JP3855027B2

JP3855027B2 - Method for obtaining silicic acid, method for obtaining silicon dioxide, and method for recycling ceramics

Info

Publication number: JP3855027B2
Application number: JP2001198858A
Authority: JP
Inventors: 英嗣森
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003012319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス、ケイ砂、ケイ石、焼却灰、焼却灰をガラス状物質としたもの、陶器、磁器等のケイ素を含む物質から、ケイ酸ないしは二酸化ケイ素を得る方法に係り、より詳細には、アルカリ融解を利用して、廃棄ガラス及び／又はセラミックス等からのケイ酸ないしは二酸化ケイ素の抽出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
容器・包装リサイクル法等の施行により、種々の物質のリサイクルや再利用に対する関心が高まっており、それを可能とするための分別回収も広く行なわれている。
【０００３】
例えば、産業廃棄物として大量に処分されるガラス製品の再利用においては、廃棄ガラス容器の形状、着色又はガラスに含有する成分の相違に基づいて、発生する廃棄ガラスの分別処理を行っている。しかし、透明ガラスや褐色ガラスは再利用されてはいるが、上記以外の着色ガラス容器は、色や形状が多種類存在するため、再利用ガラス容器としての利用が困難である。
【０００４】
なお、最近では、かかる飲料用着色ガラス容器などを用いて、カレットを作製し、道路の舗装剤などに利用されているが、広くは普及している状態ではない。
【０００５】
上記ガラス廃棄物の主成分は二酸化ケイ素であるため、着色ガラス容器から二酸化ケイ素を回収できれば、多様な用途に応用可能である。
【０００６】
かかる状況下において、無色透明及び着色のガラス容器を問わず、産業廃棄物のガラス製品から二酸化ケイ素を回収する方法、さらには、陶器、磁器、焼却灰、焼却灰を溶融したガラス状物質から二酸化ケイ素を回収する方法が要望されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記した事情に鑑み、本発明は廃棄ガラスから二酸化ケイ素を抽出する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ケイ素を含むガラス状物質及び／又はセラミックスからケイ酸を得る方法であって、ケイ酸アルカリを形成させる工程と、該ケイ酸アルカリをケイ酸アルカリ水溶液とする工程と、該ケイ酸アルカリ水溶液中の不溶物を分離する工程と、該不溶物を分離したケイ酸アルカリ水溶液に酸を添加してケイ酸を得る工程と、を有するケイ酸を得る方法により達成される。
【０００９】
前記不溶物は、金属塩や炭素等である。
【００１０】
本発明の好ましい態様では、高い純度のケイ酸を得ることを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的は、ケイ素を含むガラス状物質及び／又はセラミックスからケイ酸を抽出する方法であって、ケイ酸アルカリを形成させる工程と、該ケイ酸アルカリをケイ酸アルカリ水溶液とする工程と、該ケイ酸アルカリ水溶液中の不溶物を分離する工程と、該不溶物を分離したケイ酸アルカリ水溶液に酸を添加してケイ酸を得る工程と、を有する、ケイ酸の抽出方法により達成される。
【００１２】
本発明の好ましい態様では、高い純度のケイ酸を抽出することを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様では、上述の得られたケイ酸を、乾燥させて二酸化ケイ酸を得ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい態様では、前記ケイ酸アルカリ水溶液に酸を添加してケイ酸を得る工程後の溶液に、水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウムを添加して中和させる中和工程をさらに有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい態様では、前記ケイ酸アルカリを形成させる工程で使用するアルカリと、前記中和に使用するアルカリとが、いずれも水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムである。
【００１７】
上記目的は、ケイ素を含むガラス状物質及び／又はセラミックスからのケイ酸の抽出方法であって、ケイ酸アルカリが生じるように、前記ガラス状物質及び／又はセラミックスと水酸化物とを融解させる融解工程と、ケイ酸アルカリ水溶液が生じるように、前記ケイ酸アルカリを水に溶解させる溶解工程と、前記溶解工程にて水に溶解しなかった不溶物を除去するために、前記ケイ酸アルカリ水溶液と不溶物を分離する分離工程と、分離後のケイ酸アルカリ水溶液に酸を添加してケイ酸を析出させる析出工程と、を具備することを特徴とする抽出方法により達成される。
【００１８】
また、上記目的は、ケイ素を含むガラス状物質及び／又はセラミックスからの二酸化ケイ素の抽出方法であって、ケイ酸アルカリが生じるように、前記ガラス状物質及び／又はセラミックスと水酸化物とを融解させる融解工程と、ケイ酸アルカリ水溶液が生じるように、前記ケイ酸アルカリを水に溶解させる溶解工程と、前記溶解工程にて水に溶解しなかった不溶物を除去するために、前記ケイ酸アルカリ水溶液と不溶物を分離する分離工程と、分離後のケイ酸アルカリ水溶液に酸を添加してケイ酸を析出させる析出工程と、二酸化ケイ素を生じさせるように、前記ケイ酸を乾燥させる乾燥工程と、を具備することを特徴とする抽出方法により達成される。
【００１９】
本発明の好ましい態様では、前記融解工程において、前記ガラス状物質及び／又はセラミックスと前記水酸化物とは、５〜２０：８０〜９５の重量比で混合されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の好ましい態様では、前記融解工程は、二酸化炭素が含まれない状態で行なわれることを特徴とする。
【００２１】
本発明の好ましい態様では、前記融解工程は、二酸化炭素が分解しない条件で行なわれることを特徴とする。
【００２２】
本発明の好ましい態様では、前記融解工程において、前記水酸化物は水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウムを主とすることを特徴とする。
【００２３】
本発明の好ましい態様では、前記水酸化物として水酸化ナトリウムを主として利用した場合には、前記融解工程は４００〜６００℃で行うことを特徴とする。
【００２４】
本発明の好ましい態様では、前記水酸化物として水酸化カリウムを主として利用した場合には、前記融解工程は３００〜４００℃で行うことを特徴とする。
【００２５】
本発明の好ましい態様では、前記融解工程後に、前記ケイ酸アルカリを固化させる固化工程を、さらに具備することを特徴とする。
【００２６】
本発明の好ましい態様では、前記融解工程後に、融解させたケイ酸アルカリと水（特に、高温水が好ましい）を混合してケイ酸アルカリ水溶液を生じさせることを特徴とする。
【００２７】
本発明の好ましい態様では、前記析出工程において利用される前記酸は、塩酸、硫酸、硝酸及び燐酸からなる群から選択されることを特徴とする。
【００２８】
本発明の好ましい態様では、前記析出工程後の溶液に、アルカリを添加して中和させる中和工程をさらに有する。
【００２９】
本発明の好ましい態様では、前記アルカリは水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウムである。
【００３０】
本発明の好ましい態様では、水酸化物を得るために、前記中和工程で生成した塩を電気分解させる電気分解工程をさらに具備することを特徴とする。
【００３１】
本発明の好ましい態様では、前記二酸化ケイ素を水に接触させ、該二酸化ケイ素に含まれる塩化ナトリウム及び／又は塩化カリウムを分離する分離工程をさらに有する。
