JP2010001175A - アルミン酸ナトリウムと水素との生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生成作業の安全性を向上させる。
【解決手段】 アルミン酸ナトリウムと水素との生成方法は、排気ポンプに接続された反応槽において水中でアルミニウムと水酸化ナトリウムとを反応させることによりアルミン酸ナトリウムと水素とを生成する方法である。この方法は、排気ステップＳ６０８を備える。排気ステップＳ６０８は、アルミニウムと水酸化ナトリウムとの反応が収束した後、反応槽の内部の気体を排気ポンプによって排出することにより、反応により生じた熱を水蒸気の気化熱として吸収するステップである。
【選択図】 図７

Description

本発明は、アルミン酸ナトリウムと水素との生成方法に関し、特に、生成作業の安全性を向上させるアルミン酸ナトリウムと水素との生成方法に関する。

特許文献１は、アルミドロス残灰の処理方法を開示する。この方法は、ｐＨ１１．５〜１３．０の水酸化ナトリウム溶液を分散媒としてアルミドロス残灰を水熱処理することを特徴とする。アルミドロス残灰とは、金属状のアルミニウムまたはアルミニウム合金が回収された後のアルミドロスのことである。アルミドロスは、アルミ溶解工程で発生する物質であり、アルミ酸化物を主成分とする。

特許文献２は、アルミドロス残灰の処理方法を開示する。この方法は、次の４つの工程に従ってアルミドロス残灰を処理することを特徴とする。第１の工程は、水酸化カルシウムまたは水酸化ナトリウムと水とをアルミドロス残灰に添加する工程である。第２の工程は、固形分濃度４００ｇ〜８００ｇ／リットルまたは３０〜５５重量％で攪拌・混練下にペースト状態を維持しながら、第１の工程で生成された混合物を水熱処理する工程である。第３の工程は、第２の工程を経た混合物を水または温湯で洗浄する工程である。第４の工程は、第３の工程において洗浄された混合物を固液分離してアルミナ組成物を得る工程である。

特許文献１，２に開示された発明によると、アルミドロス残灰から資源的および設備的に効率良く有害不純物を除去し、産業上有用なアルミナ組成物を得ることができる。

特許文献３は、アルミドロスの処理方法を開示する。この方法は、次の２つの工程に従ってアルミドロスを処理することを特徴とする。第１の工程は、アルミドロスに苛性アルカリまたはアルミン酸アルカリ溶液を添加して反応させ、可溶分を含む液相と固相とにする工程である。第２の工程は、その液相と固相とを分離する工程である。

特許文献３に開示された発明によると、アルミドロス量自体の削減と廃棄物の安定性とが両立でき、設備をコンパクトにでき、反応効率をよくでき、かつ、アルミドロスからアルミニウムが回収できる。
特開平１１‐２０７２８５号公報 特開平１１‐３１９７５３号公報 特開２０００‐１７８６６３号公報

しかし、特許文献１〜３に開示された発明では、生成物の取り出しが危険という問題点がある。アルミドロスに苛性アルカリまたはアルミン酸アルカリ溶液を添加したときの反応は発熱反応である。その反応熱により液相や固相の温度はかなり高くなる。それが生成物の取り出しを危険にしている。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、生成作業の安全性を向上させるアルミン酸ナトリウムと水素との生成方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、アルミン酸ナトリウムと水素との生成方法は、気体排出ポンプに接続された反応槽において水中でアルミドロスと水酸化ナトリウムとを反応させることによりアルミン酸ナトリウムと水素とを生成する方法である。この方法において、アルミドロスと水酸化ナトリウムとの反応が収束したか否かは、収束検出装置によって検出されている。この方法は、熱吸収ステップを備える。熱吸収ステップは、アルミドロスと水酸化ナトリウムとの反応が収束した後、反応槽の内部の気体を気体排出ポンプによって排出することにより、反応により生じた熱を水蒸気の気化熱として吸収するステップである。

熱吸収ステップにおいて、反応が収束した後、反応槽の内部の気体を気体排出ポンプによって排出することにより、反応により生じた熱は水蒸気の気化熱として吸収される。これにより、アルミン酸ナトリウム水溶液の温度は低下する。その温度が低下するので、アルミン酸ナトリウムの取り出し作業における安全性は向上する。

また、上述した収束検出装置は、水素の発生速度が所定の要件を満たすか否かを検出する装置であることが望ましい。あわせて、熱吸収ステップは、反応が収束することにより水素の発生速度が上述した所定の要件を満たした後、反応槽の内部の気体を気体排出ポンプによって排出するステップを有することが望ましい。

