特開2024-154733炭酸カルシウムの製造装置、該装置に用いられるパーツおよび炭酸カルシウムの製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024154733
(43)【公開日】2024-10-31
(54)【発明の名称】炭酸カルシウムの製造装置、該装置に用いられるパーツおよび炭酸カルシウムの製造方法
(51)【国際特許分類】
C01F 11/18 20060101AFI20241024BHJP
【ＦＩ】
C01F11/18 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023068730
(22)【出願日】2023-04-19
(71)【出願人】
【識別番号】000004293
【氏名又は名称】ノリタケ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100117606
【弁理士】
【氏名又は名称】安部 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100121186
【弁理士】
【氏名又は名称】山根 広昭
(72)【発明者】
【氏名】吉野 泰
(72)【発明者】
【氏名】大橋 隆行
【テーマコード（参考）】
4G076
【Ｆターム（参考）】
4G076AA16
4G076AB06
4G076BA30
4G076BD04
4G076BE11
4G076BH01
4G076CA02
(57)【要約】
【課題】二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる炭酸カルシウムの製造装置を提供すること。
【解決手段】ここに開示される炭酸カルシウムの製造装置１００は、水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するスラリー供給部１１０と、スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する二酸化炭素供給部１２０と、生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するスラリー回収部１３０と、スラリー供給部１１０、二酸化炭素供給部１２０およびスラリー回収部１３０を接続する接続ライン１４０と、を備えている。かかる製造装置１００は、１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０との構成を１単位としたときに、該単位をスラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している。
【選択図】図１
【解決手段】ここに開示される炭酸カルシウムの製造装置１００は、水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するスラリー供給部１１０と、スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する二酸化炭素供給部１２０と、生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するスラリー回収部１３０と、スラリー供給部１１０、二酸化炭素供給部１２０およびスラリー回収部１３０を接続する接続ライン１４０と、を備えている。かかる製造装置１００は、１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０との構成を１単位としたときに、該単位をスラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭酸カルシウムの製造装置であって、
水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するスラリー供給部と、
前記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する二酸化炭素供給部と、
生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するスラリー回収部と、
前記スラリー供給部、前記二酸化炭素供給部および前記スラリー回収部を接続する接続ラインと、
を備えており、
前記二酸化炭素供給部は、
前記スラリーの流れ方向に沿って、上流側に配置される微細気泡発生装置と、下流側に配置されるスタティックミキサーと、を有しており、
前記微細気泡発生装置１つと前記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を前記スラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している、炭酸カルシウムの製造装置。
水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するスラリー供給部と、
前記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する二酸化炭素供給部と、
生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するスラリー回収部と、
前記スラリー供給部、前記二酸化炭素供給部および前記スラリー回収部を接続する接続ラインと、
を備えており、
前記二酸化炭素供給部は、
前記スラリーの流れ方向に沿って、上流側に配置される微細気泡発生装置と、下流側に配置されるスタティックミキサーと、を有しており、
前記微細気泡発生装置１つと前記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を前記スラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している、炭酸カルシウムの製造装置。
【請求項2】
前記微細気泡発生装置は、微細気孔を有する多孔質体からなる微細気泡発生管を備えている、請求項１に記載の製造装置。
【請求項3】
前記微細気泡発生装置は、前記微細気孔の平均細孔径が０．５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項２に記載の製造装置。
【請求項4】
前記微細気泡発生装置は、
平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含むように微細気泡を発生させる、請求項１に記載の製造装置。
平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含むように微細気泡を発生させる、請求項１に記載の製造装置。
【請求項5】
前記スラリー供給部は開放系の供給タンクを有し、
前記スラリー回収部は開放系の回収タンクを有しており、
前記供給タンク、前記微細気泡発生装置、前記スタティックミキサー、および前記回収タンクが前記接続ラインによって接続されている、請求項１に記載の製造装置。
前記スラリー回収部は開放系の回収タンクを有しており、
前記供給タンク、前記微細気泡発生装置、前記スタティックミキサー、および前記回収タンクが前記接続ラインによって接続されている、請求項１に記載の製造装置。
【請求項6】
前記微細気泡発生装置はそれぞれ、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給ラインに接続されており、
前記接続ライン内を流れるスラリーの流量を流量Ｘ、前記二酸化炭素供給ラインに供給される二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、
流量Ｘに対する供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）が１未満である、請求項１に記載の製造装置。
前記接続ライン内を流れるスラリーの流量を流量Ｘ、前記二酸化炭素供給ラインに供給される二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、
流量Ｘに対する供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）が１未満である、請求項１に記載の製造装置。
【請求項7】
前記微細気泡発生装置１つと前記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を前記スラリーの流れ方向に沿って２単位以上５０単位以下有している、請求項１に記載の製造装置。
【請求項8】
請求項１に記載の製造装置に用いられるパーツであって、
スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、
下流側に配置される１つのスタティックミキサーと、
前記微細気泡発生装置と前記スタティックミキサーとを接続する接続ラインと、
を備えるパーツ。
スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、
下流側に配置される１つのスタティックミキサーと、
前記微細気泡発生装置と前記スタティックミキサーとを接続する接続ラインと、
を備えるパーツ。
【請求項9】
炭酸カルシウムの製造方法であって、
水酸化カルシウムを含むスラリーを供給する工程と、
前記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する工程と、
生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収する工程と、
を含み、
前記二酸化炭素供給工程では、
前記スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、下流側に配置される１つのスタティックミキサーとの構成を１単位としたときに、該単位を少なくとも２回以上通過させることを特徴とする、炭酸カルシウムの製造方法。
水酸化カルシウムを含むスラリーを供給する工程と、
前記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する工程と、
生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収する工程と、
を含み、
前記二酸化炭素供給工程では、
前記スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、下流側に配置される１つのスタティックミキサーとの構成を１単位としたときに、該単位を少なくとも２回以上通過させることを特徴とする、炭酸カルシウムの製造方法。
【請求項10】
前記スラリー供給工程における前記スラリーの流量を流量Ｘ、前記二酸化炭素供給工程における二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、
前記流量Ｘに対する前記供給量Ｙが１未満となるように前記スラリーの流量と前記二酸化炭素の供給量とを調整する、請求項９に記載の製造方法。
前記流量Ｘに対する前記供給量Ｙが１未満となるように前記スラリーの流量と前記二酸化炭素の供給量とを調整する、請求項９に記載の製造方法。
【請求項11】
前記水酸化カルシウムを含むスラリー中の該水酸化カルシウムの濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４ｍｏｌ／Ｌ以下である、請求項９に記載の製造方法。
【請求項12】
前記二酸化炭素供給工程では、
平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含む微細気泡として二酸化炭素を供給する、請求項９に記載の製造方法。
平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含む微細気泡として二酸化炭素を供給する、請求項９に記載の製造方法。
【請求項13】
前記スラリー回収工程において回収されたスラリーに対して、さらに二酸化炭素を供給する第２の二酸化炭素供給工程を含む、請求項９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭酸カルシウムの製造装置、該装置に用いられるパーツおよび炭酸カルシウムの製造方法に関する。より詳細には、炭酸カルシウムを連続的に製造する装置、該装置に用いられるパーツ、および炭酸カルシウムを連続的に製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
二酸化炭素（ＣＯ２）は、地球温暖化等への環境問題に対して大きな影響を及ぼす温室効果ガスとなることから、排出量の大幅な削減が求められている。このため、火力発電所や工場等から排出される二酸化炭素を選択的に回収し、固定化する技術の開発が進められている。
【0003】
二酸化炭素の回収、固定化に関する技術としては、例えば、二酸化炭素を化学反応により、炭酸塩（例えば炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム）として固定化する方法が知られている。特許文献１および２には、炭酸カルシウムを製造する方法が記載されている。また、炭酸カルシウムの製造方法は様々な技術が提案されており、特許文献３においては、炭酸ガスを含むウルトラファインバブルの存在下で炭酸カルシウムおよび／または炭酸マグネシウムを析出させる方法が開示されている。特許文献４では、密閉容器内で微細気孔を有する多孔質部を備えた微細気泡発生装置を用いることにより、二酸化炭素を外部に放出させることなく炭酸カルシウムとして固定化させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第３９９５７６１号公報
