JP2005281830A

JP2005281830A - 金属回収方法

Info

Publication number: JP2005281830A
Application number: JP2004101053A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakaguchi; 孝司坂口
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】産業排水や産業廃棄物などに含まれる貴金属などの有用金属或いは有害金属を低コストで効率よく回収することができる金属回収方法を提供すること。
【解決手段】金属が溶解した金属溶液に水素吸蔵合金を作用させることによって、前記水素吸蔵合金に吸蔵されている原子状水素で前記金属溶液中の金属を還元して、前記金属が不溶態化した不溶性金属物質を生成し、この不溶性金属物質を前記金属溶液から分離することで、前記金属溶液から前記金属を回収することとした。
【選択図】図１

Description

この発明は、金属含有物から金属を回収する方法に関するものである。

従来、産業排水や産業廃棄物などから貴金属などの有用金属、或いは有害金属を回収する方法としては、イオン交換樹脂や無機系イオン交換体などを利用する吸着法、微生物の生体機能を利用する生体濃縮法、化学系酸化還元剤を利用する酸化還元法、電気分解法、溶媒抽出法などの方法があった。これらの方法は、処理工程が複雑であったり、処理工程に長時間を要したり、或いは処理装置にコストを要したりして、低コストで効率よく金属元素を回収できるものではなかった。

これに対し、本願発明者は、微生物菌体や生体系物質を利用する金属の回収について種種の角度から研究を行ってきたが、その一連の研究過程で、細菌、微細藻類などの特定の微生物が特定の金属に対して強い還元能を示すことを見出した。これらの微生物は、例えば５価モリブデンを３価に、６価ウランを４価に、６価セレンを４価又は０価（金属状セレン）に、６価クロムを３価又は０価に還元する能力を持っている。従って、かかる生体還元反応をモデルとすれば、新たな金属の回収方法を創出できるものと考えられた。

水素により金属を還元して回収する方法としては、水素雰囲気中で処理環境を高温にして金属を還元し、その還元された金属を無機酸で抽出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公昭６２−５９０５７号公報

しかし、上述のように水素雰囲気中で処理環境を高温にして金属を還元する場合には、処理環境を高温条件とするために特殊な処理装置を用いなければならず、低コストで金属を回収することができなかった。しかも、金属を還元するまでに長時間を要し、効率よく金属を回収することができなかった。

そこで、本発明の金属回収方法では、金属が溶解した金属溶液に水素吸蔵合金を作用させることによって、前記水素吸蔵合金に吸蔵されている原子状水素で前記金属溶液中の金属を還元して、前記金属が不溶態化した不溶性金属物質を生成し、この不溶性金属物質を前記金属溶液から分離することで、前記金属溶液から前記金属を回収することとした。

また、本発明の金属回収方法は、以下の点にも特徴を有するものである。
（１）前記水素吸蔵合金を作用させながら、前記金属溶液を攪拌すること。
（２）前記金属溶液に界面活性剤を添加すること。
（３）前記金属溶液は、金属含有物中の金属を酸で溶解することによって生成すること。

請求項１記載の本発明によれば、金属が溶解した金属溶液に水素吸蔵合金を作用させることによって、前記水素吸蔵合金に吸蔵されている原子状水素で前記金属溶液中の金属を還元して、前記金属が不溶態化した不溶性金属物質を生成し、この不溶性金属物質を前記金属溶液から分離することで、前記金属溶液から前記金属を回収するので、複雑な処理工程を経ることなく簡単な操作で金属を分離回収することができ、低コストで効率よく金属を回収することができる。

請求項２記載の本発明によれば、前記水素吸蔵合金を作用させながら、前記金属溶液を攪拌するので、水素吸蔵合金から放出された水素と金属溶液中の金属との接触面積を増加させて金属の還元を促進することができ、より効率よく金属を回収することができる。

請求項３記載の本発明によれば、前記金属溶液に界面活性剤を添加するので、金属溶液中に泡沫を発生させて、水素吸蔵合金とイオン化した金属との接触面積を増加させることができ、より金属の還元を促進することができる。そのため、金属の回収効率をより向上させることができる。

請求項４記載の本発明によれば、前記金属溶液は、金属含有物中の金属を酸で溶解することによって生成するので、金属の溶解と、水素吸蔵合金が原子状水素を放出可能な電解質溶液の生成とを同時に行うことができ、処理工程を単純化してより効率よく金属を回収することができる。