【００３２】
本発明の好ましい態様では、前記二酸化ケイ素を酸に接触させ、該二酸化ケイ素に含まれる不純物である金属を分離する工程と、次いで該二酸化ケイ素を水に接触させ、該二酸化ケイ素に含まれる塩化ナトリウム及び／又は塩化カリウムを分離する分離工程と、をさらに有する。
【００３３】
本発明の好ましい態様では、前記二酸化ケイ素に含まれる塩化ナトリウム及び／又は塩化カリウムを分離する分離工程は、１．０μｍ以上５．０μｍ以下のメッシュフィルターを用いて分離される。
【００３４】
本発明の好ましい態様では、前記不溶物の分離工程は、０．５μｍ以上１．０μｍ以下のメッシュを有するフィルター（例えば、ガラス繊維ろ紙）を用いて行なわれる。
【００３５】
本発明の好ましい態様では、前記分離工程は、遠心分離により行なわれる。
【００３６】
本発明の好ましい態様では、前記酸は、塩酸である。
【００３７】
上記目的は、上記得られた二酸化ケイ素を用いて、セラミックス（例えば、ガラス）を製造することを特徴とするセラミックスのリサイクル方法により達成される。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明によるガラスからの二酸化ケイ素の抽出方法を、好ましい実施態様に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
本発明の対象であるガラスの主成分は、通常、ＳｉＯ_２である。本発明による含ケイ素ガラスからの二酸化ケイ素の抽出方法は、図１に示すように、ガラス物質と水酸化物とを電気炉で融解、具体的にはアルカリ融解させる。本発明に利用する水酸化物には、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムとがある。上記水酸化物とガラス物質との混合比は、ＳｉＯ_２を主成分とする石英ガラスと水酸化物とを用いた後述するモデル実験１から、重量比で５〜２０：８０〜９５、好ましくは７〜１３：８７〜９３、より好ましくは８〜１２：８８〜９２であることが好ましい。これは、アルカリ融解の条件及び生成するケイ酸アルカリの水に対する溶解性から、全固形分に対して、ＳｉＯ_２が２０重量％を越え、水酸化物が８０重量％未満では、十分にアルカリ融解せず、また生成したケイ酸アルカリの水に対する溶解性が低下するためである。
【００４０】
前記アルカリ融解に水酸化ナトリウムを利用する場合を図１に示すが、後述するモデル実験１から、溶融温度としては４００〜６００℃、好ましくは４２０〜５８０℃、より好ましくは４５０〜５５０℃で行う。また、前記アルカリ融解に水酸化カリウムを利用する場合には、溶融温度としては、３００〜４００℃、好ましくは３１０〜３９０℃、より好ましくは３３０〜３８０℃で行う。さらに、溶融時間は、２時間以上であることが好ましい。
【００４１】
なお、この反応を効率よく進行させるため、予めケイ素を含むセラミックスを粉砕することが望ましい。
【００４２】
かかるアルカリ融解によりケイ酸ナトリウムが生成する（図１を参照）。具体的には、水に良く溶解するケイ酸ナトリウムやケイ酸カリウムを生じさせる。このアルカリ融解の際に、大気中で接触させると、大気中の二酸化炭素が炭素と酸素になり、特に炭素がケイ酸アルカリに混入して、その色は黒くなる黒化現象が確認される。これは、ニッケル坩堝を使用した際に起こる現象であることが判明した。なぜならば、モリブデン坩堝を利用した場合には、ケイ酸アルカリの黒化現象は観測されなかったからである。ただし、モリブデン坩堝を使用した際の温度はニッケル坩堝よりも低温で使用しなければならない。
【００４３】
ニッケル坩堝を利用した場合には、ニッケルが触媒として作用して二酸化炭素を分解し、その分解により生成した炭素がケイ酸アルカリに混入し、黒化現象を引き起こしているものと考えられるが、後述するろ過法により、混入した炭素は容易に除去できる。
【００４４】
次に、生成したケイ酸アルカリを水（好ましくは蒸留水）に接触させる。この時、水溶液は高濃度のアルカリ水溶液になる。
【００４５】
なお、アルカリ融解の際には、大気中の二酸化炭素が分解して炭素が反応物に混在するので、得られた反応物に蒸留水を加えた後、炭素が水溶液中を溶解せずに混在する。また、反応物に蒸留水を加えてケイ酸ナトリウム水溶液を生成させる際、溶解が困難な水酸化金属（例えば、水酸化鉄、水酸化マンガン等）の沈殿物も水溶液中に混在する。
【００４６】
したがって、ケイ酸ナトリウム水溶液を得る際には、反応物に水を加えて水溶液とした後に、この水溶液をろ過して、ケイ酸ナトリウム水溶液と炭素及び水酸化金属の沈殿物を分離する必要がある。なお、ケイ酸ナトリウム水溶液及び炭素と水酸化金属の沈殿物をろ過により分離する段階で、純粋なケイ酸ナトリウム水溶液を得ることが望ましいが、水酸化金属の存在はこの段階で水溶液として溶解していればこの方法において許容できる。
【００４７】
着色ガラス製品に含有される鉄やマンガン由来の水酸化物は高濃度のアルカリ水溶液に不溶性であるので、ろ過することにより、着色原因である鉄やマンガン等の金属を除去することができる。ただし、微量に存在する金属イオンは水に溶解させたケイ酸アルカリ水溶液にまだ残存する。ろ過の際には、０．５〜１．０μｍ、好ましくは０．６〜０．９μｍ、より好ましくは０．６〜０．８μｍのメッシュを有するガラス繊維ろ紙を用いると、不純物をろ過する目的を達成させることが可能である。０．５μｍ以下のメッシュではろ過に時間がかかり、１．０μｍ以上のメッシュでは不純物を除去することが難しい。
【００４８】
また、ニッケル坩堝を利用した際の問題である炭素は、それ自体水に溶解しないので、前記したろ過により容易に除去可能である。
【００４９】
しかる後に、ケイ酸アルカリ水溶液に酸を加える。酸の具体例には、塩酸、硫酸、硝酸及び燐酸などの無機酸があるが、特に、実用上、塩酸を添加することが好ましい。酸をケイ酸アルカリ水溶液に添加させて酸性（例えばｐＨが１以下）の水溶液とした後、煮沸させてケイ酸（Ｓｉ（ＯＨ）_４）を沈殿・析出させる。その後、このケイ酸を乾燥させて二酸化ケイ素とする。ここで、ケイ酸は高濃度の酸には溶解しないのに対し、微量の金属は酸に溶解する。
【００５０】
前記した抽出方法を要約すると、以下に記載する３つの化学反応式にて記載される反応により、主に構成される（図２）。
【００５１】
次に、図３によって、この発明における二酸化ケイ素の回収方法の一例を説明する。
【００５２】
図３は、本発明における二酸化ケイ素の回収に必要となる装置を示したものである。反応容器１に上記方法で得た酸性のケイ酸ナトリウム水溶液を入れ、加熱装置２により反応容器１を過熱して水溶液を煮沸する。加熱により発生する水蒸気は、ボンベ３から反応容器１に導入されたアルゴンガスとともにケルダール傾斜管４を経て、冷却管５で冷却されて液体として回収容器６に回収される。また、反応容器１の水溶液に含まれる塩酸も煮沸により塩化水素として蒸発し、ボンベ３から反応容器１に導入されたアルゴンガスとともにケルダール傾斜管４及び冷却管５を経て塩酸として回収容器６に回収される。
【００５３】
この方法により反応容器１内に存在する水分は、煮沸を継続するにともない初期の量に比べ減少する。この水分の減少は、ケイ酸ナトリウムを溶解する役目である水分の減少を示す。したがって、煮沸を継続することは、反応容器１内でのケイ酸の沈殿及び塩化ナトリウム結晶の析出の進行を促す。この煮沸は、反応容器１内の水溶液中にケイ酸の沈殿及び塩化ナトリウム結晶の析出が確認できるまで継続する。煮沸に関しては、初めにケイ酸の沈殿が確認でき、次いで塩化ナトリウム結晶の析出が確認できるので、この塩化ナトリウム結晶の確認が煮沸の終了を意味する。なお、この煮沸の終了を塩化ナトリウム結晶の確認とした理由については、塩化ナトリウムの水に対する溶解度がケイ酸に比べて大きいことによる。すなわち、反応容器１内の塩化ナトリウム結晶の存在は、ケイ酸を溶解するために必要とされる水分子が同反応容器１内に存在しないことを意味するからである。
【００５４】
次いで、反応容器１で得られたケイ酸及び塩化ナトリウムと水溶液をろ過法（２．７μｍのガラス繊維ろ紙を用いた）により分離して、ケイ酸及び塩化ナトリウムを抽出する（このろ過の際にも若干の金属が混在する可能性もあるが、後述するとおりこの混在した金属は酸を用いて分離できる）。
