JP2023106902A - Crystallization reaction method and crystallization reaction apparatus - Google Patents

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Reiya Kaneshige
徹 中野
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Abstract

To provide a crystallization reaction method and a crystallization reaction apparatus capable of recovering fluorine at a high recovery rate even under a neutral condition in a crystallization reaction using a stirring type crystallization reaction tank.SOLUTION: There is provided a crystallization reaction method of adding a calcium agent to water to be treated containing fluorine to generate calcium fluoride crystals, followed by recovering the calcium fluoride crystals, wherein a dispersant is added to the water to be treated to perform a crystallization reaction under the condition of a pH of 4 or more and 9 or less using a crystallization reaction tank 10 equipped with a stirring device 20 having stirring blades.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フッ素含有水の晶析処理を行う晶析反応装置および晶析反応方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a crystallization reaction apparatus and a crystallization reaction method for performing crystallization treatment of fluorine-containing water.

フッ素を含有するフッ素含有水からフッ素を回収する方法として、例えば、種晶が充填された晶析反応槽にフッ素含有水とカルシウム剤とを注入し、種晶表面に難溶性のカルシウム塩を析出させて、回収する方法が知られている。このような方法において、フッ素の回収率を上げることが検討されている。 As a method for recovering fluorine from fluorine-containing water containing fluorine, for example, fluorine-containing water and a calcium agent are injected into a crystallization reaction tank filled with seed crystals, and sparingly soluble calcium salts are precipitated on the surfaces of the seed crystals. It is known how to let and recover. In such a method, attempts are being made to increase the recovery rate of fluorine.

例えば、特許文献1には、流動床型の晶析反応槽においてカルシウム剤として塩化カルシウムを用い、フッ素含有水にさらに分散剤を添加し、pH4~5の条件で運転することによって、フッ素の回収率を上げることが記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses recovery of fluorine by using calcium chloride as a calcium agent in a fluidized bed type crystallization reactor, further adding a dispersant to fluorine-containing water, and operating under conditions of pH 4 to 5. mentioned to increase the rate.

一方、特許文献2には、撹拌型の晶析反応槽においてカルシウム剤として塩化カルシウムを用いてフッ素含有水のpH2~3の条件で運転することが記載されている。 On the other hand, Patent Literature 2 describes that an agitated crystallization reaction tank is operated under conditions of pH 2 to 3 of fluorine-containing water using calcium chloride as a calcium agent.

また、特許文献3には、撹拌型の晶析反応槽においてカルシウム剤として消石灰を用いてpH0.8~3の条件で運転することが記載されている。 Further, Patent Document 3 describes that a stirring type crystallization reaction tank is operated under conditions of pH 0.8 to 3 using slaked lime as a calcium agent.

特許文献2,3に記載のような撹拌型の晶析反応槽を用いると、流動床型の晶析反応槽よりも高濃度(例えば、5000mg/L以上)のフッ素含有水からフッ素を回収することができる。しかし、特許文献2,3に記載の通り、撹拌型の晶析反応槽を用いる場合、pH3以下の強酸性条件で運転する必要がある。これは、中性により近い弱酸性のpH条件ではカルシウム塩の微結晶が生成し、沈殿による分離がしにくくなり、回収率が低下するためである。しかし、pH3以下の強酸性条件においてフッ酸は反応性が高く、取り扱いに十分な注意が必要であり、周辺機器を腐食しやすい等の問題があった。そこで、撹拌型の晶析反応槽を用いる晶析反応において中性に近い条件でもフッ素の回収率を上げることが求められている。 By using the stirring type crystallization reaction tank as described in Patent Documents 2 and 3, fluorine can be recovered from fluorine-containing water having a higher concentration (for example, 5000 mg/L or more) than the fluidized bed type crystallization reaction tank. be able to. However, as described in Patent Documents 2 and 3, when using a stirred crystallization reactor, it is necessary to operate under strongly acidic conditions of pH 3 or less. This is because under weakly acidic pH conditions closer to neutrality, microcrystals of calcium salts are formed, making it difficult to separate them by precipitation and lowering the recovery rate. However, hydrofluoric acid is highly reactive under strongly acidic conditions of pH 3 or less, requiring sufficient care in handling and causing problems such as susceptibility to corrosion of peripheral equipment. Therefore, in a crystallization reaction using a stirring type crystallization reaction tank, it is required to increase the recovery rate of fluorine even under near-neutral conditions.

特許第4785353号公報Japanese Patent No. 4785353 特許第4590383号公報Japanese Patent No. 4590383 特許第5650164号公報Japanese Patent No. 5650164

本発明の目的は、撹拌型の晶析反応槽を用いる晶析反応において、中性に近い条件でも高い回収率でフッ素を回収することができる晶析反応方法および晶析反応装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a crystallization reaction method and a crystallization reaction apparatus capable of recovering fluorine at a high recovery rate even under near-neutral conditions in a crystallization reaction using a stirring-type crystallization reaction tank. It is in.

本発明は、フッ素を含む被処理水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムの結晶を生成させ、フッ化カルシウムの結晶を回収する晶析反応方法であって、撹拌翼を有する撹拌手段を備えた晶析反応槽を用い、前記被処理水に分散剤を添加し、pH4以上9以下の条件下で晶析反応を行う、晶析反応方法である。 The present invention relates to a crystallization reaction method for adding a calcium agent to fluorine-containing water to be treated to generate calcium fluoride crystals and recovering the calcium fluoride crystals, which comprises a stirring means having a stirring blade. a dispersant is added to the water to be treated, and the crystallization reaction is carried out under the condition of pH 4 or more and 9 or less using a crystallization reaction tank.

前記晶析反応方法において、前記被処理水中の前記フッ素の濃度は、5000~50000mg/Lの範囲であることが好ましい。 In the crystallization reaction method, the fluorine concentration in the water to be treated is preferably in the range of 5000 to 50000 mg/L.

前記晶析反応方法において、前記被処理水中の前記分散剤の濃度は、固形分濃度として前記フッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム以上であることが好ましい。 In the crystallization reaction method, the concentration of the dispersant in the water to be treated is preferably at least 300 times the weight milligram of the square of the molar concentration of fluorine as a solid concentration.

前記晶析反応方法において、前記分散剤は、アクリル酸系キレート剤を含むことが好ましい。 In the crystallization reaction method, the dispersant preferably contains an acrylic acid-based chelating agent.

本発明は、フッ素を含む被処理水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムの結晶を生成させ、フッ化カルシウムの結晶を回収する晶析反応装置であって、撹拌翼を有する撹拌手段を備えた晶析反応槽と、前記被処理水に分散剤を添加する分散剤添加手段と、を備え、前記晶析反応槽内でpH4以上9以下の条件下で晶析反応を行う、晶析反応装置である。 The present invention is a crystallization reaction apparatus for adding a calcium agent to fluorine-containing water to be treated to generate crystals of calcium fluoride and recovering the crystals of calcium fluoride, the apparatus comprising stirring means having stirring blades. and dispersant addition means for adding a dispersant to the water to be treated, wherein the crystallization reaction is carried out in the crystallization reaction tank under conditions of pH 4 or more and 9 or less. It is a device.

前記晶析反応装置において、前記被処理水中の前記フッ素の濃度は、5000~50000mg/Lの範囲であることが好ましい。 In the crystallization reactor, the fluorine concentration in the water to be treated is preferably in the range of 5000 to 50000 mg/L.

前記晶析反応装置において、前記被処理水中の前記分散剤の濃度は、固形分濃度として前記フッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム以上であることが好ましい。 In the crystallization reactor, the concentration of the dispersant in the water to be treated is preferably 300 times the molar concentration of fluorine in weight milligrams or more as a solid concentration.

前記晶析反応装置において、前記分散剤は、アクリル酸系キレート剤を含むことが好ましい。 In the crystallization reactor, the dispersant preferably contains an acrylic acid-based chelating agent.

本発明によって、撹拌型の晶析反応槽を用いる晶析反応において、高い回収率でフッ素を回収することができる晶析反応方法および晶析反応装置を提供することが可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a crystallization reaction method and a crystallization reaction apparatus capable of recovering fluorine at a high recovery rate in a crystallization reaction using a stirred crystallization reaction tank.

