JPH06247709A

JPH06247709A - 微細な結晶質シリカの製造方法

Info

Publication number: JPH06247709A
Application number: JP3504793A
Authority: JP
Inventors: Akio Oshima; 昭雄大島
Original assignee: Fuji Chemical Co Ltd
Current assignee: Fuji Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】【目的】カレットを水に溶解して水ガラスを製造する際
に発生する濾過残渣を有効に利用する方法を提供するこ
とにある。【構成】１．ケイ砂と炭酸ナトリウムとから水ガラスを製造す
る際に得られる濾過残渣をアルカリおよび酸により順次
処理し、中和することを特徴とする微細な結晶質シリカ
・アルミナの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、α−石英、クリストバ
ライトおよびトリジマライトを含む微細な結晶質シリカ
或いはこれらとともにさらにシリカ・アルミナを含む微
細な結晶質シリカの製造方法に関する。

【０００２】本明細書において、“％”および“部”と
あるのは、それぞれ“重量％”および“重量部”を意味
するものとする。

【０００３】また、以下においては、特に必要でない限
り、α−石英、クリストバライトおよびトリジマライト
を含む結晶質シリカを単に結晶質シリカという。

【０００４】

【従来技術とその問題点】水ガラスは、一般式Ｎａ₂Ｏ
・ｎＳｉＯ₂・ｘＨ₂Ｏで表わされ、工業的にはｎ＝Ｓ
ｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏ＝１〜３．５（モル比）程度のものが
生産されている。水ガラスは、古くから知られており、
現在においても、土建用材料（土壌安定剤、セメント急
結剤など）、成形材料（鋳造用砂型材料など）、無水珪
酸製造用原料（ホワイトカーボン、シリカゲル、触媒用
シリカ担体など）、パルプ処理剤（漂白剤など）、バイ
ンダー成分（窯業用、接着剤用）などとして広く使用さ
れている。

【０００５】水ガラスの製造方法は、乾式法と湿式法に
大別される。湿式法においては、ケイ砂と炭酸ナトリウ
ムとを混合し、加熱し、生成する融解物を冷却固化させ
て得たガラス状物（以下単にカレットという）をオート
クレーブ中で水とともに加圧下に加熱し、溶解させる。
次いで、溶解液（粗水ガラス液）中の不溶解物を濾別す
るために、融剤焼成した珪藻土（以下単に珪藻土とい
う）などの濾過助剤を加えて濾過することにより、所望
の水ガラスを得る。

【０００６】湿式法は、カレットを水に溶解させるに要
する時間が短いので、有利であるが、その反面カレット
の原料である炭酸ナトリウムが通常かなりの量の不純物
を含んでいるので、粗水ガラス溶液中にはケイ砂、炭酸
ナトリウム中の不純物などに起因する微細な析出物（溶
解残渣）が含まれている。この溶解残渣は、微細で且つ
燐片状であるため、粗水ガラス溶液の濾過性を阻害す
る。特に、高濃度の粗水ガラス溶液の場合には、濾過性
の低下が著しい。

【０００７】粗水ガラス溶液の濾過性を改善するために
は、一般に濾過助剤として珪藻土が、使用されている。
この場合には、濾過により得られる残渣（濾過残渣）に
は、上記の原料に由来する溶解残渣と水ガラスに一部溶
解した珪藻土の残部が含まれている。この濾過残渣（以
下濾過残渣Ａという）の組成は、カレット中の不純物、
濾過助剤としての珪藻土の種類および使用量などにより
異なるが、一例を示せば、下記の通りである。

【０００８】ＳｉＯ₂ ８７％Ｎａ₂Ｏ１％ＣａＯ７％Ａｌ₂Ｏ₃ ０．４％Ｆｅ₂Ｏ₃ ０．３％ＭｇＯ０．４％しかしながら、上記の珪藻土を濾過助剤として使用する
のみでは、粗水ガラス溶液の濾過性の改善が十分に行な
われない。本発明者は、珪藻土とシリカ・アルミナおよ
び／またはゼオライト・シリカ・アルミナ（平均粒径５
０〜１００μｍ程度）とを併用する場合には、粗水ガラ
ス溶液の濾過性が著しく改善されることを見出し、すで
に特許出願を行なっている（特願平４−２９７３２０
号）。この出願方法では、濾過残渣（以下溶解残渣Ｂと
いう）は、上記の溶解残渣Ａの外に、さらに併用したシ
リカ・アルミナの一部および／またはゼオライト・シリ
カ・アルミナの一部を含んでおり、上記の溶解残渣Ａに
比して、シリカ・アルミナ含有量が多い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の様に、カレット
を原料とする水ガラスの製造に際しては、公知の方法に
おいても、或いは特願平４−２９７３２０号に開示した
方法においても、製造に際して発生する濾過残渣（例え
ば、上記の濾過残渣Ａ、濾過残渣Ｂなど）は、いずれも
産業廃棄物となるものであり、その利用方法の開発が望
まれている。