【特許文献2】特許第４９６１０７４号公報
【特許文献3】特許第６７４２８６７号公報
【特許文献4】特許第７１９６２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献３の図６に開示されるような構成の装置では、ウルトラファインバブルを吹き込みしてからの撹拌・混合が不十分な状態で開放系の容器に供給される。このため、大気中に放出される二酸化炭素が多くなる虞がある。また、特許文献４に開示されるような密閉系の容器を用いた場合、容器内圧力を上昇させないために、新たに水酸化カルシウムを補充する量と同量の反応済みのスラリーを抜く必要があり、連続的に炭酸カルシウムを製造する観点からは未だ課題があった。
【0006】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる炭酸カルシウムの製造装置を提供することにある。また、他の目的は、かかる製造装置に用いるパーツ、および、炭酸カルシウムの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を実現するべく、ここに開示される炭酸カルシウムの製造装置が開示される。ここに開示される炭酸カルシウムの製造装置は、水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するスラリー供給部と、上記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する二酸化炭素供給部と、生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するスラリー回収部と、上記スラリー供給部、上記二酸化炭素供給部および上記スラリー回収部を接続する接続ラインと、を備えている。上記二酸化炭素供給部は、上記スラリーの流れ方向に沿って、上流側に配置される微細気泡発生装置と、下流側に配置されるスタティックミキサーと、を有しており、上記微細気泡発生装置１つと上記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を上記スラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している。
【0008】
かかる構成によれば、微細気泡発生装置により二酸化炭素を微細気泡として供給することで、水酸化カルシウムと二酸化炭素とが好適に混合する。そして、スタティックミキサーの分割作用や転換作用により、スラリーの撹拌と混合が十分に行われるため、炭酸化反応を速やかに完了させることができる。かかる微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を２単位以上有していることにより、炭酸化反応をほとんど完了させることができる。したがって、かかる構成によれば、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる。また、かかる構成によれば、二酸化炭素を好適に炭酸カルシウムとして固定化させることができる。
【0009】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記微細気泡発生装置は、微細気孔を有する多孔質体からなる微細気泡発生管を備えている。
かかる構成によれば、二酸化炭素を含む微細気泡を好適に発生させることができる。
かかる構成によれば、二酸化炭素を含む微細気泡を好適に発生させることができる。
【0010】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記微細気泡発生装置は、上記微細気孔の平均細孔径が０．５μｍ以上１０μｍ以下である。
かかる構成によれば、二酸化炭素を含む微細気泡を好適に発生させることができる。
かかる構成によれば、二酸化炭素を含む微細気泡を好適に発生させることができる。
【0011】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記微細気泡発生装置は、平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含むように微細気泡を発生させる。
かかる構成によれば、スラリー中の水酸化カルシウムと二酸化炭素とがより好適に混合され、炭酸化反応が速やかに進む。
かかる構成によれば、スラリー中の水酸化カルシウムと二酸化炭素とがより好適に混合され、炭酸化反応が速やかに進む。
【0012】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記スラリー供給部は開放系の供給タンクを有し、上記スラリー回収部は開放系の回収タンクを有しており、上記供給タンク、上記微細気泡発生装置、上記スタティックミキサー、および上記回収タンクが上記接続ラインによって接続されている。
ここに開示される製造装置では、上記したとおり、微細気泡発生装置とスタティックミキサーとを用いることによって水酸化カルシウムと二酸化炭素とが速やかに反応する。このため、開放系の回収タンクを用いたとしても、ほとんど二酸化炭素を外部に放出することなく二酸化炭素を炭酸カルシウムとして固定化することができる。
ここに開示される製造装置では、上記したとおり、微細気泡発生装置とスタティックミキサーとを用いることによって水酸化カルシウムと二酸化炭素とが速やかに反応する。このため、開放系の回収タンクを用いたとしても、ほとんど二酸化炭素を外部に放出することなく二酸化炭素を炭酸カルシウムとして固定化することができる。
【0013】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記微細気泡発生装置はそれぞれ、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給ラインに接続されており、上記接続ライン内を流れるスラリーの流量を流量Ｘ、上記二酸化炭素供給ラインに供給される二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、流量Ｘに対する供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）が１未満である。
かかる構成によれば、供給された二酸化炭素をさらに好適に炭酸カルシウムとして固定化することができる。
かかる構成によれば、供給された二酸化炭素をさらに好適に炭酸カルシウムとして固定化することができる。
【0014】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記微細気泡発生装置１つと上記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を上記スラリーの流れ方向に沿って２単位以上５０単位以下有している。
かかる構成によれば、好適に炭酸化反応を完了させることができる。
かかる構成によれば、好適に炭酸化反応を完了させることができる。
【0015】
また、ここに開示される技術の他の側面として、上記炭酸カルシウムの製造装置に用いられるパーツが提供される。ここに開示される炭酸カルシウムの製造装置のパーツは、スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、下流側に配置される１つのスタティックミキサーと、上記微細気泡発生装置と上記スタティックミキサーとを接続する接続ラインと、を備える。
既存の炭酸カルシウム製造装置のスラリーを供給するラインにかかる構成のパーツを組み付けることで、二酸化炭素を好適に炭酸カルシウムとして固定化させることができる。
既存の炭酸カルシウム製造装置のスラリーを供給するラインにかかる構成のパーツを組み付けることで、二酸化炭素を好適に炭酸カルシウムとして固定化させることができる。
【0016】
また、ここに開示される技術の他の側面として、炭酸カルシウムの製造方法が提供される。ここに開示される製造方法は、水酸化カルシウムを含むスラリーを供給する工程と、上記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する工程と、生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収する工程と、を含む。上記二酸化炭素供給工程では、上記スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、下流側に配置される１つのスタティックミキサーとの構成を１単位としたときに、該単位を少なくとも２回以上通過させることを特徴とする。
かかる構成によれば、水酸化カルシウムと二酸化炭素との反応を速やかに完了させることができる。これにより、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造する方法が実現される。
かかる構成によれば、水酸化カルシウムと二酸化炭素との反応を速やかに完了させることができる。これにより、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造する方法が実現される。
【0017】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記スラリー供給工程における上記スラリーの流量を流量Ｘ、上記二酸化炭素供給工程における二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、上記流量Ｘに対する上記供給量Ｙが１未満となるように上記スラリーの流量と上記二酸化炭素の供給量とを調整する。
かかる構成によれば、より好適に二酸化炭素を炭酸カルシウムとして固定化することができる。
かかる構成によれば、より好適に二酸化炭素を炭酸カルシウムとして固定化することができる。
【0018】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記水酸化カルシウムを含むスラリー中の該水酸化カルシウムの濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４ｍｏｌ／Ｌ以下である。
かかる構成によれば、効率よく炭酸カルシウムを製造することができる。
かかる構成によれば、効率よく炭酸カルシウムを製造することができる。
【0019】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記二酸化炭素供給工程では、平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含む微細気泡として二酸化炭素を供給する。
かかる構成によれば、微細気泡による撹拌力向上や、二酸化炭素の接触比表面積向上によって、さらに速やかに水酸化カルシウムと二酸化炭素とを反応させることができる。
かかる構成によれば、微細気泡による撹拌力向上や、二酸化炭素の接触比表面積向上によって、さらに速やかに水酸化カルシウムと二酸化炭素とを反応させることができる。
【0020】
ここに開示される製造装置の好適な一態様では、上記スラリー回収工程において回収されたスラリーに対して、さらに二酸化炭素を供給する第２の二酸化炭素供給工程を含む。
かかる構成によれば、さらに炭酸化率を高くすることができる。
かかる構成によれば、さらに炭酸化率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」との表記は、特にことわりの無い限り「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。
【0023】
図１は、ここに開示される炭酸カルシウムの製造装置１００を模式的に示す図である。なお、図１中の矢印はスラリーの流れ方向を示している。なお、本明細書において、スラリーの流れに沿ってスラリー供給部１１０に近い側を上流側、スラリー供給部１１０から遠ざかる側を下流側という。以下、ここに開示される製造装置１００の各構成について、図１等を参照しながら説明する。
【0024】
図１に示すように、製造装置１００は、スラリー供給部１１０と、二酸化炭素供給部１２０と、スラリー回収部１３０と、接続ライン１４０と、を備えている。スラリー供給部１１０と、二酸化炭素供給部１２０と、スラリー回収部１３０とは、スラリーが流動可能に構成された接続ライン１４０によって接続されている。二酸化炭素供給部１２０は、後述する微細気泡発生装置２０とスタティックミキサー３０とを少なくとも備えており、スラリーの流れ方向に沿って、上流側に微細気泡発生装置２０が配置され、下流側にスタティックミキサー３０が配置されている。ここに開示される製造装置１００は、１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０との構成を１単位としたときに、該単位をスラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している。これにより、簡便な装置構成でありながら、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる。かかる製造装置１００によれば、二酸化炭素を好適に炭酸カルシウムとして固定化させることができる。
