JPH0557285A - 水溶液中のシリカ除去法および有価元素回収法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地熱熱水を始めとするシリカ（ＳｉＯ₂）含
有水溶液からシリカを連続的に除去し、前記水溶液の流
路におけるシリカスケールの生成を防止するとともに、
前記水溶液中に溶存する各種有価元素を分離、回収す
る。 【構成】 分離槽３で水蒸気と分離された地熱熱水１を
反応流路４に流しながら、反応流路４に設置された電極
５Ａ，５Ｂ間に一定間隔で断続的に通電し、電極５Ａ，
５Ｂのうち陽極をなす物質の水酸化物の生成と離脱とを
繰り返して行う。前記水酸化物にはシリカおよび各種有
価元素が凝集されているので、この水酸化物を濾過装置
１１により回収し、更に、回収された前記水酸化物から
前記各種有価元素を回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地熱熱水を始めとす
る、シリカ（ＳｉＯ₂）を含有する水溶液からシリカを
分離し、前記水溶液の流路におけるシリカスケールの生
成を防止するとともに、前記水溶液中に溶存する各種有
価元素を分離、回収する水溶液中のシリカ除去法および
有価元素回収法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地熱発電は、地中の高温地熱流体を噴出
させ、分離された水蒸気を用いて発電を行うものである
が、この場合、水蒸気とともにシリカを５００〜１００
０mg／lの濃度で含む地熱熱水が噴出する。噴出した地
熱熱水は、地下還元弁を経て地中に還流されるが、前記
地熱流体の温度が２５０℃〜３５０℃であるのに対し前
記地熱熱水の温度が９７℃〜９８℃と低温であるため、
前記地熱熱水におけるシリカの溶解度が相対的に低下
し、しかも前記水蒸気との分離に伴いシリカが濃縮され
ることから、前記地熱熱水に含まれるシリカの一部は過
飽和状態となる。

【０００３】この過飽和シリカはシリカスケールとして
地熱発電所内の熱水経路や地下還元井の内壁等に析出し
やすく、その結果熱交換器の熱効率低下や前記熱水経路
の閉塞、あるいは前記地下還元井の容量減少等の原因と
なっている。しかも、析出したシリカは前記内壁等に強
固に付着して除去が困難であることから、シリカの析出
が進行した場合には、発電所の運転を停止して前記熱水
経路あるいは地下還元井を交換しなければならない。こ
のように、前記地熱熱水中におけるシリカの存在は、前
記地熱熱水の利用上大きな障害となっている。

【０００４】そこで、前記地熱熱水中のシリカを予め除
去すれば、前記熱水経路や前記地下還元弁におけるシリ
カスケールの析出が防止されるため、従来より多くの研
究がなされている。

【０００５】ここで、これら従来のシリカ回収法は、ほ
ぼ以下の三種類に大別される。 （１） 限外濾過膜法：特開昭６０−９４１９８号公
報、特開昭６３−１４９６号公報、および特開昭６３−
２８０５号公報等に開示されている方法で、前記地熱熱
水中のシリカにシリカシード等の薬液を添加してコロイ
ド状とした後、ポリ塩化ビニル等からなる限外濾過膜を
用いて濾過し、濾過膜上の残渣を回収することによりシ
リカの除去を行うものである。

【０００６】（２） 吸着法：特開昭５９−１６５８８
号公報、特開昭６０−１１４３９１号公報、および特公
昭５９−１３９１９号公報等に開示されている方法で、
前記地熱熱水に吸着剤（チオエーテル重合体等の有機溶
媒、または、カルシウム、マグネシウム等を含有する金
属化合物や活性アルミナ等）を添加するものである。同
方法においては、添加物とシリカと重合させるか、上記
添加物の加水分解の結果生じた二次生成物の水酸化物と
ともに沈澱したシリカを除去する。

【０００７】（３） 浮上分離法：前記地熱熱水にシリ
カ捕収剤を含む発泡性液剤を添加し、発生した気泡の表
面に微細なシリカ粒子を吸着させて、泡層として除去す
る方法である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
方法のうち限外濾過法においては、濾過膜が容易に目詰
まりを起こすためその都度洗浄もしくは交換する必要が
あり、除去率も数％にすぎないことから、除去効率が低
く、除去に必要な経費が増大するという問題があった。

【０００９】また、吸着法は、シリカの除去率は高いも
のの、特殊な薬剤を使用する必要があり、特に、有機溶
媒を用いた場合には添加する有機溶媒が高価であるため
経済性の点で問題があった。更に、浮上分離法では、除
去効率を高めるために、ｐＨ調整その他の方法により、
予めシリカの重合および凝集を促進させておく必要があ
り、工程が複雑となっていた。

