(57)【要約】【課題】凝集剤としての用途に有用なアルミニウム塩水溶液を短時間で製造し得る方法を提供する。【解決手段】ｎＮａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝０．５〜３）で表される組成を有するアルミン酸ソーダ水溶液とｍ価の無機酸（ｍは１以上の整数）とを反応させて酸性アルミニウム塩水溶液を製造する方法であって、Ａｌ２Ｏ３１モル当りの無機酸の使用量α（モル）が、下記式：    １．１×（６＋２ｎ）／ｍ≦α≦１．５×（６＋２ｎ）／ｍ    式中、ｎ及びｍは、前記の数である、で表される条件を満足するように、アルミン酸ソーダ水溶液と無機酸とを使用する。【選択図】無し【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎＮａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝０．５〜３）で表される組成を有するアルミン酸ソーダ水溶液とｍ価の無機酸（ｍは１以上の整数）とを反応させて酸性アルミニウム塩水溶液を製造する方法であって、Ａｌ２Ｏ３１モル当りの無機酸の使用量αが、下記式：
１．１×（６＋２ｎ）／ｍ≦α≦１．５×（６＋２ｎ）／ｍ
式中、ｎ及びｍは、前記の数である、
で表される条件を満足するように、アルミン酸ソーダ水溶液と無機酸とを使用することを特徴とする酸性アルミニウム塩水溶液の製造方法。
【請求項２】
前記無機酸として硝酸を使用する請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硝酸アルミニウムに代表される酸性アルミニウム塩の水溶液の製造方法に関するものであり、より詳細には、凝集剤として使用される酸性アルミニウム塩水溶液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムなどのアルミニウム塩は凝集剤として古くから知られており、上下水道の浄化処理や工場廃水の浄化処理などに使用されている。これらの内、塩化アルミニウムは、塩化物イオンによる配管等の腐食の問題などがあるため、あまり使用されていない。また、硫酸アルミニウムは、取り扱いが容易であり、配管等の腐食の問題もなく、現在、最も広く使用されているが、硫酸イオンが系内に蓄積されると、硫酸カルシウムが配管内に沈着するなどの問題を引き起こすこともある。このような観点から、上記のような問題のない硝酸アルミニウムが着目されており、例えば製紙用の添加剤としての用途などが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２９９４６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、凝集剤などの用途に使用される硝酸アルミニウム水溶液は、金属アルミニウムくず或いは水酸化アルミニウムを硝酸に溶解することにより製造される。このような方法は硫酸アルミニウムや塩化アルミニウムについても同様であり、それぞれ、金属アルミニウムくずや水酸化アルミニウムを対応する酸に溶解させることにより製造されている。
【０００４】
しかしながら、上記のような方法は金属アルミニウムや水酸化アルミニウムが酸に溶解するのに著しく長時間要し、さらに加熱を要するという問題があり、短時間で簡便な製造方法が求められている。
【０００５】
従って、本発明の目的は、極めて短時間でアルミニウム塩水溶液を製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、凝集剤としての用途に有用なアルミニウム塩水溶液を短時間で製造し得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、アルミニウム塩水溶液の製造方法について鋭意研究した結果、原料としてアルミン酸ソーダを使用し、これに一定量の酸を反応させることにより、極めて短時間での反応により酸性アルミニウム塩水溶液が得られること、及びこの方法で得られる酸性アルミニウム塩水溶液はソーダ分を含むものであるが、かかるソーダ分はフロック形成能等の凝集剤として求められる特性に悪影響を及ぼさず、かかる水溶液をそのまま凝集剤としての用途に使用し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
即ち、本発明によれば、ｎＮａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝０．５〜３）で表される組成を有するアルミン酸ソーダ水溶液とｍ価の無機酸（ｍは１以上の整数）とを反応させて酸性アルミニウム塩水溶液を製造する方法であって、Ａｌ２Ｏ３１モル当りの無機酸の使用量α（モル）が、下記式：
１．１×（６＋２ｎ）／ｍ≦α≦１．５×（６＋２ｎ）／ｍ
式中、ｎ及びｍは、前記の数である、
