or more even after the mixing of the liquids is completed.

【0018】以上のような方法で合成したゲル中にはイ
オン交換性或いは非交換性のアニオン及びカチオンが取
り込まれる。本発明者らは、合成ゲル中にH以外のカ
チオン並びにアニオンが一定量以上存在した状態で合成
ゲルを水熱処理すると結晶化が阻害され、カオリナイト
の生成率の向上を図ることが困難であることを発見し
た。
Ion-exchangeable or non-exchangeable anions and cations are incorporated into the gel synthesized by the above method. The present inventors have found that hydrothermal treatment of a synthetic gel in a state where cations and anions other than H + are present in a certain amount or more in the synthetic gel inhibits crystallization, making it difficult to improve the production rate of kaolinite. I found that.

【0019】図1、及び図2に水熱処理におけるカオリ
ナイト生成率に対するゲル中の残存カチオン、及びアニ
オンの影響を示す。図より明らかなように残存カチオ
ン、及びアニオンの増加に伴いカオリナイト生成率が低
下していることがわかる。従って、生成率90%以上、
好ましくは生成率95%以上の高生成率カオリナイトを
得るためには、ゲル中の残存カチオンのモル比をAlに
対し0.02以下に、より好ましくは0.005以下に
制御し、含有アニオン種を3000ppm以下に、より
好ましくは2000ppm以下に制御することが重要な
要素となる。
FIG. 1 and FIG. 2 show the effects of residual cations and anions in the gel on the kaolinite production rate during hydrothermal treatment. As is clear from the figure, the kaolinite production rate decreases with the increase of residual cations and anions. Therefore, the generation rate is 90% or more,
Preferably, in order to obtain a high production rate kaolinite having a production rate of 95% or more, the molar ratio of the cations remaining in the gel is controlled to 0.02 or less, more preferably 0.005 or less, relative to Al, and the contained anions are contained. An important factor is to control the seeds to 3000 ppm or less, more preferably 2000 ppm or less.

【0020】なおゲル中のカチオン並びにアニオンの除
去方法は特に限定されるものではないが、通常は、イオ
ン交換法、中和加水分解法並びに洗浄等により行われ
る。
The method of removing the cations and anions in the gel is not particularly limited, but it is usually carried out by an ion exchange method, a neutralization hydrolysis method, washing or the like.

【0021】上記イオン交換法はイオン交換樹脂による
方法、並びに化学的にイオン置換する方法により行われ
る。
The above-mentioned ion exchange method is performed by a method using an ion exchange resin and a method of chemically performing ion substitution.

【0022】このイオン交換に用いられるイオン交換樹
脂は特に制限されるものではなく、通常、カチオンの場
合、官能基にスルホン酸基またはカルボン酸基を有する
プロトン型のイオン交換樹脂が用いられる。アニオンの
場合、アルキルアンモニウム基、アミノ基等を有するイ
オン交換樹脂が用いられるがカチオンのイオン交換能に
比較しその効果は低い。
The ion exchange resin used for this ion exchange is not particularly limited, and in the case of a cation, a proton type ion exchange resin having a sulfonic acid group or a carboxylic acid group as a functional group is usually used. In the case of an anion, an ion exchange resin having an alkylammonium group, an amino group or the like is used, but its effect is lower than that of a cation.

【0023】この際イオン交換容量等は特に制限はな
く、イオン交換に用いられるゲル中の交換イオン量によ
り選択することができる。また、イオン交換樹脂量及び
反応温度はイオン交換樹脂の過剰使用または高温でのイ
オン交換によるSi/Alの組成変化を引き起こすこと
のないよう温和な条件で行うことが好ましい。例えば、
ナトリウムイオンの場合、含有イオン量の等量以下のイ
オン交換樹脂を用い、温室で数回イオン交換を行うこと
により組成変化なくプロトン型にイオン交換を行うこと
ができる。さらに、イオン交換方法としては、バッチ
式、フロー式等いかなる方法を用いることができる。
At this time, the ion exchange capacity and the like are not particularly limited and can be selected depending on the amount of exchanged ions in the gel used for ion exchange. Further, the amount of ion exchange resin and the reaction temperature are preferably set under mild conditions so as not to cause a composition change of Si / Al due to excessive use of ion exchange resin or ion exchange at high temperature. For example,
In the case of sodium ion, it is possible to perform ion exchange into a proton type without changing the composition by using an ion exchange resin having an amount equal to or less than the contained ion amount and performing ion exchange several times in a greenhouse. Further, as the ion exchange method, any method such as a batch method or a flow method can be used.

