JPH062571B2 - 珪酸アルカリ水溶液の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蛇紋岩を出発原料とする珪酸アルカリ水溶液
の製造法に関する。

〔従来の技術〕

珪酸アルカリ水溶液の製造法については、次の２つの方
法が代表的なものとして知られている。

(1)珪砂とアルカリとの混合物を加熱溶融して無水珪酸
アルカリガラスのカレットを製造し、次いでオートクレ
ーブで水熱処理して製造する方法（一般に乾式法と称さ
れる）。

(2)珪華などの天然シリカあるいはフェロシリコンダス
トの如き易反応性の非晶質シリカをアルカリ水溶液と直
接反応させて製造する方法（一般に湿式法と称され
る）。

これら代表的な製造技術のうち、後者の湿式法は前者の
乾式法のように多量の熱エネルギーを必要としない点で
非常に有利な面が認められるが、シリカ源が限られてい
るうえに不純物が溶液に混入するといった難点がある。
したがって、現在は専ら乾式法が工業的に実施されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕 湿式法の改良として、珪砂の如き結晶性シリカを超微粉
砕し、これをシリカ源としてアルカリ水溶液と反応させ
る試みも提案されている。ところが、この方法ではＳｉ
Ｏ_２／Ｎａ_２Ｏ比の高い濃厚な水ガラスとしては得がた
く、また収率も低い。このため加圧下での反応を必要と
せざるを得ず、さらに粉砕などの煩雑な工程操作を考慮
するとやはり乾式法の有利性には及ばない。

ところで、我国に多量に産出するシリカ含有鉱石に蛇紋
岩がある。この蛇紋岩を工業資源として有効利用する試
みは古くからなされているが、未だその利用分野は極く
限られている。

例えば蛇紋岩を硫酸分解してマグネシウムや、少量の有
価金属を回収する試みは提案されているが、蛇紋岩の大
半を占めるシリカの活用については、溶成隣肥等の珪酸
質肥料に用いられる例はあるけれどもこれまで余り関心
が向けられていない。

本発明者らは、蛇紋岩の鉱酸分解により生成するシリカ
が蛇紋岩の基本組織を実質的に具備した組織構造を備え
ており、しかもアルカリ成分と極めて良好な反応性を有
する事実を知見し、本発明を完成した。したがって、本
発明は蛇紋岩を出発原料として、湿式法により効率的に
珪酸アルカリ水溶液を製造することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明に係る珪酸アルカリ水
溶液の製造法は、蛇紋岩を鉱酸分解して繊維状集合体の
シリカゲルを生成させ、次いで該シリカゲルを苛性アル
カリ水溶液に溶解させることを構成的特徴とする。

本発明において、シリカゲル生成の出発原料となる蛇紋
岩（Serpentinite）はマグネシウムに富んだ珪酸質岩石
で、岩石学的にかんらん岩（Peridotite）とともに超塩
基性岩に分類される。この両者は化学組成としては類似
しているが、かんらん岩がフォルステライト（Forsteri
te）、エンスタタイト（Enstatite）を主要構成鉱物と
するのに対し、蛇紋岩はクリソタイル（Chrysotile）、
リザルダイト（Lizardite）、アンチゴライト（Antigor
ite）からなる蛇紋石鉱物（SerpentineMinerals）を主
要構成鉱物としており、まったく異なるものである。多
くの場合、蛇紋岩はかんらん岩が熱水作用で変質するこ
とにより生成したものであるため、蛇紋石鉱物のほかに
未変質のフォルステライトやオンスタタイト、あるいは
カルサイト（Calcite）、クロマイト（Chromite）、マ
グネタイト（Magnetite）などの不純物鉱物を含むこと
がある。