本発明の実施形態に係る晶析反応装置の一例を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an example of a crystallization reactor according to an embodiment of the present invention; FIG. 実施例および比較例におけるフッ素の回収率(%)を示すグラフである。2 is a graph showing fluorine recovery rates (%) in Examples and Comparative Examples.

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described below. This embodiment is an example of implementing the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

本発明の実施形態に係る晶析反応装置の一例の概略を図1に示し、その構成について説明する。 An outline of an example of a crystallization reactor according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, and the configuration thereof will be described.

本発明の実施形態に係る晶析反応装置1は、フッ素を含む被処理水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムの結晶を生成させ、フッ化カルシウムの結晶を回収する晶析反応装置であって、撹拌翼を有する撹拌手段として撹拌装置20を備えた、晶析反応を行うための晶析反応槽10と、被処理水に分散剤を添加する分散剤添加手段として、分散剤供給配管30と、を備える。晶析反応装置1は、被処理水を貯留する被処理水槽12と、カルシウム剤を貯留するカルシウム剤槽14と、を備えてもよい。 The crystallization reaction apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is a crystallization reaction apparatus for adding a calcium agent to fluorine-containing water to be treated to generate calcium fluoride crystals and recovering the calcium fluoride crystals. A crystallization reaction tank 10 for carrying out a crystallization reaction, which is equipped with a stirring device 20 as stirring means having stirring blades, and a dispersant supply pipe 30 as dispersant addition means for adding a dispersant to the water to be treated. And prepare. The crystallization reaction apparatus 1 may include a water tank 12 to be treated that stores water to be treated and a calcium agent tank 14 that stores a calcium agent.

図1の晶析反応装置1において、被処理水槽12の出口と晶析反応槽10の被処理水入口とは、ポンプ16を介して被処理水供給配管22により接続されている。被処理水槽12の分散剤入口には、分散剤供給配管30が接続されている。カルシウム剤槽14の出口と晶析反応槽10のカルシウム剤入口とは、ポンプ18を介してカルシウム剤供給配管24により接続されている。晶析反応槽10の上部側面の処理水出口には、処理水排出配管26が接続されている。晶析反応槽10の下部の結晶出口には、結晶排出配管28が接続されている。晶析反応槽10には、モータ等の駆動手段および晶析反応槽10内の流体を撹拌する撹拌翼等を有する撹拌手段として撹拌装置20が設置されている。撹拌装置20の撹拌翼は、撹拌軸を介して伝達されるモータが発生する回転力によって回転する。晶析反応槽10のpH調整剤入口には、晶析反応槽10内のpHを調整するpH調整手段としてpH調整剤供給配管32が接続されていてもよい。 In the crystallization reaction apparatus 1 of FIG. 1 , the outlet of the water tank 12 to be treated and the inlet of the water to be treated of the crystallization reaction tank 10 are connected by a water supply pipe 22 to be treated via a pump 16 . A dispersant supply pipe 30 is connected to the dispersant inlet of the water tank 12 to be treated. The outlet of the calcium agent tank 14 and the calcium agent inlet of the crystallization reaction tank 10 are connected by a calcium agent supply pipe 24 via a pump 18 . A treated water discharge pipe 26 is connected to the treated water outlet on the upper side surface of the crystallization reaction tank 10 . A crystal discharge pipe 28 is connected to the crystal outlet at the bottom of the crystallization reaction tank 10 . The crystallization reaction tank 10 is provided with a stirring device 20 as a stirring means having driving means such as a motor and stirring blades for stirring the fluid in the crystallization reaction tank 10 . The stirring blades of the stirring device 20 are rotated by a rotational force generated by a motor transmitted via a stirring shaft. A pH adjusting agent supply pipe 32 may be connected to the pH adjusting agent inlet of the crystallization reaction tank 10 as pH adjusting means for adjusting the pH in the crystallization reaction tank 10 .

本実施形態に係る晶析反応方法および晶析反応装置1の動作について説明する。 The operation of the crystallization reaction method and the crystallization reaction apparatus 1 according to this embodiment will be described.

フッ素を含む被処理水は、必要に応じて被処理水槽12に貯留される。ここで、被処理水槽12において分散剤が、分散剤供給配管30を通して被処理水に添加される(分散剤添加工程)。分散剤が添加された被処理水は、ポンプ16によって被処理水供給配管22を通して晶析反応槽10に供給される。分散剤は、被処理水供給配管22において被処理水に添加されてもよい。一方、カルシウム剤は、必要に応じてカルシウム剤槽14に貯留され、ポンプ18によってカルシウム剤供給配管24を通して晶析反応槽10に供給される(カルシウム剤添加工程)。カルシウム剤は、晶析反応槽10の撹拌翼の近傍に添加されることが好ましい。必要に応じて、種晶が晶析反応槽10に供給されてもよい(種晶添加工程)。pH調整剤がpH調整剤供給配管32を通して晶析反応槽10に添加され、晶析反応槽10内のpHがpH4以上9以下に調整される(pH調整工程)。晶析反応槽10内は、撹拌装置20により撹拌される。 The water to be treated containing fluorine is stored in the water tank 12 to be treated as needed. Here, a dispersant is added to the water to be treated through the dispersant supply pipe 30 in the water tank 12 to be treated (dispersant addition step). The water to be treated to which the dispersant has been added is supplied to the crystallization reaction tank 10 through the water to be treated supply pipe 22 by the pump 16 . A dispersant may be added to the water to be treated in the water to be treated supply pipe 22 . On the other hand, the calcium agent is stored in the calcium agent tank 14 as needed and supplied to the crystallization reaction tank 10 through the calcium agent supply pipe 24 by the pump 18 (calcium agent addition step). The calcium agent is preferably added near the stirring blades of the crystallization reaction tank 10 . If necessary, seed crystals may be supplied to the crystallization reaction vessel 10 (seeding step). A pH adjuster is added to the crystallization reaction tank 10 through the pH adjuster supply pipe 32, and the pH in the crystallization reaction tank 10 is adjusted to pH 4 or more and 9 or less (pH adjustment step). The inside of the crystallization reaction tank 10 is stirred by the stirring device 20 .

そして、晶析反応槽10において、pH4以上9以下の条件下で、被処理水に含まれるフッ素がカルシウム剤と反応して、フッ化カルシウムの難溶性カルシウム塩の結晶が生成される(晶析反応工程)。種晶が存在する場合にはフッ化カルシウムの難溶性カルシウム塩が種晶表面に析出され、難溶性カルシウム塩の結晶が生成される。晶析反応槽10における晶析反応によってフッ素が低減された処理水は、処理水排出配管26を通して排出される。晶析反応槽10内で生成したフッ化カルシウムの難溶性カルシウム塩は、結晶排出配管28から引き抜かれて排出され、回収される。 Then, in the crystallization reaction tank 10, fluorine contained in the water to be treated reacts with the calcium agent under the condition of pH 4 or more and 9 or less, and crystals of the sparingly soluble calcium salt of calcium fluoride are generated (crystallization reaction step). When seed crystals are present, sparingly soluble calcium salts of calcium fluoride are precipitated on the surfaces of the seed crystals to form crystals of the sparingly soluble calcium salts. The treated water in which fluorine has been reduced by the crystallization reaction in the crystallization reaction tank 10 is discharged through the treated water discharge pipe 26 . The sparingly soluble calcium salt of calcium fluoride produced in the crystallization reaction tank 10 is drawn out from the crystal discharge pipe 28, discharged, and recovered.

