JP2008307529A - 鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易的な装置でより効率よく、短時間で凝集性能の優れた鉄−シリカ水処理凝集剤を製造する方法を提供することにあり、更には、保存安定性の優れた鉄−シリカ水処理凝集剤を製造する方法を提供する。
【解決手段】 第二鉄塩水溶液または第二鉄塩と鉱酸を含む水溶液とケイ酸塩水溶液とを衝突混合させることを特徴とする鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法であり、更に、ｐＨが０．３〜１であって、鉄濃度が３０ｇ／Ｌ〜１２０ｇ／Ｌ、ＳｉＯ_２濃度が１０〜５０ｇ／Ｌとなるように製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄−シリカ水処理凝集剤の新規な製造方法に関する。より詳しくは、高い鉄濃度においても、保存安定性に優れる鉄−シリカ水処理凝集剤を簡便に製造できる方法に関する。

各種の用水や排水等から懸濁物質やその他の不純物を除いて浄化処理を行う為に、凝集剤を該用水や排水中に注入してこれらの不純物を凝集・沈殿させて処理する水処理方法が行われており、この目的の凝集剤としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄などが用いられている。

上記凝集剤の中でも硫酸アルミニウムまたはポリ塩化アルミニウムが汎用されている。これら凝集剤を使用した場合、水温が低下したり、水中の有機物、たとえば藻類が増加したりすると凝集剤の添加量を増加させなければならないが、アルミニウムは両性金属であるため、可溶性アルミニウムとなり、処理水中に残留するという問題点がある。また、アルミニウム系凝集剤は低水温では凝集性が低下するため、その使用量が増大するという欠点もある。

上記のような問題の解決のため、近年重合ケイ酸（シリカゾル）に鉄塩を添加した鉄−シリカ水処理凝集剤が、その高い凝集性能と、発生する凝集物を土壌へ還元できることより注目されている。

かかる鉄−シリカ水処理凝集剤は、容器中でケイ酸塩水溶液を塩酸、硫酸等の無機酸水溶液へ添加してＳｉＯ_２濃度が１〜６質量％程度のシリカゾルを得、次いで該ケイ酸溶液を数時間攪拌しつつ重合を進行させた後、そこへ鉄塩を添加することにより得ることができる（特許文献１、２参照）。

しかしながら、特許文献１、２に記載された方法で良好な性能を有する凝集剤を得るためには重合ケイ酸（シリカゾル）を６０℃程度に加熱し、数時間攪拌しつつ重合させなければならない。そのため、加熱の為の装置が必要となり、また、製造に長時間を要するため、工業的な実施において問題があった。

一方、工業的に簡便な方法で鉄−シリカ水処理凝集剤を製造する方法も提案されている。例えば、塩化鉄水溶液に直接ケイ酸塩水溶液を加えることにより、鉄とシリカの反応を起すと同時にシリカゾルの重合も行う、重合槽が不要な鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法が提案されている（特許文献３参照）。

しかしながら、この方法によれば、塩化鉄水溶液中にケイ酸塩水溶液を加えていくため、塩化鉄、シリカ等の濃度が絶えず変化する状態にあり、均一な凝集剤を大量に作るには、強力な撹拌や、長時間の反応が必要となる場合があった。本発明者等が追試したところ、添加するケイ酸塩水溶液のＳｉＯ_２濃度が７６ｇ／Ｌ以上のものを使用すると、反応中のシリカゾルをゲル化させないためには、１Ｌのケイ酸ソーダを添加するのに１時間以上を要した。また、ケイ酸塩水溶液を徐々に添加しても攪拌の状態により、シリカのゲル化トラブルを引き起こし、安定した製造ができない場合などがあり、改善の余地があった。

特公平４−７５７９６号公報 特許第２７３２０６７号公報 特許第３７００８９２号公報 特開２００３−３８９０８号公報

したがって、本発明の目的は、簡易的に短時間で高い凝集性能を示す鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記製造方法において、高い鉄濃度で、保存安定性に優れる鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した。その結果、ケイ酸塩水溶液と第二鉄塩水溶液とを原料とする前記の鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法において、該水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量に対して、少なくとも一部の第二鉄塩水溶液を予め衝突混合することにより、得られる反応液、或いは、該反応液に更に第二鉄塩水溶液を、通常の混合方法、例えば、従来の容器において行う攪拌混合などにより混合する操作を行う場合であっても、前記シリカのゲル化トラブルもなく、短時間で、高い凝集性能を維持した鉄−シリカ水処理凝集剤を安定して得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、ケイ酸塩水溶液と第二鉄塩水溶液との反応により鉄−シリカ水処理凝集剤を製造するに際し、上記鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量と第二鉄塩水溶液の少なくとも一部とを衝突混合させる衝突混合工程を含むことを特徴とする鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法である。

