JP6331995B2 - Method for producing free carbon from carbonate - Google Patents

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Description

本発明は、炭酸化物から炭素を分離して遊離炭素を製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing free carbon by separating carbon from a carbonate.

炭酸化物は、各種添加剤又は各種原料として使用されることが多い。炭酸ナトリウムは、洗剤、入浴剤、ソーダガラスの原料として使用されており、食品添加物としての使用も認められている。炭酸カルシウムは、ベビーパウダー、チョーク、ゴムの添加剤、入浴剤、歯磨き粉、化粧品の原料として使用されている。
しかしながら、炭酸化物から遊離炭素を製造し炭素源、例えば、燃料、添加材等として使用する試みは行われていなかった。
Carbon dioxide is often used as various additives or various raw materials. Sodium carbonate is used as a raw material for detergents, bath additives, and soda glass, and is also approved for use as a food additive. Calcium carbonate is used as a raw material for baby powder, chalk, rubber additives, bath additives, toothpaste and cosmetics.
However, no attempt has been made to produce free carbon from carbonates and use it as a carbon source, for example, fuel, additive, and the like.

一般的な炭素の製造方法として、特許文献1〜4には、ピッチ、タール等の有機物を加熱して製造する方法、特許文献5及び6には、アセチレンガスを燃焼等して製造する方法が開示されている。また、生石灰CaOは効率良くCOを吸収し炭酸カルシウムCaCOが生成することが知られており、炭酸カルシウム中の炭素を分離し遊離炭素とすることができると、トータルとして、COをCへ転化することができる。しかしながら、このような試みは行われていなかった。 As a general carbon production method, Patent Documents 1 to 4 include a method of heating and manufacturing organic substances such as pitch and tar, and Patent Documents 5 and 6 include a method of manufacturing by burning acetylene gas. It is disclosed. Quick lime CaO is known to efficiently absorb CO 2 and produce calcium carbonate CaCO 3. When carbon in calcium carbonate can be separated into free carbon, CO 2 is converted into C as a total. Can be converted. However, no such attempt has been made.

特開2002−083595号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-083595 特開2011−168761号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-168671 特開2006−236942号公報JP 2006-236842 A 特開2012−246215号公報JP 2012-246215 A 特開2009−227552号公報JP 2009-227552 A 特開2007−091495号公報JP 2007-091495 A

本発明の目的は、上記実情に鑑み、燃料、添加材等の通常の炭素源として使用することができる遊離炭素を、炭酸化物から製造するという炭酸化物の新規な利用方法を提供することである。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a novel utilization method of a carbonate in which free carbon that can be used as a normal carbon source such as a fuel and an additive is produced from a carbonate. .

そこで、本発明者らは、上記課題を解決する方法について鋭意検討した。その結果、水ガラス又はアルカリ珪酸化物と、炭酸化物を混合し、加熱することにより、炭酸化物から遊離炭素を製造する技術を見出し、本発明を完成するに至った。   Therefore, the present inventors diligently studied a method for solving the above problems. As a result, water glass or alkali silicate and carbonate were mixed and heated to find a technique for producing free carbon from carbonate, and the present invention was completed.

本発明の要旨は次の通りである。
(1)水ガラス又はアルカリ珪酸化物と、炭酸化物を混合し、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱して炭酸化物からの炭素を分離することを特徴とする遊離炭素製造方法。
(2)前記炭酸化物が、アルカリ元素の炭酸化物及びアルカリ土類元素の炭酸化物の少なくとも一方であることを特徴とする前記(1)に記載の遊離炭素製造方法。
(3)前記アルカリ元素の炭酸化物が炭酸ナトリウムであり、前記アルカリ土類元素の炭酸化物が炭酸カルシウムであることを特徴とする前記(2)に記載の遊離炭素製造方法。
(4)前記アルカリ珪酸化物が珪酸ナトリウムであることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載の遊離炭素製造方法。
The gist of the present invention is as follows.
(1) Free carbon production characterized by mixing water glass or alkali silicate and carbonate and heating to 700 ° C to 1600 ° C in a non-oxidizing atmosphere to separate carbon from the carbonate. Method.
(2) The method for producing free carbon as described in (1) above, wherein the carbonate is at least one of an alkali element carbonate and an alkaline earth element carbonate.
(3) The method for producing free carbon as described in (2) above, wherein the alkali element carbonate is sodium carbonate, and the alkaline earth element carbonate is calcium carbonate.
(4) The method for producing free carbon according to any one of (1) to (3), wherein the alkali silicate is sodium silicate.

