JP4252373B2

JP4252373B2 - アルミン酸ソーダの製造方法

Info

Publication number: JP4252373B2
Application number: JP2003175870A
Authority: JP
Inventors: 健太郎白井; 幸男笹川; 哲也安藤
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005008492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミン酸ソーダの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、出来た製品のモル比（品質）のバラツキを低減できるアルミン酸ソーダの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セメントに添加する急結材としてアルミン酸ソーダが知られているが、アルミン酸ソーダの製造方法としては、一般に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）と炭酸ソーダ（Ｎａ₂ＣＯ₃）等を混合し、１０００〜１３００℃で焼成して製造する方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１０５４２６号公報（特許請求の範囲の請求項１）
【０００４】
【特許文献２】
特開平１０−１５２３２１号公報（段落〔０００７〕）
【０００５】
しかしながら、上記のように焼成品として製造される市販のアルミン酸ソーダは吸湿性があり、セメントとブレンドする際にダマが生じやすく、ブレンド作業性が良好でなく、また、急結反応性が極めて高く、セメントとの混合物に水を混ぜると、数秒間で反応して発熱し、流動性が失われるため、取扱いが容易でないといった問題点があった。
【０００６】
そこで、焼成品であるアルミン酸ソーダの前記問題点を解消し、比較的吸湿性が低く、セメントの急結反応が緩やかに進行する、ブレンド作業性に優れ、取扱いの容易なアルミン酸ソーダを製造することを目的として、水酸化ナトリウムと水酸化アルミニウムを溶液で反応させ、蒸発乾固させる方法が開発された。
【０００７】
このような方法として、製品中において、Ｎａ₂Ｏが３８重量％以上、Ａｌ₂Ｏ₃ が４８重量％以上となるように配合量を定めた苛性ソーダ（水酸化ナトリウム水溶液）と水酸化アルミニウムを液温１００〜１３５℃で溶解し、反応させた後に蒸発乾固させることを特徴とするアルミン酸ソーダの製造方法の発明（特許文献３参照）がある。
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−３９７５０号公報（特許請求の範囲の請求項１、請求項２、段落〔０００９〕、〔００１０〕）
【０００９】
この発明の方法は、原料となる苛性ソーダ及び水酸化アルミニウムの配合量が前記量的規定を外れる、すなわち、製品中において、Ｎａ₂Ｏが３８重量％未満、Ａｌ₂Ｏ₃ が４８重量％未満の場合には、急結材としての本質的な性能を確保しにくくなること、また、苛性ソーダ及び水酸化アルミニウムを溶解する際の液温が前記規定を外れる、すなわち、液温が１００℃未満の場合には、反応速度が遅くなり、製造効率の低下をきたし、一方、１３５℃を超えると、苛性ソーダは強アルカリであるため、取扱いが難しくなり、製造管理上好ましくないことから、苛性ソーダ及び水酸化アルミニウムの配合量、両者を溶解する際の液温を規定したものである。
さらに、この発明には、苛性ソーダと水酸化アルミニウムの配合比が、製品中のＮａ₂ＯとＡｌ₂Ｏ₃のモル比（Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃）で１．１〜１．６の範囲から外れる場合には、Ｎａ₂Ｏ又はＡｌ₂Ｏ₃のいずれかが過多となり、市販品以上の性能を発揮しにくくなることも指摘されているが、設定モル比と出来た製品のモル比との関係については示されておらず、安定したモル比（品質）の製品を製造することを意図するものではない。
【００１０】
また、溶液からアルミン酸ソーダ（アルカリ金属アルミン酸塩）を製造する別の方法として、アルカリ金属水酸化物の水溶液とアルミナ原料とを、アルカリ金属アルミン酸塩の原料として混合し、溶融、反応、及び乾燥・脱水してアルカリ金属アルミン酸塩を製造する際に、混合、溶融、反応、及び乾燥・脱水のうちの一つ又は二つ以上の工程で、アルカリ金属アルミン酸塩の原料、中間生成物、及び／又は最終生成物に炭酸ガスを接触させることにより、炭酸成分をアルカリ金属アルミン酸塩中に含有させることを特徴とする炭酸成分を含有してなるアルカリ金属アルミン酸塩の製造方法の発明（特許文献４参照）がある。
【００１１】
【特許文献４】
特開２００１−３１６１１３号公報（特許請求の範囲の請求項４、段落〔００３０〕、〔００３３〕、〔００３６〕）
【００１２】
この発明には、実施例として、水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムの混合比を、製品中のＮａ₂ＯとＡｌ₂Ｏ₃のモル比（Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃）で０．９〜１．５の範囲で変えて、アルミン酸ソーダを製造することが示されているが、設定モル比に対して、出来た製品のモル比にバラツキがあり、安定したモル比（品質）の製品が製造できないという問題点があった。
