JPH04928B2

JPH04928B2 -

Info

Publication number: JPH04928B2
Application number: JP58116789A
Authority: JP
Inventors: Kurisutofuriimuku Peetaa; Fuon Raufuenbeeku Yurugen; Nobotonii Rudorufu; Shutaraa Jiikufuriito; Deiiketaa Furiidoritsuhiibiruherumu
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1982-06-28
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1992-01-09
Also published as: JPS5921520A; EP0097892B1; US4557907A; DE3378976D1; ATE40095T1; BR8303411A; DE3224040A1; EP0097892A1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、化学残渣の水熱処理方法に関し、更
に詳しくは、焼成酸化アルミニウムを高含有量で
含む特別な化学廃棄物および残渣を利用し、これ
らを180℃以上の温度で水酸化ナトリウムによる
水熱反応に付し、この様にして生成したアルミン
酸塩ナトリウム溶液を別の反応に用いることに関
する。焼成酸化アルミニウムは、種々の工業的用途、
たとえば乾燥剤、吸着剤、触媒および触媒用担
体、またはフイルター助剤として用いられる。し
かし、用いられたこれらの製品、すなわち汚染さ
れた製品は、吸着または触媒効果が失われてお
り、また他の理由からもはや使用不可能であり、
そこで一般には廃棄されなければならない。処理
物および汚染の種類に応じ、前処理され、あるい
は特別な廃物として貯蔵されなければならなかつ
た。そこで、本発明の目的は、上述の様な不利益を
解消でき、焼成酸化アルミニウムを含んだ化学廃
棄物および残渣を環境的および経済的に有利に利
用できる方法を提供することにある。加えて、本
発明は、可能な限り少ないエネルギー消費により
可能な限り高い空間／時間収率を達成しようとす
るものである。酸化アルミニウムは、高温変性に対して化学的
に非常に安定であることは知られている。また文
献には、α−Al₂O₃は特に「アルカリ類に実質的
に不溶である」と明記されているグメリン
（Gmelin）、アルミニウム巻、Ｂ部（1934年）、第
97頁参照。しかしながら、上述の残渣に含まれる焼成酸化
アルミニウム（α−Al₂O₃を包含する）は、実用
的な条件下で水酸化ナトリウムと経済的に反応し
てアルミン酸ナトリウム型の溶解性生成物を形成
することが見い出された。アルミン酸ナトリウム
を含む溶液は、汚染に応じて必要なら精製した
後、さらに化学反応に用いることができる。すなわち、本発明の要旨は、加圧、高温下にお
いて、焼成酸化アルミニウムを高含有量で含む化
学廃棄物および残渣を水酸化ナトリウム溶液によ
り水熱処理する方法であつて、濃度20〜50重量％
の水酸化ナトリウム水溶液とα−Al₂O₃を高含有
量で含む酸化アルミニウム含有廃棄物および残渣
を、180〜250℃の温度およびこの温度に相当する
飽和水蒸気の圧において反応させ、得られたアル
ミン酸ナトリウム溶液を回収し、要すれば過す
ることを特徴とする方法に存する。最もアルカリに難容の焼成酸化アルミニウム、
α−Al₂O₃を経済的な空間／時間収率で顕著に溶
解させる為には、少くとも約180℃の反応温度を