本発明により、燃料、添加材等の通常の炭素源として使用することができる遊離炭素を、炭酸化物から製造することが可能となり、炭酸化物の利用範囲を広げることができる。
さらに、生石灰CaOは効率良くCOを吸収し炭酸カルシウムCaCOが生成することが知られており、本発明の方法を用い、炭酸カルシウム中の炭素を分離し遊離炭素とすると、トータルとしてCOをCへ転化することができる。
According to the present invention, free carbon that can be used as a normal carbon source for fuels, additives and the like can be produced from carbonates, and the range of utilization of carbonates can be expanded.
Furthermore, quick lime CaO is known to efficiently absorb CO 2 and produce calcium carbonate CaCO 3. When carbon in calcium carbonate is separated into free carbon by using the method of the present invention, CO 2 as a total is obtained. Can be converted to C.

また、CaOの代わりに、NaOにCOを吸収させNaCOを生成させ、本発明の方法を用い、炭酸ナトリウム中の炭素を分離し遊離炭素とすると、トータルとしてCOをCへ転化することができる。同様の反応は、他の酸化物に、特にアルカリ土類及びアルカリ金属の酸化物にCOを吸収させ炭酸化物を生成させた場合にも適用できる。 Further, instead of CaO, to generate Na 2 CO 3 was absorbed CO 2 to Na 2 O, using the method of the present invention, when the carbon in the sodium carbonate to separate free carbon, CO 2 as the total C Can be converted. The same reaction can also be applied to the case where carbon dioxide is produced by absorbing CO 2 in other oxides, particularly alkaline earth and alkali metal oxides.

以下、本発明の遊離炭素製造方法について順次説明する。
まず、原料について説明する。
Hereinafter, the method for producing free carbon of the present invention will be sequentially described.
First, raw materials will be described.

水ガラスは、珪酸ナトリウムの水溶液であり、珪酸ナトリウムはNaO・nSiOの分子式で記載される。ここで係数nは連続的に変化することができ、一般的には、n=0.5〜4程度のものが多いが、本発明において、特にnが限定されるわけではない。水ガラス中の固形分である珪酸ナトリウムの割合は、10〜60質量%程度が一般的であるが、これについても、特に限定されるわけではない。ただ、固形分濃度が高い、即ち水分量が少ないと水ガラスの粘性が高くなり炭酸化物との混合時に扱い難さが生じる。扱い易いものとしては、例えば、n=1〜3、固形分濃度30〜50質量%程度のものを挙げることができる。 Water glass is an aqueous solution of sodium silicate, and sodium silicate is described by a molecular formula of Na 2 O · nSiO 2 . Here, the coefficient n can be continuously changed. Generally, n = 0.5 to 4 in many cases, but in the present invention, n is not particularly limited. The ratio of sodium silicate which is a solid content in water glass is generally about 10 to 60% by mass, but this is not particularly limited. However, if the solid content concentration is high, that is, if the water content is small, the viscosity of the water glass becomes high, and handling becomes difficult when mixing with the carbonate. As what is easy to handle, the thing of n = 1-3 and solid content concentration of about 30-50 mass% can be mentioned, for example.

アルカリ珪酸化物は、アルカリ元素をAで記載すると、AO・nSiO・mHOで記載でき、A=Naとすると水ガラスと同じ化学式となる。ただ、アルカリ珪酸化物はHOが配位水又は結晶水、もしくは、無水物つまりm=0である。この結果、水ガラスが液体もしくは粘性の高い液体であるのに対し、アルカリ珪酸化物は、通常、固体である。アルカリ珪酸化物の通常の流通形態としては、粒径1μm〜1mmの固体粉末もしくは粒径5〜数十mmの塊状の固体である。 When the alkali element is described as A, the alkali silicate can be described as A 2 O · nSiO 2 · mH 2 O, and A = Na has the same chemical formula as water glass. However, in the alkali silicate, H 2 O is coordinated water or crystal water, or an anhydride, that is, m = 0. As a result, water glass is a liquid or a highly viscous liquid, whereas alkali silicate is usually a solid. As a normal distribution | circulation form of an alkali silicate, it is a solid powder with a particle size of 1 micrometer-1 mm, or a lump solid with a particle size of 5-several tens mm.

