JP2005200233A - フッ化水素の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 排水等の溶液中に存在するフッ素をフッ化カルシウムとして固定化する処理に伴う産業廃棄物量をゼロにし得、同時に資源的に乏しい天然のフッ化カルシウム(蛍石)を使用しないでフッ素化学産業のキーマテリアルであるフッ化水素を製造し、ここで副生した硫酸カルシウムを排水中のフッ素の固定化に使用するフッ素リサイクルシステムを提供する。
【解決手段】 フッ化水素を製造する際に副生する硫酸カルシウムをフッ素含有溶液中のフッ素の固定化に使用し、固定化により得られたフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造し、そこで副生する硫酸カルシウムを前記のフッ素含有溶液中のフッ素の固定化工程に供する。
【選択図】 図1
【解決手段】 フッ化水素を製造する際に副生する硫酸カルシウムをフッ素含有溶液中のフッ素の固定化に使用し、固定化により得られたフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造し、そこで副生する硫酸カルシウムを前記のフッ素含有溶液中のフッ素の固定化工程に供する。
【選択図】 図1
Description
本発明はフッ化水素の製造方法に関し、さらに詳しくはフッ素含有溶液中のフッ素を有効に利用し、固体廃棄物の量を削減しうるフッ化水素の製造方法に関する。
通常、フッ素含有排水等のフッ素含有溶液の処理は、生石灰、消石灰、塩化カルシウム等のカルシウム化合物と反応させて、難溶性のフッ化カルシウムとして大部分のフッ素を固定化処理した後、必要に応じさらにアルミニウム塩法、フルオロアパタイト法、活性アルミナ法、塩基性陰イオン交換樹脂法、Alキレート樹脂法等の処理を行なっている。
このようにして固定化処理して得られたフッ化カルシウムは、粒径が非常に細かく、そのままでは濾過できないために凝集剤を用いてフロックにし、ついで沈降分離・フィルタープレス濾過を行っている。そのため、水分が50〜80%もあり、産業用として再利用し難く、さらには量も大きいためにその処分が問題となっている。そこで、生成したフッ化カルシウムスラッジの一部を元に戻し、種結晶の役割を持たせることで多少なりとも粒径を大きくすることで廃棄するスラッジの量を減らしている(たとえば、非特許文献1)。
さらに、数百ppmの希薄なフッ素含有溶液については、フッ化カルシウムの結晶を成長させて大きな粒径にする方法(たとえば、非特許文献2)もあるが、スケールの割には処理量が少ないことに加えて、その回収物の再利用技術が未だ確立されておらず、今のところ産業廃棄物として処理されている。
フッ素の固定化処理で得られたフッ化カルシウム(回収フッ化カルシウム)をフッ化水素製造原料である蛍石と混合して使用する試みもなされているが、回収フッ化カルシウムは、1次粒子の平均粒径が小さい、嵩密度が小さい(蛍石の1/2〜1/4程度)、不純物が多い(特に塩素)等の問題により、原料乾燥時の粉塵の問題や蛍石とのなじみが悪く、製品フッ化水素中の不純物が増加するためにほとんど利用されていない。
その中でも、粒径を大きくするために粒度を揃えた天然炭酸カルシウムにフッ素含有溶液を通すことにより(CaCO3+2HF→CaF2+H2O+CO2:式(1))、天然炭酸カルシウムの骨格をほとんど保持したままフッ化カルシウムを生成させる試みがなされている(たとえば特許文献1)。この際、発生する炭酸ガスの抜け、生成するフッ化カルシウムフロック、炭酸カルシウムの中心部が未反応で残る等の問題があるが、この方法で回収フッ化カルシウムを蛍石と混合して処理した報告(たとえば非特許文献3)もされている。
さらに、石膏に回収フッ化カルシウムを混合。乾燥して粒径を大きくして蛍石に混合して使用する方法も提案されている(特許文献2)。
本発明の目的は、排水等の溶液中に存在するフッ素をフッ化カルシウムとして固定化し、フッ化水素製造用原料として使用し、フッ化水素製造により副生した硫酸カルシウムを溶液中のフッ素の固定化に利用することであり、これらを組合せることによりフッ素の固定化処理に伴う産業廃棄物量をゼロにし得、同時に資源的に乏しい天然のフッ化カルシウム(蛍石)を使用しないでフッ素化学産業のキーマテリアルであるフッ化水素を製造し、ここで副生した硫酸カルシウムを排水中のフッ素の固定化に使用するフッ素リサイクルシステムを提供する。
