(57)【要約】【課題】簡単な操作で短時間に水酸化アルミニウムを得ることができるようにする。【解決手段】アルミン酸アルカリ水溶液(２)を収容する反応容器(３)と、反応容器(３)内へ金属アルミニウム含有物(４)を供給する金属供給装置(５)と、反応容器(３)で発生した水素ガス(６)を取り出すガス回収路(７)と、固形物排出手段(19)とを備える。金属供給装置(５)は、ガス回収路(７)から取出される水素ガス量に対応させて、金属アルミニウム含有物(４)を反応容器(３)内へ連続的に供給する。反応容器(３)内に生成される水酸化アルミニウムの沈殿物(21)を固形物排出装置(19)で反応容器(３)の外部へ排出する。反応容器(３)内の液温を冷却装置(17)で水の沸点以下に保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器(３)内にアルミン酸アルカリ水溶液(２)を収容し、このアルミン酸アルカリ水溶液(２)中に金属アルミニウム含有物(４)を供給することにより、水素ガス(６)を発生させるとともに水酸化アルミニウムの沈殿物(21)を生成することを特徴とする、水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項２】
上記のアルミン酸アルカリ水溶液(２)を、反応容器(３)内で金属アルミニウムとアルカリと水とを混合することにより、水素ガス(６)を発生させるとともに生成した、請求項１に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項３】
上記の反応容器(３)内の液温を、冷却手段(17)により水の沸点以下に保持する、請求項１又は請求項２に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項４】
上記の金属アルミニウム含有物(４)を、上記の水素ガス発生量に対応させて調量しながら、上記の反応容器(３)内へ供給する、請求項１から３のいずれか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項５】
上記の反応容器(３)内に生成された沈殿物(21)を、固形物排出手段(19)により反応容器(３)の外部へ排出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項６】
アルミン酸アルカリ水溶液(２)を収容する反応容器(３)と、この反応容器(３)内へ金属アルミニウム含有物(４)を供給する金属供給手段(５)と、反応容器(３)で発生した水素ガス(６)を取り出すガス回収路(７)とを備えることを特徴とする、水酸化アルミニウムの製造装置。
【請求項７】
上記の反応容器(３)内の液温を水の沸点以下に保持する、冷却手段(17)を備えた、請求項６に記載の水酸化アルミニウムの製造装置。
【請求項８】
上記の金属供給手段(５)が、ガス回収路(７)から取出される水素ガス量に対応させて上記の金属アルミニウム含有物(４)を反応容器(３)内へ供給する、請求項６または請求項７に記載の水酸化アルミニウムの製造装置。
【請求項９】
上記の金属供給手段(５)が所定量の金属アルミニウム含有物(４)を連続的に供給可能である、請求項６から８のいずれか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造装置。
【請求項１０】
上記の反応容器(３)内に生成される沈殿物(21)を反応容器(３)の外部へ排出する、固形物排出手段(19)を備えた、請求項６から９のいずれか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミン酸アルカリ水溶液を用いて水酸化アルミニウムを得る水酸化アルミニウムの製造方法とその装置に関し、さらに詳しくは、簡単な操作で短時間に水酸化アルミニウムを得ることができる、水酸化アルミニウムの製造方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水酸化アルミニウムは、化学品の原料に使用されるほか、合成樹脂等の難燃性充填剤や紙の充填剤など、各種の分野で使用されている。従来、この水酸化アルミニウムは、例えば金属アルミニウムとアルカリと水とを反応させる水素ガス発生方法において、副生成物として生成されることが知られている(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
即ち、この水素ガス発生方法では、密閉した反応容器内で金属アルミニウムとアルカリ水溶液とが混合され、水素ガスを発生させて回収するとともに、反応容器内にアルミン酸アルカリ水溶液が生成される。そしてこのアルミン酸アルカリ水溶液は、反応終了後に反応容器から取り出されて晶析処理が施され、これにより水酸化アルミニウムとアルカリ水溶液とが回収される。
【０００４】
