JP6551171B2 - Method for producing stabilized Schwartermanite - Google Patents

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Description

本発明は、ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオン、フッ化物イオン等の有害な陰イオンを収着することが知られているシュベルトマナイトの構造内にケイ酸を導入して安定化する方法に関し、従来の方法と比べて、より簡便に製造する方法、およびその方法で得られた安定化シュベルトマナイトに関するものである。   The present invention relates to a method of stabilizing by introducing silicic acid into the structure of Schwertmannite, which is known to sorb harmful anions such as arsenate ion, arsenite ion and fluoride ion. The present invention relates to a method for producing more easily than the conventional method, and to the stabilized schwertmannite obtained by the method.

ヒ素、セレン、フッ素、クロムなどの元素は、過剰に摂取すれば人体や動植物にとって有害であるため、工場等からの排出が厳しく制限されている。これらの元素は、自然界にも広く分布しており、土壌、岩石、地下水、温泉水等に含まれる場合も多い。また、鉱山やトンネル工事等で発生する岩石や土壌などの掘削屑に含まれる場合もあり、このような掘削屑に雨水などが接することで、河川や地下水に溶け出す場合がある。このように発生源が多様で広く分布していることから、その対策が課題となっている。また、前記有害元素は陰イオンを形成するため、多くの重金属において行われるような、pHを上げることで難水溶性の水酸化物を形成させて不溶化することができず、除去や不溶化が難しい。   Since elements such as arsenic, selenium, fluorine, and chromium are harmful to human bodies and animals and plants if they are consumed in excess, their emissions from factories and the like are severely restricted. These elements are widely distributed in nature, and are often contained in soil, rocks, groundwater, hot spring water, and the like. Moreover, it may be contained in excavation debris such as rocks and soil generated in mines, tunnel constructions, etc., and rainwater may come into contact with such excavation debris and dissolve in rivers and groundwater. Thus, since the generation sources are diverse and widely distributed, countermeasures have been an issue. In addition, since the harmful element forms an anion, it is difficult to remove or insolubilize it by forming a slightly water-soluble hydroxide by increasing the pH, as is done in many heavy metals. .

なお、科学用語としての吸着は、固液界面等の2相の界面に特定成分が濃縮される現象を指すが、本発明におけるシュベルトマナイトは、有害イオンのような特定の物質が、界面だけでなく固体内部にも取り込まれるので、このような現象も含め、有害イオンを捕捉して、放出しにくくなるという意味の言葉として収着を用いる。
本発明におけるシュベルトマナイトに陰イオンが取り込まれる場合は、イオン交換が主なメカニズムであると考えられているが、静電気的に表面に濃縮される場合なども考えられるので、これらの現象も特に区別せず収着という言葉を用いて説明する。
Adsorption as a scientific term refers to a phenomenon in which a specific component is concentrated at a two-phase interface such as a solid-liquid interface. However, in the present invention, a specific substance such as a harmful ion is present only at the interface. Since it is taken up not only in the solid but also in the solid, sorption is used as a word meaning that harmful ions are trapped and difficult to release, including such phenomena.
Although ion exchange is considered to be the main mechanism when anions are incorporated into Schwertmannite in the present invention, these phenomena may also be considered particularly because they may be concentrated on the surface electrostatically. Explain using the term sorption without distinction.

また、本発明においてシュベルトマナイトの安定性を向上するために導入するケイ酸についても、シュベルトマナイトの構造内の硫酸イオンとイオン交換によって導入される場合と、表面に付着あるいは縮合して付着する場合などが考えられるが、これらを含めて収着と表現する。なお、ケイ酸イオンは、縮合して収着したり、収着後に縮合する可能性があるので、以降、本明細書においては、ケイ酸がイオンの状態であるかを問わず、ケイ酸の収着のようにイオンを省略して記載する場合がある。   Further, in the present invention, silicic acid introduced to improve the stability of Schwertmannite also adheres to the surface or adheres by condensation when introduced by ion exchange with sulfate ions in the structure of Schwertmannite. In some cases, the sorption is expressed as including sorption. In addition, since silicate ions may be condensed and sorbed or condensed after sorption, hereinafter, in this specification, regardless of whether the silicate is in an ionic state, In some cases, ions are omitted as in sorption.

シュベルトマナイトは鉄と硫酸を含む低結晶性の化合物で、下記化学式(1)で表される。その主な構造は一つの硫酸イオンを8個の鉄が環状に取り囲んだ単位が積み重なって構成され、鉄が筒状の構造となっており、その筒の内部に硫酸イオンが存在すると言われる。
Fe88OH8-2x(SO4)x〔1≦x≦1.75〕 (1)
この化合物は自然界にも存在し、自然界に存在するヒ素を取り込み不溶化することが佐藤らによって非特許文献1に報告され、ヒ素等の収着剤、不溶化剤として注目されている。また、その収着性能は、他の収着剤と比べて高いことが知られている。
Schwertmannite is a low crystalline compound containing iron and sulfuric acid and is represented by the following chemical formula (1). The main structure is composed of a stack of units in which eight irons surround one sulfate ion in a ring, and the iron has a cylindrical structure, and it is said that sulfate ions exist inside the cylinder.
Fe 8 O 8 OH 8-2x (SO 4 ) x [1 ≦ x ≦ 1.75] (1)
This compound also exists in nature, and it is reported in Non-Patent Document 1 by Sato et al. That it takes in arsenic existing in nature and insolubilizes it, and is attracting attention as a sorbent and insolubilizer for arsenic and the like. Moreover, it is known that the sorption performance is high compared with other sorbents.

シュベルトマナイトは、構造内に含まれる硫酸イオンが三価のヒ素を含む亜ヒ酸イオンや五価のヒ素を含むヒ酸イオンと置き換わることにより、構造がより安定となるため、その効果によりヒ素化合物を収着するといわれている。このため、ヒ素濃度が高い条件やヒ素が連続的に供給される条件では、シュベルトマナイトがヒ素を取り込んで安定化する。
しかしながら、シュベルトマナイトは安定性が低く、放置すると、より結晶性の高いゲータイトに変化し、ヒ素等を収着する能力が大きく低下することが知られている。このためヒ素濃度が低い場合には、構造が安定になるのに十分なヒ素を収着する前に、ゲータイトに変化してヒ素化合物収着量が減少することが懸念される。これを改善する方法として、特許文献1においてシュベルトマナイトの構造内の硫酸イオンの一部をケイ酸イオンで置換することが提案されている。
Schwertmannite has a more stable structure by replacing sulfate ions contained in the structure with arsenite ions containing trivalent arsenic and arsenate ions containing pentavalent arsenic. It is said to sorb compounds. For this reason, under conditions where the arsenic concentration is high or conditions where arsenic is continuously supplied, Schwartonite takes in and stabilizes arsenic.
However, it is known that Schwertomanite has low stability, and when it is left, it changes to more crystalline goethite, and its ability to sorb arsenic and the like is greatly reduced. For this reason, when the arsenic concentration is low, there is a concern that it may change to goethite to reduce the amount of sorbed arsenic compound before sorbing sufficient arsenic to make the structure stable. As a method of improving this, it is proposed in Patent Document 1 that a part of the sulfate ion in the structure of Schwertmannite is replaced with a silicate ion.

特許文献1では、ケイ酸ナトリウムを溶かした水溶液1リットルに予め合成しておいたシュベルトマナイトを1gの割合で加えて、室温下で24時間振とう後、固液分離して、ケイ酸イオンを収着させたシュベルトマナイトを得ている。この方法において、ケイ酸イオン濃度が0.6mmol/l以上では、シュベルトマナイトに対するケイ酸イオン収着量が約0.4mmol/gで飽和することが記載されている。さらに、これらの安定化シュベルトマナイトを50℃の飽和水蒸気雰囲気下に放置した後の粉末X線回折パターンから、未処理のシュベルトマナイトに比べてゲータイト化率が少なくなり安定化されたことを確かめている。   In Patent Document 1, 1 g of Schwertmannite previously synthesized in 1 liter of an aqueous solution in which sodium silicate is dissolved is added at a rate of 1 g, shaken at room temperature for 24 hours, solid-liquid separated, and silicate ions Has been sorbed schbertmanite. In this method, it is described that when the silicate ion concentration is 0.6 mmol / l or more, the sorption amount of silicate ions to Schwermannite is saturated at about 0.4 mmol / g. Furthermore, from the powder X-ray diffraction pattern after leaving these stabilized schwertmannites in a saturated water vapor atmosphere at 50 ° C., it was confirmed that the goethite formation rate was reduced and stabilized compared to untreated schwertmannite. I'm sure.

しかしながら、特許文献1のシュベルトマナイトにケイ酸を収着させ安定化させる方法では、予め合成しておいたシュベルトマナイトとケイ酸溶液を混合するため、シュベルトマナイトを合成する工程とシュベルトマナイトにケイ酸を収着させる工程それぞれにおいて、ろ過、洗浄、乾燥などの工程を必要とし、工程が長く複雑となり廃液も増加する結果、製造コストが高くなるという問題があった。   However, in the method of sorbing and stabilizing silicic acid on Schwbertmannite in Patent Document 1, the process of synthesizing Schwertmannite and Schwertmannite are carried out in order to mix the previously synthesized Schwertmannite and the silicic acid solution. In each process of sorbing silicic acid to knight, processes such as filtration, washing, and drying are required, and the process is long and complicated, resulting in an increase in waste liquid.

特許第3859001号公報Patent No. 3859001

K Fukushi, M Sasaki, T Sato, N Yanase, H Amano and H Ikeda, Applied Geochemistry, 18(8), 1267-1278, 2003.K Fukushi, M Sasaki, T Sato, N Yanase, H Amano and H Ikeda, Applied Geochemistry, 18 (8), 1267-1278, 2003.

本発明は、上記の状況を鑑み、ケイ酸を収着させて安定化したシュベルトマナイトを容易に得る方法、および得られた安定化したシュベルトマナイトを用いた、ヒ素などの有害陰イオン物質を収着除去または不溶化する方法を提供することを目的とする。   In view of the above situation, the present invention is a method for easily obtaining a stabilized Schwbertmannite by sorbing silicic acid, and a harmful anionic substance such as arsenic using the obtained stabilized Schwbertmannite. It is an object to provide a method for sorption removal or insolubilization.

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、シュベルトマナイトの原料となる鉄イオンと硫酸イオンを溶解した溶液のpHを調整することでシュベルトマナイトが生成し、析出した分散液(スラリー)にケイ酸イオンを加えることで、ケイ酸処理されていないシュベルトマナイトを単離精製する工程を経ずにケイ酸が収着され安定性が向上したシュベルトマナイトが得られることを見出した。
また、シュベルトマナイトが析出した後、ケイ酸塩を添加する前に、その分散液のpHを高くすることで、硫酸脱着量が上昇することを見出した。更に、析出してくるシュベルトマナイトに対するケイ酸の添加倍数を調整することでケイ酸収着量をコントロールでき、ケイ酸を添加する前のpH調整とケイ酸添加倍数を組み合わせることによって、硫酸の脱着量、すなわちシュベルトマナイト構造内の硫酸イオンとケイ酸イオンのイオン交換量、およびケイ酸の総収着量が任意にコントロールできることを見出した。
As a result of diligent studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor produced and precipitated Schwbertmannite by adjusting the pH of a solution in which iron ions and sulfate ions, which are raw materials for Schwbertmannite, were dissolved. By adding silicate ions to the dispersion (slurry), a schbertmanite with improved stability and sorbed silicic acid is obtained without going through a process of isolating and purifying schwertmannite that has not been treated with silicate. I found out.
In addition, it has been found that the amount of desorbed sulfuric acid is increased by raising the pH of the dispersion after adding schwert mannite before adding the silicate. Furthermore, the sorption amount of silicic acid can be controlled by adjusting the addition ratio of silicic acid relative to the deposited schwertmannite, and by combining the pH adjustment before adding silicic acid and the addition ratio of silicic acid, It has been found that the desorbed amount, that is, the ion exchange amount of sulfate ion and silicate ion in the Schwertmannite structure, and the total sorption amount of silicic acid can be arbitrarily controlled.

このように、本発明者は、特定の製造条件により、特許文献1に記載の方法に比べて、簡便にケイ酸を収着し安定性を高めたシュベルトマナイトを得ることができることを見出し、更にケイ酸塩添加前に合成直後のシュベルトマナイト分散液のpHを調整することで、ケイ酸イオン収着量をコントロールできることを見出して、本発明を完成するに至った。   Thus, the present inventor has found that, according to specific manufacturing conditions, it is possible to easily obtain a Schwertmannite that sorbs silicic acid and has improved stability, compared to the method described in Patent Document 1. Furthermore, the present inventors have found that the amount of silicate ion sorption can be controlled by adjusting the pH of the Schbertmannite dispersion immediately after synthesis before the addition of silicate, and the present invention has been completed.

すなわち、請求項1は、鉄イオンと硫酸イオンが共存する水溶液からシュベルトマナイトが析出した分散液に、ケイ酸イオンを添加することにより、シュベルトマナイトにケイ酸イオンを収着させることを特徴とする安定化されたシュベルトマナイトの製造方法である。   That is, claim 1 is characterized in that silicate ions are sorbed to Schwbertmannite by adding silicate ions to a dispersion in which Schwertmannite is precipitated from an aqueous solution in which iron ions and sulfate ions coexist. It is a manufacturing method of stabilized Schwertomanite.

請求項2は、シュベルトマナイトが析出した分散液のpHを4〜10に調整した後にケイ酸イオンを添加する請求項1に記載の安定化されたシュベルトマナイトの製造方法である。   A second aspect of the present invention is the method for producing a stabilized schwertmannite according to the first aspect, wherein the silicate ion is added after adjusting the pH of the dispersion liquid in which the schbertmanite is precipitated to 4 to 10.