本発明の要旨は、フッ化水素を製造する際に副生する硫酸カルシウムをフッ素含有溶液中のフッ素の固定化に使用し、固定化により得られたフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造し、そこで副生する硫酸カルシウムを前記のフッ素含有溶液中のフッ素の固定化工程に供することを特徴とするフッ化水素の製造方法にある。
溶液中のフッ素の固定化処理に伴う産業廃棄物量をゼロにし得、同時に資源的に乏しい天然のフッ化カルシウム(蛍石)を使用しないでフッ素化学産業のキーマテリアルであるフッ化水素を低コストで製造し、ここで副生した硫酸カルシウムを排水中のフッ素の固定化に使用するフッ素リサイクルシステムを提供しうる。
本発明のフッ化水素の製造方法においては、フッ化水素を製造する際に副生する硫酸カルシウムをフッ素含有溶液中のフッ素の固定化に使用し、固定化により得られたフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造し、そこで副生する硫酸カルシウムを前記のフッ素含有溶液中のフッ素の固定化工程に供する。フッ素含有溶液としては特に制限されず、各種の製造プロセスから排出されるフッ素含有排水が好適に使用されうる。
フッ素の固定化に使用する硫酸カルシウムは、無水、半水もしくは2水石膏のいずれであってもよい。フッ素の固定化反応(CaSO4+2F−→CaF2+SO4 2−:式(2))が塩交換の固−液反応であり、しかも硫酸カルシウムの形状を保持したまま反応するので、硫酸カルシウムの平均粒径は200μm以下であるのが好適である。反応後のフッ化カルシウムの純度を高めることと濾過性を考慮すると10〜200μmが好適であり、そして30〜150μmがさらに好適である。しかし、200μmを超えてもフッ化カルシウムの含量が低下するだけであり、次のフッ化水素製造工程に使用するのに障害にはならない。
種々の粒度の無水石膏を用いてフッ化カルシウムへの転換率を比較すると、次のような結果が得られた。すなわち、篩を用いて各粒度に分級した無水石膏に対して、それぞれ1.3倍当量のフッ素を含有する溶液(フッ素濃度10,000ppm)と室温で1時間、攪拌して反応させたところ、粒径2,000μm以上で転換率37%;粒径2,000〜1,000μmで転換率43%;粒径1,000〜500μmで転換率49%;粒径250〜160μmで転換率87%;粒径160μm以下で転換率92%であった。
本発明において得られるフッ化カルシウムは、沈降性に優れ、通常の濾過手段で容易に脱水することができる。たとえば、実験室における通常の吸引濾過装置を用いて脱水すると、含水率25〜35%程度のフッ化カルシウムを得ることができる。さらに、遠心脱水機もしくはフィルタープレスを用いると含水率を15〜20%程度に容易に低減でき、通常のフッ素固定化処理で得られている含水率50〜60%と比較すると半分以下でありうる。得られるフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造するに際し、含水率40%以下のフッ化カルシウムを用いるのが好適であり、さらに好適には含水率25%以下である。
さらに、本発明において得られるフッ化カルシウムは、乾燥後(120℃、2時間)の灼熱減量(500℃、1時間)が、5%以下、好ましくは3%以下、通常2%前後であり、通常のフッ素固定化処理で得られているものが7〜10%であるのと差異がある。
このように、本発明において得られるフッ化カルシウムは、水分および灼熱減量が少ないために少ないエネルギーで乾燥でき、フッ化水素製造用原料として適している。
まず、嵩比重が蛍石と比較して1/2〜1/3程度と小さい。これは蛍石がほとんど結晶状態であるのに対して、多孔質なためである。このことはフッ化水素生成反応(CaF2+H2SO4→CaSO4+2HF:式(3))の反応性に良好な影響を及ぼす。
フッ化水素製造用原料に使用されている蛍石は、一般に、平均粒径50〜100μm程度の粉体で飛散防止のために約10%の水分を含ませた状態で全量を海外から輸入している。結晶性のよい蛍石と硫酸との反応は、蛍石の表面から徐々に進行し、生成した硫酸カルシウムで被覆されるために、十分に混和させた後にロータリーキルンを用いて400〜500℃の温度で、6〜8時間かけて行なわれるのが通常である。しかしながら、おおきな粒子は完全には反応しないで、芯部にフッ化カルシウムが残ることになる。
