JPS595527B2 - 二水石膏結晶の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は化学工場より副生ずる付着酸分および包含酸分
を含む半水石膏から、石膏ボード用焼石膏原料などに適
した粗大な厚みのある三水石膏を製造する方法に関する
ものである。

半水石膏を水和して三水石膏結晶を得る際に、単に半水
石膏をそのまま温水中でスラリー化したのでは利用価値
の少ない微細な針状三水石膏しか得られないものであり
、例えば湿式リン酸製造工場において副生ずる硫酸、リ
ン酸などからなる混酸母液より分離、洗浄された、水和
を妨害するような固溶性不純物や有機物のきわめて少な
い半水石膏は、そのまま温水中でスラリー化しても、純
度が高いわりには、利用価値の少ない微細な針状三水石
膏しか得られない。

半水石膏を水和して利用価値のある粗大な三水石膏結晶
を得るには三水石膏の核生成をできるだけおさえて、核
成長のみを促進する結晶成長条件の選択が必要であり、
実際には初期の水和反応速度がゆるやかになるように調
整すればよい場合が多い。

この調整方法としては、■）半水石膏から三水石膏への
転移領域で温度を加減して水利速度の調整をする方法、
２）半水石膏の水和時に第３物質を共存させて媒晶効果
をもたせる方法、３）三水石膏種晶を共存させる方法、
４）上記３法の折衷法等が挙げられる。

ここで１）を中心とする方法はエネルギーコスト的に不
利となり、２）を中心とする方法は第３物質を含む排液
の処理、に困難がありコスト的にも不利であり、更に生
成三水石膏中に残存する第３物質の焼石膏物性に与える
影響などに注意を要する。

本発明者等は２）の方法における媒晶効果について検討
した結果、水利反応時のｐＨの影響が大きいこと、更に
はｐＨを適当に調節すれば、特別な媒晶剤を使用しなく
ても結晶成長条件に合致した水和速度調整が可能である
ことを見出した。

即ち、半水石膏に水を加えた直後にアルカリ分を加えて
速かに中性から弱アルカリ領域にｐＨ調整を行なうこと
により水和速度がゆるやかとなり核発生が少なく、粗大
な三水石膏が得られ易いことを見出した。

このアルカリ添加による水和遅延の理由は明らかではな
いが、半水石膏のζ（ジータ）電位の変化や中和によっ
て生成する塩類の影響に基づくものであり、リン酸副生
半水石膏の場合は主に難溶性リン酸塩が半水石膏表面に
析出するためと考えられる。

一方、前記のリン酸製造時に副生される半水石膏の場合
には希釈された付着酸分（半水石膏表向に付着して存在
する酸分）および包含酸分（半水石膏結晶内部に包含さ
れ水利の進行と共に放出されてくる酸分）のために単に
水を加えて水和をさせようとした場合、酸性領域で急速
に水和か起こるため、微細針状晶しか得られないものと
考えられる。

上記アルカリ添加に当り、実際に湿式リン酸製造工程よ
り副生ずる半水石膏は操業条件により付着酸分および包
含酸分の変動が激しく、これを単にスラリー化して連続
的にアルカリ物質を添加して水利を行なわせるだけでは
結晶成長が未だ不十分である。

本発明者等の検討によれば、水利反応初期段階のｐＨは
、酸性領域や強アルカリ領域では水利反応速度が大きす
ぎるため微細な結晶となり、一方、アルカリ領域では水
利速度があまりに遅くなるため経済的ではないことから
、中性から弱アルカリ領域に維持することが必要であり
、そのためには水利反応が開始されるまでの誘導期間内
に速かに付着酸分の中和を完了させておくことが必須で
あることを見出した。

しかるに１段で水利を行なう場合には、上記のような酸
分の変動や、それに伴なう局部的なｐＨ変動を考慮する
と誘導期間内に完全に中和を完了させるためにはｐＨの
設定値を強アルカリ側に高くとる必要があることから、
水和反応初期段階における水和速度は非常に小さくなっ
たり逆に大きくなったり、不規則に変動し、経済的な時
間内では微細な結晶しか得られないものであった。

本発明はこのような不都合を解消するため、特に変動割
合の大きな付着酸分を弱アルカリ領域で速かに中和した
後、種晶共存下に中和から弱アルカリ領域で水利反応お
よび包含酸分と残存アルカリ分との中和反応を完了させ
る二段階の反応工程をとるものであり、二段目のｐＨ設
定値がより中性側に低くとれるため適度の水利速度で経
済的な時間内に特別な媒晶剤がなくても種晶存在下に粗
大な板状三水石膏が得られる。

