JP2021001392A - カドミウム溶液の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 カドミウムと、亜鉛、ニッケル、マンガン、鉛、ケイ素とを共に含有する固形物からカドミウムを優先的に浸出させ、一方で、不純物である亜鉛、ニッケル、マンガン、そして特に鉛、ケイ素の浸出を効果的に抑制することによって、カドミウムを高純度、且つ高濃度に含有し、電解採取法やセメンテーション法の析出母液に供することのできるカドミウム溶液の製造方法を提供する。【解決手段】 出発物質となるカドミウムを含有する水酸化物を酸により浸出する際に、浸出液のｐＨが、６．５以下の範囲となるように前記水酸化物に前記酸を添加し、前記水酸化物中のカドミウムを浸出処理し、カドミウムを含む浸出液を得ることを特徴とするカドミウム溶液の製造方法。【選択図】 図１
Description
本発明は、カドミウムの採取に適したカドミウム溶液の製造方法に関するもので、セメンテーション法の始液や電解採取法の始液にも適するカドミウム溶液に関する。
亜鉛製錬所における亜鉛地金の原料として、粗酸化亜鉛等から不純物を分離回収して得た酸化亜鉛鉱が広く用いられている。この粗酸化亜鉛は、例えば、鉄鋼業における高炉や電気炉等の製鋼炉から発生する鉄鋼ダストから還元焙焼処理を経て得ることができ、資源リサイクルの促進の観点からは、鉄鋼ダストの亜鉛原料としての再利用は望ましいものである。
ところが、このような鉄鋼ダスト由来の粗酸化亜鉛には、その主成分である酸化亜鉛以外に、塩素やフッ素等のハロゲン成分及びカドミウム等の不純物が高い割合で含有されている。これらの不純物のうち、特にカドミウムについては有害金属としての性質を持っており、酸化亜鉛の製造プラントにおいては、カドミウムを分離回収する処理が必須となっている。そして一方、カドミウムはニッケルカドミウム電池の負極材として使用されるなど、電子エレクトロニクス材料として重要な有用金属のひとつとなっている。
ところで、カドミウムを分離回収する方法としては、例えば、湿式処理で不純物を粗分離後、乾式処理によって精分離する方法が一般的に行われている。しかしながら、乾式処理は化石燃料や、電力の使用において環境やエネルギー負荷が高いという問題があった。よって、不純物の分離を一層高度に行い、湿式工程に続く乾式工程での化石燃料や電力の使用を抑制する、湿式処理技術の開発が望まれている。
セメンテーション法や電解採取法で目的金属を析出させる湿式工程を含む湿式処理技術においては、前記の析出過程において、目的金属以外の不純物の混入を予め抑制しておくことが重要である。そのため、析出母液となる溶液から目的金属以外の不純物を予め粗分離することが行われている。
不純物の分離を湿式処理において行う既存の技術としては、具体的に、特許文献１の技術を挙げることができる。特許文献１に開示される技術は、通常乾式処理で分離される不純物をセメンテーション法や電解採取法に使用される析出母液から予め分離を行う湿式処理技術であるが、硝酸を使用してダストから目的金属を含む鉄分以外の重金属を全て浸出させているため、その後の工程において、目的金属以外の不純物の分離と回収とに多くのコストを要することや、排水処理に脱窒素の工程が必要となり、さらに、活性炭を使用した処理であるため、使用済み活性炭の処分や交換作業に多くの労力が掛かるという課題があった。
このような背景から、固形物から目的金属であるカドミウムを優先的に浸出させ、一方で、カドミウム以外の不純物の浸出を効果的に抑制することにより、電解採取法やセメンテーション法の析出母液に供することのできるカドミウム溶液を製造する、湿式処理技術の開発が期待されていた。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、電解採取法やセメンテーション法の析出母液に供することのできるカドミウム溶液の製造方法を提供するものである。
本発明者らは、上述の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、出発物質となるカドミウムを含有する固形物として、カドミウムを主成分とする水酸化物を採用し、その水酸化物からカドミウムを優先的に浸出させることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の第１の発明は、出発物質となるカドミウムを含有する水酸化物を酸により浸出する際に、浸出液のｐＨが、６．５以下の範囲となるように前記水酸化物に前記酸を添加し、前記水酸化物中のカドミウムを浸出処理し、カドミウムを含む浸出液を得ることを特徴とするカドミウム溶液の製造方法である。
