JP2736693B2 - ジャロサイト粒子粉末の製造法 - Google Patents

ジャロサイト粒子粉末の製造法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、硫酸第一鉄を用いてジャロサイト粒子粉末
を生成させる製造法に関し、詳しくは、RFe3(SO4
(OH6)(R=K+、Na+、NH4 +など)で示されるジャロサ
イト粒子粉末を、工業的、経済的に有利に製造すること
ができる新規な製造法を提供することを目的とする。
〔従来の技術〕
ジャロサイト粒子粉末の工業的な製造法としては、例
えば、特公昭55−46975号公報に開示されているよう
に、硫酸第二鉄を用いる方法がよく知られている。ま
た、特公昭61−23250号公報も硫酸第二鉄を用いてジャ
ロサイト粒子粉末を得ているものである。
一方、硫酸第一鉄を用いてジャロサイト粒子粉末を工
業的に製造する方法としては、特開昭54−56006号公報
に開示された方法が挙げられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
特開昭54−56006号公報に開示された方法は、硫酸第
一鉄を「‥‥該ジャロサイト形成化合物は酸素と結合し
た硫酸第一鉄溶液、即ち硫酸第二鉄でジャロサイトを形
成する‥‥」なる記載の通り、硫酸第二鉄を変成して用
いており、更に同公報には、「所要の作業温度を得るた
め、オートクレーブの‥‥最終区画室内の温度を170乃
至230℃‥‥」なる記載の通り、オートクレーブを用い
て高温でジャロサイト粒子を生成させる方法である。
尚、硫酸第一鉄とアルカリ金属又はアンモニウムイオ
ンの硫酸塩との混合水溶液に、酸素含有ガスを通気して
常温で酸化反応を行うことによって、ジャロサイト粒子
とゲータイト粒子との混合物を生成させたことが、粉体
粉末冶金協会発行「昭和43年度春季大会講演概要集」
(昭和43年)第88〜89頁に報告されている。
従って、硫酸第一鉄を用いて、80℃以下の条件でジャ
ロサイト粒子のみを生成させることができ、しかも、工
業的、経済的にジャロサイト粒子粉末が製造できる方法
は、いまだ確立されておらず、その方法の確立が強く要
求されており、本発明はこの要求に応えることを技術的
課題とするものである。
〔課題を解決する為の手段〕
本発明者は、前記技術的課題を解決すべく種々検討を
重ねた結果、本発明に到達したのである。
即ち、本発明は、混合後のFeの濃度が0.1〜2.0mol/
である硫酸第一鉄水溶液とアルカリ金属又はアンモニウ
ムイオンが硫酸第一鉄溶液のFeに対して5〜200mol%で
ある硫酸塩水溶液と混合後の濃度が0.02〜0.1mol/で
ある硫酸水溶液との混合溶液に、酸素含有ガスを通気し
て45℃〜80℃の温度範囲で酸化反応を行うことにより、
ジャロサイト粒子を生成させ、生成したジャロサイト粒
子を濾別、洗浄、乾燥してジャロサイト粒子粉末を得る
ことを特徴とするジャロサイト粒子粉末の製造法並び
に、 混合後のFeの濃度が0.1〜2.0mol/である硫酸第一鉄
水溶液とアルカリ金属又はアンモニウムイオンが硫酸第
一鉄溶液のFeに対して5〜200mol%である硫酸塩水溶液
と混合後の濃度が0.02〜0.1mol/である硫酸水溶液と
の混合溶液に、酸素含有ガスを通気して45℃〜80℃の温
度範囲で酸化反応を行うことにより、ジャロサイト粒子
を生成させ、生成したジャロサイト粒子を濾別して濾液
を回数する第1の工程と、 次いで、第1の工程で回収した濾液に新たに硫酸第一
鉄と水酸化アルカリ又はアンモニアとを加えた新たな混
合溶液に、酸素含有ガスを通気して45℃〜80℃の温度範
囲で酸化反応を行うことにより、ジャロサイト粒子を生
成させる第2の工程と、 続いて、第2の工程で生成したジャロサイト粒子を濾
別して回収した濾液を用いて第2の工程の反応を繰り返
すことによって、ジャロサイト粒子を生成させ、生成し
たジャロサイト粒子を濾別する第3の工程と、 前記第1〜3の各工程で得られたジャロサイト粒子を
洗浄、乾燥してジャロサイト粒子粉末を得る工程とから
なることを特徴とするジャロサイト粒子粉末の製造法で
ある。
〔作用〕
本発明においては、硫酸第一鉄水溶液とアルカリ金属
又はアンモニウムイオンの硫酸塩水溶液と硫酸水溶液と
の混合溶液に、酸素含有ガスを通気して45℃〜80℃の温
度範囲で酸化反応を行うことにより、板状、六面体状、
八面体状等の粒子が凝集した平均粒子径3〜30μmの球
形を呈したジャロサイト粒子のみを生成させることが出
来る。
本発明の第1の工程においては、硫酸第一鉄水溶液と
アルカリ金属又はアンモニウムイオンの硫酸塩水溶液と
硫酸水溶液の混合溶液に、酸素含有ガスを通気して45℃
〜80℃の温度範囲で酸化反応を行うことにより、板状、
六面体状、八面体状等の粒子が凝集した平均粒子径3〜
30μmの球形を呈したジャロサイト粒子のみを生成させ
