JP2004167345A

JP2004167345A - 固体粒子の洗浄方法

Info

Publication number: JP2004167345A
Application number: JP2002334782A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Nishihara; 圭一西原; Susumu Shiojiri; 進塩尻; Yoshitoku Okabashi; 良徳岡橋
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】濾過装置にて固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過したのち、固体粒子から形成される固体層に洗浄液を供給し、濾過することによって固体粒子を洗浄する方法において、固体層に亀裂及び空隙を生じさせることなく、固体層を均一に洗浄でき、さらに、濾過膜に近接する固体層を高密度化させることなく高い濾過速度を与える洗浄方法を提供する。
【解決手段】濾過装置にて固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過したのち、固体粒子から形成される固体層に洗浄液を供給し、濾過することによって固体粒子を洗浄する方法において、該固体層が、スラリーに含まれる液体、及び／又は、洗浄液によって常時浸漬した状態で洗浄されることを特徴とする固体粒子の洗浄方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体粒子の洗浄方法に関する。より詳しくは固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過した後に、固体粒子で形成される固体層に洗浄液を供給し、濾過することを繰り返す、固体粒子の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
化学工業、食品工業、医農薬品製造業においては、濾過助剤用珪藻土、金属酸化物、無機塩類等の無機化合物；濾過助剤用セルロース、合成添加剤、医農薬等の有機化合物などの固体粒子の洗浄が盛んに行われている（非特許文献１）。すなわち、固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過した後に、固体粒子で形成される固体層に洗浄液を供給し、濾過して洗浄する方法がそして、スラリーに含まれる液体が濾過装置から排出されなくなるまで加圧濾過し（以下、濾過装置から液体が排出されなくなるまで加圧濾過する操作を脱液濾過という）、その後、新たな洗浄液を供給して、再び、脱液濾過を行うというように、洗浄液の供給と脱液濾過を繰り返すことによって固体粒子を洗浄する方法が一般に用いられている。具体例として非特許文献２には、石膏に含まれる燐酸分を水で洗浄する場合、水の供給と脱液濾過を繰り返すことによって燐酸分のような洗浄液（水）可溶成分を低減する方法が、開示されている。
【０００３】
しかしながら、固体粒子を洗浄する場合、脱液濾過により固体層の含液率が低下すると、図１の模式図に示したような亀裂が固体層に生じたり、図２の模式図に示したように固体層と濾過装置との間に空隙が生じる場合がある。このような亀裂や空隙を有する固体層に洗浄液を新たに加えても、供給した洗浄液は大部分が亀裂や空隙部分を透過してしまうため、固体層を均一に洗浄できなくなる、あるいは大量の洗浄液が必要となる等の問題があった。
かかる課題を解決するために、固体層を機械的に平坦化させたり、濾過終了後の固体層を圧縮するなどして機械的に亀裂及び空隙を塞ぐ方法が非特許文献３に提案されているが、濾過時に機械的に亀裂及び空隙を塞ぐという煩雑な機械的操作が必要であった。
【０００４】
また、脱液濾過は、固体層を加圧することから、濾過膜に近接した固体層が高密度化する場合があり、この場合には固体層を繰り返し洗浄する際、洗浄液の透過速度が著しく遅くなるという問題もあった。
【０００５】
【非特許文献１】化学工学便覧改訂第６版、第８００頁及び第８０９頁、化学工学協会編、丸善発行（平成１１年２月２５日）
【非特許文献２】改訂増補ろ過工場操作シリーズＮｏ．１０、第１３３頁及び１３４頁、化学工業社（昭和４８年９月１日）
【非特許文献３】化学工学の進歩８ろ過工学、化学工学協会編、槇書店（１９７４年９月２０日）
【０００６】