本発明者らは、撹拌型の晶析反応槽を用いる晶析反応において、フッ素を含む被処理水に分散剤を添加すると、特に分散剤をフッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム以上となるようにフッ素を含む被処理水に添加すると、pH4以上9以下の条件下でフッ素とカルシウム剤との晶析反応を行うことによって、中性に近い条件でも高い回収率でフッ素を回収することができることを見出した。撹拌型の晶析反応槽を用いる晶析反応において、pH4以上9以下の弱酸性から弱アルカリ性の中性に近い条件でも、分散剤を被処理水に加えると、特に分散剤をフッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム以上となるように被処理水に加えると、キレート効果が働き、微細結晶が析出しづらくなり、高い回収率でフッ素を回収することができると考えられる。また、分散剤を被処理水に加えないときと同じ回収率とすれば、晶析反応槽を小さくすることができる、使用する種晶の量を低減することができる、被処理水のフッ素濃度を高くすることができる等の利点がある。 The present inventors have found that, in a crystallization reaction using a stirring type crystallization reaction tank, when a dispersant is added to fluorine-containing water to be treated, the amount of the dispersant in particular is 300 times the molar concentration of fluorine in milligrams or more. When added to fluorine-containing water to be treated, fluorine is recovered at a high recovery rate even under near-neutral conditions by performing a crystallization reaction between fluorine and a calcium agent under conditions of pH 4 or more and 9 or less. I found out what I can do. In the crystallization reaction using a stirring-type crystallization reaction tank, even under weakly acidic to weakly alkaline neutral conditions of pH 4 or more and 9 or less, when the dispersant is added to the water to be treated, the concentration of the dispersant, in particular, in the molar concentration of fluorine When added to the water to be treated in an amount of 300 times the square of the weight in milligrams or more, the chelate effect works, fine crystals are less likely to precipitate, and fluorine can be recovered at a high recovery rate. In addition, if the recovery rate is the same as when the dispersant is not added to the water to be treated, the crystallization reaction tank can be made smaller, the amount of seed crystals to be used can be reduced, and the fluorine concentration of the water to be treated can be reduced. has the advantage of being able to increase the

特許文献2,3に記載の通り、撹拌型の晶析反応槽を用いる場合、pH3以下の強酸性条件で運転する必要がある。撹拌型の晶析反応槽はpH3以下の強酸性条件でない場合は回収率が低く、実用的でない。これは、中性のpH条件ではフッ化カルシウムの結晶化は反応速度が高いため、カルシウム塩の微結晶が生成し、沈殿による分離がしにくくなり、回収率が低下するためである。一方、分散剤を用いて晶析反応を行う特許文献1では、低濃度のフッ素含有水を処理する流動床型の晶析反応槽を用いており、もともと中性付近(実施例ではpH4~5)で運転する装置であり、前提が異なる。 As described in Patent Documents 2 and 3, when using a stirred crystallization reactor, it is necessary to operate under strongly acidic conditions of pH 3 or less. The stirring type crystallization reaction tank is not practical because the recovery rate is low unless the pH is 3 or less and the condition is not strongly acidic. This is because the crystallization of calcium fluoride has a high reaction rate under neutral pH conditions, so that fine crystals of calcium salt are formed, making separation by precipitation difficult and reducing the recovery rate. On the other hand, in Patent Document 1, in which a crystallization reaction is performed using a dispersant, a fluidized bed type crystallization reaction tank for treating low-concentration fluorine-containing water is used, and the reaction is originally near neutral (pH 4 to 5 in the examples). ), and the premise is different.

撹拌型の晶析反応槽で用いる酸性のフッ酸(HF)はpH3以下の強酸性条件において反応性が高く、取り扱いに十分な注意が必要であり、周辺機器を腐食しやすい等の問題があった。HFのpKaは3.15であるため、中性付近の条件下ではHFはフッ化物イオンとなり、酸性のときのフッ酸の状態に比べて反応性が低くなるため、取り扱い性に優れ、周辺機器の腐食を抑制することが可能である。 Acidic hydrofluoric acid (HF) used in a stirring-type crystallization reaction tank is highly reactive under strongly acidic conditions of pH 3 or less, and requires careful handling. rice field. Since the pKa of HF is 3.15, HF becomes a fluoride ion under near-neutral conditions, and its reactivity is lower than that of hydrofluoric acid when it is acidic. It is possible to suppress the corrosion of

フッ素を含む被処理水は、フッ素を含む水であれば、如何なる由来の水であってもよく、例えば、半導体工場等のフッ素含有排水、アルミの電解精錬工程、製鋼工程等から排出される排水等のフッ素含有水である。被処理水中に含まれるフッ素は、晶析反応により晶析するのであれば、任意の状態で被処理水中に存在することが可能である。被処理水中に溶解しているという観点から、フッ素はイオン化した状態であるのが好ましい。ここでフッ素についてイオン化した状態とは、フッ素イオン(F)、または、フッ素元素を含む化合物がイオン化したものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。被処理水中に含まれるフッ素は、フッ素イオンの形態で存在するのが好ましい。また、フッ化水素酸は弱酸であるため、pHによっては分子状フッ化水素(HF)の形態で存在していてもよい。 The fluorine-containing water to be treated may be water of any origin as long as it contains fluorine. Fluorine-containing water such as Fluorine contained in the water to be treated can exist in any state in the water to be treated as long as it is crystallized by a crystallization reaction. From the viewpoint of being dissolved in the water to be treated, fluorine is preferably in an ionized state. Here, the ionized state of fluorine includes, but is not limited to, fluorine ions (F ) and ionized compounds containing elemental fluorine. Fluorine contained in the water to be treated preferably exists in the form of fluoride ions. Moreover, since hydrofluoric acid is a weak acid, it may exist in the form of molecular hydrogen fluoride (HF) depending on the pH.

フッ素含有排水は、例えば、アルミの電解精錬工程、製鋼工程等からも排出されるが、特に半導体工場等の電子産業において大量に排出される。半導体シリコンウェーハの洗浄等に濃厚フッ酸が用いられ、フッ素含有量が%オーダーの濃厚フッ酸排液として排出される。このとき、アンモニアや過酸化水素、リン酸等も洗浄剤として用いられるため、それらを含む排水となることがある。また、半導体シリコンウェーハ上に残存するフッ酸の洗浄、パーフルオロ化合物(PFCs)分解後のガスに含まれるHFの洗浄等に大量の水が使用され、希薄系のフッ素含有排水としても排出される。本実施形態に係る水処理方法および水処理装置は、特にフッ酸(フッ化水素)を含む排水中からフッ素を除去するために特に好適に適用しうる。 Fluorine-containing wastewater is discharged, for example, from the electrolytic refining process of aluminum, the steelmaking process, and the like, but in particular, a large amount is discharged from the electronics industry such as semiconductor factories. Concentrated hydrofluoric acid is used for cleaning semiconductor silicon wafers, etc., and is discharged as concentrated hydrofluoric acid waste liquid with a fluorine content on the order of %. At this time, since ammonia, hydrogen peroxide, phosphoric acid, etc. are also used as cleaning agents, the wastewater may contain them. In addition, a large amount of water is used to clean hydrofluoric acid remaining on semiconductor silicon wafers and HF contained in gases after decomposition of perfluoro compounds (PFCs), and is also discharged as dilute fluorine-containing wastewater. . The water treatment method and water treatment apparatus according to this embodiment are particularly suitable for removing fluorine from waste water containing hydrofluoric acid (hydrogen fluoride).

被処理水に含まれるフッ素の量は、特に限定されるものではないが、例えば、5000~50000mg/Lの範囲であり、5000~20000mg/Lの範囲であることが好ましく、5000~10000mg/Lの範囲であることがより好ましい。被処理水に含まれるフッ素の量が5000mg/L未満であると、晶析の効率が悪くなる場合があり、50000mg/Lを超えると、微結晶の生成が進みすぎて、分散剤を添加しても晶析が困難となり回収率が悪化する場合がある。本実施形態に係る晶析反応方法および晶析反応装置によれば、例えば5000mg/L以上という高濃度の被処理水について中性に近い条件でも高い回収率でフッ素を回収することができる。 The amount of fluorine contained in the water to be treated is not particularly limited, but is, for example, in the range of 5000 to 50000 mg/L, preferably in the range of 5000 to 20000 mg/L, and 5000 to 10000 mg/L. is more preferably in the range of If the amount of fluorine contained in the water to be treated is less than 5000 mg/L, the efficiency of crystallization may deteriorate. However, crystallization may become difficult and the recovery rate may deteriorate. According to the crystallization reaction method and the crystallization reaction apparatus according to the present embodiment, fluorine can be recovered at a high recovery rate even under near-neutral conditions from high-concentration water to be treated, for example, 5000 mg/L or more.