ることが出来る。
次いで、第2の工程においては、第1の工程でジャロ
サイト粒子を別にして回収した液に、反応溶液の総
容量が増加しないように、下記反応式(1)に基づい
て、第1の工程で生成したジャロサイト粒子の収量に相
当する量の硫酸第一鉄の結晶と水酸化アルカリの結晶又
はアンモニアガスを補給して新たな混合溶液とする。得
られた新たな混合溶液を用いて、第1の工程と同条件に
よる酸化反応を行うことにより、第1の工程と同等のジ
ャロサイト粒子のみを生成させることが出来る。
本発明者は、第2の工程の反応式は、 3FeSO4+3ROH→RFe3(SO4(OH6)+R2SO4 ……(1) (但し、R=K+、Na+、NH4 +などである。) と考えている。
尚、本発明の第1の工程で回収した液及び第2の工
程で回収した液の組成は、ほぼ同等であり以下の通り
である。
Fe2+=5〜40g/ Fe3+=5〜15g/ R=0.5〜30g/ SO4 2-=70〜150g/ (但し、R=K+、Na+、NH4 +などである。) 従って、第2の工程で回収した液を用いて、第2の
工程と同様の反応を繰り返すことによってジャロサイト
粒子のみを生成させることが出来るのである。
次に、本発明方法実施にあたっての諸条件について述
べる。
本発明における反応溶液の濃度はFeとして0.1〜2.0mo
l/である。より好ましくは0.2〜1.0mol/である。0.
1mol/未満の場合には、生産性が悪くなり経済的では
なく、2.0mol/を超える場合には、反応槽内等におい
てジャロサイト粒子以外の芒硝等の結晶が析出したりす
るのでハンドリングが困難となる。
本発明において使用されるアルカリ金属又はアンモニ
ウムイオンの硫酸塩水溶液としては、硫酸ナトリウム、
硫酸カリウム、硫酸アンモニウムなどの水溶液を使用す
ることができる。
本発明における上記硫酸塩水溶液は、硫酸第一鉄水溶
液のFeに対して5〜200mol%である。5mol%未満の場合
には、ジャロサイト粒子が生成し難く、200mol%を超え
る場合には、反応速度が遅くなり経済的ではない。
本発明において使用される硫酸水溶液は、0.02〜0.1m
ol/である。0.02mol/未満の場合には、α−FeOOHが
混入するため好ましくなく、0.1mol/を超える場合に
は、反応速度が遅くなり好ましくない。
本発明における第2の工程において使用される水酸化
アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム
などの結晶か、又はアンモニアガスを用いることができ
る。水酸化アルカリ又はアンモニアは、第2の工程にお
いて使用する硫酸第一鉄に対して等モルである。
尚、本発明における第2の工程で使用する水酸化アル
カリ又はアンモニアは、第1の工程で用いたアルカリ金
属又はアンモニウムイオンの硫酸塩水溶液と同一のもの
を使用する。同一のものを使用しない場合にもジャロサ
イト粒子は生成するが、アルカリによって組成が異なる
ため、異なった組成のジャロサイト粒子が混ざってしま
う。
本発明における反応温度は45℃〜80℃の温度範囲であ
る。より好ましくは60〜80℃である。45℃未満の場合に
は、反応速度が非常に遅くなり好ましくない。
本発明における酸化手段は、酸素含有ガス(例えば、
空気)を溶液中に通気することにより行い、また、当該
通気ガスや機械的操作により撹拌しながら行う。
本発明は、実施例に示した回分式を繰り返す方式に限
らず、反応液を連続的に抜き出し、ジャロサイト粒子と
液を別し、液を反応槽に戻すと共に硫酸第一鉄と
アルカリとを連続的に反応槽に供給する方法で行うこと
もできる。
本発明においては、ジャロサイト粒子粉末の使用目的
により、ジャロサイト粒子の生成に際し、Al、Si、P、
Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Ca、Ti、Cr、Sn、Pb等の異種
元素を添加することもできる。
〔実 施 例〕
次に、実施例並びに比較例により本発明を説明する。
尚、以下の実施例並びに比較例における粒子の平均粒
子径は、電子顕微鏡写真から測定した数値の平均値で示
した、 実施例1 1.8mol/のFeSO4水溶液2.5と、0.45mol/のNa2SO
4水溶液1.0(FeSO4水溶液中のFeに対し10mol%に該当
する。)及び0.23mol/のH2SO41.0(全反応溶液中で
0.05mol/に該当する。)を反応容器に投入して混合溶
液とし、空気15/minの割合で吹き込んで撹拌しなが
ら、温度70℃において24時間酸化反応を行って、沈澱物
を生成させた。
生成した沈澱物を常法により、別、洗浄、乾燥して
209gの粒子粉末を得た。
得られた粒子粉末は、X線回折の結果、ジャロサイト
であり、22μmの六面体状の凝集した球形を呈した粒子
であった。
実施例2 第1の工程の反応として、1.8mol/のFeSO4水溶液2.
