JP2687813B2 - フッ化ジルコン水素酸の製造方法 - Google Patents

フッ化ジルコン水素酸の製造方法

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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • C01G25/04Halides

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムの表面処
理剤等として使用される品質安定性に優れたフッ化ジル
コン水素酸の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】水酸化ジルコニウムとフッ化水素酸の中
和反応により得られる20〜40重量%のフッ化ジルコ
ン水素酸は、一般にアルミニウムの表面処理剤として利
用されている。下記の反応式(1)はその中和反応を示
すものであり、この反応は通常95°C以下の温度条件
下で行われる。 Zr(OH)4+6HF → H2ZrF6+4H2O …(1)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の20〜40重量%のフッ化ジルコン水素酸は,長期保
管などによる時間経過に伴って白濁して水溶液中に微粒
状の沈殿物が発生し、その沈殿物が被表面処理材に付着
残留してしまうため、表面処理剤として使用できないと
いう事態を引き起こすことがしばしばある。
【0004】そこで、本発明者等は上記フッ化ジルコン
水素酸において発生する白濁や沈殿物の現象について調
べたところ、下記〜に示すようなことが確認され
た。 フッ化ジルコン水素酸の濃度が40重量%を越える
と、その飽和溶解度に達しない濃度のものでも数日間で
微粒状の析出物が生じ、これが白濁の原因となるが、そ
れ以降は進行しない。また、この析出物は上記濃度が高
くなる程、短時間で発生する。 フッ化ジルコン水素酸(H2ZrF6)のF/Zrの
元素比が6を下回ると上記の析出物が生じ易く、その
析出物の発生はF/Zrの元素比が小さくなる程、その
析出に時間がかかる。 なお、上記、における微粒析出物は、一般に下記の
反応式(2)で示すような反応系で生成されるH2Zr
OF4であると考えられるが、これはZrOF2・2HF
又はZrF4・H2Oとも表示できる。 ZrO2 +4HF → H2ZrOF4+H2O …(2) 希釈水などに起因してその水溶液中のカルシウムイ
オン濃度が10ppmを越えると、不溶性微粒の析出物
(CaZrF6)が生じる。 同様に、希釈水などに起因してその溶液液中のカリ
ウムイオン濃度が100ppmを越えると、難溶又は不
溶性微粒の析出物(K2ZrF6)が生じる。
【0005】本発明は、このような知見に基づいて液の
白濁などの問題を改善するためになされたもので、長期
の時間経過によっても白濁現象や沈殿物が生じない品質
安定性に優れたフッ化ジルコン水素酸を簡便に製造し得
るフッ化ジルコン水素酸の製造方法を提供することを目
的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の目的
を達成するため前記〜の知見に基づいて鋭意研究を
重ねた結果、水酸化ジルコニウムとフッ化水素酸の中和
反応をフッ化ジルコン水素酸の濃度がその飽和溶解度に
近い高濃度となるように行った上で、一定時間熟成し、
その段階で白濁や固体析出の原因となる物質を意図的に
析出分離せしめてから濃度調整を行うという工程で製造
することにより、それ以後においては白濁や沈殿物の発
生がないフッ化ジルコン水素酸を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。
【0007】すなわち、本発明のフッ化ジルコン水素酸
の製造方法は、水酸化ジルコニウムとフッ化水素酸の中
和反応によりフッ化ジルコン水素酸を得る方法におい
て、その反応生成物であるフッ化ジルコン水素酸の濃度
44重量%以上となるように反応させた後、48〜1
20時間の範囲内で熟成処理を行って不要生成物を析出
させてから濾過してその不要生成物を除去し、その濾液
希釈して所定の濃度に調整することを特徴とするもの
である。
【0008】本発明の製造方法では、まず、水酸化ジル
コニウムとフッ化水素酸による中和反応を、その反応生
成系のフッ化ジルコン水素酸の濃度が44重量%以上、
好ましくは44〜48重量%の範囲となるような高濃度
で行い、しかる後、その反応溶液について48〜120
時間の熟成処理を行う。
【0009】この熟成処理は、フッ化ジルコン水素自体
の析出が起こらない温度で、即ち、通常、中和反応で昇
温した状態からそのまま室温下で上述の所定時間放冷・
放置することにより行われる。
【0010】ここで、本発明者等によれば、反応生成物
におけるフッ化ジルコン水素酸の濃度と反応後の自然放
