JPH07106888B2 - 塩素アパタイトの製造法 - Google Patents

塩素アパタイトの製造法

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JPH07106888B2
JPH07106888B2 JP63074683A JP7468388A JPH07106888B2 JP H07106888 B2 JPH07106888 B2 JP H07106888B2 JP 63074683 A JP63074683 A JP 63074683A JP 7468388 A JP7468388 A JP 7468388A JP H07106888 B2 JPH07106888 B2 JP H07106888B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は塩素アパタイトの製造法に関し、詳しくは、純
度が高く、また炭酸ガスとの反応性に富む塩素アパタイ
トの製造法に関する。
本発明の塩素アパタイトは、炭酸ガスとの反応性に富
み、炭酸ガスの検出素子または炭酸ガスの検出素子材料
として利用することができ、空気中の炭酸ガスの急激な
増加の検出によって火災の発生の検出に利用することが
できる他に、定常の炭酸ガスの発生における炭酸ガスの
発生量の減少の検出によって、燃焼器における不完全燃
焼の発生の検出に利用することができる。
〔技術の背景および従来技術の説明〕
アパタイト(リン灰石)は、フッ素、塩素、水酸基を含
むカルシウムのリン酸塩であって、Cl>F、OHのものを
塩素アパタイト(塩素リン灰石)という。(共立出版株
式会社発行「化学大辞典」第9巻第776〜777頁「リン灰
石系」) これまでに、アパタイトの合成法として、乾式法、湿式
法、水熱法および溶融法があるとされており、塩素アパ
タイトの合成についてはリン酸三カルシウムと塩化カル
シウムによる乾式法、リン酸三カルシウム、塩化ナトリ
ウム、リン酸二アンモニウムおよび塩化アンモニウムに
よる水熱法およびリン酸ナトリウムおよび塩化カルシウ
ムによる溶融法があるが、溶液状態における反応による
湿式法では、常温常圧の条件の下における合成はできな
いとされている。(金沢孝文、門間英毅「りん酸カルシ
ウムの化学」:化学の領域27−8第22〜32頁)〔門間英
毅、金沢孝文「リン酸カルシウムから非化学量論的水酸
アパタイトの湿式生成過程」:窯業協会誌第86巻第2号
(1978年)〕 水酸アパタイト〔Ca10(PO4)6(OH)2〕は、高温に
おいて炭酸ガスと接触すると、その電気抵抗が変動する
特性を有し、その特性によって水酸アパタイトを炭酸ガ
スの検出素子として利用することが提案され(特願昭59
−211287号)、また水酸アパタイトと塩化カルシウムの
複合材料を炭酸ガスの検出素子材料とすることが提案さ
れている。(特願昭61−85126号) 本発明者らは、さらに研究を続け、その研究において塩
素アパタイト〔Ca10(PO4)6Cl2〕の単一相または塩素
アパタイトが水酸アパタイトと固溶したものは、他の材
料を複合しなくても、炭酸ガスと接触したときに、その
電気抵抗が変動することを見出し、さらに、水酸アパタ
イトを水性媒体において、塩化アンモニウムと反応させ
ると、塩素アパタイトが生成することを見出し、これら
の知見に基づいて本発明に到達した。
〔発明の目的および発明の要約〕
本発明の目的は、塩素アパタイトを提供することにあ
り、詳しくは、純度が高い塩素アパタイトを提供するこ
とにあり、さらに詳しくは、純度が高く、炭酸ガスの検
出に利用することができる塩素アパタイトの製造法を提
供することにある。
本発明は、水酸アパタイトを、アルカリ性の条件下の水
性媒体中で、塩化アンモニウムと反応させることを特徴
とする塩素アパタイトの製造法である。
もう一つの本発明は、水酸アパタイトを焼成した後、エ
タノール媒体中で、塩化カルシウムと混合し、その混合
物を焼成して、カルシウム過剰の塩素アパタイトを調製
すること、およびカルシウム過剰の塩素アパタイトを塩
化アンモニウムと反応させることを特徴とする塩素アパ
タイトの製造法である。
本発明の塩素アパタイトの製造における水酸アパタイト
