JPS5843327B2 - 易溶性固形珪酸アルカリの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水易溶性固形珪酸アルカリの製造法であり、更
に言えば、金属珪素やフェロシリコンなどの電熱冶金工
業から排出する微細シリカ含有の副生物の有効利用を目
的とし該副生物、苛性アルカリおよび水との反応生成物
であって、水に容易に溶解する固形の珪酸アルカリに関
し、更にその製造法に関するものである。

金属珪素やフェロシリコンなどの電熱冶金工業から発生
する排ガスの捕集の際に得られる微細なシリカに富んだ
副生物は、最近これをシリカ源として種々の有効利用が
提案されているが、珪酸アルカリ製造における利用がそ
の一つとしてあげられる。

例えば、特公昭５１−１７５１９号にみられるような珪
酸ソーダ水溶液の製造法は、シリカ源としてこの副生物
を有効利用したものである。

一方、特公昭４８−１６４３８号におけるように上記副
生物と粉、粒又はフレーク等の固形苛性アルカリとの混
合物を予め調製はも鹸、実際に使用する際に水を添加し
て溶解熱および反応熱により珪酸アルカリ水溶液を容易
に調製することが提案された。

一般に、珪酸アルカリは水ガラスと称して水溶液の形態
で使用せられるが、運搬貯蔵の面からするとドラム詰め
やタンクローリ−などによらなければならないために経
済的にみて不利なところが多い。

その点、上記の混合物は防水紙袋などの包装で十分であ
り、上記の欠点を解決したものとして考えられた。

しかしながら、この混合物に水を単に添加するだけで水
ガラス溶液は提案したほどには簡単に得られないことが
判明した。

すなわち、反応して珪酸アルカリに到るまでには長時間
を要し、しかも反応率は低いために未反応シリカが多く
、シリカとアルカリとの所望のモル比を調整することは
不可能で品質の悪いものであることや、水を添加して反
応させる際、水素ガスの発生に伴う危険性、反応槽と溶
解槽が使用現場で必要とされるなど数多くの問題点があ
って、実際に使用する例からみると殆んど使用に耐え難
いものである。

一方、固体の珪酸アルカリは公知である。

いわゆる粉末珪酸アルカリと称せられるものであり、こ
れは珪酸アルカリ水溶液から粗錫乾燥によって製造され
るが、工程が長いたみにコストの高いものとなる。

一方、他の製法として我々は、無水の珪酸アルカリガラ
スを直接に水和させて固体の水利珪酸アルカリガラスの
製法を開発した。

（特願昭５０−２１９４１号、特願昭５０−８８５４４
号）しかし、この方法で得られる粒状水利珪酸アルカリ
ガラスは溶解するまでに上記の粉末珪酸アルカリと比較
すると時間がかかり、いわゆるインスタント珪酸アルカ
リとして水を添加するだけで水ガラス溶液が得られると
いうわけにはゆかない。

又、この方法も原料および工程からみてコスト高は避け
られない。

このような上記の問題に鑑み本発明者らは経済的で汎用
性のあるインスタント珪酸アルカリ、即ち水を添加する
と直ちに水ガラス溶液を調製しうるような固体状珪酸ア
ルカリの開発に鋭意研究していたところ、上記の如きシ
リコンダストのようなシリカ源を使用することにより易
溶性の珪酸アルカリを経済的に製造できることを見い出
し、本発明を完成するに到った。

金属珪素やフェロシリコンなどの電熱冶金工業から排出
する微細シリカ含有の副生物、苛性アルカリおよび水と
をモル比ＳｉＯ２／Ｍ２０（ＭはＮａ又はＫを表わす）
２．０〜４，３含水率２５〜４０重量％の割合で充分混
練してペースト状にし、次いで該ペーストを温度７０〜
１３０℃において０．５〜３時間加熱養生させることを
特徴とする易溶性固形珪酸アルカリの製造法に関するも
のである。

本発明に係る固形珪酸アルカリは粉状、粒状又は塊状、
更に所望によれば成型体でも可能で用途に応じて種々の
形態をとることができる。

またこの固形物は原料の性質上、炭素を初めとして微細
な不溶性成分が若干量均一に混在したものであって重質
であり、しかも外観は灰色乃至黒色をして従来の固形珪
酸アルカリとは著しく物性を異にしている。