炭酸化物は、特に限定されるわけではないが、例えば、アルカリ元素の炭酸化物やアルカリ土類元素の炭酸化物が使用可能であり、具体的には、炭酸ナトリウムや炭酸カルシウムを挙げることができる。形態は、一般的な粉末のものが使用できるが、特に限定されるわけではなく、例えば、平均粒径が1μm〜1mm、好ましくは、50〜500μmのものが使用できる。   The carbonate is not particularly limited. For example, carbonates of alkaline elements and carbonates of alkaline earth elements can be used, and specific examples include sodium carbonate and calcium carbonate. Although the form can use the thing of a general powder, it is not necessarily limited, For example, an average particle diameter of 1 micrometer-1 mm, Preferably, a 50-500 micrometer thing can be used.

次に、混合について説明する。
炭酸化物と水ガラス又はアルカリ珪酸化物との混合方法は一般的な混合方法でよく、乳鉢での混合、また、各種混合器、例えば、回転式の混合器等での混合が使用できる。炭酸化物と水ガラス又はアルカリ珪酸化物との混合比率も、特に限定されるものではないが、例えば、炭酸化物/水ガラス又はアルカリ珪酸化物の質量比として、0.05〜5を選択できる。この比率は、炭酸化物と水ガラス又はアルカリ珪酸化物との混合し易さに基づいており、混合し難さを許容するなら、炭酸化物/水ガラス又はアルカリ珪酸化物との質量比として、0.01〜20でもよい。
Next, mixing will be described.
The mixing method of carbonate and water glass or alkali silicate may be a general mixing method, and mixing in a mortar or various mixers such as a rotary mixer can be used. The mixing ratio of the carbonate and water glass or alkali silicate is not particularly limited, but for example, a mass ratio of carbonate / water glass or alkali silicate can be selected from 0.05 to 5. This ratio is based on the ease of mixing of the carbonate and water glass or alkali silicate, and if the difficulty of mixing is allowed, the mass ratio of carbonate / water glass or alkali silicate is 0. 01-20 may be sufficient.

上述したように、炭酸化物は平均粒径1μm〜1mm程度の粉末が多く、アルカリ珪酸化物も粒径1μm〜1mm程度の粉末又は粒径5〜数十mm程度の塊状の固体が一般的であるが、これらの混合には、回転式の混合器であれば、例えば、60rpmで1〜10分、好ましくは、2〜5分も混合すると十分である。   As described above, carbonates are mostly powders having an average particle size of about 1 μm to 1 mm, and alkali silicates are generally powders having a particle size of about 1 μm to 1 mm or massive solids having a particle size of about 5 to several tens of mm. However, for these mixing, it is sufficient to mix for 1 to 10 minutes, preferably 2 to 5 minutes at 60 rpm, for example, if it is a rotary mixer.

次に、加熱について説明する。
加熱方法としては各種加熱炉が使用可能である。また、様々な高温プロセスから排出される排熱も、温度が適合すれば使用可能であり、排熱利用の加熱装置も使用できる。また、太陽光を集光する加熱装置も使用可能である。太陽光を集光する加熱装置については、一般に、温度制御が大雑把であるので使用し難いが、本発明においては、反応の温度ウインドーが広いので使用可能であり、この点は本発明の特徴である。
Next, heating will be described.
Various heating furnaces can be used as the heating method. In addition, exhaust heat exhausted from various high-temperature processes can be used if the temperature is suitable, and a heating device using exhaust heat can also be used. Moreover, the heating apparatus which condenses sunlight can also be used. In general, a heating device that collects sunlight is difficult to use because the temperature control is rough, but in the present invention, it can be used because the temperature window of the reaction is wide, which is a feature of the present invention. is there.

これら加熱装置に、上述の混合物を入れたるつぼを装入し、非酸化性雰囲気中で加熱すればよい。るつぼ材質としては、特に限定されるものではないが、加熱温度に対し耐熱性のあるものが選択されるべきである。例えば、シリカアルミナ、アルミナ、石英等の材質のるつぼが使用可能である。   What is necessary is just to insert the crucible which put the above-mentioned mixture in these heating apparatuses, and to heat in a non-oxidizing atmosphere. The crucible material is not particularly limited, but a material having heat resistance to the heating temperature should be selected. For example, a crucible made of silica alumina, alumina, quartz or the like can be used.