請求項3は、シュベルトマナイトが析出した分散液のpHを6〜8に調整した後にケイ酸イオンを添加する請求項1または請求項2に記載の安定化されたシュベルトマナイトの製造方法である。   Claim 3 is the method for producing a stabilized Schwermannite according to claim 1 or 2, wherein the silicate ion is added after adjusting the pH of the dispersion in which the Schwertmannite is precipitated to 6-8. is there.

請求項4は、ケイ酸を収着させたシュベルトマナイト中の鉄原子とケイ素原子のモル比が8.0:0.4〜3.0である請求項1〜請求項3のいずれかに記載の安定化されたシュベルトマナイトの製造方法である。   In Claim 4, the molar ratio of iron atoms to silicon atoms in Schwertmannite sorbed with silicic acid is 8.0: 0.4 to 3.0. It is a process for the preparation of the described stabilized Schwertomanite.

請求項5は、ケイ酸を収着させたシュベルトマナイト中の鉄原子と硫黄原子のモル比が8.0:0〜1.3である請求項1〜請求項4のいずれかに記載の安定化されたシュベルトマナイトの製造方法である。   Claim 5 is the molar ratio of iron atoms and sulfur atoms in Schwertmannite sorbed with silicic acid is 8.0: 0 to 1.3. This is a method for producing a stabilized schwertmannite.

請求項6は、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の安定化されたシュベルトマナイトを、陰イオン性有害物質を含む液体または固体に接触させることを特徴とする、陰イオン性有害物質を収着除去または不溶化する方法である。   A sixth aspect of the present invention relates to an anionic hazard characterized by contacting the stabilized Schwermannite according to any one of the first to fifth aspects with a liquid or solid containing an anionic harmful substance. It is a method of sorption removal or insolubilization of substances.

請求項7は、陰イオン性有害物質がヒ素、セレン、フッ素、クロム、ヨウ素のいずれかの元素を含む陰イオン性有害物質である、請求項6に記載の陰イオン性有害物質を収着除去または不溶化する方法である。   Claim 7 sorption-removes the anionic toxic substance according to claim 6, wherein the anionic toxic substance is an anionic toxic substance containing any one element of arsenic, selenium, fluorine, chromium and iodine. Or it is the method to insolubilize.

本発明の方法により得られた安定化されたシュベルトマナイトは、ヒ素等を含む有害イオンに対する優れた収着性を長期間にわたって維持することができ、かつ従来の製造方法と比べて、極めて簡便な方法で安価に製造することができ、汚染水、汚染土壌、土木工事で発生するズリや掘削土砂、処分場に埋め立てる焼却灰、産業廃棄物などに含まれる有害物質の収着除去剤や不溶化剤として優れているため、有害物質を処理する材料として極めて有用である。   The stabilized schwertmannite obtained by the method of the present invention can maintain excellent sorption properties against harmful ions including arsenic over a long period of time, and is extremely simple compared to conventional production methods. Can be manufactured at low cost, and can be used for sorption removal and insolubilization of hazardous substances in contaminated water, contaminated soil, waste and excavated sediment generated in civil engineering, incineration ash buried in disposal sites, industrial waste, etc. Being excellent as an agent, it is extremely useful as a material for treating harmful substances.

各実施例および比較例で製造したシュベルトマナイトのケイ酸の添加倍数とケイ酸収着量の関係を示す。The relationship between the addition rate of silicic acid and the amount of silicic acid sorbed in Schwertmannite produced in each example and comparative example is shown. 各実施例および比較例で製造したシュベルトマナイトのケイ酸の添加倍数と硫酸イオンの脱着量の関係を示す。The relationship between the addition rate of silicic acid and the desorption amount of sulfate ions in Schwertmannite produced in each Example and Comparative Example is shown. 参考例のシュベルトマナイトの粉末X線回折パターンを示す。The powder X-ray-diffraction pattern of the reference example Schwertmannite is shown. 実施例1のシュベルトマナイトの粉末X線回折パターンを示す。The powder X-ray-diffraction pattern of the Schwermannite of Example 1 is shown. 実施例4のシュベルトマナイトの粉末X線回折パターンを示す。The powder X-ray-diffraction pattern of the Schwertmannite of Example 4 is shown. 参考例のシュベルトマナイトを50℃相対湿度98%の条件に7日間放置後の粉末X線回折パターンを示す。The powder X-ray-diffraction pattern after leaving the reference example Schwertmannite for 7 days on the conditions of 50 degreeC relative humidity 98% is shown. 実施例2のシュベルトマナイトを50℃相対湿度98%の条件に7日間放置後の粉末X線回折パターンを示す。The powder X-ray-diffraction pattern after leaving the Schbertmanite of Example 2 for 7 days on the conditions of 50 degreeC relative humidity 98% is shown.

本発明における安定化されたシュベルトマナイトは、シュベルトマナイトを生成析出させる第1の工程とケイ酸イオンを収着すると共に硫酸イオンを脱着する第2の工程とから成るが、第1の工程終了後に、シュベルトマナイトを単離精製する工程を必要とせず、一連の連続した工程として製造する。   The stabilized schwertmannite according to the present invention comprises a first step for producing and precipitating schwertmannite and a second step for sorbing silicate ions and desorbing sulfate ions. After completion, the process of isolating and purifying Schwbertmannite is not required, and it is produced as a series of continuous processes.

第1の工程は既知の方法をそのまま適用することができる。例えば、文献1(Schwertmann, U, and Cornell, R. M. (1991) Iron Oxides in the Laboratory, VCH, Weinheim, 137pp)および文献2(井上厚行・八田珠郎「粘土科学」第45 巻 第4 号250-265 (2006))に記載されたような加温した硫酸ナトリウム水溶液に硝酸鉄水溶液を加えて、pH調整してシュベルトマナイトを析出させる方法である。この方法では、鉄源として塩化鉄など3価の鉄塩を使用することもできる。
また、特許第5362292号公報に記載されている、硫酸鉄水溶液を加温しておき、炭酸水素ナトリウムなどの弱アルカリ性塩を加えてpHを調整してシュベルトマナイトを析出させる方法も適用できる。
更に、自然界におけるシュベルトマナイトの形成過程を模して、硫酸イオンと2価の鉄の共存下で鉄酸化細菌を培養することでシュベルトマナイトを得る方法も知られている。
The first step can apply known methods as they are. For example, reference 1 (Schwertmann, U, and Cornell, RM (1991) Iron Oxides in the Laboratory, VCH, Weinheim, 137 pp) and reference 2 (Akayuki Inoue and Tamaro Hatta "Clay Science" Vol. 45 No. 4 250 In this method, an aqueous iron nitrate solution is added to a heated aqueous solution of sodium sulfate as described in JP-265 (2006)), and pH is adjusted to precipitate Schwartermanite. In this method, a trivalent iron salt such as iron chloride can also be used as an iron source.
In addition, a method described in Japanese Patent No. 5362292, in which an aqueous iron sulfate solution is heated and a weak alkaline salt such as sodium hydrogen carbonate is added to adjust the pH to precipitate Schbertmanite, is also applicable.
Furthermore, there is also known a method of obtaining Schwertmannite by culturing iron-oxidizing bacteria in the coexistence of sulfate ions and divalent iron, simulating the formation process of Schwbertmannite in nature.

第1の工程においては、析出するシュベルトマナイトが固形分濃度で45質量%以下、好ましくは40質量%以下になるような原料と水の割合とする。固形分濃度が40質量%以下では液状となり容易に撹拌できるが、40〜45質量%ではクリーム状となり撹拌が困難となるためである。45質量%を超えるとスラリー粘度が著しく上昇し、ほとんど流動性がなくなるため好ましくない。   In the first step, the ratio of the raw material and water is such that the deposited schwertmannite is 45% by mass or less, preferably 40% by mass or less in terms of solid content. When the solid content concentration is 40% by mass or less, it becomes liquid and can be easily stirred, but when it is 40 to 45% by mass, it becomes creamy and stirring becomes difficult. If it exceeds 45% by mass, the slurry viscosity is remarkably increased and the fluidity is almost lost, which is not preferable.

本発明における第2の工程は、第1の工程でシュベルトマナイトが析出したスラリー状の分散液にケイ酸塩またはその溶液を添加して撹拌することで、硫酸イオンの脱着とケイ酸イオンの収着を行うものである。
第2工程は第1工程同様加温しながら進めることもできるが、室温でも十分反応を行なうことができる。
第2工程終了後にろ過、乾燥などを行い、ケイ酸により安定化されたシュベルトマナイトを得るが、ろ過したシュベルトマナイトは、土壌や水の汚染を除去するのに用いる際に余分な物質が溶け出して汚染することがないように、乾燥前に水などで数回洗浄して余分なイオンなどを除去するのが好ましい。
In the second step of the present invention, the silicate or its solution is added to the slurry dispersion in which the schbertmannite is deposited in the first step and stirred, so that the desorption of sulfate ions and the silicate ions are performed. Sorptive.
The second step can be carried out with warming as in the first step, but the reaction can be carried out sufficiently even at room temperature.
After completion of the second step, filtration, drying, etc. are performed to obtain a schbertmanite stabilized with silicic acid. However, the filtered schwertmannite contains extra substances when used to remove soil and water contamination. It is preferable to remove excess ions and the like by washing several times with water and the like before drying so as not to leach out and contaminate.

シュベルトマナイトは、鉄イオンと硫酸イオンが共存する液の温度を50〜70℃に保ち、pHを2〜4程度、より好ましくはpHを2〜3に調整すると析出してくるため、第1の工程が終了したスラリーの状態では、液のpHが比較的低く、この状態でケイ酸塩を加えると縮合反応によりシリカゲルが発生しやすく、これが液を吸収して膨潤するため、ろ過性が低下して生産性が悪くなりやすい。
これを防ぐ方法として、ケイ酸イオンを添加する前に、得られたスラリーのpHを4以上にすることが好ましい。またこの時にpHが高いほどシュベルトマナイトの構造内に存在する硫酸イオンとケイ酸イオンの置換が進みやすくなる利点がある。
第1工程終了時の分散液のpHは、好ましくは4〜10、更に好ましくは6〜8である。pHが4未満であるとケイ酸が縮合しやすく、ろ過性が低下しやすい。一方、pHが10を超えると、シュベルトマナイト以外の鉄化合物に変化しやすくなる。
Schwertmannite keeps the temperature of the solution in which iron ions and sulfate ions co-exist at 50 to 70 ° C. and precipitates when the pH is adjusted to about 2 to 4, more preferably, to 2 to 3. In the slurry state after the above step, the pH of the liquid is relatively low, and if silicate is added in this state, silica gel is likely to be generated by the condensation reaction, which absorbs the liquid and swells, thus reducing the filterability. Productivity tends to deteriorate.
As a method of preventing this, it is preferable to set the pH of the obtained slurry to 4 or more before adding a silicate ion. At this time, as the pH is higher, there is an advantage that the replacement of the sulfate ion and the silicate ion present in the structure of Schwertmannite can be facilitated.
The pH of the dispersion at the end of the first step is preferably 4 to 10, more preferably 6 to 8. When the pH is less than 4, silicic acid is likely to condense, and the filterability tends to decrease. On the other hand, when the pH exceeds 10, it easily changes to an iron compound other than Schwertmanite.

前記のように、第1の工程終了後、ケイ酸を加える前にpHを高くすることが好ましいが、スラリーをろ過したり、スラリーの撹拌を止めて生成物を沈降させ、デカンテーションにより上澄みを除去しても、ケイ酸のゲル化を抑制することができる。この操作の後で水を加え、流動性を付与するのが好ましいが、その際は第1工程と同様に、固形分濃度で45質量%以下、好ましくは40質量%以下にするとよい。固形分濃度が40質量%以下では液状となり容易に撹拌できるが、40〜45質量%ではクリーム状となり撹拌が困難となる。45質量%を超えるとスラリー粘度が著しく上昇し、ほとんど流動性がなくなるため好ましくない。   As described above, it is preferable to raise the pH after the completion of the first step and before adding silicic acid, but the slurry is filtered or the slurry is stopped and the product is allowed to settle, and the supernatant is removed by decantation. Even if it is removed, gelation of silicic acid can be suppressed. It is preferable to add water after this operation to impart fluidity. In this case, as in the first step, the solid concentration is 45% by mass or less, preferably 40% by mass or less. If the solid content concentration is 40% by mass or less, it becomes liquid and can be easily stirred, but if it is 40 to 45% by mass, it becomes creamy and stirring becomes difficult. When it exceeds 45% by mass, the viscosity of the slurry is significantly increased, and it is not preferable because the fluidity is almost lost.

これらの操作は、pHが低い余分な液の多くを除去することで、第2工程でのpH調整剤の添加量を少なくすることや、pH調整剤を加えなくても、ケイ酸ナトリウムなどのケイ酸塩自体がアルカリ性であるためスラリーのpHが直ちに上昇し、添加直後にケイ酸塩が低いpHに曝される時間を減らす目的で実施するものであるので、余分な水分を完全に除去する必要は無い。余分な水分を完全に除去してもよいが、次の工程のために再分散する時に塊を生じて再分散させにくくなることがある。   These operations remove much of the excess liquid with a low pH, thereby reducing the amount of the pH adjusting agent added in the second step, and without adding a pH adjusting agent, such as sodium silicate. Since the silicate itself is alkaline, the pH of the slurry immediately rises, and the purpose is to reduce the time that the silicate is exposed to a low pH immediately after the addition, so that excess water is completely removed. There is no need. Excess water may be removed completely, but when redispersed for the next step, lumps may be formed, making it difficult to redisperse.

