JP2006151734A

JP2006151734A - 超伝導非液体型高磁力発生装置を用いた連続式白色人工ゼオライト組成物の製造方法及び装置

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Publication number: JP2006151734A
Application number: JP2004343386A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Sakagami; 越朗坂上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】珪酸成分、アルミニウム成分を含有する廃液を有効資源として活用し、合成ゼオライトに匹敵する品質を有する白色人工ゼオライトを連続的に製造する方法、及びその装置を提供する。
【解決手段】アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ抽出液と珪酸富化材、もしくは珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ抽出液とアルミニウム富化材とを所定の珪礬比で混合したものを、超伝導非液体型高磁力発生装置内に連続的に導入し、強力磁力に曝して結晶化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、珪酸成分もしくはアルミニウム成分に富む廃棄物を再利用し、白色人工ゼオライト組成物を連続的に製造する方法及びその装置に関するものである。

従来より、人工ゼオライトを製造する方法としては、石炭灰やゴミ焼却灰等の焼却灰を用いてバッチ式の反応装置で行うものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、人工ゼオライトを連続的に製造する方法として、循環流動反応槽を用いた人工ゼオライトの製造装置が開示されている（例えば特許文献２参照）。。
特開平６−３２１５２号公報特開平１０−３２４５１８号公報

しかし、従来の人工ゼオライトは、種々の焼却灰を原料としているために未燃焼炭素を含有し、生成する人工ゼオライトも黒灰色であるため、用途も限定されていた。また、人工ゼオライトの製造装置に関しても、バッチ式のものでは製造時のゼオライト生成反応に時間がかかり、循環流動反応槽を用いた装置では、反応槽内の液温を反応温度まで加温するのに時間がかかり過ぎるという問題点があった。この問題点を解消するため、本件発明者によって、特開２００２−１９３６１３号公報に示す発明が提案されている。この発明は、アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ抽出液と珪酸付加材、もしくは珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ抽出液とアルミニウム富化材とを所定の珪礬比で混合したものを、８０〜１５０度Ｃに加熱した反応管内に連続的に導入し、流動させて水熱合成を行うものであるが、白色人工ゼオライトの生産能力、生産効率の点で充分な効果を上げることができなかった。
本発明は上記問題点を解決することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明は、アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液と珪酸付加材、もしくは珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液とアルミニウム富化材とを所定の珪礬比で混合したものを、超伝導非液体型高磁力発生装置の高磁力が作用する液体搬送路に連続的に導入し、該液体搬送路内を流動させて高磁力により結晶化反応させるものである。
また本発明は、アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液が、アルミニウム製品を製造する際のアルミ型枠のアルカリ洗浄廃液、またはアルマイト製造時のアルミスラッジのアルカリ溶出液、またはアルミニウムドロスのアルカリ溶出液であることを特徴とする。
また本発明は、珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液が、禾本科植物よりアルカリ溶出されたものであることを特徴とする。
また本発明は、アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液と珪酸付加材、もしくは珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液とアルミニウム富化材とを所定の珪礬比で添加した混合物を結晶化させる装置において、該混合物の搬送路に超伝導非液体型高磁力発生装置を備えることを特徴とするものである。

以上のごとく、本発明によれば、アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ抽出液と珪酸富化材、もしくは珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ抽出液とアルミニウム富化材とを所定の珪礬比で混合し、超伝導非液体型高磁力発生装置の強磁力に曝して反応させることにより、連続的に且つ効率的に白色人工ゼオライトを製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明にのべるアルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液とは、アルミニウム型枠のアルカリ洗浄廃液や、アルマイト製造時のアルミスラッジをアルカリ水溶液で溶出したもの、アルミニウムドロスよりアルミニウム成分をアルカリ溶出したものをいう。また、アルミニウム製品の製造工程で排出するアルミニウムの屑をアルカリ溶液に溶解させたものを用いてもよい。
アルミニウム型枠のアルカリ洗浄廃液としては、アルミサッシ、軸受、バルブ、精密工具、バルブ、線材、板材等のアルミニウム製品を製造する際の型枠をアルカリで洗浄した際に生じる廃液を例示する事ができる。

また、アルマイト製造時のアルミスラッジをアルカリ溶出したものとは、アルミニウムを陽極酸化して耐食性酸化皮膜を施すプロセスで生じるアルミニウム酸性廃液をアルカリで中和し、水溶性成分を分離して得た水酸化アルミニウムの沈殿ゲル、またはアルカリで中和した後、分離して得た沈殿物又はケーキ状物質にアルカリを添加することにより溶出したアルミン酸塩を含有する溶出液のことをいう。