【0024】また化学的なイオン交換法は、合成ゲルを
交換イオンを含有する溶液中に分散させることにより容
易に成される。中でも、焼成分解除去が比較的容易なア
ンモニウム塩を用いることによりカチオン交換はもとよ
り中和的作用により含有アニオンも同時に除去される。
The chemical ion exchange method can be easily carried out by dispersing a synthetic gel in a solution containing exchange ions. Among them, by using an ammonium salt that is relatively easy to decompose and remove by calcination, the contained anions are simultaneously removed not only by cation exchange but also by neutralizing action.

【0025】このアンモニウム塩としては、特に限定さ
れるものではなく、通常は硝酸アンモニウム、硫酸アン
モニウム、塩化アンモニウム等が用いられる。濃度およ
び温度に関しては特に制限されるものではないが、濃度
においては高濃度の方が交換効率は向上する。しかし、
経済性の面で問題を生じることより、イオン交換量によ
り適宜選定することが賢明である。
The ammonium salt is not particularly limited, and ammonium nitrate, ammonium sulfate, ammonium chloride and the like are usually used. The concentration and temperature are not particularly limited, but the higher the concentration, the higher the exchange efficiency. But,
Since it causes a problem in terms of economy, it is wise to properly select the ion exchange amount.

【0026】なおイオン交換されたアンモニウム除去は
焼成処理により分解除去が成されるが、900℃以上の
温度ではシリカ・アルミナゲルの相転移を生じ水熱処理
における反応性の低下を招くため400〜800℃で焼
成することが好ましい。
The ion-exchanged ammonium is removed by decomposition by firing, but at a temperature of 900 ° C. or higher, the silica-alumina gel undergoes a phase transition and causes a decrease in reactivity during hydrothermal treatment. It is preferable to bake at ° C.

【0027】次に中和加水分解法としては、カチオン除
去の場合、硫酸、塩酸、硝酸等の酸を、アニオン除去の
場合、苛性ソーダ、アンモニア等のアルカリを添加し攪
拌、混合を行い濾過、洗浄を成すことにより行われる。
Next, as a neutralization hydrolysis method, in the case of removing cations, acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid are added, and in the case of removing anions, alkalis such as caustic soda and ammonia are added, and the mixture is stirred and mixed, filtered and washed. Is done by doing.

【0028】先ずカチオン除去の場合の酸濃度は除去す
るカチオンに対し1〜1.5倍モル当量、より好ましく
は1〜1.2倍モル当量の酸を添加することにより成さ
れる。酸添加量が1倍モル当量以下の場合、カチオンの
除去は十分とならずゲル内にプロトン以外のカチオンが
残存する。また、1.5倍当量以上の場合、pHの低下
に伴いAlの溶解を生じSi/Al比の組成変化を招く
可能性がある。また、温度に対する制限は特にないが、
高温にした場合、Alの溶解を促進させる可能性がある
事より常温近辺で行うことが望ましい。
First, in the case of cation removal, the acid concentration is 1 to 1.5 times the molar equivalent of the cation to be removed, and more preferably 1 to 1.2 times the molar equivalent of the acid. When the amount of acid added is 1 molar equivalent or less, cations are not sufficiently removed and cations other than protons remain in the gel. Further, when the amount is 1.5 times equivalent or more, Al may be dissolved with a decrease in pH to cause a composition change of Si / Al ratio. Also, although there is no particular limitation on the temperature,
When the temperature is elevated, it is desirable to perform the treatment at around room temperature because it may accelerate the dissolution of Al.

