JP5382302B2 - 塩化アルミニウム溶液の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水処理施設等で凝集剤として使用される塩化アルミニウム溶液の製造方法に関する。

塩化アルミニウム溶液は、排水処理施設において排水の除濁、清澄化用の凝集剤として使用されている。

従来、この塩化アルミニウム溶液は、塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液に金属アルミニウムを溶解させて作成していた。例えば特許文献１には、塩化アルミニウム溶液または塩酸溶液に金属アルミニウムを溶解させて製造する方法が記載されている。この方法は、約１００℃に加熱した塩化アルミニウム溶液または塩酸溶液中に金属アルミニウムを入れて溶解させている。

また、特許文献２には、塩化アルミニウム溶液に金属アルミニウムを溶解する方法として、１０メッシュよりも細かいアルミニウム金属粉末とを塩化アルミニウム溶液の温度が８５〜９８℃となるような速度で添加しながら反応させる方法が記載されている。

さらに、特許文献３には、塩酸または塩化アルミニウム溶液に金属アルミニウムを溶解する方法として、塩化アルミニウムまたは塩酸の加熱溶液中で、アルミニウムの粉末や粗粒、小片または棒片等の塊状のものを溶解させることが記載されている。
特公昭４９−４０５５３号公報 特開昭６３−１２３８１１号公報 特表平８−５０００７８号公報

特許文献１に示すように、塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液に金属アルミニウムを溶解して塩化アルミニウム溶液を製造する方法において、溶解反応を促進するため金属アルミニウムをアルミニウム箔とし、この溶液に投入すると、比重との関係からアルミニウム箔が溶液と反応しながら溶液中に沈降していく。この溶液中にアルミニウム箔が沈降した場合は、アルミニウム箔と溶液の反応熱で溶液の温度が上昇するものの、その反応熱が溶液全体に拡散するため、アルミニウム箔が速やかに溶解する温度である９０℃以上の液温には到達しづらく、アルミニウム箔が完全に溶解するのに時間がかかってしまう。

このことから、溶液を高温に加熱するためスチームや電気等の熱源が必要になり、加熱に要するエネルギーの損失が大きくなるとともに、加熱時間が長くなるに従って塩化アルミニウム溶液に白濁を生じてしまうことが問題となっていた。

特許文献３に示すように、塊状の金属アルミニウムについては、溶液に投入すると溶液中に沈降してしまうため、アルミニウム箔と同様の結果となってしまう。

また、特許文献２に示すように、粉末状の金属アルミニウムを塩酸溶液もしくは塩化アルミニウム溶液に溶解する方法においては、粉末状の金属アルミニウムと塩化アルミニウム溶液との反応が激しすぎることから、金属アルミニウムを投入する操作が非常に危険となるため実施困難であった。

本発明は、塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液を加熱するためのスチームや電気等の熱源が不要で、安全にかつ短時間でアルミニウム箔を溶液に溶解させて塩化アルミニウム溶液を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の塩化アルミニウム溶液の製造方法は、塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液の液面付近にアルミニウム箔を浮遊させながら前記アルミニウム箔を該溶液に溶解させることを特徴とする。

これによると、アルミニウム箔を塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液の液面付近に浮遊させることにより、アルミニウム箔が溶液に接した箇所から溶解反応を起し、特に溶液と空気の境界近傍となるアルミニウム箔の外周端部より溶解して溶液に溶け込んでいく。この場合、アルミニウム箔が溶液の液面付近にあると、その溶解時に発生する熱が溶液の液面上の空気に断熱遮断され、液面付近に篭もりやすいことから、液面とアルミニウム箔が接する液面付近の、特に外周端部の液温が局部的に上昇する。このアルミニウム箔が溶解する液面付近の局部的な液温上昇により、アルミニウム箔が溶液に溶けやすくなる。このアルミニウム箔を溶液の液面付近に浮遊させておくと、この溶液の液面付近が高温を維持するために、アルミニウム箔の溶解反応が連続的に行われるとともに溶解反応が促進され、短時間でアルミニウム箔を溶解させることができるようになる。

また、本発明の塩化アルミニウム溶液の製造方法は、前記塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液の液面に、該溶液に不溶のネットを浮かべ、前記ネットの上部にアルミニウム箔の一部が該溶液に接するように浮遊させながらアルミニウム箔を該溶液に溶解させることを特徴とする。

