JP3725244B2 - 無機酸化物粉体スラリーの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧系の気相反応で生成する無機酸化物粉体粒子を、密閉式タンク内で水などの液状媒体に混合、分散させてスラリーとして回収する方法に関し、特に、高圧下で四塩化チタンを気相酸化して得られる酸化チタン粒子の製造法において、該酸化チタン粒子を水に混合し、分散させてスラリーとして回収すると共に、副生する塩素ガスを系外に排出することなく有効に回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、無機酸化物等の粉体粒子を水などの液状媒体に混合し分散させる場合、液体に粉体を供給し、一定の接触時間を保ちながら強制混合する方法、或いは液体の吸引作用により粉体を吸い込ませ、強制混合する方法などがある。これらの方法は、一般的に常圧系で適用される方法であり、生成する粉体のスラリー（細かい固体粒子が液体の中に懸濁している流動性のある泥状混合物をいう）は、比較的低濃度の場合が多い。
【０００３】
一方、これらを高圧系で操作する場合は、攪拌機を取り付けた密閉式のタンクに液状媒体を入れておき、攪拌しながらタンク中に粉体を連続的に混合し、分散させる方法もある。しかしながら、例えば二酸化チタン製造において、高温度の四塩化チタンガスと酸素ガスとを高圧下の気相で反応させる場合は、反応後の二酸化チタン懸濁ガスには、強毒性で強腐食性の副生塩素ガスが多量含まれており、このような二酸化チタン懸濁ガスを密閉式のタンクに供給すると、該塩素ガスにより攪拌機の回転軸シール部の材料が腐食されて塩素ガスが漏洩する問題がある。このため、ガスの漏洩を防止し、長期に渡り安定してスラリー化を行うことは、回転軸シール部に使用する材質の選定、耐久性の保持の面などから困難である。
【０００４】
密閉式タンクに液体を張り、粉体と液体をポンプで強制吸引混合する方法もあるが、スラリー濃度が高くなると、粉体と液体との馴染みが悪くなり、粉体の堆積が始まって、均一分散、混合が非常に困難となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、四塩化チタンを高圧系で気相酸化して得られる酸化チタン粉体粒子には、副生する塩素ガスが多量に付着、含有されているが、酸化チタン粉体粒子は固気分離装置で分離回収するのが一般的である。この分離された粉体粒子は、塩素分が完全には脱離しておらず、そのまま取り扱うことは困難であり、一般的には水に懸濁させてスラリーとして取り扱い、その後の処理をしている。
【０００６】
高圧系で気相酸化して得られる無機酸化物粉体粒子は、通常、気相酸化装置に接続している降下管を通過して、液体を張ったタンク内に連続的に雪が降る如く落下させるか、またはホッパーのような一時的な滞留場所を経由して、断続的に多量落下させるか、などの方法で水と混合し、懸濁させてスラリーとする。前者の場合、落下してきた粉体が連続的に液界面で接触して馴染んでいかないと、スムースに分散、混合しなくなり、最終的には粉体が界面上に層状となって“堆積”してくる。また、後者の場合、水面に大量落下すると水との馴染みが悪くなり、所謂“ダマ”（未分散の塊）が発生し易くなり、均一なスラリーにするのが困難となる。
【０００７】
このような現象を防止するため、一般的には強制混合を行う目的で攪拌機が設置されるが、大気圧下の操作で、且つ槽内の充満ガスが無害であるなら問題ないが、高圧でしかも塩素ガスのような有毒ガスを取り扱うような系では、使用する装置材料の選定およびガス漏洩防止の対策等を十分に施す必要がある。
【０００８】
また、粉体粒子を液中に分散させる場合、液状媒体を強制的に攪拌したり、系内に流動を起こしてやらないと均一に分散させることができない。特に、スラリーの濃度や粘度が高くなるに従い、その分散能力は低下し、多大な動力を消費する。特に、前記のように高圧反応系で有毒ガス含有の粉体を液中に分散せしめる系においては、攪拌機のような付帯設備を用いると、回転軸シール部等からのガス漏洩などを完全に防止するのが極めて困難である。
【０００９】
【問題を解決するための手段】
