JP2006525107A - 物質を脱着する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属、非金属、並びにそれらの無機及び／又は有機化合物を含むターゲット物質の連続的向流脱着の方法及び装置に関するものであり、脱着法は２種類のモードに分類される：即ち（Ｉ）脱着及び（ＩＩ）再吸着。モード（Ｉ）では、新しい脱着溶液を用いて、収着保持した樹脂からターゲット物質の脱着が起きる。モード（Ｉ）に従えば、収着保持した樹脂が、チャンバー内を上方に移動する。モード（ＩＩ）に従えば、不純物が樹脂から脱着され、溶液中のターゲット物質を再吸着できる。モード（ＩＩ）では、樹脂が別のチャンバー内を下方に移動する。本発明を用いて、濃縮された溶出液が製造可能となり、これは、化学単体及び／又はそれらの複合物の直接的経済的回収に適している。本発明の装置は、パイプ−イン−パイプ構造又はＵ字形状構造を用いることを特徴とする脱着及び再吸着領域を含む。

Description

本発明は、収着保持した（ｌｏａｄｅｄ）イオン交換樹脂から物質を脱着する方法及び装置に関係する。

このイオン交換樹脂は、銅、ニッケル及びコバルトなどの非鉄金属、金及び銀などの貴金属、並びにモリブデン及びタングステンなどの耐火金属を含むターゲット物質を収着保持することができる任意の適切な樹脂である。また、この交換樹脂は、任意のその他の金属、非金属、有機物質、非有機物質、及びそれらの混合物にも適している。

現在、樹脂から物質を脱着するために使用することができる選択幅の広い技術が存在する。幾つかの技術が、特定の用途に対してその他のものより適しているので、高脱着速度及びコスト効果を達成するためには、最も適切な技術を選択することが重要な因子となる。

樹脂から物質を脱着するための一般的な脱着方法は、バッチ又は連続操作として実施することができ、この操作はいわゆる固定層（ｂｅｄ）又は移動層のいずれかを備えた方法を実施するための装置と通常一致する。

現在は、固定層を備えた装置が、産業界で最も広く使用される装置である。例えば、「イオン交換システムの種類」と題するＡｂｒａｍｓ Ｉ．Ｍ．のテキスト（Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ ｆｏｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ、監修者Ｃ．Ｃａｌｍｏｎ及びＨ．Ｇｏｌｄ、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ、第１巻、７１〜８５０頁、１９７９年）は、固定層装置商品が２５年を超えて稼動されており、かつ現在でも、南カルフォルニアの都市圏水道公社（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ）で１，５００メガリットル／日の水の軟水化に使用されていると報じている。

「装置の運転及と設計」と題するＳａｌｅｍ Ｅ．のテキスト（Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ ｆｏｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ、監修者Ｃ．Ｃａｌｍｏｎ及びＨ．Ｇｏｌｄ、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ、第１巻、８７〜１００頁、１９７９年）は、多くの固定層装置の脱着サイクルが、先ず十分に収着保持した又は飽和した樹脂の層を逆洗すること、層を沈降させること、層に脱着溶液を供給すること、脱着溶液を移動（又は低速洗浄）すること、及び最後に、樹脂を洗浄した後に、層に貴液を再供給することを含むことを述べている。

逆洗段階は、樹脂層内に蓄積された懸濁粒子を除去し、かつ収着段階で形成される恐れがあるチャネルを除去する。また、逆洗は、懸濁粒子とイオン交換樹脂間に形成された凝集物の破壊に役立っている。

沈降段階は、逆洗段階に続いて行われ、層を通る流体のチャネル化を避けるために重要である。

脱着は、脱着溶液を層に通過させて、樹脂を所望の形態に転化することにより完成する。適切な容積の脱着溶液を樹脂と接触させた後、層から脱着溶液の移動を行う。

通常、脱イオン処理水による樹脂の洗浄を行ない、層から脱着溶液の最終残渣を除去する。

洗浄段階が完了した時、収着段階で樹脂に収着されるターゲット物質を含有する液体相は、カラムが並流（ｃｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ）に操作されている時にカラム頭部に入るか、又はカラムが向流に操作されている時にカラム底部に入る。

米国特許第４，４１２，８６６号は、バッチ式固定層法の改良について述べており、特に、模擬移動層に関するものであり、そこでは分離した領域が明確化され、その各々が１個又は複数の個別の槽を含む。これらの領域は、工程の機能；典型的には収着、移動、脱着及び洗浄に対応している。槽と直列に接続されたブスターポンプが、各領域に対して所望の圧力ヘッドを維持する。各領域の機能は順々に交替し、その順序はその領域を通り循環する流体のループ中の隣接する相間で先端の移動に対応してタイミングを取っている。

吸着／脱着法の別の種類は、連続法である。一般論として、吸着／脱着法は、
収着、洗浄及び脱着が同時に行われ、かつ製品流が中断されない場合に、連続法として分類される。樹脂の移動層を用いることが連続操作を可能にし、かつ主な特長は高処理効率である。

バッチ法の場合と同じように、連続法は並流又は向流のいずれでも操作することができる。

連続と記載されている全ての方法が真に連続法であるとは限らない。真の連続法は、樹脂又は液体流動のいずれでも中断されることなく機能する。半連続法は、しばしば、イオン交換吸着が起きる短い滞留時間（即ち運転モード）の後に、樹脂層が移動する時間（移動モード）が続くことを特徴とする。しかし、両モードのための時間が極めて短いので、この方法は実質的に連続法として挙動する。１００を超える半連続法が知られているが、僅かに約６種の方法が、真に工業的意義をもっている。

