JPH03196895A - 中和及び酸性化防止処理剤並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、酸性化した工業排水又は生活排水をを中和し
、あるいは水質の酸性化を防止するために使用される中
和及び酸性化防止処理剤と、その製造方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］一般に
、酸性化した工業排水等を中和する場合、当該排水中に
は重曹（炭酸水素ナトリウム）、ソーダ灰（無水炭酸ナ
トリウム）、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等の
いわゆるアルカリ薬品か投与されている。

これら中和剤による中和反応に伴い、中性の塩が副生さ
れるが、多くの場合、中和塩の水に対する溶解度には限
界があり、中和剤の連続的な投与によって排水中に塩が
析出して次第に堆積するという事態が発生するため、そ
の対策を必要としていた。また、析出された塩が、新た
に投与されたアルカリ薬品による中和効率を低下させる
こともあった。更に、前述のようなアルカリ薬品は、人
体に触れないように取り扱われねばならず、しかも金属
製容器を腐蝕する等の難点があり、取扱いの便がよくな
いという問題があった。

一方、水質の酸性化を未然に防止し、中性状態を持続さ
せるために、アルミナ等に代表されるいわゆる両性酸化
物を水質中に予め投与しておく試みもあるが、水溶液の
条件に応じた使用量の設定が難しく、実用化されていな
い。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目
的は、安全で取扱い易く、酸性水に適用される場合には
析出物を生ずることな（これを中和することができ、ま
た、水質の酸性化を未然に防止して中性状態を維持する
ことができる中和及び酸性化防止処理剤を提供すること
にある。

更に、このような処理剤を確実かつ安価に製造すること
ができる中和及び酸性化防止処理剤の製造方法を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段及び作用］上記課題を解決
するために本発明の中和及び酸性化防止処理剤は、酸性
溶液中にて塩基性物質として作用する金属酸化物を含有
した、二酸化珪素を担体とする多孔質体であって、二酸
化珪素と前記金属酸化物とからなる複合結晶が含まれて
いる。

従って、多孔質体中に浸透した酸性溶液は、金属酸化物
の作用により完全に中和されるが、中和反応によっては
、金属酸化物の金属イオンが多孔質体の外部に流出する
ことはなく、処理溶液中に中和塩が析出されることがな
い。また、処理剤には、その製造過程で生成される複合
結晶が含まれており、それが多孔質体の強度を高めてい
るため、処理剤の崩壊か原因となって溶液を汚濁するこ
とな（、酸性溶液を処理することができる。

更に、−旦中和した溶液中にこの処理剤を存在させてお
くことにより、酸性度を高めるような物質が外部から投
与されても、塩基性物質との反応により溶液の酸性度が
調節され、中性状態が維持される。

以下、本発明について更に詳細に説明すると、前記金属
酸化物としては、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化鉄（
Ｆｅｚｅｓ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）等の塩基性酸
化物、酸化アルミニウム（Ａｊ’ｚ０３）等の両性酸化
物があげられ、これらはいずれも酸性溶液中にて塩基性
物質として作用し、溶液を中性化する。特にＦｅ２ｅ３
はＰＨが６以下の水溶液中で塩基を生成し易く、酸性度
の高い水溶液に有効に作用する。

前記金属酸化物として少なくとも酸化カルシウムが含有
されることが好ましい。その理由は、二酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ２）との間にトバモライト結晶（５ＣａＯ−６ＳｉＯ
□　−５Ｈ２０）を形成することができ、これによって
処理剤の機械的強度が高められるからである。また、中
和によって生成されるカルシウム塩は一般に無害であり
、飲料や農業等に供される水の処理に使用することがで
き、しかも珪酸石灰という形で安価に原料を入手するこ
とができるからである。

尚、担体としての二酸化珪素は酸性酸化物ではあるが、
中性及び酸性の水溶液中ではまったく溶解せず、逆に塩
基性水溶液中において僅かに溶解して塩基性水溶液の中
性化に寄与し得る。