反応が収束することにより水素の発生速度が所定の要件を満たした時点では、アルミン酸ナトリウム水溶液は発熱反応によって高温になっている。この状態で気体排出ポンプにより気体を排出すると、反応槽の内部の圧力が低下するにつれアルミン酸ナトリウム水溶液が沸騰し、かつ、蒸発する。その際、反応により生じた熱は水蒸気の気化熱として吸収される。これにより、アルミン酸ナトリウムの温度低下は迅速に進む。

本発明に係るアルミン酸ナトリウムと水素との生成方法は、生成作業の安全性を向上させる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本実施形態に係るアルミドロスの処理フローを示す図である。図２は、本実施形態に係る低品位アルミドロス処理プラントの構成を示す図である。図３は、バスケット２０２の断面および平面を示す図である。図４は、バスケット２０２の外筒２１０の構造を示す拡大断面図である。図５は、制御装置３６の構成を示す図である。図６は、沈降分離槽７２からフィルタプレス８０までの間に設けられる管の構造を示す図である。図７は、反応槽２０において低品位アルミドロスを処理する際の作業フローを示す図である。

図１を参照して、本実施形態に係るアルミドロスの処理フローを説明する。溶湯表面上から掻き出されて固化したアルミドロスすなわち生ドロスは、ＭＲＭ（Metal Recovery Machine）と呼ばれるしぼり機に投入される。ＭＲＭは、生ドロスから溶融金属アルミニウムを絞り出す。絞り出された溶融金属アルミニウムは、回収され、原材料として使用される。

溶融金属アルミニウムが絞り出された後のアルミドロスは、選別され、分級される。その結果、粗粒のアルミドロスは取り除かれる。取り除かれたアルミドロスは、アルミニウムをさらに回収するため処理が施されたり、脱酸剤として利用されたりする。なお、どの程度の粒度のアルミドロスが取り除かれるのかということは、後述する低品位アルミドロス処理プラントの具体的な仕様などによって定められる。本実施形態においては、直径５ｍｍを超えるアルミドロスが取り除かれる。

選別および分級の結果残った細粒のアルミドロス２４０は、水酸化ナトリウムの水溶液に漬けられる。その結果、次の（１）式および（２）式の化学反応が生じ、アルミン酸ナトリウムと、水素ガスと、アンモニアとが生成する。ちなみに、特に説明がない限り、以下の説明において「苛性ソーダ」とは水酸化ナトリウムの水溶液を意味することとする。

水素ガスと一部のアンモニアとは燃料として再利用される。残るアンモニアはアンモニア水すなわち安水として再利用される。アルミン酸ナトリウムは水中に含まれ、かつ、アルミドロスの残渣は固体のままなので、アルミン酸ナトリウムはろ過処理によりアルミドロスの残渣から分離される。分離されたアルミン酸ナトリウムは、次の（３）式に示す化学反応すなわち晶析反応により、苛性ソーダと水酸化アルミニウムとに分解する。

晶析反応により生成した水酸化アルミニウムは固体の微粒子として苛性ソーダから分離される。分離された水酸化アルミニウムは、難燃剤・凝集剤などとして再利用される。分離された苛性ソーダは、上述した細粒のアルミドロス２４０の処理に再利用される。

アルミン酸ナトリウムが生成した後、そのアルミン酸ナトリウムから分離されたアルミドロスの残渣は、水洗され、一部が路盤材として再利用される。洗浄に用いられた水の一部はアルミドロス２４０の処理の際に補給水として流用され、残りは希釈された後に放流される。

図２を参照して、本実施形態に係る低品位アルミドロス処理プラントの構成を説明する。本実施形態に係る低品位アルミドロス処理プラントは、上述した細粒のアルミドロス２４０を処理するプラントである。すなわち、本実施形態に係る低品位アルミドロス処理プラントは、図１において破線で囲まれた部分の処理を担当する。本実施形態に係る低品位アルミドロス処理プラントは、水素化反応部と、晶析部とを備える。水素化反応部は、上述した（１）式および（２）式の化学反応により、細粒のアルミドロス２４０をアルミン酸ナトリウムと水素ガスとアンモニアとアルミドロスの残渣とに分解する部分である。晶析部は、上述した（３）式の化学反応により、アルミン酸ナトリウムから苛性ソーダと水酸化アルミニウムとを生成させる部分である。

