JP2012001421A5

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Publication number: JP2012001421A5
Application number: JP2010237721A
Authority: JP
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2030-10-22

Description

［工程（Ｂ）；シリカ回収工程］
本工程は、液分中のＳｉ濃度が６．０質量％以上のケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸を混合して、液分中のＳｉを非ゲル状の沈降性シリカとして析出させた後、固液分離を行い、ＳｉＯ_２を含む固形分と、不純物を含む液分を得る工程である。
なお、沈降性シリカは、ケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸との混合と同時に生成する。
本工程において用いられるケイ酸アルカリ水溶液は、特に限定されないが、具体的には前工程（工程（Ａ）または工程（Ｂ１））で得られたケイ酸アルカリ水溶液、及び水ガラス等が挙げられる。
本発明で用いられる水ガラスは、市販のものを使用することができ、ＪＩＳ規格により規定される１号、２号、３号の他に各水ガラスメーカーで製造販売されているＪＩＳ規格外の製品も使用することができる。
ケイ酸アルカリ水溶液中に含まれるＳｉの濃度は、６．０質量％以上、好ましくは８．０質量％以上、特に好ましくは１０．０質量％以上である。Ｓｉ濃度が６．０質量％未満であると、シリカがゲル状で析出するため、固液分離に時間がかかるとともに、得られるシリカの量が低下する。
ケイ酸アルカリ水溶液として水ガラスを用いる場合、Ｓｉ濃度は好ましくは１０．０質量％以上、より好ましくは１２．５質量％以上、特に好ましくは１５．０質量％以上である。
本工程において用いられる鉱酸は、例えば硫酸、塩酸、硝酸等が挙げられ、硫酸を用いることが薬剤コスト低減の理由で好ましい。
鉱酸の濃度は、ケイ酸アルカリ水溶液と混合する際に、非ゲル状の沈降性シリカが析出すればよく、具体的には、上記工程（Ａ）または工程（Ｂ１）で得られたケイ酸アルカリ水溶液を用いる場合、鉱酸の濃度は、好ましくは２０体積％以上、より好ましくは２５体積％以上、特に好ましくは３０体積％以上である。鉱酸の濃度が、上記範囲に満たない場合には、沈降性シリカが生成しない、あるいは沈降性シリカとゲル状シリカの両方が生成するおそれがある。このゲル状シリカが生成すると、最終シリカ生成物中の不純物濃度が高くなる。
水ガラスをケイ酸アルカリ水溶液として用いる場合、鉱酸の濃度は、好ましくは１０体積％以上、より好ましくは１５体積％以上、特に好ましくは２０体積％以上である。鉱酸の濃度が、上記範囲に満たない場合には、沈降性シリカが生成しない、あるいは沈降性シリカとゲル状シリカの両方が生成するおそれがある。
ケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸の混合方法は、特に限定されるものではないが、ｐＨを好ましくは１．０以下、より好ましくは０．９以下に保つことが望ましい。また、沈降性シリカのみを生成させる観点から、ケイ酸アルカリ水溶液を鉱酸に添加する方法が好ましい。具体的には、ケイ酸アルカリ水溶液を鉱酸に滴下する方法や、ケイ酸アルカリ水溶液を、１．０ｍｍφ以上、好ましくは４．０ｍｍφ以上のチューブ等から、鉱酸中に直接押し出す方法等が挙げられる。
また、ケイ酸アルカリ水溶液の鉱酸液中への流出速度は限定されないが、混合する際にｐＨが１．０を超え、かつ流出速度が大きい場合には、沈降性シリカが生成しない、あるいは沈降性シリカとゲル状シリカの両方が生成するおそれがある。
さらに、本工程において、ケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸を混合する際の沈降性シリカの析出温度を１０℃以上、８０℃以下に保持することで、得られるシリカの収量を増加させることができる。析出温度は１０℃以上、８０℃以下、好ましくは４０℃以上、７０℃以下、より好ましくは５０℃以上、６０℃以下である。析出温度が８０℃を超えると、エネルギーコストの上昇や設備の腐食等が生じてしまう。
上記ケイ酸アルカリ水溶液中のＳｉを沈降性シリカとして析出させた後、フィルタープレス等の固液分離手段を用いて、ＳｉＯ_２を含む固形分と、不純物を含む液分に分離する。得られた沈降性シリカはゲル状ではなく、粒子状であるため固液分離に要する時間を短くすることができる。