一方、本発明において得られるフッ化カルシウムは多孔質・多結晶体であり、上記の式(3)の反応が円滑に起こるので、通常200℃、1時間程度で反応が完結し、150℃以下でも可能である。このように、比較的温和な反応条件により、装置材料および反応器の選択の幅が拡がり、安価でコンパクトな装置の設計を可能にしうる。このように、本発明においては、固定化により得られたフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造するに際し、反応を通常250℃以下、好ましくは100〜200℃で行うことができる。使用するフッ化カルシウムの含量は高いほうが好ましいが、後述するように含量60%程度でも不純物の大部分が硫酸カルシウムであるので問題がない。
さらに、式(2)の反応により得られたフッ化カルシウムは、蛍石の主要不純物であるシリカ分をほとんど含有しないので、問題となる副生ケイフッ化水素酸を生成しない利点も有する。
使用する硫酸としては発煙硫酸、または発煙硫酸と硫酸の混合物が挙げられ、硫酸の量はフッ化カルシウムの含量に比例するが、フッ化カルシウム量に対し当量以下の硫酸を用いるのが好適である。過剰量の硫酸は生成した硫酸カルシウム中に残留するため無駄となり好ましくない。一方、当量より少ないと未反応のフッ化カルシウムが残るが、次のフッ素の固定化に供しうる。フッ化水素の回収率および装置の耐食性を高めるために、反応系に存在する水分を極力避けるのが好ましい。このため硫酸中の水分とフッ化カルシウムの灼熱減量に相当する水分量に見合う発煙硫酸を使用するか、もしくは予め発煙硫酸と硫酸を混合して10%程度の発煙硫酸を調製しておくのが好適である。このように、本発明においてはフッ化カルシウム量に対し当量〜0.8倍当量の硫酸を用いるのが最も好適である。
この反応で副生する硫酸カルシウムを主成分とする固形分は、フッ素含有溶液中のフッ素の固定化処理に使用するために、平均粒径200μm以下に粉砕するのが好ましい。粉砕は乾式、湿式のいずれであってもよい。また、反応性を高めるために、消石灰、水酸化ナトリウム等のアルカリ性物質を添加してフッ素含有溶液のpHを5〜9に調整するのが好適である。
以上のように、本発明によれば、フッ化水素製造時に副生する硫酸カルシウムをフッ素含有溶液中のフッ素の固定化に使用し、ここで得られたフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造し、副生した硫酸カルシウムを上記のフッ素含有溶液中のフッ素の固定化に使用するフッ素リサイクルシステムを提供しうる。その概要を図1に示す。
さらに、本発明においては、硫酸カルシウムをフッ素含有溶液と混合して、該溶液中のフッ素をフッ化カルシウムとして固定化して回収する方法において、硫酸カルシウムの粒径が10〜200μmであり、かつフッ素に対する硫酸カルシウムにおけるカルシウムのモル比(MCa/2MF)(ここで、MCa/はカルシウムのモル数;MFはフッ素のモル数)が0.8以上、1.2未満であることを特徴とする。モル比は好適には0.8以上、1.1未満である。
このような構成を採用することにより、各種のフッ素含有溶液からフッ素を粒径が比較的大きく濾過性が良好なフッ化カルシウムとして固定化して回収しうる。この方法は得られるフッ化カルシウムをフッ化水素の製造に使用しないで、中空糸膜、フィルタープレス等の膜を使用して回収する場合に特に有用である。
以下,実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
実施例1
フッ酸製造プラントにおいて副生した無水石膏を粉砕したもの(平均粒径65μm)1,000gと無機フッ化物合成排水(フッ素濃度8,800ppm)40kgを、攪拌器を備えた50Lのポリエチレン製反応容器に入れ、1時間攪拌後、暫く固形物を沈降させた後、上澄み液を除き、吸引濾過器を用いて脱水し、固形物820gを回収した。120℃に設定した温風乾燥機にて2時間乾燥後(乾燥減量26.5%)して、固形物(灼熱減量1.7%、フッ化カルシウム含量87.8%、硫酸カルシウム含量10.5%)603gを得た。この際、処理水のフッ素濃度は1,700ppmに下がっていた。