本発明にのべる珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液とは、珪酸成分を含有する廃棄物中から珪酸成分をアルカリ水溶液で溶出したものをいう。
また、珪酸成分を含有する廃棄物としては、稲、麦、等の禾本科植物の籾殻、
植物体をあげることができる。
禾本科植物とは、単子葉植物の一科であり、竹類を除けばすべて草本である。
稲，麦，トウモロコシ，粟，稗，燕麦等の穀物は、すべてこの科に属し、農業上の重要な群である。又、ススキ，チガヤ等の様に雑草として広く世界に分布し、６００属1万種以上の種類が存在する。
禾本科植物の種子殻又は植物体には非晶質のシリカが含有されており、特に種子殻において、その含有割合が多い。該非晶質のシリカは、反応活性が高く、強アルカリ水溶液と混合し、加熱することによりアルカリ水溶液中に珪酸塩成分を溶出させることが可能である。

本発明にのべる珪酸富化材とは、珪酸成分に富む液状の素材のことをいい、本願発明では、反応時の実施のしやすさから、水ガラス３号を使用している。水ガラスは、一般式Ｎａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２・ｍＨ_２Ｏで表される珪酸ナトリウムのうち液状のものをいい、市販品ではｎ＝２〜４が主体であり、本願発明においてはＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏのモル比（ｎ）３．１の水ガラス３号を使用しているが、他の品位のものを用いてもよい。
本発明にのべるアルミニウム富化材とは、アルミニウム成分に富む液状の素材のことをいい、反応時の実施のしやすさから、アルミン酸ナトリウム水溶液を用いる。

本発明にのべる超伝導非液体型高磁力発生装置は、強力な磁力を発生する超伝導マグネットを備えている。超伝導物体を冷やしていくと、ある温度で抵抗がなくなり、完全導電性を有するようになる。この完全導電性を有することとなった超伝導物体をコイルに用いて電磁石としたものが超伝導マグネットである。従来、超伝導物体を冷却するのに液状ヘリウムを用いていたが、近年、高温超伝導体を用いて、液状ヘリウムを使用しないいわゆる無液冷型の超伝導マグネットが開発された。本装置はかかるドライマグネットを用い、装置の規模を小さく抑えることが可能となっている。この超伝導マグネットの強磁力が装置に形成された液体管路に作用し、この液体管路を通る廃液に作用して、磁力により該液体を無害化し、人工ゼオライトに結晶化させるものである。強力磁力に曝され生成するゼオライト組成物は数十ミクロンの大きさの微粒子であり、浮遊状態で反応液と共に超伝導非液体型高磁力発生装置の管内を移動する。

本発明にのべる白色人工ゼオライト組成物は、純白色を呈しており、品質的にも合成ゼオライトに匹敵するものである。前記の白色人工ゼオライト組成物の主成分は、原料の珪礬比（ケイ素とアルミニウムの原子比）によって変わり、主成分として生成するのは、ヒドロキシソーダライト、フィリップサイト、ホージャサイトなどである。また、主成分以外の成分としては、ゼオライトＡや触媒ゼオライトとして石油クラッキングで使用されるゼオライトＸ，ゼオライトＹなどを少量含むこともあり、非ゼオライト成分として、鉄分、その他の不純物、及びゼオライトに至るまでの中間生成物なども共存する。

前記白色人工ゼオライト組成物の合成反応時のアルカリ濃度としては、０．５〜４．５Ｎの範囲で実施可能であり、反応時の加熱は１７０度Ｃ〜３００度Ｃで実施可能であるが、本願発明においては、アルカリ濃度２〜４Ｎ，反応温度１７０度Ｃ〜３００度Ｃの反応条件でゼオライト合成を行っている。また、本願発明での白色人工ゼオライト組成物の合成反応は、拡散律速ではないので、反応が迅速に進み、反応所要時間は３分〜５分程度である。

本願発明の超伝導非液体型高磁力発生装置による連続式白色人工ゼオライト組成物の製造方法は、アルミン酸を含有するアルカリ抽出液と珪酸富化材、または、珪酸成分を含有するアルカリ抽出液とアルミニウム富化材を所定の珪礬比で配合した混合液を超伝導非液体型高磁力発生装置の中に設置され、超伝導マグネットの強力磁力が作用する管内に連続的に導入し、磁力反応させるものである。そのため、前記の混合液が管内を移動する間に白色人工ゼオライト組成物の合成が行われ、前記の混合液が管の排出口に至った時にはゼオライト合成が終了しているため、前記の混合液を、液体搬送管内に連続的に導入することにより白色人工ゼオライト組成物を連続合成することができる。