また、本発明は、上記衝突混合工程において、ケイ酸塩水溶液に対して、衝突混合させる第二鉄塩水溶液の好ましい下限量を確認した。

即ち、本発明によれば、上記衝突混合工程において、衝突混合させる第二鉄塩水溶液の混合量が、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量中の珪素元素（Ｓｉ）に対して鉄元素（Ｆｅ）で０．５倍モル以上となる量である、請求項１記載の鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法が提供される。

更に、上記方法を使用して、得られる鉄−シリカ水処理凝集剤について、より保存安定性の高い条件を検討した結果、ＳｉＯ_２濃度、鉄濃度およびｐＨについて、下記の範囲が効果的であることを見出した。

即ち、本発明によれば、鉄−シリカ水処理凝集剤が、ｐＨ０．３〜１．５であり、鉄元素濃度（Ｆｅ）が２０ｇ／Ｌ〜１２０ｇ／Ｌ、ＳｉＯ_２濃度が１０ｇ／Ｌ〜５０ｇ／Ｌであり、且つ、Ｓｉ／Ｆｅモル比が１以下である、前記の鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法をも提供される。

更にまた、本発明の前記鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法において、得られる鉄−シリカ水処理凝集剤を上記条件に調整する態様として、以下の態様を含む。

（１）衝突混合工程において、使用するケイ酸塩水溶液の全量と第二鉄塩水溶液の一部とを衝突混合させて部分混合液を得、該部分混合液に残部の第二鉄塩水溶液を任意の方法により混合して目的とする鉄−シリカ水処理凝集剤を得る態様。

（２）衝突混合工程において、使用するケイ酸塩水溶液の全量と第二鉄塩水溶液の全量とを衝突混合させて目的とする鉄−シリカ水処理凝集剤を得る態様。

（３）上記（１）、（２）の態様において、衝突混合工程において鉱酸を添加することによりｐＨ調整して目的とする鉄−シリカ水処理凝集剤を得る態様。

（４）上記（１）、（２）において、衝突混合後に鉱酸を添加することによりｐＨ調整して目的とする鉄−シリカ水処理凝集剤を得る態様。

本発明によれば、前記衝突工程により、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量と第二鉄塩水溶液の少なくとも一部とを衝突混合させることによって、凝集性能が高い鉄−シリカ水処理凝集剤を、短時間で安定して製造することができる。

特に、上記方法において、得られる鉄−シリカ水処理凝集剤のｐＨ、鉄およびケイ素濃度、更に、該鉄と珪素とのモル比を特定の範囲となるように製造することにより、長期保存安定性に優れる鉄−シリカ水処理凝集剤を得ることができる。

本発明において、原料となるケイ酸塩は、通常のシリカゾル、鉄−シリカ水処理凝集剤に使用できるものであれば、特に制限されるものではなく、ケイ酸アルカリ塩、具体的には、ケイ酸ソーダ、ケイ酸カリウム等を使用することができる。中でも、原料のコスト等を考慮すると、ケイ酸ソーダを使用することが好ましい。ケイ酸ソーダを使用する場合、ＳｉＯ_２とＮａ_２Ｏのモル比は特に制限されるものではないが、モル比２．５〜４．０が好適である。

本発明において、上記ケイ酸塩を含む水溶液の濃度は、他方の原料である第二鉄塩水溶液（またはおよび鉱酸を含む水溶液）のｐＨ、鉄等の濃度、および所望とする鉄−シリカ水処理凝集剤のｐＨ、鉄、シリカ濃度に応じて適宜決定してやればよいが、下記に詳述する衝突混合により鉄−シリカ水処理凝集剤を製造するためには、ＳｉＯ_２濃度が２０ｇ／Ｌ〜１３０ｇ／Ｌのものを使用することが好ましい。即ち、この範囲を満足することにより、短時間で高濃度であって、瞬時にゲル化物を生じることがなく、しかも、凝集性に優れる鉄−シリカ水処理凝集剤、また、保存安定性に優れる鉄−シリカ水処理凝集剤を容易に製造することもできる。