実施例2
実施例1で得た固形物(灼熱減量1.7%、フッ化カルシウム含量87.8%、硫酸カルシウム含量10.5%)250.5gを図2のフッ素樹脂PFA製の容器(1)に入れ、反応器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する98%硫酸285.9gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロート(2)に秤取り、図2に示すようにセットした(Aはフッ化カルシウム、Bは硫酸、Cはシリコンオイル、そしてDは氷/食塩)。硫酸をゆっくり滴下し、硫酸がフッ化カルシウムと十分に馴染んだことを確認してから、徐々にオイルバス(3)の温度を上げ、3時間かけて180℃まで昇温させた((4)はフッ素樹脂PFA製冷却器)。この時点で反応は完結しており、92.5gのフッ化水素がフッ素樹脂PFA製のフッ化水素回収トラップ(5)に溜まっていた(回収収率82.2%)((6)はデュワー瓶)。反応容器を冷却後、中から固形物433.9gを回収した。
実施例1
フッ酸製造プラントにおいて副生した無水石膏を粉砕したもの(平均粒径65μm)1,000gと無機フッ化物合成排水(フッ素濃度8,800ppm)40kgを、攪拌器を備えた50Lのポリエチレン製反応容器に入れ、1時間攪拌後、暫く固形物を沈降させた後、上澄み液を除き、吸引濾過器を用いて脱水し、固形物820gを回収した。120℃に設定した温風乾燥機にて2時間乾燥後(乾燥減量26.5%)して、固形物(灼熱減量1.7%、フッ化カルシウム含量87.8%、硫酸カルシウム含量10.5%)603gを得た。この際、処理水のフッ素濃度は1,700ppmに下がっていた。
実施例2
実施例1で得た固形物(灼熱減量1.7%、フッ化カルシウム含量87.8%、硫酸カルシウム含量10.5%)250.5gを図2のフッ素樹脂PFA製の容器(1)に入れ、反応器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する98%硫酸285.9gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロート(2)に秤取り、図2に示すようにセットした(Aはフッ化カルシウム、Bは硫酸、Cはシリコンオイル、そしてDは氷/食塩)。硫酸をゆっくり滴下し、硫酸がフッ化カルシウムと十分に馴染んだことを確認してから、徐々にオイルバス(3)の温度を上げ、3時間かけて180℃まで昇温させた((4)はフッ素樹脂PFA製冷却器)。この時点で反応は完結しており、92.5gのフッ化水素がフッ素樹脂PFA製のフッ化水素回収トラップ(5)に溜まっていた(回収収率82.2%)((6)はデュワー瓶)。反応容器を冷却後、中から固形物433.9gを回収した。
回収した固形物をすりつぶして200μm以下にし、その内353.2gと無機フッ化物合成排水(フッ素濃度12,000ppm)10kgを10Lの攪拌器を備えたポリエチレン製反応容器に入れて攪拌した。スラリー液のpHを中性にするために25.1%の水酸化ナトリウム水溶液を81.5g加えた。1時間後、攪拌を止めて暫く固形物を沈降させた後、上澄液を除き、吸引濾過器を用いて脱水し、固形物337.8gを回収した。120℃に設定した温風乾燥機にて2時間乾燥(乾燥減量32.1%)して固形物(灼熱減量2.1%、フッ化カルシウム含量90.8%、硫酸カルシウム含量7.1%)229.3gを得た。
実施例3
実施例2と同様の方法で回収した固形物をすりつぶさないで同様にフッ素の固定化を行った。得られた固形物中のフッ化カルシウム含量は56%であった。
実施例4
フッ化カルシウム含量の低い固形物(灼熱減量2.3%、フッ化カルシウム含量58.0%、硫酸カルシウム含量39.7%)300.1gをフッ素樹脂PFA製の容器に入れ、反応器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する98%硫酸233.3gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロートに秤取り、図2に示すようにセットした。硫酸をゆっくり滴下し、硫酸がフッ化カルシウムと十分に馴染んだことを確認してから、徐々にオイルバスの温度を上げ、3時間かけて180℃まで昇温させた。この時点で反応は完結しており、58.9gのフッ化水素がフッ素樹脂PFA製のフッ化水素回収トラップに溜まっていた(回収収率66.1%)。反応容器を冷却後、中から固形物460.5gを回収した。
