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JPH0645454B2 - Method for producing kaolinite-like minerals - Google Patents
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JPH0645454B2 - Method for producing kaolinite-like minerals - Google Patents

Method for producing kaolinite-like minerals

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JPH0645454B2
JPH0645454B2 JP2230229A JP23022990A JPH0645454B2 JP H0645454 B2 JPH0645454 B2 JP H0645454B2 JP 2230229 A JP2230229 A JP 2230229A JP 23022990 A JP23022990 A JP 23022990A JP H0645454 B2 JPH0645454 B2 JP H0645454B2
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kaolinite
gel
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producing
aqueous solution
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律郎 宮脇
雅喜 前田
重夫 里川
亘 稲岡
恭 大崎
宗一郎 鮫島
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、陶磁器原料、セラミックスバインダー、製紙
用フィラー等として大量に利用されているカオリナイト
様鉱物の製造方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a kaolinite-like mineral, which is used in large quantities as a ceramic raw material, a ceramics binder, a papermaking filler, and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

カオリナイトを主成分とする天然の粘土鉱物は、耐火
性、可塑性に優れることから、従来よりセラミックス原
料として大量に用いられている。特に愛知県瀬戸地方に
産出する木節粘土、蛙目粘土は可塑性に優れ、世界でも
最も優れたセラミックス原料といわれている。しかし、
近年その枯渇が問題となっており、天然粘土に代わる材
料の必要性が問題となってきた。また、天然にない高純
度な粘土鉱物を合成すれば新たな機能や用途も期待でき
ることから、人工粘土の研究開発が推進されている。
Natural clay minerals containing kaolinite as a main component have been used in large quantities as ceramic raw materials since they are excellent in fire resistance and plasticity. In particular, Kibushi clay and frog eye clay produced in the Seto region of Aichi prefecture have excellent plasticity and are said to be the best ceramic raw materials in the world. But,
In recent years, its depletion has become a problem, and the need for materials to replace natural clay has become a problem. In addition, research and development of artificial clay is being promoted because new functions and applications can be expected by synthesizing highly pure clay minerals that are not found in nature.

上記粘土中の主成分であるカオリナイトの製造手段とし
ては通常水熱合成法が用いられている。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
の鉱物を得る方法であり、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従
来のカオリナイトの製造方法を具体的に説明すると、原
料には芝崎,渡村(Clays and Clay Minerals,1983
年)らによる工業試薬として市販されているシリカゾ
ル,アルミナゾルを用いる方法とアロフェン、珪藻
土、モンモリロナイト、ゼオライト等の天然物と、アル
ミニウム化合物を用いる方法があり、これらの原料を混
合し、次いで水熱処理することによりカオリナイトを製
造する方法が一般に知られている。
As a means for producing kaolinite, which is the main component in the clay, a hydrothermal synthesis method is usually used. This hydrothermal synthesis method is a method of obtaining a desired mineral by hermetically sealing raw materials in an autoclave in the presence of water and maintaining a high temperature and high pressure for a certain time, and is widely used as a synthetic means for various artificial minerals. ing. The conventional method for producing kaolinite by the hydrothermal synthesis method will be described in detail. As a raw material, Shibasaki and Watamura (Clays and Clay Minerals, 1983
, Et al.) Using commercially available silica sol and alumina sol as industrial reagents, and using natural compounds such as allophane, diatomaceous earth, montmorillonite and zeolite, and aluminum compounds. These materials are mixed and then hydrothermally treated. A method for producing kaolinite by this is generally known.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら上記の方法では、原料の均一性に乏しく、
水熱処理において高い反応温度(250〜300℃)で長時間
(7日間以上)を要するという問題点がある。また天然
原料を用いた場合は、その原料中に含まれる鉄、チタン
等の金属酸化物や石英等の不純物が生成物中に残存し、
高純度なカオリナイトが得られないばかりか、白色性、
粘土特性が低下するという問題がある。
However, in the above method, the uniformity of the raw material is poor,
In the hydrothermal treatment, there is a problem that a high reaction temperature (250 to 300 ° C.) requires a long time (7 days or more). When a natural raw material is used, metal oxides such as iron and titanium contained in the raw material and impurities such as quartz remain in the product,
Not only high-purity kaolinite cannot be obtained, but also whiteness,
There is a problem that the clay properties are degraded.