次に、本願発明の超伝導非液体型高磁力発生装置を用いた連続式白色人工ゼオライト組成物の製造装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本願発明の超伝導非液体型高磁力発生装置を用いた連続式白色人工ゼオライト組成物の製造装置の概略図であり、図中の矢印を附した実線部分は、装置の配管を意味するものであり、点線は、配線の接続を示すものである。

図１にて、１は回収してきた珪酸溶出液、または、アルミニウム溶出液をストックする為の貯留槽である。貯留槽１の排出部に螺合されたパイプＰａにはロータリーポンプ２が設置され、該ロータリーポンプ２によって、貯留槽１内の溶出液はパイプＰａを通じて、混合槽３に導入される。混合槽３は、回収してきた溶出液のアルカリ濃度、珪礬比を調整するためのもので、撹拌機４、液量センサー５、アルカリ濃度センサー６、珪酸濃度センサー７、アルミニウム濃度センサー８を備えている。

前記液量センサー５は、ロータリーポンプ２と連動しており、混合槽３内の液量を制御する。
アルカリ濃度センサー６は混合された溶出液のアルカリ濃度を制御するもので、アルカリ溶液槽９よりアルカリを供給するポンプ１０の液量を制御する液量調節バルブ１１と連動している。
珪酸濃度センサー７は、珪酸貯留槽１２より水ガラスを供給するポンプ１３の液量を制御する液量調節バルブ１４と連動している。
アルミニウム濃度センサー８は、アルミン酸ソーダ貯留槽１５よりアルミン酸ソーダを供給するポンプ１６の液量を制御する液量調節バルブ１７と連動している。

混合槽3で珪礬比、アルカリ濃度を調整された混合液はロータリーポンプ１８、流量調節バルブ１９で流量制御されながらパイプＰｂを経て、超伝導非液体型高磁力発生装置２０の液体搬送管２１に導入される。
超伝導非液体型高磁力発生装置２０の液体搬送管内で強力磁力に曝され、人工ゼオライトに結晶化させられた後、これより排出された人工ゼオライトと希アルカリ残液からなる混合液は、ロータリーポンプ２７によってパイプＰｄを経て固液分離機２８へ送られる。この固液分離機２８では、ゼオライト成分とアルカリ残液が分離され、ケーキ状のゼオライト成分はスクリューコンベア２９によって洗浄槽３０に搬送され、アルカリ残液は、パイプＰｅを経てアルカリ残液槽３１に回収される。

洗浄槽３０に搬送されたゼオライト成分は、ここで水洗され、ゼオライト成分はスクリューコンベア３２によって乾燥機３３に搬送され、乾燥されたゼオライト成分は、白色人工ゼオライトとして、製品貯留槽３４に回収される。また、洗浄槽３０で排出された洗浄廃液は、パイプＰｆを経て洗浄廃液槽３５で回収される。前記アルカリ残液槽３１と洗浄廃液槽３５で回収された廃液は濃縮器３６にて濃縮され、ポンプ３７によってパイプｐｇを経てアルカリ溶液槽９に送られる。

以上のような構成にて、アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ抽出液を用いて本装置を使用する場合には、先ず回収されたアルミニウム成分を含有する溶出液を貯留槽１に移す。次に、コンピュータ（図示せず）から、指令を発してロータリーポンプ２を稼動させ、所定量の溶出液を混合槽３に送る。混合槽３に送られた溶出液は、撹拌機４で撹拝されながら、アルミニウムセンサー８によってアルミニウム濃度が計測され、目的とする白色人工ゼオライト組成物の珪礬比比に合わせて、珪酸貯留槽12より水ガラスが前記の溶出液に供給される。

また、珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ抽出液を用いて本装置を使用する場合には、先ず回収された珪酸成分を含有する溶出液を貯留槽１に移す。次に、コンピュータ（図示せず）から、指令を発してロータリーポンプ2を稼動させ、所定量の溶出液を混合槽３に送る。混合槽３に送られた溶出液は、撹拌機４で撹拌されながら、珪酸濃度センサー7によって珪酸濃度が計測され、目的とする白色人工ゼオライトの珪礬比に合わせて、アルミン酸貯留槽１５よりアルミン酸ソーダが、前記の溶出液に供給される。

また、混合槽３には、液量センサー５、アルカリ濃度センサー６が設置されており、前記液量センサー５はロータリーポンプ２と連動されて、所定量の溶出液が混合槽３に導入される。
混合槽３で珪礬比、アルカリ濃度を調整された混合液は、コンピュータ（図示せず）によって管理されるロータリーポンプ１８、流量調節バルブ１９で流量制御されながら超伝導非液体型高磁力発生装置２０に導入される。