5と、0.45mol/のNa2SO4水溶液1.0(FeSO4水溶液
中のFeに対し10mol%に該当する。)及び0.23mol/のH
2SO41.0(全反応溶液中で0.05mol/に該当する。)
を反応容器に投入して混合溶液とし、空気15/minの割
合で吹き込んで撹拌しながら、温度70℃において24時間
酸化反応を行って、第1の工程の沈澱物を生成させ、こ
れを別して液を回収した。
次に、第2の工程の反応として、第1の工程の沈澱物
を別して回収した液4.3に、FeSO4・7H2O結晶359g
とNaOH結晶52g(FeSO2・7H2Oに対して等モルに該当す
る。)を溶解して混合溶液とし、反応容器に投入した。
混合溶液に空気15/minの割合で吹き込んで撹拌しなが
ら、温度70℃において24時間酸化反応を行って、第2の
工程の沈澱物を生成させた。
続いて、第2の工程の沈澱物を別、回収した液4.
3を用いて、第2の工程の反応と同一条件で酸化反応
を行って、第3の工程の沈澱物を生成させ、これを別
した。
得られた、第1〜3の工程のそれぞれの沈澱物を常法
により、洗浄、乾燥して209g、205g、212gの粒子粉末を
得た。
得られた、それぞれの粒子粉末は、X線回折の結果、
ジャロサイトであり、図1〜図3に示す走査型電子顕微
鏡写真(×2,000)の通り、それぞれ22μm、22μm、2
1μmの六面体状の凝集した球形を呈した粒子であっ
た。
実施例3〜7、比較例1〜2 実施例2の第1の工程における硫酸第一鉄水溶液の濃
度及び使用量、アルカリ金属の硫酸塩水溶液の種類、濃
度、使用量及びFeに対する割合、硫酸水溶液の濃度、使
用量及び全反応溶液に対する濃度並びに反応温度、 第2、第3の工程においては、それぞれ直前の工程に
おけるジャロサイト粒子粉末の収量に相当する硫酸第一
鉄7水塩の使用量及び同一の水酸化アルカリとその使用
量並びに同一の反応温度を種々変形させた以外は、実施
例2と同様にしてジャロサイト粒子粉末を得た。
尚、比較例1においてはゲータイト粒子が混入し、比
較例2においてはジャロサイト粒子が生成しなかった。
この時の主要製造条件及び諸特性を表1及び表2に示
す。
〔発明の効果〕 本発明によれば、安価な硫酸第一鉄を用いて、しか
も、大気圧下・80℃以下の条件でジャロサイト粒子粉末
が製造でき、しかも、ジャロサイト粒子を生成して残っ
た液を廃棄することなく、繰り返し循環して用いるこ
とができるので、工業的、経済的に非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
図1乃至図3は、それぞれ実施例2の第1乃至第3の工
程で得られたジャロサイト粒子粉末の粒子構造を示す走
査型電子顕微鏡写真(×2,000)である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】混合後のFeの濃度が0.1〜2.0mol/である
    硫酸第一鉄水溶液とアルカリ金属又はアンモニウムイオ
    ンが硫酸第一鉄溶液のFeに対して5〜200mol%である硫
    酸塩水溶液と混合後の濃度が0.02〜0.1mol/である硫
    酸水溶液との混合溶液に、酸素含有ガスを通気して45℃
    〜80℃の温度範囲で酸化反応を行うことにより、ジャロ
    サイト粒子を生成させ、生成したジャロサイト粒子を濾
    別、洗浄、乾燥してジャロサイト粒子粉末を得ることを
    特徴とするジャロサイト粒子粉末の製造法。
  2. 【請求項2】混合後のFeの濃度が0.1〜2.0mol/である
    硫酸第一鉄水溶液とアルカリ金属又はアンモニウムイオ
    ンが硫酸第一鉄溶液のFeに対して5〜200mol%である硫
    酸塩水溶液と混合後の濃度が0.02〜0.1mol/である硫
    酸水溶液との混合溶液に、酸素含有ガスを通気して45℃
    〜80℃の温度範囲で酸化反応を行うことにより、ジャロ
    サイト粒子を生成させ、生成したジャロサイト粒子を濾
    別して濾液を回収する第1の工程と、 次いで、第1の工程で回収した濾液に新たに硫酸第一鉄
    と水酸化アルカリ又はアンモニアとを加えた新たな混合
    溶液に、酸素含有ガスを通気して45℃〜80℃の温度範囲
    で酸化反応を行うことにより、ジャロサイト粒子を生成
    させる第2の工程と、 続いて、第2の工程で生成したジャロサイト粒子を濾別
    して回収した濾液を用いて第2の工程の反応を繰り返す
    ことによって、ジャロサイト粒子を生成させ、生成した
    ジャロサイト粒子を濾別する第3の工程と、 前記第1〜3の各工程で得られたジャロサイト粒子を洗
    浄、乾燥してジャロサイト粒子粉末を得る工程とからな
    ることを特徴とするジャロサイト粒子粉末の製造法。
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