シュベルトマナイトを安定化させるのに用いるケイ酸イオン源としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどの塩が好ましく利用できる。ケイ酸ナトリウム(別名ケイ酸ソーダ、水ガラス)は、[Na2O・nSiO2・mH2O]の式で表され、工業的にはn=0.5〜4のものが製造されており、粉末などの固体や水溶液として流通している。ケイ酸カリウムも同様である。これらは特に制限なく使用できる。 As a silicate ion source used to stabilize Schwertmannite, salts such as sodium silicate and potassium silicate can be preferably used. Sodium silicate (also known as sodium silicate, water glass) is represented by the formula [Na 2 O · nSiO 2 · mH 2 O], and n = 0.5 to 4 are industrially manufactured. It is distributed as solids such as powder and aqueous solutions. The same applies to potassium silicate. These can be used without particular limitation.

シュベルトマナイトにケイ酸イオンを収着させる工程は、シュベルトマナイトが生成し析出した分散液にケイ酸塩またはその水溶液を加えて撹拌するものである。前記のように、本工程においては、ケイ酸塩を加える前にスラリーのpHを4〜10に調整するとよい。ケイ酸を収着させた後、ろ過や遠心分離等の方法で固液分離を行い、必要に応じて数回水洗し、最後に乾燥することで安定化シュベルトマナイトを得ることができる。
その際、ケイ酸を添加する前にpHを4〜10に調整して得られたものはろ過性が良好となり生産性の面で好ましい。また、ケイ酸を添加する前にpHを調整しない場合は、硫酸イオンとケイ酸イオンのイオン交換反応によらずに収着されるケイ酸イオンが多くなり、これによってろ過性が悪化し、得られるケイ酸処理シュベルトマナイトもケイ酸収着量が多く、従来の方法とは少し異なるものができるが、亜ヒ酸イオン等を吸着し、かつ一般的なシュベルトマナイトと比べて安定性が高いものを得ることができる。
ケイ酸の収着は室温でも容易に進行する為、特に加熱等の必要はない。室温で数時間から1日撹拌すれば、ケイ酸の収着はほぼ終了する。
In the step of sorbing silicate ions in Schwertmannite, a silicate or an aqueous solution thereof is added to a dispersion in which Schwertmannite is formed and precipitated, and stirring is performed. As described above, in this step, the pH of the slurry may be adjusted to 4 to 10 before adding the silicate. After sorbing silicic acid, solid-liquid separation is performed by a method such as filtration or centrifugation, washed with water several times if necessary, and finally dried to obtain a stabilized Schwermannite.
In that case, what is obtained by adjusting pH to 4-10 before adding a silicic acid is favorable in terms of productivity, since filterability becomes good. In addition, if the pH is not adjusted before the addition of silicic acid, the amount of silicate ions sorbed without the ion exchange reaction between sulfate ions and silicate ions increases, which deteriorates the filterability. Although the treated silica gel scherutmanite also has a large amount of silicified silica and can be slightly different from the conventional method, it adsorbs arsenite etc. and is more stable than general schwert mannite. You can get something expensive.
Since sorption of silicic acid proceeds easily even at room temperature, there is no need for heating. Stirring at room temperature for several hours to a day almost completes the sorption of silica.

本工程において、シュベルトマナイトとケイ酸のモル比はケイ酸収着量をコントロールするために重要である。特許文献1では、ケイ酸イオン濃度(SiO2換算)で0.2〜1.0mMの水溶液1リットルに対し、シュベルトマナイト1g(0.895mmol)の割合で加えて24時間振とうしてケイ酸イオンを収着させている。その結果、ケイ酸イオン濃度0.6mM以上ではケイ酸イオンの最大収着量が約0.4mmol/gとなって飽和したことが記載されている。この場合、使用したケイ酸イオンは、シュベルトマナイトに対しモル比で0.22〜1.11倍である。なお、特許文献1において、シュベルトマナイトの化学式を前出のFe88OH82x(SO4)x〔1≦x≦1.75〕に対し、x=1.75とし結晶水を16.5個含む式量1116.705と仮定して計算している。 In this step, the molar ratio of Schwertmannite to silicic acid is important for controlling the amount of silicic acid sorption. In Patent Document 1, 1 liter (0.895 mmol) of Schwermanite is added to 1 liter of an aqueous solution having a silicate ion concentration (SiO 2 conversion) of 0.2 to 1.0 mM, and shaken for 24 hours. Acid ions are sorbed. As a result, it is described that when the silicate concentration is 0.6 mM or more, the maximum sorbed amount of silicate ions is about 0.4 mmol / g and saturated. In this case, the silicate ion used is 0.22 to 1.11 times in molar ratio with respect to Schwertmannite. Incidentally, in Patent Document 1, schwertmannite the chemical formulas supra Fe 8 O 8 OH 8 - to 2x (SO 4) x [1 ≦ x ≦ 1.75], the crystal water and x = 1.75 It is calculated on the assumption that the formula quantity is 1116.705 including 16.5.

これに対し、本発明者は、ケイ酸イオンをシュベルトマナイトに対し、モル比で1.5倍以上とすると、ケイ酸収着量が0.4mmol/gを超えて増加することを見出し、更に、シュベルトマナイトに対し、収着されるケイ酸イオンが0.5〜2.5mmol/gとなるようにケイ酸イオンの添加倍数を調整すると、高温高湿条件に対する安定性が著しく向上することを見出した。   On the other hand, the present inventors have found that when the silicate ion is 1.5 times or more in molar ratio with respect to Schwertmannite, the sorption amount of silicic acid exceeds 0.4 mmol / g, Furthermore, when the addition rate of silicate ions is adjusted so that the sorbed silicate ions are 0.5 to 2.5 mmol / g, the stability to high temperature and high humidity conditions is remarkably improved. I found out.

特許文献1では、合成後一旦単離乾燥したシュベルトマナイトをケイ酸塩水溶液に加えて撹拌することで、ケイ酸を収着させる。このため、用いるシュベルトマナイトのモル数は使用した重量を前記化学式の式量で除して求めることができるので、加えるケイ酸塩のシュベルトマナイトに対する添加倍数も前記シュベルトマナイトのモル数を基に計算することができる。また、ケイ酸収着量はシュベルトマナイトを加える前のケイ酸塩水溶液およびケイ酸収着操作終了後シュベルトマナイトをろ過した後のろ液中のケイ素濃度を調べることで、求めることができる。   In Patent Document 1, schwertmannite once isolated and dried after synthesis is added to an aqueous silicate solution and stirred to sorb silicic acid. For this reason, the number of moles of schbertmannite used can be determined by dividing the weight used by the formula amount of the chemical formula. It can be calculated on the basis. Further, the sorption amount of silicic acid can be obtained by examining the silicon concentration in the filtrate after filtering the schwertmannite after completion of the silicate sorption operation and the silicate sorption operation before adding the schbertmanite. .

一方、本発明の方法では、合成によりシュベルトマナイトが析出してできたスラリーにケイ酸塩を添加するため、収着工程前後のケイ酸濃度を比較することができない。このため、得られた安定化シュベルトマナイトのケイ酸収着量および硫酸脱着量は、蛍光X線分析により鉄、ケイ素、硫黄の各元素の含有率を求めることで調べた。なお、各種の元素分析によっても同様に調べることができる。従来の方法で合成し、ケイ酸を収着したシュベルトマナイトについて、収着処理操作前後のケイ酸水溶液のケイ素濃度から求めたケイ酸収着量と蛍光X線分析で求めたケイ酸収着量を調べたところ、ほぼ一致することを確認した。   On the other hand, in the method of the present invention, silicate is added to a slurry formed by synthesizing Schwertmannite, so that the silicic acid concentrations before and after the sorption process cannot be compared. For this reason, the silicic acid sorption amount and the sulfuric acid desorption amount of the obtained stabilized Schbertmanite were examined by determining the content of each element of iron, silicon, and sulfur by fluorescent X-ray analysis. In addition, it can investigate similarly by various elemental analysis. For schwertmannite synthesized by a conventional method and sorbed with silicic acid, the amount of silicic acid sorbed from the silicon concentration of the aqueous silicic acid solution before and after the sorption treatment operation and silicic acid sorption determined by fluorescent X-ray analysis When the amount was examined, it was confirmed that they were almost the same.

シュベルトマナイトをケイ酸で処理する際は、前記のようにシュベルトマナイトに対するケイ酸の添加倍数が重要であるが、本発明の方法ではケイ酸を添加する前の段階でシュベルトマナイトの生成量を正確に測定することができない。シュベルトマナイトの生成反応は鉄イオンに対して硫酸イオンが十分に存在していれば、ほぼ定量的に進行することから、本発明におけるケイ酸の添加倍数を決める際は、合成に用いる鉄原子8モル分をシュベルトマナイト1モルと仮定し、これに対する倍数とした。   When treating Schwertmannite with silicic acid, the addition ratio of silicic acid to Schwertmannite is important as described above, but in the method of the present invention, the formation of Schwertmannite at a stage before adding silicic acid. The quantity can not be measured accurately. Since the formation reaction of schwertmannite proceeds almost quantitatively if sulfate ions are sufficiently present relative to iron ions, the iron atom used in the synthesis is used when determining the addition multiple of silicic acid in the present invention. An 8 mole fraction is assumed to be 1 mole of Schwartermanite, which is a multiple of it.

本発明の方法では、前記のようにシュベルトマナイト生成に用いる鉄のモル数の8倍をシュベルトマナイト1モルと仮定し、その何倍のケイ酸を添加するかを計算して使用する。本発明者がケイ酸収着後のシュベルトマナイトを蛍光X線で分析し、ケイ酸の添加倍数に対するケイ酸収着量をプロットしたところ、ほぼ直線関係にあることが判った。更に、以下に述べるように、ケイ酸を添加する前のスラリーのpHを変えてもpHに関係なくほぼ一本の直線上にプロットされることが判った。すなわち、ケイ酸収着量はケイ酸を添加する前のpHに関係なく、鉄に対するケイ酸の添加量でコントロールすることが可能であることが判った。   In the method of the present invention, it is assumed that 8 times the number of moles of iron used for the production of schwertmannite is 1 mol of schwertmannite, and how many times the amount of silicic acid is added is used. The inventor analyzed the schwertmannite after sorption of silicic acid with fluorescent X-rays and plotted the amount of silicic acid sorbed against the addition multiple of silicic acid. Furthermore, as described below, it was found that even if the pH of the slurry before addition of silicic acid was changed, it was plotted on almost a straight line regardless of the pH. That is, it was found that the sorption amount of silicic acid can be controlled by the amount of silicic acid added to iron regardless of the pH before silicic acid is added.

本発明において、ケイ酸の好ましい添加比率は、シュベルトマナイト合成に用いた鉄イオン8モルすなわちシュベルトマナイト1モルに対して、0.4〜10
モル倍の比率である。更に詳しくは、スラリーのpHを調整せずpHが2〜3程度の場合、1.5〜10倍、スラリーのpHが約4の場合、1〜10倍、スラリーのpHが6以上の場合0.4〜10倍である。pHを高くするほど添加したケイ酸の利用率が高くなるため、少ないケイ酸添加量でも必要なケイ酸収着量となる。その結果、適切なケイ酸添加量を選択することで廃水中に残るケイ酸が減少するので、スラリーのpHを高めにすることは廃水処理面でも好ましい。ケイ酸の添加倍数が0.4未満でも未処理のシュベルトマナイトに比べれば安定性は向上するが、実用的には不十分となりやすい。一方、ケイ酸添加倍数が多いとケイ酸が無駄になるばかりか、廃水中のケイ酸含有量が高くなり廃水処理費用の面で好ましくない。
In the present invention, the preferable addition ratio of silicic acid is 0.4 to 10 moles of 8 moles of iron ions used in the synthesis of Schwertmannite, that is, 1 mole of Schwertmannite.
It is a molar ratio. More specifically, without adjusting the pH of the slurry, 1.5 to 10 when the pH is about 2 to 3, 1 to 10 when the pH of the slurry is about 4, 0 when the pH of the slurry is 6 or more 4 to 10 times. The higher the pH, the higher the utilization rate of the added silicic acid, so even with a small amount of silicic acid added, the necessary sorbed amount of silicic acid can be obtained. As a result, since the amount of silicic acid remaining in the waste water is reduced by selecting an appropriate amount of silicic acid added, it is preferable from the viewpoint of waste water treatment to increase the pH of the slurry. Even if the addition ratio of silicic acid is less than 0.4, the stability is improved as compared with untreated Schwertmanite, but it tends to be insufficient in practical use. On the other hand, if the addition ratio of silicic acid is high, not only the silicic acid is wasted, but the content of silicic acid in the waste water becomes high, which is not preferable in terms of waste water treatment cost.