分散剤は、冷却水処理系、排水処理系、工業用水処理系、純水処理系等の様々な水処理分野において、膜表面や配管等におけるスケールを抑制するか、金属イオンの働きを封鎖することによって物質の凝集力を低下させるために用いられる化合物をいう。分散剤の重量平均分子量は、例えば、10万以下であり、2万以下であってもよい。分散剤は、微細な粒子を凝集させる作用を有する凝集剤、特に有機系高分子凝集剤に該当する化合物を包含しない。なお、このような凝集剤、有機系高分子凝集剤については、特願2003-114697号に記載されている。 Dispersants suppress scale on the surface of membranes, pipes, etc. or block the action of metal ions in various water treatment fields such as cooling water treatment systems, wastewater treatment systems, industrial water treatment systems, and pure water treatment systems. It refers to a compound used to reduce the cohesion of substances by The weight average molecular weight of the dispersant is, for example, 100,000 or less, and may be 20,000 or less. The dispersant does not include a flocculant having an action of flocculating fine particles, particularly a compound corresponding to an organic polymer flocculant. Such flocculants and organic polymer flocculants are described in Japanese Patent Application No. 2003-114697.

分散剤は、例えば、スケール発生を抑制するスケール抑制剤、または金属イオンの働きを封鎖するキレート剤である。スケール抑制剤は、特に限定されるものではないが、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基等の酸基を含む重合体が挙げられる。また、スケール抑制剤としては、例えば、アクリル酸系重合体、マレイン酸系重合体、メタクリル酸系重合体、スルホン酸系重合体、リン酸系重合体、もしくはイソブチレン系重合体、またはこれらの重合体の水溶性塩の形態であってもよい。また、これらの重合体は、1種類のモノマーを重合して得られる単重合体であってもよいし、複数種類のモノマーから得られる共重合体であってもよい。共重合体である場合には、例えば、上述のような酸基を有するモノマー1種以上とその他の1種以上のモノマーとの共重合体であってもよい。 The dispersant is, for example, a scale inhibitor that suppresses scale formation, or a chelating agent that sequesters the action of metal ions. The scale inhibitor is not particularly limited, but examples thereof include polymers containing acid groups such as carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, and phosphinic acid groups. Examples of scale inhibitors include acrylic acid-based polymers, maleic acid-based polymers, methacrylic acid-based polymers, sulfonic acid-based polymers, phosphoric acid-based polymers, isobutylene-based polymers, and polymers thereof. It may be in the form of a water-soluble salt of the combination. Further, these polymers may be homopolymers obtained by polymerizing one type of monomer, or may be copolymers obtained from a plurality of types of monomers. In the case of a copolymer, for example, it may be a copolymer of one or more monomers having an acid group as described above and one or more other monomers.

キレート剤は、金属とキレート化合物を形成し、金属イオンを封鎖してその働きを抑制することによって分散効果を得ているものと考えられる。ここで、キレート剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、有機カルボン酸系キレート剤、アミノカルボン酸系キレート剤、ホスホン酸系キレート剤、アミノホスホン酸系キレート剤またはポリリン酸系キレート剤等が挙げられる。有機カルボン酸系キレート剤としては、グルコン酸、クエン酸、シュウ酸、ギ酸、酒石酸、フィチン酸、コハク酸、乳酸、アクリル酸等が挙げられる。アミノカルボン酸系キレート剤としては、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)、ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸(HEDTA)、ジエチレントリアミンペンタ酢酸(DTPA)、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸(TTHA)、ヒドロキシエチルイミノジ酢酸(HIDA)、ジヒドロキシエチルグリシン(DHEG)等が挙げられる。ホスホン酸系キレート剤としては、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸(HEDP)等が挙げられる。アミノホスホン酸系キレート剤としては、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTMP)等が挙げられる。ポリリン酸系キレート剤としては、ピロリン酸、トリポリリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸、ヘキサメタリン酸等が挙げられる。 A chelating agent forms a chelate compound with a metal and sequesters the metal ion to suppress its function, thereby obtaining a dispersing effect. Here, the chelating agent is not particularly limited, but for example, an organic carboxylic acid-based chelating agent, an aminocarboxylic acid-based chelating agent, a phosphonic acid-based chelating agent, an aminophosphonic acid-based chelating agent, or a polyphosphoric acid-based chelating agent agents and the like. Organic carboxylic acid-based chelating agents include gluconic acid, citric acid, oxalic acid, formic acid, tartaric acid, phytic acid, succinic acid, lactic acid, and acrylic acid. Aminocarboxylic acid chelating agents include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), nitrilotriacetic acid (NTA), hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (HEDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), triethylenetetraaminehexaacetic acid (TTHA), hydroxyethyl iminodiacetic acid (HIDA), dihydroxyethylglycine (DHEG) and the like. Phosphonic acid-based chelating agents include hydroxyethylidene diphosphonic acid (HEDP) and the like. Examples of aminophosphonic acid-based chelating agents include ethylenediaminetetramethylenephosphonic acid (EDTMP) and the like. Polyphosphoric acid-based chelating agents include pyrophosphoric acid, tripolyphosphoric acid, trimetaphosphoric acid, tetrametaphosphoric acid, and hexametaphosphoric acid.

分散剤としては、これらのうち、カルシウムの析出の抑制に対して効果がある、例えば、アクリル酸系、ホスホン酸系、ポリリン酸系(重合リン酸)系のキレート剤が挙げられ、高濃度のカルシウムの析出の抑制に対してより効果がある等の点から有機カルボン酸系キレート剤であるアクリル酸系キレート剤が好ましい。 As the dispersant, among these, chelating agents that are effective in suppressing the precipitation of calcium, for example, acrylic acid-based, phosphonic acid-based, and polyphosphoric acid-based (polymerized phosphoric acid)-based chelating agents. An acrylic acid-based chelating agent, which is an organic carboxylic acid-based chelating agent, is preferred because it is more effective in suppressing calcium deposition.

被処理水に含まれる分散剤の量は、特に限定されるものではないが、例えば、固形分濃度としてフッ素のモル濃度の二乗([F])の300倍重量ミリグラム以上であり、40mg/L以上400mg/L以下の範囲であることが好ましく、40mg/L以上150mg/L以下の範囲であることがより好ましい。被処理水に含まれる分散剤の量が固形分濃度としてフッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム未満であると、フッ素の晶析促進効果が小さくなり、フッ素の回収率が低下する場合があり、400mg/Lを超えると、逆に晶析を悪化させ、さらに処理水が後段に流出することによって後段の凝集沈殿等に悪影響を与える場合がある。被処理水が分散剤を含み、被処理水に含まれる分散剤の量が固形分濃度としてフッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム以上の場合には、分散剤を別途添加しなくてもよく、被処理水に含まれる分散剤の量が固形分濃度としてフッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム未満の場合には、分散剤が分散剤供給配管30を通して添加されればよい。 The amount of the dispersant contained in the water to be treated is not particularly limited. It is preferably in the range of L or more and 400 mg/L or less, more preferably in the range of 40 mg/L or more and 150 mg/L or less. If the amount of the dispersant contained in the water to be treated is less than 300 times the weight milligram of the square of the molar concentration of fluorine as a solid content concentration, the effect of promoting crystallization of fluorine becomes small, and the recovery rate of fluorine may decrease. However, if it exceeds 400 mg/L, crystallization may be adversely affected, and the treated water may flow out to the latter stage, which may adversely affect the coagulation and sedimentation of the latter stage. If the water to be treated contains a dispersant and the amount of the dispersant contained in the water to be treated is 300 times the weight milligram of the square of the molar concentration of fluorine as a solid content concentration, the dispersant is not added separately. If the amount of the dispersant contained in the water to be treated is less than 300 times the square of the molar concentration of fluorine in weight milligrams as a solid concentration, the dispersant may be added through the dispersant supply pipe 30 .

カルシウム剤としては、塩化カルシウム、消石灰(水酸化カルシウム)、炭酸カルシウム等が用いられ、特に、薬品コスト等の点から消石灰が好適に用いられる。カルシウム剤を添加する形態としては、粉末状態でもよいし、水溶液状態や水等のスラリ状態であってもよい。カルシウム剤の添加の好ましい態様は、カルシウム剤スラリとして添加する態様である。 As the calcium agent, calcium chloride, slaked lime (calcium hydroxide), calcium carbonate and the like are used, and slaked lime is particularly preferably used from the viewpoint of chemical cost and the like. The calcium agent may be added in the form of a powder, an aqueous solution, or a slurry such as water. A preferred mode of adding the calcium agent is to add it as a calcium agent slurry.