水素化反応部は、反応槽２０と、凝縮槽２２と、第１水封槽２４と、アンモニア吸収塔２６と、流量計２８と、第２水封槽３０と、バーナ３２と、炎検知器３４と、制御装置３６と、第１苛性ソーダポンプ３８と、苛性ソーダタンク４０と、残渣ろ過分離装置４２と、ろ過分離液貯槽４４と、温水槽４８とを備える。

また、水素化反応部は、クーリングタワー１００と、冷媒ポンプ１０２と、アンモニア水貯槽１２０と、給水ポンプ１４０と、窒素供給装置１４４と、排気ポンプ１４２とをさらに備える。

反応槽２０は、細粒のアルミドロス２４０と苛性ソーダとを収容する。反応槽２０の内部で、上述した（１）式および（２）式の化学反応が生じる。反応槽２０には、給水ポンプ１４０と、窒素供給装置１４４と、排気ポンプ１４２とが接続されている。給水ポンプ１４０は反応槽２０の内部に水を供給する。本実施形態における窒素供給装置１４４は窒素ボンベであり、反応槽２０の内部に窒素を供給する。排気ポンプ１４２は反応槽２０の内部から気体を強制排気する。凝縮槽２２は、（１）式および（２）式の化学反応の結果生じたガスを冷却することにより、そのガスから水蒸気を除去する。凝縮槽２２においてガスの冷却に用いる冷媒はクーリングタワー１００から供給される。冷却に用いられたことにより温度が上昇した冷媒は冷媒ポンプ１０２によりクーリングタワー１００へ送られる。第１水封槽２４は、ガスが逆流することと外気がガス通過内に進入することとを防止する。なお、第１水封槽２４において、凝縮槽２２から排出されたガスからアンモニアの一部が除去される。アンモニア吸収塔２６は、第１水封槽２４を通過したガスからアンモニアを除去する。アンモニア吸収塔２６を通過したガスは水素を主成分とし、数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍのアンモニアを含む。第１水封槽２４およびアンモニア吸収塔２６で除去されたアンモニアは、アンモニア水としてアンモニア水貯槽１２０に蓄えられ再利用される。流量計２８は、アンモニア吸収塔２６を通過したガスの流量すなわち所定の時間に管を通過したガスの量を測定する。第２水封槽３０は、バーナ３２からガスが逆流し逆火することを防止する。バーナ３２は、第２水封槽３０を通過したガスを燃焼させる。これにより、上述したように、水素ガスと一部のアンモニアとは燃料として再利用されることになる。炎検知器３４は、炎の有無を検知する。本実施形態においては、炎検知器３４は、上述した（１）式および（２）式の化学反応が収束したか否かを検出する装置（収束検出装置）でもある。第２水封槽３０を通過したガスをバーナ３２が燃焼させており、かつ、第２水封槽３０を通過したガスが（１）式および（２）式の化学反応によって生成するためである。炎検知器３４が収束検出装置として動作するため、本実施形態に限って言えば、「収束」とは、バーナ３２における燃焼が継続できない程度に水素ガスの発生速度が低下することと同義である。制御装置３６は、流量計２８が測定したガスの流量および炎検知器３４が検知した炎の有無に基づき、第１苛性ソーダポンプ３８を制御する。第１苛性ソーダポンプ３８は、反応槽２０に苛性ソーダを供給する。苛性ソーダタンク４０は、第１苛性ソーダポンプ３８が供給するための苛性ソーダを蓄える。残渣ろ過分離装置４２は、アルミドロスとアルミン酸ナトリウム水溶液との混合物から、ろ過作用によって、非水溶性の固形物を除去する。この固形物が、上述したアルミドロスの反応後の残渣である。また、残渣ろ過分離装置４２は、アルミドロスとアルミン酸ナトリウム水溶液との混合物から、沈降作用によっても、非水溶性の固形物を除去する。ろ過分離液貯槽４４は、アルミドロスの残渣が除去されたアルミン酸ナトリウム水溶液をいったん蓄える。ろ過分離液貯槽４４は、温水による加熱手段を有する。本実施形態における加熱手段は、温水槽４８と温水循環ポンプ４９とによって構成される。温水槽４８には、ヒータ５５０と温度計５５２とが備えられ、析出槽５２内ならびにろ過分離液貯槽４４内のアルミン酸ナトリウム水溶液の加熱を援ける。ヒータ５５０は析出槽５２とろ過分離液貯槽４４とを循環する温水を加熱する。温度計５５２はその循環温水の液温を測定するための道具である。