【００１３】
さらに、水和酸化アルミニウム及び／又は水酸化アルミニウムを過剰量の水酸化ナトリウムと、Ａｌ：Ｎａの重量比を１：１．０３〜１：１．５０に保ちまたＮａＯＨ含有量２５〜５５重量％の水酸化ナトリウム水溶液を使用して反応させ、反応後混合物を熱媒体として加熱ガス又は蒸気を使用して噴霧乾燥により脱水処理する形式の、一般式ＮａＡｌＯ₂、ＮａＡｌＯ₂・１．５Ｈ₂Ｏ及び／又はＮａＡｌＯ₂・ＸＨ₂Ｏのアルミン酸ナトリウムを製造する方法において、混合容器内で撹拌しながら過剰量の水酸化ナトリウム中の水和酸化アルミニウム及び／又は水酸化アルミニウムの縣濁液を２０〜１２０℃の温度で製造し、引続き各反応体を反応させるためこの縣濁液を、混合容器と間接的にか又は直接連結されている少なくとも１つの加熱反応管に加圧下に導入し、得られたアルミン酸ナトリウム溶液を噴霧乾燥し、噴霧乾燥に際して使用したガスのガス排出温度又は蒸気排出温度を１３０〜１９０℃に調整することを特徴とする、アルミン酸ナトリウムの製法の発明（特許文献５参照）がある。
【００１４】
【特許文献５】
特開平２−２８３６１３号公報（特許請求の範囲の請求項１、第３頁左下欄〜右下欄参照）
【００１５】
この発明は、噴霧器ノズルに皮殻を形成することなく、噴霧乾燥及び流動床乾燥によって細かく分配され、流動性でかつ極めて反応性の高い生成物を生じる、安定剤不含の清澄なアルミン酸塩溶液をもたらすために、加熱可能の予備混合容器を使用して、過剰量の水酸化ナトリウム中の水和酸化アルミニウム及び／又は水酸化アルミニウムの縣濁液を２０〜１２０℃、有利には３０〜８０℃の温度で製造するものであるから、設定モル比に対して、出来た製品のモル比のバラツキを低減することを意図するものではなく、水和酸化アルミニウム及び／又は水酸化アルミニウムと混合する前の水酸化ナトリウム水溶液を予め加熱（保温）するものでもない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題点を解決し、設定モル比に対して、出来た製品のモル比のバラツキが低減され、安定したモル比の製品を製造できるアルミン酸ソーダの製造方法を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討の結果、水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウム等のアルミナ原料とを反応させることによりアルミン酸ソーダを製造する際に、原料である水酸化ナトリウム水溶液を予め保温しておき、この保温した水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウム等のアルミナ原料とを反応させると、設定モル比に対して、出来た製品のモル比のバラツキが低減され、安定したモル比のアルミン酸ソーダを製造できることを見出し、本発明に至った。
【００１８】
（１）本発明は、水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムとを反応させることによるアルミン酸ソーダの製造方法において、濃度が２０〜８０％の水酸化ナトリウム水溶液を、５０〜８０℃の恒温槽で１〜３時間、予め保温して、この予め保温した水酸化ナトリウム水溶液に、水酸化アルミニウムを６０〜１４０℃で溶解して反応させることを特徴とするアルミン酸ソーダの製造方法である。そして、具体的な態様としては以下のものを含んでいる。
【００２１】
（２）前記恒温槽内の攪拌棒の回転数が０．５〜２．０ｒｐｍであることを特徴とする前記（１）に記載のアルミン酸ソーダの製造方法である。
【００２３】
（３）反応後、蒸発乾固させることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のアルミン酸ソーダの製造方法である。
【００２５】
（４）前記水酸化ナトリウム水溶液と前記水酸化アルミニウムの配合量を、製品中において、Ｎａ_２Ｏが３８重量％以上、Ａｌ_２Ｏ_３が４８重量％以上となるように定めることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一に記載のアルミン酸ソーダの製造方法である。
【００２６】
（５）前記水酸化ナトリウム水溶液と前記水酸化アルミニウムの配合比を、製品中のＮａ_２ＯとＡｌ_２Ｏ_３のモル比で０．９〜１．５となるようにすることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一に記載のアルミン酸ソーダの製造方法である。
【００２７】
（６）前記配合比を、製品中のＮａ_２ＯとＡｌ_２Ｏ_３のモル比で０．９９〜１．０５となるようにすることを特徴とする前記（５）に記載のアルミン酸ソーダの製造方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を更に詳細に説明する。
本発明は、水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウム等のアルミナ原料を原料として、簡単な製造方法と装置により、安定したモル比のアルミン酸ソーダの製造を可能とするものである。
【００２９】