カルシウム剤スラリとして添加する場合、カルシウム剤スラリの濃度は特に限定されるものではなく、例えば一般的に用いられる1質量%~20質量%の範囲でよい。 When added as a calcium agent slurry, the concentration of the calcium agent slurry is not particularly limited, and may be, for example, a generally used range of 1% by mass to 20% by mass.

晶析反応槽10におけるカルシウム剤の注入量としては、例えば、カルシウムの化学当量としてフッ素の0.8倍~2倍の範囲でよく、1倍~2倍の範囲がより好ましく、1倍~1.2倍の範囲がさらに好ましい。カルシウムの化学当量が被処理水のフッ素の化学当量の2倍より多いとフッ化カルシウム等が種晶上に析出せずに微粒子として生成しやすく、晶析処理水にフッ化カルシウム等が混入する場合があり、0.8倍より少ないと、被処理水中のフッ素のうちフッ化カルシウム等とならない割合が多くなり、晶析処理水にフッ素が混入する場合がある。 The amount of the calcium agent to be injected into the crystallization reaction tank 10 may be, for example, 0.8 to 2 times the chemical equivalent of fluorine, more preferably 1 to 2 times, more preferably 1 to 1 times the chemical equivalent of calcium. A .2-fold range is more preferred. If the chemical equivalent of calcium is more than twice the chemical equivalent of fluorine in the water to be treated, calcium fluoride and the like are likely to form as fine particles without precipitating on the seed crystals, resulting in contamination of the crystallization treated water with calcium fluoride and the like. If it is less than 0.8 times, the proportion of fluorine in the water to be treated that does not become calcium fluoride or the like increases, and fluorine may be mixed in the crystallization treated water.

被処理水とカルシウム剤とを晶析反応槽10に添加する前に、あらかじめ晶析反応槽10に種晶が存在していてもよいし、被処理水とカルシウム剤とを晶析反応槽10に添加するとともに晶析反応槽10内に種晶を供給してもよい。安定した処理を行うためには、被処理水とカルシウム剤とを晶析反応槽10に添加する前に、晶析反応槽10にあらかじめ種晶が存在していることが好ましい。晶析反応装置1は、種晶槽を備えてもよく、晶析反応槽10の種晶入口と種晶槽の出口とは、種晶添加配管により接続されていてもよい。 Before the water to be treated and the calcium agent are added to the crystallization reaction tank 10, seed crystals may exist in advance in the crystallization reaction tank 10, or the water to be treated and the calcium agent may be added to the crystallization reaction tank 10. A seed crystal may be supplied into the crystallization reaction tank 10 while adding to the crystallization reaction tank 10 . In order to perform stable treatment, it is preferable that seed crystals are present in the crystallization reaction tank 10 before the water to be treated and the calcium agent are added to the crystallization reaction tank 10 . The crystallization reactor 1 may include a seed crystal tank, and the seed crystal inlet of the crystallization reaction tank 10 and the seed crystal tank outlet may be connected by a seed crystal addition pipe.

種晶は、その表面に生成した難溶性カルシウム塩の結晶を析出させることができるものであればよく、任意の材質が選択可能であり、例えば、ろ過砂、活性炭、ジルコンサンド、ガーネットサンド、サクランダム(商品名、日本カートリット株式会社製)等の金属元素の酸化物を含んで構成される粒子、晶析反応による析出物である難溶性塩を含んで構成される粒子等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。より純粋な難溶性塩をペレット等として入手できるという観点から、晶析反応による析出物である難溶性塩を含んで構成される粒子(フッ化カルシウムの場合は例えば蛍石)が好ましい。 The seed crystal may be any material as long as it can precipitate crystals of the sparingly soluble calcium salt formed on its surface, and any material can be selected. Particles containing oxides of metal elements such as Random (trade name, manufactured by Nihon Cartrit Co., Ltd.), and particles containing sparingly soluble salts, which are precipitates due to crystallization reaction, may be mentioned. , but not limited to these. From the viewpoint of obtaining a more pure sparingly soluble salt in the form of pellets or the like, particles containing a sparingly soluble salt that is a precipitate produced by a crystallization reaction (for example, fluorite in the case of calcium fluoride) are preferable.

晶析反応槽10は、撹拌翼等を有する撹拌装置を備え、被処理水中のフッ素とカルシウム剤とが反応して難溶性カルシウム塩の結晶を析出させて、フッ素が低減された処理水を生じさせうる反応槽であればよく、長さ、内径、形状等については任意の態様が可能であり、特に限定されるものではない。 The crystallization reaction tank 10 is equipped with a stirring device having a stirring blade or the like, and the fluorine in the water to be treated reacts with the calcium agent to precipitate crystals of the sparingly soluble calcium salt, thereby producing treated water with reduced fluorine content. The length, inner diameter, shape, etc. of the reactor may be arbitrary, and are not particularly limited.

晶析反応槽10は、撹拌翼等を有する撹拌装置を設置し、この撹拌装置により晶析反応槽10内を撹拌してペレットを流動させる撹拌式の晶析反応槽等が挙げられる。撹拌翼は晶析反応槽10内で内容物を撹拌できるものであればよく、撹拌翼の設置態様、撹拌翼の大きさ等は特に限定されるものではない。 The crystallization reaction tank 10 includes a stirring type crystallization reaction tank in which a stirring device having a stirring blade or the like is installed and the inside of the crystallization reaction tank 10 is stirred by the stirring device to flow the pellets. The stirring blades are not particularly limited as long as they can stir the contents in the crystallization reaction tank 10, and the manner of installation of the stirring blades, the size of the stirring blades, and the like are not particularly limited.

カルシウム剤の晶析反応槽10への添加(注入点)は、撹拌装置20の撹拌翼の近傍に行われることが好ましい。カルシウム剤を撹拌翼の近傍に添加することにより、カルシウム剤は、晶析反応槽10へ注入されると直ちに拡散され、その濃度が素早く低下する。このため、形成された塩が液中に直接析出することが少なくなり、晶析反応槽10内の粒状種晶上の難溶塩の結晶として液中のフッ素を、時間をかけて取り込むことができる。また、カルシウム剤が溶けやすくなり、未溶解のカルシウム剤とフッ素との急激な反応を抑制することもできる。これらの結果、粒子の均一性が高く、含水率の低いフッ化カルシウムの生成が可能となる。 The addition (injection point) of the calcium agent to the crystallization reaction tank 10 is preferably performed near the stirring blades of the stirring device 20 . By adding the calcium agent near the stirring blade, the calcium agent is diffused immediately after being injected into the crystallization reaction tank 10, and its concentration quickly decreases. As a result, the formed salt is less likely to precipitate directly into the liquid, and the fluorine in the liquid can be taken in over time as sparingly soluble salt crystals on the granular seed crystals in the crystallization reaction tank 10. can. In addition, the calcium agent becomes more soluble, and rapid reaction between the undissolved calcium agent and fluorine can be suppressed. As a result, it is possible to produce calcium fluoride with high particle uniformity and low moisture content.

被処理水の晶析反応槽10への添加(注入点)も撹拌装置20の撹拌翼の近傍に行われることが好ましい。被処理水を撹拌翼の近傍に添加することにより、被処理水は、晶析反応槽10へ注入されると直ちに拡散され、フッ素の濃度が素早く低下する。このため、晶析反応槽10内の粒状種晶上の難溶塩の結晶として液中のフッ素を、時間をかけて取り込むことができる。その結果、より粒子の均一性が高く、より含水率の低いフッ化カルシウムの生成が可能となる。 The addition (injection point) of the water to be treated to the crystallization reaction tank 10 is also preferably performed near the stirring blades of the stirring device 20 . By adding the water to be treated in the vicinity of the stirring blade, the water to be treated is diffused immediately after being injected into the crystallization reaction tank 10, and the concentration of fluorine quickly decreases. For this reason, the fluorine in the liquid can be incorporated over time as the sparingly soluble salt crystals on the granular seed crystals in the crystallization reaction tank 10 . As a result, it is possible to produce calcium fluoride with higher particle uniformity and lower water content.