晶析部は、水溶液ポンプ５０と、析出槽５２と、回収槽５４と、遠心分離機５６と、ろ液貯槽５８と、ろ液ポンプ６０とを備える。

水溶液ポンプ５０は、ろ過分離液貯槽４４に蓄えられたアルミン酸ナトリウム水溶液を析出槽５２に供給する。アルミン酸ナトリウム水溶液がろ過分離液貯槽４４にいったん蓄えられることで、水溶液ポンプ５０による析出槽５２へのアルミン酸ナトリウム水溶液の供給は一定の流量に保たれる。析出槽５２はアルミン酸ナトリウム水溶液をいったん蓄える。析出槽５２に蓄えられたアルミン酸ナトリウム水溶液は温水槽４８から供給される循環温水によって一定温度に維持される。その結果、上述した（３）式の化学反応が生じ、アルミン酸ナトリウムは苛性ソーダと水酸化アルミニウムとに分解する。回収槽５４は、析出槽５２の中の上澄みすなわち上述した（３）式により再生した苛性ソーダをいったん蓄える。遠心分離機５６は、苛性ソーダと水酸化アルミニウムとの混合物から水酸化ナトリウムを分離する。本実施形態においては、苛性ソーダと水酸化アルミニウムとを分離する際、水酸化アルミニウムに附着した苛性ソーダを除去する目的で洗浄水が加えられる。遠心分離機５６によって分離された水酸化アルミニウムはフレコン（フレキシブルコンテナバッグ）などに蓄えられ、上述したようにアルミニウムの原料などとして再利用される。ろ液貯槽５８は、遠心分離機５６によって分離された苛性ソーダをいったん蓄える。ろ液ポンプ６０は、ろ液貯槽５８に蓄えられた苛性ソーダを析出槽５２に供給する。

水素化反応部は、第２苛性ソーダポンプ４６をさらに備える。第２苛性ソーダポンプ４６は、回収槽５４に蓄えられた苛性ソーダ（再生）を、苛性ソーダタンク４０に供給する。

図２、図３、および図４を参照しつつ、反応槽２０の構成について説明する。反応槽２０は、外容器２００と、バスケット２０２とを有する。外容器２００は、苛性ソーダを収容する。外容器２００の底には、第１流通部２５２および第２流通部２５４が設けられている。これらには、第１苛性ソーダポンプ３８および給水ポンプ１４０が接続される。第１流通部２５２および第２流通部２５４を介して、第１苛性ソーダポンプ３８および給水ポンプ１４０から、苛性ソーダおよび水が外容器２００の底に導入される。バスケット２０２は、苛性ソーダと共に外容器２００に収容される。

バスケット２０２は、外筒２１０と、内筒２１２と、複数の仕切り部材２１４と、底部２１６と、反応槽２０への挿入をスムーズにする為の挿入ガイド部材２１８とを備える。

外筒２１０は、底部２１６に容易に脱着できるようボルトとヒンジとにて固定されており、苛性ソーダが通過可能な構造になっている。外筒２１０の具体的な構造については後述する。内筒２１２は、外筒２１０に囲まれ、かつ、底部２１６に図示しないシール部材を介して密着保持されている。内筒２１２は１２メッシュの金網を円筒形に丸めることで構成されている。これにより、内筒２１２は苛性ソーダが通過可能な構造になっている。仕切り部材２１４は、外筒２１０と内筒２１２との間の複数の箇所に設けられ、外筒２１０、内筒２１２、および底部２１６に挿入固定されている。本実施形態における仕切り部材２１４は１２メッシュの金網を円筒状に丸めたものである。これにより、苛性ソーダは仕切り部材２１４を通過可能である。また、水素ガスやアンモニアガスが発生したとき、仕切り部材２１４はそれらの通路ともなり得る。本実施形態において、底部２１６は、原料である細粒のアルミドロス２４０の流出を防止する為、ステンレスのパンチングメタルと細かい目通しの金網との二重構造となっている。これにより、苛性ソーダは底部２１６を通過可能である。もちろん、細粒のアルミドロス２４０の流出を防止できるのであれば、底部２１６の構成はこのような二重構造でなくともよい。挿入ガイド部材２１８は、外容器２００の底と底部２１６との間に隙間を設けるよう、外筒２１０と外容器２００とを接続するための部材であり、かつ、外容器２００に外筒２１０を挿入する際のガイドの役目を兼ねている。

外筒２１０は、ステンレスのパンチングメタルによって構成される外層２２０と、１２メッシュの金網によって構成される内層２２２とを備える。外層２２０は、内層２２２の変形を防止すると共に、孔２３０を介して苛性ソーダを通過させる。内層２２２は、１２メッシュの金網により構成されることで、細粒のアルミドロス２４０が外容器２００内に流出することを抑制する。