［実施例１１］
水ガラス溶液（富士化学（株）製：ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）＝３．２０）１４０ｇに水３５ｇを加えて、Ｓｉ濃度１０％の水ガラス溶液を得た。
得られた水ガラス溶液を硫酸濃度３０体積％の硫酸中に滴下し、かつウォーターバスによって析出温度を６０℃に保ちながら沈降性シリカを析出させた後、減圧下でブフナー漏斗で固液分離し、ＳｉＯ_２を含む固形分（沈降性シリカ）３９．８ｇと、不純物を含む液分１３５．０ｇを得た。
得られた沈降性シリカ中のナトリウム（Ｎａ）、硫黄（Ｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）の濃度を測定した。その結果を表１に示す。
得られた沈降性シリカは、乾燥後に、Ｎａ：８３２ｐｐｍ、Ｓ：１７５３ｐｐｍ、Ａｌ：２．３ｐｐｍ、Ｆｅ：４．０ｐｐｍ、Ｂ：０．０５ｐｐｍ未満、Ｐ：１．０ｐｐｍ未満の成分組成を有していた。また、Ｓｉの回収率は９３％であった。

［実施例１２］
水ガラス溶液（富士化学（株）製：ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）＝３．２０）１４０ｇに水３５ｇを加えて、Ｓｉ濃度１０％の水ガラス溶液を得た。
得られた水ガラス溶液を硫酸濃度２０体積％の硫酸中に滴下し、かつウォーターバスによって析出温度を６０℃に保ちながら沈降性シリカを析出させた後、減圧下でブフナー漏斗で固液分離し、ＳｉＯ_２を含む固形分（沈降性シリカ）３８．５ｇと、不純物を含む液分１３６．２ｇを得た。
得られた沈降性シリカ中のナトリウム（Ｎａ）、硫黄（Ｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）の濃度を測定した。その結果を表１に示す。
得られた沈降性シリカは、乾燥後に、Ｎａ：７９６ｐｐｍ、Ｓ：１３１２ｐｐｍ、Ａｌ：２．９ｐｐｍ、Ｆｅ：４．８ｐｐｍ、Ｂ：０．０５ｐｐｍ未満、Ｐ：１．０ｐｐｍ未満の成分組成を有していた。また、Ｓｉの回収率は９０％であった。

［実施例１３］
水ガラス溶液（富士化学（株）製：ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）＝３．２０）１４０ｇに水３５ｇを加えて、Ｓｉ濃度１０％の水ガラス溶液を得た。
得られた水ガラス溶液を硫酸濃度１０体積％の硫酸中に滴下し、かつウォーターバスによって析出温度を６０℃に保ちながら沈降性シリカを析出させた後、減圧下でブフナー漏斗で固液分離し、ＳｉＯ_２を含む固形分（沈降性シリカ）３６．４ｇと、不純物を含む液分１３８．７ｇを得た。
得られた沈降性シリカ中のナトリウム（Ｎａ）、硫黄（Ｓ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）の濃度を測定した。その結果を表１に示す。
得られた沈降性シリカは、乾燥後に、Ｎａ：３１６ｐｐｍ、Ｓ：４２７ｐｐｍ、Ａｌ：５．１ｐｐｍ、Ｆｅ：６．７ｐｐｍ、Ｂ：０．０５ｐｐｍ、Ｐ：１．０ｐｐｍ未満の成分組成を有していた。また、Ｓｉの回収率は８５％であった。
なお、実施例１〜１３において、工程（Ｂ）におけるケイ酸アルカリ水溶液と硫酸の混合は、ｐＨ１．０以下に保ちながら行われた。