雰囲気として、非酸化性雰囲気が選択される。それは、生成した遊離炭素の酸化を防止するためであり、例えば、アルゴン雰囲気等の不活性ガスの雰囲気、さらに窒素雰囲気も選択できる。雰囲気ガスの純度としては、一般的なガスボンベの純度、例えば、99.99%で十分である。この程度の純度があれば、一般的な反応装置において、生成した遊離炭素の酸化を実質的に無視することができる。雰囲気ガスの流量としては特に、制約は無く、経済的な観点から少量でよく、加熱による反応容器内圧力の上昇・破損を防ぐ目的で、ガスフロー系にて本発明を実施するなら、排気管からガスが逆流しない流量であればよい。この流量として、例えば、数10mL〜数10L/分、好ましくは、100mL〜2L/分の流量を挙げることができる。   A non-oxidizing atmosphere is selected as the atmosphere. This is to prevent the generated free carbon from being oxidized. For example, an inert gas atmosphere such as an argon atmosphere, and a nitrogen atmosphere can also be selected. As the purity of the atmospheric gas, the purity of a general gas cylinder, for example, 99.99% is sufficient. With this degree of purity, oxidation of the generated free carbon can be substantially ignored in a general reaction apparatus. The flow rate of the atmospheric gas is not particularly limited and may be small from an economic point of view. If the present invention is carried out in a gas flow system for the purpose of preventing the pressure inside the reaction vessel from rising or breaking due to heating, the exhaust pipe As long as the flow rate is such that the gas does not flow backward. Examples of the flow rate include a flow rate of several tens of mL to several tens of L / min, preferably 100 mL to 2 L / min.

加熱温度は、700℃以上1600℃以下が良く、さらに好ましくは、850℃以上1300℃以下である。実施例から分かるように、本発明により炭酸化物から遊離炭素を生成させるためには、700℃以上が必要である。さらに、700℃以上で850℃程度以下の加熱では、上記混合物は加熱により溶融状態とはならない場合が多く、生成した遊離炭素は固形物に広く分布することが多い。850℃程度以上に加熱すると、上記混合物は加熱により溶融状態となる場合が多く、生成した遊離炭素は、るつぼ壁面や溶融物上面に集まり易く、遊離炭素の回収に好都合である。   The heating temperature is preferably 700 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower, more preferably 850 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. As can be seen from the examples, 700 ° C. or higher is necessary in order to produce free carbon from the carbonate according to the present invention. Furthermore, when heating at a temperature of 700 ° C. or higher and about 850 ° C. or lower, the mixture often does not enter a molten state by heating, and the generated free carbon is often widely distributed in solids. When the mixture is heated to about 850 ° C. or higher, the mixture often becomes a molten state by heating, and the generated free carbon is likely to collect on the crucible wall surface or the upper surface of the melt, which is convenient for recovery of free carbon.

また、加熱温度が1600℃より高くなると、遊離炭素は少ししか認められなくなるので、加熱温度は1600℃以下が良い。1600℃より高温では、一度生成した遊離炭素がアルカリ珪酸化物により酸化されるために減少するのではないかと推測しているが、詳細は不明である。さらに、一般的なるつぼの耐熱性を考慮すると、1300℃以下がより好ましい。   Further, when the heating temperature is higher than 1600 ° C., only a small amount of free carbon is recognized, so the heating temperature is preferably 1600 ° C. or less. At temperatures higher than 1600 ° C., it is assumed that the free carbon once generated is reduced by oxidation with alkali silicate, but the details are unknown. Furthermore, considering the heat resistance of a general crucible, 1300 ° C. or lower is more preferable.

加熱の昇温速度は、特に制約が無く、例えば、通常の加熱炉の昇温速度である1〜40℃/分、好ましくは、10〜20℃/分が選択できる。最高温度での保持時間も、特に制約は無く、経済的な観点から短時間を選択してよく、例えば、1〜20分、好ましくは、5〜10分で十分である。冷却速度も、特に制約は無く、最高温度での保持時間終了後、直ちに加熱を終了し、装置の自然冷却に任せてよく、もし、装置の構造上から冷却速度に制限があるならば、それに従ってよい。   There is no restriction | limiting in particular in the temperature increase rate of heating, For example, 1-40 degree-C / min which is the temperature increase rate of a normal heating furnace, Preferably, 10-20 degree-C / min can be selected. The holding time at the maximum temperature is not particularly limited, and a short time may be selected from an economical viewpoint. For example, 1 to 20 minutes, preferably 5 to 10 minutes is sufficient. There is no particular restriction on the cooling rate, and after the holding time at the maximum temperature, the heating can be terminated immediately and left to natural cooling of the device. If the cooling rate is limited due to the structure of the device, You may follow.