【0029】一方アニオン除去の場合、ゲル合成後、副
生するアニオン化合物のを除去を目的に固液分離を行
い、その後、pHを7以上に維持、熟成させることが重
要となる。pHを弱アルカリ性からアルカリ性とするこ
とにより未反応原料のゲル化は促進され、そして、アニ
オンの残存率を低下させることが可能となる。この熟成
効果は固液分離した後、水分散させた状態でpHが7以
上であれば放置されることにより進行するが、加温する
ことにより反応はより促進され時間の短縮化が図られ
る。
On the other hand, in the case of removing anions, it is important to carry out solid-liquid separation for the purpose of removing anionic compounds by-produced after gel synthesis, and then maintain the pH at 7 or higher and age it. By changing the pH from weakly alkaline to alkaline, the gelation of the unreacted raw material is promoted, and the residual rate of anions can be reduced. This aging effect is promoted by leaving the solid-liquid separated and then allowed to stand in the state of being dispersed in water if the pH is 7 or more, but by heating, the reaction is further promoted and the time is shortened.

【0030】上記中和加水分解の効率的な処理方法とし
ては、合成ゲルをpH7以上に維持、熟成させてアニオ
ン種を既定濃度以下とした後、pHを3〜4としてカチ
オンを除去する方法が採用される。
As an efficient treatment method for the above-mentioned neutralization hydrolysis, there is a method in which the synthetic gel is maintained at pH 7 or above and aged to bring the anion species to a predetermined concentration or less, and then the cation is removed by adjusting the pH to 3 to 4. Adopted.

【0031】また本発明における水熱反応は通常のオー
トクレーブ又は耐圧カップを用いて行うことができる。
水熱反応におけるスラリー濃度・反応温度・反応時間は
特に制限されないが、スラリー濃度は1〜20wt%、反
応温度は100℃以上、反応時間は1時間以上行うこと
が好ましい。また必要により攪拌の実施及び/又は種晶
の添加により反応時間を短縮することができる。以上の
ような処理を施すことにより、生成率が100%に近い
カオリナイトを合成することが可能となった。
The hydrothermal reaction in the present invention can be carried out using an ordinary autoclave or pressure cup.
The slurry concentration, reaction temperature, and reaction time in the hydrothermal reaction are not particularly limited, but the slurry concentration is preferably 1 to 20 wt%, the reaction temperature is 100 ° C. or higher, and the reaction time is preferably 1 hour or longer. If necessary, the reaction time can be shortened by performing stirring and / or adding seed crystals. By performing the above-described processing, it becomes possible to synthesize kaolinite with a production rate close to 100%.

【0032】[0032]

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に述べる
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
The present invention is described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.

【0033】(実施例1)原料として3号水ガラス(S
iO2 =29.3wt%、Na2 O=9.35wt%)と硫
酸アルミニウム(Al2 3 =8.02wt%)を用い、
モル比でSi/Al=1となるように攪拌しながら原料
を連続的に混合した。同時に反応pHが10〜12とな
るように水酸化ナトリウムを添加し中和することにより
シリカ・アルミナゲルを調整した。このゲルの組成分析
を行ったところモル比でSi/Al=1、Na/Al=
0.81、SO4 イオン=25000ppmであった。
(Example 1) No. 3 water glass (S
iO 2 = 29.3 wt%, Na 2 O = 9.35 wt%) and aluminum sulfate (Al 2 O 3 = 8.02 wt%),
The raw materials were continuously mixed while stirring so that the molar ratio was Si / Al = 1. At the same time, a silica-alumina gel was prepared by adding sodium hydroxide and neutralizing it so that the reaction pH was 10-12. When the composition of this gel was analyzed, the molar ratios were Si / Al = 1 and Na / Al =
0.81 was SO 4 ion = 25000 ppm.