特許文献1によれば、シュベルトマナイトの構造内に含まれる硫酸イオンの一部をケイ酸イオンと置換することで、湿熱条件に対する安定性が増すため、ケイ酸収着工程においてシュベルトマナイトから脱着される硫酸イオンの量はケイ酸イオンとのイオン交換量を示す指標として重要である。硫酸イオン脱着量は、まず同一ロットの原料を用いて合成した、ケイ酸を収着させていないシュベルトマナイト中の硫黄含有量を蛍光X線で分析し、硫黄が全て硫酸イオンであると仮定し、下記シュベルトマナイトの化学式中のxの値を求め、次いでケイ酸収着工程を経たシュベルトマナイト中の硫黄の数を同様にして求めて差し引き、シュベルトマナイト1gあたりの硫酸脱着量(単位mmol/g)として求めた。
化学式:Fe88OH82x(SO4)x〔1≦x≦1.75〕
According to Patent Document 1, by replacing part of the sulfate ions contained in the structure of Schwartermanite with silicate ions, the stability against wet heat conditions is increased. The amount of sulfate ions to be desorbed is important as an indicator of the amount of ion exchange with silicate ions. The amount of sulfate ions desorbed was analyzed by X-ray fluorescence analysis of the sulfur content in Schwertmannite that was synthesized using the same lot of raw material and was not sorbed with silicic acid, and all sulfur was assumed to be sulfate ions. Then, the value of x in the chemical formula of the following Schwbertmannite is obtained, and then the number of sulfur in the Schwertmannite that has undergone the silicic acid sorption step is similarly obtained and subtracted, and the amount of sulfuric acid desorbed per 1 g of Schwertmannite ( The unit was determined as mmol / g).
Chemical formula: Fe 8 O 8 OH 8 -2x (SO 4 ) x [1 ≦ x ≦ 1.75]

本発明の方法で得られたケイ酸収着シュベルトマナイトを蛍光X線で分析した結果、原料として用いた鉄すなわちシュベルトマナイトに対するケイ酸の添加量が多いほど硫酸イオンの脱着量が増加する傾向が見られた。さらに、ケイ酸を添加する前のスラリーのpHが高いほど硫酸イオンが脱着しやすいことが判った。硫酸イオンが脱着した場合は、ケイ酸イオンとイオン交換されると考えられるが、前記のようにケイ酸イオンの全収着量はpH依存性がなかった。
これらのことから、ケイ酸イオンは硫酸イオンと置換されるだけでなく、シュベルトマナイト周囲にも収着されると考えられる。イオン交換により導入されるケイ酸イオンと周囲に収着するケイ酸イオンの比率はケイ酸塩添加前に調整するシュベルトマナイト分散液のpHによって変化するようであるが、前記の通り意外にもその総量はpHに影響されなかった。
すなわち、本発明の方法では、鉄に対するケイ酸の添加量とケイ酸添加前のスラリーのpHを調整することで、ケイ酸イオン収着量と硫酸イオン脱着量を任意に調整することが可能である。
As a result of analyzing the silica sorbed schwert mannite obtained by the method of the present invention by fluorescence X-ray, the amount of desorbed sulfate ion increases as the added amount of silicic acid to iron used as the raw material, that is, schertzermanite is increased A trend was seen. Furthermore, it was found that the higher the pH of the slurry before the addition of silicic acid, the easier the sulfate ion was desorbed. When the sulfate ion is desorbed, it is considered to be ion-exchanged with the silicate ion, but as described above, the total sorbed amount of the silicate ion was not pH-dependent.
From these facts, it is thought that not only is the silicate ion substituted for the sulfate ion, but it is also sorbed around Schwertmannite. The ratio between the silicate ions introduced by ion exchange and the silicate ions adsorbed to the surroundings seems to change depending on the pH of the Schwermanite dispersion adjusted before adding the silicate, but surprisingly as described above. The total amount was not affected by pH.
That is, in the method of the present invention, it is possible to arbitrarily adjust the silicate ion sorption amount and the sulfate ion desorption amount by adjusting the addition amount of silicic acid to iron and the pH of the slurry before addition of silicic acid. is there.

本発明の方法で得られるケイ酸処理シュベルトマナイト中の好ましいケイ酸収着量は、シュベルトマナイト1モルあたり、すなわち鉄原子8モルあたり、0.4〜3.0モルである。この値は蛍光X線分析等の元素分析手段で求められる、鉄とケイ素の重量比をそれぞれの原子量で除して得られるモル比をシュベルトマナイト1モルに換算して求めることができる。
シュベルトマナイト1モルあたりのケイ酸収着量が0.4モルより少ないと、安定性向上効果が得られない場合がある。一方、ケイ酸収着量が3.0モルより多いと、ヒ酸イオンが収着されにくくなるだけでなく、高温高湿環境下に放置された場合における亜ヒ酸イオン収着性が損なわれることがある。
The preferable amount of silicic acid sorbed in the silicic acid-treated Schwartmanite obtained by the method of the present invention is 0.4 to 3.0 moles per mole of Schwertmannite, that is, per 8 moles of iron atoms. This value can be obtained by converting the molar ratio obtained by dividing the weight ratio of iron and silicon by the respective atomic weights, obtained by elemental analysis means such as fluorescent X-ray analysis, to 1 mol of Schwermanite.
If the amount of silicic acid adsorbed per mole of Schwertmannite is less than 0.4 moles, the effect of improving the stability may not be obtained. On the other hand, when the silicic acid sorption amount is more than 3.0 mol, not only arsenic ions are hardly absorbed, but also the arsenite ion sorption property when left in a high temperature and high humidity environment is impaired. Sometimes.

さらに、シュベルトマナイトに高い安定性を付与しながらヒ酸、亜ヒ酸両イオンに対して良好な収着性能を得るためには、シュベルトマナイト1モルあたり、すなわち鉄原子8モルあたり、硫黄のモル比が1.3以下の範囲が好ましい。ケイ酸処理シュベルトマナイト中の硫黄は全て硫酸イオンとして存在していると考えられるので、硫黄のモル比は当然硫酸のモル比と考えてよい。硫黄のモル比が1.3を超えると湿熱環境下における安定性向上効果が少ししか得られないため十分な効果を得るためには、1.3以下にするのが好ましい。   Furthermore, in order to obtain good sorption performance with respect to both arsenic acid and arsenite ions while imparting high stability to Schwertmannite, sulfur per mole of Schwertmannite, that is, per 8 moles of iron atoms. The molar ratio of is preferably 1.3 or less. Since it is considered that all sulfur in the silicic acid-treated Schwertmannite is present as sulfate ions, the molar ratio of sulfur may naturally be considered as the molar ratio of sulfuric acid. When the molar ratio of sulfur exceeds 1.3, only a little effect of improving the stability in a moist heat environment can be obtained. In order to obtain a sufficient effect, it is preferable to set it to 1.3 or less.

ヒ素は数通りの価数を取ることができるが、水質や土壌汚染で問題になるものは、主に三価で亜ヒ酸イオンを形成している場合と、五価でヒ酸イオンを形成している場合の2種類である。これらは、嫌気性条件では亜ヒ酸になりやすく、好気性条件ではヒ酸イオンになりやすい。このように酸素濃度や細菌などにより価数が変化しやすいため、多くの場合、三価と五価は共存しており、環境の変化によってその割合も変化する。このため、ヒ素収着剤も必要に応じて両イオンに対応する必要がある。また、場合によっては酸化雰囲気や還元雰囲気中で、いずれか一方の価数がほとんどであることもある。   Arsenic can take several valences, but what causes problems with water quality and soil contamination is mainly trivalent arsenite ions and pentavalent arsenate ions. There are two types of cases. These are likely to become arsenite under anaerobic conditions and arsenate ions under aerobic conditions. In this way, since the valence is likely to change due to oxygen concentration, bacteria, etc., trivalent and pentavalent coexist in many cases, and the ratio also changes due to environmental changes. For this reason, the arsenic sorbent also needs to correspond to both ions as needed. In some cases, one of the valences may be almost in an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere.

前記のケイ酸を収着させる工程を経たシュベルトマナイトスラリーは、ろ過、遠心分離、デカンテーション等の固液分離操作を行い、好ましくは水洗を行ってから、乾燥して使用するか、水に分散させたスラリーとして使用することができる。シュベルトマナイトは水の存在下において、結晶形態が変化してヒ素収着性能が劣るゲータイトになりやすく、温度が高いほどその傾向が顕著になるが、ケイ酸を収着して安定化されているため、スラリーとしても使用可能時間が長くなり、扱いやすい。   The schwertmannite slurry that has undergone the above-described sorption process of silicic acid is subjected to solid-liquid separation operations such as filtration, centrifugation, decantation, etc., preferably washed with water, and then used after drying or in water. It can be used as a dispersed slurry. In the presence of water, Schwertmannite is likely to become goethite with poor arsenic sorption performance due to a change in crystal form, and the tendency becomes more pronounced at higher temperatures, but it is stabilized by sorbing silicic acid. Therefore, the usable time of the slurry is long and easy to handle.

本発明の方法で得られる安定化シュベルトマナイトを有害金属等の収着剤や不溶化剤として使用する際の対象となる有害物質としては、フッ化物イオン、亜ヒ酸イオン、ヒ酸イオン、セレン酸イオン、亜セレン酸イオン、クロム酸イオン、二クロム酸イオンなどシュベルトマナイトに収着されることが判明しているものや、ヨウ素酸イオン、塩素酸イオン、臭素酸イオンなどが挙げられるが、これらに限定されない。
これらの中でも、ヒ素、セレン、フッ素、クロムおよびヨウ素のいずれかの元素を含む陰イオン性有害物質の収着除去または不溶化する方法に適している。
The harmful substances to be targeted when using the stabilized Schwertomanite obtained by the method of the present invention as a sorbent or insolubilizing agent for harmful metals include fluoride ion, arsenous acid ion, arsenate ion, selenium Acid ions, selenite ions, chromate ions, dichromate ions, and the like that have been found to be sorbed by Schwertmannite, and iodate ions, chlorate ions, bromate ions, etc. However, it is not limited to these.
Among these, it is suitable for a method for sorption removal or insolubilization of an anionic harmful substance containing any element of arsenic, selenium, fluorine, chromium and iodine.

本発明の安定化されたシュベルトマナイトは、産業廃水、地下水、温泉水などの有害物質を含有する汚染水からの有害物質の収着除去剤、汚染土壌、土木工事などで発生する掘削土、掘削ズリ、焼却灰、産業廃棄物等の有害物質の収着剤、不溶化剤などに使用可能である。通常、汚染土壌等は水分を含んでいるが、本発明で得られた安定化シュベルトマナイトは、湿熱条件に対して安定性が向上しているため、汚染水に使用する場合は安定化していないシュベルトマナイトに比べてより長期間使用することができ、また、汚染土壌等の対象物に混ぜた状態で長期間収着性能を維持することができる。
汚染水からの有害物質の収着除去剤として使用する場合、公知の方法を適用することができる。例えば、ろ過塔などに本願発明の安定化されたシュベルトマナイトを充填し、有害物質を含む廃水をろ過塔に供給して、有害物質を収着する方法など挙げられる。また、汚染水に本願発明の安定化されたシュベルトマナイトを加えて撹拌し、固液分離する方法を使用することもでき、必要に応じて凝集剤を併用してもよい。
The stabilized Schbertmanite of the present invention is a sorbent removal agent for harmful substances from contaminated water containing harmful substances such as industrial wastewater, groundwater, hot spring water, contaminated soil, excavated soil generated in civil engineering, It can be used as a sorbent for intoxicating substances such as drilling waste, incineration ash, industrial waste and so on, and insolubilizer. Contaminated soil etc. usually contain water, but the stabilized Schwertomanite obtained in the present invention is stabilized when used in contaminated water because its stability is improved under moist heat conditions. It can be used for a long time as compared with no Schwartmanite, and can maintain its sorption performance for a long time while being mixed with an object such as a contaminated soil.
When using it as the sorption removal agent of the harmful | toxic substance from a contaminated water, a well-known method can be applied. For example, the stabilized Schwertmanite of the present invention may be packed in a filtration tower and the like, and waste water containing harmful substances may be supplied to the filtration tower to sorb harmful substances. Further, a method of adding the stabilized schwertmannite of the present invention to the contaminated water, stirring and solid-liquid separation can be used, and a flocculant may be used in combination as necessary.

また、汚染土壌などに含まれる有害物質の不溶化剤として使用する場合、公知の方法を適用することができる。
例えば、汚染土壌と本願発明の安定化されたシュベルトマナイトとの混合は、地盤改良工事に用いられる混合機を用いて行なうことができ、汚染土壌を原位置で改良する機械と、地上で改良する機械のいずれも使用できる。いずれの場合も、本願発明の安定化されたシュベルトマナイトは固形物の状態、あるいは水を添加したスラリー状態で、汚染土壌と混合することができる。また、汚染土壌の下に敷き詰めて、汚染物質が周辺へ拡散しないようにする、吸着層工法などの吸着層に使用することもできる。
Moreover, when using as an insolubilizing agent of the harmful | toxic substance contained in contaminated soil etc., a well-known method is applicable.
For example, mixing of contaminated soil and the stabilized Schbertmanite of the present invention can be carried out using a mixer used for ground improvement work, and a machine for improving contaminated soil in situ and improvement on the ground. Any machine can be used. In any case, the stabilized Schwertmannite of the present invention can be mixed with the contaminated soil in the form of a solid or in the form of a slurry to which water is added. In addition, it can be used as an adsorption layer such as an adsorption layer method, which is spread under the contaminated soil to prevent the diffusion of the pollutant to the surroundings.