これらの製造方法によって、生成した遊離炭素は、温度が低下してから、遊離炭素が偏析していれば破砕して分離し、遊離炭素が固形物に広く分布していれば、フッ化水素酸で固形物を溶解し、残った遊離炭素を分離すればよい。
以上のようにして得られた遊離炭素は、燃料等の通常の炭素源として使用することができる。
By these production methods, the generated free carbon is crushed and separated if the free carbon is segregated after the temperature decreases, and if the free carbon is widely distributed in the solid, hydrofluoric acid The solid matter can be dissolved in and the remaining free carbon can be separated.
The free carbon obtained as described above can be used as a normal carbon source such as fuel.

本発明の反応メカニズムについてほとんど分かっていないが、以下のメカニズムが推測される。
水ガラス、アルカリ珪酸化物とも最大量の酸素原子を有しており、両者とも還元物質としては作用できない。従って、反応の進行に還元物質は関与しておらず、水ガラス、又は、アルカリ珪酸化物は触媒として作用し、炭酸化物から遊離炭素を生成させると考えられる。推測されるメカニズムとしては、炭酸化物の酸素原子がアルカリ珪酸化物中を拡散し、炭素が取り残されるというものである。このメカニズムでは酸素原子が酸素分子として溶融状態のアルカリ系酸化物から離脱せねばならないが、今のところ、この現象が確認できているわけではなく、推定である。
Although little is known about the reaction mechanism of the present invention, the following mechanism is presumed.
Both water glass and alkali silicate have the maximum amount of oxygen atoms, and neither can act as a reducing substance. Therefore, it is considered that the reducing substance is not involved in the progress of the reaction, and water glass or alkali silicate acts as a catalyst to generate free carbon from the carbonate. The presumed mechanism is that oxygen atoms of carbonate diffuse in alkali silicate and carbon is left behind. In this mechanism, oxygen atoms must be released from molten alkali-based oxides as oxygen molecules, but this phenomenon has not been confirmed so far, but is estimated.

ただ、このメカニズムから推測すると、700℃以下ではアルカリ珪酸化物中の酸素拡散速度が十分でなく、従って、本発明では700℃以上が必要と考えられる。また、1600℃より高温では一度生成した遊離炭素がアルカリ珪酸化物により酸化されると推測される点は、上述したとおりである。上述した炭酸化物とアルカリ珪酸酸化物の混合比も、良好に混合できることにより炭酸化物中の酸素原子を有効にアルカリ珪酸化物に移行させ拡散させる作用を有すると考えられるが、詳細は不明である。   However, if estimated from this mechanism, the oxygen diffusion rate in the alkali silicate is not sufficient at 700 ° C. or lower, and therefore it is considered that 700 ° C. or higher is necessary in the present invention. Further, as described above, the free carbon once generated at a temperature higher than 1600 ° C. is estimated to be oxidized by the alkali silicate. The mixing ratio of the above-mentioned carbonate and alkali silicate is also considered to have an effect of effectively transferring oxygen atoms in the carbonate to the alkali silicate by diffusing well, but the details are unknown.

本発明による遊離炭素生成効率は、後述する本発明例5に記載しているように60%程度である。遊離炭素生成効率が100%よりかなり低い理由としては、炭酸化物から二酸化炭素が放出され、残りの部分がアルカリ珪酸化物と化合物を生成する反応が本発明の反応と同時に進行するので、遊離炭素生成効率が100%には達しないと考えられる。   The free carbon production efficiency according to the present invention is about 60% as described in Invention Example 5 described later. The reason why the free carbon production efficiency is considerably lower than 100% is that carbon dioxide is released from the carbonate, and the remaining part of the reaction to produce the alkali silicate and the compound proceeds simultaneously with the reaction of the present invention. It is considered that the efficiency does not reach 100%.