本発明者らは、高圧下の密閉式タンク内で有毒ガス含有の無機酸化物粉体をスラリー化する方法について種々検討を重ねた結果、タンク内の液をポンプで強制循環することとし、この循環液を利用して粉体粒子をタンク内の液中に分散混合させることにより、回転軸シール部等からのガス漏洩を惹起し易い攪拌機を使用することなく、密閉式タンク内で無機酸化物粉体を効率的且つ工業的にスラリー化する方法を見出したものである。
すなわち、本発明は、高圧力下の気相反応で生成する無機酸化物粉体粒子を、内部が高圧力下に保持され、下部が円錐形の円筒竪形タンク内に、タンク頂上部の供給口から導入し、該供給口とは別に設けたタンク頂上部の少なくとも一つの循環液噴霧口からタンク内の液状媒体を循環噴霧して該粉体粒子をスラリー化することを特徴とする無機酸化物粉体スラリーの製造方法である。
【００１０】
本発明においては、円筒竪形の密閉式タンクの頂上部の無機酸化物粉体粒子の供給口から粉体を加圧下に導入し、該供給口とは別に設けたタンク頂上部の少なくとも一つの循環液噴霧口からタンク内の液状媒体を加圧下で循環噴霧する。下部が円錐形である円筒竪形のタンクを用いることにより、循環噴霧液と粉体との混合をタンク内全域で均一に行うことができる。タンク内の圧力は通常、２〜１０ｋｇ／cm² Ｇ（ゲージ圧）である。タンク内の液状媒体をポンプで強制循環し、この循環液をタンク頂上部より強制噴霧することにより、液面上部のガス相で循環噴霧液と粉体を接触させて湿潤させ、且つ、落下する循環噴霧液の作用で液界面を激しく攪拌させることができる。したがって、本発明においては、より速く且つ、スムースに粉体を循環噴霧液になじませる効果をもたらし、効率よく粉体を循環液に分散させて目的のスラリーとすることができる。
【０００１１】
本発明において用いる無機酸化物粉体としては、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム等があげられる。この中でも高温度の四塩化チタンガスと酸素ガスとを高圧下の気相で反応させて得られ、塩素ガスなどの有毒ガスに懸濁されている酸化チタンは、本発明のスラリー化法を適用するのに最適のものである。なお、酸化チタン粉体粒子は２０〜１８０℃の温度に冷却された後、液状媒体と混合するのが望ましい。
【０００１２】
循環噴霧液の供給は、タンク頂上部や液面上部付近等から行うことが考えられ、また、液面上部付近から供給する場合は、タンクの接線方向に、或いはタンク中心方向に導入する方法等が考えられる。本発明においては、タンク頂上部に少なくとも一箇所設けた供給口から導入するのが必須であり、必要に応じて液面上部付近等から導入する方法も組み合わせることができる。循環噴霧液がタンク内の液面全体に拡がるように、噴霧液の供給口を種々の形状に変えることができる。
【０００１３】
本発明の液状媒体としては水が適当であり、工業用水、純水等を使用することができる。本発明において、スラリー化操作の開始時にはタンク内に水を張り、この水をポンプで強制循環し、この循環液をタンク頂上部より強制噴霧しながら無機酸化物粉体粒子供給口から導入される粉体をスラリーとし、以後は得られたスラリーを連続的に強制循環し、噴霧する。タンク内の液状媒体の循環噴霧量は、タンクの断面積当たり３０〜６０ｍ³ ／時・ｍ² とするのが望ましい。また、無機酸化物粉体粒子供給口の断面積は、粉体と液状媒体との接触度合いの関係から、タンクの断面積の１／２０〜１／３０とするのが望ましい。スラリー化の連続的操作によって、スラリー濃度が徐々に高くなっていくが、適宜、液状媒体を別の供給口から補充してスラリー濃度を２００〜７００ｇ／ｌに維持しながら行う。
【０００１４】
本発明においては、無機酸化物粉体が浮遊降下している間に、タンク頂上部より循環液を強制噴霧して該粉体粒子と接触させるので、粉体粒子が液界面に落下する前に湿潤される。また、噴霧液が液面に落下すると該液面が激しく攪拌され、液界面積が増大すると同時に粉体粒子との接触も向上し、分散、混合が速やかに進行する。
【０００１５】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
実施例１
