JP2001096140A - Regeneration method of ultrafiltration membrane module for zirconia powder production - Google Patents

Regeneration method of ultrafiltration membrane module for zirconia powder production

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JP2001096140A
JP2001096140A JP27884999A JP27884999A JP2001096140A JP 2001096140 A JP2001096140 A JP 2001096140A JP 27884999 A JP27884999 A JP 27884999A JP 27884999 A JP27884999 A JP 27884999A JP 2001096140 A JP2001096140 A JP 2001096140A
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JP
Japan
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membrane module
ultrafiltration membrane
zirconia
zirconia powder
aqueous solution
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JP27884999A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Eto
伸生 衛藤
Kazuo Sekiya
和夫 関谷
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a regeneration method of an ultrafiltration membrane module to be used for producing a zirconia powder with excellent dispersibility, formability, and sintering property. SOLUTION: An ultrafiltration membrane module for production of a zirconia powder is employed for producing a zirconia powder by filtering, washing, and concentrating a zirconia sol obtained by heating and hydrolyzing an aqueous zirconium chloride solution by the ultrafiltration membrane module and then drying and previously firing the resultant sol either after adding a sintering aid of such as Y, Ca, Mg, Ce and the like to the resultant zirconia sol or using the sol as it is a concentrated solution. A method for regenerating the ultrafiltration membrane module for production of a zirconia powder is carried out using an aqueous hydrofluoric acid solution. The method for regenerating the ultrafiltration membrane module for production of a zirconia powder is carried out using an aqueous hydrofluoric acid solution in a concentration of 0.01-10% by either immersing the ultrafiltration membrane module in the aqueous hydrofluoric solution for 2-100 hours or circulating the solution through the module.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本願発明は、燃料電池用固体
電解質、酸素センサー、NOxセンサー、遮熱コーティ
ング材等の機能性セラミックス、及び粉砕機用部材、精
密機械部品、光コネクター部品等の構造用セラミックス
の原料として使用されるジルコニア微粉末の製造方法に
使用される限外濾過膜の再生方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to solid electrolytes for fuel cells, functional ceramics such as oxygen sensors, NOx sensors, and thermal barrier coating materials, and structural members such as pulverizer members, precision machine parts, and optical connector parts. The present invention relates to a method for regenerating an ultrafiltration membrane used in a method for producing zirconia fine powder used as a raw material for ceramics.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ジルコニア微粉末の製造方法とし
ては、ジルコニウム塩の水溶液或いはジルコニウム塩水
溶液に安定化剤を溶解させた水溶液を加熱加水分解し、
得られる水和ジルコニアのゾルを乾燥、仮焼することに
よりジルコニア微粉末を得る方法が広く知られている。
しかしながら、この方法では、乾燥・焼結の段階で粒子
間の強固な焼結が生じてしまう為、ジルコニア系セラミ
ックス原料として使用される分散性の良い微粉末を得る
ことはできなかった。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for producing zirconia fine powder, an aqueous solution of a zirconium salt or an aqueous solution in which a stabilizer is dissolved in an aqueous solution of a zirconium salt is heated and hydrolyzed.
A method for obtaining a fine zirconia powder by drying and calcining the obtained hydrated zirconia sol is widely known.
However, in this method, strong sintering between particles occurs at the stage of drying and sintering, so that a fine powder having good dispersibility used as a zirconia ceramic material cannot be obtained.

【0003】そこで、近年、このようなジルコニア系セ
ラミックス原料として使用される分散性が良く、焼結性
に優れたジルコニア微粉末を得る方法として、限外濾過
膜によりジルコニアゾルを洗浄・濃縮しジルコニア粉末
を得る方法が提案されている。例えば、特公平3−55
413では、ジルコニウム塩水溶液を加水分解すること
により得られるジルコニアゾルを平均孔径10〜500
0Åの範囲の透過孔を有する濾過膜を使用し洗浄する方
法が、また、特公平3−55414では、限外濾過膜を
使用してジルコニアゾルを純水で洗浄後、水酸化ナトリ
ウムのような塩基性物質で洗浄する方法が開示されてい
る。更には、特開昭63−185821や、特開平1−
83521では、限外濾過により濾過洗浄した後、安定
化剤を添加する方法が開示されている。これらの方法で
製造されたジルコニア粉末は、非常に分散性が良く、ま
た、焼結性に優れているという特徴を有しており、限外
濾過膜を使用してジルコニア微粉末を得る方法は、セラ
ミックス原料の製造方法として非常に有効な方法であ
る。また、濾過洗浄後のゾルを濃縮することにより、粘
度が低く、非常に分散性の良いゾルが高濃度、高純度で
得られるという特徴をも有し、後工程、特に乾燥時の生
産性が飛躍的に向上する。
[0003] In recent years, as a method for obtaining zirconia fine powder having good dispersibility and excellent sinterability, which is used as such a zirconia-based ceramic raw material, zirconia sol is washed and concentrated by an ultrafiltration membrane to obtain zirconia sol. A method for obtaining a powder has been proposed. For example, Tokuho 3-55
In 413, a zirconia sol obtained by hydrolyzing an aqueous solution of a zirconium salt is mixed with an average pore size of 10 to 500.
A method of washing using a filtration membrane having a permeation hole in the range of 0 ° is disclosed. In Japanese Patent Publication No. 3-55414, the zirconia sol is washed with pure water using an ultrafiltration membrane, and then washed with sodium hydroxide. A method for washing with a basic substance is disclosed. Further, JP-A-63-185821 and JP-A-Hei.
No. 83521 discloses a method of adding a stabilizer after filtration and washing by ultrafiltration. The zirconia powder produced by these methods has very good dispersibility and also has a feature of being excellent in sinterability, and a method for obtaining zirconia fine powder using an ultrafiltration membrane is: It is a very effective method for producing ceramic raw materials. In addition, by concentrating the sol after filtration and washing, it has a feature that a sol having a low viscosity and a very good dispersibility can be obtained at a high concentration and a high purity, and the productivity in the post-process, especially in drying, is improved. Improve dramatically.