【0025】
ここで、「二酸化炭素を固定化する」とは、二酸化炭素を溶液等と化学反応させることによって、炭酸化合物に変換することを意味する。例えば、ここに開示される技術によれば、二酸化炭素を含む微細気泡と水酸化カルシウムを含むスラリーとを化学反応させることによって、二酸化炭素を炭酸カルシウムに変換（固定）することをいう。このように、二酸化炭素を有用な炭酸化合物に変換することで、大気中に排出される二酸化炭素の量を大幅に削減し、かつ、二酸化炭素が再資源化されるため地球温暖化等の環境問題の解決に貢献し得る。固定化する対象としての二酸化炭素の供給（発生）源については、特に限定されない。例えば、工場、火力発電所、自動車等から発生する二酸化炭素を回収して、炭酸カルシウムとして固定化するとよい。
【0026】
スラリー供給部１１０は、水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するためのものである。スラリー供給部１１０の構成は特に限定されない。例えばスラリー供給部１１０は、図１に示すように、原料（スラリー）が流動可能な空間を有する供給ライン１１１と、供給ライン１１１を開閉するためのバルブ１１２と、スラリーを一時的に貯留する供給タンク１１３と、スラリーを接続ライン１４０に供給するための送液ポンプ１１４と、を備え得る。バルブ１１２の開弁時には、図示されない原料タンクから原料（スラリー）が供給タンク１１３に供給され、バルブ１１２の閉弁時には原料の供給が停止される。供給タンク１１３には、水酸化カルシウムを水系溶媒（例えば、水）に溶解または分散させたスラリーが貯留されている。
【0027】
供給タンク１１３は、開放系のタンクであってもよいし、密閉系のタンクであってもよい。製造効率を向上する観点からは、供給タンク１１３は開放系であることが好ましい。供給タンク１１３の形状は特に限定されず、例えば略円筒状であってもよいし、略直方体状であってもよい。供給タンク１１３は、例えば容器の内径Ｄに対する容器の高さＨの比（Ｈ／Ｄ）が１．０～１．５程度の略円筒状の容器であってもよい。あるいは、供給タンク１１３は、例えば容器の内径Ｄに対する容器の高さＨの比（Ｈ／Ｄ）が１．５を超えて２以下程度の高さ方向に長い略円筒状の容器であってもよい。また、供給タンク１１３は、図１に示すように、高さ方向に沿う断面視において下側に向けて凸状となるように構成されていてもよい。これにより、水酸化カルシウムを含むスラリーを好適に接続ライン１４０に供給することができる。
【0028】
特に限定されないが、スラリー供給部１１０は、図１に示すように、撹拌機１１５を備えていてもよい。撹拌機１１５は、供給タンク１１３の内部に配置され、供給タンク１１３に貯留されるスラリーを撹拌する。撹拌機１１５は、特に限定されるものでないが、例えば、撹拌翼と、撹拌軸を介して撹拌翼と接続されたモーターと、を備えている。スラリー供給部１１０が撹拌機１１５を備えていることにより、供給タンク内のスラリーが沈殿することなく好適な状態を保つことができる。
【0029】
接続ライン１４０を流動するスラリーの流量Ｘは、送液ポンプ１１４によって適宜調整することができる。スラリーの流量Ｘは、二酸化炭素の供給量Ｙとの関係によって適宜変更されるため、一概に限定されないが、例えば８００ｍｌ／ｍｉｎ～２５００ｍｌ／ｍｉｎ程度であることが好ましい。
【0030】
二酸化炭素供給部１２０は、接続ライン１４０を流動するスラリーに対して二酸化炭素を含む気体を供給するためのものである。当該二酸化炭素供給部１２０において供給される気体は、二酸化炭素を９０％以上（より好ましくは９５％以上）含む気体（例えば炭酸ガス）であることが好ましい。二酸化炭素供給部１２０は、少なくとも微細気泡発生装置２０と、スタティックミキサー３０と、を備えている。微細気泡発生装置２０は、スラリーに対して二酸化炭素を含む微細気泡を吹き込む装置である。スタティックミキサー３０は、微細気泡発生装置２０から供給された二酸化炭素を含む微細気泡と、スラリーとを混合する部材である。二酸化炭素供給部１２０は、上記した微細気泡発生装置２０とスタティックミキサー３０とに加えて、二酸化炭素ガス（炭酸ガス）を貯留するガス貯留部１２２と、二酸化炭素が流動可能な空間を有する二酸化炭素供給ライン１２４と、二酸化炭素の供給圧力を調整する圧力調整バルブ１２６と、二酸化炭素の供給量（流量）を調整するニードルバルブ１２８、を備え得る。二酸化炭素供給ライン１２４は、複数の微細気泡発生装置２０とそれぞれ接続されている。
【0031】
ここで、本明細書において「二酸化炭素を含む微細気泡」とは、例えば、二酸化炭素を９０％以上（より好ましくは９５％以上）含む気体（炭酸ガス）が微細気泡発生装置に圧入されることによって形成される微細気泡のことをいう。また、本明細書において「微細気泡」は、「マイクロバブル」と「ウルトラファインバブル」とを少なくとも含んでいる。なお、マイクロバブルおよびウルトラファインバブルの定義は、国際標準化機構（ＩＳＯ）の規格に準拠しており、マイクロバブルとは平均粒径が１μｍ以上１００μｍ未満の気泡のことであり、ウルトラファインバブルとは平均粒径が１μｍ未満の気泡のことである。
【0032】
ガス貯留部１２２は、固定化の対象となる二酸化炭素ガス（炭酸ガス）を一時的に貯留する。ガス貯留部１２２に貯留される二酸化炭素ガスの由来（二酸化炭素ガスの発生源）は、特に限定されない。例えば、工場等において発生する二酸化炭素を含む排ガス等であってもよい。このような排ガスの供給（発生）源に、二酸化炭素吸収材を設置し、吸着された二酸化炭素を、例えばスチーム等を用いた加温によって放出させることで、ガス貯留部１２２に排ガスに由来する二酸化炭素ガスを貯留することができる。かかる二酸化炭素吸収材料としては、例えば、多孔質材料、二酸化炭素吸収能を有するアミノ基等を導入した化学吸収材料、金属有機構造体（Metal-Organic Framework：ＭＯＦ）、炭素質材料、アルカリ金属炭酸カルシウム等からなる二酸化炭素吸着材料／吸収材料が挙げられる。このような二酸化炭素吸収材料は、小型化が容易であるため、工場等から二酸化炭素を直接導入するために配管を設置するよりも低コストで実施することができる。好ましい一態様では、二酸化炭素吸収能を有するアミノ基等を導入した化学吸収材料に吸着した二酸化炭素を用いるとよい。
【0033】
図２は、ここに開示される製造装置１００において用いられる微細気泡発生装置２０の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、微細気泡発生装置２０は、微細気孔を有する多孔質体からなる管状の微細気泡発生管２１と、微細気泡発生管２１を包囲する基材部２２と、を有している。微細気泡発生管２１は、接続ライン１４０と接続している。なお、図２に示す例では、微細気泡発生管２１は１つであるが、微細気泡発生管２１は２つ以上（すなわち、複数）設けられていてもよい。また、以下の説明では、スラリーの流れ方向に沿って、微細気泡発生管２１の一方の端部を上流側端部２１ａ（図２の右側の端部）といい、他方の端部を下流側端部２１ｂ（図２の左側の端部）という。
【0034】
基材部２２は、微細気泡発生管２１の上流側端部２１ａを支持する上流側支持部２３ａと、下流側端部２１ｂを支持する下流側支持部２３ｂと、上流側支持部２３ａおよび下流側支持部２３ｂの間に取り付けられ、微細気泡発生管２１を包囲する胴部２４と、を有している。上流側支持部２３ａには、少なくとも一つのスラリー流入口２５が設けられており、下流側支持部２３ｂには、少なくとも一つのスラリー流出口２６が設けられている。また、胴部２４には、少なくとも一つの二酸化炭素流入口２７が設けられている。
【0035】
微細気泡発生装置２０は、微細気泡発生管２１の外面側から気体（ここでは炭素ガス）を供給し、微細気泡発生管内を通過する液体（ここではスラリー）へ微細気泡を供給する、所謂、インライン型の微細気泡発生装置２０である。かかるインライン型の微細気泡発生装置２０では、二酸化炭素が圧力をかけられた状態で二酸化炭素流入口２７から供給されることにより、微細気泡発生管内を通過するスラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として吹き込むことができる。スラリーに対して、二酸化炭素をウルトラファインバブルやマイクロバブルを含む微細気泡として吹き込むことにより、撹拌力や接触比表面積が向上するため、より短時間で水酸化カルシウムと二酸化炭素とを反応させることができる。
【0036】
二酸化炭素供給ライン１２４における二酸化炭素の供給量（流量）Ｙは、ニードルバルブ１２８によって適宜調整される。二酸化炭素の供給量Ｙは、スラリーの流量Ｘとの関係によって適宜変更されるため、一概に限定されないが、例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ～２０００ｍｌ／ｍｉｎ程度であることが好ましい。
【0037】
ここに開示される製造装置１００では、スラリーの流量Ｘに対する二酸化炭素の供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）が１未満であることが好ましい。これにより、供給した二酸化炭素がロスすることなくスラリー中の水酸化カルシウムと反応し、炭酸カルシウムとして好適に固定化される。かかるスラリーの流量Ｘに対する二酸化炭素の供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）は、例えば０．９１以下であることが好ましく、０．８３以下であってもよい。製造効率の観点からは、スラリーの流量Ｘに対する二酸化炭素の供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）は、０．１以上であることが好ましく、０．２７以上であることがより好ましい。なお、スラリーの流量Ｘおよび二酸化炭素ガスの供給量Ｙは、上記した（Ｙ／Ｘ）を満たすように設定されればよく、接続ライン１４０の内径等を考慮して、適宜設定され得る。例えば、スラリーの流量Ｘおよび二酸化炭素の供給量Ｙのそれぞれの値が上記した範囲を超える場合であっても、上記した（Ｙ／Ｘ）の範囲を満たすように当該スラリーの流量Ｘおよび二酸化炭素ガスの供給量Ｙが制御されていればよい。
【0038】
二酸化炭素の供給圧力（ＭＰａ）は、圧力調整バルブ１２６によって、それぞれ調整される。二酸化炭素の供給圧力は、ウルトラファインバブルが生成しやすい供給圧力に設定され得る。例えば、二酸化炭素の供給圧力は、微細気泡発生装置の微細気泡発生管内の蒸留水におけるバブルポイントテストの圧力を０として、配管（微細気泡発生管）内の圧力との圧力差で例えば、０．０１ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下であることが好ましく、０．０４ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下であることがより好ましく、０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下であることが特に好ましい。上述した範囲の供給圧力に制御することにより、微細気泡がウルトラファインバブルを含む形態で供給されるため、スラリー中の水酸化カルシウムとの比表面積を増加させることができる。これによって、二酸化炭素と水酸化カルシウムとの反応が好適に進行し、反応時間を短縮することができる。なお、二酸化炭素の供給圧力と配管内の圧力との圧力差は、微細気泡発生管２１の平均細孔径ごとに適切な範囲があり、二酸化炭素の供給圧力が高すぎる場合には、ウルトラファインバブルが生成されずに平均粒径が１００μｍ以上のミリバブルが主に生成され、反応速度の低下や配管内の圧力の急上昇を招くおそれがある。
【0039】
微細気泡発生管２１は、スラリーが流動可能な空間を有していれば形状は特に限定されない。微細気泡発生管２１は、例えば断面円形であり、直線状に延びる円管であり得る。なお、微細気泡発生管２１の形状はこれに限定されず、例えば断面四角形状、断面六角形状等の角管であってもよい。また、微細気泡発生管２１は、上流側と下流側とで径が異なるような形状（例えば円錐形状）であってもよい。微細気泡発生管２１の外径Ｒ１は例えば３ｍｍ～１６ｍｍ程度、内径Ｒ２は例えば１ｍｍ～１２ｍｍ程度（好ましくは、３ｍｍ～１０ｍｍ）であるとよい。微細気泡発生管２１の有効長さ（すなわち、微細気泡発生管２１の内部を流れるスラリー１０に対して二酸化炭素ガスを供給可能な部分の長さ）Ｌは、例えば５０ｍｍ～１０００ｍｍ程度であることが好ましい。このように構成される微細気泡発生管２１によれば、外部から気体（例えば炭酸ガス）を圧入することにより、微細気泡発生管２１の内部を流動するスラリー１０に対して、好適に二酸化炭素を含む微細気泡を発生させることができる。
【0040】
