CN102076608B - 碱性硫酸镁粒状物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碱性硫酸镁粒状物，该碱性硫酸镁粒状物由聚集颗粒构成，体积密度在0.5-1.0g/cm3的范围，平均抗压强度在700-900g的范围，含水率在3%质量以下，其中所述聚集颗粒是以质量比计以95:5-70:30的范围含有平均长度在5-200μm的范围、平均粗细在0.2-1.0μm的范围的纤维状碱性硫酸镁颗粒，和平均长度比该纤维状碱性硫酸镁颗粒短的纤维状硬硅钙石颗粒。该粒状物可通过用36小时以上的时间将由含水聚集颗粒构成的含水粒状组合物干燥至含水率为3%质量以下来制备，其中，所述含水聚集颗粒以上述范围含有纤维状碱性硫酸镁颗粒和纤维状硬硅钙石颗粒，含水率在40-60%质量范围。

Description

碱性硫酸镁粒状物及其制备方法
技术领域
本发明涉及可特别有效地用作排水处理材料的碱性硫酸镁粒状物及其制备方法。
背景技术
作为碱性硫酸镁[MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O]的用途之一是排水处理材料。作为已公开的将碱性硫酸镁作为排水处理材料利用的文献有如下所述的文献。
专利文献1中公开了利用碱性硫酸镁粒状物除去排水中的微粒或油的方法，其中，所述碱性硫酸镁粒状物由含有多根纤维状碱性硫酸镁颗粒的聚集颗粒构成。该专利文献1中记载：使含有微粒或油的排水与碱性硫酸镁粒状物接触，由此使排水中的微粒或油分别聚集，用过滤器滤除微粒的聚集，将油的聚集物浮选分离的方法。
专利文献2中公开了一种碱性硫酸镁粒状物，该碱性硫酸镁粒状物由用硬硅钙石或海泡石等的纤维状无机化合物或原纤化聚四氟乙烯将多根纤维状碱性硫酸镁颗粒键合而成的聚集颗粒构成。该碱性硫酸镁粒状物与不使用结合材料而制备的碱性硫酸镁粒状物相比，在流水中的形状稳定性高，因此用作排水处理材料。应予说明专利文献2中记载：碱性硫酸镁具有吸附除去二氧化硅或铅的效果。
另外，专利文献3中公开一种生成吸附了氟的碱性硫酸镁以及氢氧化镁的方法，其通过脱硫装置的吸附剂中使用氢氧化镁，向由该脱硫装置排出的排水中加入氢氧化钠进行，以此作为除去由脱硫装置排出的排水中的氟的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-226017号公报
专利文献2：日本特开2005-231927号公报
专利文献3：日本特开2003-47972号公报。
发明内容
如上所述，含有纤维状碱性硫酸镁颗粒的粒状物具有使排水中微粒或油聚集的效果、以及吸附除去重金属或氟的效果，因此是作为排水处理材料有用的材料。作为排水处理材料使用的碱性硫酸镁粒状物优选在聚集颗粒的内部形成空隙，即，体积密度低，以使水容易渗入构成该粒状物的每个聚集颗粒的内部；并且优选水中的形状稳定性高，即，强度高，以使其不会在水流中崩解、纤维状颗粒流出。但是，经本发明人研究，以往的碱性硫酸镁粒状物为作为排水处理材料而利用的强度未必充分，希望强度进一步提高。
因此，本发明的目的在于提供体积密度低且强度高的碱性硫酸镁粒状物及其制备方法。
