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著者

技術コンサルタント 工学博士 百田 邦堯

<御略歴>
 1972年同志社大学工学研究科修士課程(工業化学専攻)終了後、森田化学工業(株)入社。
研究部部長、取締役精密化学品事業部長、取締役堺事業所長、取締役技術本部長、常務取締役技術本部長などを歴任後、2009年9月に同社を退任。
 その間、1994年に、「有機電解フッ素化」で山口大学工学博士を取得、2002年に「HF系低温溶融塩」で電気化学会溶融塩委員会より溶融塩賞を受賞した。2000年度山口大学の客員教授、2008年度京都大学客員教授などを務めた。
2011〜2015 年、大阪大学大学院工学研究科招聘教授。
フッ素化学の基礎研究から開発・設備化までと幅広い技術の経験と知識を生かし、現在、フリーの技術コンサルタントなどで活動中。

目次

第1章 フッ素を取り巻く環境と法規制

1. 資源問題
 1.1 天然資源
  1.1.1 蛍石
  1.1.2 リン鉱石
 1.2 最近の事業化に向けた技術動向
  1.2.1 蛍石ー新規鉱山の開発
  1.2.2 フッ素アパタイトの選鉱
  1.2.3 ケイフッ化水素酸(FSA)から無水フッ化水素(AHF)
  1.2.4 劣化六フッ化ウラニウム(DUF6)からAHF
 1.3 今後の展望
  1.3.1 経済的優位性をどう見いだすか→プロセスデザインと適正な評価
  1.3.2 フッ素源の多様化
  1.3.3 無機フッ素産業予測

2. 環境問題
 2.1 国内
  2.1.1 法規制(排出濃度規制)
  2.1.2 水質汚濁防止法の改正
  2.1.3 フロン回収・破壊法
  2.1.4 化審法(化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律)
  2.1.5 土壌汚染対策法
  2.1.6 ほう素、ふっ素及び硝酸性窒素等に係る暫定排水基準
 2.2 地球環境問題とパリ協定
  2.3 残留性有機汚染物質(POPs:Persistent Organic Pollutants)
  2.3.1 PFAS(Per- and polyfluoroalkyl substance)問題
  2.3.2 ストックホルム条約(POPs 条約)
  2.3.3 PFAS に対する将来の措置に関するチューリッヒ声明

3.PFAS 問題
 3.1 PFAS 問題とは
  3.1.1 PFAS の分類とC4 〜 C14PFCAS(perfluoroalkyl carboxylic acids)など
  3.1.2 なぜ問題なのか
 3.2 規制の動向
  3.2.1 米国
  3.2.2 欧州
  3.2.3 諸外国における飲料水中のPFOS、PFOA の目標値
 3.3 米国環境保護庁(EPA)のPFAS アクションプラン
 3.4 EPA におけるPFAS 分析
 3.5 PFAS の処分および除去処理
  3.5.1 EPA、PFAS 廃棄ガイドライン
  3.5.2 固形分中のPFAS の除去
  3.5.3 水からのPFAS の除去
 3.6 PFAS の分解処理

4. 検知・分析
 4.1 臭いによるフッ化水素(HF)の検知
 4.2 検知
  4.2.1 HF に対する空気モニター装置
  4.2.2 検知管
  4.2.3 電気化学的セル
  4.2.4 赤外線ガス検知器 定置式で定常的に監視するモニター
  4.2.5 フロンガス漏洩計( Halogen leak detector)
 4.3 環境分析
  4.3.1 フッ素の分析方法
  4.3.2 フッ素の自動分析
  4.3.3 パーフルオロ有機フッ素化合物(perfluorinated compounds: PFCs)の分析法
 4.4 フッ素化合物の分析
  4.4.1 前処理
  4.4.2 フッ素の分析法
 4.5 プロセス分析
  4.5.1 pH 計( 水素イオン濃度計)
  4.5.2 フッ素イオン濃度測定
  4.5.3 多成分同時測定