少くともNaOH20％のアルカリ濃度の接触溶液
に加える必要がある。本発明では、200℃程度の
反応温度およびNaOH30％の濃度が工業的に好
ましい。この様な条件下、たとえば粉末状α−
Al₂O₃は約３〜４時間で全混合物に対し10重量％
以上の量でほぼ完全に溶解しうる。更に焼成酸化アルミニウムを溶解するのに必要
な時間は温度を高めることにより短縮できるが、
反応温度は250℃を越えず、また接触溶液の濃度
はNaOH50％を越えないのが実用上好ましい。
迅速な反応の為には、酸化アルミニウム含有固体
をできるだけ微粉砕して用いる。反応混合物は、
少くとも分散した微細粒子が沈降しない程度に流
動させておく。水熱反応が完了した際に著しい量
の残渣が生成したアルミン酸塩溶液中に残つてい
るならば、溶液の用途に応じて必要ならば過し
てもよい。一般に、本発明方法を実施するには、通常の水
熱高圧合成に用いられる反応槽または反応容器、
たとえば回転または静置反応槽および管型反応容
器を用いることができる。高空間／時間収率を達成する為には、酸化アル
ミニウム成分を過剰に用いて完全には水熱的に溶
解されない様にするのが好ましい。本明細書において、「酸化アルミニウム成分」
とは、焼成酸化アルミニウム、好ましくはα−
Al₂O₃を高含有量で含む化学廃棄物および残渣な
どを意味する。本発明の好ましい一態様では、水熱反応は水平
軸の周りに回転可能に設置された回転円筒圧力容
器中で行なわれる。第１図は、本発明方法の一実施態様の流れ図の
例である。各符号は次のものを示す。１……水酸化ナトリウム水溶液貯槽、２……酸化アルミニウム成分用貯槽、３……反応槽、４……飽和水蒸気導入口、５……反応槽用駆動モータ、６……生成したアルミン酸ナトリウム溶液排出
口、７……フイルター。酸化アルミニウム成分および水酸化ナトリウム
はバツチ的に反応槽に導入される。次いで、固
体／水酸化ナトリウム性懸濁液を回転圧力槽中で
所望温度に加熱する。反応混合物の加熱は、たと
えば反応槽中の任意の加熱素子または外部加熱に
より間接的に、あるいは流れ図に示したごとく反
応槽中へ水蒸気を導入することにより直接的に行
うことができる。高昇温速度を達成する為には、
飽和水蒸気を所望反応温度になるまで反応混合物
中へ導入するのが好ましく、これによりこの温度
に対応した飽和水蒸気の圧が同時に反応槽中に生
じる。ここで、温度と飽和水蒸気圧の関係を次表
に示す。

【表】反応混合物は、生成したアルミン酸ナトリウム
溶液の分析により所望のAl₂O₃濃度が示されるま
で、所定の温度／圧条件で回転圧力槽中に留めら
れる。必要な反応時間は、一般に若干の反応を行
うことにより経験的に定められる。次いで、回転圧力槽を停止し、加圧下にある、
または常圧に減圧されたアルミン酸ナトリウム溶
液をフイルターに移し、過する。本発明方法の２番目の好ましい態様では、水熱
反応の為に静置槽が用いられる。この場合、反応
混合物中の液体相は、180〜250℃の温度におい
て、これに対応する飽和水蒸気の圧力下、液体相
中のAl₂O₃濃度が所定値に達するまで、流動床を
形成している焼成酸化アルミニウムを含む静置槽
中に設けた固体床と、槽外部に設けた回路とを通
じて循環される。ここで、この方法において反応成分と生成した
アルミン酸ナトリウム溶液との間の永続的で激し
い物質交換が生じる様な、実際の反応ゾーン中に
おける反応混合物の流動床の形成が重要である。
この流動床の形成は、その他の点では同じ反応条
件である従来の水熱法に比べて、同量の酸化アル
ミニウム成分について反応時間の著しい短縮並び
に生成溶液中の高Al₂O₃濃度をもたらす。本発明のこの第２の態様の流れ図が第２図に示