で表される条件を満足するように、アルミン酸ソーダ水溶液と無機酸とを使用することを特徴とする酸性アルミニウム塩水溶液の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の製造方法においては、前記無機酸として硝酸を使用することが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法によれば、後述する実験例１に示されているように、極めて短時間でアルミニウム塩の酸性水溶液が得られるばかりか、得られる酸性水溶液は、アルミニウム塩や水酸化アルミニウムの析出が有効に抑制されており、沈殿物のない透明な液であり、これをそのまま凝集剤としての用途に適用することができる。
また、本発明で得られる酸性アルミニウム塩水溶液は、ナトリウム分を含有しているが、このナトリウム分が凝集性能に悪影響を及ぼすことがなく、例えば従来公知の硫酸バンド等の凝集剤と同等の凝集性能を示す。
本発明は、特に無機酸として硝酸を使用して硝酸アルミニウムの酸性水溶液の製造に好適に適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明においては、アルミニウム源としてアルミン酸ソーダを使用するが、このアルミン酸ソーダは下記のモル組成：
ｎＮａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３
式中、ｎは０．５〜３の数である、
を有しているものであり、水溶液の形で使用される。水溶液濃度は特に制限されないが、一般的には、Ａｌ２Ｏ３濃度が３乃至３０質量％程度のものを使用するのが好適である。例えば、市販のＡｌ２Ｏ３濃度２０質量％（ｎ＝１．６５〜１．７５）のアルミン酸ソーダ水溶液を所定の濃度になるように水で希釈したものを用いて原料とすることができる。また、市販のＡｌ２Ｏ３濃度５４質量％（ｎ＝１．２〜１．２３）の水に可溶なアルミン酸ソーダ粉末を所定の濃度になるように水に溶解して原料としてもよい。
【００１１】
本発明では、上記のアルミン酸ソーダに無機酸を反応させてアルミニウム塩を生成せしめる。この反応式は、下記式で表される。
ｍ・［ｎＮａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３］＋［６＋２ｎ］・ＨｍＸ
→  ２ＡｌｍＸ３  ＋  ２ｎＮａｍＸ  ＋  ｍ・（３＋ｎ）Ｈ２Ｏ
式中、ｎは、前記の通りであり、
ｍは、無機酸の価数であり、
Ｘは、無機酸中の酸根である。
【００１２】
用いる無機酸は、特に制限されず、例えば硝酸、硫酸、塩酸、リン酸等を例示することができ、用いた無機酸に対応するアルミニウム塩（ＡｌｍＸ３）が形成されることとなる。本発明においては、一般に他の方法で効率よく製造することが困難である点で、硝酸を使用し、アルミニウム塩として硝酸アルミニウムを形成することが工業的に有利である。
【００１３】
前記の反応式から理解されるように、反応に用いる無機酸（ＨｍＸ）の理論モル数Ｚは、［６＋２ｎ］／ｍで表されるが、本発明では、アルミン酸ソーダ中に含まれるＡｌ２Ｏ３１モル当りの無機酸の使用量α（モル）が、下記条件：
１．１Ｚ≦α≦１．５Ｚ
Ｚは、理論モル数［６＋２ｎ］／ｍである、
を満足するように、アルミン酸ソーダと無機酸とを反応させる。即ち、本発明では、理論量に比して若干過剰の無機酸を使用することが重要であり、この使用量が上記範囲よりも少ないと、反応液中に水に不溶の水酸化アルミニウムが析出してしまい、凝集剤としての使用が困難となり、また、無機酸の使用量が上記範囲よりも多い場合には、反応液に溶解している硝酸アルミニウムが析出してしまい、やはり凝集剤としての使用が困難となってしまう。
【００１４】
反応温度は、一般に室温でよいが、適宜加温してもよく、アルミン酸ソーダ水溶液と無機酸水溶液とを攪拌混合することにより行われる。両水溶液の混合形式は特に制限されないが、通常は、無機酸水溶液中にアルミン酸ソーダ水溶液を攪拌下に添加することにより行われる。
【００１５】
上記のようにして前述した量割合でアルミン酸ソーダと無機酸とを反応させることにより、極めて短時間（一般に数十分程度）でナトリウム分（ＮａｍＸ）を含む透明な酸性アルミニウム塩水溶液が得られる。尚、アルミン酸ソーダ水溶液と無機酸水溶液とを混合すると、初期段階で反応液が懸濁することがあるが、反応が完結すると液が透明になるため、これにより反応の完結を認識することができる。
【００１６】
上記のようにして得られる酸性アルミニウム塩水溶液は、特に凝集剤として有用であり、そのまま或いは希釈、濃縮等により適宜濃度調整して凝集剤としての用途に適用される。
【００１７】
上述した本発明は、アルミニウムと各種無機酸との塩の製造に適用することができるが、特に硝酸アルミニウムの製造に適用した場合、反応時間を著しく短縮することができ、工業的に極めて有利である。