【００１０】従って、本発明の主な目的は、カレットを
水に溶解して水ガラスを製造する際に発生する濾過残渣
を有効に利用する方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な技術の現状に鑑みて研究を進めた結果。水ガラスを製
造する際に発生する濾過残渣をアルカリおよび酸により
処理する場合には、種々の分野で利用し得る微細な結晶
質シリカが得られることを見出した。

【００１２】すなわち、本発明は、下記の結晶質シリカ
の製造方法を提供するものである：１．ケイ砂と炭酸ナトリウムとから水ガラスを製造す
る際に得られる濾過残渣をアルカリおよび酸により順次
処理し、中和することを特徴とする微細な結晶質シリカ
の製造方法。

【００１３】常法に従って、カレットを水に溶解させ、
得られた粗水ガラス液を濾過して、水ガラスを製造する
場合には、カレットの溶解に伴って、カレット中に存在
する不純物などに由来する微細な不定形乃至鱗片状の固
形物が、析出する。この固形物は、前述の様に、粗水ガ
ラス液の濾過性を著るしく低下させる。

【００１４】従って、通常は、粗水ガラス液の濾過に際
しては、珪藻土を濾過助剤として使用する。この結果得
られるのは、上記の濾過残渣Ａである。

【００１５】また、粗水ガラス液の濾過性をより改善す
るために、シリカ・アルミナおよび／またはゼオライト
・シリカ・アルミナと珪藻土との存在下に粗水ガラス液
の濾過を行なう場合には、上記の濾過残渣Ｂが得られ
る。

【００１６】なお、シリカ・アルミナおよび／またはゼ
オライト・シリカ・アルミナを使用する場合に、粗水ガ
ラス液の濾過性が如何なる作用により改善されるかは、
未だ十分に解明されていないが、上記不純物などに由来
する微細な析出物がシリカ・アルミナおよび／またはゼ
オライト・シリカ・アルミナと反応するか或いはこれに
吸着されて、粒径が増大したり、或いはその形状が濾過
されやすい形状に変化するなどの理由によるものと推測
される。

【００１７】使用するシリカ・アルミナおよびゼオライ
ト・シリカ・アルミナとしては、一般に石油接触分解に
用いる流動床または固定床用触媒或いは触媒担体などの
工業用材料として市販されているものが使用可能であ
る。

【００１８】因みに、市販シリカ・アルミナの代表的な
ものには、アルミナ含量約２８％または約１３％で平均
粒径約６０μｍ程度のものがある。また、市販ゼオライ
ト・シリカ・アルミナの代表的なものには、ゼオライト
がＹ型で平均粒径約６０μｍ程度のものがある。

【００１９】粗水ガラス液の濾過性改善のために使用す
るシリカ・アルミナおよび／またはゼオライト・シリカ
・アルミナの量は、粗水ガラス液中の固形物の量および
粒径などにより変わり得るが、通常カレットの０．０５
〜０．２％程度である。シリカ・アルミナおよび／また
はゼオライト・シリカ・アルミナの使用量が少なすぎる
場合には、濾過性の改善が十分に行なわれない。これに
対し、シリカ・アルミナおよび／またはゼオライト・シ
リカ・アルミナの使用量が多すぎる場合には、これ自体
が濾過残渣となり、濾過速度を低下させることになる。

【００２０】本発明方法は、通常以下の様にして実施さ
れる。

【００２１】本発明で原料として使用するものは、上記
の濾過残渣Ａまたは濾過残渣Ｂである。これらの濾過残
渣は、混合して使用しても良い。

【００２２】この様な濾過残渣を濃度１５〜２０％程度
の水酸化ナトリウム水溶液とともに加熱処理する。この
アルカリ処理は、濾過残渣中のカレット、水酸化カルシ
ウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ可溶成分を溶
解除去し得る限り、その条件などは特に限定されない
が、通常アルカリ水溶液の沸点近傍の温度で処理するこ
とが好ましい。

【００２３】次いで、必要に応じて、アルカリ処理した
濾過残渣を酸処理する。この酸処理は、酸可溶性成分を
溶解除去するために行なうもので、その条件などは特に
限定されないが、通常濃度１０％程度の塩酸を使用し
て、その沸点近傍の温度で行なう。