特に、本発明によれば、後述のように、第二鉄塩溶液を撹拌しながらケイ酸塩水溶液を添加する従来の製造方法では困難であった、例えば、ＳｉＯ_２濃度が７６ｇ／Ｌ以上のケイ酸塩水溶液を原料として使用することもできる。そのため、本発明は、高濃度の鉄−シリカ水処理凝集剤を短時間で製造することができる。従って、高濃度の鉄−シリカ水処理凝集剤は、製造の効率化が図られると共に、貯蔵、輸送面においても有利である。また、使用時には、これを必要とする濃度に希釈して使用することが可能になり、濃度による凝集能の調製も可能となり、その工業的な利用価値は極めて高くなる。

本発明において、他方の原料となる第二鉄塩は、通常の鉄−シリカ水処理凝集剤に使用できるものであれば、特に制限されるものではなく、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硝酸第二鉄等を使用することができる。

本発明において、第二鉄塩水溶液における鉄の濃度は、特に制限されるものではなく、所望とする鉄−シリカ水処理凝集剤の鉄濃度に応じて、適宜決定すればよい。本発明において好適に採用される上記第二鉄塩水溶液における塩化第二鉄の濃度は、１８０ｇ／Ｌ〜６００ｇ／Ｌが好ましい。

本発明の特徴は、ケイ酸塩水溶液と第二鉄塩水溶液とを原料とする前記の鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法において、該水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量に対して、少なくとも一部の第二鉄塩水溶液を衝突混合にて行う衝突混合工程を含むことにある。

ケイ酸塩水溶液と第二鉄塩水溶液との反応において、衝突混合の工程は、本発明において初めて採用されたものである。これにより、反応容器内でこれらの水溶液を攪拌混合する従来の製造方法で発生していたシリカのゲル化トラブルもなく、短時間で、高い凝集性能を維持した鉄−シリカ水処理凝集剤を安定して得ることができる。

ここで、上記ケイ酸塩水溶液は、その全量を第二鉄塩水溶液と衝突混合によって反応させることが重要である。即ち、ケイ酸塩水溶液が第二鉄塩水溶液と衝突混合することにより、第二鉄塩水溶液との反応により、ケイ酸塩水溶液中のシリカ成分がゲル化し難い形態に変化し、衝突混合時或いはその後の第二鉄塩水溶液との反応によるゲルの発生を防止しているものと推定される。

従って、本発明において、衝突混合によってケイ酸塩水溶液の全量と反応させる第二鉄塩水溶液の量は、その一部でもよいし、全量でもよい。

衝突混合工程において、第二鉄塩水溶液の一部をケイ酸塩水溶液と衝突混合させる場合、衝突混合させる第二鉄塩水溶液の混合量が、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量中の珪素元素（Ｓｉ）に対して鉄元素（Ｆｅ）で０．５倍モル以上、特に、０．８〜５．０倍モルとなる量であることが好ましい。

本発明において、衝突混合とは、上記原料を含む第二鉄塩水溶液とケイ酸塩水溶液とを衝突させることにより、両水溶液を混合させるのと同時に反応させるものである。具体的には、２つの原料供給管が合流し、該原料供給管の合流部にて１つの排出管と連結してなる管型反応器（Ｙ字管型、Ｔ字管型反応器等）を使用することにより、両原料水溶液を上記合流部にて衝突混合させることができる。これら管型反応器の中でも、排出等の安定性を考慮すると、Ｙ字管型反応器、例えば、特開２００３−２２１２２２号に記載されている反応器を使用することが好ましい。図１に本発明に使用可能なＹ字管型反応器の例を示す。

図１に示すＹ字管型反応器では、各々の原料供給管の中間に絞り部が設けられている。この絞り部の径と、ポンプから供給される原料水溶液の量を適宜調節することにより、衝突混合の際の衝突速度を設定することが可能である。

Ｙ字管型反応器において、２つの原料供給管のなす角度は、３０〜１８０度、好ましくは４５〜１５０度、さらに好ましくは６０〜１２０度である。

このような装置を使用する場合、前記合流部となる反応部において、両水溶液がいずれも５ｍ／秒以上、好ましくは７ｍ／秒以上、更に好ましくは１０ｍ／秒以上の速度で衝突するように原料供給管４に両水溶液を供給することが好ましい。上記供給速度の上限は特に制限されないが、２０ｍ／秒程度以上に供給速度を上げても効果は頭打ちとなる傾向がある。

