JP2016112535A - 砒化水素吸着活性炭の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砒化水素が吸着した活性炭を、その吸着能力を低下させることなしに有効に再生させることのできる砒化水素吸着活性炭の再生方法を提供する。【解決手段】本発明の砒化水素吸着活性炭の再生方法は、砒化水素が吸着した活性炭を再生させる方法であって、前記活性炭を３０〜５０℃の水で洗浄し、その後、前記活性炭に３０〜６０℃の空気を通過させて通じて乾燥させ、該活性炭を通過した空気の相対湿度が４３％以下となるまで乾燥を行う。【選択図】なし

Description

本発明は、たとえば、アルシンガスの除去等に用いられて砒化水素が吸着した活性炭を再生させる方法に関するものであり、特には、砒化水素吸着活性炭を、該活性炭の吸着能力を損なうことなく有効に再生することができる技術を提案するものである。

非鉄金属の製錬においては種々の有害物が発生するが、なかでも、電解精製工程において発生する砒化水素（アルシンガス）は極めて強い毒性を示す。そのため、この砒化水素は確実に除く必要がある。

アルシンガスを除去する方法としては、これまでに、アルシンガスを、酸化剤を溶解させたトラップ液に通液して酸化溶解する方法や、アルカリに吸収させる方法、吸着材に吸着させる方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。

これらの方法のうち、アルシンガスを液体に吸収させる方法では、気体を液体に吸収させるため、接触面積と反応速度が重要である。従って、この方法は、比較的高濃度の砒化水素の除去に対しては効果が高い。しかしながら検出限界を下回る程度の低濃度のガスに適用した場合は、それほど高い効果は得られない。加えて、大量のガスを処理する必要がある場合には、接触面を大きく取るために大型設備が必要となるので不向きである。

そのため、低濃度の砒化水素の除去には、吸着材による吸着除去が用いられる場合が多い。この場合、一般には、電解精製工程等で排出される排ガスを、吸着材充填層を有する吸着塔に導入して、その排ガス中の砒化水素を吸着除去するべく吸着材を継続的に使用し、一定期間使用後に、吸着材に吸着した砒素成分をストリップすることで吸着材を再生して利用する。

このような吸着材による処理では、吸着材として、安価で高吸着能を有する活性炭が選択される。特に化学処理により砒化水素の吸着機能を強化した活性炭（以下、「化学処理活性炭」ともいう。）は、価格や廃棄時の処理が容易であることから、上述した砒化水素の除去に使用される場合が多い。

なお、化学処理活性炭の製造に用いる化学処理法や添加物は、活性炭メーカーの企業秘密となっており、その詳細は明らかにされていない。しかしながら、この化学処理活性炭は、標準的な活性炭と成分を比較すると、ヨウ素を含むことが大きな特徴である。

特許第２５４９４１５号公報

活性炭は安価であるとはいえ、一度きりの使用で廃棄することは、コストの面から、また資源保全の点からも好ましくない。このことは、化学処理された活性炭ではなおさらである。そのため、一度使用されて砒化水素が吸着した活性炭を再生させることによって吸着能力を再度高め、これを繰り返し使用することが望まれるが、特に、化学処理活性炭はその成分や処理法が明らかではなく、それ故に、この化学処理活性炭から砒素成分のみを効果的にストリップして、その砒化水素吸着能力を十分に回復する方法もまた明らかになっていないのが現状である。

吸着能力の低下した活性炭を繰り返し使用した場合、交換周期の短期化や使用活性炭量の増加が懸念され、コストの面で問題が生じる。

この発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、使用されたこと等によって砒化水素が吸着した活性炭を、その吸着能力を低下させることなしに有効に再生させることのできる砒化水素吸着活性炭の再生方法を提供することにある。

発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、砒化水素が吸着した活性炭を、所定の温度範囲の水で洗浄し、その後、さらに所定の温度範囲の空気で乾燥することにより、吸着能力の低下を抑えつつ活性炭を有効に再生できることを見出した。