水酸化ナトリウム水溶液としては、一般に水酸化ナトリウム５０％溶液が用いられるが、本発明では、２０〜８０％の濃度の水酸化ナトリウム水溶液を使用する。好ましくは４０〜６０％の濃度の水酸化ナトリウム水溶液を使用することができる。水酸化ナトリウム水溶液の濃度が２０％未満と薄いと、アルミン酸ナトリウムの生成が遅くなったり、結晶が析出しにくくなる場合があり、逆に、８０％を超えて、濃度が濃すぎると溶液の粘性が大きくなり、ハンドリングに支障をきたす場合がある。
【００３０】
本発明では、常圧条件下でアルミン酸塩を生成しやすいことから、鉱物としてＡｌ（ＯＨ） _３（水酸化アルミニウム）を使用する。粉末水酸化アルミニウムが最も好ましい。α−Ａｌ_２Ｏ_３や金属アルミニウムを主体としたものではアルミン酸ナトリウムが得られにくい場合がある。
【００３１】
本発明において、水酸化ナトリウム水溶液を水酸化アルミニウム等のアルミナ原料と反応させる前に予め保温するのは通常、恒温槽を使用して実施するが、使用する恒温槽は合金製のもので大きさは２ｍ³程度である。
【００３２】
水酸化ナトリウム水溶液の恒温槽における保温温度は５０〜８０℃であり、６０〜７０℃が好ましい。保温温度が５０℃未満では、顕著なモル比（品質）のバラツキ低減効果が得られない場合があり、また、８０℃を超えると恒温槽に弊害を与える場合があるから、保温温度は、前記の範囲に設定するのが好ましい。
【００３３】
また、恒温槽における水酸化ナトリウム水溶液の保温時間は、１〜３時間であり、２時間程度が好ましい。保温時間が１時間未満では十分な保温がされず、顕著なモル比（品質）のバラツキ低減効果が期待できない場合があり、また、３時間を超えると過剰な保温によりモル比（品質）のバラツキ低減効果は低下する場合があるから、保温温度は、前記の範囲に設定するのが好ましい。
【００３４】
さらに、恒温槽は撹拌しなくてもモル比（品質）のバラツキ低減効果はあるが、恒温槽内の攪拌棒の回転数を０．５〜２．０ｒｐｍとすることにより、効果は顕著となる。攪拌棒の回転数は１．０〜１．５が好ましく、１．２〜１．４がより好ましい。攪拌棒の回転数が０．５ｒｐｍ未満では水酸化ナトリウム水溶液は十分な保温がされない場合があり、また、２．０ｒｐｍを超えると過剰に保温される場合があるから、撹拌による効果を奏させるためには、前記の範囲とする。
【００３５】
保温した水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムを反応缶にて溶解させ、蒸発乾固させる。溶解温度は従来技術より広い範囲に設定可能であるが、６０〜１４０℃であり、１００℃〜１２０℃が好ましい。溶解温度が６０℃未満では未反応の水酸化アルミニウムが残存して、顕著なモル比（品質）のバラツキ低減効果が得られない場合があり、また、１４０℃を超えると水酸化ナトリウム水溶液の蒸発が起こり、モル比（品質）のバラツキ低減効果が減退する場合があるから、溶解温度は、前記の範囲に設定するのが好ましい。
【００３６】
水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムの配合量は任意に設定可能であるが、従来技術と同様に、製品中において、Ｎａ_２Ｏが３８重量％以上、Ａｌ_２Ｏ_３が４８重量％以上となるように配合量を定めた水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムを反応させ、アルミン酸ソーダを製造することができる。
【００３７】
本発明において、水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムの配合比も任意に設定可能であるが、従来技術と同程度とすることができ、製品中のＮａ₂ＯとＡｌ₂Ｏ₃のモル比（Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃）で０．９〜１．５の範囲で顕著なモル比（品質）のバラツキ低減効果が得られる。前記の配合比を、製品中のＮａ₂ＯとＡｌ₂Ｏ₃のモル比で０．９９〜１．０５に設定すると、特に偏差が小さくなるので好ましい。製品中のＮａ₂ＯとＡｌ₂Ｏ₃のモル比で０．９未満であるか、１．５を超えると顕著なモル比バラツキ低減が得られない場合がある。
【００３８】
【実施例】
以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
【００３９】
（実施例1）
水酸化ナトリウム５０％溶液１６５０ｋｇを７０℃の恒温槽で２時間保温後、粉末水酸化アルミニウム１６００ｋｇと１００℃で溶解反応させ、出来た製品のモル比のバラツキを確認した。恒温槽の温度、時間を表１に示すように変化させて試験を行った。
【００４０】
<使用材料>
・水酸化ナトリウム５０％溶液：電気化学工業社製
・粉末水酸化アルミニウム：密度２．１５ｇ／ｃｍ_３、ＢＬ＝４５００ｃｍ_２／ｇ
・水酸化ナトリウム５０％溶液の保温条件：温度；５０〜８０℃
時間；１〜３時間
・溶解温度：１００℃
・モル比（設定値）：１．０１０
【００４１】
〈測定方法〉
恒温槽で予め保温した水酸化ナトリウム５０％溶液と粉末水酸化アルミニウムを１００℃で溶解反応させて出来たアルミン酸ソーダのモル比と、未保温の水酸化ナトリウム５０％溶液と粉末水酸化アルミニウムを１００℃で溶解反応させた出来たアルミン酸ソーダのモル比のバラツキを測定した。
【００４２】
【表１】