我々の理解として、この種類の最も広く知られた方法は、いわゆるヒギンスループである（「連続的イオン交換のための固体‐液体向流接触器」と題するＨｉｇｇｉｎｓ，Ｉ．Ｒ．及びＲｏｂｅｒｔ，Ｉ．Ｔ．のテキスト（Ｅｎｇ Ｐｒｏｇ． Ｓｙｍｐ．Ｓｅｒ．５０、８７〜９４頁、１９５０年）に記載がある）。ヒギンスループは、固体イオン交換樹脂を用いて、イオン性成分の液体相を分離するための連続的向流イオン交換法である。

ヒギンスループは、イオン交換樹脂の充填層を含む垂直型円筒容器を含み、この容器は、バタフライ又はループバルブにより４つの機能領域に分割されている。これらの機能領域、即ち吸着、脱着、逆洗及び脈動は、４つの個別容器のように機能する。

ヒギンスループは、収着領域の液体を樹脂で処理するが、一方同時に、イオンが脱着領域で収着保持した樹脂から除去される。小部分の樹脂が、断続的にそれぞれの領域から除去され、それらの領域の反対端でストリップド（ｓｔｒｉｐｐｅｄ）樹脂又は収着保持樹脂で置換される。これは、ループを通って樹脂の脈動により水力を用いて行われる。したがって、液体と樹脂を向流で接触させる連続法である。

本発明の一つの目的は、濃縮された溶出液流を製造できる、樹脂上に収着された物質を脱着するための代替の方法及び装置を提供することである。

本発明に従って、収着した不純物及びターゲット物質を保持するイオン交換樹脂から物質を脱着する装置であって、使用時に、樹脂が第一のチャンバーに供給され、第一のチャンバーから第二のチャンバーに移送され、かつ脱着溶液が第二のチャンバーに供給され、第二のチャンバーから第一のチャンバーに移送されるように作製されている第一及び第二のチャンバーを含む装置であって、
ｉ）ターゲット物質より樹脂に対する親和性が小さい不純物を樹脂から脱着することができ、脱着溶液からターゲット物質を樹脂上に収着することができ、それにより、高濃度の不純物及び比較的低濃度のターゲット物質を含む不純物流を第一のチャンバーから放出することができる条件を作り出し、かつ
ｉｉ）第二のチャンバー内で樹脂からターゲット物質を脱着することができ、かつ低濃度の不純物及び比較的高濃度のターゲット物質を含む濃厚流を第一及び／又は第二のチャンバーの下部領域から放出することができる条件を作り出す装置が提供される。

加えて、この装置を使用する時、樹脂が第一のチャンバー内で下方に、第二のチャンバー内で上方に流動し、かつ脱着溶液が前記２つのチャンバー内で樹脂の流動方向に対して向流に流動することが好ましい。

不純物流が、第一のチャンバーの上部領域から放出されることがより好ましい。

第一及び第二のチャンバーが流体でつながるように連結され、脱着溶液を第二のチャンバーから第一のチャンバーへ移送することができることが好ましい。

また、本発明に従って、収着保持したイオン交換樹脂から物質を脱着する装置であって、
使用時、樹脂が第一のチャンバー内で下方に、第二のチャンバー内で上方に移動することができ、かつ脱着溶液が樹脂に対して向流に流動することができるように作製されている第一及び第二のチャンバー、
収着保持した樹脂を第一のチャンバーに、脱着溶液を第二のチャンバーにそれぞれ供給するための第一及び第二の入口、及び装置から液体を、第二のチャンバーからストリップド樹脂をそれぞれ放出するための第一及び第二の出口、及び
第一のチャンバーから第二のチャンバーへ樹脂の移動を容易にし、かつ第二のチャンバー内で樹脂を上方に移送するための手段を含む装置であって、
使用時、比較的高濃度の不純物及び低濃度のターゲット物質を含有する脱着溶液の第一流を、第一の出口から放出することができ、比較的高濃度のターゲット物質及び低濃度の不純物を含有する脱着溶液の第二流を、第一の出口を経由して第一及び／又は第二のチャンバーの下部領域から放出するか、及び／又は第二のチャンバーから第一のチャンバーへ通過する脱着溶液から採取することができ、かつストリップド樹脂を第二のチャンバーの第二の出口から放出することができる装置が提供される。

本発明により提供される特長は、下記のものを含む：
（ｉｉ）ターゲット物質より樹脂に対する親和性が小さい不純物を樹脂から脱着し、その後、ターゲット物質及び高濃度の不純物を含有する脱着溶液の第一流を、脱着溶液が最初に樹脂と接触する第一のチャンバーから放出することができる；
（ｉｉｉ）樹脂から不純物の脱着に基づいて、ターゲット物質を吸収する樹脂の能力が向上し、これにより第一のチャンバーに、ターゲット物質を樹脂に再吸着させる領域を備えることができる；
（ｉｖ）樹脂から脱着されたターゲット物質が脱着溶液に流入し、それにより溶液の密度を高めるので、重力下でチャンバー内に沈降し易くなり、かつ比較的高濃度のターゲット物質及び低濃度の不純物を含有する脱着溶液の第二流を装置の下部領域から放出し易くする。

樹脂からの不純物の脱着が第一のチャンバーの上部領域で起こり、それにより更にターゲット物質を上部領域で樹脂に収着させることが好ましい。換言すれば、上部領域が再吸着領域を形成する。

第二のチャンバー内の液体ヘッドが第一のチャンバー内で脱着溶液を上方へ流動させるように、第一及び第二のチャンバーが流体でつながるように連結されていることが好ましい。

