JP2009057611A - ルテニウムの回収方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルカリ溶融工程と、湿式浸出工程と、湿式還元工程と、還元工程とを行い、ルテニウム含有物から金属ルテニウムを回収する。アルカリ溶融工程で、アルカリ融液に水酸化物や炭酸化合物を用いる。ルテニウム含有物を溶解させる際に酸化剤を加える。ルテニウム含有物を銀製又はニッケル製の容器中で溶融させる。ルテニウムの水溶液にアルカリ剤を添加してpHを調整する。ルテニウムの水溶液中にケイ酸塩を添加、撹拌する。湿式還元工程において、還元剤に水素化ホウ素化合物を含む溶液を用いる。湿式還元工程後、水酸化ルテニウムを酸性溶液中で攪拌する酸洗浄工程を行う。
【選択図】図1
Description
近年の需要の高まりから、ルテニウム価格は高騰している一方、市場へのルテニウムの産出元は南アフリカが9割以上を占めており、資源の偏在からも、ルテニウムのリサイクル技術の開発が求められている。
その結果、ルテニウム含有物中のルテニウム濃度が1%以下と低くとも、ルテニウムを高温のアルカリに融解させ、この融液に還元剤を加えて水酸化ルテニウムとした後、これを還元性雰囲気中で加熱することにより、ルテニウムを高純度で回収できることの知見を得た。
本発明では、特に高温のアルカリ融液中でルテニウムを溶解させ、還元速度を制御することが最大の特徴であり、これにより、人体に有害なガスを使用あるいは発生させることなく、簡便かつ比較的安全な方法で、多種類の元素が含まれた状態からルテニウムを分離でき、ルテニウムを高純度かつ薬剤の使用量を少なくできるため経済的に抽出してリサイクル製品とできるという所望の効果を有利に達成することができる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
(1)該ルテニウム含有物を、高温のアルカリ中に溶融させるアルカリ溶融工程と、
(2)冷却後、水を加えて浸出液とした後、固液分離によりルテニウムの水溶液とする湿式浸出工程と、
(3)該ルテニウムの水溶液中に、還元剤を添加し、水酸化ルテニウムを生成させる湿式還元工程と、
(4)該水酸化ルテニウムを、還元性雰囲気中で加熱することにより金属ルテニウムとする還元工程と、
を行うことを特徴とするルテニウムの回収方法。
このように、本発明のルテニウムの回収方法は、低濃度ルテニウム含有物に適用できることから、非鉄金属の製錬工程で発生する副産物や、ルテニウムを含有する工業製品のスクラップなどのリサイクルにも適用できる利点がある。
ルテニウムは、一般的に使用される塩酸、硝酸、フッ酸、王水などの酸性液に不溶であるが、高温のアルカリ中には速やかに溶解する性質がある。この性質を利用すると、多くの元素を含むルテニウム含有物からルテニウムを抽出できる。抽出液中で、ルテニウムは、RuO4 2-の形態で存在する。このアルカリを使用する方法は、ルテニウム含有物を、塩素ガスで塩素化合物化させてルテニウムを溶解する方法と比べて、より低コストで安全性の高い方法である。
なお、アルカリとして水酸化カリウムを用いたときの化学反応式は、次のとおりである。
2KOH + RuO2 + 1/2O2 = K2RuO4 + H2O
酸化剤としては、例えば、硝酸カリウムや過酸化ナトリウムが好適である。特に好ましいのは、酸化力が強い硝酸カリウムである。
アルカリ溶融したルテニウム融液は、冷却して固化させた後、水に溶解させて水溶液とする。この際、溶解しなかった不純物は固液分離により除去する。固液分離する際は、例えば、ガラス製のフィルターを使用できる。これはアルカリに対する耐久性に優れるためである。
次に、得られた水溶液に対して還元剤を添加してルテニウムを水酸化ルテニウムとして析出させる。ここに、還元剤としては特に制限はないが、水素化ホウ素化合物がとりわけ有利に適合する。水素化ホウ素化合物は、安価なだけでなく、ルテニウムの品質に影響を及ぼさず、また処理後の排水処理が比較的容易であるためである。特に好ましくは、より安全な水素化ホウ素ナトリウムと水酸化ナトリウムの混合溶液を使用できる。