本発明に係る金属回収方法は、金属が溶解した金属溶液に水素吸蔵合金を作用させることによって、前記水素吸蔵合金に吸蔵されている原子状水素で前記金属溶液中の金属を還元して、前記金属が不溶態化した不溶性金属物質を生成し、この不溶性金属物質を前記金属溶液から分離することで、前記金属溶液から前記金属を回収する方法である。

すなわち、産業排水や産業廃棄物などの金属含有物に含まれている金属を溶液中に溶解した状態とすることにより前記金属含有物中の金属をイオン化すると共に、このイオン化した金属を水素吸蔵合金が持っている原子状水素で還元し、不溶性金属物質である固体状の金属元素又は金属化合物として沈殿させて金属溶液から金属を分離・回収する方法である。

この金属回収方法は、微生物の金属元素に対する生体還元反応をモデルとしたものであり、本願発明者は、水素吸蔵合金が持っている原子状の水素が種々の金属元素を極めて効率的に還元できることを見出し、かかる水素吸蔵合金を用いることによって金属含有物からの金属の回収を可能とした。

上記水素吸蔵合金は、原子状水素を内蔵した金属であり、電解質溶液に接触させると微粒子状で高純度の原子状水素や分子状水素を放出する。従って、かかる水素吸蔵合金から連続的に噴射させた原子状水素や分子状水素を金属溶液中の金属と反応させることにより、同金属を極めて短時間に且つ効率的に還元させて、固体状の金属として回収することができる。特に、水素吸蔵合金からは原子状水素（発生期の水素）が放出されるので、かかる原子状水素の高い還元力によって効果的に金属を還元することができる。

なお、前記水素吸蔵合金は、回収対象となる金属に応じて複数種類あるものの中から適宜選択して使用することができ、例えばPd系合金、La系合金等を好適に使用することができる。

また、回収対象となる金属の種類も限られたものではなく、例えば、金（Au）、銀（Ag）、パラジウム（Pd）等の貴金属元素、ウラン（U）、モリブデン（Mo）などの有用金属元素を回収して、それらの金属元素を再資源化することも、セレン（Se）、クロム（Cr）などの有害金属元素を除去することもできる。

例えば、ウランは、廃水などの水溶液中では、通常、６価イオンとして溶存しており、水素吸蔵合金から発生する水素によって還元すれば、この６価イオンを水に不溶性の４価ウランとして沈殿させ、回収・除去することができる。

還元
Ｕ（６価）→Ｕ（４価）
水に不溶（沈殿）

また、セレンも、水素吸蔵合金から発生する水素によって６価セレン（セレン酸イオン）から４価セレン（亜セレン酸イオン）を経て０価セレン（元素状セレン）に還元し、沈殿物として回収・除去することができる。

還元
SeO₄ ^2- →SeO₃ ^2- →Se
セレン酸亜セレン酸元素状セレン（沈殿）

さらに、金属含有物中の金属を塩酸や硫酸や硝酸や王水やセレン酸などの各種酸で溶解することによって金属溶液を作れば、金属含有物の溶解と、水素吸蔵合金が原子状水素を放出可能な電解質溶液（金属溶液）の生成とを同時に行うことができ、処理工程を単純化してより効率よく金属を回収することができる。

このように、本発明に係る金属回収方法では、特別な処理装置を用いることなく、安価に入手可能な水素吸蔵合金を使用して金属を回収することができるので、金属含有物から低コストで金属を回収することができる。しかも、複雑な処理を行ったり、高温条件下のような特別な処理環境を整えたりする必要もなく、手間をかけることなく単純な操作で金属を回収することができる。

また、前記水素吸蔵合金に作用させながら金属溶液を攪拌して、水素吸蔵合金の表面から放出される水素を泡沫状に分散させれば、かかる水素と金属溶液中のイオン化した金属との接触面積を増加させて、金属の還元を促進することができ、より効率よく金属を還元及び回収することができる。

しかも、前記金属溶液に界面活性剤を添加すれば、金属溶液中に泡沫を発生させて、水素吸蔵合金とイオン化した金属との接触面積を増加させることができ、より金属の還元を促進することができる。そのため、金属の回収効率をより向上させることができる。なお、前記界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコール系化合物を好適に用いることができる。

また、還元により析出した不溶性金属物質と、水素吸蔵合金の使用残渣（Mgなど）との混合物となっている金属溶液中の沈殿物から目的金属を分離する方法としては、回収対象となる金属の種類に応じて既存の分離方法を適宜採用することができる。

例えばウランの場合は、還元されると不溶性金属物質として酸化ウランUO₂が析出してくるので、この酸化ウランの硝酸には溶けて硝酸ウラニルになり、その他の酸には溶けにくい性質を利用して、沈殿物に希塩酸を作用させてウランを分離回収すればよい。