この固形珪酸アルカリは少なくとも８５重量％、好まし
くは９０重量％が水に容易に溶解する水利珪酸アルカリ
でありこの一例を珪酸ソーダで示すと化学的組成は大体
次の通りである。

本発明に係る固形珪酸アルカリにおいて、可溶性又は不
溶性成分の値は、試料５ｇを１００ｇの水で７０℃、１
時間撹拌した後の固液分離される溶解成分および不溶成
分をいう。

本発明における固形珪酸アルカリは原料シリカ分のうち
、少なくとも約８０重量％のシリカ分が珪酸アルカリへ
転化して可溶化したものであり、その可溶成分の水に対
する溶解性が、一般の珪酸アルカリ水溶液を噴霧乾燥し
た粉末品や無水珪酸アルカリガラスの部分水和の固形分
に比して良好であるため、いわゆる”インスタント水ガ
ラス１１として用いることができる。

次に本発明に係る固形珪酸アルカリの製造法について説
明する。

本発明において、シリカ源として使用するものは、金属
単体、合金、珪化物、炭化物等を製造する電熱冶金工業
において排ガス捕集の際に回収されるダストで微細なシ
リカに富んだものである。

かかるダストを副生ずる工業としては金属珪素、金属ク
ロム、金属マンガン、フェロシリコン、フェロクロム、
フェロマンガン、ハロゲン化珪素、炭化珪素などの製造
工業などがあげられるが、特に、金属珪素またはフェロ
シリコン製造に際して副生ずるダストが本発明における
シリカ原料として好ましい。

このものはダストの状態そのままで使用することはもち
ろん可能であるが、適当な粒径に造粒したものを使用す
る方が操作上好ましい。

また、このダストを使用するに当り必要に応じて、苛性
アルカリとの易反応性のシリカ、例えば、天然の非晶質
シリカ、市販のホワイトカーボン、シリカゲルなどを補
助的に使用することを防げない。

一方、苛性アルカリは液体又はフレークなどの固体の苛
性ソーダ、苛性カリのいずれでもよい。

この両原料および、これに水を添加して水可溶性成分中
のモル比ＳｉＯ２／Ｍ２０を２．０〜３．５に調整し、
混練する。

従って、得られる固形珪酸アルカリ中の不溶性シリカを
考慮すると原料混合物のモル比３．５以上になることが
ある。

この理由は、原料混合物中のモル比において、下限では
反応性が良好なため製品モル比の下限とはシ一致する。

更にそれ以下の場合にはアルカリ過剰となって使用に適
した固形物が得難くなり、一方、該混合物中のモル比が
高くなると反応性が低下して約３．５を越えるとその傾
向が著しく、水可溶性成分が少なくとも８５重量％の限
定から４．３が限度である。

水の量は、得られる製品の含水率が前記のように１５〜
３０重量％の範囲になるように調整することが必要で、
大体この混練操作において設定する。

すなわち、原料混合物中の水分は、水利反応と混練によ
るペースト状態になるに必要な量であり、それは製品中
の含水率よりも少なくとも５重量％を越える高い値に設
定する必要があるが、多くの場合、該混合物中の含水率
は２５〜４０重量％の限られた範囲にある。

この混練はニーダの如き装置を用いて行うことが適当で
あるが、ダストが造粒物の場合は、すりつぶしの機構を
兼備した混練機、例えば押出成型機などに通した後、混
練すると効果的で、作業環境上、および混線の効果から
みてもダストは造粒物の方が好ましいことが多い。

この混練によりペースト状になるが、混練するに当り一
部反応して発熱を伴い、水素ガスの発生をみることはあ
るが、殆んど危険を伴うことはない。

この操作において特に外部からの加熱を要することはな
いが、加熱するとしても約７０℃以上にあげることを要
しない。

次に、この原料をペースト状にした後７０〜１３０℃の
温度好ましくは１００〜１２０℃の範囲において反応を
行わせて、実質的に珪酸アルカリにする。

この加熱時間はペーストの状態、モル比などによるが、
最終的に含水率を１５〜３０重量□、好適には１８〜２
５重量％の範囲にすることおよび反応を完結するために
要する時間であり、大体０．５〜３時間の範囲で加熱養
生する。