【0004】ここで、限外濾過膜を工業的に使用する場
合には、濾過面積を大きくさせる必要が有り、平膜型、
管型、キャピラリー型等の限外濾過膜を複数束ねたり、
あるいは、スパイラル状にすることにより、「膜モジュ
ール」と呼ばれる単位で、一般的に使用されている。ま
た、さらに濾過面積を大きくする為にはこれらの膜モジ
ュールを数〜数十本、並列及び/又は直列に配列して、
「限外濾過装置」として使用されている。ところが、こ
の膜モジュールは非常に高価であり、工業的に成り立つ
プロセスにする為には繰り返して使用する必要が有り、
従って、繰り返して使用した場合の濾過特性、特に濾過
速度の安定性が非常に重要になってくる。
Here, when an ultrafiltration membrane is used industrially, it is necessary to increase the filtration area.
Bundling multiple ultrafiltration membranes such as tube type and capillary type,
Alternatively, a spiral shape is generally used in units called “membrane modules”. In order to further increase the filtration area, several to several tens of these membrane modules are arranged in parallel and / or in series,
Used as "ultrafiltration device". However, this membrane module is very expensive and needs to be used repeatedly to make it an industrially viable process.
Therefore, filtration characteristics, especially stability of filtration speed, when used repeatedly, are very important.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジルコ
ニウム塩水溶液を加水分解することにより得られるジル
コニアゾルを限外濾過で洗浄・濃縮した場合には、この
濾過特性が安定せず、即ち、繰り返して使用すると濾過
速度が低下することにより、安定した生産ができなかっ
た。また、数回使用した時点で膜モジュールを交換する
ことは、膜モジュールが非常に高価であり、多数使用す
ることから、経済的に非常に不利であった。このような
理由により、この限外濾過膜を使用したジルコニア粉末
の製造プロセスが、工業的に満足されるプロセスには至
っていないのが現状であった。
However, when the zirconia sol obtained by hydrolyzing an aqueous solution of a zirconium salt is washed and concentrated by ultrafiltration, its filtration characteristics are not stable, that is, it is used repeatedly. As a result, a stable production could not be performed due to a decrease in the filtration rate. Replacing the membrane module after several uses has been very disadvantageous economically because the membrane module is very expensive and uses many. For these reasons, the current situation is that the production process of zirconia powder using this ultrafiltration membrane has not been industrially satisfactory.

【0006】本願発明は、ジルコニウム塩水溶液を加水
分解することにより得られるジルコニアゾルを、限外濾
過膜モジュールを使用して濾過洗浄・濃縮することによ
り、分散性が良く、成形性に優れ、焼結性にも優れたジ
ルコニア粉末を製造する方法に使用されるジルコニア粉
末製造用限外濾過膜モジュールの再生方法おいて、工業
的にも満足できる、即ち、繰り返して使用することが可
能な限外濾過膜モジュールの再生方法を提供するもので
ある。
According to the present invention, the zirconia sol obtained by hydrolyzing an aqueous solution of a zirconium salt is filtered, washed and concentrated using an ultrafiltration membrane module, so that the zirconia sol has good dispersibility, excellent moldability, and excellent sinterability. In a method for regenerating an ultrafiltration membrane module for producing zirconia powder used in a method for producing zirconia powder having excellent binding properties, industrially satisfactory, that is, an ultrafiltration method capable of being used repeatedly A method for regenerating a filtration membrane module is provided.

【0007】[0007]

【課題を解決する為の手段】本発明者らは、ジルコニウ
ム塩水溶液を加水分解することにより得られるジルコニ
アゾルを限外濾過膜モジュールで濾過洗浄・濃縮するこ
とにより、分散性が良く、成形性に優れ、焼結性にも優
れたジルコニア粉末を製造する方法に使用される該限外
濾過膜モジュールの処理方法と限外濾過特性、特に繰り
返して使用した場合の濾過特性との関係について鋭意検
討した結果、処理薬剤としてフッ酸水溶液を使用するこ
とにより、限外濾過膜モジュールが効率的に再生され、
繰り返して使用することが可能になることを見出し本発
明に至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have found that a zirconia sol obtained by hydrolyzing an aqueous solution of a zirconium salt is filtered, washed and concentrated with an ultrafiltration membrane module to obtain a good dispersibility and a good moldability. Study on the relationship between the treatment method of the ultrafiltration membrane module used in the method for producing zirconia powder having excellent sinterability and the ultrafiltration characteristics, especially the filtration characteristics when used repeatedly. As a result, by using a hydrofluoric acid aqueous solution as a treatment chemical, the ultrafiltration membrane module is efficiently regenerated,
The present inventors have found that it can be used repeatedly, leading to the present invention.