以下、参考例、実施例および比較例によって本発明をさらに具体的に説明する。
<参考例>ケイ酸を含まないシュベルトマナイト
2Lの4つ口フラスコに硝酸鉄(III)九水和物93.7g(0.23mol
)と硫酸ナトリウム28.4g(0.20mol)を量りとり、全体が800mlになるまで水を加え、攪拌機、温度計および冷却水を通したジムロートを取りつけた。これを温水浴にセットして加熱しながらフラスコ内を撹拌して均一に溶解させ、この水溶液を約60℃に保持した。このときpHは1.2であった。撹拌と保温を続けながら、炭酸ナトリウムを少量ずつ加え、水溶液のpHが2.7になったところで、炭酸ナトリウムの添加を止めた。炭酸ナトリウム添加量は15.4gであった。この時点で液は黄褐色で不透明なスラリー状となっていた。撹拌と保温を15分間続けてから、水浴の加熱を止め、水浴の温水を水に入れ替えて室温付近まで冷却した。
続いて、生成物が分散した反応混合物をろ紙をセットしたブフナー漏斗を使ってろ過した。余分なイオン等を除去するために、得られた固形分に1Lの水を加えて撹拌し、再度ろ過する工程を3回繰り返して行った後、シャーレに取り出し、50℃で一晩真空乾燥した。なお、表1において水洗工程数とは、前記水洗とろ過を3回繰り返した工程を1回として数えた。得られた黄褐色の乾燥固体の収量は25.1gであった。これを乳鉢ですりつぶして粉末としたものを収着試験等に用いた。この粉末を粉末X線回折で分析したところ、図3に示した典型的なシュベルトマナイトの回折パターンが得られ、シュベルトマナイトが得られたことを確認した。
また、この粉末を蛍光X線で分析し、X線強度比から求めた、鉄:ケイ素:硫黄の質量比率は46.3:0.00:5.33であった。この数値をそれぞれの原子量で除して各原子のモル数を求め、鉄を8.0として各原子のモル比に換算したところ、鉄:ケイ素:硫黄=8.0:0.0:1.6であった。したがって、この合成で得られたシュベルトマナイトは、化学式(1)におけるxの値が1.60である。
Fe88OH8-2x(SO4)x〔1≦x≦1.75〕 (1)
このシュベルトマナイトを50℃、相対湿度98%の恒温恒湿器に放置し、ヒ素収着特性の推移を調べた結果を表3にまとめた。これによれば、湿熱放置後の亜ヒ酸収着性能は1週間程度で半減して、極めて不安定であることが判った。また、湿熱放置1週間後の粉末X線回折パターンを図6に示した。この回折パターンはゲータイトのパターンであり、他の例と比べて著しく不安定であることが判った。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference examples, examples and comparative examples.
<Reference example> Schertomanite not containing silica 93.7 g (0.23 mol) of iron nitrate (III) nonahydrate in a 2 L four-necked flask
) And 28.4 g (0.20 mol) of sodium sulfate were added, water was added to a total volume of 800 ml, and a stirrer, a thermometer and a Dimroth through cooling water were attached. The solution was set in a hot water bath, and while heating, the inside of the flask was stirred to dissolve uniformly, and the aqueous solution was maintained at about 60 ° C. At this time, the pH was 1.2. While stirring and keeping warm, sodium carbonate was added little by little, and when the pH of the aqueous solution reached 2.7, the addition of sodium carbonate was stopped. The amount of sodium carbonate added was 15.4 g. At this point, the liquid was a yellowish brown and opaque slurry. Stirring and warming were continued for 15 minutes, after which the heating of the water bath was stopped and the hot water of the water bath was replaced with water to cool to about room temperature.
Subsequently, the reaction mixture in which the product was dispersed was filtered using a Buchner funnel set with filter paper. 1 L of water was added to the obtained solid content to remove excess ions and the like, and after repeating the process of repeating filtration three times, it was taken out to a petri dish and vacuum dried overnight at 50 ° C. . In Table 1, the number of washing steps was counted as one step where the washing and filtration were repeated three times. The yield of the obtained yellow-brown dry solid was 25.1 g. This was ground in a mortar and used as a powder for sorption tests. When this powder was analyzed by powder X-ray diffraction, a typical Schwartermanite diffraction pattern shown in FIG. 3 was obtained, and it was confirmed that Schwartermanite was obtained.
Further, this powder was analyzed by fluorescent X-ray, and the mass ratio of iron: silicon: sulfur was 46.3: 0.00: 5.33 obtained from the X-ray intensity ratio. When this number is divided by each atomic weight to obtain the number of moles of each atom, and iron is converted to 8.0, the molar ratio of each atom is converted to iron: silicon: sulfur = 8.0: 0.0: 1. It was six. Therefore, the value of x in chemical formula (1) is 1.60 in the Schbertmanite obtained by this synthesis.
Fe 8 O 8 OH 8-2x (SO 4 ) x [1 ≦ x ≦ 1.75] (1)
The Schwartermanite was allowed to stand in a constant temperature and humidity chamber at 50 ° C. and a relative humidity of 98%, and the transition of the arsenic sorption characteristics was examined. The results are summarized in Table 3. According to this, it was found that the arsenous acid sorption performance after being left moist and heat was halved in about one week and extremely unstable. Moreover, the powder X-ray-diffraction pattern 1 week after moist heat leaving was shown in FIG. This diffraction pattern was a goethite pattern and was found to be significantly unstable compared to the other examples.

<実施例1>
2Lの4つ口フラスコに硝酸鉄(III)九水和物93.7g(0.23mol
)と硫酸ナトリウム28.4g(0.20mol)を量りとり、全体が800mlになるまで水を加え、攪拌機、温度計、および冷却水を通したジムロートを取りつけた。これを温水浴にセットして加熱しながらフラスコ内を撹拌して均一に溶解させ、この水溶液を約60℃に保持した。このときpHは1.2であった。撹拌と保温を続けながら、炭酸ナトリウムを少量ずつ加え、水溶液のpHが2.7になったところで、炭酸ナトリウムの添加を止めた。炭酸ナトリウム添加量は15.4gであった。撹拌と保温を15分間続けてから、水浴の加熱を止め、水浴の温水を水に入れ替えて室温付近まで冷却した。次に、このスラリー状混合液にケイ酸ナトリウム源としてJIS K1408において3号に規定されたケイ酸ナトリウム水溶液(愛知珪曹工業(株)製、珪酸ソーダ3号、SiO2換算で29%含有)をシュベルトマナイトのモル数の3倍、すなわち硝酸鉄のモル数の1/8に対して3倍に相当する18.0gを加えて室温のまま20時間撹拌した。
その後、生成物が分散した反応混合物を、ろ紙をセットしたブフナー漏斗を使ってろ過し、余分なイオン等を除去するために、得られた固形分に1Lの水を加えて撹拌し、ろ過する工程を3回繰り返して行い、ろ紙上の固形分を50℃で一晩真空乾燥した。このときのろ過は、参考例と比べてやや遅く、ろ過し難かった。
得られた黄褐色の乾燥固体は31.4gであった。これを乳鉢ですりつぶして粉末として収着試験等に用いた。この粉末を粉末X線回折で分析したところ、図4に示した回折パターンが得られ、シュベルトマナイトが得られたことを確認した。この回折パターンの内、2θ=26°付近のブロードなピークが図3と比較してやや大きく、ピークの位置と使用した原料からシリカゲルが生成したと推察された。ろ過性の低下はこのシリカゲルの膨潤によるものと思われる。この粉末を蛍光X線で分析し、参考例と同様に鉄を8とした場合の、鉄、ケイ素、硫黄各原子のモル比率を求めたところ、鉄:ケイ素:硫黄=8.00:2.43:1.15であった。参考例で得たシュベルトマナイトは、鉄:ケイ素:硫黄=8.0:0.0:1.6であったので、シュベルトマナイト1モルあたり硫黄のモル比率の差で計算される硫酸イオン0.45モルが脱着され、ケイ酸が2.43モル収着したことになる。
このケイ酸処理シュベルトマナイトを50℃、相対湿度98%の恒温恒湿器に放置し、ヒ素収着特性の推移を調べた結果を他の例と共に表3にまとめた。参考例と比べて、湿熱条件下においても亜ヒ酸収着性が低下し難いことが判った。
Example 1
93.7 g (0.23 mol) of iron nitrate (III) nonahydrate in a 2 L four-necked flask
) And 28.4 g (0.20 mol) of sodium sulfate, water was added until the whole became 800 ml, and a stirrer, thermometer, and a Dimroth through which cooling water was passed were attached. The solution was set in a hot water bath, and while heating, the inside of the flask was stirred to dissolve uniformly, and the aqueous solution was maintained at about 60 ° C. At this time, the pH was 1.2. While stirring and keeping warm, sodium carbonate was added little by little, and when the pH of the aqueous solution reached 2.7, the addition of sodium carbonate was stopped. The amount of sodium carbonate added was 15.4 g. Stirring and warming were continued for 15 minutes, after which the heating of the water bath was stopped and the hot water of the water bath was replaced with water to cool to about room temperature. Next, a sodium silicate aqueous solution prescribed in No. 3 in JIS K1408 as a sodium silicate source in this slurry-like mixed solution (manufactured by Aichi Sangyo Kogyo Co., Ltd., sodium silicate No. 3, containing 29% in terms of SiO 2 ) The mixture was stirred at room temperature for 20 hours while adding 18.0 g corresponding to 3 times the number of moles of Schwertmanite, that is, 3 times the number of moles of iron nitrate.
Thereafter, the reaction mixture in which the product is dispersed is filtered using a Buchner funnel in which filter paper is set, and in order to remove excess ions, etc., 1 L of water is added to the obtained solid content, and the mixture is stirred and filtered. The process was repeated three times and the solids on the filter were vacuum dried overnight at 50 ° C. Filtration at this time was slightly slower than the reference example and was difficult to filter.
The obtained yellow-brown dry solid was 31.4 g. The product was ground in a mortar and used as a powder in sorption tests and the like. When this powder was analyzed by powder X-ray diffraction, the diffraction pattern shown in FIG. 4 was obtained, and it was confirmed that Schwartermanite was obtained. Among the diffraction patterns, it was presumed that the broad peak near 2θ = 26 ° was slightly larger than that in FIG. 3, and silica gel was formed from the position of the peak and the used raw material. The decrease in filterability is believed to be due to the swelling of the silica gel. This powder was analyzed by fluorescent X-ray, and when the molar ratio of iron, silicon, and sulfur atoms was determined when iron was set to 8 as in the reference example, iron: silicon: sulfur = 8.00: 2. 43: 1.15. Since the Schwbertmannite obtained in the Reference Example was iron: silicon: sulfur = 8.0: 0.0: 1.6, sulfate ion calculated by the difference in the molar ratio of sulfur per mole of Schwertmannite 0.45 mol was desorbed and 2.43 mol of silicic acid was sorbed.
Table 3 shows the results of examining the transition of the arsenic sorption characteristics by leaving this silicic acid-treated Schwermannite in a constant temperature and humidity chamber at 50 ° C. and 98% relative humidity. As compared with the reference example, it was found that the arsenous acid sorbability was less likely to decrease even under moist heat conditions.

すべての実施例で、シュベルトマナイトの合成からケイ酸収着による安定化までの合成を一つの反応容器を使って連続的に実施しており、途中で取り出して洗浄乾燥を行わず、洗浄と乾燥の工程は最後に1回実施しただけである。また、途中で取り出すことがないため、反応容器を洗浄する回数が減り、再分散にかける時間もないため、比較例のような従来知られている方法に比べて、合成にかかる時間を大幅に短縮でき、かつ、廃水の量を半分以下にすることができたため、製造コストを大幅に下げられることが判った。   In all the examples, the synthesis from the synthesis of Schwertmannite to the stabilization by silicic acid sorption is carried out continuously using a single reaction vessel. The drying step was only performed one last time. In addition, since it is not taken out in the middle, the number of times of washing the reaction container is reduced, and there is no time for redispersion. Therefore, compared with a conventionally known method such as a comparative example, the time required for synthesis is greatly increased. It was found that the manufacturing cost could be greatly reduced because the amount of waste water could be reduced to half or less.

<実施例2〜4>
硝酸鉄のモル数の1/8に対し、実施例1と同じケイ酸ナトリウム水溶液をケイ酸換算で2倍添加したものを実施例2、等倍添加したものを実施例3、5倍添加したものを実施例4とし、それ以外の工程は全て実施例1と同様に行い、各種評価を行った。何れも参考例に比べてろ過性はやや良くなかった。これらの粉末X線回折パターンを測定し、2θ=26°付近のピークを比較すると、ケイ酸添加量が多いほどピークが大きかったことから、このピークはシリカゲルの回折パターンが重複していると考えられる。
代表例として実施例4の粉末X線回折パターンを図5として示す。実施例1に比べて、2θ=26°付近のピークが更に大きくなっていることが判る。また、蛍光X線測定から換算した、鉄を8とした時のケイ素、硫黄の原子のモル比を実施例1と同様に計算し、表2にまとめた。
更に前記湿熱条件に放置後、亜ヒ酸イオン収着性能の評価を行い、得られた結果を表3にまとめた。
これらの結果より、湿熱環境下において、ケイ酸処理をしていない参考例に比べて、何れも湿熱環境下放置後に高い亜ヒ酸イオン収着性が維持できることが判った。
Examples 2 to 4
The same sodium silicate aqueous solution as in Example 1 was added 2 times in terms of silicic acid to Example 2 with respect to 1/8 of the number of moles of iron nitrate. The thing was made into Example 4, all the processes other than that were performed similarly to Example 1, and various evaluation was performed. The filterability was somewhat inferior to any of the reference examples. When these powder X-ray diffraction patterns were measured and the peaks around 2θ = 26 ° were compared, the peaks were larger as the amount of silicic acid added was larger. Be
The powder X-ray-diffraction pattern of Example 4 is shown as FIG. 5 as a representative example. Compared to Example 1, it can be seen that the peak around 2θ = 26 ° is further increased. Further, the molar ratio of atoms of silicon and sulfur when iron was 8 as calculated from fluorescent X-ray measurement was calculated in the same manner as in Example 1 and summarized in Table 2.
Furthermore, after standing on the moist heat condition, evaluation of arsenous acid sorption performance was performed, and the obtained results are summarized in Table 3.
From these results, it was found that high arsenite ion sorption property can be maintained after being left in a wet heat environment as compared with the reference example in which no silicic acid treatment was performed in the wet heat environment.