本発明の第２の発明は、第１の発明における浸出液のｐＨが、２．０以上、６．０以下の範囲となるように、前記水酸化物に酸を添加することを特徴とするカドミウム溶液の製造方法である。
本発明の第３の発明は、第１の発明における浸出液のｐＨが、５．５以上、６．５以下の範囲となるように、前記水酸化物に酸を添加することを特徴とするカドミウム溶液の製造方法。
本発明の第４の発明は、第１から第３の発明における出発物質の水酸化物が、カドミウムを１０〜５０質量％、亜鉛を１５質量％以下、鉛を１．０質量％以下、ニッケルを０．０１質量％以下、マンガンを５．０質量％以下、ケイ素を０．２質量％以下、の範囲で含む粗カドミウム水酸化物であることを特徴とするカドミウム溶液の製造方法である。
本発明によれば、電解採取法やセメンテーション法の析出母液に供することのできるカドミウム溶液を効率的に製造することができる。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱しない内容において、種々の変更が可能である。
本実施の形態に係る溶液の製造方法は、出発物質であるカドミウムを含有する水酸化物（以下、粗カドミウム水酸化物とも称す。）、又は、その水酸化物に水を添加して作製した水溶液或いはスラリーに対して酸を添加してカドミウムを優先的に浸出させ、カドミウム以外の他の成分は不純物として、水酸化物や硫酸塩の固体形態に分配させた浸出液を形成後、濾過して固液分離するカドミウム溶液の製造方法である。
浸出液のｐＨを所定の範囲に調整することによって、後述するが、電解採取法の始液として供することのできる品位のカドミウム溶液や、セメンテーション法の始液として供することのできる品位のカドミウム溶液を得ることができる。
この場合、粗カドミウム水酸化物に使用する酸は特に限定されない。例えば、硫酸を使用してもよい。そして、出発物質の水酸化物の組成は、カドミウムを１０〜５０質量％、亜鉛を１５質量％以下、鉛を１．０質量％以下、ニッケルを０．０１質量％以下、マンガンを５．０質量％以下、ケイ素を０．２質量％以下、の範囲内であることが好ましい。この組成を満たす水酸化物を出発物質とすることで、純度だけでなく、濃度についても効率的に高めたカドミウム溶液を製造することができる。ここで、この組成を満たすことのできる水酸化物としては、例えば、鉄鋼ダストに酸を付してカドミウムを浸出させた浸出液の中和澱物や、製錬の過程で生じるカドミウムを含む排水の中和澱物を挙げることができる。
粗カドミウム水酸化物からのカドミウムの浸出は、浸出液のｐＨを６．５以下の範囲に調整することによって行うことができる。好ましくは、ｐＨを２．０以上、６．０以下の範囲に調整することである。これにより、カドミウムの浸出率を向上させることが可能である。
なお、図１の浸出液のｐＨと各金属元素の浸出率の関係からわかるように、特に低ｐＨの領域において、亜鉛、ニッケル、ケイ素の浸出率がカドミウムの浸出率に接近して、カドミウムとの分離が十分に行えなくなるが、こうした浸出液であっても、亜鉛、ニッケル、ケイ素のカドミウムとの分離に優れる、電解採取法の始液として供することが可能である。電解採取法の始液として用いることが可能な、カドミウム溶液の組成は次のとおりである。
＜電解採取法の始液として用いることが可能な、カドミウム溶液の組成＞
カドミウムの含有量が５ｇ／Ｌ以上、亜鉛の含有量が５０ｇ／Ｌ以下、鉛の含有量が０．０１ｇ／Ｌ以下、ニッケルの含有量が０．２ｇ／Ｌ以下、マンガンの含有量が５ｇ／Ｌ以下、ケイ素の含有量が１ｇ／Ｌ以下が好ましい成分組成である。
＜電解採取法の始液として用いることが可能な、カドミウム溶液の組成＞
カドミウムの含有量が５ｇ／Ｌ以上、亜鉛の含有量が５０ｇ／Ｌ以下、鉛の含有量が０．０１ｇ／Ｌ以下、ニッケルの含有量が０．２ｇ／Ｌ以下、マンガンの含有量が５ｇ／Ｌ以下、ケイ素の含有量が１ｇ／Ｌ以下が好ましい成分組成である。
さらに、浸出液のｐＨが５．５以上、６．５以下の範囲となるように調整すれば、亜鉛、ニッケル、ケイ素、マンガンの各元素をカドミウムから分離させることが可能である。
このようにして得た浸出液は、亜鉛、鉛、ニッケル、ケイ素、マンガンの含有量が相対的にカドミウムに対して低減されているため、電解採取法の始液として供することが出来るだけでなく、特にケイ素との分離が優れるのでセメンテーション法の始液としても供することが可能である。セメンテーション法の始液として用いることが可能な、カドミウム溶液の組成は次のとおりである。
＜セメンテーション法の始液として用いることが可能な、カドミウム溶液の組成＞
