JP2006232580A - 難溶性硫酸複塩からの硫酸アルカリの再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用済み電池から希土類元素を回収する工程などで得られる希土類元素の難溶性硫酸複塩から、その中に固定されている硫酸アルカリを簡単な方法により溶液中に再生して回収する。
【解決手段】 難溶性硫酸複塩を炭酸アルカリの溶液と接触させた後、沈澱を濾別して、硫酸アルカリの溶液を回収する。炭酸アルカリ溶液は難溶性硫酸複塩に対して（難溶性硫酸複塩中の全ＳＯ_４の３／４に対して）１.０当量以上の炭酸アルカリを含むことが好ましく、使用する炭酸アルカリとしては炭酸ナトリウムが好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、使用済み蓄電池から希土類元素などの金属を回収する工程などで発生する難溶性硫酸複塩から、硫酸アルカリ、特に硫酸ナトリウムを再生する方法に関する。

従来から、希土類元素は、電池や磁石、あるいは蛍光体などをはじめ、多くの分野で使用されている。また、これらの廃棄物から希土類元素を回収することも行われており、一般的には廃棄物を破砕解体して選別し、酸で浸出して得られた溶液から希土類元素を分離回収する。その際、酸浸出液に硫酸ナトリウムなどの硫酸アルカリを添加して、希土類元素を硫酸複塩として沈殿分離する方法が知られている。

例えば、特表平１０−５１０８７８号公報には、希土類元素を含有する材料を硫酸などで浸出し、得られた溶液を水酸化ナトリウムで中和してｐＨ値を１.５〜２.０に上昇させ、希土類元素を難溶性の硫酸複塩として分離回収することが記載されている。また、特開平０９−８２３３９号公報には、使用済のニッケル・水素二次電池用を破砕・解砕・篩分し、回収された細粒部をナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属を含んだ硫酸溶液で溶解して、ニッケル及びコバルトを浸出する一方、希土類元素は難溶性硫酸複塩の沈殿物として回収することが記載されている。

上記した希土類元素の難溶性硫酸複塩の生成反応を下記反応式１に示す。
［反応式１］
ＲＥ_２(ＳＯ_４)_３＋Ｎａ_２ＳＯ_４＋ｘＨ_２Ｏ＝ＲＥ_２(ＳＯ_４)_３・Ｎａ_２ＳＯ_４・ｘＨ_２Ｏ
（式中、ＲＥは希土類元素を表す）

ところが、このような方法で希土類元素などの金属イオンを固定化して分離する場合には、上記に示した反応式１から分かるように、添加した硫酸アルカリ（例えばＮａ_２ＳＯ_４）は反応で生成する難溶性の硫酸複塩（例えばＲＥ_２(ＳＯ_４)_３・Ｎａ_２ＳＯ_４・ｘＨ_２Ｏ）に含有されてしまう。そのため、上記方法で希土類元素を分離回収する場合には、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ源として常に新しい硫酸アルカリを添加する必要があった。

一方、硫酸ナトリウムなどの硫酸アルカリは、製錬分野において広範に使用され、上記したように各種溶液から不純物を除去する際の薬剤として使用されるほか、めっき液や電解精製時に使用される電解液の成分調整剤としても用いられている。また、硫酸ナトリウムは、染色工業、ガラス、洗剤や温浴剤などの製造原料として幅広く使用されている基礎化学品である。

このような硫酸アルカリの製造方法としては、例えば硫酸ナトリウムは、苛性ソーダによる排煙脱硫や人絹製造などで副生する粗硫酸ナトリウム水溶液から種々の処理を経て、蒸発濃縮により硫酸ナトリウム結晶を晶析させて製造されている。また、硫曹鉱として自然界に存在するほか、重クロム酸ナトリウムや過塩素酸アンモニウムあるいは蟻酸の各製造工程の副産物としても製造されている。更に、ホウ酸の製造過程においても、ホウ酸と共に硫酸ナトリウムが副産物として回収される。

しかしながら、これらの方法によって得られる硫酸ナトリウムなどの硫酸アルカリは、決して安価なものではない。そのため、上記反応式１により回収された希土類元素の硫酸複塩のように、硫酸アルカリを含有する難溶性の硫酸複塩についても、その中に固定されている硫酸アルカリを再生して利用することが望まれている。しかし、このような難溶性の硫酸複塩から硫酸アルカリを簡単に再生回収する方法は、未だ提案されていない現状であった。

