JP2022089172A - Method for treating substance containing alkaline-earth metals and valuables, and method for recovering valuables from substance containing alkaline-earth metals and valuables - Google Patents

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Abstract

To provide a method for treating a substance containing alkaline-earth metals and valuables that makes it possible to increase, in inexpensive manner, the weight ratio of valuable components in residues, which occur as byproducts when extracting alkaline-earth metals from a substance containing alkaline-earth metals and valuables.SOLUTION: The inventive method includes the steps of: bringing a substance containing alkaline-earth metals and valuables into contact with an aqueous solution containing a weak base and a salt of strong acid to generate an alkaline-earth metal extract and a residue, which are separated from each other; and bringing the residue into contact with an aqueous solution containing a salt of strong acid, to cause nonferrous components to leach out in the aqueous solution, increasing the ratio of the valuables in the residue.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アルカリ土類金属および鉄をはじめとする、有価物を含有する物質の処理方法、特に該物質をアルカリ土類金属抽出液と残渣とに分離後の該残渣に含まれる、有価物成分重量割合を増加させ、さらには、CO(二酸化炭素)を炭酸塩として固定化することを可能とする、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法と、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質からの有価物の回収方法に関する。 The present invention is a method for treating a substance containing a valuable substance such as an alkaline earth metal and iron, particularly a valuable substance contained in the residue after separating the substance into an alkaline earth metal extract and a residue. A method for treating substances containing alkaline earth metals and valuables, which makes it possible to increase the component weight ratio and further immobilize CO 2 (carbon dioxide) as a carbonate, and alkaline earth metals and The present invention relates to a method of recovering valuable resources from a substance containing valuable resources.

産業革命以降、大気中におけるCO濃度は増加し続け、近年ではCO濃度増加による地球温暖化現象が問題となっている。COの増加主要因として、化石燃料の消費、森林伐採が挙げられる。COの大気濃度上昇に対する対策の一環として、炭酸ガスの分離・回収、固定化に関する研究が盛んに行われている。分離技術としては吸収法、吸着法、膜分離法における研究が盛んに行われている。そして、分離したCOの固定化技術としては、化学的固定化法、生物的固定化法、隔離貯留法に基づいて研究が行われている。特に、化学的固定化法は、液中に浸出したアルカリ土類金属とCOとを接触させ、炭酸塩化して固定化する方法であり、生成する炭酸塩は安定、無害であることから有望な方法である。 Since the Industrial Revolution, the concentration of CO 2 in the atmosphere has continued to increase, and in recent years, the phenomenon of global warming due to the increase in CO 2 concentration has become a problem. The main factors for the increase in CO 2 are fossil fuel consumption and deforestation. As part of measures against the rise in the atmospheric concentration of CO 2 , research on the separation, recovery, and immobilization of carbon dioxide is being actively conducted. As separation techniques, research on absorption method, adsorption method, and membrane separation method is being actively conducted. As a technique for immobilizing separated CO 2 , research is being conducted based on a chemical immobilization method, a biological immobilization method, and an isolated storage method. In particular, the chemical immobilization method is a method in which the alkaline earth metal leached into the liquid is brought into contact with CO 2 and carbonated to fix it, and the carbonate produced is stable and harmless, so it is promising. Method.

上記の炭酸塩としてCOを固定化する方法において、反応に寄与するアルカリ土類金属元素は主に、天然鉱物、廃材または製造工程で排出される副生物に含まれる場合が多い。
例えば、特許文献1には、産業廃棄物に含まれる無機材としてモルタル廃材粉末に含まれるCa成分を用いてCOを処理するCOの固定化方法が提示されている。
特許文献2には、CaO及び/またはMgOを含む産業廃棄物を水と接触させてアルカリ土類金属を溶出させ、次いで溶液とCOを接触させてCaCO及び/又はMgCOを析出させることで、COを固定化する方法が提示されている。
特許文献3には、アルカリ土類金属含有物質を弱塩基と強酸の塩から得られる水溶液に接触させてアルカリ土類金属を水溶液中に移行させ、炭酸ガスを含む気体と接触させて炭酸塩を生成する方法が提示されている。
In the above method of immobilizing CO 2 as a carbonate, alkaline earth metal elements that contribute to the reaction are often contained mainly in natural minerals, waste materials, or by-products discharged in the manufacturing process.
For example, Patent Document 1 presents a CO 2 immobilization method for treating CO 2 using a Ca component contained in mortar waste powder as an inorganic material contained in industrial waste.
Patent Document 2 states that industrial waste containing CaO and / or MgO is brought into contact with water to elute alkaline earth metals, and then the solution is brought into contact with CO 2 to precipitate CaCO 3 and / or MgCO 3 . So, a method of immobilizing CO 2 is presented.
In Patent Document 3, an alkaline earth metal-containing substance is brought into contact with an aqueous solution obtained from a salt of a weak base and a strong acid to transfer the alkaline earth metal into the aqueous solution, and the alkaline earth metal is brought into contact with a gas containing carbon dioxide to form a carbonate. A method of generation is presented.

また、特許文献4には、産業廃棄物に含まれるカルシウムを石灰化することに関して、カルシウムの多い第一画分と重質の多い第二画分とを形成し、第一画分をCO含有ガスで炭酸化して炭酸塩に固定することによって、第二画分に含まれる鉄の重量割合を高める方法が提示されている。 Further, in Patent Document 4, regarding calcification of calcium contained in industrial waste, a first fraction having a large amount of calcium and a second fraction having a large amount of heavy matter are formed, and the first fraction is CO 2 A method has been proposed in which the weight ratio of iron contained in the second fraction is increased by carbonating with the contained gas and fixing to the carbonate.

特開2000-140651号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-140651 特開平7-265688号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-265688 特開2005-97072号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-97072 特表2015-506413号公報Special Table 2015-506413 Gazette

特許文献1、2および3の方法に従って、アルカリ土類含有物質からアルカリ土類元素を除去すると、残渣が生成することになる。特許文献1、2および3には、この残渣の処理方法について触れるところがないが、残渣を廃棄物として処理する場合、環境負荷および処理費用が発生することになる。これではプロセス的に実用的ではなく、残渣の処理方法を確立することが求められる。 Removal of alkaline earth elements from alkaline earth-containing substances according to the methods of Patent Documents 1, 2 and 3 results in the formation of residues. Patent Documents 1, 2 and 3 do not mention a method for treating the residue, but when the residue is treated as waste, an environmental load and a treatment cost are incurred. This is not practical in terms of process, and it is required to establish a method for treating the residue.