第2章 フッ素再資源化のための基礎と物性


1. エネルギー概論
 1.1 熱力学データ
  1.1.1 記号などの説明
  1.1.2 熱力学の状態関数の関係
  1.1.3 エンタルピー:H(熱容量)の基準
  1.1.4 熱力学データ
  1.1.5 熱力学の法則2
 1.2 エネルギーを理解する
  1.2.1 物理的状態(相:Phases)
  1.2.2 フッ素原子、分子、イオンの生成エンタルピー
  1.2.3 ボルン・ハーバーサイクル
  1.2.4 熱化学方程式
  1.2.5 ヘスの法則 総熱量不変の法則(The law of constant heat summation)
 1.3 エンタルピーの種類
  1.3.1 エンタルピーの表し方
  1.3.2 化学反応とエネルギー

2. 平衡論/ 速度論
 2.1 平衡論
  2.1.1 化学平衡とギブスの自由エネルギー
  2.1.2 化学平衡定数の温度依存
  2.1.3 気液平衡
  2.1.4 解離平衡
  2.1.5 溶解平衡Ksp
 2.2 反応速度
  2.2.1 律速段階
  2.2.2 アレニウス式
  2.2.3 触媒
  2.2.4 速度定数k に及ぼす温度の影響

3. 物質収支/ エネルギー収支
 3.1 物質収支
 3.2 エネルギー収支
  3.2.1 化学反応を伴わない系のエンタルピー変化
  3.2.2 化学反応を伴う系のエンタルピー変化
 3.3 物質のエンタルピー値
  3.3.1 純物質
  3.3.2 混合物 混合熱、溶解熱なし
  3.3.3 混合物 混合熱、溶解熱あり
 3.4 エンタルピー線図
  3.4.1 フッ化水素に関わるエンタルピー線図
  3.4.2 フッ化水素酸に関わる濃度- エンタルピー線図

4. フッ化水素(酸)の特性
 4.1 フッ化水素の特性
  4.1.1 液体無水フッ化水素(LHF)の溶媒としての性質
  4.1.2 スーパーアシッド(超強酸)
 4.2 高温での安定性
 4.3 フッ化水素酸
  4.3.1 希薄水溶液は弱酸

5. ケイフッ化水素酸の特異性
 5.1 ケイフッ化水素酸(FSA)とは
  5.1.1 FSA のF/Si モル比
  5.1.2 高シリカケイフッ化水素酸
  5.1.3 FSA の中和滴定曲線
 5.2 FSA の気液平衡
 5.3 FSA の濃縮
 5.4 FSA 関連の反応標準エンタルピー


第3章 フッ素再資源化のための反応/ 単位操作

1. 凝集沈殿と晶析
 1.1 溶解度
 1.2 CaF2 の溶解/ 析出
 1.3 凝集沈殿か晶析か
 1.4 凝集沈殿
 1.5 晶析

2. 塩交換
 2.1 回収フッ化ナトリウム水溶液と炭酸カルシウムの反応
 2.2 回収フッ化アンモニウム水溶液と炭酸カルシウムの反応
 2.3 フッ化アンモニウム水溶液と石膏の反応

3. 酸分解反応
 3.1 無機フッ素化合物と濃硫酸
  3.1.1 反応と熱計算
  3.1.2 アルカリ土類金属フッ化物
  3.1.3 その他のフッ化物
 3.2 蛍石と硫酸水溶液の反応
 3.3 難分解性無機フッ素化合物の分解処理
  3.3.1 テトラフルオロホウ酸(HBF4)およびその塩(MBF4)の分解
  3.3.2 ヘキサフルオロリン酸(HPF6)およびその塩(MPF6)の分解
 3.4 難分解性有機フッ素化合物の分解処理

4. 熱分解/ 水熱分解
 4.1 無機フッ素化合物の熱分解
  4.1.1 酸性フッ素化合物(HF 塩)の熱分解
  4.1.2 NaHF2 の熱分解を利用したHF の製造
 4.2 無機フッ素化合物の水熱分解
  4.2.1 四フッ化ケイ素(SiF4)の分解
  4.2.2 フッ化カルシウム(CaF2)の分解
  4.2.3 フッ化アルミニウム(AlF3)の分解 ― アルミナの製造
  4.2.4 リン鉱石と水酸化アルミニウムの脱フッ素