また、反応物が１ｍ／秒以上、好ましくは１．３ｍ／秒以上、更に好ましくは１．５ｍ／秒以上の速度で排出管６から排出することが好ましい。排出管を細くすれば排出速度を速くすることができ、一方、太くすると排出速度は遅くなる。

前記Ｙ字管型反応器を使用する好適な態様について、図１を基づいて説明する。

先ず、第二鉄塩水溶液の貯蔵槽１と、ケイ酸塩水溶液の貯蔵槽２と、貯蔵槽１および貯蔵槽２に各々貯蔵されている第二鉄塩水溶液（または第二鉄塩および鉱酸を含む水溶液）とケイ酸塩水溶液とをＹ字管型反応器３の原料供給管４（または原料供給管４’）に供給し、反応部５において両水溶液を衝突混合させて、反応させる。そして、反応部５から排出管６を通して反応物を取り出すことにより、鉄−シリカ水処理凝集剤を製造することができる。

本発明において、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液と第二鉄塩水溶液との割合は、特に限定されず、公知の割合を制限なく採用することができるが、本発明の方法は、ケイ素に対して鉄の割合が多い組成においても、問題なく製造可能である。

尚、前記したように、上記の割合で使用するケイ酸塩水溶液と第二鉄塩水溶液のうち、第二鉄塩水溶液は、その少なくとも一部を衝突混合によって混合すればよく、残部は、通常の混合、例えば、攪拌機付きの反応槽、邪魔板付きの管型混合装置等の混合装置を使用した混合方法によって混合することもできる。

なお前述の通り、第二鉄塩水溶液の一部のみをケイ酸塩水溶液と衝突させる際にも、Ｆｅ／Ｓｉがモル比で０．５以上となる量以上の第二鉄塩水溶液を使用することが好ましい。

従って、本発明は、前記したように、以下の態様を含むものである。

（１）衝突混合工程において、使用するケイ酸塩水溶液の全量と第二鉄塩水溶液の一部とを衝突混合させて部分混合液を得、該部分混合液に残部の第二鉄塩水溶液を任意の方法により混合して目的とする鉄−シリカ水処理凝集剤を得る態様。

（２）衝突混合工程において、使用するケイ酸塩水溶液の全量と第二鉄塩水溶液の全量とを衝突混合させて目的とする鉄−シリカ水処理凝集剤を得る態様。

本発明の方法によれば、上記第二塩化鉄水溶液とケイ酸塩水溶液の少なくとも一部とを上記衝突混合により反応させる衝突混合工程を設けることにより、短時間で、且つ、凝集性能の優れた鉄−シリカ水処理凝集剤を製造することができる。

また、１０ｇ／Ｌ〜６０ｇ／ＬとＳｉＯ_２濃度の高い、凝集性能の優れた鉄−シリカ水処理凝集剤を、１分間で２Ｌ以上も製造することができる。従って、前記した従来技術である、重合ケイ酸（シリカゾル）の重合を進行させた後、第二鉄塩水溶液を添加する方法、或いは、反応容器内で、塩化鉄水溶液中にケイ酸塩水溶液を加える方法と比較して、シリカのゲル化を抑えながら、極めて短時間で製造することができ、かつ、これら従来技術と同等或いはそれ以上の凝集性能を発揮できる。

さらに驚くべきことに、本発明の衝突混合により製造した鉄−シリカ水処理凝集剤は、従来技術により製造した鉄−シリカ水処理凝集剤に比較して、より長期の保存安定性を有している。

本発明の方法により得られる鉄−シリカ水処理凝集剤の優れた凝集性能を維持したまま、より長期の安定性を保持するために、得られる鉄−シリカ水処理凝集剤は、ｐＨが０．３〜１．５、好ましくは、１．３未満０．４以上、であって、鉄濃度が２０ｇ／Ｌ〜１２０ｇ／Ｌ、好ましくは、２０ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌ、ＳｉＯ_２濃度が１０〜５０ｇ／Ｌ、好ましくは、１０ｇ／Ｌ〜５０ｇ／Ｌとなるように製造することが好ましい。