微細気泡発生管２１は、連通した気孔を有しており、気孔率が２０～６０％程度の多孔質体から構成され得る。多孔質体の材質としては、セラミックであることが好ましい。具体的な材質としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），ジルコニア（ＺｒＯ２），マグネシア（ＭｇＯ），シリカ（ＳｉＯ２），チタニア（ＴｉＯ２），ジルコン（ＺｒＳｉＯ４），ムライト（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）等の酸化物系セラミックであっても良いし、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４），窒化ホウ素（ＢＮ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），炭窒化ホウ素等の非酸化物系セラミックであってもよいし、もしくはこれらのようなセラミックを少なくとも１種以上含む複合材料などであってもよい。なかでも、品質が安定し安価で入手が容易なアルミナ、ベーマイト、シリカおよびチタニアが好ましく用いられる。なお、上記物質名の後の括弧内に示された化学式は、当該物質の代表組成を示すものであり、実際のセラミックの組成がかかる化学式のものに限定されることを意図したものではない。
【0041】
特に限定されないが、微細気泡発生装置２０は、平均粒径が１００μｍ以下であり、粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含む微細気泡を発生させるように構成されていることが好ましい。平均粒径が１００μｍ以下程度の微細気泡であれば、撹拌力が向上し、撹拌に用いる動力を大幅に削減することができる。また、微細気泡がウルトラファインバブルを含むことにより、吹き込まれた二酸化炭素の接触比表面積が増大し、水酸化カルシウムと短時間で反応させることができる。したがって、省エネルギー化と反応促進とが実現される。なお、本明細書において「平均粒径」とは、一般的な画像解析法に基づく個数基準の粒度分布において、粒径が小さい微粒子側からの累積頻度５０個数％に相当する粒径（Ｄ５０、メジアン径ともいう。）をいう。かかる画像解析法は、例えば動的画像解析式の粒子形状・粒度分布測定装置を用いて行うことができる。
【0042】
微細気泡発生管２１の平均細孔径は、ウルトラファインバブルおよびマイクロバブルを含む微細気泡を発生させられる限りにおいて特に限定されない。微細気泡発生管２１の平均細孔径は、例えば０．５μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましく、１．３μｍ以上であってもよく、３μｍ以上であってもよい。また、平均細孔径が大きすぎる場合には、所望する大きさの微細気泡（バブル）を生じさせることができないため、例えば１０μｍ以下であることが好ましく、９μｍ以下であってもよく、７μｍ以下であってもよい。例えば微細気泡発生管２１の平均細孔径は１．３μｍ～１０μｍであることが好ましい。なお、微細気泡発生管２１の平均細孔径は、例えば水銀圧入法によって測定することができる。
【0043】
図３は、ここに開示される製造装置１００において用いられるスタティックミキサーを模式的に示す図である。スタティックミキサー３０は、作動部を有しない静止型混合装置である。スタティックミキサー３０は、スラリーが管路内を通過するときの速度エネルギーを消費することによって、スラリーを混合する。言い換えれば、スタティックミキサー３０を用いることにより、スラリーを流動させるためのエネルギーのみでスラリーと微細気泡とを混合することができる。したがって、省エネルギー化を実現することができる。
【0044】
スタティックミキサー３０の材質は特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼等の金属材料、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料から構成され得る。スタティックミキサー３０は、図３に示すように、円管状の管路３２と、混合素子３４（以下、「エレメント３４」ともいう。）と、を有している。スタティックミキサー３０は、管路内にエレメント３４が設置されている。エレメント３４の形状は、長方形の板材を左右逆方向に１８０度ひねったものである。複数のエレメント３４は、管路３２の管軸ＣＬを中心として軸方向に沿って配置される。複数のエレメント３４は、図３に示すように、右エレメント３４ａと左エレメント３４ｂとが交互に配置される。スタティックミキサー３０の管路３２は、接続ライン１４０と接続されている。スラリーは、管路内を通過する過程で管路内に配置された複数のエレメント３４によって、反転、分割、転換作用を受け、好適に微細気泡と混合される。
【0045】
特に限定されないが、スタティックミキサー３０のエレメント数は、好適な混合を実現する観点から、６～３６であることが好ましく、１２～２４であることがより好ましい。なお、「エレメント数」とは、エレメント３４の枚数のことであり、例えば、図３に示されるスタティックミキサー３０のエレメント数は４である。
【0046】
スタティックミキサー３０の内径Ｒ３は、スラリーが流動可能である限り特に限定されない。スタティックミキサー３０の内径Ｒ３は、微細気泡発生管２１の内径Ｒ２と極端に異ならない内径であることが好ましい。一例として、スタティックミキサー３０の内径Ｒ３は３ｍｍ～１２ｍｍ程度（好ましくは、６ｍｍ～１０ｍｍ）であってもよい。
【0047】
上記したとおり、ここに開示される製造装置１００では、微細気泡発生装置２０を用いることにより、二酸化炭素をウルトラファインバブルやマイクロバブルの状態でスラリーに吹き込むことができる。また、スタティックミキサー３０の分割作用や転換作用により、インラインの状態であっても短時間で水酸化カルシウムと二酸化炭素とを反応させることができる。このため、これらをスラリーの流れ方向に沿って、これら微細気泡発生装置２０とスタティックミキサー３０とを直列に配置することで、より効率的に炭酸カルシウムを製造することができる。具体的には、ここに開示される製造装置１００では、１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０との構成を１単位としたときに、該単位をスラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している。これにより、コンパクトな形態であるにもかかわらず、十分な炭酸化率を実現しつつ、吹き込んだ二酸化炭素を炭酸カルシウムとして好適に固定化することができる。そして、微細気泡発生装置２０とスタティックミキサー３０とを通過したスラリーは、水酸化カルシウムと二酸化炭素との反応がほぼ完了しているため、後述する回収タンク１３２が開放系のタンクであったとしても、二酸化炭素を外部に放出する可能性が低い。したがって、簡便な装置構成でありながら、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる。
【0048】
図４は、ここに開示される製造装置１００の他の一例を模式的に示す図である。図４に示す製造装置１００では、スラリーの流れ方向に沿って、微細気泡発生装置２０とスタティックミキサー３０とがｎ単位繰り返し接続されている。１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０との構成を１単位としたときの単位数（以下、単に「単位数」ともいう。）は、２単位以上であればよい。例えば、図４に示すように、ｎ単位接続されていてもよい。かかる単位数は、目的とする炭酸化率に応じて適宜設定すればよく特に限定されないが、製造効率の観点から、炭酸化率が５％以上となるように設定するとよい。例えば、単位数は、２単位以上であって、４単位以上であることが好ましく、１０単位以上であることがより好ましく、１４単位以上であってもよく、２０単位以上であってもよく、２４単位以上であってもよく、３０単位以上であってもよい。単位数が多くなるにつれて、スラリーに対して吹き込める二酸化炭素の量を増加させることができるため、炭酸化率を好適に向上させることができる。また、単位数の上限は、特に限定されないが、例えば６０単位以下であってもよく、５０単位以下であってもよい。
【0049】
１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０と、これらを接続する接続ライン１４０とを有するパーツは、既存の開放系の炭酸カルシウム製造ラインに簡単に組み付けることができる。すなわち、かかるパーツを既存の炭酸カルシウム製造ラインに用いることで、簡便な方法で二酸化炭素を炭酸塩として固定化することができる。
【0050】
スラリー回収部１３０は、二酸化炭素供給部１２０よりも下流側に配置される。スラリー回収部１３０は、生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するためのものである。スラリー回収部１３０の構成は特に限定されない。例えばスラリー回収部１３０は、図１に示すように、生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収する回収タンク１３２と、回収タンク１３２に接続される回収ライン１３４と、回収ライン１３４を開閉するためのバルブ１３６と、を備え得る。
【0051】
回収タンク１３２は、開放系のタンクであってもよいし、密閉系のタンクであってもよい。回収タンク１３２が密閉系のタンクである場合には、回収タンク１３２は安全弁（図示せず）を有していることが好ましい。安全弁は、容器内の内圧が何らかの理由によって所定レベル以上に上昇した場合に、該内圧を開放するように設定され得る。スラリー回収部１３０が備える回収タンク１３２の形状は、スラリー供給部１１０が備える供給タンク１１３と略同様の形状であってもよい。すなわち、回収タンク１３２の形状は特に限定されず、例えば、略円筒状であってもよいし、略直方体状であってもよい。
【0052】
特に限定されないが、スラリー回収部１３０は、図１に示すように、撹拌機１３８を備えていてもよい。撹拌機１３８は、スラリー供給部１１０が備え得る撹拌機１１５とほぼ同様の構成の撹拌機であってよい。スラリー回収部１３０が撹拌機１３８を備えていることにより、スラリーと二酸化炭素を含む微細気泡とがより好適に混合される。
【0053】
接続ライン１４０は、スラリーが流動可能な空間を有している。接続ライン１４０は、上記したスラリー供給部１１０と、二酸化炭素供給部１２０と、スラリー回収部１３０と、を接続する。より具体的には、接続ライン１４０は、供給タンク１１３と、微細気泡発生装置２０と、スタティックミキサー３０と、回収タンク１３２と、を接続し得る。接続ライン１４０は、図１に示すように、２つの三方弁１４２ａ、１４２ｂと、回収タンク１３２への供給／停止を調節するバルブ１４４と、を備え得る。供給タンク１１３に貯留されたスラリーは、送液ポンプ１１４を作動させることにより、所望する量のスラリーが接続ライン１４０に供給される。スラリーは、接続ライン１４０の内部を流れ、微細気泡発生装置２０を通過する。このとき、微細気泡発生装置２０は、通過するスラリーに対して二酸化炭素を含む微細気泡を圧入する。スラリーは再び接続ライン１４０の内部を流れ、スタティックミキサー３０を通過する。このとき、スタティックミキサー３０は、スラリーと二酸化炭素を含む微細気泡とを混合する。微細気泡発生装置２０による二酸化炭素を含む微細気泡の圧入、および、スタティックミキサー３０によるスラリーと微細気泡との混合を複数回（すなわち、単位数分）繰り返した後、スラリーは、接続ライン１４０を介して回収タンク１３２に投入される。かかる構成によれば、送液ポンプ１１４の動力によってほとんどの工程を実施することができ、省エネルギー化を実現することができる。
【0054】
接続ライン１４０の内径は、スラリーが流動可能である限り特に限定されないが、微細気泡発生管２１の内径Ｒ２と極端に異ならない内径であることが好ましい。一例として、接続ライン１４０の内径は３ｍｍ～１２ｍｍ程度であってもよい。
【0055】
図１に示す例では、接続ライン１４０は、スラリーを回収タンク１３２の上方側から投入する構成となっているが、接続ライン１４０と回収タンク１３２との接続の形態はこれに限定されない。例えば、接続ライン１４０は、スラリーを回収タンク１３２の下方側から投入する構成となっていてもよい。スラリーが回収タンク１３２の下方側から投入されることにより、スラリーと共に微細気泡として供給される二酸化炭素は、スラリー中を浮上しながら移動するため、より好適に炭酸カルシウムとして固定化される。このため、回収タンク１３２が開放系のタンクであったとしても、二酸化炭素が外部に放出されることをさらに抑制することができる。
【0056】
回収タンク１３２において回収された炭酸カルシウムを含むスラリーは、回収ライン１３４のバルブ１３６を開放することにより回収することができる。ここで回収されるスラリーは、炭酸カルシウムが液中に分散した懸濁液の状態で回収される。かかる懸濁液を必要に応じて、従来公知の装置を用いて貯蔵、濃縮、乾燥等させることにより、所望する形態に加工して利用することができる。
【0057】
図示は省略するが、製造装置１００は、回収タンク１３２に回収されたスラリーに対してさらに二酸化炭素をさらに吹き込む機構を備えていてもよい。このとき、純度の高い（例えば９９％以上の）二酸化炭素を吹き込んでもよいし、工場等から排出される排気ガスを吹き込んでもよい。回収タンク１３２に回収されたスラリーに対してさらに二酸化炭素を吹き込むことにより、より炭酸化率を高くすることができる。なお、本明細書において「炭酸化率」とは、スラリーを調整する際に用いた水酸化カルシウムの物質量に対する、析出した炭酸カルシウムの物質量のことである。かかる「炭酸化率」は、上記回収したスラリーを乾燥させ、熱重量測定装置（Thermogravimetry－Differential Thermal Analysis：ＴＧ－ＤＴＡ）を用いて測定することができる。