5. 濃縮/ 蒸留/ トッピング
 5.1 酸の気液平衡
  5.1.1 2 成分系x-y 線図
  5.1.2 3 成分系x -y 線図
  5.1.3 ケイフッ化水素酸の3 元気液平衡線図
 5.2 濃縮
  5.2.1 フッ化水素酸の共沸点付近までの濃縮
  5.2.2 リン酸の濃縮とFSA の回収
 5.3 蒸留
  5.3.1 塩酸- フッ化水素水溶液の蒸留
  5.3.2 硫酸を用いた抽出蒸留
  5.3.3 硝フッ酸の蒸留回収
 5.4 トッピング
  5.4.1 リン酸の脱フッ素処理
  5.4.2 硫酸の脱フッ素処理

6. ガス吸収
 6.1 ガス吸収理論
  6.1.1 ラウールの法則
  6.1.2 ヘンリー定数
  6.1.3 水へのガスの溶解
  6.1.4 物理吸収と化学吸収
 6.2 ガス吸収装置(HF/SiF4 ガス吸収)
  6.2.1 湿式スクラバー
  6.2.2 乾式スクラバー
 6.3 排ガス処理システム
  6.3.1 フッ酸工業
  6.3.2 リン酸工業
 6.4 マルチステージスクラバー

7. 抽出
 7.1 抽出の種類
  7.1.1 気- 液抽出
  7.1.2 液- 液抽出
  7.1.3 固- 液抽出
 7.2 抽出装置の種類
 7.3 フッ素化合物の抽出による回収
  7.3.1 気体中のフッ化水素の抽出/ 脱着による回収
  7.3.2 HF 含有フロン- 液液抽出
  7.3.3 水溶液中のHF 抽出
  7.3.4 硝フッ酸を用いた酸洗液の溶媒抽出法による再生
  7.3.5 スペントポットライナー(SPL)のリーチング:LCL&L Process

8. 膜分離
 8.1 膜分離の種類
  8.1.1 各種の膜分離法
  8.1.2 膜分離の推進力
 8.2 ガス・蒸気の膜分離
  8.2.1 気体の膜分離
  8.2.2 膜蒸留
  8.2.3 イオン液体膜(SILM:Supported Ionic Liquid Membrane)
 8.3 膜分離によるフッ化物の回収
  8.3.1 ナノフィルター(NF 膜)
  8.3.2 1 価選択性アニオン交換膜

9. イオン交換樹脂
 9.1 イオン交換樹脂
  9.1.1 SiF62- の除去
 9.2 アシッドリターデーション
  9.2.1 アシッドリターデーションの原理
  9.2.2 大同特殊鋼での実施報告書
 9.3 イオン交換樹脂とイオン交換膜の組み合わせ
  9.3.1 連続イオン再生式イオン交換技術の原理
  9.3.2 エッチング液の再生

10. 吸着
 10.1 吸着平衡
 10.2 物理吸着
  10.2.1 合成ゼオライト(モレキュラシーブ)
  10.2.2 活性炭
  10.2.3 シリカゲル
  10.2.4 活性アルミナ
 10.3 化学吸着
  10.3.1 NaF
  10.3.2 アルカリ土類金属フッ化物

11. 蛍石の浮遊選鉱
 11.1 蛍石の起源
 11.2 蛍石採掘からフッ化水素の製造までの流れ
 11.3 浮遊選鉱
  11.3.1 蛍石浮遊選鉱に使用される薬剤
  11.3.2 浮選媒体(パルプ溶液)
  11.3.3 蛍石粒径の効果
 11.4 新しい浮選法
  11.4.1 マイクロフローテーション
  11.4.2 カラムフローテーション

