硫酸鋁、其製備方法及其用途的製作方法
2023-10-05 07:20:19 1
專利名稱：硫酸鋁、其製備方法及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及製備硫酸鋁時提高硫酸鋁收率的技術。另外，本發明還涉及含有硫酸鋁，作為排水處理劑、紙用上膠劑、皮革的鞣劑、油脂的澄清劑或工業用催化劑等有用的廢水處理劑。
背景技術：
硫酸鋁是作為汙水、工廠排水或上水等的排水處理劑(無機凝聚劑)使用，或者作為紙用上膠劑、皮革鞣劑或油脂的澄清劑、各種催化劑等廣泛使用的工業用化學藥品。
該硫酸鋁通常通過下述方法製備，即在耐熱、耐酸性材料構成的反應槽中加入硫酸，向其中投入氫氧化鋁進行加熱，在反應槽內用水稀釋得到的濃厚的硫酸鋁溶液，進行儲藏，冷卻後調整濃度製成產品(特開昭54-106098、特公平7-25541)。
但是，採用這種以往的方法，必須加熱至約100～130℃，而且必須有數十分鐘至2小時的熟化時間。或者通過使用試劑水平的高濃度(90～98重量％)硫酸以促進反應。通常，由半導體工廠排出的廢硫酸中硫酸的濃度為約70～90重量％，因此在考慮有效利用該廢硫酸的場合，希望出現能夠由低濃度硫酸高效製備硫酸鋁的方法。
另外，將硫酸鋁作為上述排出處理劑使用時，與其他處理劑，例如PAC(聚合氯化鋁)相比，存在如果不大量加入化學藥品，則不能得到應該滿足的凝集速度的問題，因此近年來，將硫酸鋁替換成PAC的情況增加，由於硫酸鋁可以使用硫酸廢液作為原料，因而從有效利用資源(節省資源)的觀點出發，現狀是渴望具有與PAC同等或以上的凝集性能。
發明內容
本發明的目的在於提供一種由低濃度的硫酸，特別是不需要加熱源，同時在低溫且短時間內可以效率良好地製備硫酸鋁的方法。
另外，本發明的目的在於提供一種比以往的硫酸鋁優良且具有與PAC相同或以上的凝集性能的含有硫酸鋁的組合物。
解決課題的方法本發明人為了實現上述目的，經過反覆悉心研究，結果意外地發現在由硫酸和氫氧化鋁製備硫酸鋁時，通過存在硝酸或過氧化氫水溶液能夠促進反應，進一步反覆研究，終於完成了本發明。
而且，本發明人為了實現上述目的，經過反覆悉心研究，結果意外地發現通過在硫酸鋁中共存硝酸，能夠提高凝集性能，進一步反覆研究，終於完成了本發明。
也就是說，本發明的第1項發明涉及，(1)一種硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，在硝酸的存在下使硫酸和氫氧化鋁反應；(2)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，在還存在過氧化氫水溶液的條件下進行反應；(3)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，相對於全體反應體系而言，存在硝酸1～3000ppm；(4)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，使含有硝酸的硫酸和氫氧化鋁反應；(5)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，使含有硝酸10～5000ppm的硫酸和氫氧化鋁反應；(6)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，硫酸為50～90重量％的濃硫酸；(7)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