【0008】即ち、本発明は、ジルコニア粉末を製造す
る方法に使用される該限外濾過膜モジュールをフッ酸水
溶液で処理することを特徴とするジルコニア粉末製造用
限外濾過膜モジュールの再生方法である。
That is, the present invention provides a method for regenerating an ultrafiltration membrane module for producing zirconia powder, which comprises treating the ultrafiltration membrane module used in the method for producing zirconia powder with a hydrofluoric acid aqueous solution. is there.

【0009】ここで、本明細書において、「濾過速度
(リットル/Hr)」とは、限外濾過膜モジュールを使
用して濾過する際に排出される全濾液量(リットル)
を、処理するのに要した時間(Hr)で割った値を示
す。また、「透水量」とは、一定条件で限外濾過膜モジ
ュールに純水を通液した場合の「濾過速度」を指し、更
に、「透水率」とは、実液を流通させていない状態の未
使用限外濾過膜モジュールの透水量を100%とした場
合の「透水量」の比率を指す。
[0009] In this specification, the term "filtration rate (liter / Hr)" refers to the total amount of filtrate (liter) discharged during filtration using an ultrafiltration membrane module.
Is divided by the time required for processing (Hr). Further, “water permeability” refers to “filtration speed” when pure water is passed through the ultrafiltration membrane module under a certain condition, and “water permeability” refers to a state in which actual liquid is not flowing. Indicates the ratio of "water permeability" when the water permeability of the unused ultrafiltration membrane module is 100%.

【0010】以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0011】従来、限外濾過膜モジュールを用いて洗浄
・濃縮を繰り返して行った場合、濾過特性、特に濾過速
度が、繰り返し回数とともに著しく低下し、工業的に満
足するプロセスにはなっていなかった。この濾過速度が
低下した限外濾過膜モジュールに純水を通液することに
より透水量を測定したところ、透水率で40%まで低下
していた。更に、同様の濾過操作を繰り返してテストし
たところ、透水率が更に低下していくことが判った。こ
の透水量が低下する原因については明らかでないが、加
水分解によって得られる水和ジルコニアゾル中に存在す
るある種のジルコニア成分が限外濾過膜に悪影響を及ぼ
し、透水量を低下させ、更には濾過速度をも低下させて
いるものと推定された。
Conventionally, when washing and concentration are repeatedly performed using an ultrafiltration membrane module, the filtration characteristics, especially the filtration speed, decrease remarkably with the number of repetitions, and the process is not industrially satisfactory. . The amount of water permeation was measured by passing pure water through the ultrafiltration membrane module whose filtration rate was reduced, and the permeation rate was reduced to 40%. Furthermore, when the same filtration operation was repeated and tested, it was found that the water permeability further decreased. Although the cause of the decrease in water permeability is not clear, certain zirconia components present in the hydrated zirconia sol obtained by hydrolysis adversely affect the ultrafiltration membrane, reduce the water permeability, and further reduce the filtration rate. It was presumed that the speed was also reduced.

【0012】そこで、本発明者らは、この透水量が低下
した限外濾過膜に対して各種薬剤による再生を試みた結
果、フッ酸水溶液が極めて効果が大きいことを見出し
た。即ち、洗浄・濃縮操作に繰り返し使用した、透水率
20%の限外濾過膜モジュールに対して、フッ酸水溶液
中に12時間浸漬させた結果、透水率が70%以上まで
回復した。この再生した限外濾過膜モジュールで洗浄・
濃縮操作を行ったところ、濾過速度の低下は見られず、
繰り返し特性に優れていることが判った。
The inventors of the present invention have attempted to regenerate the ultrafiltration membrane having reduced water permeability with various chemicals, and have found that the hydrofluoric acid aqueous solution is extremely effective. That is, the ultrafiltration membrane module having a water permeability of 20% repeatedly used in the washing / concentrating operation was immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution for 12 hours. As a result, the water permeability was recovered to 70% or more. Washing and cleaning with this regenerated ultrafiltration membrane module
When the concentration operation was performed, no decrease in the filtration rate was observed,
It was found that the repetition characteristics were excellent.