【００５５】
抽出されたケイ酸及び塩化ナトリウムを予め洗浄した反応容器１に移し、さらにこの反応容器１に蒸留水を加えて、再度、加熱装置２により反応容器１を加熱し、反応容器１内の水溶液を乾固させる。煮沸及び乾固の際に発生する水蒸気は、ボンベ３から反応容器１に導入されたアルゴンガスとともにケルダール傾斜管４を経て、冷却管５で冷却されて液体として回収容器６に回収される。この方法により、ケイ酸は乾固により水分が蒸発して二酸化ケイ素となる。先に述べたように、乾固後、得られた二酸化ケイ素及び塩化ナトリウムには若干の金属が混在している可能性があるので、この反応容器１内に塩酸を加え、加熱装置２により反応容器１を再度加熱して反応容器１内の塩酸を煮沸して金属を溶解する。塩酸の煮沸により発生する塩化水素は、ボンベ３から反応容器１に導入されたアルゴンガスとともにケルダール傾斜管４及び冷却管５を経て塩酸として回収容器６に回収される。
【００５６】
煮沸後、ろ過法（２．７μｍのガラス繊維ろ紙を用いた）により反応容器１内の二酸化ケイ素及び塩化ナトリウムと金属が溶解している塩酸溶液を分離して、二酸化ケイ素及び塩化ナトリウムを抽出し、この二酸化ケイ素及び塩化ナトリウムに蒸留水を加えて塩化ナトリウムを溶解させ、塩化ナトリウム水溶液中の二酸化ケイ素をろ過法（２．７μｍのガラス繊維ろ紙を用いた）により抽出する。なお、塩化ナトリウムは水に溶解するので、蒸留水を加えながらろ過を行い二酸化ケイ素をさらに洗浄することが望ましい。ろ過後、得られた二酸化ケイ素を乾燥する。
【００５７】
このようにして、ガラス形成物質である二酸化ケイ素を回収することができる。
【００５８】
さらに、ケイ酸を析出させた後の、塩酸を添加したケイ酸アルカリ水溶液を水酸化ナトリウムで中和すると、ＮａＣｌ水溶液またはＫＣｌ水溶液が生成する。これらの塩化物を常法の電気分解により水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム及び塩酸を回収すること可能であり、前記融解工程にて再利用することもできる。更に、回収容器６に回収された塩酸についても、前記融解工程にて再利用することができる。
【００５９】
以上説明した通り、本発明による二酸化ケイ素の抽出方法は、ケイ酸ナトリウムの作製工程と、ケイ酸の沈殿・析出工程と、乾燥工程とからなる。
【００６０】
着色ガラス製品は、通常、金属を含有している。具体的には、ワインビンの緑は鉄イオンやマンガンイオンに、ビールビンの褐色は鉄イオンに、それぞれ起因している。
【００６１】
本願では、上記事実に基づき、着色ガラス製品の成分として主に使用されているＳｉＯ_２と、他の金属元素Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ及びＭｎに着目した。
【００６２】
モデル実験２として、ＳｉＯ_２、Ａｌ、ＣａＣＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３及びＭｎＯ_２の粉末試料を利用し、上記成分の所定重量比の所定量に溶解した水溶液を作製し、水溶液に溶解したＳｉＯ_２を収率よく、且つ、高純度で回収可能な方法を検討した。
【００６３】
その後、上記のモデル実験で確立した方法を、実際の着色ガラス製品に適用し、着色ガラスから二酸化ケイ素の抽出を試み、産業廃棄物である着色ガラスへの応用を行い、首尾よく着色ガラス製品から二酸化ケイ素を回収することができることを確認した。
【００６４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
【００６５】
[モデル実験１]
ＳｉＯ_２を主成分とする石英ガラスと水酸化ナトリウムを、種々の重量比で混合し、ニッケル坩堝にて５００℃でアルカリ融解させたモデル実験１を行った。その際に、溶融時間を１〜３時間と変化させた。本実験では、アルカリ融解の条件を求めることを目的とした。
【００６６】
石英ガラスの溶融状態及び生成したケイ酸ナトリウムの水に対する溶解性を評価した。その結果を図４に示す。
【００６７】
図４は、電気炉を用いて、石英ガラスと水酸化ナトリウムとのアルカリ融解において、水酸化ナトリウムの重量濃度と溶融時間を変化させた場合の結果を示す図である。図中の×は石英ガラスが未溶融であり、◎は生成したケイ酸ナトリウムが十分に水に溶解した結果を示す。モデル実験１から、ＳｉＯ_２と水酸化ナトリウムとからなるアルカリ融解の条件としては、ＳｉＯ_２が２０重量％以下、水酸化ナトリウムが８０重量％で、溶融温度２時間以上にて、本願の目的を達成するための条件であることが判明した。
【００６８】
図示してないが、ＳｉＯ_２と水酸化カリウムとのアルカリ融解では、ニッケル坩堝とモリブデン坩堝を利用し、３６０℃で行ったが、ＳｉＯ_２と水酸化カリウムとの混合割合、溶融時間に関しては、同様の結果が得られた。
【００６９】
[モデル実験２]
産業廃棄物である着色ガラスを収集し、粉砕させた。エネルギー分散Ｘ線分光（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy、以下、「ＥＤＸ」という）法により粉砕ガラスを分析したところ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ及びＣｕ元素が含まれていることが判明した。
【００７０】
実際の廃棄ガラス製品から二酸化ケイ素を回収するに先立ち、ＥＤＸによる上記結果を基礎とした、モデル実験２を以下のように行った。
【００７１】
ＳｉＯ_２：Ａｌ：ＣａＣＯ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３：ＭｎＯ_２＝７０：１０：１０：５：５（重量比率）となるように秤量した。ＳｉＯ_２と水酸化ナトリウムを１０：９０の重量比で混合し、５００℃で２時間アルカリ融解させた。アルカリ融解により生成したケイ酸ナトリウムを水に溶解させ、溶液Ａを得た。
【００７２】
次に、Ａｌ、ＣａＣＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２を前記した重量比で塩酸に溶解させ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｎイオンを含有させた塩酸水溶液Ｂを得た。
【００７３】
前記した溶液Ａ及び塩酸水溶液Ｂとを混合させた溶液Ｃを調製した。本溶液Ｃを煮沸させるとケイ酸と塩化ナトリウムとが生成し、沈殿・析出した。この場合に塩酸による強酸であるため、他の金属イオンは溶解したままである。このケイ酸は塩酸溶液中では溶解しないので、その塩酸溶液からろ過し、加熱乾燥させることにより、二酸化ケイ素を得た。ＮａＯＨを用いたアルカリ融解により得た水溶液からの二酸化ケイ素の収率は、９８．３±０．９％であった。
【００７４】
得られた二酸化ケイ素は、フッ化水素酸（ＨＦ）を用いて、以下の化学式に従い、その二酸化ケイ素の純度を算出したところ、９９．７５±０．１５％であった。
【００７５】
ＳｉＯ_２＋４ＨＦ ―＞ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ
なお、ＫＯＨを用いたアルカリ融解により得た水溶液からの二酸化ケイ素の収率は、９７．７５±１．０５％であり、上記化学式より純度を算出したところ、９９．８５±０．０５％であった。
【００７６】
例１
前述のモデル実験の結果をもとに、ワインビン及びビールビンを含む緑、青、褐色及び黒の着色ガラスビンなどの廃棄ガラスビンを粉砕させた各着色ガラスビンの粒子５ｇと、水酸化ナトリウム４５ｇとを混合し、電気炉にて、５００℃、２時間でアルカリ融解させた。自然冷却により固化させた後、水を添加してケイ酸ナトリウムの水溶液を作製し、次いで０．７μｍのメッシュを有するガラス繊維ろ紙を用いて前記水溶液をろ過した。ろ過後、ケイ酸ナトリウムを含有する水溶液に塩酸を添加し、煮沸するとケイ酸の沈殿物が析出した。このケイ酸を取出し加熱させると、水が蒸発して、モデル実験２と同様に純度９９．９％の二酸化ケイ素が得られた（表１のサンプル１〜４を参照）。他方、ＫＯＨを用いたアルカリ融解により得た水溶液からの二酸化ケイ素の純度も９９．９％であった（表１のサンプル１〜４を参照）。
【００７７】
【表１】