カドミウムの含有量が５ｇ／Ｌ以上、亜鉛の含有量が５０ｇ／Ｌ以下、鉛の含有量が０．０１ｇ／Ｌ以下、ニッケルの含有量が０．０５ｇ／Ｌ以下、マンガンの含有量が５ｇ／Ｌ以下、ケイ素の含有量が０．１ｇ／Ｌ以下が好ましい成分組成である。
＜セメンテーション法の始液として用いることが可能な、カドミウム溶液の組成＞
カドミウムの含有量が５ｇ／Ｌ以上、亜鉛の含有量が５０ｇ／Ｌ以下、鉛の含有量が０．０１ｇ／Ｌ以下、ニッケルの含有量が０．０５ｇ／Ｌ以下、マンガンの含有量が５ｇ／Ｌ以下、ケイ素の含有量が０．１ｇ／Ｌ以下が好ましい成分組成である。
一方、ｐＨが６．５を超える範囲となるように調整すると、亜鉛と鉛とニッケルとマンガンとケイ素の何れも浸出率が低下するが、カドミウムの浸出率も低下してしまうため、非効率であり好ましくない。
以下、本発明の実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何
ら限定されるものではない。
ら限定されるものではない。
カドミウムを１３質量％、亜鉛を１．１質量％、鉛を０．１０質量％、ニッケルを０．００６質量％、マンガンを１．９質量％、ケイ素を０．０７質量％含有する粗カドミウム水酸化物を４０ｇずつ２００ｍｌビーカーに分取した。
その粗カドミウム水酸化物に、純水６５ｍｌを添加、２５℃の常温で撹拌しながら、ｐＨが５．５になるよう６４質量％硫酸を添加した。ｐＨが安定してから、６０分間撹拌し、メンブレン濾紙で濾過した後、得られた固形物と濾液とをそれぞれ分析して各金属元素の浸出率を求めて表１に示す。
さらに、得られた濾液の組成分析を表２に示す。
さらに、得られた濾液の組成分析を表２に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを２．０に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、実施例２に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析した。
各金属元素の浸出率を表１に示す。
さらに、得られた濾液の組成分析を表３に示す。
各金属元素の浸出率を表１に示す。
さらに、得られた濾液の組成分析を表３に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを２．５に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、実施例３に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析した。
各金属元素の浸出率を表１に示す。
各金属元素の浸出率を表１に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを３．５に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、実施例４に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析した。
各金属元素の浸出率を表１に示す。
各金属元素の浸出率を表１に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを４．０に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、実施例５に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析した。
各金属元素の浸出率を表１に示す。
各金属元素の浸出率を表１に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを４．５に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、実施例６に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析して各金属元素の浸出率を表１に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを５．０に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、実施例７に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析して各金属元素の浸出率を表１に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを６．