，硫酸是已經為某種目的使用過的硫酸；(8)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，氫氧化鋁是已經為某種目的使用過的氫氧化鋁；(9)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，硝酸是已經為某種目的使用過的硝酸；(10)一種硫酸鋁，在硝酸存在的條件下，使硫酸和氫氧化鋁反應得到；(11)一種由硫酸和氫氧化鋁製備硫酸鋁時提高反應收率的方法，其特徵在於，使用硝酸；(12)硝酸在用於提高通過硝酸和氫氧化鋁反應製備硫酸鋁的效率中的用途；(13)一種工業用組合物，其特徵在於，含有在硝酸存在的條件下使硫酸和氫氧化鋁反應得到的硫酸鋁；(14)上述(13)所述的工業用組合物，是排水處理劑；(15)一種排水處理裝置，搭載有工業用組合物，該工業用組合物含有在硝酸存在的條件下使硫酸和氫氧化鋁反應得到的硫酸鋁。
另外，本發明的第2項發明涉及，(1)一種硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，在相對於反應體系而言存在0.1重量％以上的過氧化物的條件下使硫酸和氫氧化鋁反應；(2)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，過氧化物是過氧化氫；(3)上述(2)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，過氧化氫是過氧化氫水溶液；(4)上述(3)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，在還存在硝酸的條件下進行反應；(5)上述(3)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，相對於反應體系而言，存在過氧化氫水溶液0.1重量％以上；(6)上述(3)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，使含有過氧化氫水溶液0.2重量％以上的硫酸和氫氧化鋁反應；(7)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，硫酸為50～90重量％的硫酸；(8)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，硫酸是已經為某種目的使用過的硫酸；(9)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，氫氧化鋁是已經為某種目的使用過的氫氧化鋁；(10)上述(1)所述的硫酸鋁的製備方法，其特徵在於，過氧化氫水溶液是已經為某種目的使用過的過氧化氫水溶液；(11)一種硫酸鋁，在過氧化物存在的條件下，通過使硫酸和氫氧化鋁反應得到；(12)一種由硫酸和氫氧化鋁製備硫酸鋁時提高反應收率的方法，其特徵在於，使用過氧化氫水溶液；(13)過氧化物在用於提高通過硫酸和氫氧化鋁反應製備硫酸鋁的效率中的用途；(14)一種工業用組合物，其特徵在於，含有在過氧化物存在的條件下使硫酸和氫氧化鋁反應得到的硫酸鋁；(15)上述(10)所述的工業用組合物，是排水處理劑；(16)一種排水處理裝置，搭載有工業用組合物，該工業用組合物含有在過氧化物存在的條件下使硫酸和氫氧化鋁反應得到的硫酸鋁。
