JP4718420B2 - フッ素捕集材及びそれを用いてなる水質浄化方法 - Google Patents

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本発明は、工業用排水等のフッ素含有水を浄化するフッ素捕集材、及びそれを用いた水質浄化方法に関する。
フッ素は化学工業や半導体製造業などの分野に大量に使用されており、アルミニウム電解精錬工程、ステレンス鋼等の金属板の表面洗浄工程、リン酸肥料の製造工程、又はシリコン等の電子工業部品の洗浄工程等から排水されることが多い。しかもフッ素は人体に対して有害な物質であり、水質汚濁防止法により、その排水基準が8mg/L(海域以外の公共用水域)、15mg/L(海域)以下と定められている
フッ素を含有する排水の処理方法として、フッ素含有の排水に消石灰や塩化カルシウム等を加え、フッ素をフッ化カルシウムとして凝集沈殿処理する方法が知られているが、この方法ではフッ素濃度を排水基準以下にするには困難であった。そのため二次処理としてアルミニウム化合物を添加し水酸化アルミニウムにフッ素を吸着する方法もよく知られているが、大量なスラッジが発生し産廃処理量が増大する問題点があった。そのため、排水中のフッ素等を効率的に捕集する技術が検討されている(特許文献1〜8)。
特開2000−225383号公報 特開2000−246267号公報 特開2001−225082号公報 特開2000−5769号公報 特開2003−62582号公報 特開2005−74280号公報 特開2005−74281号公報 特開2005−66437号公報
本発明は、特定のカルシウムアルミネートを使用したフッ素含有水を浄化するフッ素捕集材、及びそれを用いた水質浄化方法を提供する。
すなわち、本発明は、ガラス化率が78〜100%でCaO/Al モル比が1.9〜2.2のブレーン比表面積4000cm /g以上であるカルシウムアルミネートを含有してなる、水質浄化に使用されるフッ素捕集材であり、さらに、該フッ素捕集材をフッ素含有水に投入し、攪拌、振動により分散・混合し、フッ素を捕集材に取り込み凝集沈殿法によりフッ素を捕集することを特徴とする水質浄化方法である。
本発明のフッ素捕集材は、フッ素捕集速度が速く、処理効率が向上できるだけでなく、排水に対する捕集材の添加率が低減できる等の効果を奏する。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するカルシウムアルミネート(以下、CAという)とは、CaOを含む原料とAlを含む原料を混合して、キルンや電気炉で熱処理をして得られる水和活性を有する物質の総称であって、SiOを含有してもよい。また、CaO及びAlの一部がアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等で置換固溶された物質でもよい。CaO原料としては生石灰(CaO)、消石灰(Ca(OH))、石灰石(CaCO)、Al原料としては、アルミナ、ボーキサイト、ダイアスポア、長石、粘土等を用いることができる。また、原料中にはMgO、Fe、TiO、MnO、NaO、KO、LiO、S、P等の不純物が含有されているが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、含有していても構わない。これら原料を所定の割合で配合した後、ロータリーキルンや電気炉、高周波炉で溶融し、徐冷して結晶質、または急冷却して非晶質化することによって製造される。また、ガラス化率は、溶融後の冷却速度を調整することなどで変えることができる。
CAは、CaOとAlを主体とする化合物を総称するものであり、その組成の具体例としては、CaO・Al、12CaO・7Al、11CaO・7Al・CaF、3CaO・Al、3CaO・3Al・CaSO等が挙げられ、これら1種又は2種以上を併用できる。
CaO/Alモル比は、1.4以上のものが好ましい。CaO/Alモル比が1.4未満では充分なフッ素捕集効果が得られない場合がある。
CAは、非晶質の方がよりフッ素捕集効果が大きく、ガラス化率は50%以上が好ましく、75%以上がより好ましい。ガラス化率の測定方法は、次に示すX線回折リートベルト法によって行った。粉砕した試料に酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等の内部標準物質を所定量添加し、めのう乳鉢で充分混合したのち、粉末X線回折測定を実施する。測定結果を定量ソフトで解析し、ガラス化率を求める。定量ソフトには、Sietronics社の「SIROQUANT」などを用いることができる。
CAの粉末度は、特に限定されるものではないが、ブレーン比表面積で1000cm/g以上が好ましく2000cm/g以上がより好ましく、4000cm/g以上がさらに好ましい。
本発明の捕集材には、本発明の目的を損ねない範囲で、従来セメント系固化材に使用されている成分、具体的にはポルトランドセメント、高炉セメント、早強セメント、ジェットセメント等のセメント類、高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ等のスラグ類、二水セッコウ、半水セッコウ及び無水セッコウ等の石膏類、消石灰等の石灰類、カオリン、マイカ、ベントナイト等の粘土化合物類、ゼオライトやアパタイト等の金属イオン交換体類、キレート化合物等を併用することが可能である。