この点、特許文献4に記載の方法では、産業廃棄物に含まれるカルシウム成分を硝酸アンモニウム溶媒で浸出させた後、生成した残渣に含まれる鉄の重量割合を増加させ、残渣に含まれる残留鉄を有効利用することを可能としている。しかしながら、残渣に含まれる残留鉄の濃度と浸出液中のCaの濃度とはトレードオフの関係にあり、また、残留鉄の濃度を増加させようとすると、液中側にCa以外の成分が相対的に多く浸出することになるから、循環させようとしている硝酸アンモニウム溶媒中にて、反応に寄与しない不純物が累積し、溶媒の交換サイクルが短くなり、溶媒交換コストが嵩むという問題があった。さらには、上記の残渣中には鉄以外にも例えば、マグネシウムやアルミニウム等の有価物が含まれている場合があり、これらの回収も希求されている。 In this regard, in the method described in Patent Document 4, after the calcium component contained in the industrial waste is leached with an ammonium nitrate solvent, the weight ratio of iron contained in the produced residue is increased to remove the residual iron contained in the residue. It is possible to use it effectively. However, there is a trade-off between the concentration of residual iron contained in the residue and the concentration of Ca in the leachate, and when trying to increase the concentration of residual iron, components other than Ca are relative to the liquid side. In the ammonium nitrate solvent to be circulated, impurities that do not contribute to the reaction are accumulated, the solvent exchange cycle is shortened, and the solvent exchange cost is increased. Furthermore, the above residue may contain valuable resources such as magnesium and aluminum in addition to iron, and recovery of these may be desired.

本発明は、前記課題を解決するものであり、アルカリ土類金属および鉄をはじめとする有価物を含有する物質からアルカリ土類金属を抽出した際に副生する、残渣における有価物成分の重量割合を増加させること、さらにはアルカリ土類金属抽出液をCOと接触させることにより炭酸塩に固定化すること、を安価な手法にて実現する、アルカリ土類金属および鉄をはじめとする有価物を含有する物質の処理方法について提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記の処理方法を利用するアルカリ土類金属および有価物を含有する物質からの有価物の回収方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and the weight of the valuable component in the residue produced as a by-product when the alkaline earth metal is extracted from a substance containing a valuable resource such as an alkaline earth metal and iron. Valuables such as alkaline earth metals and iron that realize increasing the ratio and immobilizing the alkaline earth metal extract to carbonate by contacting it with CO 2 by an inexpensive method. It is an object of the present invention to provide a method for treating a substance containing a substance. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for recovering valuable resources from substances containing alkaline earth metals and valuable resources using the above-mentioned treatment methods.

本発明は、前記課題を解決するために、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質を、弱塩基および強酸の塩を含む水溶液に接触させて、アルカリ土類金属を優先的に水溶液中に浸出させ、生成した残渣を、強酸の塩を含む水溶液に接触させて、有価物成分以外の成分を浸出させることで、残渣中の有価物成分の重量割合を増加させることを可能としたものである。また、本発明のプロセスを踏まえることで、炭酸塩固定化に供する液中カルシウムの濃度と固体残渣からの有価物回収とを独立した方法で実施することを可能とする。 In order to solve the above problems, the present invention brings an alkaline earth metal and a substance containing a valuable substance into contact with an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid, and preferentially puts the alkaline earth metal into the aqueous solution. It is possible to increase the weight ratio of the valuable component in the residue by contacting the leached and generated residue with an aqueous solution containing a strong acid salt to leached components other than the valuable component. be. Further, based on the process of the present invention, it is possible to carry out the concentration of calcium in the liquid used for carbonate immobilization and the recovery of valuable resources from the solid residue by independent methods.

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりです。
(1)アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質を、弱塩基および強酸の塩を含む水溶液に接触させてアルカリ土類金属抽出液と残渣とを生成させ、アルカリ土類金属抽出液と残渣とに分離する工程と、
前記残渣を、強酸の塩を含む水溶液に接触させて、有価物以外の成分を該水溶液中に浸出させて前記残渣中の鉄の割合を増加させる工程と
を有する、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。
ここで、前記「弱塩基および強酸の塩を含む水溶液」とは、弱塩基および強酸を溶質とする水溶液を意味する。同様に、前記「強酸の塩を含む水溶液」とは、強酸を溶質とする水溶液を意味する。なお、本発明で用いる塩として、弱塩基および強酸の塩から形成される塩であればどのようなものを用いることができる。弱塩基としては、アンモニア、メチルアミン、アリニン、ピリジン、ヒドラジン、メチルヒドラジン等のヒドラジン誘導体等の有機塩基および水酸化マグネシウム、水酸化鉄、水酸化銅、水酸化亜鉛等の無機化合物塩基を挙げられる。強酸の塩としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、クロム酸、過マンガン酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸等が挙げられる。
That is, the gist structure of the present invention is as follows.
(1) A substance containing an alkaline earth metal and a valuable substance is brought into contact with an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid to form an alkaline earth metal extract and a residue, and the alkaline earth metal extract and the residue are produced. And the process of separating into
Alkaline earth metals and valuables, comprising contacting the residue with an aqueous solution containing a salt of a strong acid to leach components other than valuables into the aqueous solution to increase the proportion of iron in the residue. A method for treating a substance containing.
Here, the above-mentioned "aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid" means an aqueous solution containing a weak base and a strong acid as a solute. Similarly, the above-mentioned "aqueous solution containing a salt of a strong acid" means an aqueous solution containing a strong acid as a solute. As the salt used in the present invention, any salt formed from a salt of a weak base and a salt of a strong acid can be used. Examples of the weak base include organic bases such as hydrazine derivatives such as ammonia, methylamine, alinine, pyridine, hydrazine and methylhydrazine, and inorganic compound bases such as magnesium hydroxide, iron hydroxide, copper hydroxide and zinc hydroxide. .. Examples of the salt of the strong acid include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, chromium acid, permanganic acid, hydroiodic acid, hydrobromic acid and the like.

(2)アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質を、弱塩基と強酸の塩を含む水溶液に接触させてアルカリ土類金属抽出液と残渣とを生成させ、アルカリ土類金属抽出液と残渣とに分離する工程と、
前記アルカリ土類金属抽出液に炭酸ガスを含む気体を接触させて炭酸塩を生成させる工程と、
前記残渣を、強酸の塩を含む水溶液に接触させて、有価物以外の成分を該水溶液中に浸出させて前記残渣中の有価物の割合を増加させる工程と
を有する、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。
(2) A substance containing an alkaline earth metal and a valuable substance is brought into contact with an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid to form an alkaline earth metal extract and a residue, and the alkaline earth metal extract and the residue are produced. And the process of separating into
A step of contacting a gas containing carbon dioxide with the alkaline earth metal extract to generate a carbonate,
Alkaline earth metals and valuables, comprising contacting the residue with an aqueous solution containing a salt of a strong acid to leach components other than valuables into the aqueous solution to increase the proportion of valuables in the residue. A method for treating substances containing substances.