実施例3
実施例2と同様の方法で回収した固形物をすりつぶさないで同様にフッ素の固定化を行った。得られた固形物中のフッ化カルシウム含量は56%であった。
実施例4
フッ化カルシウム含量の低い固形物(灼熱減量2.3%、フッ化カルシウム含量58.0%、硫酸カルシウム含量39.7%)300.1gをフッ素樹脂PFA製の容器に入れ、反応器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する98%硫酸233.3gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロートに秤取り、図2に示すようにセットした。硫酸をゆっくり滴下し、硫酸がフッ化カルシウムと十分に馴染んだことを確認してから、徐々にオイルバスの温度を上げ、3時間かけて180℃まで昇温させた。この時点で反応は完結しており、58.9gのフッ化水素がフッ素樹脂PFA製のフッ化水素回収トラップに溜まっていた(回収収率66.1%)。反応容器を冷却後、中から固形物460.5gを回収した。
回収した固形物をすりつぶして200μm以下にし、その内350.1gと無機フッ化物合成排水(フッ素濃度12,000ppm)10kgを10Lの攪拌器を備えたポリエチレン製反応容器に入れて攪拌した。スラリー液のpHを中性にするために25.1%の水酸化ナトリウム水溶液を92.0g加えた。1時間後、攪拌を止めて暫く固形物を沈降させた後、上澄液を除き、吸引濾過器を用いて脱水し、固形物375.1gを回収した。120℃に設定した温風乾燥機にて2時間乾燥(乾燥減量28.2%)して固形物(灼熱減量2.3%、フッ化カルシウム含量91.6%、硫酸カルシウム含量7.1%)269.2gを得た。
実施例5
実施例1で得た固形物(灼熱減量1.7%、フッ化カルシウム含量87.8%、硫酸カルシウム含量10.5%)252.3gをフッ素樹脂PFA製の容器に入れ、反応器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する5%発煙硫酸(硫酸と25%発煙硫酸を混ぜて調製したもの)278.3gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロートに秤取り、図2に示すようにセットした。5%発煙硫酸をゆっくり滴下し、硫酸がフッ化カルシウムと十分に馴染んだことを確認してから、徐々にオイルバスの温度を上げ、3時間かけて180℃まで昇温させた。この時点で反応は完結しており、105.2gのフッ化水素がフッ素樹脂PFA製のフッ化水素回収トラップに溜まっていた(回収収率92.6%)。反応容器を冷却後、中から固形物418.9gを回収した。
実施例5
実施例1で得た固形物(灼熱減量1.7%、フッ化カルシウム含量87.8%、硫酸カルシウム含量10.5%)252.3gをフッ素樹脂PFA製の容器に入れ、反応器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する5%発煙硫酸(硫酸と25%発煙硫酸を混ぜて調製したもの)278.3gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロートに秤取り、図2に示すようにセットした。5%発煙硫酸をゆっくり滴下し、硫酸がフッ化カルシウムと十分に馴染んだことを確認してから、徐々にオイルバスの温度を上げ、3時間かけて180℃まで昇温させた。この時点で反応は完結しており、105.2gのフッ化水素がフッ素樹脂PFA製のフッ化水素回収トラップに溜まっていた(回収収率92.6%)。反応容器を冷却後、中から固形物418.9gを回収した。