晶析反応槽10に酸等のpH調整剤を添加して、晶析反応槽10における晶析反応液のpHを4以上9以下の範囲とし、4.5~8の範囲とすることが好ましく、5~8の範囲とすることがより好ましい。晶析反応槽10のpHを4以上9以下の範囲の中性に近い条件で運転しても、晶析処理水のフッ素の濃度を低減させることができる。この理由としては、pH4以上9以下の範囲というpHで運転することによって、分散剤によるキレート効果がより働き、微細結晶が析出しにくくなる効果があると考えられる。 A pH adjuster such as an acid is added to the crystallization reaction tank 10 to adjust the pH of the crystallization reaction solution in the crystallization reaction tank 10 to a range of 4 or more and 9 or less, preferably 4.5 to 8. , 5 to 8. The concentration of fluorine in the crystallization-treated water can be reduced even when the crystallization reaction tank 10 is operated under near-neutral conditions in which the pH is in the range of 4 or more and 9 or less. The reason for this is thought to be that the chelating effect of the dispersant works more by operating at a pH in the range of pH 4 or more and 9 or less, and there is an effect that fine crystals are less likely to precipitate.

pH調整剤としては、塩酸、硫酸等の酸や、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ剤等が挙げられる。 Examples of the pH adjuster include acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, and alkaline agents such as aqueous sodium hydroxide solution.

晶析反応工程における液温度は、特に制限はなく、例えば、15~35℃の範囲である。粘性等によって分離性が変わるため、液温度はできるだけ一定になるように調整することが望ましい。 The liquid temperature in the crystallization reaction step is not particularly limited, and is, for example, in the range of 15 to 35°C. Since the separability changes depending on the viscosity and the like, it is desirable to adjust the liquid temperature so as to be as constant as possible.

晶析反応槽10の水面下に、筒内に撹拌装置20の撹拌翼が位置するように上面および下面が開口した円筒形状等のドラフトチューブを設置してもよい。このとき、撹拌翼は下降流を形成するものであることが好ましい。このようにドラフトチューブを設置すると、チューブ下部に向けて下降流が生じ、拡散流速が比較的大きいゾーンが形成される。このため、被処理水やカルシウム剤等をより素早く拡散させることができ、被処理水やカルシウム剤の濃度が局所的に濃い領域同士が接触して、フッ化カルシウム粒子の直接生成が生じることを極力抑制することが可能となる。 Under the water surface of the crystallization reaction tank 10, a cylindrical draft tube having open upper and lower surfaces may be installed such that the stirring blades of the stirring device 20 are positioned in the cylinder. At this time, it is preferable that the stirring impeller forms a descending flow. When the draft tube is installed in this way, a downward flow is generated toward the lower part of the tube, forming a zone of relatively high diffusion velocity. For this reason, the water to be treated, the calcium agent, etc. can be diffused more quickly, and it is possible to prevent the direct generation of calcium fluoride particles due to the contact between regions with locally high concentrations of the water to be treated and the calcium agent. It is possible to suppress it as much as possible.

上記のようにドラフトチューブおよび撹拌翼を設置すると、ドラフトチューブの外周部には流れのゆるやかな上向流ゾーンが形成される。このゾーンでは、粒子が分級されて小粒径の粒子はチューブ外側面に沿って上昇するとともに、チューブ上端からチューブ内部に再侵入して下降し、被処理水やカルシウム剤等の注入点付近やその下部の撹拌ゾーンへと再循環する。これら小粒径の結晶が核となって晶析反応を促進される。このため、粒径の大きなフッ化カルシウムの結晶を安定的に形成することが可能となり、回収率を向上させることができる。 When the draft tube and the stirring blades are installed as described above, an upward flow zone with gentle flow is formed on the outer circumference of the draft tube. In this zone, particles are classified and small particles rise along the outer surface of the tube, enter the inside of the tube again from the upper end of the tube and descend, near the injection point of the water to be treated, calcium agents, etc. Recirculate to the agitation zone below it. These small grain size crystals act as nuclei to promote the crystallization reaction. Therefore, it is possible to stably form calcium fluoride crystals having a large particle size, and the recovery rate can be improved.

さらに、晶析反応が進んで粒径が大きくなった結晶は、チューブ外周部の上向流によっては上昇せず、下に沈んで再びドラフトチューブ内には入り込みにくいため、成長した結晶が撹拌翼との衝突により破壊されてしまうことを抑制することができる。このような利点も、粒径の大きなフッ化カルシウムの結晶を安定的に得ることに寄与し、回収率の向上に寄与することができる。 Furthermore, the crystals that have grown in size due to the progress of the crystallization reaction do not rise due to the upward flow around the outer circumference of the tube, but rather sink down and are less likely to enter the draft tube again. It is possible to suppress destruction by collision with. Such an advantage also contributes to stably obtaining calcium fluoride crystals having a large particle size, and can contribute to an improvement in recovery rate.

ドラフトチューブの下部に撹拌流速の比較的大きいゾーンを形成し、チューブ外周部に上向流を安定的に形成するためには、撹拌翼が、チューブ内でチューブ下半分の何処かに位置することが好ましい。より好ましくは、チューブ下端より少し上方の位置がよい。このような配置とすれば、撹拌流速の大きなゾーンがチューブ下端付近に渦のように形成され、さらにそこから上向流がチューブ外周部に沿って安定的に形成される。したがって、被処理水やカルシウム剤等の拡散や、フッ化カルシウム粒子の分級を効果的に進めることできる。 In order to form a zone with a relatively high agitation flow velocity in the lower part of the draft tube and to form a stable upward flow around the outer periphery of the tube, the agitation impeller should be positioned somewhere in the lower half of the tube. is preferred. More preferably, the position is slightly above the lower end of the tube. With such an arrangement, a zone of high agitation flow velocity is formed near the lower end of the tube like a vortex, and an upward flow is stably formed from there along the outer circumference of the tube. Therefore, it is possible to effectively promote the diffusion of the water to be treated, the calcium agent, etc., and the classification of the calcium fluoride particles.

ドラフトチューブを設ける場合、被処理水やカルシウム剤の注入点は、これらをドラフトチューブ内の下降流に乗せて素早く効果的に拡散させるために、ドラフトチューブの筒内に配置することが好ましい。より好ましい位置は、ドラフトチューブの筒内かつ撹拌翼の上方である。 When a draft tube is provided, the injection points of the water to be treated and the calcium agent are preferably placed inside the draft tube so that they can be quickly and effectively diffused by the downward flow in the draft tube. A more preferable position is inside the draft tube and above the stirring blades.

撹拌式の晶析反応槽10としては、晶析反応槽10の周壁に対向させて内周壁を配置して、この内外周壁間を処理水排出路とし、フッ化カルシウム粒子と晶析処理水との分離能を向上させ、晶析処理水中にフッ化カルシウム粒子が流出するのを抑制する分離ゾーンを有するものであってもよい。この態様においては、処理水排出路の上部に晶析処理水出口を設け、晶析処理水出口に晶析処理水を排出する配管が接続されるような態様が好ましい。また、この処理水排出路には、ペレットの分離能を向上させるために、処理水排出路の入口部分に複数枚のじゃま板で構成したバッフル板や、複数枚の整流板で構成したバッフル板を位置させていてもよい。この態様の詳細は特開2005-230735号公報および特開2005-296888号公報に記載されており、これらの特許文献に記載される晶析反応槽も本実施形態において使用可能である。 In the stirring-type crystallization reaction tank 10, an inner peripheral wall is arranged so as to face the peripheral wall of the crystallization reaction tank 10, and a treated water discharge passage is provided between the inner and outer peripheral walls, and the calcium fluoride particles and the crystallization treated water are discharged. It may have a separation zone that improves the separation ability of the crystallization treatment water and suppresses the outflow of calcium fluoride particles into the crystallization treated water. In this aspect, it is preferable that a crystallization treated water outlet is provided above the treated water discharge path and a pipe for discharging the crystallization treated water is connected to the crystallization treated water outlet. In addition, in order to improve the pellet separation performance, the treated water discharge channel has a baffle plate composed of a plurality of baffle plates and a baffle plate composed of a plurality of rectifying plates at the entrance portion of the treated water discharge channel. may be positioned. Details of this aspect are described in JP-A-2005-230735 and JP-A-2005-296888, and the crystallization reactors described in these patent documents can also be used in the present embodiment.