(3)前記炭酸ガスを含む気体が、製造設備から排出される排ガスである前記(2)に記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 (3) The method for treating a substance containing an alkaline earth metal and a valuable resource according to (2) above, wherein the gas containing carbon dioxide is an exhaust gas discharged from a manufacturing facility.

(4)前記炭酸ガスを含む気体が、NOxまたはSOxを含む前記(2)に記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 (4) The method for treating a substance containing an alkaline earth metal and a valuable resource according to (2) above, wherein the gas containing carbon dioxide gas contains NOx or SOx.

(5)前記アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質が、天然鉱物、廃材および製造工程で排出される副生物のいずれか少なくとも1種である前記(1)から(4)のいずれかに記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。
ここで、前記製造工程とは、例えば製鉄分野における、製鉄工程または製鋼工程が挙げられる。
(5) The substance containing the alkaline earth metal and valuable resources is any one of (1) to (4) above, which is at least one of natural minerals, waste materials, and by-products discharged in the manufacturing process. The method for treating a substance containing an alkaline earth metal and a valuable resource according to the above.
Here, the manufacturing process includes, for example, an iron-making process or a steel-making process in the iron-making field.

(6)前記アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質が、輝石、角閃石、アンケライト、ざくろ石、緑れん石およびひる石のいずれか少なくとも1種である前記(1)から(4)のいずれかに記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 (6) The substance containing the alkaline earth metal and valuables is at least one of pyroxene, amphibole, ankerite, pomegranate stone, green brick and fluffy stone (1) to (4). A method for treating a substance containing an alkaline earth metal and a valuable resource according to any one of the above.

(7)前記アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質が、製鉄工程または製鋼工程で排出される鉄鋼スラグである前記(1)から(4)のいずれかに記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 (7) The alkaline earth metal and valuable material according to any one of (1) to (4) above, wherein the substance containing the alkaline earth metal and valuable resources is steel slag discharged in the steelmaking process or the steelmaking process. A method for treating substances containing substances.

(8)前記有価物が、鉄、マグネシウム、ケイ素、アルミニウム、マンガン、リン、カドミウム、鉛、ホウ素およびヒ素のいずれか少なくとも1種である前記(1)から(7)のいずれかに記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 (8) The alkali according to any one of (1) to (7) above, wherein the valuable resource is at least one of iron, magnesium, silicon, aluminum, manganese, phosphorus, cadmium, lead, boron and arsenic. A method for treating substances containing earth metals and valuable resources.

(9)アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質を、弱塩基と強酸の塩を含む水溶液に接触させてアルカリ土類金属抽出液と残渣とを生成させ、アルカリ土類金属抽出液と残渣とに分離する工程と、
前記残渣を、強酸の塩を含む水溶液に接触させて、有価物以外の成分を該水溶液中に浸出させて該有価物以外の成分を取り除いた残渣を有価物として回収する工程と、
を有する、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質からの有価物の回収方法。
(9) A substance containing an alkaline earth metal and a valuable substance is brought into contact with an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid to form an alkaline earth metal extract and a residue, and the alkaline earth metal extract and the residue are produced. And the process of separating into
A step of bringing the residue into contact with an aqueous solution containing a salt of a strong acid, leaching components other than valuables into the aqueous solution, and recovering the residue from which the components other than the valuables have been removed as valuables.
A method for recovering valuable resources from substances containing alkaline earth metals and valuable resources.

(10)前記アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質が、輝石、角閃石、アンケライト、ざくろ石、緑れん石およびひる石のいずれか少なくとも1種である前記(9)に記載のアルカリ土類金属および鉄を含有する物質からの有価物の回収方法。 (10) The alkali according to (9) above, wherein the substance containing the alkaline earth metal and valuables is at least one of pyroxene, amphibole, ankerite, pomegranate stone, green brick and fluffy stone. A method for recovering valuable resources from substances containing earth metals and iron.

(11)前記有価物が、鉄、マグネシウム、ケイ素、アルミニウム、マンガン、リン、カドミウム、鉛、ホウ素およびヒ素のいずれか少なくとも1種である前記(9)または(10)に記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質からの有価物の回収方法。 (11) The alkaline earth metal according to (9) or (10) above, wherein the valuable material is at least one of iron, magnesium, silicon, aluminum, manganese, phosphorus, cadmium, lead, boron and arsenic. And a method of recovering valuables from substances containing valuables.

本発明によれば、アルカリ土類金属および鉄をはじめとする有価物を含有する物質を、弱塩基および強酸の塩を含む水溶液に接触させて、アルカリ土類金属を優先的に水溶液中に浸出させ、生成した残渣を、強酸の塩を含む水溶液に接触させて、有価物成分以外の成分を浸出させるという、安価な手法によって、残渣中の有価物分の割合を増加させることができる。さらに、本発明では、強酸の塩を含む水溶液の濃度を調整すれば、有価物分の割合を処理前の残渣の濃度を超える域において、任意に調整することが可能となる。従って、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質からの有価物の回収を効率良く行うことができる。 According to the present invention, a substance containing valuable resources such as alkaline earth metal and iron is brought into contact with an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid, and the alkaline earth metal is preferentially leached into the aqueous solution. The ratio of the valuable substance in the residue can be increased by an inexpensive method in which the produced residue is brought into contact with an aqueous solution containing a strong acid salt to leach out components other than the valuable component. Further, in the present invention, by adjusting the concentration of the aqueous solution containing the salt of the strong acid, the ratio of the valuable resource can be arbitrarily adjusted in the range exceeding the concentration of the residue before the treatment. Therefore, valuable resources can be efficiently recovered from substances containing alkaline earth metals and valuable resources.