(本発明例1)
市販の3号水ガラス(NaO:SiO比は約1:3、含水量は約61%)と市販の炭酸ナトリウム粉末を混合し、シリカアルミナルツボへ入れ、Ar雰囲気の加熱炉で所定温度まで10℃/分で昇温し5分間保持後室温まで自然冷却した。冷却後、シリカアルミナルツボの内壁が黒く変色し、黒色物が析出していた。以上の実験条件及び結果を表1に示す。
(Invention Example 1)
Commercial No. 3 water glass (Na 2 O: SiO 2 ratio is about 1: 3, water content is about 61%) and commercially available sodium carbonate powder are mixed, put into a silica alumina crucible, and predetermined in an Ar atmosphere heating furnace The temperature was raised to 10 ° C./min until the temperature was maintained for 5 minutes, and then naturally cooled to room temperature. After cooling, the inner wall of the silica alumina crucible turned black and a black product was deposited. The above experimental conditions and results are shown in Table 1.

ルツボ壁を大まかに砕き希釈したフッ化水素酸で洗浄したところ、粉状の黒色物が分離し洗浄液の表面に浮上したので、これを濾過分離し、純水で洗浄、その後乾燥した。表1の全実験について、乾燥した粉状の黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、ほぼ100%の炭素であった。さらに、表1のNo.8の黒色析出物について、XPS(X線光電子分光法)による分析を行ったところ、グラファイト型カーボンであった。   The crucible wall was roughly crushed and washed with diluted hydrofluoric acid. As a result, a powdery black product separated and floated on the surface of the cleaning solution, which was separated by filtration, washed with pure water, and then dried. About all the experiments of Table 1, carbon analysis of the dried powdery black matter by the combustion infrared absorption method revealed that it was almost 100% carbon. Furthermore, No. 1 in Table 1 When the black precipitate of No. 8 was analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), it was graphite type carbon.

実験系の中に炭素源は炭酸ナトリウムしかないので、炭酸ナトリウムから遊離炭素が生成したことが判明した。また、製造された炭素は、ほぼ100%純度の遊離炭素であるので、燃料等の炭素源として使用することができる。   Since the only carbon source in the experimental system was sodium carbonate, it was found that free carbon was produced from sodium carbonate. The produced carbon is almost 100% pure free carbon and can be used as a carbon source for fuel and the like.

Figure 0006331995
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(比較例1)
比較例1は、温度条件を変更したことを除いて、本発明例1と同様の実験を行った。比較例1では、実験後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表2に示す。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 was the same as Example 1 of the present invention except that the temperature conditions were changed. In Comparative Example 1, no black matter was visible after the experiment. The experimental conditions and results are shown in Table 2.

Figure 0006331995
Figure 0006331995

(本発明例2)
本発明例2は、市販の3号水ガラスの代わりに、市販の1号水ガラス(NaO:SiOは約1:2、含水量は約52%)を使用したことを除いて、本発明例1と同様の実験を行った。実験条件及び結果を表3に示す。
(Invention Example 2)
Invention Example 2 was different from the commercially available No. 3 water glass except that a commercially available No. 1 water glass (Na 2 O: SiO 2 was about 1: 2 and the water content was about 52%) was used. The same experiment as in Example 1 of the present invention was performed. Table 3 shows the experimental conditions and results.

表3の全実験について、乾燥した粉状の黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、ほぼ100%の炭素であった。さらに、表3のNo.20の黒色析出物について、XPS(X線光電子分光法)による分析を行ったところ、グラファイト型カーボンであった。
実験系の中に炭素源は炭酸ナトリウムしかないので、炭酸ナトリウムから遊離炭素が生成したことが判明した。
About all the experiments of Table 3, when the carbon analysis was carried out for the dried powdery black thing by the combustion infrared absorption method, it was about 100% carbon. Further, in Table 3, No. About 20 black deposits, when it analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), it was graphite type carbon.
Since the only carbon source in the experimental system was sodium carbonate, it was found that free carbon was produced from sodium carbonate.

Figure 0006331995
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(比較例2)
比較例2は、温度条件を変更したことを除いて、本発明例2と同様の実験を行った。比較例2では、実験後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表4に示す。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, an experiment similar to that of Inventive Example 2 was performed except that the temperature condition was changed. In Comparative Example 2, no black matter was visible after the experiment. Table 4 shows the experimental conditions and results.

Figure 0006331995
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(本発明例3)
本発明例3は、市販の炭酸ナトリウム粉末の代わりに、市販の炭酸カルシウム粉末を使用したことを除いて、本発明例1と同様の実験を行った。実験条件及び結果を表5に示す。
(Invention Example 3)
Inventive Example 3 was subjected to the same experiment as Inventive Example 1 except that a commercially available calcium carbonate powder was used instead of the commercially available sodium carbonate powder. Table 5 shows the experimental conditions and results.