12. 凝縮
 12.1 フッ化水素の蒸気圧
 12.2 フッ化水素の見掛けの分子量
 12.3 冷却凝縮例


第4章 回収物別の技術など

1. フッ化水素/ フッ化水素酸の製造技術
 1.1 工業的な無水フッ化水素(AHF)製造の歴史
 1.2 工業的な無水フッ化水素(AHF)の製造方法
 1.3 蛍石と濃硫酸の反応
  1.3.1 前段洗浄塔
  1.3.2 硫酸吸収塔
 1.4 H2SiF6 水溶液(FSA)の濃硫酸による脱水分解
  1.4.1 関連技術の歴史的推移
  1.4.2 BUSS ChemTech AG の技術推定
 1.5 劣化六フッ化ウラン(DUF6)の水熱分解
 1.6 蛍石と硫酸水溶液の反応
  1.6.1 液体状態での反応
  1.6.2 固体状態での反応
 1.7 ケイフッ化水素酸水溶液(FSA)―濃硫酸による脱水分解以外
  1.7.1 FSA の濃縮
  1.7.2 その他の抽出/ 蒸留
  1.7.3 FSA とNaF の反応
  1.7.4 FSA とNa2SO4 の反応
  1.7.5 Na2SiF6 ( K2SiF6)の硫酸分解を含むプロセス
 1.8 CaF2 以外の無機フッ化物の分解
  1.8.1 濃硫酸による分解
  1.8.2 熱分解
  1.8.3 水熱分解
  1.8.4 塩化水素(HCl)との反応

2. フッ化水素およびフッ化水素酸の回収技術
 2.1 フッ素化学産業
  2.1.1 六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)の合成
  2.1.2 LiPF6 の製造時の排ガスからのフッ化水素酸の回収
  2.1.3 LiPF6 の製造時の合成液のブロー排液からのフッ化水素酸の回収
  2.1.4 ウィーク酸(主成分はH2SiF6)からの高純度ケイフッ化水素酸の回収技術
  2.1.5 フッ素化合物合成排液の再生
 2.2 フロン産業
  2.2.1 フロンの製造工程
  2.2.2 未反応HF の回収
 2.3 石油化学
 2.4 金属酸洗浄
  2.4.1 ステンレス鋼酸洗処理
  2.4.2 酸洗処理液の回収
 2.5 原子力関連
 2.6 シリコン/ ガラスのエッチング
  2.6.1 シリコンのエッチング排液
  2.6.2 ガラスのエッチング排液

3. フッ化カルシウム(CaF2)の回収
 3.1 フッ化水素製造用に求められる品位など
  3.1.1 なぜフッ化カルシウムか
  3.1.2 好ましくない不純物
  3.1.3 カルシウム処理剤
 3.2 品質などの改善方法
  3.2.1 酸性排液
  3.2.2 固形分の改質
  3.2.3 塩化カルシウム(CaCl2)水溶液
 3.3 蛍石の純化処理
  3.3.1 SiO2 を多く含む蛍石のHF 水溶液処理
  3.3.2 SiO2 を多く含む蛍石のアルカリ処理
  3.3.3 回収蛍石の純化
 3.4 造粒技術
 3.5 排水の種類ごと純度・粒径の改善
  3.5.1 H2SiF6/HF 含有排水
  3.5.2 リン酸/HF 含有排水
 3.6 CaF2 コロイドおよび微粒子
  3.6.1 Phosphate Engineering & Construction 社の技術
  3.6.2 E. I. DuPont 社の技術
 3.7 Ca(OH)2 によるフッ素の固定化とアルカリ洗浄液の再生

4. 無機フッ素化合物として回収
 4.1 フッ化アンモニウム(NH4F)、酸性フッ化アンモニウム(NH4HF2)
  4.1.1 NH4F を回収する
  4.1.2 NH4F をNH4HF2 に変換する
  4.1.3 NH4F やNH4HF2 から他のフッ素化合物へ
 4.2 フッ化ナトリウム(NaF)、酸性フッ化ナトリウム(NaHF2)
  4.2.1 NaF を回収する
  4.2.2 NaHF2 を回収する
 4.3 フッ化カリウム(KF)、酸性フッ化カリウム(KHF2)
 4.4 その他の単塩
 4.5 含フッ素カリウム錯体

5. リン工業に学ぶ
 5.1 リン工業と発生フッ化物
 5.2 排ガスからのフッ素の回収
  5.2.1 高温
  5.2.2 Den Gas
  5.2.3 湿式リン酸製造におけるフッ素の分布
 5.3 Pond Water
 5.4 副生シリカの利用
 5.5 副生物の最近の利用 金属シリコンの製造


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番号:BC211202

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