また、本発明では、アルカリ土類金属を優先的に水溶液中に浸出させて得たアルカリ土類金属抽出液に、炭酸ガスを含む気体を接触させて炭酸塩を生成させる工程を付加することによって、CO(二酸化炭素)を炭酸塩として固定化することを安価な手法にて実現することができる。
従って、炭酸塩固定化に供する液中カルシウム濃度と残渣に含まれる有価物分割合を独立した方法で調整することが可能である。
さらには、通常リサイクルが困難であるような物質に関しても、多くの元素が分離され、リサイクルされることによって、環境面に有用な効果ももたらすことができる。
Further, in the present invention, a step of contacting a gas containing carbon dioxide gas with a gas containing carbon dioxide gas to generate a carbonate is added to the alkaline earth metal extract obtained by preferentially leaching the alkaline earth metal into the aqueous solution. , CO 2 (carbon dioxide) can be immobilized as a carbonate by an inexpensive method.
Therefore, it is possible to adjust the calcium concentration in the liquid used for carbonate immobilization and the ratio of the valuable resource contained in the residue by an independent method.
Furthermore, even for substances that are normally difficult to recycle, many elements can be separated and recycled, which can bring about beneficial effects on the environment.

本発明のアルカリ土類金属の抽出から有価物(鉄)回収物回収及び炭酸塩固定化までの概略フロー図である。It is a schematic flow chart from the extraction of the alkaline earth metal of this invention to the recovery of a valuable (iron) recovered material, and the immobilization of carbonate. 本発明のアルカリ土類金属の抽出から有価物(鉄)回収物回収及び炭酸塩固定化までの概略フロー図である。It is a schematic flow chart from the extraction of the alkaline earth metal of this invention to the recovery of a valuable (iron) recovered material, and the immobilization of carbonate. 本発明例において使用したカルシウム抽出試験の試験装置を示す図である。It is a figure which shows the test apparatus of the calcium extraction test used in the example of this invention. 残渣からの鉄成分回収時における鉄濃度と時間の関係性を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the iron concentration and time at the time of recovering an iron component from a residue. 本発明例において使用した炭酸カルシウム析出試験の試験装置を示す図である。It is a figure which shows the test apparatus of the calcium carbonate precipitation test used in the example of this invention. 炭酸塩固定化時において生成した沈殿物のSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the precipitate formed at the time of carbonate fixation. 炭酸塩固定化時において生成した沈殿物のX線回折ピークを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction peak of the precipitate formed at the time of carbonate immobilization.

以下、本発明を適用した、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法について、該有価物が鉄である場合を典型例として、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で使用する図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示の形態に限られるものではない。 Hereinafter, a method for treating a substance containing an alkaline earth metal and a valuable resource to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings, with the case where the valuable resource is iron as a typical example. The drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and are not limited to the illustrated embodiment.

[第1実施形態]
本発明に従う第1実施形態は、図1に工程フローを示すように、アルカリ土類金属および鉄成分を含有する物質を原料(以下、単に原料ともいう)とし、原料を酸浸出し固液分離することによって、アルカリ土類金属を優先的に浸出させたアルカリ土類金属抽出液と残渣1とを回収する工程(工程A)および、この工程Aで生じた残渣1から鉄をはじめとする有価物を回収する工程(工程B)からなる。
[First Embodiment]
In the first embodiment according to the present invention, as shown in the process flow in FIG. 1, a substance containing an alkaline earth metal and an iron component is used as a raw material (hereinafter, also simply referred to as a raw material), and the raw material is acid-leached and solid-liquid separated. By doing so, a step of recovering the alkaline earth metal extract from which the alkaline earth metal is preferentially leached and the residue 1 (step A), and a valuable step including iron from the residue 1 generated in this step A. It consists of a step of collecting an object (step B).

なお、アルカリ土類金属および鉄を含有する物質としては、例えば、輝石、角閃石、アンケライト、ざくろ石、緑れん石およびひる石のいずれか、或いは、製鉄工程または製鋼工程で排出される鉄鋼スラグなどを挙げることができる。
以下、工程Aおよび工程Bについて、詳述する。
As the substance containing alkaline earth metal and iron, for example, any one of pyroxene, amphibole, ankerite, slag stone, green brick and slag stone, or steel discharged in the steelmaking process or the steelmaking process. Slag etc. can be mentioned.
Hereinafter, step A and step B will be described in detail.

[工程A]
工程Aにおける酸浸出に用いる抽出液は、弱塩基および強酸の塩を含む水溶液とする。なお、本発明で用いる塩としては、弱塩基と強酸から形成される塩であればどのようなものでも用いることができる。例えば、塩化アンモニウム、塩化銅、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硝酸亜鉛、硝酸鉄、塩化アルミニウム、塩酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン等が挙げられる。
[Step A]
The extract used for acid leaching in step A is an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid. As the salt used in the present invention, any salt formed from a weak base and a strong acid can be used. For example, ammonium chloride, copper chloride, magnesium chloride, magnesium nitrate, zinc nitrate, iron nitrate, aluminum chloride, hydrazine hydrochloride, hydrazine sulfate and the like can be mentioned.

抽出液(弱塩基および強酸の塩を含む水溶液)の濃度は1.0-10Nの範囲内で調整して使用することが好ましい。なぜなら、抽出液の濃度が1.0N未満では、スラグ含有カルシウムの溶出量が低位になるおそれがあり、一方10Nを超えるとスラグ含有カルシウムの溶出率が飽和し、過剰な薬剤投入量のため高コストとなるおそれがある。また、原料と抽出液(弱塩基および強酸の塩を含む水溶液)との混合時間は、抽出液濃度に応じて任意で決定する。 It is preferable to adjust the concentration of the extract (an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid) within the range of 1.0 to 10 N before use. This is because if the concentration of the extract is less than 1.0 N, the elution amount of slag-containing calcium may be low, while if it exceeds 10 N, the elution rate of slag-containing calcium is saturated and the cost is high due to the excessive amount of drug input. There is a risk of becoming. The mixing time of the raw material and the extract (an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid) is arbitrarily determined according to the concentration of the extract.

上記の塩、水およびアルカリ土類金属含有物質の混合比率は、好ましくは質量比で1:15:1である。なぜなら、塩、水の比率を前記比率より高くした場合、使用薬剤量の増加により経済的に不利となり、アルカリ土類金属含有物質の混合比率を高くした場合、浸出するカルシウムが液中で飽和し、カルシウム浸出率が頭打ちになるためである。 The mixing ratio of the salt, water and the alkaline earth metal-containing substance is preferably 1:15: 1 in mass ratio. This is because if the ratio of salt and water is higher than the above ratio, it becomes economically disadvantageous due to the increase in the amount of chemicals used, and if the mixing ratio of the alkaline earth metal-containing substance is increased, the calcium leached out is saturated in the liquid. This is because the calcium leaching rate has reached a plateau.