また、金（３価）の場合は、水溶液（またはHCL溶液）中ではテトラクロロ金酸（III）イオンとして存在しており、還元されると不溶性金属物質として元素状の金（０価）が析出してくるので、金の希塩酸に溶解しない性質を利用して、沈殿物に希塩酸を作用させて金を分離回収すればよい。

一方、産業廃水中に溶存している金属イオン（ウラニルイオン、セレン酸イオン、６価クロムイオンなど）を水質汚濁防止の観点から除去する場合などは、単に金属溶液から目的金属を除去できればよく、上述のように沈殿物から目的金属を分離回収する必要が無い。従って、例えば、ウランの場合は、６価（水溶性）から４価（水に不溶）に還元（酸化数の減少）し、酸化ウラン（UO₂）の沈殿（不溶性金属物質）を作らせて金属溶液から除去すればよい。

以下、本発明の実施形態を図面に基づきより具体的に説明する。

［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態では、１０ppmの６価ウラン（UO₂ ²⁺）を含むウラン水溶液１０００mlを入れたシリンダー状容器に、水素吸蔵合金であるPd系合金又はLa系合金５０ｇを浸漬させて、ウランと水素貯蔵合金とを接触させると共に、固液接触効果を高める界面活性剤としてのポリエチレングリコール系化合物を少量添加し、シリンダー状容器内の溶液をマグネチックスターラーで約２４時間攪拌した。その後、シリンダー状容器内の溶液をさらに約２４〜４８時間静置したところ、水溶液中の６価ウランが４価ウランに還元されて、処理前には黄色であったウラン水溶液が無色となり、黒色の沈殿物である酸化ウラン（UO₂）が生成した。

このように、本実施形態では、水溶液中に溶解したイオン状のウランを水素吸蔵合金に吸蔵されている水素によって還元することにより、固体状のウランを沈殿させて水溶液から分離・回収することができた。

［実施形態２］
図２に示すように、本実施形態では、金、銀、パラジウムなどの貴金属を含有したＩＣ基板、メッキ部品、触媒、歯科補填物などの貴金属含有物を燃焼して有機物を除去すると共に、かかる燃焼処理後に残った貴金属を濃セレン酸に溶解して金属溶液を作った。この金属溶液に水素吸蔵金属であるPd系合金又はLa系合金を浸漬させて、貴金属に水素貯蔵合金を接触させると共に、界面活性剤であるポリエチレングリコール系化合物を少量添加し、約２４時間攪拌した後に、さらに約２４〜４８時間静置した。この間に、前記水素吸蔵合金に吸蔵されている水素によって、溶液中でセレン酸金やセレン酸銀やセレン酸パラジウムなどのセレン酸貴金属塩を還元した。

これにより、セレン酸貴金属塩は亜セレン酸貴金属塩となり、さらに還元が進んで元素状貴金属となって沈殿した。また同時に、セレン酸（SeO₄ ^2-）も還元されて亜セレン酸（SeO₃ ^2-）となり、さらに還元が進んで元素状セレン（Se）となって沈殿した。このように、貴金属とセレン酸とが同時に還元されて生成した元素状貴金属と元素状セレンとの混合物を燃焼し、セレンを気化させて除去し、元素状貴金属を取り出した。なお、本実施形態では、貴金属含有物から貴金属を取り出しているが、上記方法によれば、金などの貴金属を含む鉱物からも同様にセレン酸を使って貴金属を抽出することができる。

このように、本実施形態では、水素吸蔵合金の還元作用を利用して、貴金属含有製品から元素状の貴金属を分離・回収することができた。

本発明に係る金属回収方法の一実施形態を示す説明図である。本発明に係る金属回収方法の他の実施形態を示す説明図である。

Claims

金属が溶解した金属溶液に水素吸蔵合金を作用させることによって、前記水素吸蔵合金に吸蔵されている原子状水素で前記金属溶液中の金属を還元して、前記金属が不溶態化した不溶性金属物質を生成し、この不溶性金属物質を前記金属溶液から分離することで、前記金属溶液から前記金属を回収することを特徴とする金属回収方法。
前記水素吸蔵合金を作用させながら、前記金属溶液を攪拌することを特徴とする請求項１記載の金属回収方法。
前記金属溶液に界面活性剤を添加することを特徴とする請求項１又は２記載の金属回収方法。
前記金属溶液は、金属含有物中の金属を酸で溶解することによって生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属回収方法。