各着色ガラスビン及び着色ガラスビンの混合物からの二酸化ケイ素の抽出結果を示す表である。
【００７８】
例２
例１では、各着色ガラスビン毎の二酸化ケイ素の抽出を例示したが、本例では、着色ガラスビンを混合させて、二酸化ケイ素の抽出を行った。
【００７９】
ワインビン及びビールビンを含む緑、青、黒又は褐色の着色ガラスビンの廃棄ガラスビンを集めてまとめた。そのまとめた廃棄ガラスビンを粉砕させた５ｇのガラス粒子と、水酸化ナトリウム４５ｇとを混合し、電気炉にて、５００℃、２時間アルカリ融解を行った。融解させた高温度のケイ酸ナトリウムを水に投入させてケイ酸ナトリウムの水溶液を生成させた。遠心分離機による分離・ろ過後、ケイ酸ナトリウムを含有する水溶液に塩酸を添加し、煮沸するとケイ酸の沈殿物が析出した。このケイ酸を取出して加熱させると、水を蒸発させると収率９９．９％（ＫＯＨにより算出）、純度９９．９％の二酸化ケイ素が得られた（表１のサンプル５を参照）。なお、ＫＯＨについても同様の結果が得られ、９９．９％の純度を持つ二酸化ケイ素を回収できたことが確認できた。
【００８０】
また、ケイ酸を析出させた溶液に水酸化ナトリウムを添加して中和させる。その際に生成する塩化ナトリウムを、従来公知の電気分解により水酸化ナトリウム及び塩酸として回収し、アルカリ融解及び塩酸添加の際に再利用可能となる。また、前記回収容器６で回収された塩酸についても塩酸添加の際に再利用可能となる。
【００８１】
さらに、アルカリ融解を水酸化カリウムで行った際には、前述と同様に水酸化カリウム及び塩酸が回収され、再利用可能となる。また、前記回収容器６で回収された塩酸についても塩酸添加の際に再利用可能となる。
【００８２】
【発明の効果】
発明によれば、廃棄ガラス製品から二酸化ケイ素を抽出することができ、産業廃棄物の一つである廃棄ガラスを二酸化ケイ素として再利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二酸化ケイ素の抽出方法の工程図を示す。
【図２】本発明による二酸化ケイ素の抽出における主要な化学反応式を示す図である。
【図３】本発明による二酸化ケイ素の回収に必要となる装置を示す図である。
【図４】石英ガラスと水酸化ナトリウムとのアルカリ融解において、水酸化ナトリウムの重量濃度と溶融時間を変化させた場合の結果を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for obtaining silicic acid or silicon dioxide from a material containing silicon such as glass, quartz sand, quartzite, incinerated ash, incinerated ash, incinerated ash as glassy material, ceramics, porcelain, etc. Relates to a method for extracting silicic acid or silicon dioxide from waste glass and / or ceramics using alkali melting.
[0002]
[Prior art]
With the enforcement of the Containers and Packaging Recycling Law, etc., interest in recycling and reuse of various substances is increasing, and separate collection is widely performed to enable this.
[0003]
For example, in the reuse of glass products that are disposed of in large quantities as industrial waste, the waste glass generated is separated based on the shape of the waste glass container, the coloration, or the difference in the components contained in the glass. However, although transparent glass and brown glass are reused, colored glass containers other than those described above are difficult to use as reused glass containers because there are many types of colors and shapes.
[0004]
Recently, a cullet is produced using such a colored glass container for beverages and used for road paving agents, but it is not widely used.
[0005]
Since the main component of the glass waste is silicon dioxide, it can be applied to various applications as long as silicon dioxide can be recovered from the colored glass container.
[0006]
Under such circumstances, a method for recovering silicon dioxide from glass products of industrial waste, regardless of whether it is colorless and transparent or colored glass containers, as well as from a glassy substance obtained by melting pottery, porcelain, incineration ash, or incineration ash to carbon dioxide. There is a need for a method of recovering silicon.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide a method for extracting silicon dioxide from waste glass.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The object is a method of obtaining silicic acid from a glassy substance and / or ceramics containing silicon, the step of forming an alkali silicate, the step of making the alkali silicate an alkali silicate aqueous solution, the silicic acid This is achieved by a method for obtaining silicic acid, comprising a step of separating an insoluble matter in an aqueous alkali solution and a step of obtaining an silicic acid by adding an acid to the aqueous alkali silicate solution from which the insoluble matter has been separated.
[0009]
The insoluble material is a metal salt or carbon.
[0010]
In a preferred embodiment of the present invention, high-purity silicic acid is obtained.
[0011]
The object is a method for extracting silicic acid from a glassy substance and / or ceramics containing silicon, the step of forming an alkali silicate, the step of making the alkali silicate an alkali silicate aqueous solution, It is achieved by a method for extracting silicic acid, comprising: separating an insoluble matter in the aqueous alkali silicate solution; and adding an acid to the aqueous alkali silicate solution from which the insoluble matter has been separated to obtain silicic acid. .
[0012]
In a preferred embodiment of the present invention, high purity silicic acid is extracted.
[0014]
In a preferred embodiment of the present invention, the obtained silicic acid is dried to obtain silicic acid dioxide.
[0015]
In a preferred embodiment of the present invention, the solution after the step of obtaining an acid by adding an acid to the alkali silicate aqueous solution further has a neutralization step of adding and neutralizing sodium hydroxide and / or potassium hydroxide. It is characterized by that.
[0016]
In a preferred embodiment of the present invention, the alkali used in the step of forming the alkali silicate and the alkali used for the neutralization are both sodium hydroxide or potassium hydroxide.
[0017]
The above object is a method for extracting silicic acid from a glassy material and / or ceramics containing silicon, and melting the glassy material and / or ceramics and hydroxide so as to produce an alkali silicate. A step of dissolving the alkali silicate in water so that an alkali silicate aqueous solution is formed; and removing the insoluble matter not dissolved in water in the dissolving step; This is achieved by an extraction method comprising: a separation step of separating insoluble matter; and a precipitation step of depositing silicic acid by adding an acid to the aqueous alkali silicate solution after separation.
[0018]
The above object is also a method for extracting silicon dioxide from glassy materials and / or ceramics containing silicon, wherein the glassy materials and / or ceramics and hydroxides are melted so that alkali silicate is produced. A melting step, a dissolving step for dissolving the alkali silicate in water so as to produce an aqueous alkali silicate solution, and an alkali silicate for removing insoluble matters not dissolved in water in the dissolving step. A separation step of separating the aqueous solution from the insoluble matter, a precipitation step of depositing silicic acid by adding an acid to the separated alkali silicate aqueous solution, and a drying step of drying the silicic acid so as to produce silicon dioxide It is achieved by the extraction method characterized by comprising.
[0019]
In a preferred aspect of the present invention, in the melting step, the glassy substance and / or ceramic and the hydroxide are mixed at a weight ratio of 5 to 20:80 to 95.
[0020]
In a preferred aspect of the present invention, the melting step is performed in a state where carbon dioxide is not contained.
[0021]
In a preferred aspect of the present invention, the melting step is performed under conditions that do not decompose carbon dioxide.
[0022]
In a preferred aspect of the present invention, in the melting step, the hydroxide is mainly composed of sodium hydroxide and / or potassium hydroxide.
[0023]
In a preferred aspect of the present invention, when sodium hydroxide is mainly used as the hydroxide, the melting step is performed at 400 to 600 ° C.
[0024]
In a preferred aspect of the present invention, when potassium hydroxide is mainly used as the hydroxide, the melting step is performed at 300 to 400 ° C.
[0025]
In a preferred aspect of the present invention, the method further comprises a solidifying step for solidifying the alkali silicate after the melting step.
[0026]
In a preferred aspect of the present invention, after the melting step, the molten alkali silicate and water (especially high-temperature water is preferable) are mixed to form an aqueous alkali silicate solution.
[0027]
In a preferred aspect of the present invention, the acid used in the precipitation step is selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid.
[0028]
In a preferred aspect of the present invention, the method further includes a neutralization step of neutralizing the solution after the precipitation step by adding an alkali.
[0029]
In a preferred embodiment of the present invention, the alkali is sodium hydroxide and / or potassium hydroxide.
[0030]
In a preferred embodiment of the present invention, the method further comprises an electrolysis step of electrolyzing the salt produced in the neutralization step in order to obtain a hydroxide.
[0031]
In a preferred embodiment of the present invention, the method further comprises a separation step of bringing the silicon dioxide into contact with water and separating sodium chloride and / or potassium chloride contained in the silicon dioxide.
[0032]
In a preferred embodiment of the present invention, the step of bringing the silicon dioxide into contact with an acid and separating the metal, which is an impurity contained in the silicon dioxide, and then bringing the silicon dioxide into contact with water and sodium chloride contained in the silicon dioxide And / or a separation step of separating potassium chloride.