図５を参照しつつ、制御装置３６の構成について説明する。制御装置３６は、コンピュータ４００と、キーボード４０２と、ディスプレイ４０４とを備える。コンピュータ４００は、第１苛性ソーダポンプ３８を制御するために各種の情報を処理する。キーボード４０２は、低品位アルミドロス処理プラントの管理者が情報を入力するために用いる入力装置である。ディスプレイ４０４は、低品位アルミドロス処理プラントの管理者に対して情報を出力する出力装置である。

コンピュータ４００は、流量計用Ｉ／Ｏ（Input／Output）４１０と、炎検知器用Ｉ／Ｏ４１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）４１４と、ＲＯＭ（Read Only Memory）４１６と、ＨＤ装置４１８と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４２０と、ポンプ用Ｉ／Ｏ４２２と、入力用Ｉ／Ｏ４２４と、表示用Ｉ／Ｏ４２６とを備える。流量計用Ｉ／Ｏ４１０は、流量計２８との間で気体量情報や制御情報を通信する装置である。炎検知器用Ｉ／Ｏ４１２は、炎検知器３４との間で、炎を検知しているか否かを示す情報などを通信する装置である。ＲＡＭ４１４は、ＣＰＵ４２０が処理する情報を一時的に記憶する。ＲＯＭ４１６は、ＣＰＵ４２０が実行するファームウェアを記憶する。ＨＤ装置４１８は、ＣＰＵ４２０が実行するソフトウェアを記憶する。第１苛性ソーダポンプ３８を制御するためのプログラムもそのソフトウェアの一種である。ＣＰＵ４２０は、前述したファームウェアやソフトウェアを実行することにより各種の情報を処理する共に、ＨＤ装置４１８などを制御する。ポンプ用Ｉ／Ｏ４２２は、第１苛性ソーダポンプ３８との間で制御情報を通信する装置である。入力用Ｉ／Ｏ４２４は、キーボード４０２との間で情報を通信する装置である。表示用Ｉ／Ｏ４２６は、ディスプレイ４０４との間で情報を通信する装置である。

再び図２を参照しつつ、残渣ろ過分離装置４２の構成について説明する。残渣ろ過分離装置４２は、ゲートバルブ７０と、沈降分離槽７２と、第１排出弁７４と、スラリーポンプ７６と、第１ボールバルブ７８と、フィルタプレス８０と、第２排出弁８２と、第２ボールバルブ８４と、第１水溶液管８８と、第２水溶液管９０とを備える。

ゲートバルブ７０は、反応槽２０から沈降分離槽７２への管の途中に設けられ、反応槽２０と残渣ろ過分離装置４２とを仕切る。沈降分離槽７２は、反応槽２０から排出された混合物をいったん蓄える。この混合物は、微細なアルミドロスとアルミン酸ナトリウム水溶液とを含む。沈降分離槽７２の内部で、この混合物は比重分離の作用を利用してアルミドロスを多く含む液とアルミン酸ナトリウムを多く含む液とに分離する。沈降分離槽７２から排出されたアルミン酸ナトリウムを多く含む液は、第１排出弁７４および第１水溶液管８８を通過してスラリーポンプ７６に供給される。スラリーポンプ７６は、第２水溶液管９０を通じてその液をフィルタプレス８０に供給する。スラリーポンプ７６から排出された液は、フィルタプレス８０に供給される途中、第１ボールバルブ７８を通過する。フィルタプレス８０は、ろ布のろ過作用によって、その液から固形分を除去する。この固形分が、上述したアルミドロスの反応残渣である。固形分が除去されたアルミン酸ナトリウム水溶液は、ろ過分離液貯槽４４に排出され、そこにいったん蓄えられる。

沈降分離槽７２から排出されたアルミドロスを多く含む泥状のスラリーは、沈降分離槽７２の底に設けられたドロス排出口から排出され、第２排出弁８２を通過してスラリーポンプ７６に供給される。スラリーポンプ７６から排出された液は、第２ボールバルブ８４を経て排出される。排出されたアルミドロスは必要に応じ水洗され、ベルトフィルター等にて水分除去の後、自然乾燥して、土壌安定剤、路盤材として利用される。

沈降分離槽７２は、上澄み液排出口５０２と、ヒータ５０４と、温度計５０６とを備える。上澄み液排出口５０２は、反応槽２０から排出された混合物の上澄みを排出するための排出口である。この上澄みは、上述したアルミン酸ナトリウムを多く含む液として、スラリーポンプ７６に供給される。ヒータ５０４は、反応槽２０から排出された混合物の晶析による水酸化アルミニウムの析出を防止するため、その混合物を加熱する。温度計５０６はその混合物の液温を測定するための道具である。