【0034】この合成ゲルをイオン交換樹脂を用いゲル
中のナトリウムをプロトンにイオン交換した。イオン交
換樹脂はオルガノ製カチオン交換樹脂アンバーライト2
00C(官能基=スルホン酸、イオン交換容量=1.7
5meq)をゲル中のナトリウムに対して2倍等量用
い、室温にてイオン交換した。また再度このゲルの組成
分析を行ったところ、モル比でSi/Al=1、Na/
Al=0.01、SO4 イオン=10000ppmであ
った。
This synthetic gel was ion-exchanged with sodium in the gel using an ion-exchange resin. Ion exchange resin is Organo's cation exchange resin Amberlite 2
00C (functional group = sulfonic acid, ion exchange capacity = 1.7)
5 meq) was used twice as much as the amount of sodium in the gel, and ion exchange was performed at room temperature. When the composition of this gel was analyzed again, the molar ratios were Si / Al = 1, Na /
Al = 0.01 and SO 4 ions = 10000 ppm.

【0035】次ぎに、SO4 イオンをイオン交換、除去
するためオルガノ製アニオン交換樹脂アンバーライトI
RA−900(官能基=アルキルアンモニウム、イオン
交換容量=1.0meq)をOH形に交換後、ゲル中の
SO4 イオンに対して5倍当量用い室温にて3回イオン
交換操作を行った。この時の合成ゲルの組成はモル比で
Si/Al=1、Na/Al=0.01、SO4 イオン
=2000ppmであった。
Next, anion exchange resin Amberlite I manufactured by Organo is used for ion exchange and removal of SO 4 ions.
After RA-900 (functional group = alkyl ammonium, ion exchange capacity = 1.0 meq) was exchanged for OH form, ion exchange operation was performed 3 times at room temperature using 5 times equivalent amount of SO 4 ion in the gel. The composition of the synthetic gel at this time was Si / Al = 1, Na / Al = 0.01, and SO 4 ions = 2000 ppm in molar ratio.

【0036】上記原料をスラリー濃度10wt%になるよ
うにオートクレーブに仕込み、220℃、10日間水熱
反応を行った。冷却後、水洗濾過、乾燥し生成物を得
た。得られた生成物のX線回折結果を図3に示す。
The above raw materials were charged into an autoclave so that the slurry concentration was 10 wt%, and hydrothermal reaction was carried out at 220 ° C. for 10 days. After cooling, the product was washed with water, filtered and dried to obtain a product. The X-ray-diffraction result of the obtained product is shown in FIG.

【0037】生成物はカオリナイトのX線パターンのみ
を示していた。また熱重量分析(TG)によってカオリ
ナイトの構造水の脱水にともなう重量減少を測定しカオ
リナイトの生成量を定量したところ、生成物中のカオリ
ナイト含有率は98%であった。
The product showed only the X-ray pattern of kaolinite. Further, the weight loss of the kaolinite due to dehydration of the structured water was measured by thermogravimetric analysis (TG) to quantify the amount of kaolinite produced, and the content of kaolinite in the product was 98%.

【0038】(比較例1)実施例1において、イオン交
換を行わなかった以外は同様の操作を行い生成物を得
た。得られた生成物のX線回折図を図4に示す。
Comparative Example 1 A product was obtained by performing the same operation as in Example 1 except that ion exchange was not carried out. The X-ray diffraction pattern of the obtained product is shown in FIG.

【0039】図4から明らかなようにX線回折図にカオ
リナイトのピークは現れていないことがわかる。
As is clear from FIG. 4, the peak of kaolinite does not appear in the X-ray diffraction pattern.

【0040】(比較例2)実施例1において、アニオン
交換樹脂でSO4 イオンを除去しなかった以外は同様の
操作を行い生成物を得た。得られた生成物のX線回折図
を図5に示す。
(Comparative Example 2) A product was obtained in the same manner as in Example 1, except that SO 4 ions were not removed by the anion exchange resin. The X-ray diffraction pattern of the obtained product is shown in FIG.

【0041】図5より明らかなようにカオリナイトのピ
ークの他に硫酸アルミニウム水和物(2θ=15.5
°、17.9°、29.9°)が共存していることがわ
かる。また、熱重量分析によるカオリナイトの生成率は
78%であった。
As is apparent from FIG. 5, in addition to the kaolinite peak, aluminum sulfate hydrate (2θ = 15.5)
It can be seen that (°, 17.9 °, 29.9 °) coexist. The production rate of kaolinite by thermogravimetric analysis was 78%.