【0013】ここで、使用されるフッ酸水溶液のフッ酸
濃度が0.01〜10重量%であることが好ましい。
0.01%より低いと充分再生することができず、繰り
返して使用した場合には濾過特性も悪くなる。また、フ
ッ酸は毒性であり、安全性を考慮すると10%以下で処
理することが好ましい。フッ酸水溶液による再生方法と
しては、限外濾過膜モジュールの実質的に濾過を行う部
分がフッ酸水溶液と接触することが必要であり、限外濾
過膜モジュールをフッ酸水溶液に浸漬させる方法、フッ
酸水溶液を循環して洗浄させる方法を挙げることができ
るが、いずれの方法でも十分な効果を得ることができ
る。
Here, the hydrofluoric acid aqueous solution used preferably has a hydrofluoric acid concentration of 0.01 to 10% by weight.
If it is less than 0.01%, it cannot be sufficiently regenerated, and if it is used repeatedly, the filtration characteristics will be poor. Further, hydrofluoric acid is toxic, and it is preferable to treat it at 10% or less in consideration of safety. The regeneration method using a hydrofluoric acid aqueous solution requires that the portion of the ultrafiltration membrane module that substantially performs filtration is in contact with the hydrofluoric acid aqueous solution, and the ultrafiltration membrane module is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution. A method of circulating and washing the acid aqueous solution can be mentioned, but any method can provide a sufficient effect.

【0014】また、再生の頻度であるが、一連の限外濾
過操作が完了する毎に行っても良いが、数バッチ完了後
にある程度透水率が低下した時点で再生処理する方が生
産性、操作性の面で好ましい。この場合、透水率が10
%より低くならない時点で再生処理することが好まし
い。なぜならば、10%より低くなった場合には、再生
することが極めて困難になるからである。再生処理の時
間は限外濾過膜モジュールの透水量にも関係するが、2
〜100時間、好ましくは、5〜50時間である。なぜ
ならば、この範囲よりも、短いと十分な再生の効果が得
られず、また、この時間よりも長いと生産性が著しく低
下してしまうからである。また、処理温度は高いほど短
時間、低濃度で再生することが可能であるが、限外濾過
膜モジュール自体の強度劣化及び経済性の面から50℃
以下で行うことが好ましい。以上説明したような方法に
より、一旦落ちた透水率を容易に、例えば70%以上ま
で再生させることができる。
The frequency of regeneration may be performed every time a series of ultrafiltration operations are completed. However, it is more efficient to perform regeneration processing when the water permeability has decreased to some extent after completion of several batches. It is preferable in terms of properties. In this case, the water permeability is 10
%, It is preferable to carry out the regeneration processing at a point in time when it does not become lower. This is because if it is lower than 10%, it becomes extremely difficult to reproduce. The time of regeneration treatment is related to the amount of water permeation of the ultrafiltration membrane module.
-100 hours, preferably 5-50 hours. The reason is that if the length is shorter than this range, a sufficient reproduction effect cannot be obtained, and if the time is longer than this range, the productivity is significantly reduced. In addition, the higher the processing temperature, the shorter the time and the lower the concentration of the ultrafiltration membrane module can be regenerated.
It is preferable to perform the following. By the method as described above, the once-permeated water permeability can be easily regenerated to, for example, 70% or more.

【0015】本願発明で使用されるジルコニアゾルは、
ジルコニウム塩水溶液の加水分解で得られたものであれ
ば、いかなる反応条件で得られたものでも良い。例え
ば、ジルコニウム塩水溶液を調整して加水分解させる方
法、ジルコニウム塩水溶液にアルカリまたは酸などを添
加して調整した後加水分解させる方法、水和ジルコニア
ゾルをジルコニウム塩水溶液に所定量添加し加水分解さ
せる方法等を挙げることができる。特に、生産性及び操
作性の面からジルコニウム塩水溶液の加水分解により得
られるジルコニアゾルを含有する溶液の一部を反応槽か
ら連続及び/又は間欠的に排出し、かつ、当該ジルコニ
アゾルを含有する溶液の体積が一定に保たれるように、
その排出量と同量のジルコニウム塩水溶液を連続及び/
又は間欠的に反応槽に供給することによりジルコニアゾ
ルを得る方法が好ましい。ここで、「連続」とは、一定
の排出速度でジルコニアゾルを反応槽から抜出すと同時
に、排出速度と同じ供給速度で所定濃度に調整したジル
コニウム塩水溶液を反応槽内に供給することであり、
「間欠」とは、一定量(この量を以下、供給する液量と
反応槽中の液量との比で表し、「供給比率(vol.
%)」と称す。)のジルコニアゾルを反応槽から抜き出
した後、直ぐに排出量と同量のジルコニウム塩水溶液を
反応槽に添加し、所定時間(以下、「間欠時間」と表
す。)加水分解させ、この一連の操作を繰り返すことを
いう。このようにして、加熱加水分解を行うことによ
り、生産性に優れ、また容易に高転化率の水和ジルコニ
アゾルを得ることができる。
The zirconia sol used in the present invention is:
As long as it is obtained by hydrolysis of an aqueous zirconium salt solution, it may be obtained under any reaction conditions. For example, a method of adjusting and hydrolyzing an aqueous solution of zirconium salt, a method of adding an alkali or an acid to the aqueous solution of zirconium salt and then performing hydrolysis, and adding a predetermined amount of hydrated zirconia sol to the aqueous solution of zirconium salt and hydrolyzing the aqueous solution. Methods and the like can be mentioned. In particular, part of the solution containing the zirconia sol obtained by hydrolysis of the aqueous solution of the zirconium salt is continuously and / or intermittently discharged from the reaction tank in terms of productivity and operability, and contains the zirconia sol. So that the volume of the solution is kept constant
The same amount of zirconium salt aqueous solution as the discharge amount is continuously and / or
Alternatively, a method of obtaining a zirconia sol by intermittently supplying the reaction tank is preferable. Here, "continuous" means that the zirconia sol is withdrawn from the reaction tank at a constant discharge rate, and simultaneously, a zirconium salt aqueous solution adjusted to a predetermined concentration at the same supply rate as the discharge rate is supplied into the reaction tank. ,
The term “intermittent” refers to a fixed amount (hereinafter, this amount is represented by the ratio of the amount of liquid supplied to the amount of liquid in the reaction tank, and the “supply ratio (vol.
%) ". After the zirconia sol of (1) is extracted from the reaction tank, an aqueous solution of zirconium salt in the same amount as the discharged amount is immediately added to the reaction tank, and the mixture is hydrolyzed for a predetermined time (hereinafter, referred to as “intermittent time”). Means to repeat. Thus, by performing the thermal hydrolysis, a hydrated zirconia sol having excellent productivity and high conversion can be easily obtained.