而且，本發明的第3項發明涉及，(1)一種工業用組合物，其特徵在於，含有硝酸和硫酸鋁；(2)上述(1)所述的工業用組合物，其特徵在於，相對於液體狀硫酸鋁而言，含有硝酸10～2000ppm，所述液體狀硫酸鋁換算成含有26.8重量％的Al2(SO4)3的液體狀硫酸鋁；(3)上述(1)所述的工業用組合物，其特徵在於，硝酸是已經為某種目的使用過的硝酸；(4)上述(1)所述的工業用組合物，其特徵在於，硫酸鋁是由已經為某種目的使用過的硫酸和硝酸製備的粗硫酸鋁；(5)上述(1)所述的工業用組合物，是排水處理劑；(6)上述(1)所述的工業用組合物，是紙用上膠劑、皮革的鞣劑、油脂的澄清劑或工業用催化劑；(7)一種排水的處理方法，其特徵在於，使用含有硝酸和硫酸鋁的組合物；(8)一種排水處理裝置，搭載有工業用組合物，該工業用組合物含有硝酸和硫酸鋁。
圖1表示對第3項發明的實施例1～3的組合物和比較例1、2的組合物的凝聚速度進行的比較。
圖2表示對第3項發明的實施例1～3的組合物和比較例1、2的組合物的濁度進行的比較。
圖3表示對第3項發明的實施例1～3的組合物和比較例1、2的組合物的F離子濃度進行的比較。
具體實施例方式
在本發明的第1項發明、第2項發明和第3項發明中使用的硫酸對濃度沒有特別限定，即使是約90重量％以下的濃度也可以充分使用，通常優選約50重量％以上。另外，在以往的方法中，硫酸的濃度以90重量％以上為標準。另外，作為本發明中使用的硫酸的質量，可以是工業用或試劑等級的物質，或者也可以是在半導體工業等中使用的高純度品，也可以是作為各種部件或產品的洗滌液使用的物質，特別是在半導體的製造工序中作為抗蝕劑剝離或洗滌液使用的物質。另外，也可以是發煙硫酸或硫酸酐或者它們的廢液。另外，從有效利用資源、降低成本的現點來看，希望使用已經為某種目的使用了一次的廢硫酸。
上述所說的已經為某種目的使用過的硫酸包括含有硫酸的廢液、廢硫酸等。
作為本發明的第1項發明、第2項發明以及第3項發明中使用的氫氧化鋁，可以是工業上作為鋁鹽、瓷器、玻璃、耐火材料、催化劑或催化劑載體、樹脂、橡膠、紙的阻燃劑、人工大理石等的原料使用的物質，也可以是IC或光學用玻璃原料、高純度鋁化合物原料、催化劑、醫藥中使用的高純度氫氧化鋁，可以是含有氫氧化鋁的廢棄材料(使用過的物質)。另外，從成本方面和有效利用資源方面的觀點來看，更優選使用工業用氫氧化鋁或已經為其他目的使用了一次的氫氧化鋁作為原料。
上述所說的已經為某種目的使用過的氫氧化鋁包括含有氫氧化鋁的廢棄材料等。
作為本發明的第1項發明、第2項發明以及第3項發明中使用的硝酸，可以是濃度和質量為試劑等級或工業等級中任意一種的物質，也可以是含有已經為某種目的，例如有機合成、半導體生產時的抗蝕劑剝離、各種洗滌等使用了一次的硝酸的廢液。另外，也可以是發煙硝酸或發煙硝酸廢液。從有效利用資源、降低成本的觀點出發，希望使用已經為某種目的使用了一次的廢硝酸。或者，也可以是上述硫酸中含有的硝酸成分。例如也可以利用如特開平11-157812或特開平11-319849中提出的方案那樣，為了分解硫酸廢液中的過氧化氫水溶液而添加的硝酸，即硫酸廢液中含有的硝酸成分。
上述所說的已經為某種目的使用過的硝酸包括含有硝酸的廢液、廢硝酸等。
本發明的第1項發明、第2項發明以及第3項發明中使用的過氧化氫水溶液等過氧化物，可以是濃度和質量為試劑等級或工業等級中任意一種的物質，也可以是含有已經為某種目的使用了一次的過氧化氫水溶液的廢液。例如，可以是在半導體製造工廠中作為抗蝕劑剝離等的洗滌液使用的硫酸廢液中含有的過氧化氫水溶液等過氧化物。另外，從有效利用資源、降低成本的觀點出發，更希望將該廢硫酸中含有的過氧化氫水溶液等過氧化物作為原料使用。