上記の晶析処理は、上記のアルミン酸アルカリ水溶液に核となる種晶を供給して、例えば５０℃などの所定温度で、４０〜６０時間などの長時間に亙って撹拌する必要があり、簡単に短時間で処理できない問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０６４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の技術的課題は上記の問題点を解消し、簡単な操作で短時間に水酸化アルミニウムを得ることができる、水酸化アルミニウムの製造方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するため、例えば本発明の実施の形態を示す図１に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
即ち、本発明１は水酸化アルミニウムの製造方法に関し、反応容器(３)内にアルミン酸アルカリ水溶液(２)を収容し、このアルミン酸アルカリ水溶液(２)中に金属アルミニウム含有物(４)を供給することにより、水素ガス(６)を発生させるとともに水酸化アルミニウムの沈殿物(21)を生成することを特徴とする。
【０００８】
また本発明２は水酸化アルミニウムの製造装置に関し、アルミン酸アルカリ水溶液(２)を収容する反応容器(３)と、この反応容器(３)内へ金属アルミニウム含有物(４)を供給する金属供給手段(５)と、反応容器(３)で発生した水素ガス(６)を取り出すガス回収路(７)とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記の反応容器内のアルミン酸アルカリ水溶液は、通常は化学的に安定しているが、反応容器内に過剰の金属アルミニウムが存在すると、水素ガスを発生するとともに水酸化アルミニウムの沈殿物を生成する。これは、上記のアルミン酸アルカリ水溶液が、例えば次の反応式１や反応式２のように化学反応してアルカリを生成し、この生成されたアルカリが循環使用されて反応式３のように上記の金属アルミニウムと化学反応するものと考えられる。
ＮａＡｌＯ2＋Ｈ2Ｏ    →  Ａｌ(ＯＯＨ)＋ＮａＯＨ      …(１)
ＮａＡｌＯ2＋２Ｈ2Ｏ  →  Ａｌ(ＯＨ)3＋ＮａＯＨ      …(２)
２Ａｌ＋２ＮａＯＨ＋２Ｈ2Ｏ  →  ２ＮａＡｌＯ2＋３Ｈ2      …(３)
なお、上記の化学反応で発生した水素ガスは、例えば燃料電池へ供給されて発電に利用したり、ガス容器や水素吸蔵合金などに貯溜されて有効利用することができる。
【００１０】
ここで、上記の金属アルミニウム含有物は、アルミニウムの精錬過程で生じるアルミニウムドロスや、廃棄アルミニウム缶、アルミニウム加工屑などの廃材アルミニウムであってもよいが、純アルミニウムを用いると不純分などが上記の水酸化アルミニウムの沈殿物に混入する虞がないので、より好ましい。
また本発明の上記の生成される水酸化アルミニウムは、アルミナ水和物の全体をいい、バイヤライトやギブサイトなどの３水和物(Ａｌ(ＯＨ)3)のほか、ベーマイトなどの１水和物(Ａｌ(ＯＯＨ))等をも含む。
【００１１】
上記のアルミン酸アルカリ水溶液は、反応容器内で金属アルミニウムとアルカリと水とを混合することにより、水素ガスを発生させるとともに生成することができる。この場合に発生する水素ガスも、上記と同様、燃料電池などで有効利用することができる。
【００１２】
上記の反応容器は、高温になると多量の水分が水蒸気となって水素ガスとともにガス回収路へ排出される。そこで、上記の水酸化アルミニウム製造装置に冷却手段を設けて、反応容器内の液温を水の沸点以下に、例えば４０〜６０℃程度以下に保持すると好ましい。
【００１３】
上記の反応容器内では、金属アルミニウム含有物が供給されると、その金属アルミニウムの供給量に応じて、水素ガスを発生するとともに水酸化アルミニウムの沈殿物が生成する。そこで、この反応容器内へ供給する金属アルミニウム量は、上記の水素ガス発生量に対応させて調整すると、所定量の水酸化アルミニウムの沈殿物を継続的に生成させることができ、好ましい。
【００１４】
この場合、上記の金属アルミニウム含有物を供給する金属供給手段は、この金属アルミニウム含有物を断続的に供給するものであってもよいが、連続的に供給可能であると、水酸化アルミニウムの沈殿物を連続的に生成できるので、好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。
即ち、アルミン酸アルカリ水溶液に金属アルミニウム含有物を供給するだけで水酸化アルミニウムの沈殿物を生成できるので、従来必要とされた晶析処理を省略でき、極めて簡単な操作で短時間に水酸化アルミニウムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す、水酸化アルミニウム製造装置の概略構成図である。