本発明の水質浄化方法は、特に限定されるものではないが、通常、本発明のフッ素捕集材をフッ素含有水に投入し、攪拌、振動等により分散・混合し、所定の時間反応させ、フッ素を捕集材に取り込み凝集沈殿法等によりフッ素を捕集するものである。
一般的に行われている、カルシウム塩法による凝集沈殿処理方法では捕集材として消石灰、塩化カルシウム等のカルシウム塩を用い、排水中のフッ素を難溶性のフッ化カルシウムを生成させてフッ素を捕集するシステムであるが、本発明の捕集材を同様な処理システムに適用することが可能である。
本発明の水質浄化方法では、捕集材の投入量や反応時間は、状況に応じ適宜設定することができる。
以下、実施例で説明するが、これに限定されるものではない。
CaO原料として生石灰と、Al原料としてボーキサイトを所定の割合で混合し、電気炉を用いて1600℃で2時間加熱後、冷却速度を調整し、表1に示す種類のCAを合成した。このCAをブレーン比表面積6000cm/gに粉砕し、フッ素捕集材とした。フッ化ナトリウムを用い、フッ素300mg/lの基準溶液を調製した。調製した溶液100mlを容器に分取し、表1に示すサンプル量を添加して密栓した。その後、20℃室内で振とう機上で反応させ、所定時間で固液分離し、液相中のフッ素濃度を測定した。結果を表1に示す。
<使用材料>
CAア:CaO36質量%、Al:56質量%、SiO:3質量%、ガラス化率0%、(CaO/Alモル比=1.2)
CAイ:CaO39質量%、Al:52質量%、SiO:3質量%、ガラス化率52%、(CaO/Alモル比=1.4)
CAウ:CaO39質量%、Al:52質量%、SiO:3質量%、ガラス化率0%、(CaO/Alモル比=1.4)
CAエ:CaO46質量%、Al:44質量%、SiO:3質量%、ガラス化率100%、(CaO/Alモル比=1.9)
CAオ:CaO46質量%、Al:44質量%、SiO:3質量%、ガラス化率0%、(CaO/Alモル比=1.9)
CAカ:CaO51質量%、Al:41質量%、SiO:3質量%、ガラス化率100%、(CaO/Alモル比=2.2)
CAキ:CaO51質量%、Al:41質量%、SiO:3質量%、ガラス化率0%、(CaO/Alモル比=2.2)
消石灰:試薬特級
フッ化ナトリウム: 試薬特級
<試験方法>
フッ素濃度:液相中のフッ素濃度をイオンクロマトグラフィー(島津製作所社製、パーソナルイオンアナライザー、PIA−1000)にて定量した。
Figure 0004718420
表1から、本発明のフッ素捕集材は、フッ素捕集速度が速く、処理効率が向上できるだけでなく、排水に対する捕集材の添加率が低減できる等の効果を奏することが分かる。
溶融後の冷却速度を調整し、CAエのガラス化率を変化させ、サンプル量を0.1gとしたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表2に示す。
<使用材料>
CAク:CaO46質量%、Al44質量%、SiO:3質量%、ガラス化率78%(CaO/Alモル比=1.9)
CAケ:CaO46質量%、Al44質量%、SiO:3質量%、ガラス化率51%(CaO/Alモル比=1.9)
CAコ:CaO46質量%、Al44質量%、SiO:3質量%、ガラス化率41%(CaO/Alモル比=1.9)
CAサ:CaO46質量%、Al44質量%、SiO:3質量%、ガラス化率23%(CaO/Alモル比=1.9)
Figure 0004718420
表2から、本発明のフッ素捕集材のCAのガラス化率が50%以上であると、フッ素捕集速度が速く、処理効率が向上することが分かる。
CAエの粉末度を表3に示すように変化させ、サンプル量を0.1gとしたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表3に示す。
Figure 0004718420
表3から、本発明のフッ素捕集材は、粉末度(ブレーン比表面積)が高くなると、フッ素捕集速度が速く、処理効率が向上することが分かる。
本発明のフッ素捕集材は、フッ素捕集速度が速く、処理効率が向上できるだけでなく、排水に対する捕集材の添加率が低減できるため、例えば、凝集沈殿処理を行った捕集済みの残渣(スラッジ)量が減少し大幅な処理費用の削減ができるので、排水処理分野で幅広く使用することができる。

Claims (2)

  1. ガラス化率が78〜100%でCaO/Al モル比が1.9〜2.2のブレーン比表面積4000cm /g以上であるカルシウムアルミネートを含有してなる、水質浄化に使用されるフッ素捕集材。
  2. 請求項1記載のフッ素捕集材をフッ素含有水に投入し、攪拌、振動により分散・混合し、フッ素を捕集材に取り込み凝集沈殿法によりフッ素を捕集することを特徴とする水質浄化方法。
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