なお、水素化ホウ素ナトリウムと水酸化ナトリウムの混合溶液を用いた場合の化学反応式は、次のとおりである。
8K2RuO4+3NaBH4 +14H2O → 8Ru(OH)3 + 3NaBO2 + 16KOH
還元剤を添加するにあたっては、高純度の水酸化ルテニウムを析出させるために、還元剤を一定速度で徐々に添加していくのが望ましい。この添加に際しては撹拌を併用することが好ましい。さらに、添加する水素化ホウ素化合物は、5%以下の低濃度とすることが望ましい。還元剤の添加速度は、例えば、水素化ホウ素ナトリウムと水酸化ナトリウムの混合溶液を用いる場合では、水素化ホウ素ナトリウム換算で、0.01〜1g/分 程度とすることが好ましい。
還元液を固液分離する際、ろ液のpHが中性になるまで純水を繰り返し添加してろ過することができる。これにより、残留する液中に含まれる成分によって回収ルテニウムの純度が低下することを抑制できる。
次に、還元して得られた水酸化ルテニウムから不純物を除去するために、該水酸化ルテニウムを一定時間酸性溶液中で攪拌してもよい。酸性溶液としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、王水などを、対象とする不純物によって適切に選択して使用できる。特に、亜鉛に対しては硫酸、鉛に対しては硝酸を用いることが好ましい。
酸性溶液中で撹拌後、固液分離する際、ろ液のpHが中性になるまで純水をくりかえし添加してろ過する。これにより、残留する液中に含まれる成分によって回収ルテニウムの純度が低下することを抑制できる。
次に、不純物を除去した水酸化ルテニウムを還元雰囲気の炉内に装入し加熱して、金属ルテニウムへ還元させる。還元雰囲気とする際は、水素ガスと、ルテニウムと反応しない窒素ガスやアルゴンガスとを混合して、一定流量で炉内へ通気させる。この際、還元雰囲気は、400〜800℃の範囲であることが望ましい。より好適には、500〜700℃の範囲であることがよい。
なお、還元反応時の化学反応式は、次の通りである。
2Ru(OH)3 + 3H2 = 2Ru+ 6H2O
試料としては、ルテニウム含有量が25質量%で、その他に鉄:20質量%、ビスマス:10質量%、亜鉛:10質量%、クロム:10質量%、コバルト:10質量%を含むものを用いた。この試料において、ルテニウムは、主にビスマスとの複合酸化物(Bi2Ru2O6.5)の形態をとっており、その他、金属Ru、RuO2が認められた。この試料:86gに対して、アルカリとして、質量比で4倍の水酸化カリウムと、酸化剤として、質量比で0.4倍の硝酸カリウムを加えて坩堝に封入し、固定炉で昇温した。坩堝はニッケル製のものを用いた。固定炉の温度は750℃とし、2時間保持した。その後、炉内で自然放冷した。
常温まで冷却した坩堝に、水を添加して坩堝内に残留する固体を浸出した。
得られた浸出液をガラス性フィルターで吸引ろ過し、固液分離した。固体として分離した浸出残渣にはルテニウムが2%含まれていた。
還元終了後、捕集粒子径1μmのろ紙を用いて吸引ろ過し固液分離した。この際、ろ液のpHが中性になるまで純水をくりかえし添加してろ過した。
試料としては、ルテニウム含有量が、40質量%の固体であり、その他にケイ素:20質量%、鉛:4質量%、チタン:2質量%を含むものを用いた。ルテニウムは、主に鉛との複合酸化物(Pb2Ru2O6.5)の形態をとっており、その他、金属Ru、RuO2が認められた。この試料:150gに対して、アルカリ融液として、質量比で4倍の水酸化カリウムと、質量比で等倍の水酸化ナトリウムと、酸化剤として、質量比で0.9倍の硝酸カリウムを、坩堝に充填し、固定炉で昇温した。坩堝はニッケル製のものを用いた。固定炉の温度は750℃とし、2時間保持した。その後、炉内で自然放冷した。
常温まで冷却した坩堝に水を添加して坩堝内に残留する固体を浸出した。
得られた浸出液に、鉛を除去するための珪酸塩として、オルト珪酸ナトリウムを52g加えて2時間撹拌した後、ガラス性フィルターで吸引ろ過し、固液分離した。固体として分離した浸出残渣には、ルテニウムが1.3%含まれていた。