０に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、実施例８に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析して各金属元素の浸出率を表１に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを６．５に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、実施例９に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析して各金属元素の浸出率を表１に示す。
（比較例１）
６４質量％硫酸を添加してｐＨを７．０に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、比較例１に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析して各金属元素の浸出率を表１に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを７．０に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、比較例１に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析して各金属元素の浸出率を表１に示す。
（比較例２）
６４質量％硫酸を添加してｐＨを７．５に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、比較例２に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析して各金属元素の浸出率を表１に示す。
６４質量％硫酸を添加してｐＨを７．５に維持した以外は実施例１と同じ条件で浸出処理を行い、比較例２に係る固形物と濾液を得て、それぞれを分析して各金属元素の浸出率を表１に示す。
上記実施例、及び比較例で得られた濾液のｐＨと各金属元素の浸出率との関係を表１、図１に示す。なお、ここでの浸出率は、浸出により、液側に分配した比率と定義する。
実施例１〜９のｐＨ２．０以上、６．５以下の範囲においては、カドミウムの浸出率が７１％以上のカドミウム溶液となった。
さらに、表２に示すようにｐＨを５．５に調整した場合（実施例１）には、セメンテーション法の始液として用いることが可能なカドミウムの含有量が５ｇ／Ｌ以上、亜鉛の含有量が５０ｇ／Ｌ以下、鉛の含有量が０．０１ｇ／Ｌ以下、ニッケルの含有量が０．０５ｇ／Ｌ以下、マンガンの含有量が５ｇ／Ｌ以下、ケイ素の含有量が０．１ｇ／Ｌ以下の範囲を満たすカドミウム溶液を得ることができた。
また、表３に示すようにｐＨを２．０に調整した場合（実施例２）には、電解採取法の始液として用いることのできる、カドミウムの含有量が５ｇ／Ｌ以上、亜鉛の含有量が５０ｇ／Ｌ以下、鉛の含有量が０．０１ｇ／Ｌ以下、ニッケルの含有量が０．２ｇ／Ｌ以下、マンガンの含有量が５ｇ／Ｌ以下、ケイ素の含有量が１ｇ／Ｌ以下の範囲を満たすカドミウム溶液を得ることができた。
一方で、比較例１、２の浸出液のｐＨが７．０以上、７．５以下の範囲においては、ケイ素、亜鉛、ニッケル、マンガンの浸出率が１５％以下となるものの、カドミウムの浸出率も２０％以下となり非効率となった。
Claims (4)
- 出発物質となるカドミウムを含有する水酸化物を酸により浸出する際に、浸出液のｐＨが、６．５以下の範囲となるように前記水酸化物に前記酸を添加し、前記水酸化物中のカドミウムを浸出処理し、カドミウムを含む浸出液を得ることを特徴とするカドミウム溶液の製造方法。
- 前記浸出液のｐＨが、２．０以上、６．０以下の範囲となるように、前記水酸化物に酸を添加することを特徴とする、請求項１に記載のカドミウム溶液の製造方法。
- 前記浸出液のｐＨが、５．５以上、６．５以下の範囲となるように、前記水酸化物に酸を添加することを特徴とする、請求項１に記載のカドミウム溶液の製造方法。
- 出発物質の水酸化物が、カドミウムを１０〜５０質量％、亜鉛を１５質量％以下、鉛を１．０質量％以下、ニッケルを０．０１質量％以下、マンガンを５．０質量％以下、ケイ素を０．２質量％以下、の範囲で含む粗カドミウム水酸化物であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカドミウム溶液の製造方法。
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