[0033]
In the preferable aspect of this invention, the isolation | separation process which isolate | separates the sodium chloride and / or potassium chloride which are contained in the said silicon dioxide is isolate | separated using a 1.0 micrometer or more and a 5.0 micrometer or less mesh filter.
[0034]
In a preferred embodiment of the present invention, the insoluble matter separation step is performed using a filter (for example, glass fiber filter paper) having a mesh of 0.5 μm or more and 1.0 μm or less.
[0035]
In a preferred embodiment of the present invention, the separation step is performed by centrifugation.
[0036]
In a preferred embodiment of the present invention, the acid is hydrochloric acid.
[0037]
The above object is achieved by a ceramic recycling method characterized in that ceramics (for example, glass) are produced using the obtained silicon dioxide.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the method for extracting silicon dioxide from glass according to the present invention will be described in detail on the basis of preferred embodiments.
[0039]
The main component of the glass that is the subject of the present invention is usually SiO ₂ . In the method for extracting silicon dioxide from silicon-containing glass according to the present invention, as shown in FIG. 1, glass material and hydroxide are melted in an electric furnace, specifically, alkali-melted. The hydroxide used in the present invention includes sodium hydroxide and potassium hydroxide. The mixing ratio of the hydroxide to the glass substance is from 5 to 20:80 to 95 by weight, preferably from model experiment 1 to be described later using quartz glass mainly containing SiO ₂ and hydroxide. It is preferable that it is 7-13: 87-93, More preferably, it is 8-12: 88-92. This is based on the conditions for alkali melting and the solubility of the generated alkali silicate in water. When the SiO ₂ content exceeds 20% by weight and the hydroxide content is less than 80% by weight, the alkali melting is sufficiently sufficient. This is because the solubility of the generated alkali silicate in water is reduced.
[0040]
The case where sodium hydroxide is used for the alkali melting is shown in FIG. 1. From model experiment 1 described later, the melting temperature is 400 to 600 ° C., preferably 420 to 580 ° C., more preferably 450 to 550 ° C. . When potassium hydroxide is used for the alkali melting, the melting temperature is 300 to 400 ° C, preferably 310 to 390 ° C, more preferably 330 to 380 ° C. Furthermore, the melting time is preferably 2 hours or more.
[0041]
In addition, in order to advance this reaction efficiently, it is desirable to grind the ceramic containing silicon beforehand.
[0042]
Such alkali melting produces sodium silicate (see FIG. 1). Specifically, sodium silicate or potassium silicate that dissolves well in water is produced. When the alkali is melted, if it is brought into contact with the atmosphere, carbon dioxide in the atmosphere becomes carbon and oxygen, and in particular, carbon is mixed into the alkali silicate, and a blackening phenomenon in which the color becomes black is confirmed. This has been found to be a phenomenon that occurs when using a nickel crucible. This is because no alkali silicate blackening phenomenon was observed when a molybdenum crucible was used. However, the temperature when the molybdenum crucible is used must be lower than that of the nickel crucible.
[0043]
When using a nickel crucible, it is considered that nickel acts as a catalyst to decompose carbon dioxide, and the carbon produced by the decomposition is mixed into the alkali silicate, causing a blackening phenomenon. The mixed carbon can be easily removed by the filtration method.
[0044]
Next, the produced alkali silicate is brought into contact with water (preferably distilled water). At this time, the aqueous solution becomes a high-concentration alkaline aqueous solution.
[0045]
In the case of alkali melting, carbon dioxide in the atmosphere is decomposed and carbon is mixed in the reaction product. After adding distilled water to the obtained reaction product, carbon is mixed without dissolving in the aqueous solution. To do. In addition, when distilled water is added to the reaction product to form a sodium silicate aqueous solution, precipitates of metal hydroxide (for example, iron hydroxide, manganese hydroxide, etc.) that are difficult to dissolve are also mixed in the aqueous solution.
[0046]
Therefore, when obtaining a sodium silicate aqueous solution, it is necessary to add water to the reaction product to form an aqueous solution, and then filter the aqueous solution to separate the sodium silicate aqueous solution from the carbon and metal hydroxide precipitates. . It is desirable to obtain a pure sodium silicate aqueous solution at the stage of separating the sodium silicate aqueous solution and the precipitate of carbon and metal hydroxide by filtration, but the presence of metal hydroxide is dissolved as an aqueous solution at this stage. This is acceptable in this method.
[0047]
Since the hydroxide derived from iron or manganese contained in the colored glass product is insoluble in the high-concentration alkaline aqueous solution, it is possible to remove metals such as iron and manganese that are the cause of coloring by filtering. However, metal ions present in a trace amount still remain in the aqueous alkali silicate solution dissolved in water. When filtering, if glass fiber filter paper having a mesh of 0.5 to 1.0 μm, preferably 0.6 to 0.9 μm, more preferably 0.6 to 0.8 μm is used, the purpose of filtering impurities Can be achieved. Filtration takes time with a mesh of 0.5 μm or less, and it is difficult to remove impurities with a mesh of 1.0 μm or more.
[0048]
In addition, carbon, which is a problem when using a nickel crucible, does not dissolve in water itself, and can be easily removed by the above-described filtration.
[0049]
Thereafter, an acid is added to the aqueous alkali silicate solution. Specific examples of the acid include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid. In particular, it is preferable to add hydrochloric acid for practical use. An acid is added to an aqueous alkali silicate solution to form an acidic (for example, pH of 1 or lower) aqueous solution, followed by boiling to precipitate and precipitate silicic acid (Si (OH) ₄ ). Thereafter, the silicic acid is dried to form silicon dioxide. Here, silicic acid does not dissolve in high-concentration acid, whereas a trace amount of metal dissolves in acid.
[0050]
In summary, the extraction method described above is mainly constituted by the reactions described in the following three chemical reaction formulas (FIG. 2).
[0051]
Next, an example of the method for recovering silicon dioxide in the present invention will be described with reference to FIG.
[0052]
FIG. 3 shows an apparatus necessary for recovery of silicon dioxide in the present invention. The acidic sodium silicate aqueous solution obtained by the above method is placed in the reaction vessel 1, and the reaction vessel 1 is heated by the heating device 2 to boil the aqueous solution. Water vapor generated by heating is cooled by the cooling pipe 5 through the Kjeldahl inclined tube 4 together with the argon gas introduced from the cylinder 3 into the reaction vessel 1 and recovered as a liquid in the recovery vessel 6. Further, hydrochloric acid contained in the aqueous solution in the reaction vessel 1 is also evaporated as hydrogen chloride by boiling, and is collected in the collection vessel 6 as hydrochloric acid through the Kjeldahl inclined tube 4 and the cooling tube 5 together with the argon gas introduced from the cylinder 3 into the reaction vessel 1. Is done.
[0053]
By this method, the water present in the reaction vessel 1 is reduced as compared with the initial amount as the boiling is continued. This decrease in moisture indicates a decrease in moisture which is the role of dissolving sodium silicate. Therefore, continuing boiling promotes the progress of precipitation of silicic acid and sodium chloride crystals in the reaction vessel 1. This boiling is continued until the precipitation of silicic acid and the precipitation of sodium chloride crystals can be confirmed in the aqueous solution in the reaction vessel 1. Regarding boiling, since the precipitation of silicic acid can be confirmed first, and then the precipitation of sodium chloride crystals can be confirmed, the confirmation of the sodium chloride crystals means the end of boiling. In addition, the reason why the completion of the boiling is confirmed as the sodium chloride crystal is that the solubility of sodium chloride in water is larger than that of silicic acid. That is, the presence of sodium chloride crystals in the reaction vessel 1 means that water molecules required for dissolving silicic acid are not present in the reaction vessel 1.