脱着溶液が第二のチャンバーに供給される結果として、脱着溶液の流動の主たる方向が第二のチャンバーから第一のチャンバーに向かうことが理解できるであろう。また、第一のチャンバー内の脱着溶液のネットの上方への流動が、脱着溶液の第一流が第一のチャンバーから放出される速度と実質的に同等になることを理解できるであろう。

脱着溶液の第一流を放出するための第一の出口が、第一のチャンバーの上部領域に存在することが好ましい。この好ましい特徴により提供される利点は、先ず脱着溶液が第一のチャンバーの上部領域で樹脂と接触し、かつターゲット物質より樹脂に対して親和性が小さい不純物が第一のチャンバーの上端から取り出されることである。

ストリップド樹脂を放出するための第二の出口が、第二のチャンバーの上部領域に配置されていることが好ましい。この好ましい観点により提供される利点は、樹脂が第二のチャンバー内を上方へ移動する時に、樹脂がより低濃度のターゲット物質を含有する脱着溶液に漸次暴露され、かつそれにより第二のチャンバー内の樹脂からターゲット物質を脱着するためのより大きいポテンシャルを作り出し、その後に樹脂が装置から放出されることである。

装置から放出される前に、中間のチャンバーにストリップド樹脂を移送するための第二の出口から通路が下方に伸びていることが好ましい。

樹脂及び脱着溶液を第一及び第二のチャンバーにそれぞれ供給するための第一及び第二の入口が、２つのチャンバーの上部領域に配置されることが好ましい。

この装置が、第二のチャンバーから樹脂を除去する速度を制御するための制御手段を有することが好ましい。使用時、この制御手段が、第一のチャンバーの脱着溶液の液体レベルを測定して、樹脂が第二のチャンバーから除去される速度を制御する。

第二のチャンバーが、ターゲット物質の濃縮溶液を第二のチャンバーに供給するための別の入口を有することが好ましい。濃縮溶液を第二のチャンバーに添加することが、脱着溶液の第二流（即ち溶出液流）内のターゲット物質の濃度を更に高め、かつ第二流内の不純物濃度を減少させることを我々は見出した。

本発明の２つの実施形態の好ましい特徴が、ここに述べられるであろう。

第一及び第二のチャンバーが、第一のチャンバーから第二のチャンバーに伸びる通路により連結され、この通路がチャンバー間に樹脂及び脱着溶液を移送するために適合していることが好ましい。

本発明の一実施形態によれば、第一及び第二のチャンバーが、基部及び二つのアームを有するＵ字形状で相互連結され、それにより第一及び第二のチャンバーがＵ字形状のアームを形成し、基部が通路となることがまた好ましい。

高濃度の脱着物質を含有する脱着溶液の第二流を、第一と第二のチャンバー間に伸びる通路から放出することが好ましい。第一及び第二のチャンバーが、Ｕ字形状で相互連結されている場合、高濃度のターゲット物質を含有する脱着溶液の第二流がＵ字形の基部から放出される。

本発明の別の実施形態によれば、チャンバーの一つが他のチャンバー内に配置されるように、第一及び第二のチャンバーを配置することが好ましい。

第二のチャンバーを第一のチャンバー内に同心円状に配置することがより好ましい。

第二のチャンバーが第一のチャンバー内に配置される時、第一のチャンバーが下向きの開口部を備え、それにより第二のチャンバーからの脱着溶液が、第二のチャンバー内へ流動することができ、かつ第二のチャンバーからの樹脂が開口部を通過して第一のチャンバー内へ入り、そこで上方へ移動させられることが好ましい。

脱着溶液の第二流が、第二のチャンバーの開口部より低い位置で第一のチャンバーから放出されることが好ましい。

高濃度のターゲット物質を含有する脱着溶液の第二流を放出するために、第一のチャンバーの底部壁面が出口に向かって傾斜していることが好ましい。

本発明によれば、不純物及びターゲット物質を収着保持するイオン交換樹脂から物質を脱着する方法であって、第一および第二のチャンバーを備えた装置でイオン交換樹脂を処理することを含む方法であって、
（ａ）不純物よりも樹脂に対してより親和性をもつターゲット物質を脱着溶液から樹脂上に収着することができるように、脱着溶液を用いて第一のチャンバー内で樹脂から不純物を脱着し、かつそれにより高濃度の不純物及び低濃度のターゲット物質を含有する流を第一のチャンバーから放出することができる条件を作り出すステップ、及び
（ｂ）第二のチャンバー内で脱着溶液を用いてステップ（ａ）に従い処理した樹脂からターゲット物質を脱着し、かつそれにより高濃度のターゲット物質及び低濃度の不純物を含有する流を装置から放出することができる条件を作り出すステップを含む方法が提供される。

本発明によれば、また、流体でつながるように連結された第一及び第二のチャンバーを備えた装置内で樹脂から物質を脱着する方法であって、
（ａ）ターゲット物質及び不純物を収着保持した樹脂を第一のチャンバーに供給し、かつ樹脂がその中を下方に移動するステップ、
（ｂ）樹脂を第一のチャンバーから第二のチャンバーに移送し、かつ樹脂をその中で上方に移動させるステップ、
（ｃ）脱着溶液が第二のチャンバーで下方に流動し、第一のチャンバーでは樹脂に対して向流となるように上方に流動するように、第二のチャンバーに脱着溶液を供給するステップ、
（ｄ）ストリップド樹脂を第二のチャンバーから放出するステップ、
（ｅ）第一のチャンバーから高濃度の不純物及び低濃度のターゲット物質を含有する脱着溶液の第一流を放出するステップ、及び
（ｆ）第一及び／又は第二のチャンバーの下部領域から、及び／又はチャンバー間を移送されている溶液から、比較的高濃度のターゲット物質及び比較的低濃度の不純物を含有する脱着溶液の第二流を放出するステップを含む方法が提供される。