【0042】(実施例2)実施例1の合成ゲル(モル比
でSi/Al=1、Na/Al=0.81、SO4 イオ
ン=25000ppm)をナトリトウムの4倍モルに相
当する硝酸アンモニウム水溶液に分散させ室温でアンモ
ニウムイオンへの交換を行った。この操作を4回行った
後、ゲルの組成分析を行ったところモル比でSi/Al
=0.98、Na/Al=0.005、SO4 イオン=
1800ppmとなった。
Example 2 The synthetic gel of Example 1 (molar ratios of Si / Al = 1, Na / Al = 0.81, SO 4 ion = 25000 ppm) was added to an aqueous ammonium nitrate solution corresponding to 4 times the molar amount of sodium salt. It was dispersed and exchanged with ammonium ion at room temperature. After this operation was performed 4 times, the composition of the gel was analyzed.
= 0.98, Na / Al = 0.005 , SO 4 ion =
It became 1800 ppm.

【0043】水洗浄、濾過そして乾燥した後、大気中、
600℃で2時間、焼成処理を行いアンモニアの分解除
去を行った。加圧酸分解−水蒸気蒸留滴定法による全窒
素に従い定量を行ったところアンモニウムイオンは検出
限界外であった。このゲルを250μm以下に紛砕、分
級後、純水で15%のスラリーとした後、チタン製のオ
ートクレーブに仕込み攪拌下、250℃、3日間の水熱
処理を行った。
After washing with water, filtering and drying, in air,
Firing treatment was performed at 600 ° C. for 2 hours to decompose and remove ammonia. Quantitative analysis according to total nitrogen by pressure acid decomposition-steam distillation titration method revealed that ammonium ion was outside the detection limit. This gel was pulverized to a size of 250 μm or less, classified, made into a slurry of 15% with pure water, charged in a titanium autoclave, and hydrothermally treated at 250 ° C. for 3 days while stirring.

【0044】得られた生成物のX線回折パターンは図1
と同様であり、熱重量分析によるカオリナイト生成率は
100%の値が得られた。
The X-ray diffraction pattern of the obtained product is shown in FIG.
And the kaolinite production rate by thermogravimetric analysis was 100%.

【0045】(実施例3)実施例1の合成ゲル(モル比
でSi/Al=1,Na/Al=0.81,SO4 イオ
ン=25000ppm)を濾過、洗浄し副生した硫酸ナ
リトウム並びに水酸化ナトリウムを除去した後、pH=
10にスラリー調整し、100℃、1時間の加熱処理を
施し残存SO4 イオンを溶解した。次いで硝酸を滴下し
pHを3〜4に制御し温室で24時間熟成を行い、ナト
リウムイオンをプロトンにイオン交換した後、濾過、洗
浄を行ってナトリウムイオンを溶出、除去し水熱処理用
のゲルとした。このゲルの組成分析を行ったところモル
比でSi/Al=1、Na/Al=0.003,SO4
イオン1000ppmであった。
Example 3 The synthetic gel of Example 1 (Si / Al = 1, Na / Al = 0.81, SO 4 ion = 25000 ppm in molar ratio) was filtered and washed to obtain by-produced sodium sulfate and water. After removing sodium oxide, pH =
The slurry was adjusted to 10, and heat treatment was performed at 100 ° C. for 1 hour to dissolve the residual SO 4 ions. Then nitric acid was added dropwise to control the pH to 3 to 4 and aged in a greenhouse for 24 hours. After exchanging sodium ions with protons, filtration and washing were carried out to elute and remove sodium ions to obtain a gel for hydrothermal treatment. did. When the composition of this gel was analyzed, the molar ratios were Si / Al = 1, Na / Al = 0.003, SO 4
The ion was 1000 ppm.