【0016】本願発明で使用されるジルコニアゾルの製
造に用いられるジルコニウム塩としては、オキシ塩化ジ
ルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、硫
酸ジルコニウムなどを挙げることができるが、この他に
水酸化ジルコニウムと酸との混合物を用いても良い。
The zirconium salt used in the production of the zirconia sol used in the present invention includes zirconium oxychloride, zirconium nitrate, zirconium chloride, zirconium sulfate and the like. In addition, zirconium hydroxide and acid May be used.

【0017】次いで、本発明では、上記の方法で得られ
たジルコニアゾルを限外濾過により濾過洗浄・濃縮を行
うが、該限外濾過膜としては分画分子量が500〜3,
000,000であることが好ましい。分画分子量が5
00未満では著しく濾過速度が低下し濾過の効率が低下
する。また、分画分子量が3,000,000を超える
とゾル粒子の補足が悪く収率が低下し、また、限外濾過
膜としての強度も低下してくる。使用される限外濾過膜
モジュールの型式としては、平面膜モジュール、管型膜
モジュール、スパイラル型モジュール、及びキャピラリ
ー型膜モジュールのいずれも使用することができるが、
濾過面積が広く、濾過効率がよいことから、キャピラリ
ー型膜モジュールが望ましい。限外濾過方法としては、
ジルコニアゾルをポンプにより膜モジュールを通して循
環させることにより濾過し、濾液を排出させる循環方式
が好ましい。
Next, in the present invention, the zirconia sol obtained by the above method is filtered, washed and concentrated by ultrafiltration, and the ultrafiltration membrane has a cut-off molecular weight of 500 to 3,
Preferably, it is 0,000,000. Molecular weight cut off 5
If it is less than 00, the filtration speed is remarkably reduced and the filtration efficiency is reduced. On the other hand, if the molecular weight cut-off exceeds 3,000,000, the sol particles are poorly captured and the yield decreases, and the strength as an ultrafiltration membrane also decreases. As the type of the ultrafiltration membrane module used, any of a flat membrane module, a tubular membrane module, a spiral type module, and a capillary type membrane module can be used.
A capillary type membrane module is desirable because of its large filtration area and good filtration efficiency. As the ultrafiltration method,
A circulation system in which the zirconia sol is filtered by circulating through a membrane module by a pump and the filtrate is discharged is preferable.

【0018】この際に、純水を添加することにより、ジ
ルコニアゾル中の不純物を効率的に除去することができ
る。また、濾過洗浄時に水酸化ナトリウムやアンモニア
等の塩基性溶液を添加することもできる。純水の添加を
行わないで濾過のみを行うことにより、所望の濃度まで
濃縮することができる。
At this time, impurities in the zirconia sol can be efficiently removed by adding pure water. In addition, a basic solution such as sodium hydroxide or ammonia can be added at the time of filtration and washing. By performing only filtration without adding pure water, it is possible to concentrate to a desired concentration.

【0019】濾過洗浄を行う際は、排出される濾液の電
導度が10mS/cm以下、より望ましくは5mS/c
m以下になるまで洗浄することが好ましい。10mS/
cmより高い場合は十分な洗浄効果が得られず、所望の
ジルコニア粉末が得られなくなるからである。また、濾
液量は、処理するジルコニアゾル溶液の液量V0と全濾
過液量Qとの比Q/V0で表すと50倍量以下にするの
が好ましい。50倍量より多い場合は付帯する排水設備
も大規模になってしまう為である。より効率的に濾過洗
浄を行う為には、最初にジルコニアゾルの濃縮を行うこ
とにより処理液量を少なくして濾過洗浄を行うのが望ま
しい。このようにして洗浄を行うことにより濃縮液の分
散性が向上し、最終的な濃縮液としてジルコニア濃度が
20〜50重量%の高濃度で高純度、更には、高分散性
のジルコニア濃縮ゾルを得ることができる。
When performing filtration and washing, the conductivity of the discharged filtrate is 10 mS / cm or less, more preferably 5 mS / c.
m or less. 10ms /
If it is higher than cm, a sufficient cleaning effect cannot be obtained, and a desired zirconia powder cannot be obtained. Further, the amount of the filtrate is preferably not more than 50 times as represented by the ratio Q / V 0 of the amount V 0 of the zirconia sol solution to be treated and the total amount Q of the filtrate. If the amount is more than 50 times, the accompanying drainage equipment will be large-scale. In order to perform the filtration and washing more efficiently, it is desirable to first perform the concentration and concentration of the zirconia sol to reduce the amount of the treatment liquid and perform the filtration and washing. By performing the washing in this manner, the dispersibility of the concentrated liquid is improved, and as the final concentrated liquid, a zirconia concentrated sol having a high zirconia concentration of 20 to 50% by weight and a high zirconia concentration is further obtained. Obtainable.