本実施形態においては、低品位アルミドロス処理プラントの管理者がヒータ５０４およびヒータ５５０を操作することで、混合物の液温およびアルミン酸ナトリウム水溶液の液温は約３５３Ｋに保たれる。もちろん、これらの温度管理は制御装置３６が自動的に行っても良い。その場合、制御装置３６はこれらの温度を監視したりヒータ５０４およびヒータ５５０を制御したりするためのＩ／Ｏを有し、かつ、ＨＤ装置４１８にそのためのソフトウェアが記憶されている必要がある。

図６を参照して、第１水溶液管８８および第２水溶液管９０の構成について説明する。第１水溶液管８８および第２水溶液管９０は、管本体５７０と断熱材５７２とを備える。管本体５７０は、上述した混合物が内部を通過する金属製の管である。素材としては炭素鋼鋼管が望ましい。断熱材５７２は、管本体５７０の内部を通過する混合物の液温が低下しないよう、熱を遮断する素材である。断熱材５７２となる具体的な素材は特に限定されないが、例えばロックウールであってもよい。このような構造となっているので、第１水溶液管８８および第２水溶液管９０を通過する間において混合物の液温の低下は抑制される。

図７を参照して、反応槽２０における細粒のアルミドロス２４０に対する処理を説明する。

ステップＳ６００にて、バスケット２０２が外容器２００の中に収容される。バスケット２０２には、細粒のアルミドロス２４０が収容されている。細粒のアルミドロス２４０は、外筒２１０と、内筒２１２と、仕切り部材２１４とによって囲まれた収容空間に収容されている。バスケット２０２が収容された後、外容器２００の図示しない蓋が閉じられる。

ステップＳ６０２にて、外容器２００の第２流通部２５４を介して給水ポンプ１４０から水が供給される。これにより、外容器２００の内部には、底から順に水が満たされる。給水量の目標値は、残渣ろ過分離装置４２へ混合物が排出される際において、その中の苛性ソーダの濃度が１６〜１８％程度になる量である。この目標を達成するため、第２苛性ソーダポンプ４６内の苛性ソーダの濃度を予め調べておく必要がある。

ステップＳ６０４にて、排気ポンプ１４２は外容器２００の中の気体を強制排気する。一方、窒素供給装置１４４は外容器２００の中に窒素ガスを導入する。窒素ガスを導入する理由は、（１）式および（２）式の反応過程での爆発事故を防止するためである。外容器２００の中の雰囲気気体の酸素濃度が水素の爆発限界である４％以下となるまで窒素ガスに置換された後、次のステップに移る。

ステップＳ６０６にて、制御装置３６の指示により第１苛性ソーダポンプ３８は外容器２００の中へ苛性ソーダを供給させる。これにより、上述の（１）式および（２）式の化学反応が生じ、細粒のアルミドロス２４０から水素とアンモニアとアルミン酸ナトリウムとが生成する。上述したように、水素およびアンモニア吸収塔２６にて除去しきれなかったアンモニアはバーナ３２で燃焼される。

苛性ソーダの供給にあたり、制御装置３６は、流量計２８が測定したガスの流量に基づくフィードバック制御を行う。すなわち、制御装置３６は、第１苛性ソーダポンプ３８の図示しないモータの回転数が以下の（４）式に従うよう、制御信号を生成し、第１苛性ソーダポンプ３８に出力する。

ただし、ΔＦは流量計２８が測定したガスの流量とその目標値との差を示し、単位は立法メートル毎時である。Ｆは流量計２８が測定したガスの流量を示し、単位は立法メートル毎時である。ｆ_０は初期設定時の回転数で、単位はヘルツである。その他の係数は実際の運転結果に基づいて定められる係数である。

なお、（４）式に従ってフィードバック制御を実施するための具体的なアルゴリズムは周知なので、ここではその詳細な説明は繰返さない。

苛性ソーダは、第１流通部２５２を通じて第１苛性ソーダポンプ３８から供給される。これにより、苛性ソーダも外容器２００の底から供給されることになる。その苛性ソーダは、外筒２１０と、内筒２１２と、底部２１６とを通じて、細粒のアルミドロス２４０が収容されている空間に侵入する。細粒のアルミドロス２４０は、底にあるものから順に苛性ソーダと接触する。しかも、外筒２１０と、内筒２１２と、底部２１６とから苛性ソーダが進入し、かつ、アルミドロスが収容される空間は細かく分け隔てられているので、底部２１６からの高さが同じなら、どのアルミドロスもほぼ同時に苛性ソーダに接触する。これによりアルミドロスは供給された苛性ソーダの量（液深）に比例した分のみ液に接触することになる。

