JP2007051022A - Hydrotalcite-like compound, its manufacture method, and anion remover - Google Patents
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本発明は、カルシウムカーバイド製造用電炉から発生したダストを原料としたハイドロタルサイト様化合物及びその製造方法並びに陰イオン除去剤に関するものである。 The present invention relates to a hydrotalcite-like compound using dust generated from an electric furnace for producing calcium carbide as a raw material, a production method thereof, and an anion removing agent.
カルシウムカーバイド製造用電炉から発生したダストは、産業廃棄物として埋め立て処分されたり、セメント原料の一部や脱硫促進剤の原料として利用されている(特許文献1、2)。また、鋳鉄溶鉱炉から排出された溶解ダストからハイドロタルサイト様化合物を製造する方法が開示されている(特許文献3)。
本発明は、カルシウムカーバイド製造用電炉から発生したダストを原料として製造したハイドロタルサイト様化合物及びその製造方法並びに陰イオン除去剤を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydrotalcite-like compound produced using dust generated from an electric furnace for producing calcium carbide as a raw material, a production method thereof, and an anion remover.
すなわち、本発明は、(1)カルシウムカーバイド製造用電炉から発生したダストを原料として製造したハイドロタルサイト様化合物、(2)カルシウムカーバイド製造用電炉から発生したダストを酸処理して酸可溶性の金属成分を抽出する抽出工程と、酸可溶性の金属成分を含む溶液にアルミニウムイオンを添加し、pHを調整して生成物を沈殿させる沈殿工程を備えることを特徴とするハイドロタルサイト様化合物の製造方法、(3) (2)の製造方法により製造してなるハイドロタルサイト様化合物、(4)(1)または(3)のハイドロタルサイト様化合物を含有する陰イオン除去剤、である。 That is, the present invention includes (1) a hydrotalcite-like compound produced using dust generated from an electric furnace for producing calcium carbide as a raw material, and (2) an acid-soluble metal obtained by acid treatment of dust produced from an electric furnace for producing calcium carbide. A method for producing a hydrotalcite-like compound comprising: an extraction step of extracting components; and a precipitation step of adding aluminum ions to a solution containing an acid-soluble metal component and adjusting the pH to precipitate the product. (3) Hydrotalcite-like compound produced by the production method of (2), (4) An anion remover containing the hydrotalcite-like compound of (1) or (3).
本発明により、カルシウムカーバイド製造用電炉から発生したダストを原料としてハイドロタルサイト様化合物が製造できる。また、前記ハイドロタルサイト様化合物は、優れた陰イオン除去剤となる。 According to the present invention, a hydrotalcite-like compound can be produced using dust generated from an electric furnace for producing calcium carbide as a raw material. The hydrotalcite-like compound is an excellent anion removing agent.
本発明のハイドロタルサイト様化合物は、組成式が[M2+ 1−xM3+ x(OH)2][An− x/n・nH2O]で表され、層状複水酸化物とも呼ばれる化合物である。ここでM2+及びM3+は、それぞれ2価及び3価の金属であり、An−はn価の陰イオンを表す。ハイドロタルサイト様化合物は、水酸化物層からなるホスト層と陰イオン及び層間水からなるゲスト層が交互に積み重なった構造からなっている。通常、ホスト層の2価及び3価金属イオンの置換割合(n)により、ホスト層の正電荷量が変化し、それをゲスト層の陰イオンが補償するような構造になっている。このゲスト層の陰イオンは、ハイドロタルサイト様化合物を浸漬した溶液中の他の陰イオンによって交換可能なことから、無機イオン交換体として知られている。 Hydrotalcite-like compounds of the present invention, the composition formula is represented by [M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2] [A n- x / n · nH 2 O], also called layered double hydroxides A compound. Here M 2+ and M 3+ are divalent and trivalent metals respectively, A n-represents an n-valent anion. The hydrotalcite-like compound has a structure in which a host layer composed of a hydroxide layer and a guest layer composed of an anion and interlayer water are alternately stacked. Usually, the positive charge amount of the host layer changes depending on the substitution ratio (n) of divalent and trivalent metal ions in the host layer, and the anion in the guest layer compensates for this. The anion of the guest layer is known as an inorganic ion exchanger because it can be exchanged with other anions in a solution in which a hydrotalcite-like compound is immersed.