[0054]
Next, the silicic acid and sodium chloride obtained in the reaction vessel 1 and the aqueous solution are separated by a filtration method (using a 2.7 μm glass fiber filter paper) to extract silicic acid and sodium chloride (at the time of this filtration). However, as described later, this mixed metal can be separated using an acid).
[0055]
The extracted silicic acid and sodium chloride are transferred to a pre-washed reaction vessel 1, and distilled water is further added to the reaction vessel 1. The reaction vessel 1 is again heated by the heating device 2, and the aqueous solution in the reaction vessel 1 is removed. Allow to dry. Water vapor generated during boiling and drying is combined with argon gas introduced from the cylinder 3 into the reaction vessel 1 through the Kjeldahl inclined tube 4, cooled in the cooling tube 5, and collected as a liquid in the collection vessel 6. By this method, the silicic acid is evaporated to form silicon dioxide by evaporation of moisture. As mentioned above, since there is a possibility that some metal is mixed in the obtained silicon dioxide and sodium chloride after drying, hydrochloric acid is added to the reaction vessel 1 and the reaction is performed by the heating device 2. The vessel 1 is heated again to boil the hydrochloric acid in the reaction vessel 1 to dissolve the metal. Hydrogen chloride generated by boiling hydrochloric acid is recovered in the recovery container 6 as hydrochloric acid through the Kjeldahl inclined pipe 4 and the cooling pipe 5 together with the argon gas introduced from the cylinder 3 into the reaction container 1.
[0056]
After boiling, the silicon dioxide and sodium chloride in the reaction vessel 1 and the hydrochloric acid solution in which the metal is dissolved are separated by filtration (using a 2.7 μm glass fiber filter paper) to extract silicon dioxide and sodium chloride. Distilled water is added to the silicon dioxide and sodium chloride to dissolve the sodium chloride, and the silicon dioxide in the aqueous sodium chloride solution is extracted by a filtration method (using a 2.7 μm glass fiber filter paper). Since sodium chloride dissolves in water, it is desirable to further wash the silicon dioxide by filtration while adding distilled water. After filtration, the resulting silicon dioxide is dried.
[0057]
In this way, silicon dioxide, which is a glass forming substance, can be recovered.
[0058]
Furthermore, when the alkali silicate aqueous solution to which hydrochloric acid has been added after the silicic acid is precipitated is neutralized with sodium hydroxide, a NaCl aqueous solution or a KCl aqueous solution is generated. These chlorides can recover sodium hydroxide or potassium hydroxide and hydrochloric acid by conventional electrolysis, and can be reused in the melting step. Furthermore, the hydrochloric acid recovered in the recovery container 6 can also be reused in the melting step.
[0059]
As described above, the method for extracting silicon dioxide according to the present invention includes a sodium silicate preparation step, a silicic acid precipitation / precipitation step, and a drying step.
[0060]
Colored glass products usually contain a metal. Specifically, the green of the wine bottle is attributed to iron ions and manganese ions, and the brown color of the beer bottle is attributed to iron ions.
[0061]
In the present application, attention was paid to SiO ₂ and other metal elements Al, Ca, Fe and Mn which are mainly used as components of colored glass products based on the above facts.
[0062]
As model experiment 2, using a powder sample of SiO ₂ , Al, CaCO ₃ , Fe ₂ O ₃ and MnO ₂ , an aqueous solution dissolved in a predetermined amount of a predetermined weight ratio of the above components was prepared, and SiO ₂ dissolved in the aqueous solution Was examined in a method that can be recovered with high yield and high purity.
[0063]
After that, the method established in the above model experiment was applied to actual colored glass products, and silicon dioxide was extracted from the colored glass, and applied to colored glass, which is industrial waste. It was confirmed that silicon dioxide can be recovered.
[0064]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, a present Example does not limit the scope of the present invention.
[0065]
[Model experiment 1]
A model experiment 1 was performed in which quartz glass mainly composed of SiO ₂ and sodium hydroxide were mixed at various weight ratios and alkali-melted at 500 ° C. in a nickel crucible. At that time, the melting time was changed to 1 to 3 hours. The purpose of this experiment was to determine the conditions for alkali melting.
[0066]
The solubility of quartz glass and the solubility of the produced sodium silicate in water were evaluated. The result is shown in FIG.
[0067]
FIG. 4 is a diagram showing the results when the weight concentration of sodium hydroxide and the melting time are changed in the alkali melting of quartz glass and sodium hydroxide using an electric furnace. In the figure, x indicates that the quartz glass is not melted, and ◎ indicates the result that the produced sodium silicate was sufficiently dissolved in water. From model experiment 1, as the conditions for alkali melting consisting of SiO ₂ and sodium hydroxide, SiO ₂ is 20 wt% or less, sodium hydroxide is 80 wt%, and the melting temperature is 2 hours or more. It turned out to be a condition to achieve.
[0068]
Although not shown, the alkali fusion of SiO ₂ with potassium hydroxide, using a nickel crucible and molybdenum crucible, was performed at 360 ° C., the mixing ratio of SiO ₂ and potassium hydroxide, with respect to melting time, Similar results were obtained.
[0069]
[Model experiment 2]
Colored glass, an industrial waste, was collected and pulverized. When the ground glass was analyzed by an energy dispersive X-ray spectroscopy (hereinafter referred to as “EDX”) method, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Mn, Fe and Cu elements were found. Turned out to be included.
[0070]
Prior to the recovery of silicon dioxide from actual waste glass products, model experiment 2 was performed as follows based on the above results by EDX.
[0071]
_{_{_{SiO 2: Al: CaCO 3:}}} Fe 2 O 3: MnO 2 = 70: 10: 10: 5: were weighed to be 5 (weight ratio). SiO ₂ and sodium hydroxide were mixed at a weight ratio of 10:90, and alkali-melted at 500 ° C. for 2 hours. Sodium silicate produced by alkali melting was dissolved in water to obtain a solution A.
[0072]
Next, Al, CaCO ₃ , Fe ₂ O ₃ , and MnO ₂ were dissolved in hydrochloric acid at the weight ratio described above to obtain an aqueous hydrochloric acid solution B containing Al, Ca, Fe, and Mn ions.
[0073]
Solution C was prepared by mixing solution A and hydrochloric acid aqueous solution B described above. When this solution C was boiled, silicic acid and sodium chloride were produced and precipitated. In this case, since it is a strong acid by hydrochloric acid, other metal ions remain dissolved. Since this silicic acid does not dissolve in the hydrochloric acid solution, silicon dioxide was obtained by filtering from the hydrochloric acid solution and drying by heating. The yield of silicon dioxide from the aqueous solution obtained by alkali fusion using NaOH was 98.3 ± 0.9%.
[0074]
The obtained silicon dioxide was calculated to have a purity of 99.75 ± 0.15% using hydrofluoric acid (HF) according to the following chemical formula.
[0075]
SiO ₂ + 4HF-> SiF ₄ + 2H ₂ O
The yield of silicon dioxide from the aqueous solution obtained by alkali fusion using KOH is 97.75 ± 1.05%, and the purity calculated from the above chemical formula is 99.85 ± 0.05%. there were.
[0076]
Example 1
Based on the results of the above model experiment, 5 g of each colored glass bottle obtained by pulverizing waste glass bottles such as green, blue, brown and black colored glass bottles including wine bottles and beer bottles and 45 g of sodium hydroxide are mixed. In an electric furnace, the alkali was melted at 500 ° C. for 2 hours. After solidifying by natural cooling, water was added to prepare an aqueous solution of sodium silicate, and then the aqueous solution was filtered using a glass fiber filter paper having a 0.7 μm mesh. After filtration, hydrochloric acid was added to an aqueous solution containing sodium silicate and boiled to precipitate a silicic acid precipitate. When this silicic acid was taken out and heated, water evaporated and silicon dioxide with a purity of 99.9% was obtained in the same manner as in model experiment 2 (see samples 1 to 4 in Table 1). On the other hand, the purity of silicon dioxide from the aqueous solution obtained by alkali melting using KOH was also 99.9% (see samples 1 to 4 in Table 1).
[0077]
[Table 1]