本発明の目的は、従来の方法よりもマイルドな条件でよ
り高純度なカオリナイト様鉱物を製造できる方法を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a method capable of producing a higher purity kaolinite-like mineral under milder conditions than conventional methods.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明者は鋭意検討した結果、シリカ原料にケイ酸ナト
リウム水溶液、アルミナ原料に硫酸アルミニウム水溶液
を夫々用い、pH=4〜12に維持しながら均一に混合、ゲ
ル化することでケイ素とアルミニウムが原子レベルで混
合したシリカ・アルミナ混合ゲルを調製でき、次いで該
ゲルを水熱処理することにより従来の方法よりもマイル
ドな条件で結晶化できるカオリナイト様鉱物の製造方法
を見いだした。
As a result of diligent studies, the present inventor has used sodium silicate aqueous solution as a silica raw material and aluminum sulfate aqueous solution as an alumina raw material, respectively, to uniformly mix and gel the silicon and aluminum while maintaining pH = 4-12. We have found a method for producing a kaolinite-like mineral that can be prepared by mixing silica-alumina mixed gel at a level and then hydrothermally treating the gel to crystallize it under milder conditions than conventional methods.

以下その詳細について説明する。The details will be described below.

本発明におけるカオリナイト様鉱物とは化学式が{Si
Al(OH)}であらわされ、シリカの4面
体積とアルミナの8面体層が1:1で重なって1つの層
を形成した層状アルミノケイ酸塩で、具体的にはカオリ
ナイト、ハロイサイト、ディッカイト等のカオリナイト
族鉱物が挙げられる。
The kaolinite-like mineral in the present invention has a chemical formula of {Si
2 Al 2 O 5 (OH) 4 }, which is a layered aluminosilicate in which a tetrahedral volume of silica and an octahedral layer of alumina are overlapped at a ratio of 1: 1 to form one layer, specifically, kaolinite. Kaolinite group minerals such as, halloysite and dickite.

本発明におけるシリカ・アルミナ混合ゲルはケイ酸ナト
リウム水溶液、硫酸アルミニウム水溶液を用いこれらを
混合して得る。混合はpH=4〜12の範囲、好ましくはpH
=7付近に維持しながら行い、必要により酸、アルカリ
を添加して行う。混合方法は均一に分散できれば特に限
定しないが、シリカ、アルミナの分散性をより良くする
ために撹拌しながら連続的に混合を行うことが好まし
い。また原料の混合割合は水熱処理での副生物を抑制す
るためカオリナイトの化学組成であるSi/Al=1近
傍であることが好ましい。該ゲルは過、洗浄により副
生成物を除去する。洗浄方法は特に限定しないが、効率
よくナトリウムイオン、硫酸イオン等の副生成物を除去
するため温水により洗浄することが好ましい。この様に
して得られたゲルの組成分析を行ったところSi/Al
=1、Na/Al=0.01〜0.5であった。ナトリウム含
有量の異なるゲル(Na/Al=0.1,0.3,0.5)を220
℃で3日間水熱処理したところ、ナトリウム含有量がN
a/Al=0.3以上のゲルからはカオリナイトは生成し
なかったが、Na/Al=0.1以下のゲルからは生成す
ることが判った。即ち水熱処理においてナトリウムはカ
オリナイトの結晶化を阻害しているため、その含有量は
Na/Al=0.1以下であることが必要である。
The silica-alumina mixed gel in the present invention is obtained by mixing an aqueous solution of sodium silicate and an aqueous solution of aluminum sulfate. Mixing is pH = 4-12, preferably pH
It is performed while maintaining around = 7, and if necessary, an acid and an alkali are added. The mixing method is not particularly limited as long as it can be uniformly dispersed, but in order to improve the dispersibility of silica and alumina, it is preferable to continuously mix while stirring. Further, the mixing ratio of the raw materials is preferably in the vicinity of Si / Al = 1, which is the chemical composition of kaolinite, in order to suppress by-products in the hydrothermal treatment. The gel is excessively washed to remove by-products. The washing method is not particularly limited, but it is preferable to wash with warm water in order to efficiently remove by-products such as sodium ions and sulfate ions. The composition of the gel thus obtained was analyzed to find that Si / Al
= 1 and Na / Al = 0.01-0.5. 220 gels with different sodium contents (Na / Al = 0.1, 0.3, 0.5)
After hydrothermal treatment at ℃ for 3 days, the sodium content was N
It was found that kaolinite was not produced from the gel having a / Al = 0.3 or more, but was produced from the gel having Na / Al = 0.1 or less. That is, in hydrothermal treatment, sodium inhibits the crystallization of kaolinite, so its content must be Na / Al = 0.1 or less.