この場合７０℃以下では反応が進行し難く長時間を要し
、一方１３０℃以上では含水率の制御が困難となる。

また、含水率が１５重量％以下の場合には、不溶成分が
多くなって特徴的な易溶性の固形物でなくなり、一方、
３０重量％以上になると固形物としての特徴は保たれな
くなる。

更に、水可溶性成分中のモル比を上記の範囲に設定した
理由は、吸湿性および固結現象はモル比が低くなる程そ
の傾向を示しモル比が約２．０以下になると、一段と著
顕になって、固形珪酸アルカリとしての運搬貯蔵の利点
に欠けて来るからであり、一方、モル比が３．５以上に
なると、水不溶成分が増大すると共に水への溶解速度も
遅くなるためである。

かくして加熱養生した後は冷却固化し、次いで固化物を
適当な粒度に粗砕又は粉砕して製品とする。

又、所望によっては加熱養生す際に底型することによっ
て成型体としても得ることができる。

本発明に係る固形珪酸アルカリは、多くの場合粉末珪酸
ソーダが好ましく、特に、土木用や鋳型用の珪酸ソーダ
として好適である。

次に実施例にて説明するが、部はいずれも重量を表わす
。

実施例 １ フェロシリコンダスト（Ｓｉ０２：９２％、Ｃ：３％、
水分：ｌ、０％）１００部、市販の５０％液体苛性ソー
ダ６８．７部および水８．２部とを混練機を用いて充分
に混練したところペースト状になった。

次いでこのペーストを１００℃において２時間加熱養生
させた後放冷固化させた。

次いで、この固化物を粉砕して５００μ（３２メツシユ
）篩を通過する程度の粒状珪酸ソーダを得た。

この粒状珪酸ソーダについて化学分析、溶解試験および
貯蔵安定性について測定したところ、次の結果が得られ
た。

（１）化学組成 第１表（重量％）（２）試
料固形珪酸ソーダ１００部を水２００部に添加して２０
’Ｃに保ち、所定時間毎に一部を濾過し、ろ液中の珪酸
ソーダを分析して可溶性珪酸ソーダ中の溶解珪酸ソーダ
分の測定をして溶解性を調べた。

（３）本発明に係る固形珪酸ソーダを袋詰して通常の状
態にて２ケ月放置したが全く固結現象は認められなかっ
た。

実施例 ２ 実施例１と同じシリコンダストの造粒物（粒径２〜５ｍ
ｍ）１００部、市販の５０％液体苛性ソーダ１０１．５
部をすりつぶすようにして充分混練してペースト状にし
た。

次いでこのペーストを１００〜１１０℃の温度で２時間
加熱養生後放冷固化させた。

次いで平均粒径約５關の粒状物に粗砕して１固形珪酸ソ
ーダを得た。

これを同様にして特性を調べたところ、次の結果が得ら
れた。

（１） 化学組成 第３表（重量％）比
較例 実施例１で用いたフェロシリコンダスト１００部とフレ
ーク苛性ソーダ（ＮａＯＨ：９８重量％）３５部とを粉
砕しながら充分に混合した。

この混合物（モル比Ｓ ｉｏ ２／’Ｎ ａ ２０は３
．１０）１００部に対して水１００部、２００部および
５００部を各各添加混合して１時間撹拌を続けた。

次いでろ液を分析してモル比を測定したところ次の結果
が得られた。

上記より明らかな如く、設定モル比３．１０のフェロシ
リコンダストと苛性ソーダの混合物は可溶性成分のモル
比とは著しく異なり、反応性が悪く水可溶性シリカの量
が少ないために、インスタント珪酸ソーダとしては殆ん
ど使用できないものであると言える。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属珪素やフェロシリコンなどの電熱冶金工業から
   排出する微細シリカ含有の副生物、苛性アルカリおよび
   水とをモル比ＳｉＯ２／Ｍ２０（ＭはＮａ又はＫを表わ
   す）２．０〜４．３含水率２５〜４０重量％の割合で充
   分混練してぺ・−スト状にし、次いで該ヘーストを温度
   ７０〜１３０℃において０．５〜３時間加熱養生させる
   ことを特徴とする易溶性固形珪酸アルカリの製造法。 ２ 微細シリカ含有の副生物が造粒物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の易溶性固形珪酸アル
   カリの製造法。