【0058】
以上、炭酸カルシウムを好適に製造する装置について説明した。かかる製造装置によれば、簡便な装置構成でありながら、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる。このため、二酸化炭素をより好適に固定化させ、かつ、効率よく炭酸カルシウムを製造することができる。また、かかる装置によれば、当該装置を用いて固定化した二酸化炭素の量を提示するシステムを構築することができる。
【0059】
以下、ここに開示される炭酸カルシウムを製造方法について説明する。ここに開示される炭酸カルシウムの製造方法は、水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するスラリー供給工程と、スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する二酸化炭素供給工程と、生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するスラリー回収工程と、を少なくとも含んでいる。ここに開示される製造方法は、上記二酸化炭素供給工程において、スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、下流側に配置される１つのスタティックミキサーとの構成を１単位としたときに、該単位を少なくとも２回以上通過させることを特徴付けられており、このこと以外は従来の炭酸カルシウムの製造プロセスと同様であってもよい。また、任意の段階でさらに他の工程を含んでいてもよい。
【0060】
スラリー供給工程は、炭酸カルシウムの原料となる水酸化カルシウムを含むスラリーを供給する工程である。当該工程において供給されるスラリーは、水酸化カルシウムが水系溶媒等の液状媒体に分散した分散液またはスラリー状組成物の形態である。ここで、水系溶媒は例えば、水であってもよく、水とアルコールとの混合溶液であってもよい。水系溶媒としては、イオン交換水（脱イオン水）、純水、超純水、蒸留水等を好ましく用いることができる。
【0061】
水酸化カルシウムを含むスラリーの該水酸化カルシウムの濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましく、１ｍｏｌ／Ｌ以上であってもよい。また、水酸化カルシウムの濃度の上限は、５ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましく、４ｍｏｌ／Ｌ以下であることがより好ましく、３ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよい。かかる濃度の範囲内であれば、微細気泡として供給された二酸化炭素と、スラリー中の水酸化カルシウムとが好適に反応し、安定的に炭酸カルシウムを製造し得る。また、スラリー供給工程において供給されるスラリーのｐＨは、特に限定されるものではないが、例えば１２以上１３以下程度に調整されているとよい。
【0062】
スラリー供給工程では、上記用意したスラリーを、接続ライン１４０に供給する。例えば、供給タンク１１３と接続する送液ポンプ１１４を作動させ、所望する量のスラリーを接続ライン１４０に供給するとよい。スラリー供給工程におけるスラリーの流量Ｘは、二酸化炭素供給工程における二酸化炭素の供給量Ｙとの関係によって適宜変更されるため、一概に限定されないが、例えば８００ｍｌ／ｍｉｎ～２５００ｍｌ／ｍｉｎ程度であることが好ましい。
【0063】
二酸化炭素供給工程では、スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する。二酸化炭素供給工程では、上記した微細気泡発生装置２０を用いて、二酸化炭素を含む微細気泡をスラリーに対して吹き込む。そして、微細気泡発生装置２０の下流側に配置されるスタティックミキサー３０によって、スラリーと上記吹き込まれた微細気泡とを混合する。かかる構成によれば、スラリー中の水酸化カルシウムと微細気泡として吹き込まれた二酸化炭素とを好適に混合させることができる。特に１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０との構成を１単位としたときに、該単位を２回以上通過させることにより、水酸化カルシウムと二酸化炭素とをより短時間で反応させることができる。したがって、ここに開示される製造方法によれば、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる。
【0064】
二酸化炭素供給工程において、１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０との構成を通過させる回数は、２回以上であって、４回以上であることが好ましく、１０回以上であることがより好ましく、１４回以上であってもよく、２０回以上であってもよく、２４回以上であってもよく、３０回以上であってもよい。単位数が多くなるにつれて、スラリーに対して吹き込める二酸化炭素の量を増加させることができるため、炭酸化率を好適に向上させることができる。１つの微細気泡発生装置２０と１つのスタティックミキサー３０との構成を通過させる回数は、目的とする炭酸化率に応じて適宜設定すればよく特に限定されない。また、単位数の上限は、例えば６０回以下であってもよく、５０回以下であってもよい。
【0065】
二酸化炭素供給工程における二酸化炭素の供給量Ｙは、スラリー供給工程におけるスラリー流量Ｘとの関係によって適宜変更されるため、一概に限定されないが、例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ～２０００ｍｌ／ｍｉｎ程度であることが好ましい。
【0066】
ここに開示される製造方法では、スラリー供給工程におけるスラリーの流量Ｘに対する二酸化炭素供給工程における二酸化炭素の供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）は、１未満であることが好ましい。これにより、供給した二酸化炭素がロスすることなくスラリー中の水酸化カルシウムと反応し、炭酸カルシウムとして好適に固定化される。かかるスラリーの流量Ｘに対する二酸化炭素の供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）は、例えば０．９１以下であることが好ましく、０．８３以下であってもよい。製造効率の観点からは、スラリーの流量Ｘに対する二酸化炭素の供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）は、０．１以上であることが好ましく、０．２７以上であることがより好ましい。
【0067】
特に限定されないが、二酸化炭素供給工程では、平均粒径が１００μｍ以下であり、１μｍ未満のウルトラファインバブルを含む微細気泡として二酸化炭素を供給することが好ましい。これにより、撹拌力の向上や接触比表面積を向上させることができ、水酸化カルシウムを含むスラリーと二酸化炭素とを短時間で反応させることができる。
【0068】
二酸化炭素供給工程において、二酸化炭素の供給圧力（ＭＰａ）は、上記したようなウルトラファインバブルが生成しやすい供給圧力に設定され得る。例えば、二酸化炭素の供給圧力は微細気泡発生装置の微細気泡発生管内の蒸留水におけるバブルポイントテストの圧力を０として、配管（微細気泡発生管）内の圧力との圧力差で例えば、０．０１ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下であることが好ましく、０．０４ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下であることがより好ましく、０．０６ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下であることが特に好ましい。
【0069】
スラリー回収工程では、生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収する。例えば、接続ライン１４０から供給されるスラリーを一時的に回収タンク１３２に貯留することで、スラリーを回収することができる。上記したとおり、二酸化炭素供給工程において二酸化炭素を微細気泡として吹き込み、スタティックミキサー３０を用いてすぐに混合することにより、スラリー中の水酸化カルシウムと二酸化炭素との反応はほとんど完了している。このため、スラリー回収工程では開放系の回収タンク１３２でスラリーを回収したとしても、二酸化炭素を外部に放出することがほとんどない。したがって、簡便な方法により、好適に二酸化炭素を炭酸塩（炭酸カルシウム）として固定化することができる。かかるスラリー回収工程で回収されたスラリーを、乾燥、濾過することにより、炭酸カルシウムを得ることができる。かかる炭酸カルシウムは、顔料や塗料、ゴム、製紙等の産業において利用され得る。
【0070】
ここに開示される製造方法においては、スラリー回収工程よりも下流側の工程において、さらに二酸化炭素を供給する第２の二酸化炭素供給工程を含んでいてもよい。これにより、さらに炭酸化率を向上させることができる。かかる工程は、従来公知の方法により二酸化炭素を吹き込むことにより行うことができる。このとき、工場等から排出される排気ガスを吹き込む二酸化炭素ガスとして利用するとよい。これにより、大気に排出される二酸化炭素の量をさらに削減することができる。なお、排気ガスを二酸化炭素ガスとして用いる場合には、フィルタ等を利用して除塵したガスを用いるとよい。
【0071】
上述した構成によれば、微細気泡発生装置２０とスタティックミキサー３０とを２回以上通過させることによって、好適に二酸化炭素を炭酸カルシウムとして固定化させることができる。このため、二酸化炭素供給工程において供給した二酸化炭素の量を計測することにより、炭酸カルシウムとして固定化させた二酸化炭素の量を算出することができる。すなわち、ここに開示される製造方法によれば、二酸化炭素を炭酸カルシウムとしてどの程度固定することができたか明示することも可能である。
【0072】
［試験例］
以下、ここに開示される技術に関する実施例を説明するが、ここに開示される技術をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
以下、ここに開示される技術に関する実施例を説明するが、ここに開示される技術をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
【0073】
１．第１の試験
＜比較例１＞
まず、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置（ノリタケカンパニーリミテド製、平均細孔径：３．４μｍ、内径：３ｍｍ、長さ（Ｌ）：１００ｍｍ）と、スタティックミキサー（ノリタケカンパニーリミテド製のＭ６－１２Ｒ、エレメント数：１２、内径：６ｍｍ）と、を用意した。次いで、水酸化カルシウムを含むスラリーを貯留する供給タンクと、微細気泡発生装置と、スタティックミキサーと、二酸化炭素と反応済みのスラリーを回収する回収タンクと、を接続ラインによって接続した。このとき、スラリーの流れ方向に沿って微細気泡発生装置の下流側にスタティックミキサーを接続した。比較例１では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位として、該単位を１単位有する装置を構築した。
次いで、１ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを３Ｌ用意し、当該スラリーを円筒形状の供給タンクに投入した。供給タンク内で沈殿が起きないようにプロペラ式撹拌機でスラリーを撹拌した。反応開始前の水酸化カルシウムスラリーのｐＨは１２．５５～１２．６程度、温度は２０℃～２２℃であった。そして、送液ポンプを作動させることにより、供給タンクに貯留されているスラリーを送液した。このとき、送液するスラリーの流量Ｘは、１４００ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は３．３ｍ／ｓ）となるように制御した。また、１００％の二酸化炭素ガスを、当該二酸化炭素の供給量Ｙが１２７０ｍｌ／ｍｉｎとなるように制御して上記用意した微細気泡発生装置に供給し、スラリーに対して二酸化炭素を含む微細気泡を吹き込んだ。なお、二酸化炭素の供給圧力は０．２８５ＭＰａ～０．２９０ＭＰａで制御し、ウルトラファインバブルが生成しやすい配管内との差圧を維持した。送液および吹き込みは、２分間行った。二酸化炭素と反応済みのスラリーは、安全弁を備える密閉系の回収タンクに回収した。かかる安全弁は、スラリーの導入により圧力が上がらないようガスを逃がす機構である。回収タンクは、スラリー供給停止後は完全な密閉状態として、二酸化炭素がタンク内の気相に出ることによる容器内圧力の上昇が無いことを確認した。
＜比較例１＞