置熟成による析出物の析出所要時間との間には以下の如
き傾向があることが確認されている。すなわち、調製し
たフッ化ジルコン水素酸の濃度が40重量%をえると
下記に示すような日数経過で析出現象が現れ、その濃度
がさらに高まる程、より少ない日数で析出現象が発生し
且つ完了するのである。 この知見から、本発明では白濁や固体析出の原因となる
物質を製造段階で予め充分に析出完了せしめるよう構成
した。具体的には、その物質を効率良く析出せしめるた
めフッ化ジルコン水素酸の濃度が44重量%以上の高濃
度となるように中和反応を行うと共に、その反応生成液
を、その不要な析出物の析出所要時間を満たす時間だけ
熟成処理するようにした。
【0011】上記のフッ化ジルコン水素酸の濃度を44
重量%以上とすれば、より短時間での析出が可能とな
り、製造効率の点からも好ましい。逆に、その濃度を4
8重量%をえる高濃度にすると、溶解可能な有効成分
(H2 ZrF6 )までが析出して濾過により不要析出物
と共に瀘別されてロスとなる不具合がある。
【0012】また、室温での熟成処理は、前記したよう
に不要な析出物の析出所要時間を満たす時間行われるた
め、その熟成処理時間は、例えば、前述したようにフッ
化ジルコン水素酸の濃度が47重量%の場合には析出所
要日数が2〜3日であることから48〜72時間とな
り、同じく当該濃度が45重量%の場合には析出所要日
数が3〜4日であることから72〜96時間となり、同
じく当該濃度が44重量%の場合には析出所要日数が4
〜5日であることから96〜120時間となる。これに
より、この熟成処理時間は、最も少ない場合(フッ化ジ
ルコン水素酸の濃度が47重量%のとき)でも48時間
必要となる。一方、フッ化ジルコン水素酸の濃度が44
重量%の場合には熟成時間が最大で120時間必要とな
るが、120時間をえる熟成処理はそれ以上の効果が
期待できず、製造効率も低下するため好ましくない。
【0013】本発明においては、反応生成物であるフッ
化ジルコン水素酸のF/Zrの元素比が6以上になるよ
うに、反応に供する水酸化ジルコニウムとフッ化水素酸
のモル比を適宜選定する。このF/Zrの元素比が6未
満であると、難溶性微粒物(H2ZrOF4)が析出し易
く、しかも、その元素比の値が小さくなる程、その析出
物の発生には時間がかかり熟成処理内での充分な析出を
行うことができない。なお、F/Zr比の上限は7程度
であり、これを遊離のフッ素イオン(F-)の濃度で表
すと4.0〜4.5重量%程度とすることが好ましい。
この濃度が高くなると、上記難溶性微粒物の析出に要す
る時間が再び長くなるので好ましくない。
【0014】なお、反応に供するフッ化水素酸は、フッ
化水素を所定量の水に溶かすことにより所定濃度のフッ
化水素酸として得られるが、本発明ではこの時に使用す
る水の量を、水酸化ジルコニウムが通常37重量%以下
の含有水(結晶水+付着水)を有している点を配慮して
適宜調整する必要がある。
【0015】次いで、本発明の製造方法では熟成処理後
の水溶液を濾過し、その水溶液中に存在する熟成処理時
に析出した不要析出物を瀘別する。しかる後、その瀘液
を純水又はフッ化水素酸で希釈して所望の濃度、例えば
アルミニウムの表面処理剤の用途に使用する場合には2
0〜40重量%に調整することにより、目的のフッ化ジ
ルコン水素酸が得られる。
【0016】本発明では、この濃度調整時に使用する
水、並びにフッ化水素からフッ化水素酸を得る時に使用
する水として、イオン交換樹脂等で金属イオンを除去処
理した純水のみを使用する。これにより、反応系や濃度
調整時におけるアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金
属イオンの水溶液中への混入を避けることができる。特
に、水溶液中のカルシウムイオン(Ca2+)濃度を10
ppm以下、カリウムイオン(K+)濃度を100pp
m以下に維持する。これにより、白濁、析出の原因とな
る不溶性微粒物(CaZrF6)や難溶又は不溶性微粒
物(K2ZrF6)の生成を抑制することができる。
【0017】
【作用】本発明によれば、水酸化ジルコニウムとフッ化
水素酸の中和反応をH2ZrF6の濃度がその飽和溶解度
に近い高濃度となるような条件で行った後に所定時間熟
成処理することにより、この段階で不要な成分が短時間
で析出する。そして、この意図的な析出を生じせしめた
後に濾過によりその析出物を除去し、その瀘液を希釈し
て濃度調整を行うことにより、所定濃度のフッ化ジルコ
ン水素酸が得られる。その結果、得られたフッ化ジルコ
ン水素酸においては、熟成処理過程で不要な析出物(主
に、H2ZrOF4)が一旦析出してしまえば、濃度調整
後には再析出することがない。しかも、製造工程に供す
る水として全て純水のみを使用するなどして水溶液中へ
のカルシウムイオンやカリウムイオンの混入を極力避け