また、金属酸化物として酸化カルシウムの他に、酸化ア
ルミニウム、酸化鉄、酸化マンガン、酸化マグネシウム
、酸化カリウムから選択される少なくとも一種以上の金
属酸化物を含有することは好ましく、これらを適当な配
合割合で含有する処理剤によって処理された水溶液は、
土壌中の細菌等を活性化して、農作物等の成育に好影響
を及ぼすことがある。

次に、前記処理剤の製造方法について説明すると、前記
処理剤は、二酸化珪素と、酸性溶液中にて塩基性物質と
して作用する金属酸化物とを湿式混合して常温硬化させ
、続く加圧結晶化工程を経た後、焼成することにより製
造される。

原料としては、二酸化珪素粉末や前記金属酸化物を各別
に調達して使用してもよいが、原料の入手のし易さや原
料コスト等にも配慮すると、珪酸三石灰（３ＣａＯ・Ｓ
ｉＯ□）、珪酸二石灰（２ＣａＣＩＳｉＯ□）等の珪酸
質石灰を使用することが好ましい。これによれば、二酸
化珪素と金属酸化物としての酸化カルシウムを同時に調
達することかできるという利点がある。

これら珪酸質石灰に、Ｃａｂ、Ｆｅ２０ｓ　、ＭｎＯ，
ＭｇＯ，に２０．Ａｊ’２０３等の金属酸化物を必要に
応じて配合すると共に、アルミニウム粉末（Ａｆｆ）を
配合し、水を加えながら全体がスラリー状態になるまで
混練することが好ましい。

この時、珪酸質石灰及びそれに含有される酸化カルシウ
ムと水との間に常温にて下記（１）〜（３）式に示す水
和反応が起こり、水酸化カルシウムが生成されると共に
、コロイド状結晶（３Ｃａ０・２ＳｉＯ２・３Ｈ２０）
が生成され、この結晶が硬化して不溶性の成形体が形成
される。尚、下記（１）〜（３）式に示す水和反応はい
ずれも発熱反応である。

（１）；　　ＣａＯ＋Ｈ２０→　Ｃａ（ＯＨ）２（２）
；　　２　（３ＣａＯ−８ｉｏｚ　）＋６Ｈ２０→　３
ＣａＯ・２ＳｉＯ２・３Ｈ２０ ＋３Ｃａ（ＯＨ）ｚ （３）；　　２　（２ＣａＯ−８１ｏ２）＋４Ｈ２０→
　３Ｃａ０・２ＳｉＯ２・３Ｈ２０ ＋　Ｃａ　（ＯＨ）　２ 一方、下記（４Ｌ　　（５）式に示すように、アルミニ
ウム粉末も水及び前記水酸化カルシウムと反応して、水
酸化アルミニウム及びアルミナと石灰の含水複合結晶（
３Ｃａ　Ｏ”　Ａ、　１２０３　”　６　Ｈ２Ｏ）を生
成する。

（４）；　　２Ａｌ＋６８２０ →　２　Ａ　Ｉ！　（ＯＨ）　ｓ　＋　３　Ｈ２（５）
；　　２Ａｎ＋３Ｃａ　（ＯＨ）２　＋６Ｈ２０→３　
Ｃａｏ　”　Ａｌ１０３　　”　　６　Ｈ２０＋　３Ｈ
２この時、（４）式に示すように、水素ガスか副生され
、このガスが未硬化段階の成形体中から放出されること
により、成形体内に連続気孔が形成され、多孔質体の原
型が形成される。