【００１０】一方、シリカを含有する水溶液に電極を接
触させ、この電極間に数百mＡ程度の電流を通電する
と、前記電極のうち陽極が溶解して水酸化物が形成さ
れ、しかも、この水酸化物とともに前記水溶液中のシリ
カが凝集することが知られている。この方法によれば前
記水溶液中のシリカ濃度を比較的容易に低下させること
が可能であるが、通電に伴い前記陽極の表面が前記水酸
化物で覆われて除去効率が次第に低下し、最終的には前
記電極間の導通が不可能となる場合があることから、前
記陽極表面を覆う前記水酸化物を定期的に除去しなけれ
ばならず、シリカの除去を連続的に行うことができない
という問題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記地熱熱水
等シリカを含有する水溶液に電極を接触させ、当該電極
間に一定の間隔で断続的に通電することにより、前記電
極のうち陽極を溶解させ、前記電極をなす物質の水酸化
物とともにシリカおよびＩ族、ＩＩＩ族、Ｖ族およびＶ
Ｉ族元素から選択される前記水溶液中の有価元素を凝集
させ、更に前記水酸化物より当該有価元素を回収する前
記水溶液中のシリカ除去法および有価元素回収法であ
る。

【００１２】

【作用】本発明によれば、地熱熱水を始めとするシリカ
含有水溶液に電極を接触させ、この電極に通電すること
により、二次的に生成された水酸化物にシリカが凝集
し、その結果、前記水溶液中のシリカが効率よく除去さ
れる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
更に詳しく説明する。本発明におけるシリカ除去設備の
基本的な構成を図１ないし図３に示す。図１ないし図３
において、符号３は円筒状をなす分離槽で、その側面に
は導入管２が接続されている。また、分離槽３の下端を
なす円形部の中心には下方から上方に向けて蒸気移送管
１０が挿入され、その一端は分離槽３内において地熱熱
水１が混入しない位置に開口している。また、蒸気移送
管１０の他端は発電設備（図示せず）に接続されてい
る。

【００１４】分離槽３はＵ字溝状をなす反応流路４の先
端に接続され、反応流路４内には各々長方形平板状をな
す陽極と陰極からなる一対の電極５Ａ，５Ｂが配設され
ている。また、電極５Ａ，５Ｂの位置は、反応流路４に
地熱熱水１を流した場合電極５Ａ，５Ｂの下部が地熱熱
水１に浸漬されるような位置となっている。

【００１５】電極５Ａ，５Ｂの上端にはスイッチ７を経
て電源８が接続されており、スイッチ７には自動開閉機
構（図示せず）が備えられている。この自動開閉機構は
一定の間隔で自動的に通電を行うもので、通電および通
電停止の時間は任意に設定可能となっている。そして、
反応流路４の後端には還元管９が接続され、還元管９は
更に濾過装置１１を経て地下還元井（図示せず）に接続
されている。

【００１６】地中より噴出した地熱熱水１は導入管２を
経て分離槽３内に貯留された後、渦流となって反応流路
４に流入し、反応流路４において電極５Ａ，５Ｂと接触
しつつ還元管９へと向かう流れを形成する。この状態で
スイッチ７をＯＮにすると、電源８より供給された電流
により、地熱熱水１を介して電極５Ａ，５Ｂ間が導通
し、電源８と電極５Ａ，５Ｂ間に回路が形成されるとと
もに、電極５Ａ，５Ｂのうち陽極が溶解し、前記陽極の
表面に、前記電極をなす物質の水酸化物からなる澱物が
生成する。また、この澱物には、前記水酸化物とともに
地熱熱水１中に含まれるシリカおよび他の有価元素が凝
集する。

【００１７】ところで、上記の通りスイッチ７には自動
開閉機構が備えられているため、スイッチ７をＯＮにし
た後一定時間が経過すると、前記自動開閉機構の作用に
より通電が自動的に停止される。すると、通電の停止に
伴い、前記陽極の表面に生成した前記殿物が反応流路４
内における地熱熱水１の流れにより前記陽極の表面から
離脱し、更に地熱熱水１とともに反応流路を通って還元
管９に流入し、濾過装置１１において地熱熱水１と分離
される。

【００１８】そして通電停止後一定時間が経過すると、
前記自動開閉機構の作用により通電が再開され、前記陽
極の周囲に、再度前記電極をなす物質の水酸化物からな
る澱物が形成される。このように、スイッチ７をＯＮに
すると、電極５Ａ，５Ｂへの通電が一定間隔で断続的に
繰り返され、それに伴い前記陽極の表面では水酸化物の
生成と離脱とが繰り返される。

【００１９】その結果、地熱熱水１中に溶存するシリカ
の大部分は前記殿物に凝集されて濾過装置１１において
分離されるため、濾過装置１１から排出された地熱熱水
１は、シリカをほとんど含まない状態で還元管９を経て
前記地下還元井から地中に還元される。従って、熱水経
路や前記地下還元井においてシリカスケールが生成する
ことはない。一方、前記の通り、回収された澱物にはシ
リカ以外にも種々の有価元素が凝集しているため、溶融
電解法等の方法を用い、前記澱物よりこれらの元素を回
収して利用することができる。