ステップＳ６０８にて、（１）式および（２）式の化学反応が収束した後、排気ポンプ１４２により外容器２００の中の気体を強制排気する。（１）式および（２）式の化学反応が収束したか否かは、炎検知器３４が炎を検知しているか否かに基づき判断される。（１）式および（２）式の化学反応が収束すると燃料となるガスがなくなるので（厳密に言えば、「燃焼を継続できなくなる程度にガスの発生速度が低くなるので」である）、炎が検出されなくなったとき化学反応が収束したと判断できる。（１）式および（２）式の化学反応が収束した後、外容器２００の中の気体を強制排気すると、液相と気相との圧力平衡が崩れることにより、液相からの水の蒸発が進む。その際、気化熱が奪われるので、反応槽２０の内部の液温は急速に低下する。（１）式および（２）式の化学反応により反応槽２０の内部の液温は９５℃以上と高くなっているが、この処理により液温を急速に下げることができるので、反応槽２０の内部の混合物を短時間に安全に取り出すことが可能となる。

ステップＳ６１０にて、ゲートバルブ７０を開き、反応槽２０の中の混合物を沈降分離槽７２に排出させる。

前述の排気操作により反応槽２０内の気体は水蒸気に置換されているため、ステップＳ６１２にて、反応槽２０の図示しない蓋を開き、バスケット２０２を安全に取り出すことができる。バスケット２０２の中に残った残留物は、水洗および自然乾燥の後、路盤材などの用途に利用する。

以上のようにして、本実施形態にかかる低品位アルミドロス処理プラントは、細粒のアルミドロス２４０を処理し、水素、アンモニア、水酸化アルミニウム、および路盤材の原料を生成させることができる。しかも、本実施形態にかかる低品位アルミドロス処理プラントは、バスケット２０２の構造上、細粒のアルミドロス２４０を少しずつ分解させることができるので、安定したフィードバック制御が可能である。

その上、本実施形態にかかる残渣ろ過分離装置４２は、アルミン酸ナトリウム水溶液から残渣を安定かつ短時間で除去することができる。これは、沈降分離槽７２にヒータ５０４を備え、かつ、第１水溶液管８８および第２水溶液管９０が管本体５７０と断熱材５７２との二層構造になっていることに起因する。残渣が安定して除去できなくなる主な原因として、フィルタプレス８０のろ布が目詰まりすることがある。これは、アルミン酸ナトリウム水溶液の液温が低下することにより、アルミン酸ナトリウムの溶解度が低下し、かつ、上述した（３）式の化学反応が促進され、水酸化アルミニウムの微細粉末が生成することによる。ろ布を目詰まりさせる物質は、水酸化アルミニウムの微細粉末である。液温の低下を防止することで、目詰まりを未然に防止しているので、残渣の除去が安定して行える。しかも、沈降分離槽７２を設けてアルミドロスを事前に除去していることがフィルタプレス８０の負荷を軽くしている。これによっても、残渣の除去が安定化されている。

さらに、反応槽２０における細粒のアルミドロス２４０の処理の後、水蒸気の気化熱によっていったん液温を下げているので、反応後の混合物の取り出しを安全に行える。気体を置換するためのポンプを転用して液温を低下させることができるので、新たな冷却設備は不要である。そのため、コストの上昇をほとんど招かない。その結果、設備の複雑化や大型化を招くことなく安全に液温を低下させることができる。

<変形例>
今回開示された実施形態はすべての点で例示である。本発明の範囲は上述した実施形態に基づいて制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更をしてもよいのはもちろんである。

例えば、第１流通部２５２および第２流通部２５４は、外容器２００の底ではなく外容器２００の上部に設けられても良い。その場合、外容器２００の底に水や苛性ソーダを誘導するため、外容器２００の内周に管などを設けることが望ましい。また、挿入ガイド部材２１８は、外容器２００の底と底部２１６との間に隙間を設けるよう、底部２１６あるいは内筒２１２のいずれかと外容器２００とを接続する部材であってもよい。

第１水溶液管８８および第２水溶液管９０のうち一方のみが管本体５７０と断熱材５７２とを備え、他方は断熱材５７２を備えなくともよい。第１水溶液管８８および第２水溶液管９０の双方が管本体５７０と断熱材５７２とを備えることが望ましいが、たとえば第１水溶液管８８のみが断熱材５７２を備え、第２水溶液管９０は管本体５７０のみからなるものであってもよい。さらに、第１水溶液管８８および第２水溶液管９０のうち少なくとも一方がヒータを備えていてもよい。