回収した固形物をすりつぶして200μm以下にし、その内350.6gと無機フッ化物合成排水(フッ素濃度12,000ppm)10kgを10Lの攪拌器を備えたポリエチレン製反応容器に入れて攪拌した。スラリー液のpHを中性にするために25.1%の水酸化ナトリウム水溶液を20.4g加えた。1時間後、攪拌を止めて暫く固形物を沈降させた後、上澄液を除き、吸引濾過器を用いて脱水し、固形物287.2gを回収した。120℃に設定した温風乾燥機にて2時間乾燥(乾燥減量26.8%)して固形物(灼熱減量2.1%、フッ化カルシウム含量91.6%、硫酸カルシウム含量6.3%)210.2gを得た。
実施例6
硫酸カルシウムと無機フッ素化合物合成排液の処理により得られた固形物(灼熱減量1.8%、フッ化カルシウム含量91.2%、硫酸カルシウム含量7.0%)7,003gを攪拌機、スチームジャケット、温度計等を備えたハステロイC22製の10L反応容器(11)に入れ、反応容器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する5%発煙硫酸(硫酸と25%発煙硫酸を混ぜて調製したもの)8,034gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロート(12)に秤取り、図3に示すようにセットした(Aはフッ化カルシウム、Bは硫酸)。攪拌しながら5%発煙硫酸をゆっくり滴下した後、ジャケット部(13)にスチームを流して徐々に温度を上げた。約3時間かけて内温を150℃まで昇温させた((14)はSUS316製冷却器)。この時点で反応は完結しており、2,997gのフッ化水素がSUS316製のフッ化水素回収トラップ(15)に溜まっていた(回収収率91.5%)。反応容器を冷却後、中から固形物11,922gを回収した。
実施例6
硫酸カルシウムと無機フッ素化合物合成排液の処理により得られた固形物(灼熱減量1.8%、フッ化カルシウム含量91.2%、硫酸カルシウム含量7.0%)7,003gを攪拌機、スチームジャケット、温度計等を備えたハステロイC22製の10L反応容器(11)に入れ、反応容器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する5%発煙硫酸(硫酸と25%発煙硫酸を混ぜて調製したもの)8,034gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロート(12)に秤取り、図3に示すようにセットした(Aはフッ化カルシウム、Bは硫酸)。攪拌しながら5%発煙硫酸をゆっくり滴下した後、ジャケット部(13)にスチームを流して徐々に温度を上げた。約3時間かけて内温を150℃まで昇温させた((14)はSUS316製冷却器)。この時点で反応は完結しており、2,997gのフッ化水素がSUS316製のフッ化水素回収トラップ(15)に溜まっていた(回収収率91.5%)。反応容器を冷却後、中から固形物11,922gを回収した。
回収した固形物をすりつぶして200μm以下にし、その全量を無機フッ化物合成排水(フッ素濃度12,000ppm)300Lを500Lの攪拌器を備えたポリエチレン製反応容器に入れて攪拌した。スラリー液のpHを中性にするために20%の水酸化カルシウム水溶液を670g加えた。1時間後、攪拌を止めて暫く固形物を沈降させた後、上澄液を除き、吸引濾過器を用いて脱水し、固形物8,498gを回収した。120℃に設定した温風乾燥機にて2時間乾燥(乾燥減量17.5%)して固形物(灼熱減量2.3%、フッ化カルシウム含量91.5%、硫酸カルシウム含量7.2%)7,011gを得た。
実施例7
実施例6で得られた固形物(灼熱減量2.3%、フッ化カルシウム含量91.5%、硫酸カルシウム含量7.2%)6,998gを攪拌機、スチームジャケット、温度計等を備えたハステロイC22製の10L反応容器に入れ、反応容器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する5%発煙硫酸(硫酸と25%発煙硫酸を混ぜて調製したもの)8,045gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロートに秤取り、図3に示すようにセットした。攪拌しながら5%発煙硫酸をゆっくり滴下した後、ジャケット部にスチームを流して徐々に温度を上げた。約3時間かけて内温を150℃まで昇温させた。この時点で反応は完結しており、2,969gのフッ化水素がSUS316製のフッ化水素回収トラップに溜まっていた(回収収率90.3%)。反応容器を冷却後、中から固形物11,908gを回収した。