は、水酸化カルシウムをリン酸と反応させて得られたも
のを使用することができ、また水酸アパタイトと塩化ア
ンモニウムの反応をpH:7〜11のアルカリ性の条件下の水
性媒体中で行なわせることができ、さらに水酸アパタイ
トと塩化アンモニウムの反応をpH:8〜9のアルカリ性の
条件下の水性媒体中で行なわせ、それによって塩素アパ
タイトの純度を向上することができる。
本発明による塩素アパタイトは、添加物(無機ハロゲン
化物)を添加しなくても、炭酸ガスと接触したときにそ
の電気抵抗を増大する特性を有し、この特性により、炭
酸ガスの検出に利用することができる。
〔発明の具体的な説明〕
本発明の塩素アパタイトの製造では、水酸化カルシウム
を水に懸濁して、石灰乳の形とし、これにリン酸を加
え、pH:9前後において、水酸アパタイトの沈澱を生成す
る。リン酸の添加は、その初期において濃度の高いリン
酸液を使用し、その終期において濃度の低いリン酸液を
使用し、それによって反応混合液のpHの調整を容易にす
るのが好ましい。
水酸アパタイトの沈澱を生成し、pHが9前後の反応混合
液に、塩化アンモニウム水溶液を添加して、塩素アパタ
イトの沈澱を生成するが、塩化アンモニウム水溶液の添
加の際に、アンモニア水を加えて、反応混合液のpHを7
〜11に維持するが、反応混合液のpHを8〜9に維持する
ことによって塩素アパタイトの純度を向上することがで
きる。塩化アンモニウムの添加量は、当初の水酸化カル
シウム7モルに対し、2モル程度の塩化アンモニウムを
使用するのが好ましい。
塩化アンモニウムの添加後に、反応混合液を撹拌して反
応を完結した後、反応混合液を濾過して、塩素アパタイ
トの沈澱を取得する。塩素アパタイトの沈澱は乾燥した
後、600℃以上の温度において仮焼して、塩素アパタイ
トの粉末を得る。
本発明の塩素アパタイトの製造の別法では、前記の水酸
アパタイトの調製において、pH:9前後において水酸アパ
タイトの沈澱を生成した反応混合液を濾過して、水酸ア
パタイトの沈澱を取得し、これを乾燥した後、600℃以
上の温度において仮焼して、水酸アパタイトの粉末を得
る。
この水酸アパタイトの粉末をエタノール中において、水
酸アパタイト2モルに対し1モルの量の塩化カルシウム
と混合し、得られた混合物を600℃以上の温度において
仮焼して、カルシウム過剰の塩素アパタイトを得る。こ
のカルシウム過剰の塩素アパタイトを塩化アンモニウム
水溶液に加え、よく攪拌して、過剰量のカルシウムを溶
出した後、反応混合液を濾過して、塩素アパタイトの沈
澱を取得してこれを乾燥して、塩素アパタイトの粉末を
得る。
実験の結果によると、水酸アパタイトを水性媒体中にお
いて塩化カルシウムとアルカリ性の条件下で反応させる
本発明の前者の方法(湿式法)では、塩素含量が理論量
より少ないから、塩素アパタイトに水酸アパタイトの混
入した塩素アパタイトが得られるが、水酸アパタイトを
塩化アンモニウムと水性媒体中において反応させるとき
のpHを8〜9にすると、生成した塩素アパタイトの塩素
含量が高くなるから、塩素アパタイトの純度が高くなる
と考えられる。
これに対して、前記において、水酸アパタイトを仮焼し
た後、エタノール中において塩化カルシウムと混合し
て、カルシウム過剰の塩素アパタイトを調製し、過剰の
カルシウムを塩化アンモニウムにより溶出する本発明の
後者の方法(乾式法)では、その塩素含量が理論量と略
々同等であるから、本発明の後者の方法では、純度が高
い塩素アパタイトが得られると考えられる。
以下において、本発明を、実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
実施例1 水酸化カルシウム500gを蒸留水5に加え、攪拌器(東
京理化器械:EYELA MINI D.C.STIRRER)により攪拌し
て、懸濁し、さらに攪拌しながらこれに、18Nリン酸液
を3倍に希釈したリン酸液を、マイクロチューブポンプ
(東京理化器械:MIP−3)により、反応混合液のpHが11
になるまで滴下した。反応混合液のpHが11になった時
に、3倍に希釈したリン酸液を10倍に希釈したリン酸液
に切り換え、それ以後は、10倍に希釈したリン酸液を前
記のマイクロチューブポンプにより反応混合液のpHが9