また、ハイドロタルサイト様化合物は、ホスト層を構成する金属イオン種やゲスト層を構成する陰イオン種を合成時に変化させることにより、その陰イオン交換性を変化させることが可能である。このゲスト層を構成する2価の金属としては、マグネシウム、亜鉛、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、カルシウム等があり、中でもマグネシウムが好ましい。3価の金属としてはアルミニウム、鉄、クロム等があり、中でもアルミニウムが好ましい。なお、対象とする陰イオンとしてリン酸、ハロゲン、硝酸、亜硝酸、炭酸、硫酸、ヒ酸、亜ヒ酸、クロム酸、水酸化物イオン等があげられる。
従って、ハイドロタルサイト様化合物は、陰イオン除去剤として使用することができる。
Moreover, the hydrotalcite-like compound can change the anion exchange property by changing the metal ion species constituting the host layer and the anion species constituting the guest layer at the time of synthesis. Examples of the divalent metal constituting the guest layer include magnesium, zinc, cobalt, nickel, copper, manganese, calcium, and the like. Among these, magnesium is preferable. Examples of the trivalent metal include aluminum, iron, chromium, and the like. Among these, aluminum is preferable. The target anions include phosphoric acid, halogen, nitric acid, nitrous acid, carbonic acid, sulfuric acid, arsenic acid, arsenous acid, chromic acid, hydroxide ions, and the like.
Accordingly, the hydrotalcite-like compound can be used as an anion removing agent.
本発明は、カルシウムカーバイドを製造する電炉から発生したダスト(以下、本ダストという)であり、例えば、カルシウムカーバイド製造用電炉や、それに付設した原料供給ライン等の付帯設備から発生したダストをいう。本ダストは、例えば、カルシウムカーバイド製造用電炉から排出される排ガスを外気と遮断し、煙道を通じて、バックフィルターや沈殿槽等に導き、除塵や分離を行う際に回収することにより得られる。
本ダストの主成分としては、炭素、カルシウム化合物、マグネシウム化合物、マンガン化合物等である。また、本発明に使用する本ダストの平均粒子径は、0.01〜0.5μmの範囲のものが好ましい。
The present invention is dust generated from an electric furnace for producing calcium carbide (hereinafter referred to as the present dust), for example, dust generated from an auxiliary equipment such as an electric furnace for producing calcium carbide and a raw material supply line attached thereto. This dust is obtained, for example, by shutting off exhaust gas discharged from the calcium carbide manufacturing electric furnace from outside air, guiding it through a flue to a back filter, a sedimentation tank or the like, and collecting it when dust is removed or separated.
The main components of the dust are carbon, calcium compound, magnesium compound, manganese compound and the like. The average particle size of the dust used in the present invention is preferably in the range of 0.01 to 0.5 μm.
本ダストを原料としたハイドロタルサイト様化合物の製造方法は、例えば、以下の通りである。
本ダストを酸処理して酸可溶性の金属成分を抽出する抽出工程と、酸可溶性の金属成分を含む溶液にアルミニウムイオンを添加し、pHを調整して生成物を沈殿させる沈殿工程からなるものである。
A method for producing a hydrotalcite-like compound using the dust as a raw material is as follows, for example.
It consists of an extraction process to extract the acid-soluble metal component by acid treatment of this dust, and a precipitation process to add aluminum ions to the solution containing the acid-soluble metal component and adjust the pH to precipitate the product. is there.
抽出工程では、本ダストを酸で処理することにより、カルシウム、マグネシウム及びマンガン等といった酸可溶性の金属成分が抽出され、酸可溶性の金属成分を含む溶液が得られる。酸としては、塩酸、硫酸及び硝酸等の無機酸や、クエン酸、リンゴ酸及び酢酸等の有機酸等が挙げられる。 In the extraction step, the dust is treated with an acid to extract acid-soluble metal components such as calcium, magnesium and manganese, and a solution containing the acid-soluble metal component is obtained. Examples of the acid include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid, and organic acids such as citric acid, malic acid, and acetic acid.
沈殿工程では、酸可溶性の金属成分を含む溶液にアルミニウムイオンを添加し、pHを好ましくは8以上、より好ましくは9以上に調整することにより、ハイドロタルサイト様化合物を沈殿、生成できる。アルミニウムイオンを添加に用いるアルミニウムイオン供給用溶液としては、例えば、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム及びアルミン酸ナトリウムの水溶液等が挙げられる。中でも、本ダストから金属成分を抽出する際に用いた酸と同じ陰イオンを含有するアルミニウム塩の水溶液がより望ましい。pHを調整に用いるpH調整用の溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウム等のアルカリが例示される。 In the precipitation step, a hydrotalcite-like compound can be precipitated and produced by adding aluminum ions to a solution containing an acid-soluble metal component and adjusting the pH to preferably 8 or more, more preferably 9 or more. Examples of the aluminum ion supply solution that uses aluminum ions for addition include aqueous solutions of aluminum chloride, polyaluminum chloride, aluminum sulfate, aluminum nitrate, and sodium aluminate. Among these, an aqueous solution of an aluminum salt containing the same anion as the acid used when extracting the metal component from the present dust is more desirable. Examples of the pH adjusting solution used for adjusting the pH include alkalis such as sodium hydroxide, sodium carbonate, calcium hydroxide, and magnesium hydroxide.