（ａ）から（ｆ）の任意の２つ以上のステップを同時に実施することが好ましい。

樹脂が第一のチャンバー内で脱着溶液と接触する時、ターゲット物質の脱着前に、不純物が樹脂から脱着し易いように、樹脂上の不純物が、ターゲット物質より樹脂に対し小さい親和性を有することが好ましい。

樹脂からの不純物の脱着が第一のチャンバーの上部領域で起こり、それにより更にターゲット物質を上部領域で樹脂に収着させることが好ましい。

ステップ（ｅ）で放出する第一流を、第一のチャンバーの上部領域から放出することが更に好ましい。

樹脂から脱着され、溶液に溶解されたターゲット物質が、溶液の密度を高め、かつこれが高濃度のターゲット溶液を含有する溶液の部分を、重力下で第一及び第二のチャンバーの下部領域に向けて沈降させることが好ましい。

ステップ（ｆ）で放出する第二流を、チャンバー間を移送される溶液から又は第一及び／又は第二のチャンバーの下部領域から放出することが好ましい。

ステップ（ｄ）で樹脂を放出する速度を、第一のチャンバー内の液体レベルにより制御することが好ましい。

ステップ（ｄ）で放出する樹脂を、第二のチャンバーの上部領域から放出することが好ましい。

また、この方法がターゲット物質の濃縮溶液を第二のチャンバーに供給することを含むことが好ましい。濃縮溶液の溶液を第二のチャンバーに添加することが、脱着溶液の第二流（即ち、溶出液流）中のターゲット物質の濃度を高め、かつ第二流中の不純物の濃度を低減することを我々は見出した。

濃縮溶液の温度が約６０から１００℃の範囲であることが好ましい。

追加の溶液を、第二のチャンバーの上部及び下部領域の間の位置で、第二のチャンバーに供給することが好ましい。

また、本発明の方法は、上記の装置の特徴の任意の一つを含むことができる。

ここで、本発明の二つの好ましい実施形態を、添付の図面を参照して説明するであろう。

図１は、本発明の実施形態に従い、樹脂から物質を脱着するための装置を説明し、この装置は二つのチャンバーを含み、一つのチャンバーは別のチャンバー内に配置される。

図２及び３は、付加された特徴を有する図１に示した実施形態を説明する。

図４は、代替の実施形態に従い、物質を吸着するための装置を説明するもので、この装置は、Ｕ字形状に相互連結された二つのチャンバーを含む。

図５及び６は、付加された特徴を有する図４に示した実施形態を説明する。

二つの好ましい実施形態は、共通する多くの特徴を有し、できる限り二つの実施形態上の同一の又は類似の特徴を特定するために、同一の参照番号を用いた。

図１で説明する好ましい実施形態は、二つのチャンバーを有する装置を含み、内側のチャンバー１を、外側のチャンバー２内に同心円的に配置している。

内側チャンバー１は、脱着溶液を内側チャンバーに供給するための入口バルブ１４及びストリップド樹脂のための出口を備える。ストリップド樹脂を中間タンク７に供給する導管が出口から伸びている。内側チャンバー１の底部端が、下向きの開口部を備えており、それにより、矢印で示す方向に、脱着溶液が、内側チャンバー１内で下方に流動し、かつ外側チャンバー２内を上方に流動する。

内側チャンバー１内の脱着溶液の液体ヘッドが、脱着溶液を外側チャンバー２内で上方に流動させる。

外側チャンバー２は、飽和した樹脂を外側チャンバー２に供給するための樹脂の入口又は栓５を備えている。外側チャンバー２内の樹脂は、脱着溶液に対して向流となるように実線で示す矢印の方向に下方に移動する。また、樹脂は、内側チャンバー１の開口部を通って押し進められ、かつ脱着溶液に対して向流となるように実線で示す矢印の方向に、内側チャンバー１内を上方に押し進められる。

使用時、収着保持した樹脂が栓５から入り、外側チャンバー２の上部で収着保持樹脂と接触する。先ず、ターゲット物質より樹脂に対して小さい親和力を有する不純物が、樹脂から脱着される。その結果、高濃度の不純物を含有する脱着溶液流が、吐出ドレン３を経て放出される。

樹脂からの不純物の脱着に応じて、ターゲット物質を収着するための樹脂の能力を高めることができるので、不純物が脱着される外側チャンバー１の上部領域は、樹脂上にターゲット物質を再吸着するための再吸着領域を形成することができる。通常、第一のチャンバー１の上部領域に形成される再吸着領域は、吐出ドレン３を経て放出される脱着溶液流のターゲット物質の濃度を低く維持する。

収着保持した樹脂は、再吸着領域を通過して下方に移動し、内側チャンバー１に入り、この装置の脱着領域で、ターゲット物質を脱着する。

樹脂は、樹脂脈動などの任意の適切な手段を用いることにより、内側チャンバー１及び外側チャンバー２に沿って移動する。図１から３に示した実施形態の場合、樹脂脈動は、装置から樹脂を放出するためにバルブ１３を開き、脱着溶液の供給を中断するようにバルブ１４を閉じ、かつ再吸着領域の上部に配置された栓６を経てカラム中に空気をポンプ輸送することにより行われる。

この装置の外側チャンバー２内の脱着溶液のレベルを測定する電極９及び１０は、装置から樹脂を除去する速度を制御する。チャンバー１及び２内の樹脂の移動は、樹脂の特性、ターゲット物質及び脱着工程の条件に応じて、０．５から３．０時間ごとに周期的に起こり、約０．５〜２．０分間継続する可能性がある。