因みに、上記条件に調整することにより得られた鉄−シリカ水処理凝集剤は、後記の実施例に示すように、３０℃で、３０日以上、最長で８０日もの長期間にわたって、ゲル化物が生じること無く保存することも可能となる。しかも、高濃度の鉄−シリカ水処理凝集剤であるため、輸送費が低減でき経済的にも有利となり、実際の使用に際しては、現場で任意の濃度に薄めて使用することもできる。

本発明において、第二鉄塩水溶液は酸性を呈するため、得られる鉄−シリカ水処理凝集剤のｐＨを下げるためのｐＨ調整剤として使用することも可能であるが、該凝集剤のｐＨを、鉄濃度を変えることなく下げたい場合は、鉱酸を併用しても良い。かかる鉱酸は、特に制限されないが、硫酸や塩酸が好適に用いられる。

すなわち、本発明においては、前記のように以下の態様を含むものである。

（３）前記（１）、（２）の態様において、衝突混合工程において鉱酸を添加することによりｐＨ調整して目的とする鉄−シリカ水処理凝集剤を得る態様。

（４）前記（１）、（２）において、衝突混合後に鉱酸を添加することによりｐＨ調整して目的とする鉄−シリカ水処理凝集剤を得る態様。

上記（３）の態様において、鉱酸は、衝突混合工程においてどのように添加してもよいが、最も推奨されるのは、第二鉄塩水溶液中に予め混合し、これとケイ酸塩水溶液と衝突混合する方法である。上記態様において、鉱酸の添加は、衝突混合工程および衝突混合後の両時点で行うことも勿論可能である。

本発明の方法によって得られた鉄−シリカ水処理凝集剤は、そのまま、或いは適当な濃度に希釈して、各種排水の水処理剤として、有効に使用することができる。

以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。

（１）衝突混合装置（鉄−シリカ水処理凝集剤の製造装置）
図１に示すＹ字管型反応器で、絞り部の管径（内径）１．４ｍｍ×長さ１０ｍｍのケイ酸ソーダ水溶液を原料供給管４、同じく絞り部の管径（内径）１．２ｍｍ×長さ１０ｍｍの塩化第二鉄水溶液を原料供給管４’から供給し、反応部５にて衝突混合させ、排出管６（管径（内径）６ｍｍ×長さ３０ｍｍ）から混合液を取り出すようにしたものを使用した。Ｙ字管型反応器の二つの原料供給管４および４’がなす角度は９０度であった。

（２）粘度測定
（株）エーアンドディの音叉型振動式粘度計を用い３０℃で測定した。

（３）凝集性能の評価
水道水にカオリン（和光純薬製水質試験用濁度標準液１０００度）を添加し、濁度２０に調整したものを試験水としてジャーテストを行った。１０００ｍｌの試験水に、水１Ｌに対しＦｅが５ｍｇ相当になるように凝集剤を添加し、攪拌速度１５０ｒｐｍで５分間攪拌し、続けて攪拌速度５０ｒｐｍで１０分間攪拌し、さらに、１０分間静置した後、上澄み液５０ｍｌを採取した。濁度を測定する方法により、本願発明により得られた鉄−シリカ水処理凝集剤の水処理に対する性能を調べた。

（４）保存安定性の評価
安定性は、鉄−シリカ水処理凝集剤を、３０℃で放置し、目視で沈殿やゲル化の度合いを判定し、沈殿或いはゲル化が起こるまでの日数で評価した。

実施例１
市販のケイ酸ソーダ（ケイ酸塩水溶液：ＳｉＯ_２濃度２８質量％、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比３．１５）を水で希釈し、ＳｉＯ_２濃度７０ｇ／Ｌの水溶液とした。一方、市販の３９質量％塩化第二鉄溶液（第二鉄塩水溶液）を水で希釈し塩化第二鉄濃度１９０ｇ／Ｌの水溶液とした。これらの水溶液のそれぞれの全量を用い、原料供給管４からのケイ酸ソーダ水溶液の流量を１．０Ｌ／ｍｉｎ、原料供給管４’からの塩化第二鉄水溶液の流量を０．９Ｌ／ｍｉｎとなるように供給し、反応部５で衝突混合させ、排出管６から取り出した。鉄−シリカ水処理凝集剤５Ｌを約２分４０秒で得た。