上記した塩の水溶液(抽出液)の温度は、通常、室温~100 ℃程度であり、好ましくは約60~80 ℃である。かような比較的低温域であれば、例えば製鉄所における安価な低品位廃熱を利用して抽出液の温度管理をおこなうことができる。後述の工程Cで用いられる、工場(例えば、製鉄所)から排出される炭酸ガス含有の排ガスの温度は通常約100~200 ℃ であるため、そのような排ガスを利用して抽出液を温めることができる。 The temperature of the above-mentioned aqueous salt solution (extract) is usually about room temperature to 100 ° C, preferably about 60 to 80 ° C. In such a relatively low temperature range, the temperature of the extract can be controlled by utilizing, for example, inexpensive low-grade waste heat in a steel mill. Since the temperature of carbon dioxide-containing exhaust gas discharged from a factory (for example, a steel mill) used in step C described later is usually about 100 to 200 ° C., the extract is heated by using such exhaust gas. Can be done.

本工程Aでは、次の工程Bにおいて鉄回収物を得るための残渣1の回収及びアルカリ土類金属の抽出を行う。工程Aに適用する原料の粒径は特に制約を設ける必要はないが、通常6mm以下、さらに500 μm以下であることが好ましい。
例えば、本工程Aで使用する抽出液に、塩としてDEA(ジエタノールアミン)およびHClの混合物を用いて、さらにアルカリ土類金属および鉄を含有する物質として製鋼スラグ(主成分として2CaO・SiOあるいは3CaO・SiO)を用いた場合、次式(i)で示される反応が起こっていると考えられる。
2CaO・SiO + 4(DEA + HCl) → 4(DEA) + SiO↓ + 2CaCl + 2HO … (i)
In this step A, in the next step B, the residue 1 for obtaining the iron recovered product is recovered and the alkaline earth metal is extracted. The particle size of the raw material applied to the step A does not need to be particularly limited, but is usually 6 mm or less, more preferably 500 μm or less.
For example, a mixture of DEA (diethanolamine) and HCl is used as the salt in the extract used in this step A, and steelmaking slag (2CaO · SiO 2 or 3CaO as the main component) is used as a substance containing alkaline earth metal and iron. -When SiO 2 ) is used, it is considered that the reaction represented by the following equation (i) is occurring.
2CaO ・ SiO 2 + 4 (DEA + HCl) → 4 (DEA) + SiO 2 ↓ + 2CaCl 2 + 2H 2 O… (i)

なお、次の工程Bにて回収する、残渣2に含まれる鉄の割合と、さらに後述の工程Cに供されるアルカリ土類金属抽出液に含まれるアルカリ土類の溶液中濃度とは比例関係であるが、本工程Aの酸浸出条件を調整することによって、目的に応じた鉄割合やアルカリ土類濃度に調整することが可能である。 The proportion of iron contained in the residue 2 recovered in the next step B is proportional to the concentration of the alkaline earth contained in the alkaline earth metal extract used in the later step C in the solution. However, by adjusting the acid leaching conditions in this step A, it is possible to adjust the iron ratio and alkaline earth concentration according to the purpose.

[工程B]
工程Bでは、工程Aにてアルカリ土類金属を抽出後の固体残渣1から、残留する有機物を回収する。固体残渣1には、例えば鉄鋼スラグであれば、鉄をはじめとして、マグネシウム、ケイ素、アルミニウム、マンガン、リン、クロム、カドミウム、鉛、ホウ素およびヒ素などの有価物が含有されている可能性がある。例えば、鉄であれば、酸による溶解後固液分離を行い、pH、酸化還元電位を調整することにより水酸化鉄として沈殿回収できる。
[Step B]
In step B, the residual organic matter is recovered from the solid residue 1 after extracting the alkaline earth metal in step A. For example, in the case of steel slag, the solid residue 1 may contain valuable resources such as magnesium, silicon, aluminum, manganese, phosphorus, chromium, cadmium, lead, boron and arsenic, in addition to iron. .. For example, iron can be precipitated and recovered as iron hydroxide by dissolving it with an acid and then performing solid-liquid separation and adjusting the pH and redox potential.

同様の手法によって、マグネシウム、アルミニウム、マンガン、クロム、カドミウム、鉛などの化合物を回収することができる。例えば、マンガンは、オゾンや次亜塩素酸などで酸化還元電位を上昇させれば、低いpHでも回収可能である。クロムは、還元剤を用いて3価に還元することで効率的な回収が可能である。また、リンは、鉄が共存すればpHを調整することにより、リン酸鉄として回収可能である。ヒ素も同様に、鉄による回収が可能である。ホウ素は、アルミニウムとカルシウムを用いた凝集沈澱や吸着樹脂等を用いて回収できる。 Compounds such as magnesium, aluminum, manganese, chromium, cadmium, and lead can be recovered by a similar method. For example, manganese can be recovered even at a low pH by increasing the redox potential with ozone, hypochlorous acid, or the like. Chromium can be efficiently recovered by reducing it to trivalent using a reducing agent. Further, phosphorus can be recovered as iron phosphate by adjusting the pH if iron coexists. Similarly, arsenic can be recovered by iron. Boron can be recovered by coagulation precipitation using aluminum and calcium, an adsorption resin, or the like.

複数の元素が同時に回収されて回収物(有価物)の純度が低くなる場合には、溶解した状態にて溶媒抽出等の、一般的な方法にて溶媒との分離を行ったのち、回収操作を行うことによって、純度を高めて回収することが可能である。 When multiple elements are recovered at the same time and the purity of the recovered material (valuable resource) becomes low, the recovered product (valuable resource) is separated from the solvent by a general method such as solvent extraction in a dissolved state, and then the recovery operation is performed. It is possible to increase the purity and recover by performing the above.

逆に、不要な成分のみを溶解させ、回収したい有価物を固体残渣2に残すことにより、固体として有価物を回収する方法も可能である。例えば鉄であれば、作用させる酸の濃度を変更して、鉄以外の成分のみを選択的に溶解させ、鉄成分を固体側に残すことにより、固体における鉄の含有率を高め、回収物の価値を向上させることができる。 On the contrary, it is also possible to recover the valuable resources as a solid by dissolving only unnecessary components and leaving the valuable resources to be recovered in the solid residue 2. For example, in the case of iron, by changing the concentration of the acid to act on and selectively dissolving only the components other than iron and leaving the iron component on the solid side, the iron content in the solid is increased and the recovered product is recovered. The value can be improved.