表5の全実験について、乾燥した粉状の黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、ほぼ100%の炭素であった。さらに、表5のNo27の黒色析出物について、XPS(X線光電子分光法)による分析を行ったところ、グラファイト型カーボンであった。
実験系の中に炭素源は炭酸カルシウムしかないので、炭酸カルシウムから遊離炭素が生成したことが判明した。
About all the experiments of Table 5, when the carbon analysis was carried out for the dried powdery black thing by the combustion infrared absorption method, it was almost 100% carbon. Furthermore, when the black precipitate of No. 27 in Table 5 was analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), it was graphite type carbon.
It was found that free carbon was produced from calcium carbonate because the only carbon source in the experimental system was calcium carbonate.

Figure 0006331995
Figure 0006331995

(比較例3)
比較例3は、温度条件を変更したことを除いて、本発明例3と同様の実験を行った。比較例3では、実験後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表6に示す。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, an experiment similar to that of Inventive Example 3 was performed except that the temperature condition was changed. In Comparative Example 3, no black matter was visible after the experiment. The experimental conditions and results are shown in Table 6.

Figure 0006331995
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(本発明例4)
本発明例4は、市販の3号水ガラスの代わりに、市販の珪酸ナトリウム粉末(NaO:SiOは約1:2、約19.5%の水分を含有)を使用したことを除いて、本発明例1と同様の実験を行った。実験条件及び結果を表7に示す。
(Invention Example 4)
Inventive Example 4 except that a commercially available sodium silicate powder (Na 2 O: SiO 2 contains about 1: 2 and about 19.5% water) was used instead of the commercially available No. 3 water glass. Then, the same experiment as in Example 1 of the present invention was performed. Table 7 shows the experimental conditions and results.

表7の全実験について、乾燥した粉状の黒色物を燃焼赤外線吸収法で炭素分析したところ、ほぼ100%の炭素であった。さらに、表7のNo33の黒色析出物について、XPS(X線光電子分光法)による分析を行ったところ、グラファイト型カーボンであった。
実験系の中に炭素源は炭酸ナトリウムしかないので、炭酸ナトリウムから遊離炭素が生成したことが判明した。
About all the experiments of Table 7, when the carbon analysis was carried out for the dry powdery black thing by the combustion infrared absorption method, it was about 100% carbon. Further, when the black precipitate No. 33 in Table 7 was analyzed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), it was graphite type carbon.
Since the only carbon source in the experimental system was sodium carbonate, it was found that free carbon was produced from sodium carbonate.

Figure 0006331995
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(比較例4)
比較例4は、温度条件を変更したことを除いて、本発明例4と同様の実験を行った。比較例4では、実験後、黒色物は視認できなかった。実験条件及び結果を表8に示す。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, an experiment similar to that of Inventive Example 4 was performed except that the temperature condition was changed. In Comparative Example 4, no black matter was visible after the experiment. Table 8 shows the experimental conditions and results.

Figure 0006331995
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(本発明例5)
本発明例5は、遊離炭素生成効率を求める目的で行ったものである。
市販の珪酸ナトリウム粉末(NaO:SiOは約1:2、約19.5%の水分を含有)0.7gと市販の炭酸ナトリウム粉末0.07gを混合し、これに約10倍量のシリカアルミナの粒(粒径0.6〜1mm程度)をガス流通経路確保の目的で混合し、これら全体を直径10mm長さ60mm程度の石英セルに装入し、石英セルをガス流通下で加熱可能なガス分析装置にセットした。この石英セルをヘリウムガス流通下で1100℃まで10℃/分で昇温し、5分間保持後室温まで自然冷却した。この間、発生してくる二酸化炭素ガスをガス分析装置によって定量したが、1100℃保持中及び自然冷却中に発生してくる二酸化炭素ガスは、昇温中に発生する量と比べて無視できる極々わずかな量であった。1100℃保持中に発生する二酸化炭素ガスが無視できる量であったことから、1100℃昇温中に反応は完結していると考えられる。
(Invention Example 5)
Invention Example 5 was carried out for the purpose of determining free carbon production efficiency.
0.7 g of commercially available sodium silicate powder (Na 2 O: SiO 2 is about 1: 2, containing about 19.5% water) and 0.07 g of commercially available sodium carbonate powder are mixed, and this is about 10 times the amount. The silica alumina particles (particle size of about 0.6 to 1 mm) are mixed for the purpose of securing a gas flow path, and the whole is charged into a quartz cell having a diameter of about 10 mm and a length of about 60 mm. It set to the gas analyzer which can be heated. The quartz cell was heated to 1100 ° C. at 10 ° C./min under helium gas flow, held for 5 minutes, and then naturally cooled to room temperature. During this time, the generated carbon dioxide gas was quantified by a gas analyzer, but the amount of carbon dioxide gas generated during 1100 ° C. holding and natural cooling is negligible compared to the amount generated during temperature rising. It was a great amount. Since the amount of carbon dioxide gas generated during 1100 ° C. holding was negligible, it is considered that the reaction was completed while the temperature was raised to 1100 ° C.