<実施例5>
シュベルトマナイトが析出するまでの工程は実施例1と同様に行い、室温まで冷却する際、撹拌を止めておいたところ、生成したシュベルトマナイトが沈殿したため、デカンテーションによって上澄みを除去した。この後、除去した上澄みと同量の水を加え、再び撹拌した。このとき液のpHは3.5であった。次に、実施例4と同様に、硝酸鉄のモル数の1/8に対し、実施例1と同じケイ酸ナトリウム水溶液をケイ酸換算で5倍添加した。以降の工程は実施例1と同様に行い、ケイ酸処理シュベルトマナイトを得た。本実施例では実施例1〜4に比べてろ過性がやや改善された。また、蛍光X線測定から換算した、鉄を8とした時のケイ素、硫黄のモル比を実施例1と同様に計算し、表2にまとめた。亜ヒ酸イオン収着性能の評価を行い、得られた結果を表3にまとめた。
このように、従来の方法に比べて、簡便にケイ酸処理シュベルトマナイトを得ることができ、湿熱環境下における安定性も同様に得られることが判った。また、一旦デカンテーションにより上澄みを除去してから同量の水を加えたことで、pHが上昇し、ケイ酸がゲル化しにくくなった結果、ろ過性に改善が見られたものと考えられる。
表2において同じケイ酸ナトリウム量を使用した実施例4と比べると、ケイ酸収着量がやや減少し、硫酸脱着量が増加していることから、実施例5は実施例4に比べて、硫酸イオンとケイ酸イオンのイオン交換が起きやすく、シュベルトマナイトの構造内に取り込まれるケイ酸は増加するが、周囲に収着されるケイ酸は減少する傾向があると言える。
Example 5
The process until the precipitation of Schwertmannite was carried out in the same manner as in Example 1. When cooling to room temperature, the stirring was stopped, but the produced Schwertmannite precipitated, and the supernatant was removed by decantation. After this, the same amount of water as the removed supernatant was added and stirred again. At this time, the pH of the solution was 3.5. Next, in the same manner as in Example 4, the same sodium silicate aqueous solution as in Example 1 was added 5 times in terms of silicic acid to 1/8 of the molar number of iron nitrate. The subsequent steps were performed in the same manner as in Example 1 to obtain silicic acid-treated Schwermanite. In this example, the filterability was slightly improved as compared with Examples 1-4. Further, the molar ratio of silicon and sulfur when iron was 8 as calculated from fluorescent X-ray measurement was calculated in the same manner as in Example 1 and summarized in Table 2. The arsenite ion sorption performance was evaluated and the results obtained are summarized in Table 3.
As described above, it was found that the silicate-treated schwertmanite can be easily obtained as compared with the conventional method, and the stability under the moist heat environment can be similarly obtained. Moreover, it is thought that the filterability was improved as a result of adding the same amount of water after removing the supernatant once by decantation, thereby increasing the pH and making the silicic acid difficult to gel.
Compared to Example 4 using the same amount of sodium silicate in Table 2, the amount of silicic acid sorbed slightly decreased and the amount of sulfuric acid desorbed increased, so Example 5 compared to Example 4 It can be said that the ion exchange between sulfate ions and silicate ions occurs easily, and the amount of silicic acid taken into the structure of Schwertmannite increases, but the amount of silicic acid sorbed to the surroundings tends to decrease.

<実施例6>
シュベルトマナイトが析出するまでの工程は実施例1と同様に行い、室温まで冷却後、撹拌しながら炭酸ナトリウムを加え、pHを4.0に調整した。次に、硝酸鉄のモル数の1/8に対し、実施例1と同じケイ酸ナトリウム水溶液をケイ酸換算で2倍添加した。以降の工程は実施例1と同様に行い、ケイ酸処理シュベルトマナイトを得た。本実施例では実施例1〜4に比べてろ過性が改善され、参考例と同程度であった。また、蛍光X線測定から換算した、鉄を8とした時のケイ素、硫黄のモル比を実施例1と同様に計算し、表2にまとめた。亜ヒ酸イオン収着性能の評価を行い、得られた結果を表3にまとめた。
このように、従来の方法に比べて、簡便にケイ酸処理シュベルトマナイトを得ることができ、湿熱環境下における安定性も同様に得られることが判った。また、実施例4以降は、ケイ酸ナトリウムを添加する前にpHを上げることで、ケイ酸がゲル化しにくくなったと考えられる。また、図2からも判るように、ケイ酸塩を加える前のpHが高いほど、ケイ酸添加量に対し硫酸脱着量が増加することが判った。
一方、図1からわかるように、ケイ酸添加量に対するケイ酸総収着量はpHの影響がなく、ケイ酸添加前のpHが高いほど、収着されるケイ酸の内、シュベルトマナイトの硫酸イオンとイオン交換される割合が高くなると言える。すなわち、pHが高いほど安定化に寄与する構造内部のケイ酸が効率良く収着されると言える。加えて、ケイ酸のゲル化が原因と考えられるろ過性の低下も抑制できることから、本発明の方法ではケイ酸塩を加える前にpHを高める方法が極めて有効であると言え、特にpHを4以上にすると顕著な効果が得られることが判った。
Example 6
The steps until precipitation of schwert mannite was performed in the same manner as in Example 1. After cooling to room temperature, sodium carbonate was added while stirring to adjust the pH to 4.0. Next, the same aqueous solution of sodium silicate as in Example 1 was added twice in terms of silicic acid to 1/8 of the number of moles of iron nitrate. The subsequent steps were performed in the same manner as in Example 1 to obtain silicic acid-treated Schwermanite. In this example, the filterability was improved as compared with Examples 1 to 4, and was similar to the reference example. Further, the molar ratio of silicon and sulfur when iron was 8 as calculated from fluorescent X-ray measurement was calculated in the same manner as in Example 1 and summarized in Table 2. The arsenite ion sorption performance was evaluated and the results obtained are summarized in Table 3.
As described above, it was found that the silicate-treated schwertmanite can be easily obtained as compared with the conventional method, and the stability under the moist heat environment can be similarly obtained. Moreover, after Example 4, it is thought that silicic acid became difficult to gelate by raising pH before adding sodium silicate. Further, as can be seen from FIG. 2, it was found that the higher the pH before adding the silicate, the more the amount of desorbed sulfuric acid with respect to the added amount of silicic acid.
On the other hand, as can be seen from FIG. 1, the total sorption amount of silicic acid with respect to the addition amount of silicic acid is not affected by pH, and the higher the pH before addition of silicic acid, the more sorbed silicic acid, It can be said that the rate of ion exchange with sulfate ions increases. That is, it can be said that the higher the pH is, the more efficiently the silica inside the structure contributing to the stabilization is sorbed. In addition, since it is possible to suppress a decrease in filterability considered to be caused by the gelation of silicic acid, it can be said that the method of increasing the pH before adding the silicate is extremely effective in the method of the present invention. It has been found that a remarkable effect can be obtained by the above.

<実施例7〜16>
合成に用いた硝酸鉄のモル数の1/8、すなわちシュベルトマナイトの理論上の生成モル数に対するケイ酸ナトリウム添加量を1倍〜5倍、ケイ酸ナトリウム添加前のpH調整を4〜8とし、これらの組み合わせを表1にまとめた。これ以外は実施例1と同様にして、ケイ酸処理シュベルトマナイトを得た。これらの全てにおいて、実施例1〜4に比べてろ過性が改善され、参考例と同程度であった。また、蛍光X線測定から換算した、鉄を8とした時のケイ素、硫黄のモル比を実施例1と同様に計算し、表2にまとめた。亜ヒ酸イオン収着性能の評価を行い、得られた結果を表3にまとめた。
このように、従来の方法に比べて、簡便にケイ酸処理シュベルトマナイトを得ることができ、湿熱環境下における安定性も同様に得られることが判った。また、ケイ酸ナトリウムを添加する前にpHを上げることで、ケイ酸がゲル化しにくくなったと考えられる。
なお、ケイ酸添加前のpHを8に調整した、実施例15、16の粉末X線回折パターンは典型的なシュベルトマナイトのものであったが、粉末の色は他の実施例、比較例と比べて赤色がかっていた。3価の鉄イオンが存在する水溶液ではpHを12程度にするとゲータイトが生成することが知られており、本発明の方法においてもケイ酸により安定化させる前にpHを高くし過ぎると別の鉄化合物が生成する可能性がある。
Examples 7 to 16
The amount of sodium silicate added is 1 to 5 times the molar number of iron nitrate used in the synthesis, that is, the theoretical number of moles of Schwertmannite, and the pH adjustment before the addition of sodium silicate is 4 to 8 These combinations are summarized in Table 1. Except this, it carried out similarly to Example 1, and obtained the silicic acid processing Schwermanite. In all of these, the filterability was improved as compared with Examples 1 to 4, which was comparable to the reference example. Further, the molar ratio of silicon and sulfur when iron was 8 as calculated from fluorescent X-ray measurement was calculated in the same manner as in Example 1 and summarized in Table 2. The arsenite ion sorption performance was evaluated and the results obtained are summarized in Table 3.
As described above, it was found that the silicate-treated schwertmanite can be easily obtained as compared with the conventional method, and the stability under the moist heat environment can be similarly obtained. Moreover, it is thought that silicic acid became difficult to gelate by raising pH before adding sodium silicate.
Although the powder X-ray diffraction patterns of Examples 15 and 16 in which the pH before addition of silicic acid was adjusted to 8 were those of typical Schwertmannite, the color of the powder was different from that of other examples and comparative examples. It was reddish compared to. In an aqueous solution containing trivalent iron ions, it is known that goethite is formed when the pH is adjusted to about 12, and in the method of the present invention, if the pH is too high before stabilization with silicic acid, another iron is generated. Compounds can be formed.

<比較例1>
実施例1と同じケイ酸ナトリウム水溶液20.7gを水に溶解し全体を1Lとしたケイ酸ナトリウム濃度0.1mol/Lの水溶液を作成した。この水溶液165mlを採取し、支持電解質として、硝酸ナトリウム0.016gを加えて、水を加えて全体を1.1Lとし、撹拌溶解してSiO2換算で15mmol/Lのケイ酸処理用水溶液とした。この水溶液1Lと参考例のシュベルトマナイト5gを2Lの4つ口フラスコに量りとり、攪拌機、温度計、および冷却水を通したジムロートを取りつけ、室温で20時間撹拌した。次に内容物をろ過して固液分離した。このろ液はケイ酸収着量と硫酸脱着量を求めるために用いた。次いで、ろ紙上に捕集した固体を500mlの水に入れて撹拌後、ろ過するという洗浄工程を3回繰り返した。得られた固体を50℃で真空乾燥し、ケイ酸を収着させたシュベルトマナイトを得た。残った未使用の処理用水溶液と前記処理後のろ液をそれぞれ孔径0.45μmのメンブレンフィルターでろ過して、液中のケイ素濃度ICP発光分析で分析し、その差からケイ酸の収着量を計算したところ、用いた未処理シュベルトマナイト1gあたりのケイ酸収着量は、ケイ素として1.01mmol/gであった。また、処理後のろ液中の硫酸イオン濃度をイオンクロマトグラムで分析し、シュベルトマナイトからの硫酸イオン脱着量を計算したところ0.86mmol/gであった。これとは別に、得られたケイ酸処理シュベルトマナイトを蛍光X線で分析し、ケイ素および硫黄の分析値からケイ酸収着量と硫酸脱着量を計算したところ、ケイ酸収着量が1.01mmol/g、硫酸脱着量が0.81mmol/gとなり、処理液の分析値とほぼ一致した。得られたケイ酸処理シュベルトマナイトの亜ヒ酸イオン収着性能の評価を行い、得られた結果を表3にまとめた。これらの結果より、ケイ酸処理をしていない参考例に比べて、湿熱環境下における構造の安定性と高い亜ヒ酸イオン収着性を示すことが判った。
したがって、比較例1で得られたケイ酸処理シュベルトマナイトは、亜ヒ酸イオンに対して高い吸着性能を有し、かつ湿熱環境下でもその性能を安定して維持できると言えるが、実施例に比べて合成が複雑で廃水の発生量が多いという欠点を有している。
Comparative Example 1
An aqueous solution having a sodium silicate concentration of 0.1 mol / L was prepared by dissolving 20.7 g of the same aqueous solution of sodium silicate as in Example 1 in water to make the whole 1 L. 165 ml of this aqueous solution was collected, and 0.016 g of sodium nitrate was added as a supporting electrolyte, and water was added to make the whole into 1.1 L, stirred and dissolved to obtain a 15 mmol / L silicic acid treatment aqueous solution in terms of SiO 2 . 1 L of this aqueous solution and 5 g of Schwertmannite of Reference Example were weighed into a 2 L four-necked flask, a stirrer, a thermometer, and a Dimroth through which cooling water was passed, and stirred at room temperature for 20 hours. Next, the contents were filtered and solid-liquid separated. This filtrate was used to determine the sorption amount of silicic acid and the desorption amount of sulfuric acid. Next, the solid collected on the filter paper was put into 500 ml of water, stirred and filtered, and the washing step was repeated three times. The obtained solid was vacuum-dried at 50 ° C. to obtain Schwertmannite in which silicic acid was sorbed. The remaining unused aqueous solution for treatment and the filtrate after the treatment are filtered through a membrane filter having a pore size of 0.45 μm, and analyzed by silicon concentration ICP emission analysis in the solution. The silica adsorption amount per 1 g of untreated Schwertomanite used was 1.01 mmol / g as silicon. Further, the concentration of sulfate ion in the filtrate after treatment was analyzed by ion chromatography, and the amount of sulfate ion desorbed from schwertmannite was calculated to be 0.86 mmol / g. Separately, the obtained silicic acid-treated Schwermanite was analyzed by fluorescent X-ray, and the silicic acid sorption amount and the sulfuric acid desorption amount were calculated from the analytical values of silicon and sulfur. The amount of sulfuric acid desorption was 0.81 mmol / g, almost coincident with the analysis value of the treatment liquid. The arsenite ion sorption performance of the obtained silicate-treated schwert mannite was evaluated, and the obtained results are summarized in Table 3. From these results, it was found that the structural stability and high arsenous acid ion sorbability in a moist heat environment were exhibited as compared to the reference example not treated with silicic acid.
Therefore, it can be said that the silicic acid-treated Schwermanite obtained in Comparative Example 1 has high adsorption performance for arsenite ions and can stably maintain the performance even in a wet heat environment. However, it has the disadvantage that the synthesis is complicated and the amount of wastewater generated is large.