上記の回収したい有価物を固体残渣2に残す手法について、図2を参照して詳しく説明する。なお、図2には工程Bの詳細を示してあり、工程Aおよび後述の工程Cは図1と同じである。
すなわち、上記の工程Aで回収した残渣1に対して酸浸出を施し、鉄回収物としての残渣2と洗液とを回収する、手法である。ここで、酸浸出に用いる抽出液は、強酸の塩を含む水溶液とする。なお、本発明で用いる塩としては、強酸から形成される塩であればどのようなものでも用いることができる。例えば、塩酸、硫酸、硝酸、クロム酸、過マンガン酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸等が挙げられる。
The method of leaving the valuable resources to be recovered in the solid residue 2 will be described in detail with reference to FIG. Note that FIG. 2 shows the details of step B, and step A and step C described later are the same as those in FIG.
That is, it is a method of subjecting the residue 1 recovered in the above step A to acid leaching to recover the residue 2 as an iron recovered product and the washing liquid. Here, the extract used for acid leaching is an aqueous solution containing a salt of a strong acid. As the salt used in the present invention, any salt formed from a strong acid can be used. For example, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, chromium acid, permanganic acid, hydrogen iodide acid, hydrobromic acid and the like can be mentioned.

抽出液の濃度は1.0-10Nの範囲内で調整して使用することが好ましい。なぜなら、抽出液の濃度が1.0N未満では、スラグ含有カルシウムの溶出量が低位になるおそれがあり、一方10Nを超えるとスラグ含有カルシウムの溶出率が飽和し、過剰な薬剤投入量のため高コストとなる、おそれがある。また、原料と抽出液との混合時間は抽出液濃度に応じて任意で決定する。 It is preferable to adjust the concentration of the extract in the range of 1.0-10N before use. This is because if the concentration of the extract is less than 1.0 N, the elution amount of slag-containing calcium may be low, while if it exceeds 10 N, the elution rate of slag-containing calcium is saturated and the cost is high due to the excessive amount of drug input. There is a risk of becoming. Further, the mixing time between the raw material and the extract is arbitrarily determined according to the concentration of the extract.

かように、残渣に含まれる鉄分に接触させる、強酸の塩から得られる水溶液の濃度を1.0~10Nの範囲で調整することによって、鉄分の割合を当初生成したままの残渣の濃度を超える領域において任意に調整することが可能になる。すなわち、残渣に含まれる鉄分割合を所望の範囲に調整することができる。従って、例えば製鉄所において、通常スラグとして処理されていた残留鉄分を精錬用の新鉄源として利用することが可能になるという、環境面かつ経済面的に有用な効果も享受できる。 In this way, by adjusting the concentration of the aqueous solution obtained from the salt of the strong acid that comes into contact with the iron contained in the residue in the range of 1.0 to 10 N, the iron content is adjusted in the region exceeding the concentration of the residue as originally produced. It can be adjusted arbitrarily. That is, the ratio of iron contained in the residue can be adjusted to a desired range. Therefore, for example, in a steel mill, residual iron that has normally been treated as slag can be used as a new iron source for refining, which is an environmentally and economically useful effect.

本工程Bでは、上記の工程Aで回収した残渣1に対して酸浸出を施し、鉄回収物としての残渣2と洗液とを回収することができる。残渣2に含まれる鉄分の割合は、残渣1に含まれる鉄分の割合に対して、相対的に増加させることが肝要である。そのために、強酸の塩を含む水溶液(抽出液)を残渣1に接触させることにより、鉄成分以外の含有成分であるアルカリ土類金属成分を優先的に浸出させる必要がある。本工程で用いる抽出液は、酸浸出によって固液分離して残渣2を得た後に、再び残渣1の酸浸出において循環利用することが可能である。 In this step B, the residue 1 recovered in the above step A is subjected to acid leaching, and the residue 2 as an iron recovered product and the washing liquid can be recovered. It is important that the proportion of iron contained in the residue 2 is relatively increased with respect to the proportion of iron contained in the residue 1. Therefore, it is necessary to preferentially leach the alkaline earth metal component, which is a component other than the iron component, by contacting the residue 1 with an aqueous solution (extract) containing a salt of a strong acid. The extract used in this step can be recirculated in the acid leaching of the residue 1 after being solid-liquid separated by acid leaching to obtain the residue 2.

なお、上記の残渣2には、残渣に付着した水分を除去する脱水及び加熱乾燥の処理を施して、回収する鉄の形態を乾燥粉体とすることが好ましい。すなわち、鉄を乾燥粉体として回収することによって、回収物を焼結リサイクルに用いるなどの、自由度の高い後処理が可能になる。 The residue 2 is preferably dehydrated and heat-dried to remove the water adhering to the residue, and the iron to be recovered is preferably in the form of dry powder. That is, by recovering iron as a dry powder, post-treatment with a high degree of freedom, such as using the recovered material for sintering and recycling, becomes possible.

ここで、工程Aにおいて原料(アルカリ土類金属および鉄を含有する物質)に、例えば製鋼スラグを用いた場合、残渣1に残留するCaO・SiOの溶解のためには、強酸としてHCl、HF(フッ化水素)の混合溶液を接触させて溶解させることが好ましい。その際、SiOが生じるが、このSiOは、HCl溶液に不溶性を示すため、次式(ii)のような反応で溶解する。
SiO + 6HF → HSiF + 2HO … (ii)
Here, when, for example, steelmaking slag is used as the raw material (substance containing alkaline earth metal and iron) in step A, HCl and HF are used as strong acids to dissolve CaO and SiO 2 remaining in the residue 1. It is preferable to contact and dissolve the mixed solution of (hydrogen fluoride). At that time, SiO 2 is generated, but since this SiO 2 is insoluble in the HCl solution, it is dissolved by the reaction as shown in the following formula (ii).
SiO 2 + 6HF → H 2 SiF 6 + 2H 2 O… (ii)

[第2実施形態]
本発明に従う第2実施形態は、図1または図2に工程フローを示すように、上記した工程Aおよび工程Bを含み、さらに、工程Aにおいて原料から分離した、アルカリ土類金属抽出液に炭酸ガスを導入して接触させることにより炭酸塩を析出させた後、固液分離することで炭酸塩と洗液とを回収する工程(工程C)を有するものである。この工程Cについて、以下に記述する。
[Second Embodiment]
The second embodiment according to the present invention includes the above-mentioned steps A and B as shown in FIG. 1 or FIG. 2, and further carbonates the alkaline earth metal extract separated from the raw material in the step A. It has a step (step C) of recovering the carbonate and the washing liquid by solid-liquid separation after precipitating the carbonate by introducing a gas and bringing them into contact with each other. This step C will be described below.