晶析反応槽10での晶析反応によってフッ素が低減された処理水に含まれるフッ素の量は、特に限定されるものではないが、例えば、2000mg/L以下、特に100~1000mg/Lの範囲である。分散剤の大部分はフッ化カルシウムの結晶中に取り込まれ、処理水に含まれる分散剤の量は、特に限定されるものではないが、例えば、50mg/L以下、特に1~30mg/Lの範囲である。 The amount of fluorine contained in the treated water in which fluorine has been reduced by the crystallization reaction in the crystallization reaction tank 10 is not particularly limited, but is, for example, 2000 mg/L or less, particularly in the range of 100 to 1000 mg/L. is. Most of the dispersant is incorporated into crystals of calcium fluoride, and the amount of the dispersant contained in the treated water is not particularly limited, but is, for example, 50 mg/L or less, particularly 1 to 30 mg/L. Range.

晶析反応槽10での晶析反応によって生成したフッ化カルシウムは、結晶排出配管28から引き抜かれ、系外へ排出される。フッ化カルシウムの引き抜き方法は、特に制限されるものではないが、チューブポンプ等のスラリ用ポンプを用いて、晶析反応槽10からフッ化カルシウムを引き抜く方法でもよいし、結晶排出配管28にバルブを取り付け、単に重力によって晶析反応槽10からフッ化カルシウムを引き抜く方法でもよい。 Calcium fluoride produced by the crystallization reaction in the crystallization reaction tank 10 is withdrawn from the crystal discharge pipe 28 and discharged out of the system. The method for drawing out calcium fluoride is not particularly limited, but it may be a method of drawing out calcium fluoride from the crystallization reaction tank 10 using a slurry pump such as a tube pump, or a method in which a valve is installed in the crystal discharge pipe 28 . may be attached, and calcium fluoride may be withdrawn from the crystallization reaction tank 10 simply by gravity.

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

フッ酸を、フッ素濃度5500mg-F/L、フッ素濃度10000mg-F/Lとそれぞれなるように精製水に添加し、フッ素含有水を調製した。さらに分散剤としてアクリル酸系キレート剤(オルパージョンG600、オルガノ株式会社製)をフッ素濃度5500mg-F/L条件のとき、固形分濃度として0mg/L(比較例1)、40mg/L(実施例1)、120mg/L(実施例2)となるように添加し、フッ素濃度10000mg-F/L条件のとき、固形分濃度として80mg/L(比較例2)、200mg/L(実施例3)となるように添加し、撹拌したものを被処理水とした。また、被処理水にpH調整剤(塩酸または水酸化ナトリウム水溶液)を添加し、撹拌することにより、晶析反応槽内の反応液のpHが4以上9以下になるように調整した。 Fluorine-containing water was prepared by adding hydrofluoric acid to purified water so that the fluorine concentration was 5500 mg-F/L and the fluorine concentration was 10000 mg-F/L. Furthermore, an acrylic acid-based chelating agent (Orpersion G600, manufactured by Organo Co., Ltd.) as a dispersant was used at a fluorine concentration of 5500 mg-F / L, and the solid content concentration was 0 mg / L (Comparative Example 1), 40 mg / L (Example 1), added to 120 mg/L (Example 2), and when the fluorine concentration was 10000 mg-F/L, the solid content concentration was 80 mg/L (Comparative Example 2) and 200 mg/L (Example 3). The water to be treated was obtained by adding and stirring so that A pH adjuster (hydrochloric acid or aqueous sodium hydroxide solution) was added to the water to be treated and stirred to adjust the pH of the reaction solution in the crystallization reaction tank to 4 or more and 9 or less.

ここで、被処理水のフッ素濃度が5500mg/Lの場合、フッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラムは、
F=5500mg/L=0.29mol/L →2乗→ 0.084×300 → 25mg/Lとなり、
被処理水のフッ素濃度が10000mg/Lの場合、フッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラムは、
F=10000mg/L=0.53mol/L →2乗→ 0.28×300 → 84mg/Lとなる。
Here, when the fluorine concentration of the water to be treated is 5500 mg / L, 300 times the weight milligram of the square of the molar concentration of fluorine is
F = 5500 mg / L = 0.29 mol / L → squared → 0.084 × 300 → 25 mg / L,
When the fluorine concentration of the water to be treated is 10000 mg / L, 300 times the weight milligram of the square of the molar concentration of fluorine is
F = 10000 mg/L = 0.53 mol/L → squared → 0.28 x 300 → 84 mg/L.

晶析反応槽には、容量10Lのアクリル反応槽を用い、槽内には種晶としてフッ化カルシウム(蛍石)種晶を5000g充填し、撹拌羽根を有する撹拌装置によって流動させた。処理水中の残留カルシウム濃度が500~1000mg-Ca/Lとなるように、カルシウム剤として5質量%水酸化カルシウム水溶液を晶析反応槽に供給した。 As the crystallization reaction tank, an acrylic reaction tank with a capacity of 10 L was used, and 5000 g of calcium fluoride (fluorite) seed crystals were filled in the tank as seed crystals and flowed by a stirrer having a stirring blade. A 5% by mass calcium hydroxide aqueous solution was supplied to the crystallization reactor as a calcium agent so that the residual calcium concentration in the treated water was 500 to 1000 mg-Ca/L.

<実施例1>
フッ酸を、フッ素濃度5500mg-F/Lとなるように精製水に添加してフッ素含有水を調製し、さらに分散剤としてアクリル酸系キレート剤(オルパージョンG600)を固形分濃度として40mg/Lとなるように添加し、撹拌したものを被処理水とした。被処理水および得られた処理水のフッ素イオン濃度を、ランタンアリザリンコンプレキソン吸光光度法によって測定した。被処理水と処理水のF濃度のマスバランスより、F回収率は、84%~99%、平均95%であった。
<Example 1>
Hydrofluoric acid was added to purified water so that the fluorine concentration was 5500 mg-F/L to prepare fluorine-containing water, and an acrylic acid-based chelating agent (Orpersion G600) was added as a dispersant to a solid concentration of 40 mg/L. The water to be treated was obtained by adding and stirring so that Fluoride ion concentrations in the water to be treated and the resulting treated water were measured by lanthanum alizarin complexon spectrophotometry. The F recovery rate was 84% to 99%, averaging 95%, based on the mass balance of the F concentrations in the water to be treated and the treated water.

<実施例2>
フッ酸を、フッ素濃度5500mg-F/Lとなるように精製水に添加してフッ素含有水を調製し、さらに分散剤としてアクリル酸系キレート剤(オルパージョンG600)を固形分濃度として120mg/Lとなるように添加し、撹拌したものを被処理水とした。被処理水と処理水のF濃度のマスバランスより、F回収率は、79~95%、平均90%であった。
<Example 2>
Hydrofluoric acid was added to purified water so that the fluorine concentration was 5500 mg-F/L to prepare fluorine-containing water, and an acrylic acid-based chelating agent (Orpersion G600) was added as a dispersant to a solid concentration of 120 mg/L. The water to be treated was obtained by adding and stirring so that The F recovery rate was 79 to 95%, with an average of 90%, based on the mass balance of the F concentrations in the water to be treated and the treated water.

<実施例3>
フッ酸を、フッ素濃度10000mg-F/Lとなるように精製水に添加してフッ素含有水を調製し、さらに分散剤としてアクリル酸系キレート剤(オルパージョンG600)を固形分濃度として200mg/Lとなるように添加し、撹拌したものを被処理水とした。被処理水と処理水のF濃度のマスバランスより、F回収率は、91~99%、平均96%であった。
<Example 3>
Hydrofluoric acid was added to purified water so that the fluorine concentration was 10000 mg-F/L to prepare fluorine-containing water, and an acrylic acid-based chelating agent (Orpersion G600) was added as a dispersant to a solid concentration of 200 mg/L. The water to be treated was obtained by adding and stirring so that The F recovery rate was 91 to 99%, with an average of 96%, based on the mass balance of the F concentrations in the water to be treated and the treated water.

<比較例1>
フッ酸を、フッ素濃度5500mg-F/Lとなるように精製水に添加してフッ素含有水を調製し、撹拌したものを被処理水とした。被処理水と処理水のF濃度のマスバランスより、F回収率は、33~63%、平均47%であった。
<Comparative Example 1>
Hydrofluoric acid was added to purified water so that the fluorine concentration was 5500 mg-F/L to prepare fluorine-containing water. The F recovery rate was 33 to 63%, with an average of 47%, based on the mass balance of the F concentrations in the water to be treated and the treated water.