上述所說的已經為某種目的使用過的過氧化氫水溶液包括含有過氧化氫水溶液等過氧化物的廢液、廢硫酸中含有的過氧化氫水溶液等。
在本發明的第1項發明中，除以上所示的原料即硫酸、氫氧化鋁和硝酸以外，根據需要也可以使反應體系中存在其他添加物，例如水，進行硫酸鋁的製備。作為反應方法，除使反應體系中存在硝酸以外，可以按照公知的硫酸鋁的製備進行，可以在硫酸中以粉末狀添加氫氧化鋁，也可以在硫酸中添加用水將氫氧化鋁製成漿液得到的物質。或者，也可以在氫氧化鋁和水的漿液中加入硫酸。另外，硝酸可以任意在反應前或反應過程中添加，也可以以預先添加到硫酸、水、氫氧化鋁和水的漿液中的狀態進行使用。如上所述的特開平11-157812或特開平11-319849記載的再生硫酸中已經含有硝酸。通過使用這種硫酸作為原料，也可以使反應體系中存在硝酸。本發明的反應優選通過在氫氧化鋁和硝酸的混合物中滴加硫酸進行。
作為硝酸在該反應體系中的添加量，相對於反應體系的總重量而言，約為1～3000ppm，優選約10～1000ppm。如果硝酸的添加量少於該範圍，則難以得到促進反應的效果，如果高於該範圍，則在經濟上不利。
在本發明的第1個發明中，使用含有硝酸的硫酸作為原料時，硫酸中的硝酸濃度優選為約10～5000ppm。此時同樣，如果硝酸的添加量少於該範圍，則難以充分得到促進反應的效果，如果高於該範圍，則在經濟上不利。
另外，使用含有硝酸的硫酸，也可以進一步向反應體系中添加硝酸。
在本發明的第1項發明中，由於通過添加硝酸能夠提高硫酸的反應性，固此與以往的方法相比，能夠使用低濃度的硫酸在低溫且短時間內效率良好地促進反應。其機理尚不明確，但預測下述反應與硫酸鋁的反應有關。
H2SO4+HNO3→NO2++HSO4-關於反應體系的加熱，由於通過上述硝酸有促進反應的效果，並且能夠利用硫酸與水的水合熱以及與鋁的反應熱，因此沒有必要特別設置加熱源。因此，反應溫度在加入時由室溫開始，通過利用水合熱和反應熱，達到約60～110℃，然後在該溫度下熟化，從而可以效率良好地製備所需的硫酸鋁。另外，根據需要，也可以進行例如利用蒸汽等的強制加熱。
反應時間通常在約1分鐘～1小時內結束。滴加時間約1～20分鐘(通常約5分鐘)，熟化時間約1～20分鐘(通常約5分鐘)，但根據反應溫度等條件，也可以在該範圍以外。
氫氧化鋁相對於硫酸的添加量優選約1.0～1.2倍摩爾。
另外，為了使該反應的效率進一步提高，也可以再添加過氧化氫水溶液。
另外，反應結束後，可以製成通過用水進行稀釋調整為給定濃度的液狀物，也可以流至固化床，冷卻至完全固化，然後將其粉碎，進行包裝，製成產品。
上述第1項發明中，由硫酸和氫氧化鋁的反應製備硫酸鋁時，通過存在硝酸，該反應的效率提高，處理能力提高，反應速度提高，在低溫下進行反應，固此變得可以節省能量，由於可以利用低濃度的廢硫酸，固此促進了節省資源、資源的有效利用。
另外，本發明的第1項發明所說的工業用組合物，只要是含有通過本發明的第1項發明的硫酸鋁的製備方法製備得到的硫酸鋁的物質，可以是任何物質。
另外，本發明的第1項發明的工業用組合物可以按照公知方法，作為排水處理劑、紙用上膠劑、皮革的鞣劑、油脂的澄清劑、各種催化劑等使用。
而且，第1項發明的工業用組合物可以搭載在以往的排水處理等裝置上。