【0020】安定化剤の固溶しているジルコニア粉末を
得るときには、得られたジルコニア濃縮ゾルに安定化剤
として例えば、Y、Ca、Mg、Ceなどの塩、水酸化
物又は酸化物を固体、水溶液又はスラリーの状態で添加
し、攪拌混合すればよく、このようにして混合した溶液
を使用し、乾燥して安定化剤が均一に分散している水和
ジルコニア乾燥粉が得られる。
When obtaining a zirconia powder in which a stabilizer is dissolved in solid form, a salt, hydroxide or oxide of Y, Ca, Mg, Ce or the like is added to the obtained zirconia concentrated sol as a solid. , Hydrated zirconia powder in which the stabilizer is uniformly dispersed can be obtained by using the mixed solution and drying.

【0021】ジルコニア濃縮ゾルの乾燥方法には特に制
限はなく、例えば、スプレー乾燥、有機溶媒を添加して
乾燥する方法等が挙げられる。
The method for drying the concentrated zirconia sol is not particularly limited, and examples thereof include spray drying and a method of adding an organic solvent to dry.

【0022】次いで、本願発明では、上記の乾燥したジ
ルコニア粉末を仮焼する。このときの仮焼温度は、30
0〜1300℃の範囲が好ましい。仮焼温度が300℃
よりも低くなると、安定化剤と十分に固溶したジルコニ
ア粉末が得にくくなり、一方、1300℃よりも高くな
ると、粒子間の焼結による強固な凝集が起こる為に分散
性のよいジルコニア粉末が得にくくなる。より望ましく
は、400〜1200℃である。仮焼の保持時間は、
0.5〜10時間が良く、昇温速度は0.5〜10℃/
分が好ましい。仮焼時の保持時間が0.5時間よりも小
さくなると均一に仮焼されにくく、10時間よりも長く
なると生産性が低下するので好ましくない。また、昇温
速度が、0.5℃/分よりも小さくなると設定温度に達
するまでの時間が長くなり、10℃/分よりも大きくな
ると仮焼時に粉末が激しく飛散して操作性が悪くなり生
産性が低下する。
Next, in the present invention, the dried zirconia powder is calcined. The calcining temperature at this time is 30
The range of 0 to 1300 ° C is preferred. Calcination temperature is 300 ℃
When the temperature is lower than the above, it is difficult to obtain a zirconia powder sufficiently dissolved in the stabilizer, and when the temperature is higher than 1300 ° C., strong agglomeration due to sintering between particles occurs. It is difficult to obtain. More preferably, it is 400 to 1200 ° C. The holding time of calcination is
0.5 to 10 hours is good, and the heating rate is 0.5 to 10 ° C /
Minutes are preferred. If the holding time during calcination is less than 0.5 hour, it is difficult to uniformly calcine, and if it is more than 10 hours, the productivity is reduced, which is not preferable. On the other hand, if the heating rate is lower than 0.5 ° C./min, the time required to reach the set temperature is prolonged. If the heating rate is higher than 10 ° C./min, the powder scatters violently during calcination, resulting in poor operability. Productivity decreases.

【0023】以上のようにして得られた仮焼粉は、粒子
間の強固な凝集がほとんど起こっていないので、容易に
粉砕するだけで分散性のよいジルコニア微粉末になる。
また、粉砕時に必要に応じて焼結助剤として、例えば、
アルミナなどを添加しても良い。
Since the calcined powder obtained as described above hardly undergoes strong coagulation between particles, it becomes a zirconia fine powder having good dispersibility only by easy pulverization.
In addition, as a sintering aid as required at the time of grinding, for example,
Alumina or the like may be added.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、本願発明により、
加水分解して得られるジルコニアゾルを限外濾過で濾過
洗浄及び濃縮する際の濾過特性、特に繰り返し使用した
場合の濾過特性の安定性が飛躍的に向上し、その結果、
分散性が良く、成形性に優れ、また、焼結性に優れてい
るジルコニア粉末を安定して製造することが可能にな
る。
As described above, according to the present invention,
The filtration characteristics when filtering and washing and concentrating the zirconia sol obtained by hydrolysis by ultrafiltration, especially the stability of the filtration characteristics when used repeatedly, are dramatically improved.
It is possible to stably produce zirconia powder having good dispersibility, excellent moldability, and excellent sinterability.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本願発明の実施例により具体的に説明
するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
EXAMPLES The present invention will be described below in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0026】実施例1 0.4モル/リットルのZrOCl2水溶液を還流下で
煮沸し、加水分解反応を200時間行った。引き続き、
得られた加水分解溶液50リットルに、2モル/リット
ルのZrOCl2水溶液90リットルと純水を360リ
ットル加え、全体を500リットルにした後、この混合
液を還流下で煮沸して、100時間加水分解した。
Example 1 A 0.4 mol / liter aqueous solution of ZrOCl 2 was boiled under reflux, and a hydrolysis reaction was carried out for 200 hours. Continued
To 50 liters of the obtained hydrolysis solution, 90 liters of a 2 mol / L aqueous solution of ZrOCl 2 and 360 liters of pure water were added to make the whole 500 liters, and then the mixture was boiled under reflux for 100 hours. Decomposed.