されている。各符号は次のものを示す。１……酸化アルミニウム成分用貯槽、２……水酸化ナトリウム水溶液用貯槽、３……調合バルブ、４……反応槽、５……循環路（バイパス管）、６……ポンプ、７……飽和水蒸気導入口、８……反応槽の排出口、９……反応槽の排出口、１０……フイルター。この態様により本発明方法を実施する場合、酸
化アルミニウム成分および水酸化ナトリウム水溶
液は、貯槽１および２から調合バルブ３を通つて
反応槽としての静置圧力槽４にバツチ的に送られ
るがこの際まず固体成分が反応槽の下部の、有利
には円錐状の部分に固体床として沈降される。次
いで本発明に従つて流動床を形成する為、流動床
法の技術に従つて反応混合物の液体相を連続的に
循環させることにより、固体床は撹拌され、保持
される。この場合、液体相は反応槽上部から排出
され、槽外に設けた循環路５並びにこの為のポン
プ６を通つて反応槽内へその下端から送り込ま
れ、そこでこの液体の流れは固体床の下方から
（好ましくは既に形成された流動床中へ）常に加
圧下に流れ込む。本発明において、「反応混合物の流体相」とい
う場合、添加した苛性ソーダ液および巻き上つた
固体成分の部分を含むことがある反応中に生成さ
れるアルミン酸ナトリウム溶液を本質的に意味す
る。また、この態様において必要な反応温度への反
応混合物の加熱は、好ましくは反応槽に直接飽和
水蒸気を導入することにより行われ、この場合水
蒸気は同様に槽の下端（第２図の導入口７）から
槽内に有利に送り込まれ、これにより巻き上つた
固体床はこの意味で本発明における流動床の形成
を助長する。場合により、反応混合物は適当な反
応槽中の加熱素子または加熱ジヤケツトにより付
加的に間接加熱することができる。また、循環路
５に上述の加熱ジヤケツトを設けるのも有利であ
る。しかし好ましくは、所望の反応温度に達する
まで反応混合物に飽和水蒸気を送り込み、同時に
その温度に相当する飽和水蒸気圧を反応槽中に生
じさせる。本発明では、180〜210℃の温度およびこれに相
当する飽和水蒸気の圧において反応を行うのがよ
り好ましい。この好ましい温度範囲の中で比較的
低い温度を選択すると、本発明の目的とする短い
反応時間との関連において、可能な限り少いエネ
ルギー消費で反応を行うことが可能になる。所望の反応温度に達した後、反応混合物は、循
環路に液体相を循環させながら、静置圧力槽内に
生じた温度／圧条件下に、生じたアルミン酸ナト
リウム溶液の分析により所望のAl₂O₃濃度に達し
たことが示されるまで保持する。再び、必要な反
応時間は一般に若干の反応の進行につれて経験的
に定められる。反応終了後、加圧下にあるまたは常圧に減圧さ
れた生成したアルミン酸ナトリウム溶液は、排出
口８または９からフイルター１０へ送り込まれ
る。この２番目の好ましい態様は、連続方法に応用
される。この場合、生成したアルミン酸ナトリウ
ム溶液は反応槽から連続的に排出され、同時に反
応成分が連続的に反応槽へ送られる。酸化アルミ
ニウム成分および水酸化ナトリウムの静置反応槽
への導入は好ましくは適当な圧力ポンプを用いて
行われ、好ましくは、酸化アルミニウム成分は好
ましくは槽中に設けた沈潜管（ジツプパイプ）を
通じて槽の下部に直接導入される。所望の反応温
度および圧は、飽和水蒸気を適当に制御して（場
合により連続的に）導入することにより達成され
る。水熱反応のある開始期間後、生じた溶液の
Al₂O₃濃度を分析し、得られたアルミン酸ナトリ
ウム溶液を、好ましくは排出口９を通じて反応槽
から取り出し、フイルターに送り込む。本発明の他の好ましい態様では、本発明の方法
により得られたアルミン酸ナトリウム溶液を過
により分離する為に、固体フイルターを用いる。
この固体フイルター用フイルター材料として、本
発明では好ましくは、終了した水熱合成からの既