脱着溶液を栓４及びバルブ１４を経て内側チャンバー１にポンプ輸送する。脱着溶液は、それが脱着領域１を経て下方へ、装置の底部に移動する間に、過飽和樹脂からターゲット物質を奪う。高濃度のターゲット物質及び低濃度の不純物を含有する脱着溶液流は、パイプ８を経て装置の底部から放出される。装置の底部からの溶液の流動は、バルブ１５を用いて調整される。

溶液を放出する時、装置底部に配置されたスクリーン１１は、外側チャンバー２中の樹脂を保持する。

図２及び３は、ターゲット物質の濃縮溶液を内側チャンバー１の中央に供給するための入口１２を有する、図１に示す装置を説明する。内側チャンバー１への濃縮溶液の添加が不純物濃度を低減させ、バルブ１５を通って装置から放出されるターゲット物質の濃度を高めることを我々は見出した。

図３は、樹脂から脱着溶液への物質の脱着をし易くするために、入口１２及びバルブ１４を経て内側チャンバー１に供給される脱着溶液を予熱する熱交換手段を備えた装置を説明する。６０℃から１００℃の範囲の温度に脱着溶液を加熱することが好ましい。

また、この装置は、チャンバー１及び２内の脱着溶液の温度を維持するために外部断熱材を含む。

図４は、チャンバー１及び２をＵ字形状に相互連結した代替の実施形態を説明する。特に、両チャンバーは、チャンバーを相互連結する水平な通路の各反対端から上方に伸びている。通路の直径は、上記の脈動技術を用いてチャンバー２からチャンバー１へ樹脂を移送できるように、チャンバー１及び２の直径と実質的に同一である。

また、通路は、チャンバー１の脱着溶液の液体ヘッドが、脱着溶液を外側チャンバー２内で上方に流動するように、チャンバー１と２間で流体のつながりを与える。

更に、図４から６に示す実施形態は、図１から３に示す実施形態と同じ特徴を有し、同様に操作することができる。両実施形態では、同じ参照番号が使用され、同一の特徴を示す。

本発明の実施形態が、樹脂及び脱着溶液が連続的に、かつ向流に流動するよう操作可能であることが考察される。しかし、脱着溶液の流動及び樹脂の移動が断続的であり、一般的な言い方では、樹脂が脱着装置中を断続的に移動する連続脱着法の一つであることを当業者は理解するであろう。特に、脱着装置内の樹脂の移動は、通常、樹脂が断続的に層に沿って移動し、それにより樹脂のスラグが層の端部から放出され、残りの樹脂が層に沿う方向に移動することを含む。

以下の実施例を参考にして本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

この実施例は、銅電気メッキ施設の排水流の処理時に飽和された樹脂からの銅の脱着を説明する。実施例は、図４に示したような装置設計を用いて実施した。

洗浄液の銅濃度は約５０〜８０ｐｐｍであり、樹脂の収着保持能力は２８〜３２ｇ／Ｌに達した。

脱着実験は、図４に示した実施形態に従って、１５０Ｌのプラスッチク製Ｕ字形状カラム内で実施した。収着保持した樹脂が、カラムの蓋上に配置された栓５を経てカラムに入った。脱着後、十分にストリップされた樹脂を、移送パイプ及び中間タンク７を通してカラムから１時間ごとの基準で除去した。樹脂は、２０Ｌ／時間の速度でカラムを通過した。

脱着溶液として硫酸の７％溶液を用いた。脱着溶液流を、開放位置にしたバルブ１４付の栓４を経て、カラムの脱着領域の頭部に約２２Ｌ／時間の速度でポンプ輸送した。

廃液流を、１１．５Ｌ／時間〜１２．５Ｌ／時間の速度でドレン３を経て除去した。廃液流中の銅濃度は２００ｐｐｍ未満であり、洗浄水とともに収着段階に戻した。

溶出液流をスクリーン１１及びパイプ８を通してカラムの底部から集めた。溶出液を、バルブ１５を用いて９．５Ｌ／時間〜１０．５Ｌ／時間の速度で放出した。銅濃度が、溶出液流中で６０ｇ／Ｌに達し、これは硫酸銅（ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏ）（結晶硫酸銅）の溶解度の最大値に極めて近かった。この溶出液流は、分析的に及び経済的に、銅電気採取法又は硫酸第二銅沈殿法などのよく知られた方法を用いた直接的銅回収に適している。

上記の実施例により作成した溶出液流を銅電気メッキ浴で直接使用することが可能であり、銅を含有する洗浄廃水を銅電気メッキ施設の製造系統に戻すことができることが考察される。また、処理水を銅電気メッキ施設の水系に戻すことができることが考察される。

この実施例は、高圧ラテライト抽出スラリーからニッケルを収着回収する時に、収着保持した樹脂からニッケルの脱着を説明する。この実施例は、図４に示す装置を用いて実施した。

収着保持した樹脂の元素分析を表２．１に示す。

この脱着装置は、容積７５０ｍＬのＵ字形状のプラスチック製実験用カラムから構成されていた。樹脂は、１００ｍＬ／時間の速度でカラムを流動した。

脱着溶液として、塩酸の１０％溶液を用いた。この溶液を、栓４及びバルブ１４を経てカラムにポンプ輸送し、約１６０ｍＬ／時間の速度で脱着領域及び再吸着領域を通して流動させた。脱着溶液流を次の２つの不均等な部分に分割した：（ｉ）廃溶液流であって、脱着後に約１００ｍＬ／時間の量でドレン３から回収され、かつ貴抽出スラリーとともに収着段階に注入された流、
（ｉｉ）得られた溶出液流であって、パイプ１５及び部分開放バルブ８を経て６０ｍＬ／時間の量でカラム底部から回収された流。溶出液流及び廃溶液流に対する元素分析を表２．１に表す。