ガス分析装置には、マイクロトラック・ベル(株)製の四重極質量分析器が組み込まれている。四重極質量分析器の二酸化炭素定量性の更正には、1%二酸化炭素と99%ヘリウムの混合ガス、2%二酸化炭素と98%ヘリウムの混合ガス、10%二酸化炭素と90%ヘリウムの混合ガスを用いて行った。また、二酸化炭素、ヘリウムなどの分析は、1回/秒程度の間隔で行い、これら分析値の総和とヘリウム流量から二酸化炭素量を定量した。   The gas analyzer incorporates a quadrupole mass spectrometer manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd. To correct the carbon dioxide quantification of the quadrupole mass spectrometer, 1% carbon dioxide and 99% helium mixed gas, 2% carbon dioxide and 98% helium mixed gas, 10% carbon dioxide and 90% helium mixed Performed using gas. Carbon dioxide, helium, and the like were analyzed at intervals of about once per second, and the amount of carbon dioxide was quantified from the sum of these analysis values and the helium flow rate.

相図等から、炭酸ナトリウムを約10倍量の珪酸ナトリウムと反応させると、二酸化炭素を放出し酸化ナトリウムとなって完全に珪酸ナトリウムに取り込まれることが示唆されるため、炭酸ナトリウムのモル数に合致した二酸化炭素量が測定されるはずである。これに対し本発明例5では、炭酸ナトリウムのモル数の41%に対応する二酸化炭素量しか測定されなかった。したがって、本発明例5による遊離炭素生成効率は59%と算出された。なお、本実験後の石英セル中には、点々と遊離炭素が析出していた。   From the phase diagram etc., it is suggested that when sodium carbonate is reacted with about 10 times the amount of sodium silicate, carbon dioxide is released and becomes sodium oxide, which is completely taken into sodium silicate. A consistent amount of carbon dioxide should be measured. In contrast, in Example 5 of the present invention, only the amount of carbon dioxide corresponding to 41% of the number of moles of sodium carbonate was measured. Therefore, the free carbon production efficiency according to Invention Example 5 was calculated to be 59%. In addition, in the quartz cell after this experiment, free carbon was deposited in various ways.

本発明により、燃料、添加材等の通常の炭素源として使用することができる遊離炭素を、炭酸化物から製造することが可能となる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。   According to the present invention, free carbon that can be used as a normal carbon source such as fuel and additives can be produced from a carbonate. Therefore, the present invention has high industrial applicability.

Claims (4)

水ガラス又はアルカリ珪酸化物と、炭酸化物を混合し、非酸化性雰囲気中で、700℃以上1600℃以下に加熱して炭酸化物からの炭素を分離することを特徴とする遊離炭素製造方法。   A method for producing free carbon, comprising mixing water glass or alkali silicate and carbonate and heating in a non-oxidizing atmosphere to 700 ° C. to 1600 ° C. to separate carbon from the carbonate. 前記炭酸化物が、アルカリ元素の炭酸化物及びアルカリ土類元素の炭酸化物の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1に記載の遊離炭素製造方法。   The method for producing free carbon according to claim 1, wherein the carbonate is at least one of an alkali element carbonate and an alkaline earth element carbonate. 前記アルカリ元素の炭酸化物が炭酸ナトリウムであり、前記アルカリ土類元素の炭酸化物が炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項2に記載の遊離炭素製造方法。   The method for producing free carbon according to claim 2, wherein the alkali element carbonate is sodium carbonate, and the alkaline earth element carbonate is calcium carbonate. 前記アルカリ珪酸化物が、珪酸ナトリウムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の遊離炭素製造方法。   The method for producing free carbon according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkali silicate is sodium silicate.
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