この硬化工程に続く加圧結晶化工程は、オートクレーブ
等を使用し、１０気圧、１８０℃の条件で２４時間なさ
れることが好ましい。これによって常温硬化された成形
体に飽和蒸気養生が施される。即ち、原料中に含有され
ている二酸化珪素（ＳｉＯ２）の成形体表面への拡散が
促進され、この５ｉ０２と前記結晶（３Ｃａ　Ｏ・２　
Ｓ　ｉ　０２・３Ｈ２０）とが成形体の表層部で化学反
応を起こし、成形体の表層部にはトバモライト結晶（５
Ｃａ０・６ＳｉＯ２・５Ｈ２０）が生成される。

このトバモライト結晶は板状の結晶で処理剤の強度を向
上させる。

前記加圧結晶化工程が終了した時点では、成形体は大き
な塊であるため、これを粉砕して使用し易い大きさの粒
状とすることが望ましい。しかし、その場合、粉砕され
た各位の表面の硬さは必ずしも充分なものではなく、被
処理水中において物理的崩壊を起こし、水中に分散ない
し残留される虞れがある。

これを未然に防止するため、粉砕粒に低粘度の付着剤を
配合して、各位の表面に均一に付着させ、これを焼成す
ることにより粉砕粒の表面の微細な亀裂を封鎖すると共
に、各位の表層部にトバモライト結晶を更に生成させて
強度を確保することが好ましい。また、この場合、所望
の粒径の処理剤を得るために、粉砕粒を予め分級して、
所定の粒度のものを使用することが好ましい。

前記付着剤としては、エチレングリコールや、ステアリ
ン酸にパラフィンを１０〜２０％混入したもの等があげ
られるが、付着剤自体は酸性化防止作用に関与せず、主
に焼成時の作業性を配慮して使用するものであり、その
大部分は加熱によって消失されるものであるから、特に
上記物質に限定されない。場合によっては、付着剤をあ
えて使用する必要はない。

付着剤を付着させた粉砕粒は、焼成炉中にて６５０℃以
下の温度で加熱焼成される。この時の昇温速度は、５０
℃／ｈｒ以下であることか好ましく、特に処理物質が乾
燥される１００〜２００℃の温度領域では３０℃／ｈｒ
以下とすることが望ましい。

昇温速度が速すぎると、粉砕粒にクラックが生じるから
である。

この加熱により粉砕粒の表層部から内部へ温度勾配か生
し、これに基つき、金属酸化物等か分子又は原子単位で
粒表面の密度が高められる方向に物質移動され、粒表面
のクラックがヒーリングされる。加熱温度が６５０℃以
下では前記物質移動は極めて緩慢であるが、６５０℃を
超えると二酸化珪素等の低温型結晶が変態を起こして結
晶組織の強度か大きく変化し、粒が崩壊する原因となり
かねないからである。

また、この加熱により付着剤の多くは燃焼消失されるか
、その一部は粉砕粒間やそれらの気孔を通って移動し、
粉砕粒表面のクラックに堆積されて、クラックのヒーリ
ングに供される。

尚、前記加熱過程においては、加熱開始から処理物質の
乾燥が完了する２００８Ｃ付近までは、物質移動の割合
は数％程度に過ぎないか、２００℃から６００℃まで昇
温する過程で２０〜３０％の物質移動が行われる。

このようにして、嵩密度が０．４〜０．７ｇ／ｃｒＪ、
気孔率が７０〜８０％、圧縮強度が４０〜４５ｋｇｆ／
ｃｒｌの中和及び酸性化防止処理剤が得られる。また、
この処理剤の各成分ごとの比率を分析すると、表−１に
示すような比率となる。

表−Ｉ 成分 比率（ｗｔ％） ＳｉＯｚ　　　　　　　　５０．０〜６０．０Ｃａ０　
　　　　　　　２５．　　Ｏ〜２８．　０ＡＩ２２０ｓ
　　　　　　　　２．５〜　３，０Ｆｅ２０ｓ　　　　
　　　　２．　０〜　２．　５Ｍｎ０　　　　　　　　
　　０．　８〜　１．　０Ｍｇ０　　　　　　　　　１
、５〜　１．　８に２０　　　　　　　　　０．８〜　
１．　０Ｈ２０１４，０〜１５．０ ながら原料スラリーを調製した。