It is a table | surface which shows the extraction result of the silicon dioxide from each colored glass bottle and the mixture of a colored glass bottle.
[0078]
Example 2
In Example 1, the extraction of silicon dioxide for each colored glass bottle was exemplified, but in this example, the colored glass bottle was mixed to extract silicon dioxide.
[0079]
Waste glass bottles of green, blue, black or brown colored glass bottles including wine bottles and beer bottles were collected and collected. 5 g of glass particles obtained by pulverizing the collected waste glass bottle and 45 g of sodium hydroxide were mixed and subjected to alkali melting in an electric furnace at 500 ° C. for 2 hours. Melted high temperature sodium silicate was poured into water to form an aqueous solution of sodium silicate. After separation and filtration with a centrifuge, hydrochloric acid was added to an aqueous solution containing sodium silicate and boiled to precipitate a silicic acid precipitate. When this silicic acid was taken out and heated, silicon dioxide having a yield of 99.9% (calculated by KOH) and a purity of 99.9% was obtained when the water was evaporated (see sample 5 in Table 1). Similar results were obtained for KOH, and it was confirmed that silicon dioxide having a purity of 99.9% could be recovered.
[0080]
Further, sodium hydroxide is added to the solution in which silicic acid is precipitated to neutralize it. The sodium chloride produced at this time is recovered as sodium hydroxide and hydrochloric acid by electrolysis known in the art, and can be reused when melting with alkali and adding hydrochloric acid. Also, the hydrochloric acid recovered in the recovery container 6 can be reused when hydrochloric acid is added.
[0081]
Furthermore, when alkali melting is performed with potassium hydroxide, potassium hydroxide and hydrochloric acid are recovered and can be reused in the same manner as described above. Also, the hydrochloric acid recovered in the recovery container 6 can be reused when hydrochloric acid is added.
[0082]
【The invention's effect】
According to the invention, silicon dioxide can be extracted from waste glass products, and waste glass, which is one of industrial wastes, can be reused as silicon dioxide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a process diagram of a method for extracting silicon dioxide according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing main chemical reaction formulas in the extraction of silicon dioxide according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing an apparatus necessary for recovery of silicon dioxide according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the results when the weight concentration of sodium hydroxide and the melting time are changed in the alkali melting of quartz glass and sodium hydroxide.