[工程C]
本工程Cでは、上記の工程Aにおいて抽出したアルカリ土類金属抽出液に、炭酸ガスを接触させ、炭酸塩を沈殿析出させた後に、炭酸塩と洗液とを固液分離することにより炭酸塩を回収する。本工程Cで生じる洗液は、固液分離後に工程Aの酸浸出において循環利用が可能である。なお、本発明で適用される炭酸ガスを含む気体は、炭酸ガスが含まれていれば、特に限定されるべきものではなく、種々の製造設備から排出される炭酸ガス含有排ガスが含まれる。
[Process C]
In this step C, carbonate is brought into contact with the alkaline earth metal extract extracted in step A to precipitate and precipitate the carbonate, and then the carbonate and the washing liquid are separated into solid and liquid to form a carbonate. To collect. The washing liquid generated in this step C can be recycled for acid leaching in step A after solid-liquid separation. The gas containing carbon dioxide gas applied in the present invention is not particularly limited as long as it contains carbon dioxide gas, and includes carbon dioxide gas-containing exhaust gas discharged from various manufacturing facilities.

例えば、工程Aで使用する抽出液に、塩としてDEA(ジエタノールアミン)およびHClの混合物を用いて、さらにアルカリ土類金属および鉄を含有する物質として製鋼スラグ(主成分として2CaO・SiOあるいは3CaO・SiO)を用いた場合、この工程Aにおいて抽出したアルカリ土類金属抽出液に、炭酸ガスを接触させる本工程Cでは、次式(iii)のような反応が起こっていると考えられる。このようにして、CaCOを生成させて炭酸ガスを固定化することができる。なお、DEA+HClは、工程Aにおけるアルカリ土類金属の抽出液としてリサイクルされて繰り返し使用される。
4(DEA) + 2HO + 2CaCl + 2CO → 4(DEA + HCl) + 2CaCO … (iii)
For example, a mixture of DEA (diethanolamine) and HCl is used as a salt in the extract used in step A, and steelmaking slag (2CaO · SiO 2 or 3CaO · as a main component) as a substance containing an alkaline earth metal and iron. When SiO 2 ) is used, it is considered that the reaction as shown in the following formula (iii) occurs in this step C in which carbon dioxide gas is brought into contact with the alkaline earth metal extract extracted in this step A. In this way, CaCO 3 can be generated and carbon dioxide gas can be immobilized. DEA + HCl is recycled as an extract of alkaline earth metal in step A and used repeatedly.
4 (DEA) + 2H 2O + 2CaCl 2 + 2CO 2 → 4 (DEA + HCl) + 2CaCO 3 … (iii)

本工程Cにより炭酸ガスが固定化されて生じる、CaCO(炭酸カルシウム)およびSiOは無害で安定な物質であり、種々の利用用途が想定される。具体的には、CaCOの利用用途として製鉄用の副原料、セメント用原料、耐火物原料、肥料等などが挙げられる。一方で、SiOの用途としては、塗料、インキ、化粧品、歯磨き粉などの充填剤等々が挙げられる。原料として製鋼スラグを用いた場合、本発明において得られるCaCO及び副生するSiOは、種々の工業分野で有効利用され得る。 CaCO 3 (calcium carbonate) and SiO 2 produced by immobilizing carbon dioxide gas in this step C are harmless and stable substances, and are expected to be used in various ways. Specific examples of the use of CaCO 3 include auxiliary raw materials for iron making, raw materials for cement, refractory raw materials, fertilizers, and the like. On the other hand, examples of the use of SiO 2 include paints, inks, cosmetics, fillers for toothpaste and the like. When steelmaking slag is used as a raw material, CaCO 3 obtained in the present invention and SiO 2 produced as a by-product can be effectively used in various industrial fields.

また、本工程Cにおいて、炭酸ガスを含む気体として、例えばSOx, NOx等の有害物質を含む排気ガスを用いて、該排気ガス中の炭酸ガスを固定化する場合、上記した工程AにおいてSOx, NOxがHClと共に酸として働き、アルカリ土類金属含有物質の溶解反応の促進に寄与すると同時に、SOxがCaSO(石膏)として固定化され、無害化される。 Further, in the present step C, when the carbon dioxide gas in the exhaust gas is immobilized by using the exhaust gas containing a harmful substance such as SOx, NOx as the gas containing the carbon dioxide gas, the SOx, NOx acts as an acid together with HCl, contributing to the promotion of the dissolution reaction of alkaline earth metal-containing substances, and at the same time, SOx is immobilized as CaSO 4 (gypsum) and detoxified.

上記の通り、図1および2は、本発明のアルカリ土類金属の抽出から鉄の回収並びに、炭酸塩の固定化までの概略フロー図である。ここでは、図2の工程フローに沿って、ラボスケールで実証試験を実施した。この実証試験について、フローを構成する要素である工程A、工程Bおよび工程Cの各々に分類して説明する。 As described above, FIGS. 1 and 2 are schematic flow charts from the extraction of the alkaline earth metal of the present invention to the recovery of iron and the immobilization of carbonate. Here, a verification test was conducted on a laboratory scale according to the process flow of FIG. This verification test will be described by classifying it into each of step A, step B, and step C, which are elements constituting the flow.

[工程A]
まず、工程Aについての検討結果を記述する。
工程Aについて、アルカリ土類金属抽出操作を実施した。すなわち、アルカリ土類金属の抽出操作について最適条件を検討するため、(a)アミン塩酸混合水溶液の規定度、(b)抽出液量、(c)抽出温度、(d)抽出時間の4つの操作変数が抽出挙動に与える影響について、表1に示す内容でパラメータ試験を実施した。なお、試験で使用したアルカリ土類金属および有価物(鉄)を含有する物質は製鋼スラグとし、その粒径は425 μm未満とした。抽出操作の試験装置は、図3に示す構成である。
[Step A]
First, the examination results for step A will be described.
In step A, an alkaline earth metal extraction operation was carried out. That is, in order to examine the optimum conditions for the extraction operation of alkaline earth metal, four operations of (a) the regulation degree of the amine-hydrochloric acid mixed aqueous solution, (b) the amount of the extract, (c) the extraction temperature, and (d) the extraction time. A parameter test was conducted with the contents shown in Table 1 for the effect of variables on the extraction behavior. The substance containing alkaline earth metal and valuable material (iron) used in the test was steelmaking slag, and its particle size was less than 425 μm. The test apparatus for the extraction operation has the configuration shown in FIG.