【００４３】
表１の結果より、水酸化ナトリウム５０％溶液を予め保温して出来たアルミン酸ソーダのモル比（品質）のバラツキは大きく低減されていることが分かる。
【００４４】
（実施例２）
実施例１の実験No.１−５を使用して、表２に示すように恒温槽内の攪拌棒の回転数を変化させたこと以外は実施例１と同様に行った。
【００４５】
【表２】

【００４６】
表２の結果より、恒温槽内の攪拌棒の回転数が０．５〜２．０ｒｐｍでは優れたモル比（製品）のバラツキ低減効果を示すことが分かる。
【００４７】
（実施例３）
溶解温度を表３に示すように変化させたこと以外は、実施例２の実験No.２−５（水酸化ナトリウム５０％溶液を７０℃、２時間、恒温槽の攪拌棒の回転数１．２ｒｐｍで予め保温した場合）と同様に行った。
【００４８】
【表３】

【００４９】
表３の結果より、溶解温度６０〜１４０℃で溶解した場合には優れたモル比（製品）のバラツキ低減効果を示すことが分かる。
【００５０】
（実施例４）
設定するモル比を表４に示すように変化させたこと以外は、実施例３の実験No.３−５（水酸化ナトリウム５０％溶液を７０℃、２時間、恒温槽の攪拌棒の回転数１．２ｒｐｍで予め保温し、溶解温度を１２０℃とした場合）と同様に行った。
また、未保温の水酸化ナトリウム５０％溶液と粉末水酸化アルミニウムを１２０℃で溶解反応させてアルミン酸ソーダを得たものを、比較例とした。
【００５１】
【表４】

【００５２】
表４の結果より、モル比を０．９〜１．５に設定した場合には、モル比のバラツキ低減効果があり、特に、０．９９〜１．０５に設定すると、偏差が０．００４以下になり、優れたモル比のバラツキ低減効果を示すことが分かる。
また、モル比が０．９以下や１．２５以上になると、未保温の水酸化ナトリウム溶液を使用した場合、４−１、４−３、４−１５、４−１７に示されるようにモル比のバラツキが大きくなるが、予め保温した水酸化ナトリウム溶液を使用すると、４−２、４−１４、４−１６に示されるようにモル比のバラツキが顕著に低減されるのが分かる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明においては、水酸化ナトリウム水溶液を予め保温をすることで、水酸化アルミニウム等のアルミナ原料との反応により出来たアルミン酸ソーダのモル比（品質）のバラツキが低減するという効果を奏するものであり、工業的価値は極めて大きい。

Claims

水酸化ナトリウム水溶液と水酸化アルミニウムとを反応させることによるアルミン酸ソーダの製造方法において、濃度が２０〜８０％の水酸化ナトリウム水溶液を、５０〜８０℃の恒温槽で１〜３時間、予め保温して、この予め保温した水酸化ナトリウム水溶液に、水酸化アルミニウムを６０〜１４０℃で溶解して反応させることを特徴とするアルミン酸ソーダの製造方法。
前記恒温槽内の攪拌棒の回転数が０．５〜２．０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１に記載のアルミン酸ソーダの製造方法。
反応後、蒸発乾固させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミン酸ソーダの製造方法。
前記水酸化ナトリウム水溶液と前記水酸化アルミニウムの配合量を、製品中において、Ｎａ_２Ｏが３８重量％以上、Ａｌ_２Ｏ_３が４８重量％以上となるように定めることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のアルミン酸ソーダの製造方法。
前記水酸化ナトリウム水溶液と前記水酸化アルミニウムの配合比を、製品中のＮａ_２ＯとＡｌ_２Ｏ_３のモル比で０．９〜１．５となるようにすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアルミン酸ソーダの製造方法。
前記配合比を、製品中のＮａ_２ＯとＡｌ_２Ｏ_３のモル比で０．９９〜１．０５となるようにすることを特徴とする請求項５に記載のアルミン酸ソーダの製造方法。