本発明の目的は、濾過装置にて固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過したのち、固体粒子から形成される固体層に洗浄液を供給し、濾過することによって固体粒子を洗浄する方法において、固体層に亀裂及び空隙を生じさせることなく、固体層を均一に洗浄でき、さらに、濾過膜に近接する固体層を高密度化させることなく高い濾過速度を与える洗浄方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、濾過装置にて固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過したのち、固体粒子から形成される固体層に洗浄液を供給し、再び、濾過することによって固体粒子を洗浄する方法において、該固体層が、スラリーに含まれる液体、及び／又は、洗浄液によって常時浸漬した状態で洗浄することを特徴とする固体粒子の洗浄方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明で洗浄される固体粒子は、濾過装置によって濾過される際に固形である固体粒子であり、具体的には、水酸化亜鉛、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム等の水酸化物；（重）炭酸カルウム、（重）炭酸ナトリウム、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム、炭酸バリウム等の炭酸塩；塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウムなどのハロゲン化物；シリカ、アルミナなどの酸化物等の無機化合物が挙げられる。また、アジピン酸、テレフタル酸などの有機カルボン酸、有機スルホン酸、有機アミン、及び、これらの誘導体（例えば、カルボン酸の金属塩、カルボン酸のアンモニウム塩、カルボン酸のアミン塩、カルボン酸エステル、カルボン酸無水物、カルボン酸アミド、スルホン酸の金属塩、スルホン酸のアンモニウム塩、スルホン酸アミド、アミンの鉱酸塩及び４級アンモニウム塩等）等の有機化合物が挙げられる。
【０００９】
固体粒子の特性により濾過装置内で形成される固体層が収縮しやすい場合や、固体粒子の濃度が高いスラリーを急激に濾過する場合、固体層に亀裂や空隙を生じやすいことから、本発明の洗浄方法を実施することが好ましい。
また、本発明の洗浄方法は、遠心力などにより固体層を加圧する脱液濾過により、濾過面に近接する部分の固体層が高密度化された場合にも好適に用いることができる。
さらに、固体層に亀裂、空隙および固体層の高密度化を生じない場合についても、本発明の洗浄方法で固体層の洗浄は可能である。
【００１０】
本発明に用いられる洗浄液としては、固体粒子が難溶であり、且つ、非反応性の溶媒であればよく、例えば、芳香族炭化水素類（ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等）、エーテル類（メトキシベンゼン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等）、エステル類（酢酸エチル、乳酸エチル、安息香酸メチル等）、ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン等）、ハロゲン化炭化水素（モノクロルベンゼン、ジクロルベンゼン、塩化メチレン、エチレンジクロリド等）、脂肪族炭化水素類（ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、シクロヘキサン等）、アルコール類（メタノール、エタノール、ｉ−プロピルアルコール、エチレンジグリコール等）等があげられる。
【００１１】
洗浄液として、上水、工業用水、純水、蒸留水、イオン交換水などの水；硫酸、塩酸、リン酸、酢酸などの酸溶液；水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ水溶液などを用いてもよい。
洗浄液として二種以上の洗浄液を使用してもよく、例えば、アセトン水、メタノール水、イソプロピルアルコール水、テトラヒドロフラン水、ジオキサン水など混和液等が挙げられる。
【００１２】
本発明に用いられる濾過装置としては、例えば、ヌッチェ型濾過器、遠心分離器などが挙げられる。