本发明人发现：通过用36小时以上、特别是36-100小时的时间将由含水聚集颗粒构成的含水粒状组合物干燥至含水率为3%质量以下，可以获得体积密度在0.5-1.0 g/cm3范围的较低体积密度、平均抗压强度为700-900 g范围的比较高的平均压碎强度的粒状物，从而完成了本发明，其中，所述含水聚集颗粒以质量比计以95:5-70:30的范围含有平均长度在5-200 μm范围、平均粗细在0.2-1.0 μm范围的纤维状碱性硫酸镁颗粒和平均长度比该纤维状碱性硫酸镁颗粒短的纤维状硬硅钙石颗粒，含水率在40-60%质量范围。
因此，本发明涉及一种碱性硫酸镁颗粒，该碱性硫酸镁颗粒由聚集颗粒构成，体积密度在0.5-1.0 g/cm3的范围，平均抗压强度在700-900 g的范围，含水率为3%质量以下，其中，所述聚集颗粒质量比计以95:5-70:30的范围含有平均长度在5-200 μm范围、平均粗细在0.2-1.0 μm范围的纤维状碱性硫酸镁颗粒和平均长度比该纤维状碱性硫酸镁颗粒短的纤维状硬硅钙石颗粒。
本发明的碱性硫酸镁粒状物的优选方式如下。
(1) 平均粒径在0.5-30 mm的范围。
(2) 纤维状硬硅钙石颗粒的平均长度在1.0-4.0 μm的范围，平均粗细在0.05-0.4 μm的范围。
另外，本发明还涉及上述本发明的碱性硫酸镁粒状物的制备方法，该制备方法包含用36小时以上、特别是36-100小时的时间将由含水聚集颗粒构成的含水粒状组合物干燥至含水率为3%质量以下，其中，所述含水聚集颗粒以质量比计以95:5-70:30的范围含有平均长度在5-200 μm范围、平均粗细在0.2-1.0 μm范围的纤维状碱性硫酸镁颗粒和平均长度比该纤维状碱性硫酸镁颗粒短的纤维状硬硅钙石颗粒，含水率在40-60%质量范围。
本发明还涉及排水处理材料，该排水处理材料含有上述本发明的碱性硫酸镁粒状物。
本发明进一步涉及排水处理装置，该排水处理装置是上述本发明的碱性硫酸镁粒状物填充在柱中形成的。
通过利用本发明的制备方法，可以在工业上有利地制备低体积密度、平均抗压强度高的碱性硫酸镁粒状物。
本发明的碱性硫酸镁粒状物为低体积密度，同时具有高的平均抗压强度，因此可用作排水处理材料。
附图说明
图1是表示按照本发明，使用干燥机对含水粒状组合物进行干燥时的干燥时间与干燥机消耗的累计电功率的关系的图。
具体实施方式
本发明的碱性硫酸镁粒状物由聚集颗粒构成，该聚集颗粒以质量比计以95:5-70:30的范围含有平均长度在5-200 μm范围、平均粗细在0.2-1.0 μm范围的纤维状碱性硫酸镁颗粒和平均长度比该纤维状碱性硫酸镁颗粒短的纤维状硬硅钙石颗粒。
本发明的碱性硫酸镁粒状物的体积密度在0.5-1.0 g/cm3的范围，体积密度相对于真密度(2.3 g/cm3)约为22-43%的范围的低值，聚集颗粒的内部具有大的空隙，但平均抗压强度显示为700-900 g范围的高值。应予说明，体积密度是根据阿基米德法测定的值。平均抗压强度是从粒状物中任意取出5个聚集颗粒，对于各聚集颗粒分别测定极限抗压强度，将该各聚集颗粒的极限抗压强度进行平均的值。聚集颗粒的极限抗压强度是按照日本工业规格规定的JIS-Z-8841“制粒物-强度试验方法(1993年)”的方法测定的值。
本发明的碱性硫酸镁粒状物的含水率在3%质量以下，优选在0.1-3%质量的范围。应予说明，含水率是将粒状物在180℃的温度下加热干燥时的干燥减量相对于试样的百分率。粒状物的含水率可以使用红外线水份计(FD-800，(株)ケット科学研究所制)测定。