表−２ ３ＣａＯ・ＳｉＯ２２０，０重量部 ２ＣａＯ−８ｉＯ２２０，Ｏ重量部 ＣａＯ（追加分）　　　　１．０　重量部Ｆｅ２ｅ３　
　　　　　１．０　　重量部Ｍｎ０　　　　　　　　０
．４　　重量部Ｍｇ０　　　　　　　　０．８　重量部
に２０　　　　　　　　０．４　　重量部Ａｆ２０３　
　　　　　０．５　　重量部Ａβ　　　　　　　　　２
．０　重量部水　　　　　　　　　５５．０　重量部「
実施例］ 以下に、本発明を具体化した一実施例について詳細に説
明する。

（処理剤の製造） 表−２に示す配合処方にて各原料粉末を混合した後、こ
の混合粉末中に水を徐々に加えて混練し原料スラリーの
調製後２４時間放置して、スラリーか硬化したところで
、この成形体をオートクレーブに移し、１８０℃１１０
気圧にて２４時間飽和蒸気養生を行い、塊状の処理剤を
得た。

次に、この塊状の処理剤を粉砕機で処理した後、篩い分
けして粒径か約２〜３ｍｍの範囲の粉砕粒だけを取り出
した。そして、この粉砕粒７０重量部に、エチレンク′
リコールＩＯ重量部、水２０重量部を配合して充分に混
練した後、この混練物を焼成炉にて焼成した。この時、
加熱開始から２００℃までは３０℃／ｈｒで昇温し、２
００℃から６００℃まては５０℃／ｈｒで昇温した。そ
して、６００℃にて６時間焼成を行い、冷却後、粒状の
中和及び酸性化防止処理剤を得た。

この処理剤の嵩密度は０．４８ｇ／ｃｎ？、気孔率は７
０％、圧縮強度は４５ｋｇｆ／ｃｏｒてあった。

以下に、この処理剤による酸性水中和の実験例について
説明する。

（実験例１） １１のビーカー中に、水道水に塩酸（ＨＣＩ）を加えて
予めＰＨを３．５に調整した水溶液５００ｃｃを用意し
、ここへ前記処理剤を５ｇ投入して１０時間常温放置し
たところ、水溶液のＰＨが７゜０になった。このヒーカ
ーに対し、所定時間ごとに同じ塩酸水溶液を、−切の攪
拌操作を施すことなく少量ずつ加えた。そして、ビーカ
ー中の水溶液の中性が維持できなくなり、ビーカー中に
中和塩の沈澱が生じ始めた時点で、処理剤の処理能力が
限界に達したと判断し、このデータを基に処理剤の処理
能力を計算した。その結果、処理剤１ｇで中和処理でき
る水素イオンの量は５Ｘ１０−３モルであった。

（実験例２） 第１図に示すように、カラム１中に前記処理剤２を約２
００ｇ充填しておき（充填長１５０ｍｍ）、カラム１の
上方からＰＨ５，５の塩酸水溶液を滴下してカラム１中
を通過させ、処理剤２によって処理された水溶液を回収
した。この時の塩酸水溶液と処理剤との接触時間は約２
０秒であった。回収された水溶液は完全に中和され、Ｐ
Ｈは７．　０となっていた。また、回収水溶液中には中
和塩等による濁りは一切見られなかった。

この結果に基づき、大量の酸性排水を連続処理する場合
を想定すると、仮に、ＰＨ５，５の排水５００ｔを１日
８時間の稼働で処理する場合、１分あたり約Ｉｔの排水
処理か要求される。これに対し、約１ｔの処理剤を使用
すれば、流速的１０ｍ１　、ｙ”　ｒｎ　ｉ　ｎ、で接
触時間約２５秒の処理槽を設計することかでき、１日５
００ｔの排水処理が可能である。また、処理剤の水素イ
オン最大処理能力を５×１０−３モル／ｇとした場合、
前記処理槽を前記条件で稼働して、２力月以上稼働する
ことができる。