Claims

A method for obtaining silicic acid from a glassy substance and / or ceramics containing silicon, the step of forming an alkali silicate, the step of converting the alkali silicate into an alkali silicate aqueous solution, the alkali silicate aqueous solution, A method for obtaining silicic acid, comprising: a step of separating an insoluble matter; and a step of obtaining an silicic acid by adding an acid to an aqueous alkali silicate solution from which the insoluble matter has been separated.

A method for extracting silicic acid from a glassy substance and / or ceramics containing silicon, the step of forming an alkali silicate, the step of making the alkali silicate an alkali silicate aqueous solution, and the alkali silicate aqueous solution A method for extracting silicic acid, comprising the steps of:

3. A process according to claim 1 or 2, characterized in that a silicic acid with a purity of 99.6% or more is obtained.

A method for obtaining silicon dioxide, comprising drying the silicic acid obtained according to any one of claims 1 to 3 to obtain silicon dioxide.

The method further comprises a neutralization step of adding and neutralizing sodium hydroxide and / or potassium hydroxide to the solution after the step of obtaining an acid by adding an acid to the alkali silicate aqueous solution. Item 5. The method according to any one of Items 1 to 4.

The method according to claim 5, wherein the alkali used in the step of forming the alkali silicate and the alkali used for the neutralization are both sodium hydroxide or potassium hydroxide.

A method for extracting silicic acid from a glassy material and / or ceramics containing silicon, wherein a melting step of melting the glassy material and / or ceramics and a hydroxide so as to produce an alkali silicate, The alkali silicate aqueous solution is separated from the insoluble matter in order to remove the insoluble matter not dissolved in water in the dissolving step, and the dissolving step of dissolving the alkali silicate in water so that the acid alkali aqueous solution is generated. A method for extracting silicic acid, comprising: a separating step for performing the step, and a step for depositing silicic acid by adding an acid to the aqueous alkali silicate solution after separation.

A method for extracting silicon dioxide from a glassy material and / or ceramics containing silicon, wherein a melting step of melting said glassy material and / or ceramics and hydroxide so as to produce an alkali silicate, The alkali silicate aqueous solution is separated from the insoluble matter in order to remove the insoluble matter not dissolved in water in the dissolving step, and the dissolving step of dissolving the alkali silicate in water so that the acid alkali aqueous solution is generated. A separation step of adding an acid to the alkali silicate aqueous solution after separation to precipitate silicic acid, and a drying step of drying the silicic acid to form silicon dioxide. A method for extracting silicon dioxide.

The method according to claim 7 or 8, wherein in the melting step, the glassy substance and / or ceramics and the hydroxide are mixed at a weight ratio of 5 to 20:80 to 95.

The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the melting step is performed without carbon dioxide.

The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the melting step is performed under a condition that carbon dioxide is not decomposed.

The method according to any one of claims 7 to 11, wherein in the melting step, the hydroxide is mainly sodium hydroxide and / or potassium hydroxide.

The method according to any one of claims 7 to 12, wherein when the sodium hydroxide is mainly used as the hydroxide, the melting step is performed at 400 to 600 ° C.

The method according to any one of claims 7 to 12, wherein, when potassium hydroxide is mainly used as the hydroxide, the melting step is performed at 300 to 400 ° C.

The method according to any one of claims 7 to 14, further comprising a solidification step of solidifying the alkali silicate after the melting step.

15. The method according to any one of claims 7 to 14, wherein after the melting step, the molten alkali silicate and water are mixed to produce an aqueous alkali silicate solution.

The method according to any one of claims 7 to 16, wherein the acid used in the precipitation step is selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid.

The method according to any one of claims 7 to 17, further comprising a neutralization step of adding an alkali to the solution after the precipitation step to neutralize the solution.

The method according to claim 18, wherein the alkali is sodium hydroxide and / or potassium hydroxide.

The method according to claim 18 or 19, further comprising an electrolysis step of electrolyzing the salt generated in the neutralization step in order to obtain a hydroxide.

The method according to any one of claims 4 to 6, and 8 to 20, further comprising a step of bringing the silicon dioxide into contact with water and separating sodium chloride and / or potassium chloride contained in the silicon dioxide.

Contacting the silicon dioxide with an acid to separate the metal which is an impurity contained in the silicon dioxide; and then contacting the silicon dioxide with water to separate sodium chloride and / or potassium chloride contained in the silicon dioxide. further comprising a method according to any one of claims 4 to 6, 8 to 20 and step, of.

The method according to claim 21 or 22, wherein the step of separating sodium chloride and / or potassium chloride contained in the silicon dioxide is performed using a mesh filter of 1.0 µm or more and 5.0 µm or less.

Separation step of separating the aqueous alkali silicate solution and insolubles, to any one of claims 7 to 23, characterized in that is carried out using a filter having 1.0μm or less mesh than 0.5μm The method described.

The method according to any one of claims 7 to 23 , wherein the separation step of separating the aqueous alkali silicate solution and the insoluble matter is performed by centrifugation.

The method according to any one of claims 1 to 25, wherein the acid is hydrochloric acid.

27. A glassy material and / or a method for recycling ceramics, wherein ceramics are produced using silicon dioxide obtained by the method according to any one of claims 4 to 6 and 8 to 26.