図１に示した、内部がテフロン系樹脂でライニングされた円筒竪形タンクを使用した。無機酸化物粉体粒子供給口（１）から連続的に酸化チタン粉末を導入し、ポンプ（３）を用いてタンク（２）内の酸化チタンスラリーを強制的に循環して循環液噴霧口（Ａ）からタンク内の液面に噴霧した。この噴霧により、酸化チタン粉末を湿潤しながら混合してスラリーとし、且つタンク内の全域を攪拌することができた。この間、スラリー濃度が３６．２重量％になるように水補給用パイプ（４）から水を供給し、一方、タンクの液レベルを一定に保持する目的で排出パイプ（５）からタンク内のスラリーを排出した。タンク内のスラリーを１時間当たり４３回循環噴霧する条件で、スラリー濃度３６．２重量％の状態に到達した後も、連続的に導入した酸化チタン粉末を問題なくスラリー化できた。なお、タンク内の圧力は、４ｋｇ／cm² Ｇ（ゲージ圧）であった。
【０００１６】
次に、前記と同様にスラリー濃度が所定値に到達した後、タンク内のスラリーを１時間当たり３２回及び２２回と循環噴霧回数を少なくしたが、それぞれ問題なく、良好なスラリーが得られた。
【０００１７】
比較例１
実施例１において、スラリー濃度が３６．２重量％の状態に到達した後、循環液噴霧口（Ｂ）からタンク内の酸化チタンスラリーをタンクの接線方向に１時間当たり４３回の循環回数で導入した。その結果、途中の段階から混合、分散不良の現象が認められ、液面に粉体が堆積する現象が発生し、これ以上のスラリー化操作が困難であった。そこで、酸化チタンスラリーの循環回数を１時間当たり５４回と増やして導入したところ、やはり混合、分散不良のため、良好なスラリーは得られなかった。
【０００１８】
比較例２
実施例１において、スラリー濃度が３６．２重量％の状態に到達した後、循環液噴霧口（Ｃ）からタンク内の酸化チタンスラリーをタンクの中心方向に１時間当たり４３回の循環回数で導入した。その結果、途中の段階から混合、分散不良の現象が認められ、液面に粉体が堆積する現象が発生し、これ以上の操作が困難であった。次に、酸化チタンスラリーの循環回数を１時間当たり５４回と増やして導入したところ、粉体の堆積現象の発生もなく、良好なスラリーが得られた。
【０００１９】
実施例２
実施例１において、スラリー濃度が４１．２重量％の状態に到達するように調節すること以外は同様に操作した。その結果、タンク内のスラリーを１時間当たり４３回及び３２回循環噴霧したが、連続的に導入した酸化チタン粉末を問題なくスラリー化できた。
【０００２０】
比較例３
実施例２において、スラリー濃度が４１．２重量％の状態に到達した後、循環液噴霧口（Ｃ）からタンク内の酸化チタンスラリーをタンクの中心方向に１時間当たり４３回の循環回数で導入した。その結果、途中の段階から混合、分散不良の現象が認められ、液面に粉体が堆積する現象が発生し、これ以上の操作が困難であった。そこで、酸化チタンスラリーの循環回数を１時間当たり５４回と増やして導入したところ、やはり混合、分散不良のため、良好なスラリーは得られなかった。
【０００２１】
【発明の効果】
本発明においては、高圧力下の気相反応で生成する無機酸化物粉体粒子を、内部が高圧力下に保持され、下部が円錐形の円筒竪形タンク内で液状媒体と混合し、分散させることにより、攪拌機を使用することなく、工業的且つ効率的にスラリー化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例で使用した下部が円錐形の円筒竪形タンクの模式図を示す。
【図２】図１の平面図を示す。
【符号の説明】
１ 無機酸化物粉体粒子供給口
２ 円筒竪形タンク
３ ポンプ
４ 水補給用パイプ
５ 排出パイプ
Ａ 循環液噴霧口
Ｂ 循環液噴霧口
Ｃ 循環液噴霧口

Claims (1)

1. 高圧力下の気相反応で生成する無機酸化物粉体粒子が高圧力下で酸素ガスと四塩化チタンガスを気相で反応させて得られる二酸化チタン粒子であって、該無機酸化物粉体粒子を、内部が高圧力下に保持され、下部が円錐形の円筒竪型タンク内に、タンク頂上部の供給口から導入し、該供給口とは別に設けたタンク頂上部の少なくとも一つの循環液噴霧口からタンク内の液状媒体と該無機酸化物粉体粒子とを含む循環液を循環噴霧して該粉体粒子をスラリー化することを特徴とする無機酸化物粉体スラリーの製造方法。

Images