この知見に基き、本発明の砒化水素吸着活性炭の再生方法は、砒化水素が吸着した活性炭を再生させる方法であって、前記活性炭を３０〜５０℃の水で洗浄し、その後、前記活性炭に３０〜６０℃の空気を通過させて通じて乾燥させ、該活性炭を通過した空気の相対湿度が４３％以下となるまで乾燥を行うことにある。

本発明の砒化水素吸着活性炭の再生方法では、前記活性炭の洗浄を、洗浄後液の砒素濃度が１ｇ／Ｌ以下となるまで継続することが好ましい。さらに好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下となるまで当該洗浄を継続することが好ましい。
また、本発明の砒化水素吸着活性炭の再生方法では、前記活性炭がヨウ素化合物を含有するものであることが好ましい。
そしてまた、本発明の砒化水素吸着活性炭の再生方法では、前記活性炭の洗浄に用いる前記水のｐＨが５〜９であることが好ましい。

本発明に係る砒化水素吸着活性炭の再生方法によれば、砒化水素吸着能力の低下を抑えて活性炭を有効に再生させることができる。その結果、かかる活性炭を繰り返し用いることが可能になって、低コストで砒化水素の回収除去ができるという効果がある。

本発明の実施の形態について、以下に詳細に説明する。
本発明の一の実施形態に係る砒化水素吸着活性炭の再生方法では、砒化水素が吸着した活性炭を再生させる方法であって、前記活性炭を３０〜５０℃の水で洗浄する洗浄工程と、洗浄工程の後、前記活性炭に３０〜６０℃の空気を通過させて乾燥させ、該活性炭を通過した空気の相対湿度が４３％以下となるまで行う乾燥工程を実施する。

（活性炭）
本発明の再生方法は、砒化水素の吸着能力を高めるために化学処理されている活性炭に用いると優れた効果を発揮することができる。とりわけ、ヨウ素化合物により表面処理されている活性炭に対して効果が高いが、標準的な活性炭に対しても有効である。

ここで、標準的な活性炭としては、通常の製造方法で製造されて、砒化水素の除去に一般的に使用されているものを対象とすることができる。具体的には、たとえば、木材、椰子殻その他の炭素質原料を多孔質原料に変化させる賦活処理等の物理法又は、塩化亜鉛その他の化学薬品を用いる化学法等により製造された活性炭を挙げることができる。

このような活性炭は物理吸着により各主成分を吸着する。そのため非極性物質に対して効果が高いが、化学処理することで極性物質に対しても効果が高まる。元々、比表面積が大きく表面に官能性基を導入すれば吸着能力は大きく向上する。

砒化水素の除去に特化する目的の活性炭としては、上記の標準的な活性炭に対して化学処理を施すことによって、ヨウ素化合物が含まれるものとなった化学処理活性炭が市販されている。この化学処理の形態は定かではないものの、ヨウ素は無機体としては安定に存在するのはＩＯ₃ ^-、Ｉ^-のイオンと単体Ｉ₂である。陰イオンは無機金属塩として存在する。この無機体ヨウ素のうちＩＯ₃ ^-とＩ₂は、いわゆるソフトな酸として知られ、Ａｓ（−ＩＩＩ）と相互作用する。有機体ヨウ素としては無数に存在するが特にＡｓ（−ＩＩＩ）と相互作用する物質は一般的に知られている訳ではない。
従って、化学処理活性炭には、ＩＯ₃ ^-やＩ₂等を含むヨウ素化合物が含まれていると考えられる。

（洗浄工程）
上述したように化学処理によりソフトな酸が活性炭に担持された化学処理活性炭は、標準的な活性炭に比して、砒化水素の吸着能力が向上することが予想される。化学処理活性炭を、砒化水素の除去に用いた場合、吸着時に砒化水素は酸化を受けて酸素酸となった後に活性炭へ吸着される。この酸化が需要な役割を果たし、再生時にこのソフトな酸を固定化する担持構造が破壊されると、吸着能力の低下を引き起こす。ソフトな酸がヨウ素の無機塩であれば水溶性を示す無機塩は脱離して著しい吸着能力の低下をきたす。