<比較例2>
フッ酸を、フッ素濃度10000mg-F/Lとなるように精製水に添加してフッ素含有水を調製し、さらに分散剤としてアクリル酸系キレート剤(オルパージョンG600)を固形分濃度として80mg/Lとなるように添加し、撹拌したものを被処理水とした。被処理水と処理水のF濃度のマスバランスより、F回収率は、0~43%、平均21%であった。
<Comparative Example 2>
Hydrofluoric acid was added to purified water so that the fluorine concentration was 10000 mg-F/L to prepare fluorine-containing water, and an acrylic acid-based chelating agent (Orpersion G600) was added as a dispersant to a solid concentration of 80 mg/L. The water to be treated was obtained by adding and stirring so that From the mass balance of the F concentrations in the water to be treated and the treated water, the F recovery rate was 0 to 43%, with an average of 21%.

このように、実施例の方法によって、撹拌型の晶析反応槽を用いる晶析反応において、中性に近い条件でも高い回収率でフッ素を回収することができた。 Thus, according to the method of the example, in the crystallization reaction using a stirred crystallization reaction tank, fluorine could be recovered at a high recovery rate even under near-neutral conditions.

[分散剤の種類による晶析効果の確認]
1Lビーカーに純水と表1に示す分散剤とを添加した。撹拌しながらフッ化ナトリウム、塩化カルシウム溶液を表1に示す所定の濃度になるように添加し、塩酸または水酸化ナトリウム水溶液でpHを7に調整した。24時間後に試料を0.2μmフィルターでろ過し、フッ素濃度とカルシウム濃度を、イオンクロマトグラフ装置Dionex Integrion(Thermo Fisher製)、原子吸光光度法によって測定した。原水の濃度に比べてフッ素濃度およびカルシウム濃度が低下(10%以上)していなければ、析出物は生成していない(判定:〇)と判断し、原水の濃度に比べてフッ素濃度およびカルシウム濃度が低下していれば、析出物は生成していた(判定:×)と判断した。結果を表1に示す。
[Confirmation of crystallization effect by type of dispersant]
Pure water and a dispersant shown in Table 1 were added to a 1 L beaker. Sodium fluoride and calcium chloride solutions were added with stirring to the predetermined concentrations shown in Table 1, and the pH was adjusted to 7 with hydrochloric acid or sodium hydroxide aqueous solution. After 24 hours, the sample was filtered through a 0.2 μm filter, and the fluorine concentration and calcium concentration were measured by an ion chromatograph device Dionex Integrion (manufactured by Thermo Fisher) and atomic absorption spectrophotometry. If the fluorine concentration and calcium concentration did not decrease (10% or more) compared to the raw water concentration, it was judged that no precipitate was formed (judgment: ◯), and the fluorine concentration and calcium concentration compared to the raw water concentration was judged to have formed precipitates (judgment: ×). Table 1 shows the results.

Figure 2023106902000002
Figure 2023106902000002

分散剤は、カルシウムの析出抑制に効果があるものであることが好ましい。カルシウムの析出を抑制する効果は、フッ素濃度とカルシウム濃度やpH等の条件によって異なるが、上記試験の結果、カルシウム濃度が高い領域(No.4~6)ではアクリル酸系が最も効果が高く、分散剤を固形分濃度として40mg/L以上を添加することによってフッ化カルシウムの回収率を上げる効果が得られた。 It is preferable that the dispersant be effective in suppressing precipitation of calcium. The effect of suppressing calcium deposition varies depending on conditions such as fluorine concentration, calcium concentration, and pH, but the results of the above test showed that the acrylic acid system was the most effective in the high calcium concentration range (No. 4 to 6). The effect of increasing the recovery rate of calcium fluoride was obtained by adding a dispersant at a solid concentration of 40 mg/L or more.

1 晶析反応装置、10 晶析反応槽、12 被処理水槽、14 カルシウム剤槽、16,18 ポンプ、20 撹拌装置、22 被処理水供給配管、24 カルシウム剤供給配管、26 処理水排出配管、28 結晶排出配管、30 分散剤供給配管、32 pH調整剤供給配管。 1 Crystallization reactor 10 Crystallization reaction tank 12 Water tank to be treated 14 Calcium agent tank 16, 18 Pump 20 Stirrer 22 Water to be treated supply pipe 24 Calcium agent supply pipe 26 Treated water discharge pipe 28 crystal discharge pipe, 30 dispersant supply pipe, 32 pH adjuster supply pipe.

Claims (8)

フッ素を含む被処理水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムの結晶を生成させ、フッ化カルシウムの結晶を回収する晶析反応方法であって、
撹拌翼を有する撹拌手段を備えた晶析反応槽を用い、前記被処理水に分散剤を添加し、pH4以上9以下の条件下で晶析反応を行うことを特徴とする晶析反応方法。
A crystallization reaction method in which a calcium agent is added to fluorine-containing water to be treated to generate calcium fluoride crystals, and the calcium fluoride crystals are recovered,
A crystallization reaction method comprising adding a dispersant to the water to be treated and carrying out the crystallization reaction under conditions of pH 4 or more and 9 or less using a crystallization reaction tank equipped with stirring means having a stirring blade.
請求項1に記載の晶析反応方法であって、
前記被処理水中の前記フッ素の濃度は、5000~50000mg/Lの範囲であることを特徴とする晶析反応方法。
The crystallization reaction method according to claim 1,
The crystallization reaction method, wherein the fluorine concentration in the water to be treated is in the range of 5000 to 50000 mg/L.
請求項1または2に記載の晶析反応方法であって、
前記被処理水中の前記分散剤の濃度は、固形分濃度として前記フッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム以上であることを特徴とする晶析反応方法。
The crystallization reaction method according to claim 1 or 2,
The crystallization reaction method, wherein the concentration of the dispersant in the water to be treated is 300 times the weight milligram of the square of the molar concentration of fluorine as a solid content concentration.
請求項1~3のいずれか1項に記載の晶析反応方法であって、
前記分散剤は、アクリル酸系キレート剤を含むことを特徴とする晶析反応方法。
The crystallization reaction method according to any one of claims 1 to 3,
The crystallization reaction method, wherein the dispersant contains an acrylic acid-based chelating agent.
フッ素を含む被処理水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムの結晶を生成させ、フッ化カルシウムの結晶を回収する晶析反応装置であって、
撹拌翼を有する撹拌手段を備えた晶析反応槽と、
前記被処理水に分散剤を添加する分散剤添加手段と、
を備え、
前記晶析反応槽内でpH4以上9以下の条件下で晶析反応を行うことを特徴とする晶析反応装置。
A crystallization reactor for adding a calcium agent to water to be treated containing fluorine to generate calcium fluoride crystals and recovering the calcium fluoride crystals,
a crystallization reactor equipped with stirring means having stirring blades;
dispersant addition means for adding a dispersant to the water to be treated;
with
A crystallization reaction apparatus characterized in that the crystallization reaction is carried out under the condition of pH 4 or more and 9 or less in the crystallization reaction tank.
請求項5に記載の晶析反応装置であって、
前記被処理水中の前記フッ素の濃度は、5000~50000mg/Lの範囲であることを特徴とする晶析反応装置。
A crystallization reactor according to claim 5,
The crystallization reactor, wherein the fluorine concentration in the water to be treated is in the range of 5000 to 50000 mg/L.
請求項5または6に記載の晶析反応装置であって、
前記被処理水中の前記分散剤の濃度は、固形分濃度として前記フッ素のモル濃度の二乗の300倍重量ミリグラム以上であることを特徴とする晶析反応装置。
The crystallization reactor according to claim 5 or 6,
The crystallization reaction apparatus, wherein the concentration of the dispersant in the water to be treated is 300 times the weight milligram of the square of the molar concentration of fluorine as a solid content concentration.
請求項5~7のいずれか1項に記載の晶析反応装置であって、
前記分散剤は、アクリル酸系キレート剤を含むことを特徴とする晶析反応装置。
The crystallization reactor according to any one of claims 5 to 7,
The crystallization reactor, wherein the dispersant contains an acrylic acid-based chelating agent.
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