このことにより、塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液の液面にネットを浮かべ、そのネット上にアルミニウム箔を配置すると、アルミニウム箔が溶液中に沈降しにくくなる。このため、溶液の液面にアルミニウム箔が浮かんだ状態を保持することができ、液面付近でアルミニウム箔の溶解反応を連続的に維持することができる。

また、本発明の塩化アルミニウム溶液の製造方法は、アルミニウム箔を溶解する以前の塩酸を含む塩化アルミニウム溶液中の塩化アルミニウム濃度が２０〜３５ｗｔ％であることを特徴とする。

このことにより、塩酸を含む塩化アルミニウム溶液は、主として電解コンデンサの電極箔として使用されるアルミニウム箔の表面処理を行った処理液から余剰塩酸を回収した後の濃縮液として得られるが、この塩酸を含む塩化アルミニウム溶液中には、塩化アルミニウムの濃度が２０〜３５ｗｔ％溶解されており、従来廃棄物としていたものを再利用するためコスト的にも有利な塩化アルミニウム溶液を提供することができる。

また、本発明の塩化アルミニウム溶液の製造方法は、前記塩酸を含む塩化アルミニウム溶液にアルミニウム箔を溶解させるアルミニウム箔の重量が、該溶液に対する重量比で２．０ｗｔ％以下であることを特徴とする。

このことにより、この塩酸を含む塩化アルミニウム溶液は、溶解しているアルミニウムと当量以上の余剰塩酸を含有しているため、塩酸を含む塩化アルミニウム溶液に、溶液に対する重量比で２．０ｗｔ％以下のアルミニウム箔を溶解させることにより、溶液中の余剰塩酸を減少させることができるため、高品質の塩化アルミニウム溶液を提供することができる。

本発明により、塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液を加熱するためのスチームや電気等の熱源が不要となり、安全にかつ短時間でアルミニウム箔を溶液に溶解させて塩化アルミニウム溶液を製造する方法を提供することができる。

また、アルミニウム箔を短時間で溶解できるようになるため、塩化アルミニウム溶液を作成工程において白濁を生じることや溶解しているアルミニウムの濃度が低下することが無くなり、高品質の塩化アルミニウム溶液を提供することができる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明に使用する塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液において、まず、塩酸溶液については工業用塩酸等を水で希釈したものであり、塩化アルミニウムを殆ど含んでいない溶液である。この溶液を使用する場合は、溶液中の不純物である重金属のイオン、例えば鉄、銅などのイオン化の原理によって重金属として析出するので、重金属の塩類が溶液中に残存せず、かつ濃厚で高純度な塩化アルミニウム溶液を得ることができる。

また、塩酸を含む塩化アルミニウム溶液は、アルミニウム箔のエッチング工程で排出される処理液から酸蒸発回収装置等により余剰塩酸を回収した後の濃縮液とした塩酸を含む塩化アルミニウム溶液で、塩化アルミニウムの濃度が２０〜３５ｗｔ％含まれているものが好ましい。塩化アルミニウムが２０ｗｔ％を下回ると凝集剤として使用する場合に凝集効率が低下するため、凝集剤として不適になる。また、濃度が３５ｗｔ％を上回ると白濁が生じることがあることと溶液の濃縮にコストが掛かるため、コスト的に不利になる。

溶解するアルミニウム箔は、アルミニウム純度が９９％以上の電解コンデンサ用のアルミニウム箔が好適で、厚みは２０〜２００μｍのものであればよい。本実施例では純度９９％以上のアルミニウム箔を使用したが、純度については特に制限は無いものの、アルミニウムが高純度であればより好ましい。

塩化アルミニウム溶液の液面にアルミニウム箔を浮かべるために使用するネットは、塩化アルミニウム溶液の酸性溶液に不溶で、液面に浮くように塩化アルミニウム溶液の比重より低いものが好ましいが、比重が高いものであっても、容器にネットの一端を固定するなどをして溶液に沈まないようにして用いることもできる。なかでも、ポリプロピレン製、ポリエチレン製、ＦＲＰ製のネットが好ましい。ネットのメッシュの大きさは特に制限が無く、その上に放置するアルミニウム箔を液面に浮かべて保持することができ、アルミニウム箔が塩化アルミニウム溶液の液面に常に接触する程度の大きさであればよい。また、ネットの大きさは、塩酸を含む塩化アルミニウム溶液を入れた容器の大きさに合わせて設定し、アルミニウム箔を載せた場合に溶液中に沈降していかない大きさであれば、特に制限はない。