図に示すように、この水酸化アルミニウム製造装置(１)は、アルミン酸アルカリ水溶液(２)を収容する密閉された反応容器(３)と、この反応容器(３)内へ金属アルミニウム含有物(４)を供給する金属供給装置(５)と、反応容器(３)で発生した水素ガス(６)を取り出すガス回収路(７)と、反応容器(３)内に生成された水酸化アルミニウムの沈殿物(21)を反応容器(３)の外部へ排出する固形物排出手段(19)とを備える。
【００１７】
上記の金属供給装置(５)は調量装置(８)を備えており、制御装置(９)によりこの調量装置(８)を制御することで、金属アルミニウム含有物(４)の供給量が調整される。
また、上記の反応容器(３)には、上記のアルミン酸アルカリ水溶液(２)の液温を計測する液温計(16)が付設してあり、反応容器(３)内には冷却装置(17)の冷却回路(18)が形成してある。
さらに、上記のガス回収路(７)は、水封装置(10)と、モレキュラーシーブ等の脱水フィルタ(11)と、ガス流量計(12)とを順に経て燃料電池(13)に接続してある。上記の水封装置(10)には熱電対などの温度計(14)と冷却器(15)が付設してあり、水封装置(10)内が所定の温度に維持される。
【００１８】
上記の固形物排出装置(19)は、上記の反応容器(３)の下部に設けてあり、モータ(20)を駆動することにより、反応容器(３)内の沈殿物(21)を排出口(22)から反応容器(３)の外部へ排出するようにしてある。この排出口(22)には洗浄装置(23)の洗浄入口(24)が連結されており、この洗浄装置(23)に洗浄水の給水路(25)と排水路(26)が接続してある。この洗浄装置(23)の洗浄出口(27)は加熱装置(28)を介して回収容器(29)に接続してあり、この加熱装置(28)には、水蒸気を排出するための排気路(30)が接続してある。
【００１９】
なお、この実施形態では、上記の反応容器(３)内に、例えばアルミン酸ナトリウムなどのアルミン酸アルカリ水溶液が予め供給してあるが、本発明では、例えば図１の仮想線に示すように、この反応容器(３)にアルミン酸アルカリ供給路(31)を設けてもよく、さらに水供給路(32)を設けることも可能である。
【００２０】
次に、上記の装置で水酸化アルミニウムを製造する方法について説明する。
最初に、上記の反応容器(３)内にアルミン酸アルカリ水溶液としてアルミン酸ナトリウム水溶液(２)が収容される。なお本発明で用いるアルミン酸アルカリ水溶液は、金属アルミニウムと反応して水酸化アルミニウムを生成するものであればよく、例えばアルミン酸カルシウムなど他のアルミン酸アルカリ水溶液であってもよい。
【００２１】
次に、上記の反応容器(３)内へ、金属アルミニウム含有物(４)が金属供給装置(５)から調量装置(８)で調量されながら供給される。この金属アルミニウム含有物(４)は、純アルミニウムが好ましいが、アルミニウムの精錬過程で生じるアルミニウムドロスや、廃棄アルミニウム缶、アルミニウム加工屑などの廃材アルミニウムであってもよい。またこの金属アルミニウム含有物(４)は、反応性を考慮して粒状や粉末状、細片状、多孔質状などにすることができ、特に一定形状の粒子や粉末、砕片等にすると、上記の調量装置(８)による調量が容易となり、好ましい。
【００２２】
上記の反応容器(３)内へ金属アルミニウム含有物(４)が供給されることにより、上記のアルミン酸ナトリウムは次の反応式１や反応式２のように化学反応し、水酸化アルミニウムの沈殿物(21)を生成するとともに、水酸化ナトリウムを生成する。
ＮａＡｌＯ2＋Ｈ2Ｏ    →  Ａｌ(ＯＯＨ)＋ＮａＯＨ    …(１)
ＮａＡｌＯ2＋２Ｈ2Ｏ  →  Ａｌ(ＯＨ)3＋ＮａＯＨ     …(２)
【００２３】
このとき生成された水酸化ナトリウムが上記の金属アルミニウム含有物(４)中の金属アルミニウムと化学反応して、次の反応式３のようにアルミン酸ナトリウムを生成するとともに、水素ガス(６)を発生する。
２Ａｌ＋２ＮａＯＨ＋２Ｈ2Ｏ  →  ２ＮａＡｌＯ2＋３Ｈ2  …(３)
【００２４】
この生成されたアルミン酸ナトリウムは、上記の反応式１や反応式２に循環利用され、上記の金属供給装置(５)からさらに供給される金属アルミニウム含有物(４)により、上記の反応式１、２と反応式３とが繰り返されて、水酸化アルミニウムの沈殿物(21)が継続的に生成される。
【００２５】
一方、上記の化学反応で反応容器(３)内に発生した水素ガス(６)は、上記のガス回収路(７)から取出されて水封装置(10)に案内され、所定の温度と湿度に維持されるとともに、水封装置(10)内の水面高さにより所定の圧力、例えば１ＭＰａに調整される。その後、この水素ガス(６)は脱水フィルタ(11)で水分が除去されたのち、ガス流量計(12)を経て燃料電池(13)へ案内され、発電に利用される。なお、本発明では上記の水素ガスを、例えば圧力容器や水素吸蔵合金等へ案内して貯蔵させることも可能である。
【００２６】