本發明的第2項發明中，除以上所示的原料即硫酸、氫氧化鋁和過氧化氫水溶液等過氧化物以外，根據需要，也可以使反應體系中存在其他添加物，例如水，以進行硫酸鋁的製備。作為反應方法，除使反應體系中存在過氧化氫水溶液等過氧化物以外，可以按照公知的硫酸鋁的製備進行，可以在硫酸中以粉末狀加入氫氧化鋁，也可以在硫酸中添加將氫氧化鋁和水製成漿液得到的物質。或者，也可以在氫氧化鋁和水的漿液中加入硫酸。另外，過氧化氫水溶液等過氧化物可以任意在反應前或反應過程中添加，也可以以預先添加至硫酸或水、氫氧化鋁和水的漿液中的狀態使用。本發明的反應優選通過在攪拌條件下向氫氧化鋁和過氧化氫水溶液等過氧化物的混合物中滴加硫酸進行。
作為過氧化氫水溶液等過氧化物在該反應體系中的添加量，相對於反應體系的總重量(水稀釋前的狀態)為約0.1重量％以上。如果過氧化氫水溶液等過氧化物的添加量少於該範圍，則難以得到促進反應的效果，另外，如果比該範圍多，則在經濟上不利。
本發明的第2項發明中，使用含有過氧化氫水溶液等過氧化物的硫酸作為原料時，優選硫酸中的過氧化氫水溶液等過氧化物的濃度約為0.2重量％以上。此時同樣，如果添加量少於該範圍，則難以充分得到促進反應的效果，如果比該範圍多，則在經濟上不利。
另外，也可以在使用含有過氧化氫水溶液等過氧化物的硫酸的基礎上，在反應體系中進一步加入過氧化氫水溶液等過氧化物。
通過使反應體系中存在過氧化氫水溶液等過氧化物，能夠在反應中誘發過氧化氫水溶液等過氧化物的分解反應(在過氧化物為過氧化氫水溶液時，H2O2→H2O+1/2O2↑+98.4kJ)，對提高反應體系中的液體溫度作出貢獻。
由此，可以在實現提高反應速度的同時，不用加熱源也可完成反應。因此，反應溫度在加入時由室溫開始，通過利用硫酸的水合熱、硫酸與氫氧化鋁的反應熱以及過氧化氫水溶液的分解熱，可以達到約70～110℃，然後，在該溫度下進行保溫/熟化，從而可以效率良好地製備所需的硫酸鋁。
另外，為了進一步提高該反應的效率，也可以在反應體系中添加硝酸、發煙硝酸或含有它們的廢液。
反應時間通常在約1分鐘～1小時內結束。滴加時間在約1～20分鐘內結束，熟化時間在約1～20分鐘內結束的情況較多。
氫氧化鋁相對於硫酸的添加量優選為約1.0～1.2倍摩爾。
另外，反應結束後，可以製成通過用水進行稀釋調整為給定濃度的液狀物，也可以流至固化床，冷卻至完全固化，然後將其粉碎，進行包裝，製成產品。
第2項發明中，由硫酸和氫氧化鋁的反應製備硫酸鋁時，通過存在過氧化氫水溶液等過氧化物，該反應的效率提高，處理能力提高，反應速度提高，在低溫下進行反應，固此變得可以節省能量，可以利用低濃度的廢硫酸，促進了節省資源、資源的有效利用。
另外，本發明的第2項發明所說的工業用組合物，只要是含有通過本發明的製備方法製備得到的硫酸鋁的物質，可以是任何物質。
另外，本發明的第2項發明的工業用組合物可以按照公知方法，作為排水處理劑、紙用上膠劑、皮革的鞣劑、油脂的澄清劑、各種催化劑等使用。
而且，第2項發明的工業用組合物可以搭載在以往的排水處理等裝置上。
上述第3項發明中使用的硫酸鋁可以是按照公知的硫酸鋁的製備進行而得到的液狀物或粉末狀物中的任意一種，其質量可以是工業等級(工業用規格JISK1423-1970，自來水用規格JISK1450-1977)或試劑等級中的任意一個水平，或者，也可以是用使用過的廢硫酸或廢氫氧化鋁製造的粗硫酸鋁。
第3項發明的工業用組合物通過配合硝酸和硫酸鋁可以容易地進行製備。本發明的組合物中通常還含有水。另外，本發明的組合物中，硫酸鋁作為液狀硫酸鋁存在。因此，所說的液狀硫酸鋁由組合物中存在的水和硫酸鋁構成。