図1は各実施例および比較例の合成に用いたシュベルトマナイトのモル数に対するケイ酸の添加倍数を横軸とし、蛍光X線のケイ素分析値から求めたケイ酸の収着量を縦軸として各実施例および比較例の結果をプロットしたものである。この場合、比較例1では実際に用いたシュベルトマナイトの重量を式量で割って得られる値を用いたシュベルトマナイトのモル数とし、実施例では用いた硝酸鉄のモル数の1/8を用いたシュベルトマナイトのモル数とした。
実施例ではケイ酸ナトリウム添加前のpH調整値に関係なく、ケイ酸の添加倍数とケイ酸収着量が一つの直線上にプロットされることが判った。このことは、ケイ酸の収着量はpHに無関係にケイ酸の添加倍数によってコントロールできることをしめしている。実施例では、硫酸がほぼ全量脱着しても、ケイ酸収着量が増加していることや、前記粉末X線分析やろ過性から推察したように、実施例の方法では硫酸が全量脱着してもシリカゲルが生成したり、シュベルトマナイト外部にケイ酸が収着したりするなどして、ケイ酸収着量が増加するようである。
FIG. 1 shows the sorption amount of silicic acid obtained from the silicon analysis value of fluorescent X-ray, with the abscissa being the addition ratio of silicic acid with respect to the mole number of Schwartmanite used in the synthesis of each example and comparative example. The results of each Example and Comparative Example are plotted as In this case, in Comparative Example 1, the number of moles of Schwertmannite using a value obtained by dividing the weight of the actually used Schwbertmannite by the formula weight is set to 1/8 of the number of moles of iron nitrate used in the examples. The number of moles of Schwermannite using
In the examples, it was found that the addition ratio of silicic acid and the sorbed amount of silicic acid were plotted on one straight line regardless of the pH adjustment value before the addition of sodium silicate. This indicates that the sorbed amount of silicic acid can be controlled by the addition ratio of silicic acid regardless of pH. In the examples, even if the sulfuric acid was almost completely desorbed, the amount of silicic acid was increased, and as inferred from the powder X-ray analysis and filterability, the method of the example desorbed all the sulfuric acid. However, the silica sorption amount seems to increase due to the formation of silica gel and the sorption of silica to the outside of Schwartmanite.

図2は各実施例および比較例の合成に用いたシュベルトマナイトのモル数に対するケイ酸の添加倍数を横軸とし、蛍光X線の硫黄分析値から求めた硫酸イオンの脱着量を縦軸としてプロットしたものである。
図1の場合とは異なり、ケイ酸添加前のスラリーのpHによって挙動が異なる。シュベルトマナイトを析出させた後、ケイ酸塩を添加する前にpHを調整せず、すなわちpH約2.7のスラリーでは、pHを上げた他の実施例に比べて硫酸イオンの脱着が起きにくく、調整したpHが高いほど少ないケイ酸添加量でより多くの硫酸イオンが脱着されることが判る。図2で、スラリーのpHを調整せずpH約2.7の場合より、従来法である比較例1の方が硫酸イオンが脱着されやすい。これは、従来法ではシュベルトマナイトを一旦洗浄、乾燥操作を経ているために、硝酸イオンなどの酸性成分が除去されて、反応溶液のpHが実施例1〜4に比べて上がったためと思われる。また、デカンテーションにより酸性成分をある程度除去した実施例5が、従来法とpH未調整の実施例の間に入ることもそれを支持している。さらに、ケイ酸添加前のpHが4の場合は、従来法と同等よりやや硫酸イオンが脱着されやすく、pH5、6、8では明らかに従来法より脱着されやすい。pH8ではシュベルトマナイトと近いモル量のケイ酸ナトリウムの添加で、硫酸イオンのほぼ全量が脱着されることから、ケイ酸イオンがシュベルトマナイトの内部にイオン交換によって取り込まれることが優先されると考えられる。pHが低くになるにつれて硫酸イオンの脱着が起きにくくなるが、先に述べたようにケイ酸の収着はpHに依存しないことから、pHが低くなるにしたがって、硫酸イオンとのイオン交換によらず、シュベルトマナイトの外側に収着されるケイ酸イオンが増加すると考えられる。このため余分なケイ酸を減らして従来法と同様のケイ酸処理シュベルトマナイトを得るという意味では、スラリーのpHを高めに設定することが有効と思われる。
FIG. 2 shows the addition rate of silicic acid relative to the number of moles of Schwermannite used in the synthesis of each example and comparative example on the horizontal axis, and the desorption amount of sulfate ion obtained from the sulfur analysis value of fluorescent X-rays on the vertical axis. It is a plot.
Unlike the case of FIG. 1, the behavior differs depending on the pH of the slurry before addition of silicic acid. After depositing Schwertmannite, the pH is not adjusted before adding the silicate, that is, in the slurry having a pH of about 2.7, desorption of sulfate ions occurs as compared with other examples in which the pH is increased. It can be understood that the higher the adjusted pH is, the more the sulfate ion is desorbed with the smaller amount of silicic acid added. In FIG. 2, the sulfate ion is more likely to be desorbed in the conventional method of Comparative Example 1 than in the case of pH about 2.7 without adjusting the pH of the slurry. This seems to be because, in the conventional method, Schwbertmannite was once washed and dried, so that acidic components such as nitrate ions were removed, and the pH of the reaction solution was increased compared to Examples 1-4. . Also, it is supported that Example 5 in which the acidic component is removed to some extent by decantation falls in between the conventional method and the example of unadjusted pH. Furthermore, when the pH before addition of silicic acid is 4, sulfate ions are more likely to be desorbed than in the conventional method, and at pH 5, 6 and 8, it is clearly easier to desorb than the conventional method. At pH 8, the addition of sodium silicate in a molar amount close to that of Schwermannite desorbs almost the entire amount of sulfate ions, so that it is preferred that silicate ions be taken into the interior of Schwertmannite by ion exchange. Conceivable. As the pH decreases, the desorption of sulfate ions is less likely to occur, but as mentioned above, the sorption of silica does not depend on pH, so as the pH is lowered, ion exchange with sulfate ions is performed. Therefore, it is considered that silicate ions sorbed on the outer side of Schwertmannite increase. For this reason, it is considered effective to set the pH of the slurry high in the sense that the excess silicic acid is reduced to obtain silicified schwert mannite similar to the conventional method.

図1および図2から、ケイ酸の収着量はシュベルトマナイトに対するケイ酸塩の添加量によって決まるのに対し、硫酸の脱着量はケイ酸塩添加量とケイ酸塩添加前のpHに依存するため、ケイ酸塩の添加量とその添加前のpHを調整することにより、ケイ酸収着量と硫酸脱着量のコントロールが可能である。更にpHを6〜8程度の高めに設定することで、イオン交換により収着されるケイ酸の割合を高くすることができ、従来法と同様のケイ酸処理シュベルトマナイトを効率良く得ることができるだけでなく、従来法では合成が難しかったシュベルトマナイト内部と外部にケイ酸が収着した構造も作り分けることができると言える。またpHを高くした場合は、ケイ酸の利用効率という面では従来法より優れ、廃水中のケイ酸残存量が極めて少なくなる。   1 and 2, the sorption amount of silicic acid is determined by the amount of silicate added to Schwertmannite, while the desorption amount of sulfuric acid depends on the amount of silicate added and the pH before silicate addition. Therefore, the amount of silicic acid sorbed and the amount of sulfuric acid desorbed can be controlled by adjusting the amount of silicate added and the pH before the addition. Furthermore, by setting the pH as high as about 6-8, the proportion of silicic acid sorbed by ion exchange can be increased, and the same silicic acid-treated Schwermannite as in the conventional method can be obtained efficiently. In addition, it can be said that a structure in which silicic acid is sorbed inside and outside of Schwertmannite, which was difficult to synthesize by the conventional method, can be made separately. Further, when the pH is increased, the use efficiency of silicic acid is superior to the conventional method, and the residual amount of silicic acid in the wastewater is extremely reduced.

図3は、参考例で得たシュベルトマナイトの粉末X線回折パターンである。これは典型的なシュベルトマナイトの回折パターンであり、このようなパターンが得られた場合は表4で○として表記した。   FIG. 3 is a powder X-ray diffraction pattern of Schwartermanite obtained in Reference Example. This is a typical schwertmannite diffraction pattern, and when such a pattern was obtained, it was indicated as ◯ in Table 4.

図4は、実施例1で得たシュベルトマナイトの粉末X線回折パターンである。典型的なシュベルトマナイトのパターンであるが、2θ=26°付近のピークの高さが、参考例と比べてやや大きい。これはシュベルトマナイトの外側にケイ酸が収着して形成されたシリカゲルの回折が重複したためと考えられる。   FIG. 4 is a powder X-ray diffraction pattern of Schwartermanite obtained in Example 1. Although it is a typical Schbertmanite pattern, the peak height around 2θ = 26 ° is slightly larger than that of the reference example. This is thought to be because the diffraction of silica gel formed by sorption of silicic acid on the outside of Schwertmannite overlapped.

図5は、実施例4で得たシュベルトマナイトの粉末X線回折パターンである。使用したケイ酸の量が増加するとともに2θ=26°付近のピークの高さが、実施例1と比べてもさらに大きい。このことからもこの付近の回折はシリカゲルの回折が重複していると考えられる。pH調整しない場合は、pHが低くケイ酸がゲル化しやすいので、シリカゲルのパターンが重複したものと考えられる。   FIG. 5 is a powder X-ray diffraction pattern of Schwertmannite obtained in Example 4. As the amount of silicic acid used increases, the peak height near 2θ = 26 ° is even greater than that of Example 1. From this also, it is considered that diffraction in this vicinity is due to duplication of diffraction of silica gel. When the pH is not adjusted, the pH is low and the silicic acid is easily gelled, so it is considered that the silica gel patterns overlap.

図6は、参考例で得たシュベルトマナイトを50℃相対湿度98%の条件に7日間放置後の粉末X線回折パターンである。シュベルトマナイトの回折パターンが消失しゲータイト化していることが判る。表4においてこのようなパターンが得られた場合に表4において×とした。   FIG. 6 is a powder X-ray diffraction pattern of the Schwertmannite obtained in the Reference Example after being left for 7 days under the condition of 50 ° C. and relative humidity of 98%. It can be seen that the diffraction pattern of Schwertmannite disappears and is goethite. In Table 4, when such a pattern was obtained, it was set as x in Table 4.

図7は、実施例2で得たシュベルトマナイトを50℃相対湿度98%の条件に7日間放置後の粉末X線回折パターンである。これは、シュベルトマナイトとゲータイトが重複した回折パターンで劣化がやや進行した状態である。表4においてこのようなパターンが得られた場合に△とした。   FIG. 7 is a powder X-ray diffraction pattern of the Schwertmannite obtained in Example 2 after being left for 7 days at 50 ° C. and a relative humidity of 98%. This is a state in which the deterioration is slightly advanced in a diffraction pattern in which Schwermannite and goethite overlap. In Table 4, when such a pattern was obtained, it was set as (triangle | delta).

従来法のケイ酸収着量と硫酸イオン脱着量の評価
比較例1について、未使用のケイ酸処理溶液、およびケイ酸収着操作後のろ液を超純水で希釈し、ICP発光分析装置(Spectro社製、ARCOS SOP)を用いて測定し、ケイ素標準液で作製した検量線を基に、ケイ素の定量を行った。また、この溶液を別途サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製カラムDionex IonPac AS19を取りつけたイオンクロマトグラフ(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製、Dionex ICS3000)により測定して、硫酸イオンを定量した。この定量結果と、以下に説明する蛍光X線分析による元素含有比率から、ケイ素の全量をケイ酸イオン、硫黄の全量を硫酸イオンと仮定して求めた結果は、前記の通り近い値を示した。
Evaluation of Silicic Acid Sorption and Sulfate Ion Desorption of Conventional Method For Comparative Example 1, an unused silicic acid treatment solution and a filtrate after silicic acid sorption operation were diluted with ultrapure water, and an ICP emission spectrometer It measured using (Spectro make, ARCOS SOP), and quantified silicon | silicone based on the analytical curve produced with the silicon standard solution. Further, this solution was separately measured by an ion chromatograph (Dionex ICS 3000, manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) equipped with a column Dionex IonPac AS 19 manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. to determine the amount of sulfate ion. From this quantitative result and the elemental content ratio by fluorescent X-ray analysis described below, the results obtained by assuming that the total amount of silicon is silicate ions and the total amount of sulfur are sulfate ions showed close values as described above. .