このときに反応部５へ供給されるケイ酸ソーダ水溶液及び塩化第二鉄水溶液の流速は、原料供給管の長手方向にそれぞれ１０．８ｍ／ｓ、１３．３ｍ／ｓであった。また該水処理凝集剤が排出管６から排出される流速は、１．１ｍ／ｓであった。

得られた鉄−シリカ水処理凝集剤は、シリカのゲル化物などはなく、黄褐色の透明な液体であった。この水処理凝集剤は、ＳｉＯ_２濃度３７ｇ／Ｌ、鉄濃度３１ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比１．１１であり、ｐＨは１．５４であった。

このようにして得られた水処理凝集剤について、前記方法に従って凝集性能を確認し、３０℃での保存安定性を観察した。これらの結果を表１に示す。

実施例２
実施例１で得られた鉄−シリカ水処理凝集剤に硫酸を加え、凝集剤のｐＨを１．０５とした。硫酸を加え、最終的な鉄−シリカ水処理凝集剤とするまでの時間は、衝突混合開始から約４分であった。この水処理凝集剤の凝集性能および保存安定性を表１に示す。

実施例３
実施例１で得られた鉄−シリカ水処理凝集剤を水で希釈し、塩化第二鉄水溶液および硫酸を加え、水処理凝集剤のＳｉＯ_２濃度を１６ｇ／Ｌ、鉄濃度を６０ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比０．２５、ｐＨを０．８５とした。水で希釈し、塩化鉄水溶液および硫酸を加え、最終的な鉄−シリカ水処理凝集剤とするまでの時間は、衝突混合開始から約５分であった。この凝集剤の凝集性能および保存安定性を表１に示す。

実施例４
ケイ酸ソーダ水溶液は、市販のケイ酸ソーダ（ＳｉＯ_２濃度２８質量％、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比３．２）を水で希釈し、ＳｉＯ_２濃度１１０ｇ／Ｌの水溶液とした。塩化第二鉄および鉱酸を含む水溶液は、市販の３８質量％塩化第二鉄水溶液を水で希釈し、更に４８質量％硫酸を加え、硫酸を濃度４４ｇ／Ｌで含む塩化第二鉄濃度２５８ｇ／Ｌの塩化第二鉄水溶液とした。これらの水溶液を用い、原料供給管４’からのケイ酸ソーダ水溶液の流量を１．０Ｌ／ｍｉｎ、原料供給管４からの硫酸含有塩化第二鉄混合水溶液の流量を０．９Ｌ／ｍｉｎとなるように供給し、反応部５で衝突混合させ、排出管６から取り出した。

鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量と第二鉄塩水溶液の一部との反応液（これを、「部分混合液」ともいう。）５Ｌを約２分４０秒で得た。このときに反応部５へ供給されるケイ酸ソーダ水溶液及び硫酸含有塩化第二鉄混合水溶液の流速はそれぞれ１０．８ｍ／ｓ、１３．３ｍ／ｓであった。

尚、上記衝突混合工程において、衝突混合させる第二鉄塩水溶液の混合量は、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量中の珪素元素（Ｓｉ）に対して鉄元素（Ｆｅ）で０．７８倍モルとなる量であった。

得られた部分混合液は、シリカのゲル化物などはなく、黄褐色の透明な液体であった。この部分混合液はＳｉＯ_２濃度５８ｇ／Ｌ、鉄濃度４２ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比１．２８、ｐＨ１．０８であった。

この部分混合液５００ｍｌを容器に取り、これに水８７５ｍｌ、３８質量％塩化第二鉄水溶液４６０ｍｌを攪拌下に加え、ＳｉＯ_２濃度１６ｇ／Ｌ、鉄濃度６０ｇ／Ｌ 、Ｓｉ／Ｆｅモル比０．２５、ｐＨ０．８２の鉄−シリカ水処理凝集剤１８３５ｍｌを得た。この鉄−シリカ水処理凝集剤を製造は、衝突混合開始から約５分で行うことができた。また、この水処理凝集剤の凝集性能および保存安定性を表１に示す。

実施例５
ケイ酸ソーダ水溶液のＳｉＯ_２濃度を９０ｇ／Ｌ、硫酸含有の塩化第二鉄水溶液の塩化第二鉄濃度を２６４ｇ／Ｌ及び硫酸濃度２０ｇ／Ｌとした以外は、実施例４と同様な反応を行い、シリカのゲルなどがない黄褐色の透明な部分混合液５Ｌを約２分４０秒で得た。
この部分混合液は、ＳｉＯ_２濃度４７ｇ／Ｌ、鉄濃度４３ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比１．０２、ｐＨ１．５８であった。