すなわち、本発明は付着酸分および包含酸分を含有する
半水石膏に、全酸分とほぼ当量のアルカリ分を加えて温
水中で水和反応を行なわせる際に、水和反応開始の誘導
期間内にアルカリ領域で付着酸分とアルカリ分の相当量
の中和反応を完了させた後、種晶共存下に中性のｐＨ付
近で水和反応および包含酸分と残存アルカリ分との中和
反応を完了させる二段階の反応工程をとることを特徴と
するものである。

本発明においては、半水石膏の水和反応が始まるまでの
誘導期間内に中和槽を設けて付着酸分をアルカリ中和し
た後、本来の水和槽に移すもので、この中和槽ではまだ
水和反応が開始されていないため、結晶形状の撹拌条件
による影響を考慮する必要はないので、ｐＨの局部的な
不均一を回避すべく十分な混合撹拌を行えばよい。

また中和槽でのスラリーの滞在時間は、使用するアルカ
リの種類によって異なるが、これらは弱アルカリ性領域
での半水石膏水利率曲線に基づいて決定され、水利率が
殆んどゼロである誘導期間内に設定することが必要であ
る。

また、この中和工程での最適なｐＨ領域は使用するアル
カリの種類によっても異なるが、強塩基の場合はどその
範囲は狭くなる。

このようにして中和され中和槽を出た半水石膏スラリー
は、水和槽で中性領域下、種晶の共存下に水利反応およ
び包含酸分の中和反応を行なう。

このような種晶添加は公知のごとく自らのスラリー循環
で行なってもよい。

通常、水利反応の所要時間は約２時間で十分であり、生
成する工水石膏は洗浄することなく分離しても、中性で
遊離アルカリ分、遊離酸分をほとんど含まない、大きさ
、縦２００μ、横１００μ、厚み５０μ程度の粗大な厚
みのある菱面体板状結晶として得られる。

また分離Ｐ液の大部分は再度、中和槽で使用することが
できる。

本発明で用いられるｐＨ調整用のアルカリ分は、酸分を
中和するアルカリ分なら何を使ってもよいが、付着酸分
、包含酸分と反応して完全に不活性な難溶性塩にするＣ
ａ（ＯＨ）２、ＣａＯが好ましく、また粗大化の面から
はＮａＯＨ，ＮＨ４、ＯＨなどのアルカリ分でも効果が
ある。

本発明においては、エネルギー的メリットがあると共に
、焼石膏とした場合の物性への影響に配慮せねばならな
いような媒晶剤を使用する必要もないという利点を有す
る焼石膏物性への影響が少ない公知の媒晶剤（例えばア
ルカリ金属硫酸塩等）の同時使用も勿論可能である。

次に本発明の実施態様について、湿式リン酸副生半水石
膏を用いる例を採って、第１図の反応工程図を用いて説
明する。

本図において、１は中和槽、２は第−水和槽、３は第三
水和槽、４は熟成層、５は分類機、６はｐ過槽、７は王
水、８は半水石膏、９はアルカリ分（石灰乳）、１０は
スラリー循環ライン、１１は二水石膏取り出しライン、
１２は三水石膏分離Ｐ液供給ラインを示す。

原料半水石膏をライン８から、スラリー化のための王水
をライン７から、石膏含有酸分を中和するためのアルカ
リ分（石灰乳）をライン９から、後述する三水石膏分離
Ｐ液をライン１２から、それぞれ中和槽１に導入し、各
々の量を調節することにより槽内のスラリー濃度１０〜
５０％、好ましくは２０〜３０％、ｐＨ７〜１２、好ま
しくは８〜１１になるよう設定する。

スラリー濃度は実際にはこの範囲外でも可能であるが、
５０％を越えると粘度が高くなって操作が極めて難かし
くなる。

またｐＨ＜７では、難溶性リン酸塩の形成が十分に為さ
れないため、水利の遅延効果が現われず水利速度が犬と
なり、微結晶の発生をもたらす６またｐＨ≧１２では難
溶性のリン酸塩の生成条件が変り水和速度が急に犬とな
る現象があり、しかも全酸分以上のアルカリ添加量とな
るため、新たにｐＨ調整用として酸分の添加が必要とな
り経済的にも適当ではない。