そこで、この実施形態では、砒化水素が吸着した活性炭を、ｐＨ５〜９の水により洗浄して、そこに吸着した砒化水素のストリップを行う。それにより、上記の化学処理活性炭である場合は、洗浄時の、化学処理活性炭のソフトな酸の担持構造へのダメージが小さい。ｐＨ５未満でストリップを行えば、脱離した砒素成分の一部が再度砒化水素に戻り気化する可能性がありオペレーションの問題が生じる。またｐＨが９より大きい場合は、担持構造の破壊が進むことが予想される。
ここで、洗浄に用いる水としては、水道水、工業用水、蒸留水、精製水、純水、再生処理水等を挙げることができる。

活性炭を洗浄するに当り、上述したような単なる水だけでは、砒化水素のストリップ効果が小さいので、洗浄に用いる当該水を加温することにより、洗浄時のストリップ速度を上げることができる。ただしこの水の加温は３０〜５０℃の範囲内とする。洗浄に用いる水の温度が低すぎると、砒素成分の十分な脱離効果が得られない。反対に高すぎるとエネルギーコストのみならず、配管の材質等によっては設備への負荷が大きく耐熱材料を使用する必要が生じる。なお、製錬所内には色々な冷却水があるので、これから回収した廃熱を、上記の洗浄に用いる水の加温に用いることができる。

ストリップはバッチ式で行っても連続通液式で行ってもよい。砒素を扱う事から閉鎖系の脱離装置が好ましい。

なお、ストリップに使用した後のストリップ液は一般の排水処理設備により砒素は回収され、安定な形にして最終処分される。

洗浄時間は、活性炭の洗浄に用いた後の洗浄後液に含まれる砒素の濃度を測定することにより管理することができ、具体的には、その洗浄後液の砒素濃度が、多くとも１ｇ／Ｌ、好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下となるまで洗浄を行うことが好ましい。それにより、活性炭の表面に吸着していた砒化水素が十分に除去されたことを把握することができる。
この砒素濃度の測定は、たとえばＩＣＰ−ＯＥＳにより行うことができる。

（乾燥工程）
洗浄によるストリップ後の活性炭は乾燥させる必要がある。
この乾燥工程を実施する理由は次のとおりである。すなわち、活性炭表面が水で覆われると砒化水素はまず水に溶解しさらに活性炭の活性点に吸着される過程を経ることになる。このような砒化水素の水への溶解は、活性炭使用時の吸着速度を規定する。また、水中の砒化水素に対しては化学処理活性炭の特性が変化する。そのため、洗浄後の活性炭は乾燥させて再度使用することが好ましい。

ここでの乾燥は、上記の洗浄後の活性炭に、３０〜６０℃の空気を通過させることで行うと効果が高い。なお、洗浄後の活性炭を直接的に加温すると、熱ムラが生じて均一な乾燥を実現することは困難である。

乾燥のための空気の温度が高すぎると担持構造の劣化が起こる。未使用の活性炭であれば、１２０℃の空気で乾燥させても劣化はあまりないが、繰り返し使用した活性炭では、それより低い温度、たとえば１００℃以下の空気を用いたほうが良いと考えられる。この発明では、６０℃以下の空気で乾燥させるため、上述したような担持構造の劣化を十分確実に防止することができる。
この一方で、温度が低すぎると乾燥に必要な時間が長くなる。

乾燥時間は水分が吸着を阻害しない程度であればよいが、操作は乾燥機の空気出口等で、洗浄後の活性炭を通過して該空気出口から流出した空気の湿度を確認することにより管理する方法が容易である。相対湿度（含有水蒸気量÷飽和水蒸気量）が４３％以下となるまで乾燥すれば再度使用することに耐えうる。

以上に述べた方法では、活性炭の洗浄を、入手が容易な単純な水で行った後に乾燥させることにより、化学処理活性炭、標準的な活性炭のいずれであっても有効に、吸着した砒化水素を除去できることが解かった。そのため、この発明によれば、酸化剤等の特殊な洗浄液を用いることを要しないので、砒化水素活性炭の再生を、低コストで効果的に行うことが可能になる。