反応槽２０は、細粒のアルミドロスと苛性ソーダとに代え、他の物質同士の化学反応に用いられてもよい。この場合、化学反応によって生成する気体が非水溶性ならば、第１水封槽２４やアンモニア吸収塔２６をその気体のほぼすべてが通過することになる。その場合、流量計２８は、生成したガスすべての流量を測定することとなる。

ステップＳ６０８における判断、すなわち、（１）式および（２）式の化学反応が収束したか否かの判断は、上述した方法によらなくてもよい。たとえば、流量計２８によって測定されたガスの流量が閾値を下回ったとき、（１）式および（２）式の化学反応が収束したと判断してもよい。この場合、流量計２８が収束検出装置の役割を果たす。また、この場合における「収束」とは、ガスの流量（ひいてはガスの発生速度）が閾値を下回ることと同義である。

本発明の実施形態に係るアルミドロスの処理フローを示す図である。 本発明の実施形態に係る低品位アルミドロス処理プラントの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るバスケットを示す図である。 本発明の実施形態に係るバスケットの外筒の構造を示す拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る管の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る作業フローを示す図である。

符号の説明

２０ 反応槽
２２ 凝縮槽
２４ 第１水封槽
２６ アンモニア吸収塔
２８ 流量計
３０ 第２水封槽
３２ バーナ
３４ 炎検知器
３６ 制御装置
３８ 第１苛性ソーダポンプ
４０ 苛性ソーダタンク
４２ 残渣ろ過分離装置
４４ ろ過分離液貯槽
４８ 温水槽
４９ 温水循環ポンプ
４６ 第２苛性ソーダポンプ
５０ 水溶液ポンプ
５２ 析出槽
５４ 回収槽
５６ 遠心分離機
５８ ろ液貯槽
６０ ろ液ポンプ
７０ ゲートバルブ
７２ 沈降分離槽
７４ 第１排出弁
７６ スラリーポンプ
７８ 第１ボールバルブ
８０ フィルタプレス
８２ 第２排出弁
８４ 第２ボールバルブ
８８ 第１水溶液管
９０ 第２水溶液管
１００ クーリングタワー
１０２ 冷媒ポンプ
１２０ アンモニア水貯槽
１４０ 給水ポンプ
１４２ 排気ポンプ
１４４ 窒素供給装置
２００ 外容器
２０２ バスケット
２１０ 外筒
２１２ 内筒
２１４ 仕切り部材
２１６ 底部
２１８ 挿入ガイド部材
２２０ 外層
２２２ 内層
２３０ 孔
２４０ アルミドロス
２５２ 第１流通部
２５４ 第２流通部
４００ コンピュータ
４０２ キーボード
４０４ ディスプレイ
４１０ 流量計用Ｉ／Ｏ
４１２ 炎検知器用Ｉ／Ｏ
４１４ ＲＡＭ
４１６ ＲＯＭ
４１８ ＨＤ装置
４２０ ＣＰＵ
４２２ ポンプ用Ｉ／Ｏ
４２４ 入力用Ｉ／Ｏ
４２６ 表示用Ｉ／Ｏ
５０２ 上澄み液排出口
５０４，５５０ ヒータ
５０６，５５２ 温度計
５７０ 管本体
５７２ 断熱材

Claims (2)

1. 気体排出ポンプに接続された反応槽において水中でアルミドロスと水酸化ナトリウムとを反応させることによりアルミン酸ナトリウムと水素とを生成する物質生成方法であって、
   前記アルミドロスと前記水酸化ナトリウムとの反応が収束したか否かは、収束検出装置によって検出され、
   前記物質生成方法は、熱吸収ステップを備え、
   前記熱吸収ステップは、前記反応が収束した後、前記反応槽の内部の気体を前記気体排出ポンプによって排出することにより、前記反応により生じた熱を水蒸気の気化熱として吸収するステップである、アルミン酸ナトリウムと水素との生成方法。
2. 前記収束検出装置は、前記水素の発生速度が所定の要件を満たすか否かを検出する装置であり、
   前記熱吸収ステップは、前記反応が収束することにより前記水素の発生速度が前記所定の要件を満たした後、前記反応槽の内部の気体を前記気体排出ポンプによって排出するステップを有する、請求項１に記載のアルミン酸ナトリウムと水素との生成方法。

Images