表２．１
出発製品及び得られた製品の元素分析結果

実施例の結果は、溶出液中のニッケル濃度が、貴樹脂の収着保持能力より約６０％大きいと評価する、約６０ｇ／Ｌであったことを示す。また、不純物の大部分、例えばマグネシウム及びマンガンが、出口３を経て放出された廃溶液中に放出されるので、その結果として、この高濃縮溶出液がニッケルの電解採取回収に適していることが注目される。

この実施例は、野積み浸出液から銅収着回収時に予め収着保持させた、飽和樹脂からの銅の脱着を説明する。銅濃度は２ｇ／Ｌから６ｇ／Ｌの間であった。

この銅の実験に関係して、樹脂の収着保持能力は５５〜６４ｇ／Ｌであった。この実験で、樹脂は、約１００ｍＬ／時間の速度で脱着カラム中を流動した。

脱着実験は、図６に示した装置に従って、７５０ｍＬのホウケイ酸ガラスカラム中で行った。Ｕ字形状のカラムをよく断熱してカラム内の温度を６０〜７０℃に維持した。

脱着溶液の入口４に電気ヒーターを用いることにより、６０〜７０℃に予熱した硫酸の１０％溶液を脱着溶液として用いた。脱着溶液の流動速度を約７５ｍＬ／時間に維持した。

加えて、硫酸銅が沈殿後、予熱した母液を、約８５ｍＬ／時間の処理量で入口チューブ１２を通ってチャンバー１の中央部にポンプ輸送した。この母液中で、銅濃度は約４５ｇ／Ｌであった。

廃液流を、〜６０ｍＬ／時間の速度でチャンバー２から、ドレン３を通って除去した。銅濃度は１００ｐｐｍ未満であった。この廃溶液は、銅野積み浸出法で再使用することができる。

飽和された溶出液流を、パイプ８及び調節バルブ１５を経て、１００ｍＬ／時間の速度で装置の底部から収集した。銅濃度は約１００ｇ／Ｌ、温度は〜６５℃であった。

連続的に攪拌して溶出液流を２０℃に冷却し、溶出液流１Ｌ当たり約２３４ｇの硫酸銅の結晶が沈殿した。硫酸銅の結晶をろ過した後、約４５ｇ／Ｌの銅濃度を有する母液を〜７０℃に加熱し、入口チューブ１２に供給して再利用した。

この実施例は、モリブデン含有溶液からの吸着の際に飽和された収着保持した樹脂から、モリブデンを脱着することを説明する。これらの溶液のモリブデン濃度は〜１ｇ／Ｌであり、樹脂の平衡収着保持能力は約１００ｇ／Ｌであった。

脱着実験は、図１に示した装置に従って、３０Ｌのカラムで行った。収着保持された樹脂を、栓５を経てカラムの外側チャンバー２内に配置した。この実験中、樹脂の流動速度は、〜３Ｌ／時間を維持した。

１０％のアンモニア溶液を脱着溶液として用いた。この溶液を、開放位置のバルブ１４付の栓４を経て、カラムの内側チャンバー１にポンプ輸送した。処理量は４Ｌ／時間を維持した。

２００ｐｐｍ未満のモリブデン濃度を有する廃溶液流を、ドレン３から約２Ｌ／時間の速度で回収し、貴溶液とともに収着段階に戻した。

飽和された溶出液流を、スクリーン１１及びパイプ８を通してカラム底部から回収した。回収溶出液量を、バルブ１５を用いて調節した。溶出液流のモリブデン濃度は、〜１５０ｇ／Ｌであり、主な不純物の濃度は無視できた。この溶液は、化学薬品等級のパラモリブデン酸アンモニウムの経済的回収に適している。

この実施例は、約４２ｇ／Ｌのニッケル収着保持能力を有する飽和された樹脂からニッケルを脱着する方法を説明する。大気下ラテライト抽出スラリーから収着ニッケルを回収するに際して、樹脂を収着保持させた。

脱着装置は、図３に示した実施形態に従い、７５０ｍＬのカラムから構成した。収着保持樹脂を、栓５を通してカラムに投入した。この実験中、樹脂流の速度を、〜１００ｍＬ／時間に維持した。

硫酸の１０％溶液を脱着溶液として用いた。脱着溶液の全量をぜん動ポンプで規制し、〜７５ｍＬ／時間の速度に維持した。脱着溶液を、栓４及びバルブ１４を経て、カラムの脱着領域の上部にポンプ輸送した。

ニッケル電気採取工程後の溶液は、４３ｇ／Ｌを含有し、この溶液を〜８５ｍＬ／時間の速度でドレン１２を通してカラムの脱着領域の中央部にポンプ輸送した。

廃溶液流（約６０ｍＬ／時間）を、ドレン３を経て、カラムから除去した。この溶液は、約２００ｐｐｍのニッケルを含有し、抽出工程に再利用することができる。

溶出液流を、約１００ｍＬ／時間の速度で、バルブ１５及びパイプ８を通してカラムの底部から回収した。この溶出液流は、約８５ｇ／Ｌのニッケルを含有した。この溶液は、ニッケルの電気採取法に利用することができる。

同心円上に配置された二つのチャンバーをもつ、樹脂から物質を脱着するための装置の説明図である。 付加された特徴を有する図１に示した装置の説明図である。 付加された特徴を有する図１に示した装置の説明図である。 Ｕ字形状に相互連結された二つのチャンバーをもつ、樹脂から物質を脱着するための装置の説明図である。 付加された特徴を有する図４に示した装置の説明図である。 付加された特徴を有する図４に示した装置の説明図である。