になるまで滴下した。反応混合液のpHが9になった時か
ら、10倍に希釈したリン酸液を、塩化アンモニウム(試
薬特級、昭和化学社製)100gを蒸留水1に溶解して得
た塩化アンモニウム水溶液に切り換え、それ以後は、3N
アンモニア水を注射器により滴下して、反応混合液のpH
を10に維持しながら、塩化アンモニウム水溶液を反応混
合液に滴下した。
塩化アンモニウム水溶液の全量を滴下した後、反応混合
液をさらに24時間攪拌し、反応混合液を濾過して、生成
した塩素アパタイトの沈澱を取得した。この塩素アパタ
イトを120℃において24時間乾燥した後、これを800℃に
おいて3時間仮焼して、塩素アパタイトの粉末約800gを
得た。
この塩素アパタイト粉末は、粉末X線回折により、その
結晶構造を解析し、またこの塩素アパタイトは、イオン
クロマトグラフィー(IC 500 P、横河電気社製)により
カルシウムイオン(Ca2+)およびリン酸イオン(▲PO3-
4▼)を定量し、そのCa/Pのモル比を計測した。さらに
この塩素アパタイトの塩素含量を、上記と同様に、塩素
イオン(Cl-)を定量して計測した。
粉末X線回折において得られたX線回折パターンは第1
図に示すとおりのものであり、イオンクロマトグラフィ
ーによるCa/Pのモル比は、1.66であったが、その塩素含
量は40%であった。
この粉末X線回折におけるX線回折パターンの結果およ
び塩素含量の計測の結果によると、実施例1と塩素アパ
タイトは、水酸アパタイト〔Ca10(PO4)6(OH)2〕
と塩素アパタイト〔Ca10(PO4)6(Cl)2〕の固溶体
であって、その塩素含量から塩素アパタイトの含量は38
%(重量)であることがわかる。
実施例2 (水酸アパタイトの調製) 水酸化カルシウム500gを蒸留水5に加え、攪拌器(東
京理化器械:EYELA MINI D.C.STIRRER)により攪拌し
て、懸濁し、さらに攪拌しながらこれに、18Nリン酸液
を3倍に希釈したリン酸液を、マイクロチューブポンプ
(東京理化器械:MIP−3)により、反応混合液のpHが11
になるまで滴下した。反応混合液のpHが11になった時
に、3倍に希釈したリン酸液を、10倍に希釈したリン酸
液に切り換え、それ以後は10倍に希釈したリン酸液を前
記のマイクロチューブポンプにより反応混合液のpHが9
になるまで徐々に滴下した。
反応混合液のpHが9になった時に、10倍に希釈したリン
酸液の滴下を中止し、さらに24時間反応混合液を攪拌し
た後、反応混合液を濾過して、水酸アパタイトの沈澱を
取得し、この水酸アパタイトを120℃において24時間乾
燥した後、800℃において3時間仮焼して、水酸アパタ
イトの粉末約800gを得た。
(塩素アパタイトの調製) 水酸アパタイトの粉末60gをらいかい機に取り、これに
局方エタノール100mlを加え、さらに塩化カルシウム
(試薬特級、昭和化学社製)10gを加えて、8時間攪拌
して、混合した。得られた混合物を800℃において、24
時間焼成した。ここに得られた焼成品はカルシウム過剰
の塩素アパタイトであった。
塩化アンモニウム(試薬特級、昭和化学社製)100gを蒸
留水1に溶解し、これに、先に得られたカルシウム過
剰の塩素アパタイトの全量を加え、1時間攪拌して過剰
のカルシウムを溶出した後、上澄液を傾斜分離した後、
塩素アパタイトの沈降物を、2の蒸留水を用いて洗浄
した。この洗浄の最終段階において、蒸留水に懸濁した
塩素アパタイトを濾過して、塩素アパタイトの沈降物を
取得し、これを120℃において、12時間乾燥して、塩素
アパタイトの粉末約60gを得た。
(塩素アパタイトの粉末の分析) この塩素アパタイトの粉末は、実施例1と同様に、粉末
X線回折により、その結晶構造を解析し、イオンクロマ
トグラフィーにより、そのCa/Pのモル比を計測し、さら
に塩素含量を計測した。
粉末X線回折において得られたX線回折パターンは第2
図に示すとおりのものであり、またイオンクロマトグラ
フィーによるそのCa/Pのモル比は1.67であり、また水酸
アパタイトの−OH基の100%が−Clにより置換されてい
た。
この粉末X線回折におけるX線回折パターンの結果およ
び塩素含量の計測の結果によると、実施例2の塩素アパ