沈殿工程で生成されたハイドロタルサイト様化合物は、濾紙やフィルターを用いて濾別し、乾燥することにより、例えば、陰イオン除去剤、制酸剤、又は、難燃剤等の樹脂用添加剤として使用できる。ハイドロタルサイト様化合物を、500℃以上と高い温度で乾燥することにより、酸化物とし、陰イオン吸着剤として排水処理等にも利用できる。 The hydrotalcite-like compound produced in the precipitation step is filtered off using a filter paper or filter and dried, for example, as an additive for resins such as an anion remover, antacid, or flame retardant Can be used. The hydrotalcite-like compound is dried at a temperature as high as 500 ° C. or more to form an oxide, which can be used as an anion adsorbent for wastewater treatment and the like.
「実施例1」
カルシウムカーバイド製造用電炉から排出される排ガスを外気と遮断し、煙道を通じて、バックフィルターに導き、除塵することにより、本ダスト(平均粒子径0.35μm:レーザー式粒径分布測定器で測定)を得た。本ダストを105℃の乾燥機で24時間乾燥し、走査型蛍光X線分析装置(XRF:リガク社製ZSX100e)で成分を測定したところ、酸化カルシウム24.8質量%、酸化マグネシウム10.7質量%、酸化マンガン0.8質量%、その他63.7質量%という結果が得られた。
"Example 1"
This dust (average particle size 0.35μm: measured with a laser particle size distribution measuring instrument) is obtained by blocking the exhaust gas discharged from the calcium carbide manufacturing furnace from the outside air, guiding it to the back filter through the flue, and removing the dust. Got. This dust was dried with a dryer at 105 ° C. for 24 hours, and the components were measured with a scanning X-ray fluorescence analyzer (XRF: ZSX100e manufactured by Rigaku Corporation). As a result, 24.8% by mass of calcium oxide and 10.7% by mass of magnesium oxide were obtained. %, Manganese oxide 0.8% by mass, and other 63.7% by mass.
本ダスト50gを1モル/Lの塩酸500mLに溶解させ、不溶分を孔径0.2μmのメンブランフィルターを用いて取り除き、酸可溶の金属成分を抽出し、抽出液とした。 50 g of this dust was dissolved in 500 mL of 1 mol / L hydrochloric acid, the insoluble matter was removed using a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, and an acid-soluble metal component was extracted to obtain an extract.
前記抽出液50mLに0.1モル/Lの塩化アルミニウム溶液を21.5mL加えたところ、白色の沈殿物が生成した。なお、塩化アルミニウム溶液を加える時には、0.1モル/Lの水酸化ナトリウム溶液も用い、反応温度を58〜62℃に調整し、反応液のpHが9.5〜10.5になるように調整した。 When 21.5 mL of 0.1 mol / L aluminum chloride solution was added to 50 mL of the extract, a white precipitate was formed. When adding the aluminum chloride solution, a 0.1 mol / L sodium hydroxide solution is also used, the reaction temperature is adjusted to 58 to 62 ° C., and the pH of the reaction solution is adjusted to 9.5 to 10.5. It was adjusted.
前記沈殿物を室温にて1時間静置、熟成を行った後、濾紙で濾過、水洗、乾燥して生成物を得た。本生成物の結晶構造をX線回折装置(XRD:リガク社製MultiFlex、測定条件:Cu Kα、40kV,40mA)にて解析したところ、図1のようにハイドロタルサイト様化合物であることが確認された。図中の○はハイドロタルサイトのピークを示す。さらに、XRFにて組成分析を実施したところ、表1に示す結果となり、2価の金属としてMgとMn、3価の金属としてAlから構成されたホスト層を持つハイドロタルサイト様化合物であることが確認された。また、ゲスト層として塩素イオンを含み、その他に水酸化物イオンを含有しているものと考えられた。 The precipitate was allowed to stand at room temperature for 1 hour and aged, then filtered through filter paper, washed with water, and dried to obtain a product. When the crystal structure of this product was analyzed with an X-ray diffractometer (XRD: Rigaku MultiFlex, measurement conditions: Cu Kα, 40 kV, 40 mA), it was confirmed to be a hydrotalcite-like compound as shown in FIG. It was done. The circles in the figure indicate hydrotalcite peaks. Furthermore, when the composition analysis was conducted by XRF, the results shown in Table 1 were obtained, and the hydrotalcite-like compound had a host layer composed of Mg and Mn as the divalent metal and Al as the trivalent metal. Was confirmed. In addition, it was considered that the guest layer contained chlorine ions, and also contained hydroxide ions.