本発明における水熱処理は反応容器に通常のオートクレ
ーブまたは高圧反応容器を用いて行うことが出来る。水
熱処理におけるスラリー濃度,反応温度,時間は特に限
定されないが、スラリー濃度は1〜40wt%、反応温度は
100℃以上、反応時間は1時間以上行うのが好ましい。
また、必要により撹拌または種晶を添加することにより
反応温度、反応時間を短縮することができる。
The hydrothermal treatment in the present invention can be carried out using a normal autoclave or a high-pressure reaction vessel as a reaction vessel. The slurry concentration, reaction temperature, and time in the hydrothermal treatment are not particularly limited, but the slurry concentration is 1 to 40 wt% and the reaction temperature is
It is preferable to carry out the reaction at 100 ° C. or higher and the reaction time for 1 hour or longer.
Further, the reaction temperature and the reaction time can be shortened by stirring or adding a seed crystal if necessary.

〔実施例〕〔Example〕

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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1 原料としてシリカ源にケイ酸ナトリウム水溶液(3号水
ガラス;SiO=29.3wt%,NaO=9.35wt%)、
アルミナ源に硫酸アルミニウム水溶液(Al=8.
02wt%)を用い、Si/Al=1となるように撹拌しな
がら原料を連続的に混合、ゲル化した。その際、反応液
のpHが常に4〜12に保たれるように水酸化ナトリウム水
溶液を添加した。該ゲルの過、洗浄によりナトリウム
イオン、硫酸イオン等の副生成物を除去した。このゲル
の組成分析値はSi/Al=1、Na/Al=0.1であ
った。
Example 1 Sodium silicate aqueous solution (No. 3 water glass; SiO 2 = 29.3 wt%, Na 2 O = 9.35 wt%) was used as a silica source as a raw material.
Aluminum sulfate aqueous solution (Al 2 O 3 = 8.
02 wt%), and the raw materials were continuously mixed and gelled while stirring so that Si / Al = 1. At that time, an aqueous sodium hydroxide solution was added so that the pH of the reaction solution was always maintained at 4 to 12. By-products such as sodium ions and sulfate ions were removed by passing and washing the gel. The compositional analysis values of this gel were Si / Al = 1 and Na / Al = 0.1.

該ゲルを用いて5wt%のスラリーを調製し、オートクレ
ーブに仕込み、220℃、5日間水熱処理を行った。冷却
後水洗、過、乾燥し生成物を得た。得られた生成物の
粉末X線回折の測定、及び熱重量分析(TG)を行っ
た。粉末X線回折の結果を第1図に示す。
A 5 wt% slurry was prepared using the gel, charged into an autoclave, and hydrothermally treated at 220 ° C. for 5 days. After cooling, the product was obtained by washing with water, filtering and drying. The obtained product was subjected to powder X-ray diffraction measurement and thermogravimetric analysis (TG). The result of powder X-ray diffraction is shown in FIG.

第1図から明らかなように生成物のX線回折図はカオリ
ナイト様鉱物のみを示しており、不純物のピークのない
ことから生成物は高純度なカオリナイト様鉱物が結晶化
していることがわかる。また、500℃付近のカオリナイ
トの構造水の脱水反応にともなう重量減少量を熱重量分
析(TG)で測定しカオリナイトの生成率を算出したと
ころ、生成物中のカオリナイト含有率は80%であった。
As is clear from FIG. 1, the X-ray diffraction pattern of the product shows only kaolinite-like minerals, and since there is no impurity peak, the product may be crystallized from high-purity kaolinite-like minerals. Recognize. In addition, the weight loss of kaolinite along with the dehydration reaction of the structural water of kaolinite at around 500 ° C was measured by thermogravimetric analysis (TG) to calculate the kaolinite production rate. Met.