濾過装置には、通常、スラリー供給槽、濾液及び洗液の貯留槽からなる装置、加圧に供するための窒素や空気などのライン、並びに圧抜き弁などが具備してもよい。必要によっては、洗浄された固体粒子を取り出すために、例えば、濾過装置内に掻き取り装置、固体粒子取出し口などがあってもよい。また、加熱・冷却などの温度制御装置、洗浄液の分散板などが具備されていてもよい。
【００１３】
本発明の洗浄方法は、濾過装置にて固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過したのち、固体粒子から形成される固体層に洗浄液を供給し、濾過することによって固体粒子を洗浄する方法において、該固体層が、スラリーに含まれる液体、及び／又は、洗浄液によって常時浸漬した状態で洗浄する固体粒子の洗浄方法である。
具体的には、固体層がスラリーに含まれる液体に浸漬したまま、濾過装置にて固体粒子を含むスラリーを濾過したのち、新たに洗浄液を供給し、固体層が常時浸漬した状態を維持しながら、濾過による脱液と洗浄液の供給を連続的に洗浄する方法；固体層がスラリーに含まれる液体に浸漬したまま、濾過装置にて固体粒子を含むスラリーを濾過したのち、新たに洗浄液を供給し、固体層が浸漬した状態が維持できるまで濾過して固体層の液面を低下させ、固体層が浸漬した状態を脱する前に新たな洗浄液を供給し、濾過するという、洗浄液の供給・濾過を繰り返す洗浄方法などが例示される。
中でも後者の方法が洗浄効率に優れる傾向にあることから好ましく、とりわけ、洗浄液の供給・濾過を５回以内程度、中でもとりわけ、３〜５回程度、繰り返す洗浄方法が好適である。
【００１４】
ここで、常時浸漬した状態とは、固体層にスラリーに含まれる液体、及び／又は、洗浄液が固体層を浸漬した状態であり、濾過の際、加圧された気体が濾過装置内を吹き抜けることはない。
好ましくは、固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過した後、固体粒子で形成される固体層表面よりも、スラリーに含まれる液体、及び／又は、洗浄液の液面が上にある状態まで濾過されることが好ましく、とりわけ、該固体層表面よりも該液面が上にある状態であって、かつ、該固体層表面と該液面との厚みが１００ｍｍ以下まで濾過する方法が好ましい。厚みが１００ｍｍ以下にすると、洗浄液量が低減できることから好ましい。
【００１５】
スラリーに由来する液体及び／又は洗浄液の液面は、目視により確認してもよいが、例えば、濾過装置がスラリー供給槽、並びに濾液及び洗液の貯留槽からなる装置を具備している場合、上記の濾過装置に設けた液面検知計器又は重量検知計器、スラリー供給槽に設けた液面検出計器又は重量検知計器、並びに濾液及び洗浄液の貯留槽に設けた液面検出計器又は重量検知計器から選ばれる１つ以上の計器により検知する方法などが好ましい。
液面検知計器及び液面検出計器としては、例えば、差圧式液面計、電波式液面計、静電容量式液面計等を用いることができる。
【００１６】
洗浄液の量は、所望の洗浄状態に達するために必要な量であり、通常、固体層の体積の１〜１００倍程度、好ましくは、２〜１０倍程度である。
【００１７】
本発明により得られた洗浄後の固体層は、通常、圧搾脱液あるいは遠心脱液することにより、固体層の含液率を低下せしめる。また、さらに、窒素や空気などの気体を濾過装置内に流通させることによって、固体粒子を乾燥させてもよい。
【００１８】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。例中の部および％は、特に断らないかぎり重量基準を意味する。
【００１９】
（実施例１）
濾過助剤用セルロース（登録商標、ＫＣフロック、日本製紙社製）１００．０ｇ及び０．５％ＮａＯＨ水からなるスラリー６００．０ｇ（０．１８６ｍｏｌ／Ｌ）を調製した。スラリーを静置して得られる上澄みの液体を測定すると、ｐＨ１３．２７、導電率２３．５ｍＳであった。該スラリーをヌッチェ型加圧濾過器（濾過面積＝２８．３ｃｍ^２）に供給し、約５０ｋＰａ（ゲージ圧）で加圧濾過して、濾液１９８ｇを排出させた時点で濾過を停止した。この時、濾過器内には、厚み約１４０ｍｍの固体層とその上に残留した約５ｍｍの深さの液体があった。固体層の亀裂及び空隙は確認できなかった。
次いで、イオン交換水３００．０ｇを供給して、約５０ｋＰａ（ゲージ圧）で加圧濾過して、イオン交換水３００．０ｇを排出させた時点で濾過を終了した。同様の操作を４回繰返した後、液が排出されなくなるまで加圧濾過を実施し、更に加圧を行ったのち、固体層の固体粒子を取り出した。