上記の化学反応の反応熱により、反応容器(３)内の液温は上昇しようとするが、この液温は前記の液温計(16)で測定され、その測定値に基づいて上記の冷却装置(17)が運転される。これにより、上記の液温は水の沸点以下の所定温度、例えば５０℃に維持される。
【００２７】
上記の金属供給装置(５)は金属アルミニウム含有物(４)を反応容器(３)内へ連続的に供給することができ、これにより反応容器(３)内で水酸化アルミニウムの沈殿物(21)を連続的に生成することができる。このとき、その沈殿物(21)の生成量を制御するため、前記の制御装置(９)は、前記のガス流量計(12)で計測した水素ガス流量を読み取り、前記の調量装置(８)により、この水素ガス流量、即ち反応容器(３)内での水素ガス(６)の発生量に対応させて、上記の金属供給装置(５)から反応容器(３)内へ供給される金属アルミニウム量を制御するようにしてある。
【００２８】
上記の反応式１と反応式２により生成した沈殿物(21)は、前記の固形物排出装置(19)により排出口(22)から反応容器(３)の外部へ排出される。この排出された水酸化アルミニウムの沈殿物(21)は、洗浄装置(23)で洗浄され、加熱装置(28)で乾燥されたのち、回収容器(29)に回収される。
【００２９】
なお、上記の固形物排出装置(19)により沈殿物(21)を排出する際に、反応容器(３)内のアルミン酸ナトリウム水溶液が含まれる場合がある。このため、この排出分に見合う量のアルミン酸ナトリウム水溶液を、例えば前記のアルミン酸アルカリ供給路(31)等から補給するように構成してもよい。
【００３０】
一方、上記の反応容器(３)内の水は、前記の反応式３により水素や水酸基となって消費され、また、一部が水蒸気となって上記の水素ガス(６)とともにガス回収路(７)から排出される。さらに、上記の沈殿物(21)とともに固形物排出装置(19)により排出口(22)から排出されるものもある。そこで、この消費されたり排出されたりする水分を、例えば前記の水供給路(32)から補給するようにしてもよく、あるいは金属アルミニウム含有物(４)とともに反応容器(３)内へ供給することで補給してもよい。
【００３１】
上記の実施形態で説明した水酸化アルミニウム製造装置や水酸化アルミニウム製造方法は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものであり、金属アルミニウム含有物の種類や形状、アルカリの種類、金属供給手段の構造、固形物排出手段や洗浄装置などの構造、水素ガスの利用方法などを、この実施形態のものに限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更を加え得るものである。
【００３２】
例えば上記の実施形態では、反応容器(３)内にアルミン酸アルカリ水溶液(２)を収容したが、本発明ではこのアルミン酸アルカリ水溶液を反応容器内で調製してもよい。即ち、反応容器内にアルカリ水溶液と金属アルミニウム含有物を投入することで、水素ガスを発生させるとともに反応容器内にアルミン酸アルカリ水溶液を生成することができる。この場合、このアルカリ水溶液は、反応容器内へ予め収容しておいてもよく、あるいは前記のアルミン酸アルカリ供給路などから供給してもよい。
【００３３】
また上記の実施形態では、反応容器(３)内にアルミン酸アルカリ水溶液を収容してこれに金属アルミニウム含有物(４)を供給したが、予め反応容器内に金属アルミニウム含有物を供給しておき、これにアルミン酸アルカリ水溶液を供給するように構成してもよい。
【００３４】
さらに上記の実施形態では、水酸化アルミニウムの沈殿物を連続的に生成させる場合について説明した。しかし本発明では、バッチ式に水酸化アルミニウムを製造させる場合にも適用することができ、この場合は、反応容器内へ金属アルミニウム含有物を一括して供給できるので、例えば上記の金属供給手段や固形物排出手段などを省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、簡単な操作で短時間に水酸化アルミニウムを得ることができるので、水酸化アルミニウムの製造に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態を示す、水酸化アルミニウム製造装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…水酸化アルミニウム製造装置
２…アルミン酸アルカリ水溶液(アルミン酸ナトリウム水溶液)
３…反応容器
４…金属アルミニウム含有物
５…金属供給手段(金属供給装置)
６…水素ガス
７…ガス回収路
17…冷却手段(冷却装置)
19…固形物排出手段(固形物排出装置)
21…水酸化アルミニウムの沈殿物
【図１】
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