ることにより、特に濃度調整後におけるCaZrF6
2ZrF6の析出を防止できる。
【0018】
【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳
細に説明する。 実施例1及び比較例1 カルシウムイオンとカリウムイオンを含まない55重量
%のフッ化水素酸452gを、イオン交換樹脂(例え
ば、三菱化成製商品名SAIOA)で処理した純水74
mlで希釈した後、水酸化ジルコニウム(含有水:3
0.5重量%)354gを混合して中和反応せしめ、4
7重量%のフッ化ジルコン水素酸を得た。この反応液を
2等分し、その一方は20°Cで72時間放置した後、
濾過し、その瀘液を上記と同じ純水を用いて希釈し、2
0重量%のフッ化ジルコン水素酸を得た(実施例1)。
他方の反応液は、反応後直ちに濾過した後、その瀘液を
上記純水にて希釈して20重量%のフッ化ジルコン水素
酸を得た(比較例1)。得られた各フッ化ジルコン水素
酸について、そのH2ZrF6の成分割合、F/Zrの元
素比及び比重を測定し、また室温下で30日間放置させ
た後の液状態を観察した。それらの結果を下記の表1に
示す。なお、両水溶液ともカルシウムイオン濃度とカリ
ウムイオン濃度は、それぞれ2ppmおよび1ppm以
下であった。
【0019】比較例2 実施例1と同様にして得た20重量%のフッ化ジルコン
水素酸100gに、水酸化ジルコニウム1.3gを添加
して溶解させた後、再度濾過してフッ化ジルコン水素酸
を得た。この水溶液について実施例1と同様の分析及び
観察を行い、その結果を表1にあわせて示す。
【0020】
【表1】
【0021】実施例2及び比較例3〜4 実施例1と同様にして得た20重量%のフッ化ジルコン
水素酸水溶液100gに、3.3重量%の塩化カルシウ
ム水溶液をそれぞれ0.09g(実施例2)、0.13
g(比較例3)及び0.55g(比較例4)添加した
後、それらを実施例1と同様に室温下で30日間放置
し、その液状態を観察した。その結果を、液中のカルシ
ウムイオン濃度と共に以下に示す。 実施例2…(Ca2+イオン濃度11ppm)、白濁・析
出共になし。 比較例3…(同16ppm)、少々の析出物あり。 比較例4…(同65ppm)、多量の析出物あり。
【0022】実施例3及び比較例5〜7 実施例1と同様にして得た20重量%のフッ化ジルコン
水素酸100gに、5.0重量%の水酸化カリウム水溶
液をそれぞれ0.26g(実施例3)、0.41g(比
較例5)、1.06g(比較例6)及び4.02g(比
較例7)添加した後、それらを実施例1と同様に室温下
で30日間放置し、その液状態を観察した。その結果
を、液中のカリウムイオン濃度と共に以下に示す。 実施例3…(K+イオン濃度90ppm)、白濁・析出
共になし。 比較例5…(同140ppm)、微量の析出物あり。 比較例6…(同370ppm)、少量の析出物あり。 比較例7…(1400ppm)、多量の析出物あり。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
長期保管等の時間経過によっても白濁現象や沈殿物が発
生することがない品質安定性に優れたフッ化ジルコン水
素酸を製造することができる。そのため本発明の製造方
法は、特に、沈殿物の存在による表面処理欠陥が発生す
ることがない良質なアルミニウム表面処理剤(20〜4
0重量%のフッ化ジルコン水素酸)を製造するのに好適
である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水酸化ジルコニウムとフッ化水素酸の中和
    反応によりフッ化ジルコン水素酸を得る方法において、
    その反応生成物であるフッ化ジルコン水素酸の濃度が
    重量%以上となるように反応させた後、48〜120
    時間の範囲内で熟成処理を行って不要生成物を析出させ
    てから濾過してその不要生成物を除去し、その濾液を
    釈して所定の濃度に調整することを特徴とするフッ化ジ
    ルコン水素酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 反応に供する水酸化ジルコニウムとフッ
    化水素酸のモル比を、その反応生成物であるフッ化ジル
    コン水素酸のF/Zrの元素比が6以上になるように調
    整する請求項1記載のフッ化ジルコン水素酸の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 濃度調整後におけるフッ化ジルコン水素
    酸中のカルシウムイオン及びカリウムイオンの濃度を、
    それぞれ10ppm以下及び100ppm以下に維持す
    る請求項1記載のフッ化ジルコン水素酸の製造方法。
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