ｐＨ調整はｐＨ計により行なうのが便利である。

スラリ一温度は蒸気加熱で３０〜９０℃、好ましくは５
０〜７０℃に保持する。

３０℃以下では水和が急速に起こるため粗大結晶の三水
化が図れず、急速に固化し操作不能となることも起こり
得る。

一方、９０℃以上では水利速度が極めて遅いために実際
的ではない。

中和槽のスラリー滞在時間は半水石膏の水利反応の誘導
期間内とし、リン酸副生半水石膏の場合は５〜２０分に
設定する。

中和槽１で付着酸分を中和したスラリーは第−水和槽２
に送られ、後述の第二水和槽３から種晶としてライン１
０より循環供給されているスラリーと混合される。

第−水和槽２および第二水和槽３ではスラリー濃度１５
〜４０％、好ましくは３０〜３５％、温度３０〜９０°
Ｇ、好才Ｌ＜は５０〜７０℃、ｐＨ６〜８、好ましくは
６〜７でそれぞれ約１時間の滞在時間をもつように調節
し、水和反応および包含酸分と残存アルカリ分との反応
を完結させる。

第二水和槽３で生成する三水石膏スラリーは種晶として
中和槽１から送られるスラリーの約１０〜３００％を第
−水和槽２に循環し、残りは熟成槽４に送り第一、第二
水和槽と同一条件で約１時間保持して熟成による結晶の
均一化をはかる。

熟成槽４で熟成を完了した三水石膏スラリーは分離機５
にて濾過により粗大な厚みのある三水石膏結晶をライン
１１より得る。

分離ろ液はｐ液槽６に貯蔵され、一部または全量をライ
ン１２より中和槽１に送り、原料半水石膏のスラリー化
に供す。

以上のように、本発明によれば酸分の変動の激しい副生
半水石膏に対して、水利反応開始前の誘導期間内に中和
工程を設けるという簡単な手段のみで、焼石膏とした場
合に物性に影響を与え排液の後処理にも困る高価な媒晶
剤を使用することなく、粗大な厚みのある三水石膏を得
ることができるものである。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 １ 湿式リン酸製造工程より副生ずる半水石膏を、第１図に
示す工程にしたがい三水化した。

まず中和槽１にて、蒸気加温で約６０℃に保持した三水
石膏分離ろ液１８（１？／時間、工水８０１／時からな
る温水中に、半水石膏ケーキ（付着水分１２％）を１０
８ｋｇ／時間の割合で投入し、石灰乳でｐＨを８〜１１
に調整し約１０分の滞在時間を与えた後、循環スラＩＪ
−１５０１／時間を含む第一、第二水和槽２，３へ送り
、蒸気加温で約６０℃に保持し、スラリー濃度３０％、
ｐＨ７〜７．５にて約３時間滞在させ、次いで約１時間
熟成槽に滞在させ、生成した三水石膏スラリーを遠心分
離機にて分離した。

得られた三水石膏ケーキは１０７ゆ７時間（付着水分９
％）で、縦２００μ×横１００μ×厚み５０μにおよぶ
粗大な厚みのある菱面体板状結晶からなっていた（第２
図、写真）。

分離ろ液２５０ ｌ／時間のうち７０１／時間は系外へ
放出した。

比較例 １ 実施例１における中和槽なしに、ｐＨ７〜７．５に調整
した第−水和槽に直接半水石膏、王水、アルカリ分等を
導入する以外は、実施例１と同一条件で実験を行なった
が、水和速度が犬で得られた結晶は第３図の写真に示す
ような、縦５０μと横２０μ×厚み５μの小さな厚みの
ない菱面体板状晶であった。

比較例 ２ 実施例１における中和槽なしに、直接第一水和槽のｐＨ
を８〜９に調整して実験を行なった以外は、実施例１と
ほぼ同一操作を行なった。

この場合は約４時間の滞在によっても水和か完了しない
場合が多く（第４図写真参照）、得られる結晶も不均一
で比較的小さな菱面体板状晶であった（第５図写真参照
）。

いずれもしても水利速度が非常に広範囲に不規則変化を
起こし、連続操業は事実上、不可能であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の概略を示すフローシートであり、
第２図は本発明で得られた三水石膏の結晶の状態を示す
写真であり、第３，４および５図は比較例で得られた三
水石膏の結晶の状態を示す写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 付着酸分および包含酸分を含有する半水石膏に、全
   酸分とほぼ当量のアルカリ分を加えて温水中で水和反応
   させて三水石膏を得る際に、水和反応開始の誘導期間内
   においてアルカリ領域で付着酸分と相当量のアルカリ分
   の中和反応を完了させた後、別の槽において種晶共存下
   に水和反応および包含酸分と残存アルカリ分との中和反
   応を完了させる二段階反応からなることを特徴とする三
   水石膏結晶の製造法。