本发明的碱性硫酸镁粒状物优选平均粒径在0.5-30 mm的范围，特别优选1-4 mm的范围。但是，构成本发明的碱性硫酸镁粒状物的聚集颗粒对于颗粒形状没有特别限定，可以制成球状、圆柱状、杏仁状和碎片状等任意形状。
本发明的碱性硫酸镁粒状物例如可通过用36小时以上、特别是36-100小时的时间将由含水聚集颗粒构成的含水粒状组合物干燥至含水率为3%质量以下来制备，其中，含水聚集颗粒以95:5-70:30的范围含有平均长度在5-200 μm范围、平均粗细在0.2-1.0 μm范围的纤维状碱性硫酸镁颗粒和平均长度比该纤维状碱性硫酸镁颗粒短的纤维状硬硅钙石颗粒，含水率在40-60%质量范围。
纤维状硬硅钙石颗粒优选平均长度在1.0-4.0 μm的范围，优选平均粗细在0.05-0.4 μm的范围。纤维状硬硅钙石颗粒的平均长度优选是纤维状碱性硫酸镁颗粒的平均长度的5-20%的范围。但是，纤维状硬硅钙石颗粒具有劈开性，因此在作为与纤维状碱性硫酸镁颗粒的混合物制粒成粒状物时，有折断变短的倾向。
含水粒状组合物的含水率特别优选在45-55%质量的范围。
含水粒状组合物例如可通过以下方法制备：将纤维状碱性硫酸镁颗粒和纤维状硬硅钙石颗粒的混合物分散于水中，得到混合物浆，接着过滤混合物浆，得到含水组合物，将所得含水组合物成型为颗粒状。作为将含水组合物成型为颗粒状的方法可以采用挤出成型法、压缩成型法和转动制粒法等常规成型方法。
另外，含水粒状组合物还可以通过向转动制粒装置加入纤维状碱性硫酸镁颗粒和纤维状硬硅钙石颗粒的混合物，边向该混合物中加入水边制粒的方法来制备。
含水粒状组合物的干燥温度通常在50-200℃的范围。
含水粒状组合物的干燥时间可根据干燥机内温度或吸排气挡板的开度等的干燥机的设定条件或干燥机内含水粒状组合物的填充量来调节。
含水粒状组合物的干燥时间例如可通过监测干燥机的消耗电功率来确认。即，将含水粒状组合物加入到干燥机，在规定的干燥条件下边干燥边测定干燥机消耗电功率的累计量。并且，制成如图1所示的、表示干燥时间与干燥机消耗的累计电功率的关系的图。图1中，累计电功率的实线是干燥机累计电功率的实测值，虚线是将累计电功率的直线部分用1次直线近似的近似直线。近似直线的斜率表示干燥机的热量损耗，其截距表示含水粒状组合物的干燥(水分蒸发)中所使用的电功率量。由此，从累计电功率中减去由近似曲线的斜率求出的干燥机的热量损耗量，则可以求出只在含水粒状组合物的干燥中使用的累计电功率。只在该含水粒状组合物干燥中使用的累计电功率恒定时，视为含水粒状组合物的干燥结束。因此，含水粒状组合物的干燥优选在只在含水粒状组合物的干燥中使用的累计电功率达到恒定所需的时间比36小时，特别是40小时要长的条件下进行。
本发明的碱性硫酸镁粒状物是含有低体积密度的微细纤维的网状结构体，处理对象排水容易流入粒状物的内部，因此促进排水中微粒或油的聚集。另外，本发明的碱性硫酸镁粒状物的平均抗压强度高，因此即使在水中形状稳定性也高。因此，本发明的碱性硫酸镁粒状物可有效地用于排水处理材料。
通过在排水流路中配置将本发明的碱性硫酸镁粒状物填充于柱而得到的排水处理装置，可以长时间获得稳定地吸附除去排水中的铅等重金属或氟、使微粒或油聚集并除去的效果。
实施例
[实施例1]
制备11000 kg将平均长度12 μm、平均粗细0.4 μm的纤维状碱性硫酸镁颗粒以浓度1.8%质量的量分散于水中的纤维状碱性硫酸镁浆。接着向纤维状碱性硫酸镁浆中加入49.5 kg平均长度1.4 μm、平均粗细0.2 μm硬硅钙石粉末并搅拌，制成均匀的混合物浆。将所得混合物浆减压过滤，回收固形成分。水洗回收的固形成分并加压脱水，然后通过绞肉机挤出制粒，得到479 kg含水率50.5%质量含水粒状组合物。