次に、この発明の活性炭の再生方法を試験的に実施したので、その詳細を以下に説明する。但し、ここでの説明は、単なる例示の目的で記載したものであって、これに限定されることを意図するものではない。

（実施例１）
吸着塔（内径２．６５ｍ、充填層厚０．４ｍ×２）に活性炭２２００ｋｇ（Ａ社製、ヨウ素を１ｗｔ％含む化学処理活性炭）を充填し、砒化水素を含む砒化水素含有ガスを空間速度４２００ｈ^-1で供給して、活性炭に砒化水素を吸着させた。砒化水素含有ガス中の砒化水素吸着除去率が６０％に達した時に、砒化水素含有ガスの導入を停止した。

その後、吸着塔内の活性炭を洗浄するため、吸着塔に、ｐＨ５．９の水を４５℃に加温して吸着塔下部から供給し、上部から排出した。吸着塔上部から排出される砒素の濃度が１ｍｇ／Ｌ以下になったところで水の供給を停止した。

そして、吸着塔内の水を全て排出し、次いで、吸着塔の下部から４５℃の空気を吹き込んで活性炭を乾燥させた。送風量は５０±５ｍ³／分とした。乾燥に使用した空気は空気排出口において露点計で連続監視し、乾燥開始日より６日後と７日後に、乾燥に使用した空気の相対湿度を測定した。

乾燥後、再度砒化水素を含むガスを供給して、吸着挙動を調べた。この吸着挙動は、吸着塔からの排出ガスの砒素濃度から、吸着開始直後と８時間経過後の各吸着率を求めて評価した。出口砒素の定量には砒化水素検知管を用いた。入口濃度は２％過酸化水素に砒素を吸収させ、ＩＣＰ−ＯＥＳにより濃度を測定した。

（実施例２）
一般的なヤシ殻由来活性炭を上記実施例１と同じ条件で砒化水素を吸着させて使用した後、同様に洗浄した。その後、乾燥する際には３５℃の空気を用いたことを除いて、実施例１と同様に乾燥した後、同様の吸着試験を実施した。

上述した実施例１及び２の相対湿度の経時変化、開封直後の活性炭を充填した際の吸着挙動ならびに再生後の吸着挙動、並びに、それらの実施例１、２及び、未使用の化学処理活性炭の吸着率の試験結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例１及び２では、所定の条件下での温水洗浄と空気乾燥により、活性炭の砒化水素吸着能力を再生できたことがわかる。従って、この発明の方法によれば、化学処理活性炭、標準的な活性炭のいずれであっても、砒化水素吸着能力を有効に再生できることが解かった。特に実施例１では、未使用の化学処理活性炭と同等の吸着率が得られている。
なお、乾燥時の相対湿度は４３％までは効果的に水分を除去できるがそれ以下では効果は高いと言えない。勿論相対湿度が４３％以下になっても不都合を生じることは無い。

Claims (5)

1. 砒化水素が吸着した活性炭を再生させる方法であって、
   前記活性炭を３０〜５０℃の水で洗浄し、その後、前記活性炭に３０〜６０℃の空気を通過させて乾燥させ、該活性炭を通過した空気の相対湿度が４３％以下となるまで乾燥を行う、砒化水素吸着活性炭の再生方法。
2. 前記活性炭の洗浄を、洗浄後液の砒素濃度が１ｇ／Ｌ以下となるまで継続する、請求項１に記載の砒化水素吸着活性炭の再生方法。
3. 前記活性炭の洗浄を、洗浄後液の砒素濃度が１ｍｇ／Ｌ以下となるまで継続する、請求項２に記載の砒化水素吸着活性炭の再生方法。
4. 前記活性炭がヨウ素化合物を含有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の砒化水素吸着活性炭の再生方法。
5. 前記活性炭の洗浄に用いる前記水のｐＨが５〜９であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の砒化水素吸着活性炭の再生方法。