Claims (41)

1. 収着した不純物及びターゲット物質を保持するイオン交換樹脂から物質を脱着する装置であって、使用時に、樹脂が第一のチャンバーに供給され、第一のチャンバーから第二のチャンバーに移送され、かつ脱着溶液が第二のチャンバーに供給され、第二のチャンバーから第一のチャンバーに移送されるように作製されている第一及び第二のチャンバーを含む装置であって、
   ｉ）ターゲット物質より樹脂に対する親和性が小さい不純物を樹脂から脱着することができ、第一のチャンバー内で脱着溶液からターゲット物質を樹脂上に収着することができ、それにより、高濃度の不純物及び比較的低濃度のターゲット物質を含む不純物流を第一のチャンバーから放出することができる条件を作り出し、かつ
   ｉｉ）第二のチャンバー内で樹脂からターゲット物質を脱着することができ、かつ低濃度の不純物及び比較的高濃度のターゲット物質を含む濃厚流を第一及び／又は第二のチャンバーの下部領域から放出することができる条件を作り出す装置。
2. 使用時、樹脂が第一のチャンバー内で下方に、第二のチャンバー内で上方に移動し、かつ脱着溶液が前記２つのチャンバー内で樹脂の方向に対して向流に移動する請求項１に記載の装置。
3. 不純物流が第一のチャンバーの上部領域から放出される請求項１又は２に記載の装置。
4. 第一及び第二のチャンバーが流体でつながるように連結され、脱着溶液が第二のチャンバーから第一のチャンバーへ重力により流動することができる請求項１から３の任意の一項に記載の装置。
5. 収着保持したイオン交換樹脂から物質を脱着する装置であって、
   使用時、樹脂が第一のチャンバー内で下方に、第二のチャンバー内で上方に移動することができ、かつ脱着溶液が樹脂に対して向流に流動することができるように作製されている第一及び第二のチャンバー、
   収着保持した樹脂を第一のチャンバーに、脱着溶液を第二のチャンバーにそれぞれ供給するための第一及び第二の入口、及びこの装置から液体を、第二のチャンバーからストリップド樹脂をそれぞれ放出するための第一及び第二の出口、及び
   第一のチャンバーから第二のチャンバーへ樹脂の移動を容易にし、かつ第二のチャンバー内で樹脂を上方に移送するための手段を含む装置であって、
   使用時、比較的高濃度の不純物及び低濃度のターゲット物質を含有する脱着溶液の第一流を、第一の出口から放出することができ、比較的高濃度のターゲット物質及び低濃度の不純物を含有する脱着溶液の第二流を、第一の出口を経由して第一及び／又は第二のチャンバーの下部領域から放出するか、及び／又は第二のチャンバーから第一のチャンバーへ通過する脱着溶液から採取することができ、かつストリップド樹脂を第二のチャンバーの第二の出口から放出することができる装置。
6. 第二のチャンバー内の脱着溶液の液体ヘッドが、第一のチャンバー内で脱着溶液を上方へ流動させるように、第一及び第二のチャンバーが配置され、かつ流体でつながるように連結されている請求項５に記載の装置。
7. 第一流を放出するための第一の出口が、第一のチャンバーの上部に配置されている請求項５又は６に記載の装置。
8. ストリップド樹脂を放出するための第二の出口が、第二のチャンバーの上部に配置されている請求項５から７の任意の一項に記載の装置。
9. 第二のチャンバーからストリップド樹脂を移送するための第二の出口が、ストリップド樹脂を保持することができる中間のチャンバーに連結されている請求項５から８の任意の一項に記載の装置。
10. 第二のチャンバーからの樹脂除去速度を制御するための制御手段を更に含む請求項５から９の任意の一項に記載の装置。
11. 測定手段が第一のチャンバー内の脱着溶液の液体レベルを測定して、樹脂を第二のチャンバーから除去する速度を制御する請求項１０に記載の装置。
12. 樹脂からの不純物の脱着が第一のチャンバーの上部領域で起こり、それにより脱着溶液中のターゲット物質を上部領域で樹脂に収着させる請求項５から１１の任意の一項に記載の装置。
13. ターゲット物質の脱着が第二のチャンバーの上部領域で起きる請求項５から１２の任意の一項に記載の装置。
14. 第二のチャンバーが、溶液を供給するための別の入口を備えており、供給された時に、溶液が第二のチャンバーへ入るターゲット物質の濃度を高め、第二流の不純物濃度を低減する請求項５から１３の任意の一項に記載の装置。
15. 第一及び第二のチャンバーが、チャンバー間に樹脂及び脱着溶液を移送するために適合した通路により相互連結されている請求項５から１４の任意の一項に記載の装置。
16. 第一及び第二のチャンバーがＵ字形構造で相互連結されており、第一及び第二のチャンバーがＵ字形状のアームを形成し、基部が通路となる請求項５から１５の任意の一項に記載の装置。
17. 高濃度の脱着物質を含有する脱着溶液の第二流を、第一と第二のチャンバー間に伸びる通路から放出することができる請求項１５又は１６に記載の装置。
18. チャンバーの一つが他のチャンバー内に配置されるように、第一及び第二のチャンバーを配置する請求項５から１５の任意の一項に記載の装置。
19. 第一のチャンバーが環状断面を有するように、第一のチャンバー内に第二のチャンバーを同心円状に配置する請求項１８に記載の装置。
20. 第二のチャンバーが下向きの開口部を備え、それにより第二のチャンバー内の脱着溶液が、第二のチャンバーから第一のチャンバー内へ直接的に流動することができ、かつ第一のチャンバーからの樹脂が開口部を上向きに通過して第二のチャンバー内へ移動することができる請求項１９に記載の装置。