に反応に利用された酸化アルミニウムの過剰部分
が、場合により先導したバツチ反応からの過剰酸
化アルミニウム成分または「新しい」、すなわち
水熱反応に付されていない酸化アルミニウム成分
との混合物として利用される。固体フイルターを
調製する為に、反応槽の下部に沈降した固体がま
ずフイルター床に転送される。反応槽中に滞留す
る酸化アルミニウム成分は、槽中で次の反応に利
用され、あるいは次のバツチの為の固体フイルタ
ー調製に利用される。フイルターの固体床は、有利には過されるア
ルミン酸ナトリウム溶液が流される前に、下から
流入されて循環される少量の液体、たとえば水ま
たは場合によりアルミン酸ナトリウム溶液により
処理され、フイルター床の表面へ酸化アルミニウ
ム成分の微細部分が流され、これにより十分に有
効なフイルター槽が形成される。本発明では、過に用いたフイルター床の酸化
アルミニウム成分を続いて反応に戻し、この酸化
アルミニウム成分をそれに付着しているアルミン
酸ナトリウム溶液と共に後の反応で再利用するこ
とも好ましい。すなわち、過を行う際、加圧さ
れて高温のままのアルミン酸塩溶液を固体フイル
ターに供給することは、酸化アルミニウム成分が
次の反応の為に既に加熱されていることになり、
高温のアルミン酸溶液の熱含量がエネルギー節約
の為に最大に利用されるので、非常に有利であ
る。この様にすれば、一方では従来法では不可避
であつたフイルター材料の除去が不必要となり、
他方では全工程において著しい量のエネルギーが
節約される。本発明により得られたアルミン酸塩溶液から、
種々の方法により、たとえば水酸化アルミニウム
を沈殿させることができる。しかし、高アルカリ
含有量の故に、アルミン酸塩溶液を、たとえばケ
イ酸アルミニウム、特にそして好ましくはゼオラ
イト系ケイ酸アルミニウムナトリウム、NaAの
製造におけるアルミン酸塩成分として直接利用す
るのがより経済的である。本発明の水熱反応では、焼成酸化アルミニウム
を含む物質はさらに他のアルミニウム含有成分お
よび／またはアルカリ供与体を含んでいてもよい
が、これはこれら他の成分が前処理無しに完全に
利用されるからである。この種の特に適当な物質
としてアルミン酸塩溶液の過にたとえば利用さ
れる酸化アルミニウムベースのフイルター助剤が
あり、この助剤は、焼成酸化アルミニウムの他に
アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウムおよ
び水酸化ナトリウムの顕著な残渣を含んでいる。
この種の「使用済」フイルター助剤は、これまで
費用をかけて処理され、捨てられていたのである
が、本発明方法により更に利用される様になつ
た。次の実施例では、本発明方法が上述のごとく実
施されており、反応時間および反応温度に関する
本発明の効果がデータから理解される。実施例では、反応は工業的規模で行われた。本発明に従つて用いる酸化アルミニウム成分と
して、アルミン酸塩溶液の過に用いられたα−
Al₂O₃ベースのフイルター助剤を用いた。この
「使用済」湿潤フイルター助剤は、付着したアル
ミン酸塩を相当量含んでいた。その固体含有量
（800℃で１時間焼成して決定）は75.5％であつ
た。螢光Ｘ線分析によれば、Na₂O含有量7.5％お
よび全Al₂O₃含有量68％であつた。この全Al₂O₃
量のうち、α−Al₂O₃の割合は約62％であり、他
の成分（たとえばメタアルミン酸ナトリウムおよ
び／または水酸化アルミニウム）からのAl₂O₃の
割合は約６％であることが分析により示された。
懸濁固体は、10μより少さい粒子を90％以上含ん
でいた。実施例１用いた反応容器は、水平軸の周りに回転する様
に水平に設置された円筒圧力容器（空容積24m³）