還元終了後、捕集粒子径1μmのろ紙を用いて吸引ろ過し、固液分離した。この際、ろ液のpHが中性になるまで純水をくりかえし添加してろ過した。
試料としては、ルテニウム含有量が、20質量%で、その他にビスマス:50質量%、鉄:10質量%、クロム:5質量%、亜鉛:2質量%、コバルト:8質量%を含むものを用いた。ルテニウムは、主にビスマスと複合酸化物(Bi2Ru2O6.5)の形態をとっており、その他、金属Ru、RuO2が認められた。この試料:20gに対して、アルカリ融液として、質量比で2.5倍の水酸化カリウムを加えて坩堝に充填し、固定炉で昇温した。坩堝はニッケル製のものを用いた。固定炉の温度は750℃とし、2時間保持した。その後、炉内で自然放冷した。
常温まで冷却した坩堝に、水を添加して坩堝内に残留する固体を液中に溶解させた。一部溶解しなかった固体は液中に混合して浸出液とした。
得られた浸出液をガラス性フィルターで吸引ろ過し、固液分離した。固体を分離する際、フィルター状に珪藻土を20g敷き詰め、ろ過を3回くりかえした。固体として分離した不純物中には、ルテニウムが0.6%含まれていた。
還元終了後、捕集粒子径1μmのろ紙を用いて吸引ろ過し、固液分離した。この際、ろ液のpHが中性になるまで純水を繰り返し添加してろ過した。
Claims (10)
- ルテニウム含有物から金属ルテニウムを回収する方法であって、
(1)該ルテニウム含有物を、高温のアルカリ中に溶融させるアルカリ溶融工程と、
(2)冷却後、水を加えて浸出液とした後、固液分離によりルテニウムの水溶液とする湿式浸出工程と、
(3)該ルテニウムの水溶液中に、還元剤を添加し、水酸化ルテニウムを生成させる湿式還元工程と、
(4)該水酸化ルテニウムを、還元性雰囲気中で加熱することにより金属ルテニウムとする還元工程と、
を行うことを特徴とするルテニウムの回収方法。 - 前記(1)のアルカリ溶融工程において、アルカリが、水酸化物及び/又は炭酸化合物であることを特徴とする請求項1に記載のルテニウムの回収方法。
- 前記(1)のアルカリ溶融工程において、ルテニウム含有物を溶融させる際、酸化剤を加えて金属ルテニウムを酸化ルテニウムとすることを特徴とする請求項1又は2に記載のルテニウムの回収方法。
- 前記(1)のアルカリ溶融工程において、ルテニウム含有物を、銀製又はニッケル製の容器中で溶融させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のルテニウムの回収方法。
- 前記(2)の湿式浸出工程において、ルテニウムの水溶液中にアルカリ剤を添加してpHを調整することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のルテニウムの回収方法。
- 前記(2)の湿式浸出工程において、浸出液中にケイ酸塩を添加、撹拌した後、固液分離することによって不純物を除去することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のルテニウムの回収方法。
- 前記(2)の湿式浸出工程において、固液分離に際し、該固液分離を複数回行うこと又はろ過助剤を添加することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のルテニウムの回収方法。
- 前記(3)の湿式還元工程において、還元剤が、水素化ホウ素化合物を含む溶液であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のルテニウムの回収方法。
- 前記(3)の湿式還元工程において、還元剤を一定速度で添加することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のルテニウムの回収方法。
- 前記(3)の湿式還元工程後、水酸化ルテニウムを酸性溶液中で攪拌する酸洗浄工程を行うことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のルテニウムの回収方法。
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