【0027】引き続き、このジルコニアゾルの100リ
ットルを使用し、限外濾過膜モジュール(分画分子量
6,000、全濾過面積0.1m3、キャピラリー型膜
モジュール)がセットされた濾過装置で洗浄濃縮を行っ
た。濾過方法は、まず、ジルコニアゾルをポンプによ
り、膜モジュールを通して循環させることにより濾過
し、20リットルまで濃縮した。次に、濃縮されたゾル
の液面が一定になるように純水を添加しながら濾過する
ことにより、濾液の電導度が1.5mS/cmになるま
で洗浄を行った。この時の全濾液量は420リットルで
所用時間は71.2時間であった。従って、濾過速度は
5.9リットル/Hrであった。この時の透水率を測定
したところ、40%であった。
Subsequently, 100 liters of this zirconia sol was used for washing and concentration with a filtration device in which an ultrafiltration membrane module (molecular weight cut off: 6,000, total filtration area: 0.1 m 3 , capillary type membrane module) was set. Was done. In the filtration method, first, the zirconia sol was filtered by circulating through a membrane module by a pump, and concentrated to 20 liters. Next, the filtrate was washed while adding pure water so that the liquid level of the concentrated sol became constant, thereby washing the filtrate until the conductivity of the filtrate became 1.5 mS / cm. At this time, the total filtrate volume was 420 liters and the required time was 71.2 hours. Therefore, the filtration rate was 5.9 liter / Hr. The measured water permeability at this time was 40%.

【0028】同様にして、ジルコニアゾルの濾過テスト
を更に2回繰り返した。図1に濾過速度の繰り返し結
果、図2に透水率の繰り返し結果を示した。2回及び3
回の繰り返し回数とともに低下していることが判った。
In the same manner, the filtration test of the zirconia sol was further repeated twice. FIG. 1 shows the result of repeating the filtration rate, and FIG. 2 shows the result of repeating the water permeability. Twice and three
It was found that it decreased with the number of repetitions.

【0029】この透水率の低下した限外濾過膜モジュー
ルを0.5%フッ酸水溶液中に12時間浸漬した後、よ
く水洗すると、実液を流通していない状態での透水率が
75%までに回復した。
The ultrafiltration membrane module with reduced water permeability is immersed in a 0.5% hydrofluoric acid aqueous solution for 12 hours, and then thoroughly washed with water. When the actual liquid is not circulated, the water permeability reaches 75%. Has recovered.

【0030】この回復した限外濾過膜モジュールを使用
して、同様な洗浄濃縮操作を4回目の繰り返し操作とし
て行った。この結果、図1に示されている通り、濾過速
度は5.5リットル/Hrと低下する前の状態まで戻
り、図2に示されている通り、透水率も元の40%まで
戻った。
Using the recovered ultrafiltration membrane module, a similar washing and concentration operation was performed as a fourth repetition operation. As a result, as shown in FIG. 1, the filtration rate returned to 5.5 L / Hr, a state before dropping, and as shown in FIG. 2, the water permeability also returned to the original 40%.

【0031】この濃縮・脱塩処理したジルコニアゾルに
塩化イットリウムを添加して(Y2O3換算、3モル
%)、スプレー乾燥させて乾燥粉末を得た。この乾燥粉
末を1050℃で2時間仮焼した後、水洗して粉砕し
た。得られたジルコニア微粉末を金型プレスにより成形
圧力700kgf/cm2で成形したところ、成形体密
度は2.60g/cm3であった。また、得られた成形
体を1500℃、2時間焼結させたところ、焼結体密度
は6.06g/cm3、曲げ強度は135kgf/mm2
であった。
Yttrium chloride was added to the concentrated and desalted zirconia sol (3 mol% in terms of Y 2 O 3 ) and spray-dried to obtain a dry powder. The dried powder was calcined at 1050 ° C. for 2 hours, washed with water and pulverized. The obtained zirconia fine powder was molded by a mold press at a molding pressure of 700 kgf / cm 2 , and the density of the molded body was 2.60 g / cm 3 . When the obtained molded body was sintered at 1500 ° C. for 2 hours, the sintered body density was 6.06 g / cm 3 and the bending strength was 135 kgf / mm 2.
Met.

【0032】実施例2〜4 フッ酸水溶液による再生処理方法について、条件を変え
ることにより、膜モジュールの透水率回復度をテストし
た。得られた結果を表1に示す。
Examples 2 to 4 With respect to the regeneration treatment method using a hydrofluoric acid aqueous solution, the degree of recovery of the water permeability of the membrane module was tested by changing the conditions. Table 1 shows the obtained results.