この時の溶出液流量は、予めコンピュータ（図示せず）でプログラムされており、この指令により、前記のロータリーポンプ１８、流量調節バルブ１９は流量制御しながら廃液を超伝導非液体型高磁力発生装置２０に導入する。廃液は超伝導非液体型高磁力発生装置２０内で強力磁力に曝され、超伝導非液体型高磁力発生装置２０より出るときには、ゼオライト化反応は既に終了されている。

ゼオライト化反応を終えた混合液は、ロータリーポンプ２７によって固液分離機２８に送られ、ゼオライト生成物と反応残液に分離される。ゼオライト生成物はスクリューコンベア２９によって洗浄槽３０に移送され、反応残液はアルカリ残液槽３１に送られる。前記の洗浄槽３０にて洗浄されたゼオライト組成物はスクリューコンベア３２によって乾燥機３３に移送された後、乾燥され、製品貯留槽３４に貯留される。

また、前記の洗浄槽３０より排出された洗浄廃液は洗浄廃液槽３５に導かれる。該、洗浄廃液槽３５に導かれた洗浄廃液と、前記のアルカリ残液槽３１に導かれた反応残液は、濃縮器３６に導入され、ここで濃縮された廃液はポンプ３７によってアルカリ溶液槽９に送られ、アルカリ溶液として再利用される。
次に、本発明の実施例を示す。

（実施例１）
アルミニウム濃度約１０ｇ／リットルのアルミサッシ型枠のアルカリ廃液（ア
ルカリとして水酸化ナトリウム使用）１００リットルを、本発明の装置を用いて下記の設定条件でゼオライト化反応を行った。
珪礬比：１．５（水ガラス３号添加量約９９リットル）
アルカリ濃度：２Ｎ水酸化ナトリウム水溶液。
超伝導非液体型高磁力発生装置への混合液流入速度：２ｍ／ｓｅｃ以上
反応温度：１７０度Ｃ〜３００度Ｃ
反応時間：混合液の超伝導非液体型高磁力発生装置反応管内滞在時間として３〜５分
反応終了後、乾燥した白色反応生成物を取り出し、Ｘ線回折法により同定を行った結果、ヒドロキシソーダライトを主体とする組成物であることが確認された。このヒドロキシソーダライトを主体とする組成物の陽イオン交換容量は、３５０ｃｍｏｌ（＋）ｋｇ^−１であった。

（実施例２）
アルミニウム濃度約１０ｇ／リットルのアルミサッシ型枠の廃液（アルカリとして水酸化ナトリウム使用）１００リットルを、本発明の装置を用いて下記の設定条件でゼオライト化反応を行った。
珪礬比：３．０（水ガラス３号添加量１９９９リットル）
アルカリ濃度：４Ｎ水酸化ナトリウム水溶液
超伝導非液体型高磁力発生装置への混合液流入速度：２ｍ／ｓｅｃ以上
反応温度：１７０度Ｃ〜３００度Ｃ
反応時間：混合液の反応超伝導非液体型高磁力発生装置内滞在時間として３乃至５分
反応終了後、乾燥した白色反応生成物を取り出し、Ｘ線回折法により同定を行った結果、フイリップサイトを主体とする組成物であることが確認された。このフィリップサイトを主体とする組成物の陽イオン交換容量は、３５０ｃｍｏｌ（＋）ｋｇであった。

（実施例３）
アルマイト製造プロセスにおける藤酸の酸性廃液に４Ｎの水酸化ナトリウムを加えて中和し、得られたアルミニウムの沈殿ゲルを加熱乾燥したもの１０００ｇを水酸化ナトリウム水溶液１００リットルに溶解し、アルカリ濃度を約４Ｎとした後、本発明の装置を用いて下記の設定条件でゼオライト化反応を行った。
珪礬比：３．０（水ガラス添加量６９リットル）
アルカリ濃度：３Ｎ水酸化ナトリウム水溶液
超伝導非液体型高磁力発生装置への混合液流入速度：２ｍ／ｓｅｃ以上
反応温度：１７０度Ｃ〜３００度Ｃ
反応時間：混合液の超伝導非液体型高磁力発生装置内滞在時間として３乃至５分
反応終了後、乾燥した白色反応生成物を取り出し、Ｘ線回折法により同定を行った結果、フォージャサイトを主体とする組成物であることが確認された。このフォージャサイトを主体とする組成物の陽イオン交換容量は、３５０ｃｍｏｌ（＋）ｋｇ^−１であった。