【００２４】最後に、上記の処理を終えた濾過残渣を濾
過し、得られる固形分を中和し、再度濾過することによ
り、固形物を得る。固形物は、濾過残渣Ａ由来のもので
は、微細な結晶質シリカからなっているのに対し、濾過
残渣Ｂ由来のものでは、微細な結晶質シリカに加えて、
シリカ・アルミナおよび／またはゼオライト・シリカ・
アルミナを含んでいる。この様な微細な結晶質シリカに
は、α−石英、クリストバライトおよびトリジマライト
などが含まれている。これら結晶質成分の由来について
は、未だ十分に解明されていないが、カレットの溶解時
或いは粗水ガラス液への珪藻土の添加処理時に、水熱反
応により非晶質のシリカが結晶化して形成されたもので
はないかと推測される。

【００２５】得られる固形物の粒径は、濾過残渣Ａ由来
の結晶質シリカでは、濾過助剤としての珪藻土種類およ
びの粒径などにより異なるが、通常１０μｍ程度であ
る。また、濾過助剤Ｂ由来の結晶質シリカでは、濾過助
剤としての珪藻土の種類および粒径、シリカ・アルミナ
および／またはゼオライト・シリカ・アルミナの粒径な
どにより異なるが、通常４０〜５０μｍ程度である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、水ガラスの製造に際し
て生成し、従来は産業廃棄物として処理されてきた濾過
残渣を有効に利用することができる。

【００２７】より具体的には、本発明により得られた微
細な結晶質のシリカ或いはシリカ・アルミナおよび／ま
たはゼオライト・シリカ・アルミナを含む微細な結晶質
のシリカは、不純物を含む天然の石英ガーネットの粉砕
分級物と同様に、研磨材、台所用クレンザ、プラスチッ
ク金型のクリーナの流動砂などとして有用である。

【００２８】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。

【００２９】実施例１先ず、常法に従ってカレットを溶解し、粗水ガラス溶液
の濾過を行ない、濾過残渣Ａを得た。即ち、３号カレッ
ト（ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏモル比＝３．１７〜３．２３）
１００部および水１６０部をオートクレーブに仕込み、
攪拌下に加熱し常法に従って攪拌下に加熱し、粗水ガラ
ス液を調製した。オートクレーブ内部の温度が８５℃に
低下した時点で、粗水ガラス液の全量を系外に抜き出し
た。溶液中には、未溶解のカレット塊は、認められなか
った。

【００３０】得られた粗水ガラス液に公知の濾過助剤で
ある珪藻土０．０１部を加え、攪拌した後、加圧濾過器
により濾過し、水ガラスおよび濾過残渣Ａを得た。

【００３１】次いで、上記で得た濾過残渣Ａ１００ｇと
２０％水酸化ナトリウム水溶液１００ｇとを攪拌に１時
間還流加熱し、可溶成分を除去した後、熱時濾過して固
形分６０ｇを得た。

【００３２】得られた固形分を１０％塩酸水溶液５０ｇ
とともに１時間還流加熱し、濾別して固形分５８ｇを得
た後、中和し、濾別した。

【００３３】得られた固形分の平均粒径は、１０μｍで
あった。また、得られた固形分のＸ線回折図のピークか
ら、二酸化珪素からなるα−石英、クリストバライトお
よびトリジマイトを同定した。

【００３４】実施例２特願平４−２９７３２０号に開示した方法によりカレッ
トを溶解し、粗水ガラス液の濾過を行ない、濾過残渣Ｂ
を得た。即ち、３号カレット（ＳｉＯ₂／Ｎａ₂Ｏモル
比＝３．１７〜３．２３）１０００部、水１６００部お
よびシリカ・アルミナ（（アルミナ含量１３．５％、平
均粒径６０μｍ）０．０２部をオートクレーブに仕込
み、攪拌下に加熱して粗水ガラス液を得た。次いで、８
５℃でこの粗水ガラス液を系外に抜き出し、珪藻土０．
０２部を加え、攪拌した後、加圧濾過器により濾過し、
水ガラスと濾過残渣Ｂとを得た。

【００３５】次いで、上記で得た濾過残渣Ｂ１００ｇと
１５％水酸化ナトリウム水溶液５０ｇとを８０℃で１時
間加熱攪拌し、可溶成分を除去した後、熱時濾過して固
形分５５ｇを得た。

【００３６】得られた固形分を５％塩酸で中和し、濾別
して固形分５３ｇを得た。

【００３７】得られた固形分の平均粒径は、約５０μｍ
であった。得られた固形分のＸ線回折図のピークから、
二酸化珪素からなるα−石英、クリストバライトおよび
トリジマイトを同定した。これらのピーク以外にノイズ
があったが、これは添加したシリカ・アルミナのそれと
ほぼ一致した。また、得られた固形分の化学分析によ
り、シリカ約３０％およびアルミナ約２０％の含有を確
認したが、これらは非晶質のシリカ・アルミナ分であっ
た。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケイ砂と炭酸ナトリウムとから水ガラス
を製造する際に得られる濾過残渣をアルカリおよび酸に
より順次処理し、中和することを特徴とする微細な結晶
質シリカの製造方法。