尚、上記衝突混合工程において、衝突混合させる塩化第二鉄水溶液の混合量は、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量中のケイ素元素（Ｓｉ）に対して鉄元素（Ｆｅ）で０．９８倍モルとなる量であった。

この部分混合液５００ｍｌを容器に取り、これに水３３０ｍｌ、３８質量％塩化第二鉄水溶液３５０ｍｌ、５０質量％硫酸４．０ｍｌを攪拌下に加え、ＳｉＯ_２濃度２０ｇ／Ｌ、鉄濃度７５ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比０．２５、ｐＨ０．７３の鉄−シリカ水処理凝集剤１１８４ｍｌを得た。この鉄−シリカ水処理凝集剤の製造は、衝突混合開始から約５分で行うことができた。また、この鉄−シリカ水処理凝集剤の凝集性能、保存安定性を表１に示す。

実施例６
実施例５で、衝突混合により製造したＳｉＯ_２濃度４７ｇ／Ｌ、鉄濃度４３ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比１．０２、ｐＨ１．５８の部分混合液５００ｍｌに水３１０ｍｌ、４０質量％塩化第二鉄水溶液３５０ｍｌ、５０質量％硫酸２０ｍｌを加え、ＳｉＯ_２濃度２０ｇ／Ｌ、鉄濃度７５ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比０．２５、ｐＨ０．１８の鉄−シリカ水処理凝集剤１１８０ｍｌを得た。この鉄−シリカ水処理凝集剤を製造は、衝突混合開始から約５分で行うことができた。また、この水処理凝集剤の凝集性能および保存安定性を表１に示す。

実施例７
実施例５で、衝突混合により製造した、ＳｉＯ_２濃度４７ｇ／Ｌ、鉄濃度４３ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比１．０２、ｐＨ１．５８の部分混合液５００ｍｌを容器に取り、これに水３３０ｍｌ、４２質量％塩化第二鉄水溶液１１０ｍｌ、５０質量％硫酸６．５ｍｌを加え、ＳｉＯ_２濃度２５ｇ／Ｌ、鉄濃度４７ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比０．５、ｐＨ０．９８の鉄−シリカ水処理凝集剤９４６ｍｌを得た。この鉄−シリカ水処理凝集剤を製造は、衝突混合開始から約５分で行うことができた。また、この水処理凝集剤の凝集性能および保存安定性を表１に示す。

参考例１
市販のケイ酸ソーダ（ＳｉＯ_２濃度２８重量％、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比３．１５）を水で希釈し、ＳｉＯ_２濃度８０ｇ／Ｌの希釈ケイ酸ソーダ溶液１Ｌを硫酸濃度５０ｇ／Ｌの希釈硫酸１Ｌの中に攪拌しながら１時間で導入し、ＳｉＯ_２濃度４０ｇ／Ｌ、ｐＨ２．０のシリカゾル溶液２Ｌを得た。このシリカゾル溶液にアルカリを添加し、ｐＨ４に調整したのち、室温で３時間熟成させた。

このシリカゾル液を２００ｍｌ取り、水５０ｍｌ及び３９．５質量％塩化第二鉄溶液１５０ｍｌを加え、ＳｉＯ_２濃度２０ｇ／Ｌ、鉄濃度７５ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比０．２５、ｐＨ０．４２の鉄−シリカ水処理凝集剤４００ｍｌを得た。この鉄−シリカ水処理凝集剤は、ケイ酸ソーダの滴下開始から製造までに４時間２０分を要した。この水処理凝集剤の凝集性能および保存安定性を表１に示す。

実施例８、９
実施例５において、衝突混合における塩化第二鉄水溶液の混合量を、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量中のケイ素元素（Ｓｉ）に対して鉄元素（Ｆｅ）で表２に示す倍モルとなる量に変化させ、残部の塩化第二鉄水溶液の添加量が、実施例５と同様になるように調整して、鉄−シリカ水処理凝集剤を得た。得られた水処理凝集剤の凝集性能および保存安定性を表２に示す。

