説明

水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法

【課題】 原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンの濃度に関わらず、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離により除去することのできる方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを沈降分離により同時に除去する方法において、原塩を含有する水溶液に、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が100mg/リットル以上となるようにカルシウムイオン供給源とを同時に又は別々に添加することを特徴とする水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法により、上記課題を解決する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法に関する。さらに詳しくは、原塩を含有する水溶液に対して、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が一定の値以上となるようにカルシウムイオン供給源とを添加することにより、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離する水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法に関する。
【背景技術】
【0002】
天日塩や岩塩等の原塩がメキシコやオーストラリア等の海外から大量に輸入され、原塩中に含まれている不純物を除去した上で、工業用原料や食品用原料として用いられている。工業用原料として用いられている原塩をさらに高純度化し精製するために、原塩を一旦水又はかん水に溶解して飽和状態の水溶液とし、アルカリ剤を添加して原塩中に含まれるカルシウムやマグネシウム等の不純物を結晶化させ、沈降分離する処理が行なわれていた。沈降分離後の処理水は、後の工程で精密濾過されて、キレート樹脂等で処理することによる塩化ナトリウム水溶液の精製や、濾過水を電気分解することによる苛性ソーダの精製等に利用されていた。
【0003】
特に苛性ソーダの精製においては、先に述べたとおり海外から大量に輸入されていることから、採取する場所によって原塩の飽和水溶液中に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンの濃度が異なるため、アルカリ剤を用いた通常の沈降分離による処理ではカルシウムイオンやマグネシウムイオンの除去が不完全となる場合があり、後の工程でのカルシウムスケールによる障害や精密濾過器の差圧上昇等によるトラブルの原因となっていた。
【0004】
水溶液中に含まれているカルシウムやマグネシウムを除去する方法については、Mg2+,Ca2+含有液に消石灰、苛性ソーダ、炭酸ソーダ等の沈澱生成剤を注加反応せしめてこれらイオンを分離除去するに当たり、先ず一方のイオンの沈澱生成反応を行わしめ、次いでそのスラリーに他方のイオンの沈澱生成反応を行わしめて得られたこれら両反応からの生成沈澱の一部を前段のイオンの沈澱生成反応に際して添加せしめる海水、鹹水等の精製法(例えば、特許文献1参照)や、水中のカルシウム、マグネシウム成分を、アルカリ剤を添加して除去するに際し、特定の鉱物粒子を接触媒体として利用する水中のカルシウム、マグネシウムを除去する方法(例えば、特許文献2参照)等が提案されている。
【0005】
しかしながら、水溶液中のカルシウムイオン濃度を一定の値以上とすることで、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離により除去することができることについては、知られていなかった。
【0006】
【特許文献1】特公昭43−28584号公報
【特許文献2】特公昭53−15023号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この発明は、原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンの濃度に関わらず、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離により除去することのできる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明の発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、原塩を含有する水溶液に対して、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が一定の値以上となるようにカルシウムイオン供給源とを添加することで、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとが同時に効率よく沈降分離により除去することができることを見出し、本発明を完成するに到った。
【0009】
かくして本発明によれば、原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを沈降分離により同時に除去する方法において、原塩を含有する水溶液に、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が100mg/リットル以上となるようにカルシウムイオン供給源とを同時に又は別々に添加することを特徴とする水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法が提供される。
【発明の効果】
【0010】
この発明の水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法によると、原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく沈降分離により除去することができる。このことにより、沈降分離後の工程でのカルシウムスケールによる障害や精密濾過器の差圧上昇等トラブルの発生を未然に防ぐことができ、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
この発明の方法では、天日塩や岩塩等の原塩を含有する水溶液に、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が100mg/リットル以上となるようにカルシウムイオン供給源とを同時に又は別々に添加した後、沈降分離することによって、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に除去することができる。原塩を含有する水溶液は、通常、カルシウムイオン濃度が5〜200mg/リットル、マグネシウムイオン濃度が1〜100mg/リットルであるが、この発明の方法で処理することにより、水溶液中のカルシウムイオン濃度を0.5〜10mg/リットル、マグネシウムイオン濃度を0.1〜5mg/リットルに低下させることができる。
【0012】
この発明の方法で用いられる炭酸ナトリウムは、原塩を含有する水溶液に対し200〜2000mg/リットル、好ましくは、300〜1500mg/リットルとなるように添加することで、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に除去することができる。200mg/リットル未満の場合には、フロックが小さくなって、締りがなく、沈降しにくくなるため好ましくない。また、併用して用いられるカルシウムイオン供給源と同時に又は別々に添加してもよい。
【0013】
また、カルシウムウイオン供給源は、原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオン濃度が100mg/リットル以上となるように添加する。カルシウムイオン濃度が100mg/リットル未満の場合、カルシウムイオンやマグネシウムイオンの反応速度が低下し、フロックの形成が不十分となってしまうため好ましくない。一方、カルシウムイオン供給源を過剰に添加した場合、マグネシウムイオンはほとんど除去されるが、未反応のカルシウムイオンが残存する。このような場合には、同時に又は別々に添加される炭酸ナトリウムの添加量を調整したり、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を添加したりすることで、カルシウムイオンも同時に効率よく除去することができる。
【0014】
この発明の方法に用いられるカルシウムイオン供給源としては、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムおよび塩化カルシウムから選ばれた少なくとも1種が挙げられる。特に、炭酸ナトリウムおよびカルシウム供給源の添加直後の水溶液のpHが10.5以上の場合には、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく除去することができることから、好ましい実施態様である。したがって、水溶液のpHが10.5未満の場合においては、さらに水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を添加し、pHを10.5以上にしてから沈降分離することで、カルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に効率よく除去することができる。
【0015】
この発明の方法においては、沈降分離を行なう設備の大きさによって処理時間は異なるが、アルカリ剤等を用いた通常の沈降分離と比べて、炭酸ナトリウムとカルシウム供給源とを添加した後、攪拌してから一定時間静置することで、沈降分離が促進され、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に短時間で除去することができる。
【0016】
また本発明の方法では、原塩を含有する水溶液に、炭酸ナトリウムとカルシウムイオン供給源とを同時に又は別々に添加した後、さらに市販の凝集剤等を添加し、攪拌してから一定時間放置することでさらに沈降分離が促進され、該水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを同時に短時間で除去することができる。
【実施例】
【0017】
この発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、これらの実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【0018】
試験例1 岩塩飽和水溶液中の不純物の除去効果確認試験
某苛性ソーダ精製工場内の飽和岩塩水500ml(カルシウムイオン濃度:94mg/リットル、マグネシウムイオン濃度:34mg/リットル)を約65℃に加温し、消石灰、炭酸カルシウム、塩化カルシウムから選ばれるカルシウムイオン供給源と、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウムとを、それぞれ表1の実施例1〜13及び比較例1〜14の割合となるように添加した。薬剤添加直後に、カルシウムイオン濃度の測定を行ない、120rpmで1分間攪拌し、凝集剤(「フロクランEA-304」,株式会社片山化学工業研究所製)を1.1mg/リットル添加して、さらに120rpmで1分間、60rpmで1分間の攪拌を行なった。60分間静置後、岩塩水溶液中のフロックの状態と径、処理水の外観、カルシウムイオン濃度とマグネシウムイオン濃度の測定を行なった。測定結果を表1に示す。なお、カルシウムイオン供給源である消石灰と炭酸カルシウムについてはそれぞれ20%のスラリーに調整したものを、塩化カルシウムについては35%塩化カルシウム(旭硝子株式会社製)を使用した。
【0019】
【表1】