特表平１０−５１０８７８号公報 特開平０９−０８２３３９号公報

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、難溶性の硫酸複塩に含有される硫酸アルカリを簡単に再生回収する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する難溶性硫酸複塩からの硫酸アルカリの再生方法は、難溶性硫酸複塩を炭酸アルカリの溶液と接触させた後、沈澱を濾別して硫酸アルカリの溶液を回収することを特徴とする。

上記本発明の硫酸アルカリの再生方法においては、前記難溶性硫酸複塩が希土類元素の硫酸複塩であり、前記炭酸アルカリ溶液が該難溶性硫酸複塩中の全ＳＯ_４の３／４に対して１当量以上の炭酸アルカリを含むことが好ましい。

また、上記本発明の硫酸アルカリの再生方法では、前記炭酸アルカリは炭酸ナトリウムであることが好ましい。

本発明によれば、難溶性硫酸複塩を炭酸アルカリ溶液と接触させるという極めて簡単な方法により、難溶性硫酸複塩中に固定されている硫酸アルカリを溶液として再生することができる。従って、従来は利用できなかった難溶性硫酸複塩中の硫酸アルカリを再生して、例えば使用済み電池などから希土類元素を回収する工程などに再利用することができ、産業上極めて有用である。

本発明で使用する炭酸アルカリとしては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩を用いることができる。いずれの炭酸アルカリを使用するかは、難溶性硫酸複塩に含まれる金属イオンあるいは回収する硫酸アルカリの種類により決定できる。例えば、希土類元素を含む硫酸複塩から硫酸アルカリを回収する場合には、溶液の組成が硫酸ナトリウム単独系となる炭酸ナトリウムを使用するのが最も適している。

本発明によれば、難溶性硫酸複塩を炭酸アルカリ溶液と接触させることによって、硫酸複塩中の硫酸根（ＳＯ_４）と炭酸アルカリの炭酸根（ＣＯ_３）が互いに置換して、炭酸塩が沈澱すると同時に、難溶性硫酸複塩から硫酸アルカリが液中に溶解する。この炭酸アルカリによる難溶性硫酸複塩からの硫酸アルカリの再生反応を、希土類元素の難溶性硫酸複塩の場合を例に、下記反応式２に示す。

［反応式２］
ＲＥ_２(ＳＯ_４)_３・Ｎａ_２ＳＯ_４・ｘＨ_２Ｏ＋３Ａ_２ＣＯ_３＝ＲＥ_２(ＣＯ_３)_３＋Ｎａ_２ＳＯ_４＋３Ａ_２ＳＯ_４＋ｘＨ_２Ｏ
（式中、ＲＥは希土類元素を表し、Ａはアルカリ金属を表す）

上記反応による難溶性硫酸複塩からの硫酸アルカリの再生は、硫酸アルカリの添加量に応じて効率良く進行するが、難溶性硫酸複塩中のほぼ全ての硫酸アルカリを再生するためには難溶性硫酸複塩に対して（難溶性硫酸複塩中の全ＳＯ_４の３／４に対して）１.０当量以上の炭酸アルカリを添加することが好ましい。即ち、上記反応式２から分かるように、Ａ_２ＣＯ_３のＣＯ_３とＲＥ_２(ＳＯ_４)_３のＳＯ_４とが置換するので、難溶性硫酸複塩に対して（難溶性硫酸複塩中の全ＳＯ_４の３／４に対して）３倍モルの炭酸アルカリが１当量となる。

また、上記再生反応における温度は、特に限定されるものではなく、他の工程の操業温度に合わせることができ、一般的には１０〜６０℃の範囲が好ましい。反応時間も特に限定されるものではないが、上記再生反応は効率良く進行するため短時間でよく、通常は１時間以内で反応が終了する。

［実施例１］
希土類元素を含む硫酸溶液に硫酸ナトリウムを添加し、生成した澱物を濾別した。この澱物を分析したところ、希土類元素（ＲＥ）の硫酸複塩ＲＥ_２(ＳＯ_４)_３・Ｎａ_２ＳＯ_４・ｘＨ_２Ｏであり、その硫黄（Ｓ）品位は１９.６重量％であった。この硫酸複塩の澱物１０ｇを、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）４.９ｇ（１.０当量）を溶解させた溶液１００ｍｌ中に投入し、室温で１時間撹拌反応させた。