また、蛇紋岩中に存在する蛇紋石鉱物は、時として肉眼
で見ても明瞭な繊維状の集合体、いわゆる石綿（Asbest
os）として産出することもある。

このような蛇紋岩は、鉱産資源としてわが国土に広く分
布しており、北海道日高地区や四国に大規模な岩体が知
られていて、その埋蔵量は莫大なものである。

本発明にかかる珪酸アルカリ水溶液製造の原料となる繊
維状集合体シリカゲルの出発原料は、上記した蛇紋岩で
あれば特にその履歴は限定されないが、蛇紋石鉱物の含
有量が多い方が好ましい。原料中に不純物がある場合
は、必要に応じ未変質のフォルステライトやエンスタタ
イトについては選択粉砕や手選により、また、クロマイ
ト、マグネタイトなどの磁着鉱物は磁選により容易に除
去することができる。蛇紋石鉱物のマグネシウムと置換
して存在する鉄や、鉄の水酸化物のような鉱酸に可溶な
不純物および微量成分は、生成したシリカゲルには実質
的に残留することはなく、処理溶液中に溶出するためあ
まり問題とはされない。

原料とする蛇紋岩は粉砕品を用いるが、粒度はあまり限
定する必要はない。しかし、大きすぎると完全に反応さ
せるのに長時間を要するので好ましくなく、−100mesh
程度が好ましい。

繊維状集合体のシリカゲルは、上記の蛇紋岩原料を鉱酸
で分解することにより生成される。

鉱酸としては硫酸または塩酸が好適に用いられ、通常、
１Ｎ以上の水溶液で使用に供される。しかし、水溶液濃
度を余り高くすると目的とする繊維状の集合体組織が維
持できなくなるため、上限を12Ｎ程度に設定することが
望ましい。鉱酸の使用量は、少くとも蛇紋岩原料中に含
有するマグネシウム成分がすべて塩化物または硫酸塩に
転化するために要する化学的量論量よりも過剰とする必
要がある。また、スラリー濃度については特に制限はな
く専ら作業性と経済性の面を考慮して設定されるが、通
常、10〜250g／、好ましくは50〜200g／の範囲であ
る。

鉱酸分解の条件として、温度は常温から100゜Cまでの低
温度域で十分であり、用いる鉱酸濃度が高い場合には寧
ろ余り温度を上げない方が良結果を与える。処理時間
は、鉱酸濃度、分解温度等によって変動するが、少くと
も３時間以上保持する必要がある。なお、処理は攪拌下
でおこなうことが反応を円滑に進めるための望ましい要
件となる。

上記の条件によって分解処理された原料は、常法に従っ
て母液と分離したのちシリカゲルとして回収される。こ
の際、母液中には多量の塩化マグネシウムまたは硫酸マ
グネシウムが溶解されているため、これらを水酸化物、
酸化物その他の形態に転換して有効利用することができ
る。また、同時に少量溶解しているニッケル、コバル
ト、クロム等の有価金属成分についても分離回収するこ
とができる。

このように鉱酸分解して生成されたシリカゲルは、原料
の蛇紋岩が有する繊維状集合体の基本組織を実質的に破
壊されることなく保持した組織形態を呈しており、酸化
マグネシウムの含有量が0.3wt％以下の高純度非晶質体
である。

次に上記の繊維状集合体シリカゲルを苛性アルカリ水溶
液に溶解させる。

苛性アルカリには曲型的な水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウムなどの物質が共用されるが、多くの場合水酸化ナ
トリウムが適用される。苛性アルカリは、水溶液の形態
でシリカゲルと直接反応させる。水溶液のアルカリ濃度
は、0.5〜５Ｎの範囲、とくに１〜３Ｎに設定すること
が望ましく、この濃度範囲より薄くなると処理容量が増
大して工業的でなくなり、他方濃過ぎると溶解速度が後
退するうえに溶液粘性が増して作業性を阻害する。ま
た、苛性アルカリの使用量はＳｉＯ_２／Ｍ_２Ｏのモル比
として１〜３の幅の中から選定することが適切で、この
モル比が１未満では工業的な意味がなく、３を越えると
未反応のシリカが残留する事態を招く。

溶解操作の条件は、常温、常圧下で攪拌しながらおこな
うことで足り、殊更、圧力を負荷しなくても円滑に溶解
反応が進行する。なお、温度については、若干の加温は
溶解速度を速める効果があるので、適宜に付加条件とし
て適用される。