また、本発明ではアルミニウム箔を液面に浮遊させるためにネットを使用したが、アルミニウム箔を上面に載せて浮かんだ状態で、溶液に不溶で、かつ溶液が浸透してアルミニウム箔を溶解させることができるものであれば、布状、糸状、フェルト状、または多孔質のフィルム状のものであってもよく、あるいは溶液の液面に糸状または棒状の浮遊部材を張り巡らせてアルミニウム箔自体が液面に浮遊できるようにしてもよい。

ここで、アルミニウム箔が液面付近に浮遊していることについては、浮いたアルミニウム箔の上面に溶液が這い上がって濡れた状態や、アルミニウム箔の両面が完全に溶液に浸かっているものの液面近傍に浮遊している状態であってもよく、アルミニウム箔の片面側の全面もしくは一部が液面上に露出して浮かんだ状態で、他面が溶液に浸かった状態が最も好ましい。

アルミニウム箔は、液面付近に浮遊させるために、平面状に広げた状態であることが好ましく、重ね折りした状態や波板状に折り曲げた状態、または複数枚重ねた状態であってもよい。また、アルミニウム箔を複数に切断した状態や花びら状に分割した状態でもよく、アルミニウム箔がネット上に広がって、浮遊した状態を維持できるものであれば特に制限はない。

次に、塩酸を含む塩化アルミニウム溶液の余剰塩酸をなくすためには、溶液の重量に対して、アルミニウム箔を２．０ｗｔ％以下の重量を溶解させればよい。アルミニウム箔の溶解重量が２．０ｗｔ％を超えると、低温化で凍結することや、未溶解残渣が増えることから不具合が生じる。

アルミニウム箔の溶解反応時には、水素ガス、塩化水素ガスが発生するため、ガス除去装置を使用して作業することが好ましい。
（実施例１）
塩化アルミニウムの濃度が２８％の塩酸を含む塩化アルミニウム溶液２５０ｇを、３００ｍＬのビーカーに入れ、その溶液の液面にほぼφ７０ｍｍの円形に切断したポリエチレン製のネット（メーカー；ダイオ化成株式会社、商品名；ダイオホームネット）を浮かべる。この溶液の液温は２５℃である。この溶液の重量に対し、アルミニウム箔の重量が０．４ｗｔ％であるアルミニウム純度が９９％で厚みが１００μｍのアルミニウム箔（寸法１０×４ｃｍ）を重ね折りした状態で、このネット上に寝かせるように放置して液面に浮かべた。

この状態で、アルミニウム箔が完全に溶解するまでの時間を測定したところ、アルミニウム箔は９３分で溶液に完全溶解した。

アルミニウム箔の溶解反応部分は、局部的に１００℃を超える温度になっているが、アルミニウム箔が完全に溶解した後の溶液の温度は６０℃であった。
（比較例１）
塩化アルミニウムの濃度が２８％で液温が２５℃の塩酸を含む塩化アルミニウム溶液２５０ｇを、３００ｍＬのビーカーに入れ、その溶液に実施例１と同量のアルミニウム箔であるアルミニウム純度が９９％、厚みが１００μｍ、寸法が１０×４ｃｍを重ね折りした状態で投入し、液中に沈降させた。この状態でアルミニウム箔が溶解する時間を測定したが、２１０分後でもアルミニウム箔が完全に溶解することはなかった。

２１０分後の溶液の温度は２５℃で、液温がほとんど上昇しておらず、この状態でアルミニウム箔を完全に溶解するまでには約６００分かかると予想される。
（表１）

本発明のアルミニウム箔をネット上に配置して溶液に浮かべた状態を示す概略図である。

符号の説明

１ アルミニウム箔
２ ネット
３ 塩酸を含む塩化アルミニウム溶液
４ ビーカー
５ 溶解反応部

Claims (3)

1. 塩酸溶液もしくは塩酸を含む塩化アルミニウム溶液の液面に、該溶液に不溶のネットを浮かべ、前記ネットの上部にアルミニウム箔の一部が該溶液に接するように浮遊させながらアルミニウム箔を該溶液に溶解させることを特徴とする塩化アルミニウム溶液の製造方法。
2. アルミニウム箔を溶解する以前の塩酸を含む塩化アルミニウム溶液中の塩化アルミニウム濃度が２０〜３５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の塩化アルミニウム溶液の製造方法。
3. 塩酸を含む塩化アルミニウム溶液にアルミニウム箔を溶解させるアルミニウム箔の重量は、該溶液に対する重量比で２．０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項２に記載の塩化アルミニウム溶液の製造方法。