まず、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置（ノリタケカンパニーリミテド製、平均細孔径：３．４μｍ、内径：３ｍｍ、長さ（Ｌ）：１００ｍｍ）と、スタティックミキサー（ノリタケカンパニーリミテド製のＭ６－１２Ｒ、エレメント数：１２、内径：６ｍｍ）と、を用意した。次いで、水酸化カルシウムを含むスラリーを貯留する供給タンクと、微細気泡発生装置と、スタティックミキサーと、二酸化炭素と反応済みのスラリーを回収する回収タンクと、を接続ラインによって接続した。このとき、スラリーの流れ方向に沿って微細気泡発生装置の下流側にスタティックミキサーを接続した。比較例１では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位として、該単位を１単位有する装置を構築した。
次いで、１ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを３Ｌ用意し、当該スラリーを円筒形状の供給タンクに投入した。供給タンク内で沈殿が起きないようにプロペラ式撹拌機でスラリーを撹拌した。反応開始前の水酸化カルシウムスラリーのｐＨは１２．５５～１２．６程度、温度は２０℃～２２℃であった。そして、送液ポンプを作動させることにより、供給タンクに貯留されているスラリーを送液した。このとき、送液するスラリーの流量Ｘは、１４００ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は３．３ｍ／ｓ）となるように制御した。また、１００％の二酸化炭素ガスを、当該二酸化炭素の供給量Ｙが１２７０ｍｌ／ｍｉｎとなるように制御して上記用意した微細気泡発生装置に供給し、スラリーに対して二酸化炭素を含む微細気泡を吹き込んだ。なお、二酸化炭素の供給圧力は０．２８５ＭＰａ～０．２９０ＭＰａで制御し、ウルトラファインバブルが生成しやすい配管内との差圧を維持した。送液および吹き込みは、２分間行った。二酸化炭素と反応済みのスラリーは、安全弁を備える密閉系の回収タンクに回収した。かかる安全弁は、スラリーの導入により圧力が上がらないようガスを逃がす機構である。回収タンクは、スラリー供給停止後は完全な密閉状態として、二酸化炭素がタンク内の気相に出ることによる容器内圧力の上昇が無いことを確認した。
【0074】
＜実施例１～３＞
実施例１～３では、１ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。また、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、二酸化炭素の供給圧力と、を表１に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は比較例１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例１～３では、１ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。また、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、二酸化炭素の供給圧力と、を表１に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は比較例１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0075】
＜比較例２＞
比較例２では、スタティックミキサーはエレメント数が２４のものを使用した。また、スラリーの流量Ｘは、９１５ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は２．１６ｍ／ｓ）となるように制御し、二酸化炭素ガスの供給量Ｙは、７３０ｍｌ／ｍｉｎとなるように制御した。そして、二酸化炭素の供給圧力は０．３７０ＭＰａ～０．３７５ＭＰａで制御し、ウルトラファインバブルが生成しやすい配管内との差圧を維持した。これらのこと以外は比較例１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
比較例２では、スタティックミキサーはエレメント数が２４のものを使用した。また、スラリーの流量Ｘは、９１５ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は２．１６ｍ／ｓ）となるように制御し、二酸化炭素ガスの供給量Ｙは、７３０ｍｌ／ｍｉｎとなるように制御した。そして、二酸化炭素の供給圧力は０．３７０ＭＰａ～０．３７５ＭＰａで制御し、ウルトラファインバブルが生成しやすい配管内との差圧を維持した。これらのこと以外は比較例１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0076】
＜実施例４～６＞
実施例４～７では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、二酸化炭素の供給圧力と、を表１に示すように変更した。これらのこと以外は比較例２と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例４～７では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、二酸化炭素の供給圧力と、を表１に示すように変更した。これらのこと以外は比較例２と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0077】
＜参考例＞
参考例では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、二酸化炭素の供給圧力と、を表１に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は比較例２と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
なお、参考例では、炭酸化率を１００％とすることを目的として、二酸化炭素を炭酸カルシウムの化学量論比よりも多く吹き込んだ。参考例では、スラリー供給停止後において完全な密閉状態とした際に、未反応の二酸化炭素がタンク内の気相に出ることにより、わずかに容器内圧力の上昇が確認された。
参考例では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、二酸化炭素の供給圧力と、を表１に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は比較例２と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
なお、参考例では、炭酸化率を１００％とすることを目的として、二酸化炭素を炭酸カルシウムの化学量論比よりも多く吹き込んだ。参考例では、スラリー供給停止後において完全な密閉状態とした際に、未反応の二酸化炭素がタンク内の気相に出ることにより、わずかに容器内圧力の上昇が確認された。
【0078】
＜炭酸化率の測定＞
各例の生成物（スラリー）を回収して乾燥させた後、(株)リガク社製の熱重量測定装置（Thermogravimetry－Differential Thermal Analysis：ＴＧ－ＤＴＡ）を用いて炭酸化率（％）を測定した。また、吹き込んだ二酸化炭素ガスの量をもとに炭酸化率の理論値（％）を算出し、当該理論値（％）との差を算出した。結果を表１に示す。
各例の生成物（スラリー）を回収して乾燥させた後、(株)リガク社製の熱重量測定装置（Thermogravimetry－Differential Thermal Analysis：ＴＧ－ＤＴＡ）を用いて炭酸化率（％）を測定した。また、吹き込んだ二酸化炭素ガスの量をもとに炭酸化率の理論値（％）を算出し、当該理論値（％）との差を算出した。結果を表１に示す。
【0079】
＜二酸化炭素濃度の測定＞
比較例１と実施例３について、回収タンクの安全弁から排出されるガスを熱伝導度検出器型ガスクロマトグラフ（島津製作所社製）で分析した。比較例１では、試験中にＣＯ２濃度が上昇していなかった。実施例３ではわずかにＣＯ２濃度が上昇していた。
比較例１と実施例３について、回収タンクの安全弁から排出されるガスを熱伝導度検出器型ガスクロマトグラフ（島津製作所社製）で分析した。比較例１では、試験中にＣＯ２濃度が上昇していなかった。実施例３ではわずかにＣＯ２濃度が上昇していた。
【0080】
【表1】
【0081】
表１に示すように、単位数が１単位である比較例１および２では炭酸化率が５％未満である一方で、単位数が２単位以上である実施例１～６では炭酸化率が５％以上となることがわかる。製造効率の観点からは、微細気泡発生装置とスタティックミキサーとを２単位以上有していることが好ましい。微細気泡発生装置とスタティックミキサーとを２単位以上有する製造装置を用いることにより、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる。
【0082】
また、表１に示すように、単位数が１０を超える実施例３および６では、高い炭酸化率を達成することができる。特に実施例３では、炭酸化率が５０％近くまで達成することができ、さらに理論値との差が１％未満であることがわかる。
【0083】
また、比較例１、実施例３、実施例６、参考例では、スラリーのｐＨを確認した。かかるスラリーのｐＨは、配管容積を算出し、配管容積分の初期流出スラリーは除去して、安定した状態のスラリーにおいて測定した。比較例１および実施例３では、ｐＨは１２．５５～１２．６程度で変化がなかった。実施例６では、ｐＨは１１．９～１２．１程度であった。参考例では、ｐＨは６．５であった。炭酸化率が９０％を超える実施例６および参考例では、未反応のスラリーに対して明確にｐＨが低下していた。
【0084】
２．第２試験
＜実施例１１＞
まず、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置（ノリタケカンパニーリミテド製、平均細孔径：３．４μｍ、内径：３ｍｍ、長さ（Ｌ）：１００ｍｍ）と、スタティックミキサー（ノリタケカンパニーリミテド製のＭ６－２４Ｒ、エレメント数：２４、内径：６ｍｍ）と、を用意した。次いで、水酸化カルシウムを含むスラリーを貯留する供給タンクと、微細気泡発生装置と、スタティックミキサーと、二酸化炭素と反応済みのスラリーを回収する回収タンクと、を接続ラインによって接続した。このとき、スラリーの流れ方向に沿って微細気泡発生装置の下流側にスタティックミキサーを接続した。実施例１１では微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位として、該単位を６単位有する装置を構築した。
次いで、２ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意し、当該スラリーを円筒形状の供給タンクに投入した。供給タンク内で沈殿が起きないようにプロペラ式撹拌機でスラリーを撹拌した。反応開始前の水酸化カルシウムスラリーのｐＨは１２．５５～１２．６程度、温度は２０℃～２２℃であった。次いで、吸引ポンプを作動させることにより、供給タンクに貯留されているスラリーを送液した。このとき、送液するスラリーの流量Ｘは、２０１０ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は４．７４ｍ／ｓ）となるように制御した。次いで、１００％の二酸化炭素ガスを、当該二酸化炭素の供給量Ｙが８００ｍｌ／ｍｉｎとなるように制御して上記用意した微細気泡発生装置に供給し、スラリーに対して二酸化炭素を含む微細気泡を吹き込んだ。なお、二酸化炭素の供給圧力は０．３７ＭＰａ～０．３９ＭＰａで制御し、ウルトラファインバブルが生成しやすい配管内との差圧を維持した。送液および吹き込みは、２分間行った。二酸化炭素と反応済みのスラリーは、安全弁を備える密閉系の回収タンクに回収した。かかる安全弁は、スラリーの導入により圧力が上がらないようガスを逃がす機構である。回収タンクは、スラリー供給停止後は完全な密閉状態として、二酸化炭素がタンク内の気相に出ることによる容器内圧力の上昇が無いことを確認した。
＜実施例１１＞
まず、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置（ノリタケカンパニーリミテド製、平均細孔径：３．４μｍ、内径：３ｍｍ、長さ（Ｌ）：１００ｍｍ）と、スタティックミキサー（ノリタケカンパニーリミテド製のＭ６－２４Ｒ、エレメント数：２４、内径：６ｍｍ）と、を用意した。次いで、水酸化カルシウムを含むスラリーを貯留する供給タンクと、微細気泡発生装置と、スタティックミキサーと、二酸化炭素と反応済みのスラリーを回収する回収タンクと、を接続ラインによって接続した。このとき、スラリーの流れ方向に沿って微細気泡発生装置の下流側にスタティックミキサーを接続した。実施例１１では微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位として、該単位を６単位有する装置を構築した。