尚、上記硫酸複塩のＳ品位が１９.６重量％であるから、硫酸複塩１０ｇ中のＳは１.９６ｇ（１０ｇ×１９.６％）となり、これは０.０６１モルに相当する。そのうちＲＥと直接結合しているＳは、上記硫酸複塩の組成から全Ｓの３／４に相当するから、０.０４６モル（０.０６１モル×３／４）である。この０.０４６モルのＳと等量の炭酸アルカリが置換するので、反応に必要な１当量は炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）であれば４.９ｇ（０.０４６モル×１０６）となる。

上記炭酸ナトリウム溶液を添加したとき、液のｐＨは１０.７５となった。その後、反応液を濾過し、分離した沈澱を洗浄した。得られた沈澱を分析したところ、希土類元素の炭酸塩ＲＥ_２(ＣＯ_３)_３であり、Ｓ品位は０.３重量％であった。一方、回収された反応終液には８６ｇ／ｌの硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）が含まれていた。

［実施例２］
上記実施例１と同じ希土類元素の硫酸複塩の澱物１０ｇを、炭酸ナトリウム４.５ｇ（０.９２当量）を溶解させた溶液１００ｍｌ中に投入し、室温で１時間撹拌反応させた。このとき液のｐＨは９.２８となった。反応液を濾過して得られた沈澱は希土類元素の炭酸塩ＲＥ_２(ＣＯ_３)_３であり、Ｓ品位は１.１重量％であった。一方、回収された反応終液には８２ｇ／ｌの硫酸ナトリウムが含まれていた。

［実施例３］
上記実施例１と同じ希土類元素の硫酸複塩の澱物１０ｇを、炭酸ナトリウム８.８ｇ（１.８当量）を溶解させた溶液１００ｍｌ中に投入し、室温で１時間撹拌反応させた。このとき液のｐＨは１１.３５となった。反応液を濾過して得られた沈澱は希土類元素の炭酸塩ＲＥ_２(ＣＯ_３)_３であり、Ｓ品位は０.１重量％以下であった。一方、回収された反応終液には８７ｇ／ｌの硫酸ナトリウムが含まれていた。

上記した実施例１〜３について、炭酸ナトリウムの添加量、反応後に濾別した沈澱のＳ品位、回収した反応終液の硫酸ナトリウム濃度を、下記表１にまとめて示した。また、参考のために、原料として用いた硫酸複塩のＳ品位も併せて示した。

これらの結果から分かるように、希土類元素の硫酸複塩を炭酸アルカリ溶液で処理すれば、難溶性硫酸複塩中に固定されている硫酸ナトリウムを再生して、溶液中に回収することができる。特に、炭酸アルカリを硫酸複塩に対して（硫酸複塩中の全ＳＯ_４の３／４に対して）１.０当量以上含有する溶液中で処理すれば、硫酸ナトリウムを効率良く再生回収することができる。

［実施例４］
実施例１と同じ希土類元素の硫酸複塩の澱物１０ｇを、炭酸ナトリウム８.８ｇ（１.８当量）を溶解させた溶液１００ｍｌ中に投入し、６０℃に加熱して１時間撹拌反応させた。このとき液のｐＨは１１.４０となった。反応液を濾過して得られた沈澱は希土類元素の炭酸塩ＲＥ_２(ＣＯ_３)_３であり、Ｓ品位は０.１重量％以下であった。一方、回収された反応終液には８７ｇ／ｌの硫酸ナトリウムが含まれていた。

Claims (3)

1. 難溶性硫酸複塩に含まれる硫酸アルカリを再生する方法であって、難溶性硫酸複塩を炭酸アルカリ溶液と接触させた後、沈澱を濾別して硫酸アルカリの溶液を回収することを特徴とする硫酸アルカリの再生方法。
2. 前記難溶性硫酸複塩が希土類元素の硫酸複塩であり、前記炭酸アルカリ溶液が該難溶性硫酸複塩中の全ＳＯ_４の３／４に対して１当量以上の炭酸アルカリを含むことを特徴とする、請求項１に記載の硫酸アルカリの再生方法。
3. 前記炭酸アルカリが炭酸ナトリウムであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の硫酸アルカリの再生方法。