実施例2 実施例1で合成したゲルを用い、200℃、5日間水熱処
理を行った以外は実施例1と同様の操作を行い生成物を
得た。
Example 2 Using the gel synthesized in Example 1, the same operation as in Example 1 was performed except that hydrothermal treatment was performed at 200 ° C. for 5 days to obtain a product.

生成物は実施例1と同様に高純度なカオリナイト様鉱物
であった。熱重量分析により生成物中のカオリナイト含
有率は75%であった。
The product was a high-purity kaolinite-like mineral as in Example 1. Kaolinite content in the product was 75% by thermogravimetric analysis.

比較例1 コロイダルシリカ、アルミナゾルをSi/Al=1とな
るように混合し、600℃で焼成して安定剤を除去したシ
リカ・アルミナゲルを用いて、実施例1の条件に従い22
0℃、3日間水熱処理を行ったところ、カオリナイトは
生成したがその含有率は約50%であった。
Comparative Example 1 Using silica-alumina gel in which colloidal silica and alumina sol were mixed so that Si / Al = 1 and calcined at 600 ° C. to remove the stabilizer, the conditions of Example 1 were used.
When hydrothermal treatment was performed at 0 ° C. for 3 days, kaolinite was formed, but its content was about 50%.

比較例2 ケイ酸ナトリウム水溶液中に直接硫酸アルミニウム水溶
液を滴下して混合、ゲル化した。次いで該ゲルを実施例
1の条件に従い220℃、3日間水熱処理を行ったところ
カオリナイトは生成しなかった。
Comparative Example 2 An aqueous solution of aluminum sulfate was dropped into an aqueous solution of sodium silicate and mixed and gelled. Then, the gel was hydrothermally treated at 220 ° C. for 3 days in accordance with the conditions of Example 1, and kaolinite was not formed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べた通り、本発明によればケイ酸ナトリウム水溶
液と硫酸アルミニウム水溶液を用い、常にpH4〜12に保
ちながら混合することにより均一なゲルを調製し、該ゲ
ルを水熱処理することで、従来法より低い反応温度、短
い反応時間で高純度なカオリナイト様鉱物を合成するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, an aqueous solution of sodium silicate and an aqueous solution of aluminum sulfate are used to prepare a uniform gel by mixing while keeping the pH at 4 to 12, and the gel is hydrothermally treated to obtain a conventional method. High-purity kaolinite-like minerals can be synthesized at lower reaction temperature and shorter reaction time.

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

第1図は実施例1で得られたカオリナイト様鉱物のX線
回折測定の結果である。
FIG. 1 shows the result of X-ray diffraction measurement of the kaolinite-like mineral obtained in Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 雅喜 愛知県知多郡阿久比町大字草木字境目49― 1 (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 (72)発明者 稲岡 亘 山口県新南陽市政所4丁目6番1号306 (72)発明者 大崎 恭 山口県新南陽市大神1丁目26番22号 (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 審査官 山岸 勝喜 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masaki Maeda 49-1, Kusagi, Akui-cho, Chita-gun, Aichi Prefecture (72) Inventor Shigeo Satokawa 2-14-8 Tabata, Kita-ku, Nagoya, Aichi (72) Inventor Wataru Inaoka 4-6-1, Shinnanyo-shi, Yamaguchi Prefecture 306 (72) Inventor Kyo Osaki 1-26-22, Ogami, Shinnanyo-shi, Yamaguchi Prefecture Inventor Soichiro Samejima 2 in front of Miya, Shinnanyo-shi, Yamaguchi Prefecture Katsuki Yamagishi, Examiner, Tosoh Jitsurai Dormitory, No. 6-10

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ケイ酸ナトリウム水溶液と硫酸アルミニウ
ム水溶液をpH=4〜12の範囲に維持しながら均一に混
合、ゲル化し、次いで該ゲルを水熱処理することを特徴
とするカオリナイト様鉱物の製造方法。
1. A process for producing a kaolinite-like mineral, which comprises uniformly mixing an aqueous solution of sodium silicate and an aqueous solution of aluminum sulfate in the range of pH = 4 to 12, gelling the mixture, and then hydrothermally treating the gel. Method.
JP2230229A 1990-08-31 1990-08-31 Method for producing kaolinite-like minerals Expired - Lifetime JPH0645454B2 (en)

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