本發明的第3項發明中，通過在硫酸鋁中存在硝酸，使凝集特性提高，作為其添加量，相對於換算成液狀硫酸鋁[Al2O3的含量為8重量％，Al2(SO4)3的含量為26.8重量％]的重量的液狀硫酸鋁，希望為約10～2000ppm。如果硝酸的濃度比該範圍低，則不能期待凝集效果的提高，另外，如果比該範圍高，則不經濟。該硝酸可以在液狀的硫酸鋁中直接添加給定量，或者如上所述在製備硫酸鋁時或其製備原料(硫酸等)中含有。
另外，第3項發明的組合物也可以通過在硝酸存在的條件下使硫酸和氫氧化鋁反應的方法容易地進行製備。
作為硝酸在該反應體系中的添加量，相對於反應體系的總重量而言，約為1～3000ppm，優選約10～1000ppm。如果硝酸的添加量少於該範圍，則難以得到促進反應的效果，如果比該範圍多，則在經濟上不利。
另外，在第3項發明中，作為原料使用含有硝酸的硫酸時，硫酸中的硝酸濃度優選為約10～5000ppm。此時同樣，如果硝酸的添加量少於該範圍，則難以充分得到促進反應的效果，如果比該範圍多，則在經濟上不利。
另外，使用含有硝酸的硫酸，也可以進一步向反應體系中添加硝酸。
在本發明的第3項發明中，由於通過添加硝酸能夠提高硫酸的反應性，因此與以往的方法相比，能夠使用低濃度的硫酸在低溫且短時間內效率良好地促進反應。其機理尚不明確，但預測下述反應與硫酸鋁的反應有關。
H2SO4+HNO3→NO2++HSO4-關於反應體系的加熱，由於通過上述硝酸有促進反應的效果，並且能夠利用硫酸與水的水合熱以及與鋁的反應熱，因此沒有必要特別設置加熱源。因此，反應溫度在加入時由室溫開始，通過利用水合熱和反應熱，達到約60～110℃，然後在該溫度下熟化，從而可以效率良好地製備所需的硫酸鋁。另外，根據需要，也可以進行例如利用蒸汽等的強制加熱。
反應時間通常在約1分鐘～1小時內結束。滴加時間約1～20分鐘(通常約5分鐘)，熟化時間約1～20分鐘(通常約5分鐘)，但根據反應溫度等條件，也可以在該範圍以外。
在第3項發明中，氫氧化鋁相對於硫酸的添加量優選約1.0～1.2倍摩爾。
另外，為了使該反應的效率進一步提高，也可以再添加過氧化氫水溶液。
另外，反應結束後，可以製成通過用水進行稀釋調整為給定濃度的液狀物，也可以流至固化床，冷卻至完全固化，然後將其粉碎，製成本方法的組合物。
如上所述得到的以包含硝酸和硫酸鋁為特徵的工業用組合物，與以往的硫酸鋁或PAC同樣，可以用作排水處理劑。
另外認為通過使硫酸鋁中存在硝酸，硫酸離子易於與硝酸離子結合，因此硫酸離子與鋁離子的結合變弱，鋁的離子強度升高，吸附排水中的懸濁粒子的效果升高，可以將含有硫酸鋁的工業用組合物轉換成具有與PAC相同或以上的凝集性能的排水處理劑等處理劑。
另外，本發明的工業用組合物與以往的含有硫酸鋁的組合物同樣，除排水處理劑以外，可以在紙用上膠劑、皮革的鞣劑、油脂的澄清劑、各種催化劑等工業領域中使用。
而且，本發明的工業用組合物可以搭載在以往的排水處理等裝置上。
實施例下面通過實施例進一步說明第1項發明，但本發明並不只限於這些。另外，硫酸鋁中的氧化鋁的定量分析採用JIS K1450-1996法進行。
在用保溫材料覆蓋反應釜外壁的帶有攪拌器的反應釜中加入水18g和粉末狀氫氧化鋁(試劑和光純藥品)9.8g，進行攪拌，在攪拌條件下，於室溫用5分鐘向得到的物質中滴加80重量％的硫酸(將試劑和光純藥品調整至80重量％)22.5g。滴加結束後進行5分鐘熟化，然後向反應液中加入水28g，進行稀釋。將得到的反應液用濾器過濾，分離未反應的氫氧化鋁，製得硫酸鋁。
第1項發明的實施例1在滴加硫酸前，向反應釜中添加70重量％硝酸(工業品)0.05g，通過上述方法進行反應。