（実施例４）
シリカの含有量が３０ｇ／リットルである稲の植物体のアルカリ抽出液（水酸化ナトリウム水溶液）２０リットルと２０５モル／リットルのアルミン酸ナトリウム水溶液１リットルを混合し、本発明の装置を用いて下記の設定条件でゼオライト化反応を行った。
珪礬比：４．０
アルカリ濃度：４Ｎ水酸化ナトリウム水溶液
超伝導非液体型高磁力発生装置への混合液流入速度：２ｍ／ｓｅｃ以上
反応温度：１７０度Ｃ〜３００度Ｃ
反応時間：混合液の反応超伝導非液体型高磁力発生装置管内滞在時間として３〜５分
反応終了後、乾煉した白色反応生成物を取り出し、Ｘ線回折法により同定を行った結果、ゼオライトＸを主体とする組成物であることが確認された。このゼオライトＸを主体とする組成物の陽イオン交換容量は、３５０ｃｍｏｌ（＋）ｋｇ^−１であった。

アルミニウム濃度が約２９．５ｇ／リットルのアルミドロスのアルカリ抽出液（アルカリとして水酸化ナトリウム使用）１０リットルを、本発明の装置を用いて下記の設定条件でゼオライト化反応を行った。
珪礬比：３．０（水ガラス３号添加量約５８リットル）
アルカリ濃度：４Ｎ水酸化ナトリウム水溶液
超伝導非液体型高磁力発生装置への混合液流入速度：２ｍ／ｓｅｃ以上
反応温度：１７０度Ｃ〜３００度Ｃ
反応時間：混合液の反応超伝導非液体型高磁力発生装置管内滞在時間として３〜５分
反応終了後、乾煉した白色反応生成物を取り出し、Ｘ線回折法により同定を行った結果、ＮａＰｌを主体とする組成物であることが確認された。このＮａＰｌを主体とする組成物の陽イオン交換容量は、３５０ｃｍｏｌ（＋）ｋｇ^−１であった。

本発明の超伝導非液体型高磁力発生装置を用いた連続式白色人工ゼオライトの製造装置の概略図である。

符号の説明

１貯留槽
２ロータリーポンプ
３混合槽
４撹拌機
５液量センサー
６アルカリ濃度センサー
７珪酸濃度センサー
８アルミニウム濃度センサー
９アルカリ溶液槽
１０ポンプ
１１液量調節バルブ
１２珪酸貯留槽
１３ポンプ
１４液量調節バルブ
１５アルミン酸ソーダ貯留槽
１６ポンプ
１７液量調節バルブ
１８ロータリーポンプ
１９液量調節バルブ
２０超伝導非液体型高磁力発生装置
２１液体搬送管
２７ロータリーポンプ
２８固液分離機
２９スクリューコンベア
３０洗浄槽
３１アルカリ残液槽
３２スクリューコンベア
３３乾燥機
３４製品貯留槽
３５洗浄廃液槽
Ｐａパイプ
３６濃縮器
Ｐｂパイプ
Ｐｄパイプ
Ｐｅパイプ
Ｐｆパイプ
Ｐｇパイプ

Claims

アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液と珪酸付加材、もしくは珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液とアルミニウム富化材とを所定の珪礬比で混合したものを、超伝導非液体型高磁力発生装置の高磁力が作用する液体搬送路に連続的に導入し、該液体搬送路内を流動させて高磁力により結晶化反応させることを特徴とする超伝導非液体型高磁力発生装置を用いた連続式白色人工ゼオライト組成物の製造方法。
アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液が、アルミニウム製品を製造する際のアルミ型枠のアルカリ洗浄廃液、またはアルマイト製造時のアルミスラッジのアルカリ溶出液、またはアルミニウムドロスのアルカリ溶出液である請求項１記載の超伝導非液体型高磁力発生装置を用いた連続式白色人工ゼオライト組成物の製造方法。
珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液が、禾本科植物よりアルカリ溶出されたものである請求項１記載の超伝導非液体型高磁力発生装置を用いた連続式白色人工ゼオライト組成物の製造方法。
アルミニウム成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液と珪酸付加材、もしくは珪酸成分を含有する廃棄物のアルカリ溶出液とアルミニウム富化材とを所定の珪礬比で添加した混合物を結晶化させる装置において、該混合物の搬送路に超伝導非液体型高磁力発生装置を備えることを特徴とする連続式白色人工ゼオライト組成物の製造装置。