（実験例３） 前記処理剤を使用し、前記実勢例１と同様にして処理剤
を限界まで使用し、ＰＨ２，４の塩酸水溶液をＰＨ７，
０に中和した。そして、使用前と使用後の各処理剤をＩ
ＣＰ発光分析にかけ、それぞれの中に含まれる主要金属
元素の含有率（ｗｔ％）を測定した。その結果を表−３
に示す。

表−３ 成分　　　使用前（ｗｔ％）　　使用前（ｗｔ％）Ｆｅ
　　　　　１．４０　　　　　　　１，２６Ｃａ　　　
　２２，２　　　　　　　１３．７Ｋ　　　　　　Ｏ，
４２０，３１ Ｍｇ　　　　　Ｏ，６３０，５３ 表−３かられかるように、中和塩か生成する場合のカウ
ンターカチオンとなる金属元素が処理剤の使用前後にお
いて大幅には減少しておらず、処理剤中から外部に流れ
出ていない。このことからも、本処理剤は被処理水中に
中和塩を残留させないも−のであることが裏付けられる
。

（実験例４） 前記処理剤を使用して一旦中和した処理水中に、そのま
ま継続して処理剤を投入しておき、ＰＨの経時変化を長
期（約１ケ月）にわたり観察した力く、ＰＨは７．０土
０．５の範囲内で変動するにとどまり、処理水は中性に
維持された。

このように、本実施例の処理剤は次のような優れた特徴
を有する。

ｌ）水素イオンの処理能力が高く、しかも安定した処理
能力を発揮する。

２）軽量で強度が高いため、取扱い易く、しかも処理剤
自体が崩壊して処理水を汚濁することがない。

３）使用時に中和塩を生成することがない。

４）安価に製造することができ、再生処理して再使用す
ることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の中和及び酸性化防止処理剤
によれば、安全で取扱い易く、酸性水に適用される場合
には析出物を生ずることなくこれを中和することができ
、また、水質の酸性化を未然に防止して中性状態を維持
することができるという優れた効果を奏する。

また、本発明の製造方法によれば、上述のような処理剤
を確実かつ安価に製造することができるという優れた効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した実施例における一実験例の
説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　酸性溶液中にて塩基性物質として作用する金属酸化
   物を含有した、二酸化珪素を担体とする多孔質体であっ
   て、二酸化珪素と前記金属酸化物とからなる複合結晶が
   含まれていることを特徴とする中和及び酸性化防止処理
   剤。 ２　前記金属酸化物として少なくとも酸化カルシウムを
   含有すると共に、前記複合結晶は二酸化珪素と酸化カル
   シウムとから生成されるトバモライトであることを特徴
   とする請求項１記載の中和及び酸性化防止処理剤。 ３　前記金属酸化物として酸化カルシウムの他に、酸化
   アルミニウム、酸化鉄、酸化マンガン、酸化マグネシウ
   ム、酸化カリウムから選択される少なくとも一種以上の
   金属酸化物を含有することを特徴とする請求項２記載の
   中和及び酸性化防止処理剤。 ４　二酸化珪素と、酸性溶液中にて塩基性物質として作
   用する金属酸化物とを湿式混合して常温硬化させ、続く
   加圧結晶化工程を経た後、焼成することを特徴とする中
   和及び酸性化防止処理剤の製造方法。 ５　前記二酸化珪素及び金属酸化物として珪酸質石灰を
   使用すると共に、常温硬化を常温水和反応によつてなし
   、焼成を６５０℃以下の温度でなすことを特徴とする請
   求項４記載の中和及び酸性化防止処理剤の製造方法。