【実施例】
【００１８】
本発明を次の実験例で説明する。
【００１９】
＜実験例１＞
アルミニウム源として、ｎ＝１．６７のアルミン酸ソーダ（１．６７Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３）或いはｎ＝１．２３のアルミン酸ソーダ（１．２３Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３）を用いた。
先ず、２Ｌ（実験Ｎｏ．１〜６）又は０．５Ｌの（実験Ｎｏ．７〜９）の容器に、表１に示す濃度の硝酸水溶液を表１に示す量で仕込み、この硝酸水溶液中に上記アルミン酸ソーダの水溶液を添加し、攪拌羽根の回転数４００ｒｐｍでの攪拌条件下で反応を行い、反応開始後、１５分後、３０分後及び３時間後において、攪拌を一旦停止し、液の状態を目視で観察し、その結果を表１に示した。
尚、表１には、用いたアルミン酸ソーダ水溶液のＡｌ２Ｏ３濃度、仕込み量及び無機酸（硝酸）の理論モル数［（６＋２ｎ）／ｍ］を示し、さらに、Ａｌ２Ｏ３１モル当りの無機酸（硝酸）のモル数／無機酸の理論モル数の値を、モル比率として併せて示した。
【００２０】
【表１】
2009203108.tif 000002
【００２１】
上記の結果から理解されるように、モル比率が１．１未満の実験Ｎｏ．３、６、７では、反応溶液中に水に不溶の水酸化アルミニウムの凝集物が発生してしまい、反応液は懸濁状態のままであった。また、モル比率が１．６の実験Ｎｏ．５では、３時間後に、一旦溶解していたい硝酸アルミニウムが析出してしまい、このため、反応液は底部に析出物が堆積した。これに対して、本発明例であるモル比率が１．１以上であり且つ１．５以下である実験Ｎｏ．１，２，４，８及び９では、何れも３０分以内に反応液が透明となって反応が完結し、析出物の発生が無く、透明状態がそのまま維持されていた。
【００２２】
＜実験例２＞
アルミニウム源としてｎ＝１．６７のアルミン酸ソーダ（１．６７Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３）を用いた。
２Ｌ容器に、表２に示す濃度の硫酸水溶液を表２に示す量で仕込み、この硫酸水溶液中に上記アルミン酸ソーダの水溶液を添加し、攪拌羽根の回転数４００ｒｐｍでの攪拌条件下で反応を行い、反応開始後、１５分後、３０分後及び３時間後において、攪拌を一旦停止し、液の状態を目視で観察し、その結果を表２に示した。
表２には、表１と同様、用いたアルミン酸ソーダ水溶液のＡｌ２Ｏ３濃度、仕込み量及び無機酸（硫酸）の理論モル数［（６＋２ｎ）／ｍ］を示し、さらに、Ａｌ２Ｏ３１モル当りの無機酸（硫酸）のモル数／無機酸の理論モル数の値を、モル比率として併せて示した。
【００２３】
【表２】
2009203108.tif 000003
【００２４】
上記の実験結果に示されているように、無機酸として硫酸を用いた場合にも、モル比率が１．１未満の実験Ｎｏ．１、２では、反応溶液中に水に不溶の水酸化アルミニウムの凝集物が発生してしまい、反応液は懸濁状態のままであった。これに対して、本発明例であるモル比率が１．１以上であり且つ１．５以下である実験Ｎｏ．３では、３０分後には反応液が透明となって反応が完結し、析出物の発生が無く、透明状態がそのまま維持されていた。
【００２５】
＜実験例３＞
凝集剤として、下記の３種類を用意した。
硝酸アルミニウム水溶液：実験例１の実験Ｎｏ．４で調製されたもの
硫酸バンド：両毛化学社製、Ａｌ２（ＳＯ４）３・１９Ｈ２Ｏ水溶液
塩化アルミニウム：日本ケミコン社製ＡｌＣｌ３水溶液（Ａｌ２Ｏ３；９．５重量％）
【００２６】
５００ｍｌビーカーに、工場無機系排水（ｐＨ９．４３、導電率１０３ｍＳ／ｍ）を５００ｍｌ入れ、攪拌機を用いて１５０ｒｐｍで攪拌しながら、上記の凝集剤をそれぞれ、Ａｌ２Ｏ３濃度が２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、１００ｐｐｍとなるように添加し、さらに２分間、攪拌を行った。
次いで攪拌を停止し、静置状態で、アニオン性凝集剤（栗田工業社製クリファームＰＡ８２３）を２〜４ｐｐｍ添加し、１５０ｒｐｍで１分間急速攪拌し、その後、５０ｒｐｍで緩速攪拌して、ビーカー中に生成するフロックの直径（ｍｍ）、沈降速度（秒）を測定し、さらに、ビーカー中の液の外観を判定した。外観の判定基準は、以下の通りである。
○：  液は清澄            
△：  液にやや濁りあり    
×：  液に濁りあり        
上記の結果を表３に示した。
【００２７】
【表３】
2009203108.tif 000004
表３の結果に示されているように、本発明に従って製造された硝酸アルミニウムの酸性水溶液は、市販の硫酸バンドや塩化アルミニウムと同等の凝集性能を示し、凝集剤として好適に使用され得ることが判る。