蛍光X線によるケイ酸収着量と硫酸イオン脱着量の評価
実施例、参考例および比較例で得られたシュベルトマナイトについて、株式会社リガク製走査型蛍光X線分析装置ZSX Primus IIを用いて分析し、FP法で構成元素の定量を行った。定量値は質量比であるので、原子量で割ってモル比を求めた。この内、ケイ素はケイ酸、硫黄は硫酸として存在しているとした。またシュベルトマナイトの化学式において、シュベルトマナイト1モル中に鉄が8モル存在することから、鉄原子を8モルとした場合、これに対するケイ素と硫黄のモル比を求めることで、ケイ酸処理したシュベルトマナイト1モルあたりの硫酸とケイ酸の存在比を求めた。硫酸の脱着量については、ケイ酸処理をしていないシュベルトマナイトに含まれる硫酸イオンの量を基準とし、ケイ酸処理品中の硫酸イオン量を差し引いて脱着量とした。
Evaluation of Silicic Acid Sorption and Sulfate Ion Desorption by X-ray Fluorescence About Schwertmannite obtained in Examples, Reference Examples and Comparative Examples, using a scanning X-ray fluorescence analyzer ZSX Primus II manufactured by Rigaku Corporation The constituent elements were analyzed and quantified by the FP method. Since the quantitative value is a mass ratio, it was divided by the atomic weight to determine the molar ratio. Of these, silicon is present as silicic acid and sulfur as sulfuric acid. In addition, in the chemical formula of Schwertmannite, there is 8 moles of iron in 1 mole of Schwertmannite, so when the iron atom is 8 moles, the silicon is treated with silicic acid by determining the molar ratio of silicon and sulfur. The abundance ratio of sulfuric acid to silicic acid per mole of Schwarternite was determined. Regarding the desorption amount of sulfuric acid, the desorption amount was obtained by subtracting the sulfate ion amount in the silicic acid-treated product based on the amount of sulfate ion contained in the schwertmannite not treated with silicic acid.

評価方法(強制劣化)
実施例、参考例および比較例で得られたシュベルトマナイト1gを容量50mlの広口ポリ瓶に量り採り、蓋をせずに、50℃、相対湿度98%に設定した恒温恒湿器内に所定時間放置した。恒温恒湿器から取り出したサンプルを50℃で一晩真空乾燥し、粉末X線回折パターンの測定、およびヒ酸イオン、亜ヒ酸イオン収着性能の評価を行った。また、一部のサンプルはセレン酸イオン、亜セレン酸イオン、フッ化物イオン、二クロム酸イオンの収着特性についても評価を行った。
Evaluation method (forced deterioration)
1 g of Schwertmannite obtained in Examples, Reference Examples and Comparative Examples was weighed into a wide-mouthed plastic bottle with a capacity of 50 ml, and was placed in a constant temperature and humidity chamber set at 50 ° C. and a relative humidity of 98% without a lid. I left for a while. The sample taken out of the constant temperature and humidity chamber was vacuum dried overnight at 50 ° C., and the powder X-ray diffraction pattern was measured, and the arsenate ion and arsenous acid ion sorption performance were evaluated. In addition, some samples were also evaluated for sorption characteristics of selenite ion, selenite ion, fluoride ion, and dichromate ion.

粉末X線回折(XRD)
粉末X線回折パターンの測定はブルカー・エイエックスエス株式会社製X線回折装置D8 ADVANCEを用い、X線源としてCuKα線を使って、2θが10〜80°の範囲を測定した。
X-ray powder diffraction (XRD)
The powder X-ray diffraction pattern was measured using an X-ray diffractometer D8 ADVANCE manufactured by Bruker AXS, Inc., using CuKα rays as an X-ray source, and 2θ ranging from 10 to 80 °.

収着試験
表5に示すA〜Eの有害物質をそれぞれ含む試験液を作成した。100mlのポリプロピレン製瓶に各収着剤サンプル0.1gを量りとり、前記試験液50mlを入れた。この内、試験液Bを使用した収着試験のみ試験液50mlに対し、各収着剤サンプルを0.05gとした。水浴を備えた振とう機にこれらのポリ瓶をセットし、40℃で24時間振とうした。振とう終了後、収着剤と試験液を孔径0.45μmのメンブレンフィルターで濾別し、ろ液中の有害物質濃度をICP−AES(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製 iCAP7600)で測定した。フッ素については、イオンクロマトグラフィー(カラム;IonPacTM AS12A(DIONEX社製、φ4mm×200mm)で測定した。各サンプルの有害物質除去率(%)として計算し、その結果を表3、表6に記載した。
Sorption test Test solutions containing the toxic substances A to E shown in Table 5 were prepared. In a 100 ml polypropylene bottle, 0.1 g of each sorbent sample was weighed, and 50 ml of the test solution was added. Among these, only the sorption test using the test solution B was 0.05 g of each sorbent sample with respect to 50 ml of the test solution. These plastic bottles were set in a shaker equipped with a water bath and shaken at 40 ° C. for 24 hours. After completion of the shaking, the sorbent and the test solution were separated by a membrane filter having a pore size of 0.45 μm, and the harmful substance concentration in the filtrate was measured with ICP-AES (iCAP7600 manufactured by Thermo Fisher Scientific). Fluorine was measured by ion chromatography (column; IonPacTM AS12A (manufactured by DIONEX, φ4 mm × 200 mm). The harmful substance removal rate (%) of each sample was calculated, and the results are shown in Tables 3 and 6. .

Figure 0006551171
Figure 0006551171

表1は、各実施例および比較例の合成条件と反応後のろ過性、および製品を取得するまでに要する工程数についてまとめた。用いたケイ酸の量は、シュベルトマナイトに対するケイ酸ナトリウムの添加モル倍数、すなわちSi/Sch仕込比として記載した。実施例では使用した硝酸鉄の1/8をシュベルトマナイトのモル数として計算した。比較例では予め合成したシュベルトマナイトを用いたので、その重さをシュベルトマナイトの分子量で割ってモル数を算出し、仕込比の計算に用いた。実施例においてケイ酸添加前にpH調整した場合は、そのpHを記載した。実施例1〜4はケイ酸処理前にpH調整を行わなかったが、ケイ酸添加前のpHはシュベルトマナイトを析出させたときの約2.7と記載した。
ろ過性は、参考例と同等以上であれば◎、ろ過性が明らかに劣るものは△とした。△の場合と比べて改善されているが参考例より劣る場合は○と評価した。
また、製品を取得するまでに要する各工程数は、比較例1で示した従来法では、シュベルトマナイト合成後に一旦水洗と乾燥工程を実施するが、実施例はこの工程を入れないため、工程数が半分になると共に、廃水の量も減少し、反応容器の洗浄などの工程も不要となるため、製造コストの大幅な低減が可能である。
Table 1 summarizes the synthesis conditions of each Example and Comparative Example, the filterability after the reaction, and the number of steps required to obtain the product. The amount of silicic acid used was stated as the molar excess of sodium silicate to Schwertmannite, ie the Si / Sch loading ratio. In the examples, 1⁄8 of the used iron nitrate was calculated as the number of moles of Schwertmanite. In the comparative example, since Schwertmannite synthesized in advance was used, the weight was divided by the molecular weight of Schwertmannite to calculate the number of moles, which was used for calculation of the feed ratio. In the examples, when pH was adjusted before silicic acid addition, the pH was described. Although Examples 1-4 did not perform pH adjustment before silicic acid treatment, pH before silicic acid addition was described as about 2.7 at the time of depositing Schwertomanite.
The filterability is ◎ if the filterability is equal to or higher than the reference example, and the one with clearly inferior filterability is △. Although it improved compared with the case of (triangle | delta), when it was inferior to the reference example, it evaluated as (circle).
In addition, according to the conventional method shown in Comparative Example 1, the number of steps required to obtain a product is temporarily performed by washing with water and drying after synthesis of Schwertmannite, but this example is not included in this example. As the number is halved, the amount of wastewater is also reduced, and steps such as cleaning of the reaction container are not required, so that the manufacturing cost can be significantly reduced.

Figure 0006551171
Figure 0006551171

表2は、各実施例および比較例で得られたシュベルトマナイトについて蛍光X線分析で得られた結果をまとめた。左の2列は、構成元素の重量比から鉄を8モルとした場合のケイ素と硫黄のモル比に換算してまとめたものである。右の2列は、ケイ酸処理していないシュベルトマナイトと比べてケイ酸の収着量と硫酸の脱着量を計算した結果をまとめた。   Table 2 summarizes the results obtained by fluorescent X-ray analysis for the Schwertmannite obtained in each Example and Comparative Example. The two columns on the left are summarized from the weight ratio of the constituent elements in terms of the molar ratio of silicon and sulfur when iron is 8 moles. The two columns on the right summarize the results of calculating the sorption amount of silicic acid and the desorption amount of sulfuric acid compared to the schwertmannite not treated with silicic acid.

Figure 0006551171
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表3は、各実施例および比較例で得られたシュベルトマナイトについて、前記の方法で恒温恒湿器中に放置したサンプルおよび放置前のサンプルについて、ヒ素収着試験を実施した結果を亜ヒ素イオン除去率としてまとめた。   Table 3 shows the results of the arsenic sorption test for the samples obtained in each of the examples and comparative examples, which were left in a constant temperature and humidity chamber by the above-described method, and the samples before being left as they were. It summarized as an ion removal rate.

Figure 0006551171
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表4は、各実施例および比較例で得られたシュベルトマナイトについて、前記の方法で恒温恒湿器中に放置したサンプルおよび放置前のサンプルについて、測定した粉末X線回折の結果をまとめた。恒温恒湿器中での放置試験前は全てのサンプルがシュベルトマナイトの回折パターンを示した。このようなシュベルトマナイトの回折パターンが得られた場合は表に○として記した。一方、恒温恒湿器に放置した後の回折パターンがゲータイトに変化した場合は×とした。また、シュベルトマナイトとゲータイトの回折パターンが重複している場合は△とした。   Table 4 summarizes the results of the measured powder X-ray diffraction of the samples obtained in each of the examples and the comparative examples, and the samples left in the constant temperature and humidity chamber by the above-described method and the samples before the standing. . Before the standing test in a thermo-hygrostat, all the samples showed a Schbertmanite diffraction pattern. When such a Schwartmanite diffraction pattern was obtained, it was marked as ◯ in the table. On the other hand, when the diffraction pattern after being left in a thermo-hygrostat changed to goethite, it was marked as x. Moreover, it was set as (triangle | delta) when the diffraction pattern of Schwertmannite and goethite overlaps.

Figure 0006551171
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表5は、収着試験に用いた試験液をまとめた表である。   Table 5 is a table summarizing the test solutions used for the sorption test.

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表6は、ヒ素以外の有害元素を含むイオンの収着試験結果をまとめた。なお、表6において、初期は湿熱放置前、30日後は50℃98%RHの湿熱環境に30日間放置した後に測定した値である。
Figure 0006551171
Table 6 summarizes the sorption test results of ions containing harmful elements other than arsenic. In Table 6, the initial value is a value measured before leaving in a wet heat environment before leaving for 30 days after leaving in a wet heat environment of 50 ° C. 98% RH for 30 days.

Claims (7)

鉄イオンと硫酸イオンが共存する水溶液からシュベルトマナイトが析出した分散液に、ケイ酸イオンを添加することにより、シュベルトマナイトにケイ酸イオンを収着させることを特徴とする安定化されたシュベルトマナイトの製造方法。   Stabilized schbert characterized by sorbing silicate ions to schwertmannite by adding silicate ions to a dispersion in which schbertmannite is precipitated from an aqueous solution in which iron ions and sulfate ions coexist Method of manufacturing manite. シュベルトマナイトが析出した分散液のpHを4〜10に調整した後にケイ酸イオンを添加する請求項1に記載の安定化されたシュベルトマナイトの製造方法。   The method for producing a stabilized schbertmannite according to claim 1, wherein silicate ions are added after adjusting the pH of the dispersion in which schbertmannite is precipitated to 4 to 10. シュベルトマナイトが析出した分散液のpHを6〜8に調整した後にケイ酸イオンを添加する請求項1または請求項2に記載の安定化されたシュベルトマナイトの製造方法。   The method for producing a stabilized Schwermannite according to claim 1 or 2, wherein the silicate ion is added after adjusting the pH of the dispersion in which the Schwertmannite is precipitated to 6-8. ケイ酸を収着させたシュベルトマナイト中の鉄原子とケイ素原子のモル比が8.0:0.4〜3.0である請求項1〜請求項3のいずれかに記載の安定化されたシュベルトマナイトの製造方法。   The stabilized ratio according to any one of claims 1 to 3, wherein the molar ratio of iron atoms to silicon atoms in the Schwartmanite sorbed with silicic acid is 8.0: 0.4 to 3.0. Method of Schultermanite. ケイ酸を収着させたシュベルトマナイト中の鉄原子と硫黄原子のモル比が8.0:0〜1.3である請求項1〜請求項4のいずれかに記載の安定化されたシュベルトマナイトの製造方法。   The stabilized Schwbert according to any one of claims 1 to 4, wherein the molar ratio of iron atoms to sulfur atoms in the Schwertmannite sorbed with silicic acid is 8.0: 0 to 1.3. Method of manufacturing manite. 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の安定化されたシュベルトマナイトを、陰イオン性有害物質を含む液体または固体に接触させることを特徴とする、陰イオン性有害物質を収着除去または不溶化する方法。   6. Sorptive removal of anionic harmful substances, characterized in that the stabilized schwertmannite according to any one of claims 1 to 5 is brought into contact with a liquid or solid containing anionic harmful substances. Or a method to insolubilize. 陰イオン性有害物質がヒ素、セレン、フッ素、クロム、ヨウ素のいずれかの元素を含む陰イオン性有害物質である、請求項6に記載の陰イオン性有害物質を収着除去または不溶化する方法。   The method for sorption removal or insolubilization of an anionic toxic substance according to claim 6, wherein the anionic toxic substance is an anionic toxic substance containing any element of arsenic, selenium, fluorine, chromium and iodine.
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