実施例１０
ケイ酸ソーダ水溶液のＳｉＯ_２濃度を９０ｇ／Ｌ、硫酸含有の塩化第二鉄水溶液の塩化第二鉄濃度を２７０ｇ／Ｌ及び硫酸濃度３１ｇ／Ｌとした以外は、実施例４と同様な反応を行い、シリカのゲルなどがない黄褐色の透明な中間混合液５Ｌを約２分４０秒で得た。この部分混合液のＳｉＯ_２濃度は４７ｇ／Ｌ、鉄濃度４４ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比１．００、ｐＨ１．１７であった。

尚、上記衝突混合工程において、衝突混合させる塩化第二鉄水溶液の混合量は、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量中のケイ素元素（Ｓｉ）に対して鉄元素（Ｆｅ）で１．００倍モルとなる量であった。

この部分混合液を５００ｍｌ取り、これに水５６３ｍｌ、３９質量％塩化第二鉄水溶液１１８ｍｌ、５０質量％硫酸４．４ｍｌを加え、ＳｉＯ_２濃度２０ｇ／Ｌ、鉄濃度３７ｇ／Ｌ、Ｓｉ／Ｆｅモル比０．５、ｐＨ１．０１の鉄−シリカ水処理凝集剤１１８４ｍｌを得た。この鉄−シリカ水処理凝集剤の製造は、衝突混合開始から約５分で行うことができた。また、この鉄−シリカ水処理凝集剤の凝集性能、保存安定性を表２に示す。

［比較参考例１，２］
表２に示した比較参考例１，２は、特許文献３（特許第３７００８９２号）に開示されているデータであり、塩化鉄と硫酸の混合水溶液を攪拌しつつ、そこへケイ酸ソーダを添加する方法によって製造された鉄−シリカ水処理凝集剤の凝集剤性状及び性能である。上記実施例１０で得られた水処理凝集剤のシリカ濃度より、やや低濃度のものとやや高濃度のものとを挙げている。鉄濃度及びｐＨは実施例１０で得られた水処理凝集剤と同等である。

これらのデータと実施例１０で得られた水処理凝集剤の性能を比較すると、実施例１０で得られた水処理凝集剤は、シリカ濃度がやや低濃度のもの、高濃度のもののどちらに比べても、より良好な（長期の）保存安定性が得られている。

さらに、実施例１０の保存安定性評価の温度条件である３０℃は、比較参考例における保存安定性評価の温度条件である室温よりも厳しい条件である。従って、同一の温度条件で保存安定性を対比すると、本発明の製造方法で得られる鉄−シリカ水処理凝集剤と比較参考例における水処理凝集剤とでは、より明確に保存可能日数に差が生じるものと予測される。

本発明の製造方法に好適に使用可能な反応器の概略図（Ｙ字管型反応器部分は、断面図である。）

符号の説明

１ 第二鉄塩水溶液（または第二鉄塩および鉱酸を含む水溶液）の貯留槽
２ ケイ酸塩水溶液の貯留槽
３ Ｙ字型反応器
４ 原料供給管
４’ 原料供給管
５ 反応部
６ 排出管

Claims (5)

1. ケイ酸塩水溶液と第二鉄塩水溶液との反応により鉄−シリカ水処理凝集剤を製造するに際し、上記鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量と第二鉄塩水溶液の少なくとも一部とを衝突混合させる衝突混合工程を含むことを特徴とする鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法。
2. 上記衝突混合工程において、衝突混合させる第二鉄塩水溶液の混合量が、鉄−シリカ水処理凝集剤の製造に使用するケイ酸塩水溶液の全量中の珪素元素（Ｓｉ）に対して鉄元素（Ｆｅ）で０．５倍モル以上となる量である、請求項１記載の鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法。
3. 得られる鉄−シリカ水処理凝集剤が、ｐＨ０．３〜１．５であり、鉄元素濃度（Ｆｅ）が２０ｇ／Ｌ〜１２０ｇ／Ｌ、ＳｉＯ_２濃度が１０ｇ／Ｌ〜５０ｇ／Ｌであり、且つ、Ｓｉ／Ｆｅモル比が１以下である、請求項１又は２に記載の鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法。
4. 衝突混合工程で得られた混合物に、第二鉄塩水溶液の残部を添加する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法。
5. 衝突混合工程で得られた混合物に、第二鉄塩水溶液の残部および鉱酸を添加する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鉄−シリカ水処理凝集剤の製造方法。

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