将479 kg (水分量242 kg)所得含水粒状组合物加入到容量3000 L、输出24 kW的大型烘箱，用50小时的时间干燥至含水率为3%质量。
按照下述方法测定所得粒状物的体积密度和平均抗压强度，体积密度为0.72 g/cm3，平均抗压强度为820 g。
[体积密度的测定方法]
按照日本学术振兴会第124委员会试验法分科会确定的“学振法2 烧结镁砂的表观气孔率、表观比重和体积比重的测定方法”(1981年版，耐火物手册)测定，按照下述计算式计算。
体积密度=S×W1/(W3-W2)
W1：测定对象试样的干燥重量(g)
W2：用白色煤油饱和了的测定对象试样在煤油中的重量(g)
W3：用白色煤油饱和了的测定对象试样的重量(g)
S：测定温度下白色煤油的比重(g/cm3)
[平均抗压强度的测定方法]
由测定对象试样取出5个任意的聚集颗粒。使用(株)岛津制作所制的万能试验机オートグラフAG-1，以移动速度(十字头速度)　0.5　mm/分钟的条件使加压器具移动，对聚集颗粒的侧面施加压缩载荷，随时间测定施加于该颗粒的力(试验力，单位：N)。由试验力随时间变化读取最初的峰值，将该值换算为载荷(g)。将各聚集颗粒的极限抗压强度的平均值作为平均抗压强度。
[比较例1]
使含水粒状组合物含水率达到3%质量的时间为24小时，除此之外与实施例1同样地制备碱性硫酸镁粒状物。通过上述方法测定所得粒状物的体积密度和平均抗压强度，体积密度为0.69 g/cm3，平均抗压强度为670 g。

Claims (7)

1. 碱性硫酸镁粒状物，该碱性硫酸镁粒状物由聚集颗粒构成，体积密度在0.5-1.0 g/cm3的范围，平均抗压强度在700-900 g的范围，含水率在3%质量以下，其中所述聚集颗粒是以质量比计以95:5-70:30的范围含有平均长度在5-200 μm的范围、平均粗细在0.2-1.0 μm的范围的纤维状碱性硫酸镁颗粒和平均长度比该纤维状碱性硫酸镁颗粒短的纤维状硬硅钙石颗粒。
2. 权利要求1的碱性硫酸镁粒状物，其中，该碱性硫酸镁粒状物的平均粒径在0.5-30 mm的范围。
3. 权利要求1或2的碱性硫酸镁粒状物，其中，纤维状硬硅钙石颗粒的平均长度在1.0-4.0 μm的范围，平均粗细在0.05-0.4 μm的范围。
4. 权利要求1的碱性硫酸镁粒状物的制备方法，该制备方法包含用36小时以上的时间将由含水聚集颗粒构成的含水粒状组合物干燥至含水率为3%质量以下，其中，所述含水聚集颗粒是以质量比计以95:5-70:30的范围含有平均长度在5-200 μm的范围、平均粗细在0.2-1.0 μm的范围的纤维状碱性硫酸镁颗粒和平均长度比该纤维状碱性硫酸镁颗粒短的纤维状硬硅钙石颗粒，含水率在40-60%质量范围。
5. 权利要求4的制备方法，其中，使含水率达到3%质量以下的干燥时间在36-100小时的范围。
6. 排水处理材料，该排水处理材料含有权利要求1或2的碱性硫酸镁粒状物。
7. 排水处理装置，该排水处理装置是权利要求1或2的碱性硫酸镁粒状物填充在柱中而成的。
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