【0033】比較例1〜5 再生方法の条件を変えて、透水率の回復度をテストし
た。得られた結果を表1に示す。
Comparative Examples 1 to 5 The degree of recovery of water permeability was tested by changing the conditions of the regeneration method. Table 1 shows the obtained results.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】比較例6 ZrOCl2濃度0.4モル/リットルの水溶液を、還
流下、煮沸温度で加水分解を100時間行った。このジ
ルコニアゾルに塩化イットリウムを添加して(Y23
算、3モル%)、スプレー乾燥させて乾燥粉末を得た。
この乾燥粉末を1050℃で2時間仮焼した後、水洗し
て粉砕した。得られたジルコニア微粉末を実施例と同一
条件で成形、焼結させたところ、成形体密度は2.55
g/cm 3であり、焼結体密度は5.95g/cm3、曲
げ強度は77kgf/mm2であった。
Comparative Example 6 ZrOClTwoReturn an aqueous solution with a concentration of 0.4 mol / liter
The hydrolysis was carried out at the boiling temperature under flowing water for 100 hours. This
Yttrium chloride is added to the luconia sol (YTwoOThreeExchange
(Calculated, 3 mol%) and spray dried to obtain a dry powder.
The dried powder is calcined at 1050 ° C. for 2 hours and then washed with water.
And crushed. The obtained zirconia fine powder is the same as in the example.
When molded and sintered under the conditions, the compact density was 2.55
g / cm ThreeAnd the sintered body density is 5.95 g / cmThree, Song
The spinning strength is 77kgf / mmTwoMet.

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

【図1】実施例1における洗浄濃縮操作の繰り返し回数
による濾過速度の変化を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a change in filtration rate according to the number of repetitions of a washing and concentration operation in Example 1.

【図2】実施例1における洗浄濃縮操作の繰り返し回数
による透水率の変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a change in water permeability according to the number of repetitions of a washing and concentration operation in Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D006 GA06 HA01 HA93 KA62 KA72 KB30 KC02 KC16 KD13 KE02P KE03P KE08P KE11R KE16R KE19R KE28R MA01 MB05 PA03 PB12 PB15 PB70 PC01 PC80 4G031 AA03 AA04 AA07 AA08 AA12 BA03 BA07 BA18 CA08 4G048 AA02 AB08 AC04 AD02 AE01 AE06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4D006 GA06 HA01 HA93 KA62 KA72 KB30 KC02 KC16 KD13 KE02P KE03P KE08P KE11R KE16R KE19R KE28R MA01 MB05 PA03 PB12 PB15 PB70 PC01 PC80 4G031 AA03 AA08A07A08A08 AC04 AD02 AE01 AE06

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ジルコニウム塩水溶液を加熱加水分解して
得られるジルコニアゾルを限外濾過膜モジュールによっ
て濾過洗浄及び濃縮を行った後、Y、Ca、Mg、Ce
等の焼結助剤を添加した後、若しくは濃縮液のまま乾
燥、仮焼することからなるジルコニア粉末を製造する方
法に使用される限外濾過膜モジュールをフッ酸水溶液で
再生処理することを特徴とするジルコニア粉末製造用限
外濾過膜モジュールの再生方法。
1. A zirconia sol obtained by heating and hydrolyzing an aqueous solution of a zirconium salt is filtered, washed and concentrated by an ultrafiltration membrane module, and then Y, Ca, Mg, Ce.
After the addition of a sintering aid or the like, or by drying and calcining the concentrated liquid, the ultrafiltration membrane module used in the method for producing zirconia powder is regenerated with a hydrofluoric acid aqueous solution. A method for regenerating an ultrafiltration membrane module for producing zirconia powder.
【請求項2】請求項1に記載のジルコニア粉末製造用限
外濾過膜モジュールの再生方法において、限外濾過膜モ
ジュールの再生処理に使用するフッ酸水溶液の濃度が
0.01〜10%であり、そのフッ酸水溶液に2〜100
時間浸漬若しくは該限外濾過膜モジュールに循環通液さ
せることを特徴とするジルコニア粉末製造用限外濾過膜
モジュールの再生方法。
2. The method for regenerating an ultrafiltration membrane module for producing zirconia powder according to claim 1, wherein the concentration of the hydrofluoric acid aqueous solution used for regenerating the ultrafiltration membrane module is 0.01 to 10%. 2 to 100% in the hydrofluoric acid solution
A method for regenerating an ultrafiltration membrane module for producing zirconia powder, comprising immersing for a time or circulating through the ultrafiltration membrane module.
【請求項3】請求項1又は請求項2に記載のジルコニア
粉末製造用限外濾過膜モジュールの再生方法において、
該限外濾過膜モジュールがキャピラリー方式の膜モジュ
ールであることを特徴とするジルコニア粉末製造用限外
濾過膜モジュールの再生方法。
3. The method for regenerating an ultrafiltration membrane module for producing zirconia powder according to claim 1 or 2,
A method for regenerating an ultrafiltration membrane module for producing zirconia powder, wherein the ultrafiltration membrane module is a capillary type membrane module.
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