【００２０】しかも、通電が断続的に行われ、それに伴
い前記陽極の表面において前記水酸化物の生成と離脱が
繰り返されるため、前記陽極の表面が前記水酸化物で被
覆されることはなく、従って、上記のシリカ除去設備を
長時間連続的に稼働させた場合でも、電極５Ａ，５Ｂ間
の導通が不可能となることはない。

【００２１】なお、地熱熱水１とともに噴出した水蒸気
は、分離槽３で地熱熱水１と分離された後、蒸気移送管
９を経て前記発電設備に移送され、発電に利用される。

【００２２】ここで、電極５Ａ，５Ｂに用いられる材質
としては、アルミニウム、銅、鉄、亜鉛、鉛、ニッケ
ル、コバルト、チタン、カルシウム、およびマグネシウ
ムから選択される金属またはその合金が用いられるが、
必要に応じ、それ以外の素材を用いてもよい。

【００２３】また、通電時における電流の大きさならび
に通電／通電停止の間隔は、上記殿物が生成されるよう
な条件とする他、電極５Ａ，５Ｂの形状および大きさ、
電極５Ａ，５Ｂ間の距離、反応流路４の容積、等の条件
は、反応流路４内における地熱熱水１の流速、地熱熱水
１の温度、および地熱熱水１中のシリカの濃度ならびに
他の金属イオンを始めとする混合物の有無等の条件によ
り任意に設定される。

【００２４】なお、図１のシリカ除去設備においては、
反応流路４の断面形状を、図２に示すようなＵ字溝状と
したが、図３に示すように、流路の断面形状を管状と
し、この反応流路４Ａ内に電極５Ａ，５Ｂを設置しても
よい。更に、除去部６を複数個設け、地熱熱水１が各除
去部６を順次通過するに従い、地熱熱水１中のシリカが
段階的に除去されるような構成としてもよく、分離槽３
に直接電極５Ａ，５Ｂを設置し、分離槽３内で通電を行
ってもよい。更に、前記澱物の生成を促進するため、大
型の沈降槽を設けたり、沈降促進剤を併用することも可
能である。

【００２５】一方、前記陽極の溶解に伴い電極５Ａ，５
Ｂ間の導通が不可能となった場合には、電極５Ａ，５Ｂ
の交換により、再度の導通が可能となっている。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、地
熱熱水を始めとするシリカ含有水溶液に電極を接触さ
せ、この電極に通電するだけで、二次的に生成された水
酸化物にシリカが凝集し、その結果、前記水溶液中のシ
リカが効率よく除去される。そのため、回収の操作が簡
単で、回収に要するコストも大幅に低減され、しかも、
特殊な薬剤等を使用することがないので、経済性と安全
性が高められる。すなわち、本発明を利用すれば、地熱
発電等における地熱熱水中のシリカスケールの生成を、
簡単かつ安価に、しかも確実に防止することができる。

【００２７】特に、通電を断続的に行うことにより、前
記電極が前記水酸化物により被覆されることに伴うシリ
カ除去効率の低下が防止されるため、前記水溶液中のシ
リカを長時間にわたり効率的に除去することが可能であ
る。

【００２８】更に、前記水溶液に、シリカとともに、Ｉ
族、ＩＩＩ族、Ｖ族および六族元素から選択される各種
有価元素が溶存する場合には、これら各種有価元素をも
前記水酸化物中に凝集することができる。しかも、これ
らの有価元素はいずれも前記水酸化物より回収し、有効
に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるシリカ除去設備の基本的な構成
を示す概念図である。

【図２】本発明における反応流路の形状の例を示すシリ
カ除去部の横断面図である。

【図３】本発明における反応流路の形状の例を示すシリ
カ除去部の横断面図である。

【符号の説明】

１ 地熱熱水 ２ 導入管 ３ 分離槽 ４，４Ａ 反応流路 ５Ａ，５Ｂ 電極 ７ スイッチ ８ 電源 ９ 還元管 １０ 蒸気移送管 １１ 濾過装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリカを含有する水溶液に少なくとも一
   対の電極を接触させ、更にこの電極間に一定間隔で断続
   的に通電して、前記電極をなす物質の水酸化物とともに
   凝集させることを特徴とする水溶液中のシリカ除去法。
2. 【請求項２】 上記電極に用いられる材質として、アル
   ミニウム、銅、鉄、亜鉛、鉛、チタン、ニッケル、およ
   びコバルトから選択される金属またはその合金を用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の水溶液中のシリカ除去
   法。
3. 【請求項３】 前記水酸化物とともに、シリカに加え、
   Ｉ族、ＩＩＩ族、Ｖ族およびＶＩ族元素から選択される
   前記水溶液中の有価元素を凝集させることを特徴とする
   水溶液中の有価元素回収法。