【0020】
表1の結果から、カルシウムイオン供給源と炭酸ナトリウムとを用いることで、処理水の外観が無色透明で、処理水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度が低減され、フロックの形成状態が良好となった。さらに水酸化ナトリウムを加えてpHを上げることで、処理水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度が低減したことが確認できた。これに対し、カルシウムイオン供給源のみの場合やカルシウムイオン供給源と水酸化ナトリウムを組合せて用いた場合には、処理水中にフロックがほとんど形成されずに対流してしまった。消石灰の20%スラリーの替わりに粉末の消石灰を使用した場合には、処理水が若干濁ってしまい、処理水中のカルシウムイオン濃度が低減されなかった。
【0021】
試験例2 岩塩飽和水溶液中の不純物の除去効果確認試験
薬剤添加を行なう前の飽和岩塩水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度をそれぞれ64、97mg/リットルにする以外は、試験例1と同様のやり方で測定を行なった。測定結果を表2に示す。
【0022】
【表2】

【0023】
表2の結果から、カルシウムイオン供給源である消石灰と炭酸カルシウムとを用いることにより、処理水の外観が無色透明で、処理水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度が低減され、フロックの形成状態も良好であった。このことから、岩塩飽和水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度の割合が変化しても、本発明の方法を用いることで、カルシウムイオンとマグネシウムイオンが十分に除去できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【0024】
この発明の方法は、工業用原料や食品用原料として、原塩から塩化ナトリウム水溶液や苛性ソーダを精製する設備等において、好適に使用することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
原塩を含有する水溶液中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンとを沈降分離により同時に除去する方法において、原塩を含有する水溶液に、炭酸ナトリウムと、該水溶液中のカルシウムイオン濃度が100mg/リットル以上となるようにカルシウムイオン供給源とを同時に又は別々に添加することを特徴とする水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの除去方法。
【請求項2】
カルシウムイオン供給源が、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、および塩化カルシウムから選ばれた少なくとも1種である請求項1記載の除去方法。

【公開番号】特開2007−98304(P2007−98304A)
【公開日】平成19年4月19日(2007.4.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−292457(P2005−292457)
【出願日】平成17年10月5日(2005.10.5)
【出願人】(000154727)株式会社片山化学工業研究所 (82)
【Fターム(参考)】