タイトは100%塩素アパタイトであることがわかる。
実施例3 炭酸カルシウム(アルカリ分析用、和光純薬社製)500g
を電気炉に入れ、1000℃において3時間焼成して、脱炭
酸した後、200℃になったときに、電気炉から取り出
し、水蒸気水和を行なった。この水蒸気水和物を1日間
熟成した後、これを蒸留水5に加え、攪拌機(東京理
化器械:EYELA MINI D.C.STIRRER)により攪拌して、懸
濁し、さらに攪拌しながらこれに、18Nリン酸液を3倍
に希釈したリン酸液をマイクロチューブポンプ(東京理
化器械:MIP−3)により、反応混合液のpHが9になるま
で滴下した。反応混合液のpHが9になった時に、リン酸
液を、塩化アンモニウム(試薬特級、昭和化学社製)10
0gを蒸留水1に溶解して得た10%塩化アンモニウム水
溶液に切り換え、それ以後は、3Nアンモニア水を注射器
により反応混合液に滴下して、反応混合物のpHを8.5に
維持しながら、塩化アンモニウム水溶液を反応混合液に
滴下して、水酸アパタイトに塩素イオンをドープした。
塩化アンモニウム水溶液の全量を滴下した後、反応混合
液をさらに24時間攪拌し、反応混合液を濾過して、生成
した塩素アパタイトの沈澱を取得した。この塩素アパタ
イトの沈澱を80℃において乾燥した後、800℃において
仮焼して、塩素アパタイトの粉末約600gを得た。
この塩素アパタイト粉末は、実施例1と同様にして、カ
ルシウムイオン、リン酸イオンおよび塩素イオンを定量
し、1.80のCa/Pのモル比および84%の塩素含量の計測値
を得た。
この結果によると、実施例3の塩素アパタイト(塩化ア
ンモニウムによる塩素のドープをpH:8.5で行なったも
の)は、実施例1の塩素アパタイト(塩化アンモニウム
による塩素のドープをpH:10で行なったもの)および実
施例2の塩素アパタイト(乾式法によるもの)に比べ
て、カルシウムリッチであることがわかり、それによっ
て炭酸ガスの検出素子としての性能が向上することが期
待される。
この塩素アパタイトの粉末X線回折において得られたX
線回折パターンは第3図に示すとおりのものであった。
〔発明の効果〕
水酸アパタイトの混入量の少ない塩素アパタイトを得る
ことができる。
Ca10(PO4)6(Cl)2の理論式に近い略々純粋な塩素
アパタイトを得ることができる。
添加物(無機ハロゲン化物)の添加(複合化)をしなく
ても、炭酸ガスを検出することができる塩素アパタイト
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1で得られた塩素アパタイトの粉末X線
回折におけるX線回折パターンを示す図表であり、第2
図は実施例2で得られた塩素アパタイトの粉末X線回折
におけるX線回折パターンを示す図表であり、第3図は
実施例3で得られた塩素アパタイトの粉末X線回折にお
けるX線回折パターンを示す図表である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水酸アパタイトを、アルカリ性の条件下の
    水性媒体において塩化アンモニウムと反応させることを
    特徴とする塩素アパタイトの製造法。
  2. 【請求項2】水酸アパタイトを塩化アンモニウムと反応
    させる水性媒体が、pH:7〜11に保持されることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の塩素アパタイトの製
    造法。
  3. 【請求項3】水酸アパタイトを塩化アンモニウムと反応
    させる水性媒体が、pH:8〜9に保持されることを特徴と
    する特許請求の範囲第2項に記載の塩素アパタイトの製
    造法。
  4. 【請求項4】水酸アパタイトを焼成した後、エタノール
    媒体中で、塩化カルシウムと混合し、その混合物を焼成
    して、カルシウム過剰の塩素アパタイトを調製するこ
    と、およびカルシウム過剰の塩素アパタイトを塩化アン
    モニウムと反応させることを特徴とする塩素アパタイト
    の製造法。
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