第1項發明的實施例2使用含有硝酸300ppm的來自半導體工廠的廢硫酸(80重量％)，除此以外，通過上述方法進行反應。
第1項發明的實施例3使用含有過氧化氫水溶液0.2重量％的來自半導體工廠的廢硫酸(80重量％)，除此以外，通過與實施例1相同的方法進行反應。
第1項發明的實施例4在用水稀釋時，添加0.05g的在半導體工廠作為抗蝕劑剝離液使用的廢發煙硝酸，在用水稀釋後，通過餘熱進行10分鐘的熟化，除此以外，通過與上述相同的方法進行反應。
第1項發明的比較例1將通過上述方法製備的硫酸鋁作為比較例1。
第1項發明的比較例2在用水稀釋後，再利用餘熱進行10分鐘的熟化，除此以外。採用與上述相同的方法進行反應。
對第1項發明的實施例1～4、第1項發明的比較例1、2，評價滴加結束後的反應液溫度、pH、Al2O3(重量％)，評價結果集中示於表1中。
表1
由表1的結果可知，存在硝酸的第1項發明的實施例1～4與第1項發明的比較例1、2相比，反應效率提高，氧化鋁的收率提高。另外，即使使用廢硫酸，氧化鋁的收率也同樣提高。如果進一步添加過氧化氫水溶液，則氧化鋁的收率進一步提高。
接著，通過實施例進一步說明第2項發明，但本發明並不只限於這些。另外，硫酸鋁中的氧化鋁的定量分析採用JIS K1450-1996法進行。
在用保溫材料覆蓋反應釜外壁的帶有攪拌器的反應釜中加入水18g和粉末狀氫氧化鋁(試劑和光純藥品)9.8g，進行攪拌，在攪拌條件下，於室溫用5分鐘向得到的物質中滴加80重量％的硫酸(將試劑和光純藥品調整至80重量％)22.5g。滴加結束後進行5分鐘熟化，然後向反應液中加入水28g，進行稀釋。將得到的反應液用濾器過濾，分離未反應的氫氧化鋁，製得硫酸鋁。
第2項發明的實施例1在滴加硫酸前，向反應釜中添加30重量％過氧化氫水溶液(工業品)1.0g，通過上述方法進行反應。
第2項發明的實施例2使用含有過氧化氫水溶液0.2％的來自半導體工廠的廢硫酸(80重量％)，除此以外，通過上述方法進行反應。
第2項發明的實施例3在滴加硫酸前，向反應體系中添加70重量％的硝酸(工業品)0.05g，除此以外，通過與實施例2相同的方法進行反應。
第2項發明的實施例4向98重量％硫酸中加入30重量％的過氧化氫水溶液和水，使硫酸濃度為80重量％，過氧化氫水溶液濃度為0.5重量％，除此以外，通過與實施例2相同的方法進行反應。
第2項發明的比較例將通過上述方法製備的硫酸鋁作為比較例。
對第2項發明的實施例1～4、第2項發明的比較例評價滴加結束後的反應液的反應溫度、pH、Al2O3(重量％)，評價結果集中示於表2中。
表2
由表2的結果可知，存在過氧化氫水溶液的實施例1～4與比較例相比，反應效率提高，氧化鋁的收率提高。另外，即使使用廢硫酸，氧化鋁的收率也同樣提高。如果進一步添加硝酸，則氧化鋁的收率進一步提高。
接著，通過實施例進一步說明第3項發明，但本發明並不只限於這些。另外，硫酸鋁中的氧化鋁的定量分析採用JIS K1450-1996法進行。
第3項發明的實施例1在下述比較例1所述的自來水用硫酸鋁中添加工業用硝酸(70重量％)500ppm而成的物質。
第3項發明的實施例2
在用保溫材料覆蓋反應釜外壁的帶有攪拌器的反應釜中加入水18g和粉末狀氫氧化鋁(試劑)9.8g以及70重量％硝酸(工業品)0.05g，進行攪拌，在攪拌條件下，於室溫用5分鐘向得到的物質中滴加80重量％的硫酸22.5g。滴加結束後進行5分鐘熟化，然後向反應液中加入水28g，進行稀釋。將得到的反應液用濾器過濾，分離未反應的氫氧化鋁，對得到的物質測定pH和Al2O3(重量％)。該液體的pH為3.33，Al2O3(重量％)為8.10。