21. 第二流を、第二のチャンバーの開口部より低い位置で第一のチャンバーから放出する請求項１８から２０の任意の一項に記載の装置。
22. 不純物及びターゲット物質を収着保持するイオン交換樹脂から物質を脱着する方法であって、第一および第二のチャンバーを備えた装置でイオン交換樹脂を処理することを含む方法であって、
    （ａ）不純物よりも樹脂に対してより親和性をもつターゲット物質を脱着溶液から樹脂上に収着することができるように、脱着溶液を用いて第一のチャンバー内で樹脂から不純物を脱着し、かつそれにより高濃度の不純物及び低濃度のターゲット物質を含有する流を第一のチャンバーから放出することができる条件を作り出すステップ、及び
    （ｂ）第二のチャンバー内で脱着溶液を用いてステップ（ａ）に従い処理した樹脂からターゲット物質を脱着し、かつそれにより高濃度のターゲット物質及び低濃度の不純物を含有する流を装置から放出することができる条件を作り出すステップを含む方法。
23. 流体でつながるように連結された第一及び第二のチャンバーを備えた装置内で樹脂から物質を脱着する方法であって、
    （ａ）ターゲット物質及び不純物を収着保持した樹脂を第一のチャンバーに供給し、かつ樹脂がその中を下方に移動するステップ、
    （ｂ）樹脂を第一のチャンバーから第二のチャンバーに移送し、かつ樹脂をその中で上方に移動させるステップ、
    （ｃ）脱着溶液が第二のチャンバーで下方に流動し、第一のチャンバーでは樹脂に対して向流となるように上方に流動するように、第二のチャンバーに脱着溶液を供給するステップ、
    （ｄ）ストリップド樹脂を第二のチャンバーから放出するステップ、
    （ｅ）第一のチャンバーから高濃度の不純物及び低濃度のターゲット物質を含有する脱着溶液の第一流を放出するステップ、及び
    （ｆ）第一及び／又は第二のチャンバーの下部領域から、及び／又はチャンバー間を移送されている溶液から、比較的高濃度のターゲット物質及び比較的低濃度の不純物を含有する脱着溶液の第二流を放出するステップを含む方法。
24. （ａ）から（ｆ）の任意の２つ以上のステップを同時に実施する請求項２３に記載の方法。
25. ターゲット物質より樹脂に対する親和性が小さい不純物を樹脂から脱着し、かつ第一のチャンバー内でターゲット物質を樹脂に収着することができる請求項２３又は２４に記載の方法。
26. 樹脂からの不純物の脱着が第一のチャンバーの上部領域で実質的に起こり、それにより更に脱着溶液からのターゲット物質を第一のチャンバーの上部領域で樹脂に収着させる請求項２３から２５の任意の一項に記載の方法。
27. ステップ（ｅ）で放出する第一流を、第一のチャンバーの上部領域から放出する請求項２６に記載の方法。
28. 樹脂から脱着されたターゲット物質が脱着溶液の密度を高め、かつこれが高濃度の脱着溶液を第一及び第二のチャンバーの下部領域に向けて沈降させる請求項２３から２７の任意の一項に記載の方法。
29. ステップ（ｄ）で樹脂を放出する速度を、第一のチャンバー内の液体レベルにより制御する請求項２３から２８の任意の一項に記載の方法。
30. ステップ（ｄ）で放出する樹脂を、第二のチャンバーの上部領域から放出する請求項２３から２９の任意の一項に記載の方法。
31. ターゲット物質を含有する溶液を第二のチャンバーに供給し、それにより第二のチャンバー内の不純物濃度を低減させるステップを含む請求項２３から３０の任意の一項に記載の方法。
32. 濃縮溶液の温度が約６０から１００℃の範囲である請求項３１に記載の方法。
33. ターゲット物質を含有する溶液を、第二のチャンバーの上部及び下部領域の間の位置で、第二のチャンバーに供給する請求項３２に記載の方法。
34. ステップ（ｂ）に従って第二のチャンバー内で樹脂を上方に移動させることが、樹脂脈動技術を用いることを含む請求項２３から３３の任意の一項に記載の方法。
35. 第二のチャンバーの液体ヘッドの結果として、脱着溶液がステップ（ｃ）に従って第一のチャンバー内を上方に流動する請求項２３から３４の任意の一項に記載の方法。
36. 第一及び第二のチャンバーがＵ字形構造で相互連結されており、第一及び第二のチャンバーがＵ字形状のアームを形成し、かつ基部が、樹脂及び脱着溶液を移送することができる通路を提供する請求項２３から３５の任意の一項に記載の方法。
37. 高濃度のターゲット物質を含有する脱着溶液の第二流を、第一及び第二のチャンバー間に伸びる通路から放出することができる請求項３６に記載の方法。
38. チャンバーの一つが他のチャンバーの内側に配置されるように、第一及び第二のチャンバーを配置する請求項２３から３７の任意の一項に記載の方法。
39. 第一のチャンバーが環状断面を有するように、第一のチャンバー内に第二のチャンバーを同心円状に配置する請求項３８に記載の方法。
40. 第二のチャンバーが下向きの開口部を備え、それにより第二のチャンバー内の脱着溶液が、第二のチャンバーから第一のチャンバー内へ直接的に流動することができ、かつ第一のチャンバーからの樹脂が開口部を上向きに通過して第二のチャンバー内へ移動することができる請求項３９に記載の方法。
41. 第二流を、第二のチャンバーの開口部より低い位置で第一のチャンバーから放出する請求項３８から４０の任意の一項に記載の方法。

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