【0046】上記ゲルをスラリー濃度10wt%となるよ
うにオートクレーブに仕込み220℃、10日間の水熱
処理を行った。得られた生成物のX線パターンは図1と
同様カオリナイトのパターンを示していた。また、熱重
量分析によるカオリナイトの生成率は98%であった。
The above gel was placed in an autoclave so that the slurry concentration was 10 wt%, and was hydrothermally treated at 220 ° C. for 10 days. The X-ray pattern of the obtained product showed a kaolinite pattern as in FIG. The kaolinite production rate by thermogravimetric analysis was 98%.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上述べたとおり、ケイ酸塩水溶液とア
ルミニウム化合物の水溶液をpHが4〜12となるよう
に混合ゲル化し、ついでゲル中の含有カチオンのモル比
をAlに対し0.02以下に、含有アニオン種を300
0ppm以下に制御した後、該ゲルをそのまま或いは焼
成処理した後に水熱処理することにより従来よりも高生
成率なカオリナイトを合成することができるようになっ
た。
As described above, the silicate aqueous solution and the aluminum compound aqueous solution are mixed and gelled so that the pH becomes 4 to 12, and then the molar ratio of the cations contained in the gel is 0.02 or less relative to Al. In addition, the content of anion species is 300
After controlling the content to 0 ppm or less, the gel is hydrolyzed as it is or after being calcined, so that kaolinite having a higher production rate than in the past can be synthesized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】水熱処理におけるカオリナイト生成率に対する
ゲル中の残存カチオンの影響を示す線図である。
FIG. 1 is a diagram showing the influence of residual cations in a gel on the production rate of kaolinite during hydrothermal treatment.

【図2】水熱処理におけるカオリナイト生成率に対する
ゲル中の残存アニオンの影響を示す線図である。
FIG. 2 is a diagram showing the effect of residual anions in the gel on the kaolinite production rate during hydrothermal treatment.

【図3】実施例1で得られた生成物のX線回折結果を示
す実測図である。
FIG. 3 is an actual measurement diagram showing an X-ray diffraction result of the product obtained in Example 1.

【図4】比較例1で得られた生成物のX線回折結果を示
す実測図である。
FIG. 4 is an actual measurement diagram showing an X-ray diffraction result of the product obtained in Comparative Example 1.

【図5】比較例2で得られた生成物のX線回折結果を示
す実測図である。
5 is an actual measurement diagram showing an X-ray diffraction result of the product obtained in Comparative Example 2. FIG.

フロントページの続き (72)発明者 宮脇 律郎 愛知県名古屋市西区砂原町199 (72)発明者 吉田 節夫 山口県新南陽市長田町23番3号 (72)発明者 大崎 恭 山口県新南陽市政所4丁目10番3−306 (72)発明者 鮫島 宗一郎 山口県新南陽市宮の前2丁目6番10号東ソ ー自彊寮 (72)発明者 里川 重夫 愛知県名古屋市北区田幡2丁目14番8号 審査官 雨宮 弘治Front Page Continuation (72) Inventor Ritsuro Miyawaki 199 Sunahara-cho, Nishi-ku, Nagoya, Aichi Prefecture (72) Inventor Setsuo Yoshida 23-3 Nagata-cho, Shinnanyo-shi, Yamaguchi (72) Inventor Yasushi Osaki 4 New Nanyo-cho, Yamaguchi Prefecture 3-chome 10-306 (72) Soichiro Samejima 2-6-10 Miyanomae, Shinnanyo-shi, Yamaguchi Prefecture East Soryo Dormitory (72) Inventor Shigeo Satokawa 2-14-8 Tabata, Kita-ku, Nagoya, Aichi Prefecture Examiner Koji Amamiya

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ケイ酸塩水溶液とアルミニウム化合物の
水溶液を混合してpHが4〜12の範囲でゲル化し、つ
いでゲル中の含有カチオンのモル比をAlに対し0.0
2以下に、含有アニオン種を3000ppm以下に制御
した後、該ゲルをそのまま或いは焼成処理した後に水熱
処理することを特徴とする高生成率カオリナイト製造
法。
1. A silicate aqueous solution and an aluminum compound aqueous solution are mixed to cause gelation in a pH range of 4 to 12, and then the molar ratio of cations contained in the gel is 0.0 to Al.
A high production rate kaolinite production method, characterized in that the content of anion species is controlled to 2 or less and 3000 ppm or less, and then the gel is hydrothermally treated as it is or after being subjected to a calcination treatment.
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