このようにして溶解して得られた珪酸アルカリ水溶液は
そのまま製品とすることができるが、必要に応じ分離、
濃縮などの後処理を施して混入する不溶解成分の除去、
濃度の調整等をおきない製品とする。

〔作用〕

蛇紋岩を鉱酸分解して生成されるシリカゲルは、主要構
成成分である蛇紋石鉱物のＳｉＯ_４四面体シートは実質
的に分解されずにもとの組織形態を維持し、蛇紋石の八
面体シート中のマグネシウムおよび可溶金属成分は選択
的に溶出された極めて反応性に富む組織性状を有してい
る。したがって、苛性アルカリ水溶液による溶解は常
温、常圧の条件によっても円滑かつ迅速に進行し、効率
的に珪酸アルカリ水溶液に転化する。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて説明す
る。

実施例１ 高知県日高鉱山産の蛇紋岩を粉砕し−150meshに分級し
た。この蛇紋岩100ｇを５のビーカーに入れて、さら
に３Ｎの塩酸２を加えシャーレでフタをして攪拌しな
がら100゜Cで４日間処理を行なった。処理後別し、イ
オン交換水で十分洗浄しさらに過して繊維状集合体の
シリカゲル40ｇ（ＳｉＯ_２換算）を得た。

約20重量％の水分を繊維状集合体シリカゲル0.9ｇ（Ｓ
ｉＯ_２換算）を100mlのテフロン製ビーカーに入れ、室
温（約18゜C）において20mlの１Ｎ水酸化ナトリウム水溶
液を加えスタラーで攪拌しながら溶解させた。約10分間
で全量が溶解し、この珪酸ナトリウム液を別したが、
紙上に未溶解のシリカゲルは認められなかった。

この溶液はモル比ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ1.5の珪酸ソーダ
水溶液であった。

実施例２ 実施例１と同じ繊維状シリカゲル1.0ｇに１Ｎ水酸化ナ
トリウム10mlを加え、室温で溶解させた。その結果３時
間で溶解し、別後の紙上には何も残らなかった。

得られた母液はモル比ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏが約３モルの
珪酸ソーダ水溶液であった。

実施例３ 溶解の温度を70゜Cとして実施例２と同様の実験を行なっ
た。

その結果溶解を始めてから30分で全量が溶解した。

比較例 湿式法珪酸アルカリの製造に用いられる鹿児島県硫黄島
産珪華（ＳｉＯ_２98％）1.0ｇを実施例１と同様の条件
で溶解させた。その結果10時間の溶解時間をとっても全
量は溶解しなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、蛇紋岩を出発原料とした特有の組織性
状を備える易反応性の繊維状集合体シリカゲルをシリカ
源とするから、常温、常圧下の条件においても極めて円
滑かつ迅速に珪酸アルカリ水溶液を製造することができ
る。

したがって、水ガラスの工業的生産に資するところ極め
て大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 稔 茨城県つくば市小野川16番３号 工業技術 院公害資源研究所内 (72)発明者 竹森 信 茨城県つくば市小野川16番３号 工業技術 院公害資源研究所内 (72)発明者 大塚 良平 東京都新宿区大久保３丁目４番１号 早稲 田大学理工学部内 (72)発明者 坂本 尚史 岡山県岡山市理大町１―１ 岡山理科大学 内 (72)発明者 輿水 仁 東京都江東区亀戸９丁目15番１号 日本化 学工業株式会社研究開発部内 審査官 山岸 勝喜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蛇紋岩を鉱酸分解して繊維状集合体のシリ
   カゲルを生成させ、次いで該シリカゲルを苛性アルカリ
   水溶液に溶解させることを特徴とする珪酸アルカリ水溶
   液の製造法。
2. 【請求項２】シリカゲルを常圧下で苛性アルカリ水溶液
   に溶解させる請求項１記載の珪酸アルカリ水溶液の製造
   法。