次いで、２ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意し、当該スラリーを円筒形状の供給タンクに投入した。供給タンク内で沈殿が起きないようにプロペラ式撹拌機でスラリーを撹拌した。反応開始前の水酸化カルシウムスラリーのｐＨは１２．５５～１２．６程度、温度は２０℃～２２℃であった。次いで、吸引ポンプを作動させることにより、供給タンクに貯留されているスラリーを送液した。このとき、送液するスラリーの流量Ｘは、２０１０ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は４．７４ｍ／ｓ）となるように制御した。次いで、１００％の二酸化炭素ガスを、当該二酸化炭素の供給量Ｙが８００ｍｌ／ｍｉｎとなるように制御して上記用意した微細気泡発生装置に供給し、スラリーに対して二酸化炭素を含む微細気泡を吹き込んだ。なお、二酸化炭素の供給圧力は０．３７ＭＰａ～０．３９ＭＰａで制御し、ウルトラファインバブルが生成しやすい配管内との差圧を維持した。送液および吹き込みは、２分間行った。二酸化炭素と反応済みのスラリーは、安全弁を備える密閉系の回収タンクに回収した。かかる安全弁は、スラリーの導入により圧力が上がらないようガスを逃がす機構である。回収タンクは、スラリー供給停止後は完全な密閉状態として、二酸化炭素がタンク内の気相に出ることによる容器内圧力の上昇が無いことを確認した。
【0085】
＜実施例１２および１３＞
実施例１２および１３では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、二酸化炭素の供給量Ｙと、二酸化炭素の供給圧力と、を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例１２および１３では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、二酸化炭素の供給量Ｙと、二酸化炭素の供給圧力と、を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0086】
＜実施例１４＞
実施例１４では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位として、該単位を３０単位有する装置を構築した。また、二酸化炭素の供給量Ｙを６００ｍｌ／ｍｉｎとし、二酸化炭素の供給圧力は０．３７ＭＰａ～０．４８ＭＰａで制御した。実施例１４では、回収タンクを開放した状態で反応後のスラリーを投入した後、すぐに蓋をして密閉した。そして、実施例１４でも、二酸化炭素がタンク内の気相に出ることによる容器内圧力の上昇が無いことを確認した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例１４では、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位として、該単位を３０単位有する装置を構築した。また、二酸化炭素の供給量Ｙを６００ｍｌ／ｍｉｎとし、二酸化炭素の供給圧力は０．３７ＭＰａ～０．４８ＭＰａで制御した。実施例１４では、回収タンクを開放した状態で反応後のスラリーを投入した後、すぐに蓋をして密閉した。そして、実施例１４でも、二酸化炭素がタンク内の気相に出ることによる容器内圧力の上昇が無いことを確認した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0087】
＜実施例１５＞
実施例１５では、０．２５ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。また、スタティックミキサーはエレメント数が１２のものを使用し、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数１４とした。さらに、スラリー流量Ｘを１６５０ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は３．８９ｍ／ｓ）、二酸化炭素の供給量Ｙを４５０ｍｌ／ｍｉｎとし、二酸化炭素の供給圧力は０．２８ＭＰａ～０．３５ＭＰａで制御した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例１５では、０．２５ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。また、スタティックミキサーはエレメント数が１２のものを使用し、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数１４とした。さらに、スラリー流量Ｘを１６５０ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は３．８９ｍ／ｓ）、二酸化炭素の供給量Ｙを４５０ｍｌ／ｍｉｎとし、二酸化炭素の供給圧力は０．２８ＭＰａ～０．３５ＭＰａで制御した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0088】
＜実施例１６＞
実施例１６では、３ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。また、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数３０とした。さらに、スラリー流量Ｘを５５０ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は１．３ｍ／ｓ）、二酸化炭素の供給量Ｙを９５０ｍｌ／ｍｉｎとし、二酸化炭素の供給圧力は０．３７ＭＰａ～０．４６ＭＰａで制御した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例１６では、３ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。また、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数３０とした。さらに、スラリー流量Ｘを５５０ｍｌ／ｍｉｎ（微細気泡発生管内の流速は１．３ｍ／ｓ）、二酸化炭素の供給量Ｙを９５０ｍｌ／ｍｉｎとし、二酸化炭素の供給圧力は０．３７ＭＰａ～０．４６ＭＰａで制御した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0089】
＜実施例１７および１８＞
実施例１７および１８では、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置において、微細気泡発生管の平均細孔径が１．３μｍのものを使用し、スタティックミキサーはエレメント数が１２のものを使用した。また、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、スラリー濃度、スラリーの流量Ｘ、二酸化炭素の供給量Ｙ、および二酸化炭素の供給圧力を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例１７および１８では、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置において、微細気泡発生管の平均細孔径が１．３μｍのものを使用し、スタティックミキサーはエレメント数が１２のものを使用した。また、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、スラリー濃度、スラリーの流量Ｘ、二酸化炭素の供給量Ｙ、および二酸化炭素の供給圧力を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0090】
＜実施例１９～２１＞
実施例１９～２１では、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置において、微細気泡発生管の平均細孔径が１０μｍのものを使用し、スタティックミキサーはエレメント数が１２のものを使用した。また、実施例１９～２１では、２ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。また、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、スラリーの流量Ｘ、二酸化炭素の供給量Ｙ、および二酸化炭素の供給圧力を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例１９～２１では、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置において、微細気泡発生管の平均細孔径が１０μｍのものを使用し、スタティックミキサーはエレメント数が１２のものを使用した。また、実施例１９～２１では、２ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。また、微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、スラリーの流量Ｘ、二酸化炭素の供給量Ｙ、および二酸化炭素の供給圧力を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0091】
＜実施例２２～２５＞
実施例２２～２５では、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置において、微細気泡発生管の平均細孔径が１０μｍのものを使用し、スタティックミキサーはエレメント数が２４のものを使用した。また、実施例２２～２５では、１ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、スラリーの流量Ｘ、二酸化炭素の供給量Ｙ、および二酸化炭素の供給圧力を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例２２～２５では、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置において、微細気泡発生管の平均細孔径が１０μｍのものを使用し、スタティックミキサーはエレメント数が２４のものを使用した。また、実施例２２～２５では、１ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、スラリーの流量Ｘ、二酸化炭素の供給量Ｙ、および二酸化炭素の供給圧力を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0092】
＜実施例２６＞
実施例２６では、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置において、微細気泡発生管の平均細孔径が１０μｍのものを使用し、スタティックミキサーは、エレメント数が１８、内径が１０ｍｍのものを使用した。また、実施例２６では、４ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、スラリーの流量Ｘ、二酸化炭素の供給量Ｙ、および二酸化炭素の供給圧力を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
実施例２６では、インライン型のセラミックス製の微細気泡発生装置において、微細気泡発生管の平均細孔径が１０μｍのものを使用し、スタティックミキサーは、エレメント数が１８、内径が１０ｍｍのものを使用した。また、実施例２６では、４ｍｏｌ／Ｌの水酸化カルシウムスラリーを１０Ｌ用意した。微細気泡発生装置１つとスタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときの該単位数と、スラリーの流量Ｘ、二酸化炭素の供給量Ｙ、および二酸化炭素の供給圧力を表２に示すようにそれぞれ変更した。これらのこと以外は実施例１１と同様にして、炭酸カルシウムを製造した。
【0093】
＜炭酸化率の測定＞
各例の生成物（スラリー）を回収して乾燥させた後、上記した熱重量測定装置（ＴＧ－ＤＴＡ）を用いて炭酸化率（％）を測定した。また、吹き込んだ二酸化炭素ガスの量をもとに炭酸化率の理論値（％）を算出し、当該理論値（％）との差を算出した。結果を表２に示す。なお、表２には、比較のために比較例１の結果も記載する。
各例の生成物（スラリー）を回収して乾燥させた後、上記した熱重量測定装置（ＴＧ－ＤＴＡ）を用いて炭酸化率（％）を測定した。また、吹き込んだ二酸化炭素ガスの量をもとに炭酸化率の理論値（％）を算出し、当該理論値（％）との差を算出した。結果を表２に示す。なお、表２には、比較のために比較例１の結果も記載する。
【0094】
【表2】
【0095】
表２に示すように、単位数が１単位である比較例１では炭酸化率が５％未満である一方で、単位数が２単位以上である実施例１１～２６では炭酸化率が５％以上となることがわかる。製造効率の観点からは、微細気泡発生装置とスタティックミキサーとを２単位以上有していることが好ましい。微細気泡発生装置とスタティックミキサーとを２単位以上有する製造装置を用いることにより、二酸化炭素をほとんど外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができる。
【0096】
表２に示すように、単位数が１０単位を超える実施例１３～１８、２０、２１、２３～２６では、炭酸化率が高くなることがわかる。炭酸化率をより向上させる観点からは、単位数が１０単位を超えることが好ましい。また、スラリー流量Ｘに対するガス供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）が１．７３である実施例１６では、炭酸化率は良好である一方で、理論値との差が大きいことがわかる。実施例１６では、スラリー流量Ｘに対してガス供給量Ｙが過剰傾向にありフラッディングが生じていたが、スタティックミキサーの撹拌効果により炭酸化率は良好であった。これらの結果から、炭酸化率を良好にしつつ、理論値との差を小さくするためには、スラリー流量Ｘに対するガス供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）が１を下回るように調整することが好ましい。