実施例7
実施例6で得られた固形物(灼熱減量2.3%、フッ化カルシウム含量91.5%、硫酸カルシウム含量7.2%)6,998gを攪拌機、スチームジャケット、温度計等を備えたハステロイC22製の10L反応容器に入れ、反応容器に入れたフッ化カルシウムの理論量に相当する5%発煙硫酸(硫酸と25%発煙硫酸を混ぜて調製したもの)8,045gをフッ素樹脂PFA製の硫酸滴下ロートに秤取り、図3に示すようにセットした。攪拌しながら5%発煙硫酸をゆっくり滴下した後、ジャケット部にスチームを流して徐々に温度を上げた。約3時間かけて内温を150℃まで昇温させた。この時点で反応は完結しており、2,969gのフッ化水素がSUS316製のフッ化水素回収トラップに溜まっていた(回収収率90.3%)。反応容器を冷却後、中から固形物11,908gを回収した。
回収した固形物をすりつぶして200μm以下にし、その全量を無機フッ化物合成排水(フッ素濃度12,000ppm)300Lを500Lの攪拌器を備えたポリエチレン製反応容器に入れて攪拌した。スラリー液のpHを中性にするために20%の水酸化カルシウム水溶液を712g加えた。1時間後、攪拌を止めて暫く固形物を沈降させた後、上澄液を除き、吸引濾過器を用いて脱水し、固形物8,416gを回収した。120℃に設定した温風乾燥機にて2時間乾燥(乾燥減量16.8%)して固形物(灼熱減量2.0%、フッ化カルシウム含量92.2%、硫酸カルシウム含量5.8%)7,002gを得た。
溶液中のフッ素の固定化処理を効率的に行ない、同時に資源的に乏しい天然のフッ化カルシウム(蛍石)を使用しないでフッ素化学産業のキーマテリアルであるフッ化水素を製造し、ここで副生した硫酸カルシウムを排水中のフッ素の固定化に使用するフッ素リサイクルシステムを提供しうる。
1…反応器
2…滴下ロート
3…オイルバス
4…冷却器
5…回収トラップ
13…ジャケット部
2…滴下ロート
3…オイルバス
4…冷却器
5…回収トラップ
13…ジャケット部
Claims (11)
- フッ化水素を製造する際に副生する硫酸カルシウムをフッ素含有溶液中のフッ素の固定化に使用し、固定化により得られたフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造し、そこで副生する硫酸カルシウムを前記のフッ素含有溶液中のフッ素の固定化工程に供することを特徴とするフッ化水素の製造方法。
- フッ素の固定化に使用する硫酸カルシウムの平均粒径が200μm以下である請求項1記載のフッ化水素の製造方法。
- フッ素含有排水中のフッ素の固定化に際し、フッ素含有溶液のpHを5〜9に調整する請求項1もしくは2記載のフッ化水素の製造方法。
- 固定化により得られたフッ化カルシウムが、乾燥(120℃、2時間)後の灼熱(500℃、1時間)減量が5%以下である請求項1〜3のいずれか記載のフッ化水素の製造方法。
- 固定化により得られたフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造するに際し、反応を250℃以下で行う請求項1〜4のいずれか記載のフッ化水素の製造方法。
- 反応を100〜200℃で行う請求項5記載のフッ化水素の製造方法。
- 固定化により得られるフッ化カルシウムを硫酸と反応させてフッ化水素を製造するに際し、フッ化カルシウム量に対し当量以下の硫酸を用いる請求項1〜6のいずれか記載のフッ化水素の製造方法。
- フッ化カルシウム量に対し当量〜0.8倍当量の硫酸を用いる請求項7記載のフッ化水素の製造方法。
- 硫酸が、発煙硫酸、または発煙硫酸と硫酸の混合である請求項1〜8のいずれか記載のフッ化水素の製造方法。
- 粒径が10〜200μm硫酸カルシウムをフッ素含有溶液と混合して、該溶液中のフッ素をフッ化カルシウムとして固定化して回収する方法において、硫酸カルシウムの粒径が10〜200μmであり、かつフッ素に対する硫酸カルシウムにおけるカルシウムのモル比(MCa/2MF)(ここで、MCa/はカルシウムのモル数;MFはフッ素のモル数)が0.8以上、1.2未満であることを特徴とするフッ素の回収方法。
- モル比が0.8以上、1.1未満である請求項10記載の方法。
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