第3項發明的實施例3不添加硝酸本身，而使用含有硝酸300ppm的來自半導體工廠的廢硫酸(80重量％)，通過與實施例1相同的方法進行反應。最終得到的反應液的pH為3.12，Al2O3(重量％)為8.14。
第3項發明的比較例1自來水用硫酸鋁(Al2O38重量％)，pH為3.10，Al2O3(重量％)為8.10。
第3項發明的比較例2排水處理用PAC(聚合氯化鋁工業品；氧化鋁10重量％)。
使用上述5種樣品，通過半導體工廠排水比較評價凝集效果。另外，在該排水原水中含有F離子30ppm(另外在該排水中也含有硫酸、硝酸、鹽酸等)，向其中添加熟石灰至pH＝8.7，使用得到的懸濁液，對添加各樣品的情況，以及接著添加高分子凝集劑(聚丙烯醯胺類凝集劑)的情況，用凝集速度、濁度、F離子濃度的項目進行比較考察。另外，對於凝集速度，使用沉澱管通過肉眼觀察測定通過給定距離的時間。排水的濁度使用京都電子工業(株)手提式濁度計PC-06進行測定，F離子濃度使用DKK公司ILO-30進行測定。
對第3項發明的實施例1～3、第3項發明的比較例1、2評價凝集速度、濁度、F離子濃度，結果示於圖1～3中。
由圖1的結果可知，存在硝酸的實施例1～3與比較例1、2相比，顯示優良的凝集速度。另外，樣品的添加量越多，則越顯示更優良的凝集速度。
由圖2的結果可知，存在硝酸的實施例1～3與比較例1、2相比，顯示濁度降低。另外，如果再添加其他高分子凝集劑，則顯示濁度進一步降低。
由圖3的結果可知，存在硝酸的實施例1～3與比較例1、2相比，顯示F離子濃度降低。另外，如果再添加其他高分子凝集劑，則顯示F離子濃度進一步降低。
發明效果根據本發明，將來自半導體工廠的廢硫酸含有的約50～90重量％濃度的硫酸作為原料，能夠效率良好地製備硫酸鋁。
與以往的方法相比，通過存在硝酸或者過氧化氫水溶液等過氧化物，能夠促進反應，在短時間內反應體系達到最高溫度，結束反應，處理能力提高，減少加熱需要的能量導致節省能量，減少未反應物導致質量提高。也就是說，通過使反應體系中存在硝酸，能夠提高硫酸鋁的製備效率。
通過本發明的製備方法製備的硫酸鋁可以在汙水、工廠廢水、上水等排水處理劑、紙用上膠劑、皮革的鞣劑或油脂的澄清劑、各種催化劑等中作為工業用組合物使用。
本發明的含有硝酸的硫酸鋁組合物顯示比PAC優良的凝聚性能。
另外，由於可以使用廢硫酸、廢硝酸，因此可以有效利用資源。
權利要求
1.一種廢水處理劑，其含有硝酸和硫酸鋁，其中相對於所述硫酸鋁重量而言，含有硝酸10～2000ppm，所述硫酸鋁換算成含有26.8重量％的Al2(SO4)3的液體狀硫酸鋁。
2.權利要求1所述的廢水處理劑，其中所述硝酸是已經為某種目的使用過的硝酸。
3.權利要求1所述的廢水處理劑，其中所述硫酸鋁是由已經為某種目的使用過的硫酸和硝酸製備的粗硫酸鋁。
4.一種廢水處理方法，其包括使用權利要求1、2和3中任意一項所述的廢水處理劑。
5.一種廢水處理裝置，其使用權利要求1、2和3中任意一項所述的廢水處理劑。
全文摘要
本發明提供一種在工業上有利、效率優良地製備硫酸鋁的方法。該硫酸鋁的製備方法的特徵在於，在硝酸存在的條件下使硫酸和氫氧化鋁反應。
文檔編號B01D21/01GK1951836SQ200610163098
公開日2007年4月25日 申請日期2002年11月21日 優先權日2001年11月21日
發明者稻垣靖史 申請人:索尼公司