【0097】
微細気泡発生装置の平均細孔径が１０μｍである実施例１９～２６では、微細気泡発生装置の平均細孔径が３．４μｍである実施例１１～１６や、１．３μｍである実施例１７および１８と比較して、二酸化炭素の供給圧力が小さくてもウルトラファインバブルを好適に発生させることができた。
【0098】
実施例２６では、スラリー濃度を４ｍｏｌ／Ｌとしたため、スラリーの粘度が高かった。実施例２６では、反応がすすむにつれてさらに粘度が高くなる傾向にあり、スタティックミキサー内でつまりが発生しやすかった。スラリー濃度が高い場合には、スタティックミキサーの内径や、微細気泡発生装置の内径等を大きくするほうがよいと考えられる。
【0099】
実施例１４では、回収タンクを開放した状態で反応後のスラリーを投入した後、すぐに蓋をして密閉したが、この場合においてもタンク内の圧力上昇は見られなかった。したがって、吹き込んだ二酸化炭素ガスは容器内のスラリーにほとんど溶け込んでおり、タンク内の気相（スラリーが存在しない部分）への放出はほとんどないと考えられる。例えば炭酸化率が４０％以下程度となる条件に設定することにより、既存の開放系のタンクの間に当該微細気泡発生装置とスタティックミキサーとを接続するだけで、二酸化炭素を外部に放出することなく連続的に炭酸カルシウムを製造することができると推測される。ここに開示される微細気泡発生装置とスタティックミキサーとの構成によれば、固定化した二酸化炭素量を明確に提示可能なシステムを構築することができる。
【0100】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【0101】
なお、ここに開示される技術は以下の項目１～１３を含んでいる。以下の項目１～１３は、上記した実施形態に限定されない。
【0102】
項目１は、炭酸カルシウムの製造装置に関する。項目１における炭酸カルシウムの製造装置は、
水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するスラリー供給部と、
前記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する二酸化炭素供給部と、
生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するスラリー回収部と、
前記スラリー供給部、前記二酸化炭素供給部および前記スラリー回収部を接続する接続ラインと、
を備えており、
前記二酸化炭素供給部は、
前記スラリーの流れ方向に沿って、上流側に配置される微細気泡発生装置と、下流側に配置されるスタティックミキサーと、を有しており、
前記微細気泡発生装置１つと前記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を前記スラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している。
水酸化カルシウムを含むスラリーを供給するスラリー供給部と、
前記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する二酸化炭素供給部と、
生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収するスラリー回収部と、
前記スラリー供給部、前記二酸化炭素供給部および前記スラリー回収部を接続する接続ラインと、
を備えており、
前記二酸化炭素供給部は、
前記スラリーの流れ方向に沿って、上流側に配置される微細気泡発生装置と、下流側に配置されるスタティックミキサーと、を有しており、
前記微細気泡発生装置１つと前記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を前記スラリーの流れ方向に沿って少なくとも２単位以上有している。
【0103】
項目２は、項目１に記載された製造装置であって、
前記微細気泡発生装置は、微細気孔を有する多孔質体からなる微細気泡発生管を備えている。
前記微細気泡発生装置は、微細気孔を有する多孔質体からなる微細気泡発生管を備えている。
【0104】
項目３は、項目２に記載された製造装置であって、
前記微細気泡発生装置は、前記微細気孔の平均細孔径が０．５μｍ以上１０μｍ以下である。
前記微細気泡発生装置は、前記微細気孔の平均細孔径が０．５μｍ以上１０μｍ以下である。
【0105】
項目４は、項目１～３のいずれか一つに記載された製造装置であって、
前記微細気泡発生装置は、
平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含むように微細気泡を発生させる。
前記微細気泡発生装置は、
平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含むように微細気泡を発生させる。
【0106】
項目５は、項目１～４のいずれか一つに記載された製造装置であって、
前記スラリー供給部は開放系の供給タンクを有し、
前記スラリー回収部は開放系の回収タンクを有しており、
前記供給タンク、前記微細気泡発生装置、前記スタティックミキサー、および前記回収タンクが前記接続ラインによって接続されている。
前記スラリー供給部は開放系の供給タンクを有し、
前記スラリー回収部は開放系の回収タンクを有しており、
前記供給タンク、前記微細気泡発生装置、前記スタティックミキサー、および前記回収タンクが前記接続ラインによって接続されている。
【0107】
項目６は、項目１～５のいずれか一つに記載された製造装置であって、
前記微細気泡発生装置はそれぞれ、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給ラインに接続されており、
前記接続ライン内を流れるスラリーの流量を流量Ｘ、前記二酸化炭素供給ラインに供給される二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、
流量Ｘに対する供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）が１未満である。
前記微細気泡発生装置はそれぞれ、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給ラインに接続されており、
前記接続ライン内を流れるスラリーの流量を流量Ｘ、前記二酸化炭素供給ラインに供給される二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、
流量Ｘに対する供給量Ｙの比（Ｙ／Ｘ）が１未満である。
【0108】
項目７は、項目１～６のいずれか一つに記載された製造装置であって、
前記微細気泡発生装置１つと前記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を前記スラリーの流れ方向に沿って２単位以上５０単位以下有している。
前記微細気泡発生装置１つと前記スタティックミキサー１つとの構成を１単位としたときに、該単位を前記スラリーの流れ方向に沿って２単位以上５０単位以下有している。
【0109】
項目８は、項目１～７のいずれか一つに記載の製造装置に用いられるパーツに関するものである。項目８におけるパーツは、
スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、
下流側に配置される１つのスタティックミキサーと、
前記微細気泡発生装置と前記スタティックミキサーとを接続する接続ラインと、
を備える。
スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、
下流側に配置される１つのスタティックミキサーと、
前記微細気泡発生装置と前記スタティックミキサーとを接続する接続ラインと、
を備える。
【0110】
項目９は、炭酸カルシウムの製造方法に関するものである。項目９における炭酸カルシウムの製造方法は、
水酸化カルシウムを含むスラリーを供給する工程と、
前記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する工程と、
生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収する工程と、
を含み、
前記二酸化炭素供給工程では、
前記スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、下流側に配置される１つのスタティックミキサーとの構成を１単位としたときに、該単位を少なくとも２回以上通過させることを特徴とする。
水酸化カルシウムを含むスラリーを供給する工程と、
前記スラリーに対して二酸化炭素を微細気泡として供給する工程と、
生成した炭酸カルシウムを含むスラリーを回収する工程と、
を含み、
前記二酸化炭素供給工程では、
前記スラリーの流れ方向に沿って上流側に配置される１つの微細気泡発生装置と、下流側に配置される１つのスタティックミキサーとの構成を１単位としたときに、該単位を少なくとも２回以上通過させることを特徴とする。
【0111】
項目１０は、項目９に記載された製造方法であって、
前記スラリー供給工程における前記スラリーの流量を流量Ｘ、前記二酸化炭素供給工程における二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、
前記流量Ｘに対する前記供給量Ｙが１未満となるように前記スラリーの流量と前記二酸化炭素の供給量とを調整する。
前記スラリー供給工程における前記スラリーの流量を流量Ｘ、前記二酸化炭素供給工程における二酸化炭素の供給量を供給量Ｙとしたときに、
前記流量Ｘに対する前記供給量Ｙが１未満となるように前記スラリーの流量と前記二酸化炭素の供給量とを調整する。
【0112】
項目１１は、項目９または１０に記載された製造方法であって、
前記水酸化カルシウムを含むスラリー中の該水酸化カルシウムの濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４ｍｏｌ／Ｌ以下である。
前記水酸化カルシウムを含むスラリー中の該水酸化カルシウムの濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４ｍｏｌ／Ｌ以下である。
【0113】
項目１２は、項目９～項目１１のいずれか一つに記載された製造方法であって、
前記二酸化炭素供給工程では、
平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含む微細気泡として二酸化炭素を供給する。
前記二酸化炭素供給工程では、
平均粒径が１００μｍ以下であり、少なくとも粒径が１μｍ未満のウルトラファインバブルを含む微細気泡として二酸化炭素を供給する。
【0114】
項目１３は、項目９～項目１２のいずれか一つに記載された製造方法であって、
前記スラリー回収工程において回収されたスラリーに対して、さらに二酸化炭素を供給する第２の二酸化炭素供給工程を含む。
前記スラリー回収工程において回収されたスラリーに対して、さらに二酸化炭素を供給する第２の二酸化炭素供給工程を含む。
【符号の説明】
【0115】
２０ 微細気泡発生装置
２１ 微細気泡発生管
２１ａ 上流側端部
２１ｂ 下流側端部
２２ 基材部
２３ａ 上流側支持部
２３ｂ 下流側支持部
２４ 胴部
２５ スラリー流入口
２６ スラリー流出口
２７ 二酸化炭素流入口
３０ スタティックミキサー
３２ 管路
３４ 混合素子（エレメント）
３４ａ 右エレメント
３４ｂ 左エレメント
１００ 製造装置
１１０ スラリー供給部
１１１ 供給ライン
１１２ バルブ
１１３ 供給タンク
１１４ 送液ポンプ
１１５ 撹拌機
１２０ 二酸化炭素供給部
１２２ ガス貯留部
１２４ 二酸化炭素供給ライン
１２６ 圧力調整バルブ
１２８ ニードルバルブ
１３０ スラリー回収部
１３２ 回収タンク
１３４ 回収ライン
１３６ バルブ
１３８ 撹拌機
１４０ 接続ライン
１４２ａ 三方弁
１４２ｂ 三方弁
１４４ バルブ
２１ 微細気泡発生管
２１ａ 上流側端部
２１ｂ 下流側端部
２２ 基材部
２３ａ 上流側支持部
２３ｂ 下流側支持部
２４ 胴部
２５ スラリー流入口
２６ スラリー流出口
２７ 二酸化炭素流入口
３０ スタティックミキサー
３２ 管路
３４ 混合素子（エレメント）
３４ａ 右エレメント
３４ｂ 左エレメント
１００ 製造装置
１１０ スラリー供給部
１１１ 供給ライン
１１２ バルブ
１１３ 供給タンク
１１４ 送液ポンプ
１１５ 撹拌機
１２０ 二酸化炭素供給部
１２２ ガス貯留部
１２４ 二酸化炭素供給ライン
１２６ 圧力調整バルブ
１２８ ニードルバルブ
１３０ スラリー回収部
１３２ 回収タンク
１３４ 回収ライン
１３６ バルブ
１３８ 撹拌機
１４０ 接続ライン
１４２ａ 三方弁
１４２ｂ 三方弁
１４４ バルブ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】