さらに、市販のリン酸二水素ナトリウムを純水に溶解させてリン酸(PO4 2−)イオン濃度32ppmの溶液を調製し、本試料液50mLに前記合成ハイドロタルサイト様化合物50mgを投入し、20℃で2時間撹拌させた。撹拌後、孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過し、濾液中のリン酸イオン濃度をイオンクロマトグラフ(島津製作所社製パーソナルイオンアナライザ PIA−1000)にて測定し、リン酸イオン吸着性を調べた。その結果、表2に示したように、本合成ハイドロタルサイト様化合物でリン酸イオン濃度の低下が認められ、陰イオン除去剤としての効果が確認された。 Furthermore, commercially available sodium dihydrogen phosphate was dissolved in pure water to prepare a solution having a phosphoric acid (PO 4 2− ) ion concentration of 32 ppm, and 50 mg of the synthetic hydrotalcite-like compound was added to 50 mL of this sample solution, The mixture was stirred at 20 ° C. for 2 hours. After stirring, the mixture was filtered through a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, and the phosphate ion concentration in the filtrate was measured with an ion chromatograph (personal ion analyzer PIA-1000 manufactured by Shimadzu Corporation) to examine phosphate ion adsorptivity. . As a result, as shown in Table 2, the synthetic hydrotalcite-like compound showed a decrease in phosphate ion concentration, confirming the effect as an anion remover.
「実施例2」
実施例1の抽出液50mLに0.1モル/Lの塩化アルミニウム溶液を32.0mL加えたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、沈殿物を得た。沈殿物をXRD及びXRFにより確認したところ、実施例1と同様にハイドロタルサイト様化合物であることを確認した。また、実施例1と同様にリン酸溶液を用いてリン酸イオン除去効果を調べたところ、表2に示したように、リン酸イオンはイオンクロマトグラフの検出下限以下であり、本ハイドロタルサイト様化合物のリン酸イオン除去効果が確認された。
"Example 2"
A precipitate was obtained in the same manner as in Example 1 except that 32.0 mL of a 0.1 mol / L aluminum chloride solution was added to 50 mL of the extract of Example 1. When the precipitate was confirmed by XRD and XRF, it was confirmed to be a hydrotalcite-like compound as in Example 1. Moreover, when the phosphate ion removal effect was investigated using the phosphoric acid solution similarly to Example 1, as shown in Table 2, phosphate ion is below the detection lower limit of an ion chromatograph, and this hydrotalcite The phosphate ion removal effect of the like compound was confirmed.
「比較例1」
試薬として市販されている塩化マグネシウムと塩化アルミニウムを用いて、マグネシウムとアルミニウムのモル比が1:3になるように混合した溶液を準備し、実施例1と同様の操作を行って、沈殿物を得た。また、実施例1と同様にリン酸溶液を用いてリン酸イオン除去効果を調べたところ、表2に示すように、リン酸イオン除去効果は認められるものの実施例1に比べて残存するリン酸イオン濃度は高かった。
“Comparative Example 1”
Using a commercially available magnesium chloride and aluminum chloride as a reagent, a solution in which the molar ratio of magnesium to aluminum was 1: 3 was prepared, and the same operation as in Example 1 was performed. Obtained. Moreover, when the phosphate ion removal effect was investigated using the phosphoric acid solution similarly to Example 1, as shown in Table 2, although the phosphate ion removal effect was recognized, it remains compared with Example 1 The ion concentration was high.
「比較例2」
ハイドロタルサイト様化合物を使用しなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、リン酸イオン除去効果を調べた。結果を表2に示す。
"Comparative Example 2"
Except that the hydrotalcite-like compound was not used, the same operation as in Example 1 was performed to examine the phosphate ion removal effect. The results are shown in Table 2.
本発明によれば、カーバイド製造用電炉の集塵ダストを原料として、ハイドロタルサイト様化合物を製造することができる。このハイドロタルサイト様化合物は、リン酸イオン等の陰イオンを除去する機能を有する優れた陰イオン除去剤などとして使用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a hydrotalcite-like compound can be manufactured from the dust collection dust of the electric furnace for carbide manufacture as a raw material. This hydrotalcite-like compound can be used as an excellent anion remover having a function of removing anions such as phosphate ions.
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