であつた。圧力容器は、飽和水蒸気を直接導入し
て加熱した。回転反応器の回転速度は6rpmであ
つた。全充填量 17.3t 酸化アルミニウム成分（湿潤） 5.2t 水酸化ナトリウム溶液（50重量％） 7.4t 水 4.7t アルカリ濃度： 30重量％反応温度： 200℃ 反応時間：３時間上記反応時間の後、生成したアルミン酸ナトリ
ウム溶液を、未反応酸化アルミニウム成分を使用
した固体フイルターで過した。得られた溶液は、Al₂O₃13.4％を含んでいた。実施例２この例では、垂直に設置した円筒状静置容器
（空容積3.6m³）を用いた。該容器の下部は円錐状
に形成され、先に説明したバイパス回路が供給さ
れていた。加熱は飽和水蒸気を圧力容器下部から
直接導入して行つた。全充填量 4.8t 酸化アルミニウム成分（湿潤） 1.5t 水酸化ナトリウム溶液（50重量％） 2.0t 水 1.3t アルカリ濃度： 30重量％反応温度： 200℃ 反応時間：２時間上記反応時間の後、生成したアルミン酸ナトリ
ウム溶液を、未反応水酸化アルミニウム成分を使
用した固体フイルターで過した。得られた溶液は、Al₂O₃14.1％を含んでいた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の一実施態様の流れ図で
ある。１……水酸化ナトリウム水溶液貯槽、２……酸
化アルミニウム成分用貯槽、３……反応槽、４…
…飽和水蒸気導入口、５……反応槽用駆動モー
タ、６……生成したアルミン酸ナトリウム溶液排
出口、７……フイルター。第２図は、本発明方法の別の実施態様の流れ図
である。１……水酸化アルミニウム成分用貯槽、２……
水酸化ナトリウム水溶液用貯槽、３……調合バル
ブ、４……反応槽、５……循環路、６……ポン
プ、７……飽和水蒸気導入口、８……反応槽の排
出口、９……反応槽の排出口、１０……フイルタ
ー。

Claims

【特許請求の範囲】１加圧、高温下において、焼成酸化アルミニウ
ムを高含有量で含む化学廃棄物および残渣を水酸
化ナトリウム溶液により水熱処理する方法であつ
て、濃度20〜50重量％の水酸化ナトリウム水溶液
とα−Al₂O₃を高含有量で含む酸化アルミニウム
含有廃棄物および残渣を、180〜250℃の温度およ
びこの温度に相当する飽和水蒸気の圧において反
応させ、得られたアルミン酸ナトリウム溶液を回
収し、要すれば濾過することを特徴とする方法。２反応を180〜210℃の温度、特に200℃付近で
行う第１項記載の方法。３水酸化ナトリウム水溶液の濃度が25〜40重量
％、特に約30重量％である第１項または第２項記
載の方法。４酸化アルミニウム成分を過剰に用いる第１〜
３項のいずれかに記載の方法。５酸化アルミニウム成分が微粉砕状で用いられ
る第１〜４項のいずれかに記載の方法。６反応を、水平軸の周りに回転できる回転円筒
圧力容器中で行う第１〜５項のいずれかに記載の
方法。７反応を、静置容器中の流動床で行う第１〜５
項のいずれかに記載の方法。８反応を連続的に行う第１〜５項および第７項
のいずれかに記載の方法。９得られたアルミン酸ナトリウム溶液を、完了
した水熱処理において利用された過剰の酸化アル
ミニウム成分を場合により先のバツチ反応からの
過剰の酸化アルミニウム成分または水熱処理に付
されていない酸化アルミニウム成分との混合物と
して含む固体フイルターで濾過する第１〜８項の
いずれかに記載の方法。１０濾過後、濾過に用いたフイルターベツドの
酸化アルミニウム成分をそれに付着したアルミン
酸ナトリウム溶液も含めて水熱処理工程に循環さ
せる第９項記載の方法。１１水熱処理から得られた加圧下にある、いま
だ熱いアルミン酸塩溶液が固体フイルターに供給
される第９項または第１０項記載の方法。