取り出した固体粒子の洗浄効果を確認するため、３００．０ｇのイオン交換水を用いて固体粒子を再びスラリー化して、充分に攪拌洗浄を行ない、スラリーの液相ｐＨは９．３１であり、ＮａＯＨ濃度は、０．０２０ｍｍｏｌ／Ｌと計算された。洗浄効率を、下記式で求めると、９９．９９％であった。
【００２０】
（洗浄効率、％）＝［（濾過前のスラリーに含まれるＮａＯＨ濃度）（洗浄後のスラリーに含まれるＮａＯＨ濃度）］／（濾過前のスラリーに含まれるＮａＯＨ濃度）×１００
【００２１】
（実施例２）
固体粒子として濾過助剤用珪藻土（登録商標、ラジオライト、昭和化学工業社製）を用いる以外は、実施例１に準じて実施した。固体層の亀裂及び空隙は確認できなかった。詳細な条件と結果を表１に記した。
【００２２】
（比較例１）
実施例１と同様のスラリーを調製したのち、濾液が排出されなくなるまで加圧濾過した。濾過器内を観察したところ、濾過器壁と固体層の間に空隙が生じていいた。
次いで、イオン交換水３００．０ｇを供給して、約５０ｋＰａ（ゲージ圧）で加圧濾過して、濾液が排出されなくなるまで濾過した。同様の操作を４回繰返した後、固体層の固体粒子を取り出した。詳細な条件と結果を表１に記した。残ＮａＯＨ濃度は、実施例１と比較して、約９８０倍であった。
【００２３】
（比較例２）
実施例１と同様のスラリーを調製したのち、濾液が排出されなくなるまで加圧濾過した。濾過器内を観察したところ、濾過器壁と固体層の間に空隙が生じていいた。
次いで、イオン交換水３００．０ｇを供給したのち、５分間、固体層をイオン交換水に浸漬したのち、約５０ｋＰａ（ゲージ圧）で加圧濾過して、濾液が排出されなくなるまで濾過した。同様の操作を４回繰返した後、固体層の固体粒子を取り出した。詳細な条件と結果を表１に記した。残ＮａＯＨ濃度は、実施例１と比較して、約１２００倍であった。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、脱液濾過後、固体層に亀裂や空隙を生じる場合や、濾過膜に近接する固体層の高密度化が発生してしまう場合でも極めて良好に固体粒子を洗浄することができる。また、亀裂、空隙及び固体層の高密度化のいずれも生じない固体層であっても良好に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヌッチェ型濾過器にてスラリーを脱液濾過し、濾過器を開放し、濾過器の内部を上から（下は濾過膜）、観察した模式図である。固体粒子から形成された固体層が収縮し、固体層に亀裂が生じた状態を表す。
【図２】ヌッチェ型濾過器にてスラリーを脱液濾過し、濾過器を開放し、濾過器の内部を上から（下は濾過膜）、観察した模式図である。固体粒子から形成された固体層が収縮し、固体層と濾過器の器壁との間に空隙が生じた状態を表す。
【符号の説明】
１：ヌッチェ型濾過器の内部における固体層
２：ヌッチェ型濾過器の内部の器壁
３：１の表面に生じた亀裂
４：ヌッチェ型濾過器の器壁と、収縮した固体層との間に生じた空隙
（固体層の下の濾過膜が観察された。）

Claims

濾過装置にて固体粒子と液体とを含むスラリーを濾過したのち、固体粒子から形成される固体層に洗浄液を供給し、濾過することによって固体粒子を洗浄する方法において、該固体層が、スラリーに含まれる液体、及び／又は、洗浄液によって常時浸漬した状態で洗浄されることを特徴とする固体粒子の洗浄方法。
濾過装置としてヌッチェ型濾過器又は遠心分離機を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
スラリーに含まれる液体、及び／又は、洗浄液からなる液面を、濾過器に設置した液面検知器、スラリー供給槽に設置した液面検知器または重量検知器、並びに濾液及び洗液の貯留槽に設置した液面検知器または重量検知器からなる群から選ばれる少なくとも１つの計器により検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
スラリーに含まれる液体、及び／又は、洗浄液からなる液面が、固体粒子で形成される固体層表面よりも上で、かつ、該液面と該固体層表面との厚みが１００ｍｍ以下まで濾過したのち、次の洗浄液を供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
洗浄方法が、固体粒子から形成される固体層を常時浸漬した状態で濾過したのち、次の洗浄液を供給することを５回以内、繰り返す方法であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。