Figure 2022089172000002
Figure 2022089172000002

ここで、製鋼スラグの組成は、ICP発光分光分析法により含まれる金属元素を分析して特定した。得られた各組成の重量割合に対して、酸化物換算した脱炭スラグの組成分析結果について、主要成分を表2に示し、表2におけるその他に含まれる元素のうち、排水基準を定める省令(令和元年環境省令第15号)別表第一に記載されている元素について、微量成分として表3に示す。なお、物質重量の収支は主要成分のみで計算し、微量成分は含まない。 Here, the composition of the steelmaking slag was identified by analyzing the metal elements contained by ICP emission spectroscopic analysis. Regarding the composition analysis results of decarburized slag converted to oxides with respect to the weight ratio of each obtained composition, the main components are shown in Table 2, and among the other elements contained in Table 2, the ministerial ordinance that sets the wastewater standard ( The elements listed in Appendix 1 of the Ministry of the Environment Ordinance No. 15 of the first year of Reiwa are shown in Table 3 as trace components. The balance of substance weight is calculated using only the main components and does not include trace components.

Figure 2022089172000003
Figure 2022089172000003

Figure 2022089172000004
Figure 2022089172000004

以下にアルカリ土類金属抽出操作の操作手順1~7を示す。
1. 抽出液は、35 mass%HCl(和光純薬製:コードNo.089-07555)とDEA(東京化成製:製品コードI0008)をモル比1:1で混合し、メスフラスコにて1l(リットル) に希釈してHClおよびDEA をそれぞれの規定(N)で含むアミン塩酸混合水溶液を調製した。
2.抽出液bmlを容量200 mlの三つ口フラスコ(図3中の13)に注ぎ、マグネチックスターラーにより800 rpm で攪拌し、水浴14の温度をc℃に設定した。
3. 水浴14の温度が設定温度に達した後、5.25gの鉄鋼スラグのサンプルを三つ口フラスコに投入し栓をした。三つ口フラスコの横口には長さ15cmの直管型冷却管(図3中の11)を装着し、これに水道水を流通させ冷却することにより、抽出液から揮発した成分を還流させた。水浴14の温度は温度計により常時確認した。
4.d分後に三つ口フラスコ内の懸濁液全量を取り出し、孔径1.0 μm のメンブランフィルターにより濾別し、濾液(図2におけるアルカリ土類金属抽出液に対応)と残渣1(図2における残渣1に対応)を得た。
5.スラグ残渣は60 ℃の恒温槽において乾燥させ、ICPにより分析した。
6.上記の濾液10 mlを5%硝酸水溶液により50 mlに定容し、ICP により分析した。
The operation procedures 1 to 7 of the alkaline earth metal extraction operation are shown below.
1. As the extract, 35 mass% HCl (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .: Code No. 089-07555) and DEA (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd .: product code I0008) are mixed at a molar ratio of 1: 1 and 1 liter (1 l) in a volumetric flask. Dilute to liter) to prepare an amine-hydrochloric acid mixed aqueous solution containing HCl and DEA according to their respective specifications (N).
2. The extract bml was poured into a three-necked flask (13 in FIG. 3) having a capacity of 200 ml, stirred with a magnetic stirrer at 800 rpm, and the temperature of the water bath 14 was set to c ° C.
3. After the temperature of the water bath 14 reached the set temperature, a sample of 5.25 g of steel slag was put into a three-necked flask and plugged. A straight tube type cooling tube (11 in Fig. 3) with a length of 15 cm is attached to the side opening of the three-necked flask, and tap water is circulated through the cooling tube to cool it, thereby refluxing the components volatilized from the extract. rice field. The temperature of the water bath 14 was constantly checked with a thermometer.
4. After d minutes, the entire suspension in the three-necked flask is taken out, filtered through a membrane filter having a pore size of 1.0 μm, and the filtrate (corresponding to the alkaline earth metal extract in FIG. 2) and the residue 1 (in FIG. 2). (Corresponding to residue 1) was obtained.
5. The slag residue was dried in a constant temperature bath at 60 ° C. and analyzed by ICP.
6. The volume of 10 ml of the above filtrate was adjusted to 50 ml with a 5% aqueous nitric acid solution and analyzed by ICP.

上記のアルカリ土類金属抽出操作では、表1におけるNo.4の条件{(a)1.02N、(b)90ml、(c)80 ℃、(d)30 min}にて、Ca抽出における基本条件とした。 In the above alkaline earth metal extraction operation, the basic conditions for Ca extraction under the conditions of No. 4 in Table 1 {(a) 1.02N, (b) 90 ml, (c) 80 ° C, (d) 30 min}. And said.

なお、表1のNo.4の条件で生じた残渣1及びアルカリ土類金属抽出液を、次の工程Bおよび工程Cに使用して以降の試験を実施した。 The residue 1 and the alkaline earth metal extract produced under the conditions of No. 4 in Table 1 were used in the following steps B and C to carry out the subsequent tests.

[工程B]
次に、工程Bについての検討結果を記述する。
工程Bについて、上記の残渣1から有価物として鉄回収物(残渣2:図2における残渣2に対応)を得るための検討を実施した。すなわち、残渣1から不要な成分を溶解させ、鉄成分を固体側に残し純度を高める方法について検討した。なお、残渣1を60 ℃の恒温槽において乾燥させたのち、ICPにより分析した結果について、主要成分を表4に示し、表4におけるその他に含まれる元素のうち、排水基準を定める省令(令和元年環境省令第15号)別表第一に記載されている元素について、微量成分として表5に示す。
ここでの抽出操作の試験装置は、図3に示した構成である。本工程において、抽出液のpHが異なる場合の回収物含有Fe濃度と抽出時間との関係性は、図4に示すような挙動を示す。
[Step B]
Next, the examination result for step B will be described.
In step B, a study was conducted to obtain an iron recovered product (residue 2: corresponding to the residue 2 in FIG. 2) as a valuable resource from the above residue 1. That is, a method of dissolving an unnecessary component from the residue 1 and leaving the iron component on the solid side to increase the purity was investigated. After drying the residue 1 in a constant temperature bath at 60 ° C, the main components of the results analyzed by ICP are shown in Table 4, and among the other elements contained in Table 4, the ministerial ordinance (Reiwa) that sets the wastewater standard. 1st year Ministry of the Environment Ordinance No. 15) The elements listed in Attached Table 1 are shown in Table 5 as trace components.
The test apparatus for the extraction operation here has the configuration shown in FIG. In this step, the relationship between the recovered Fe-containing Fe concentration and the extraction time when the pH of the extract is different shows the behavior as shown in FIG.

Figure 2022089172000005
Figure 2022089172000005

Figure 2022089172000006
Figure 2022089172000006

以下に、残渣1から鉄回収物(残渣2)を回収するための作業手順1~6を示す。
1.抽出液は、35 mass%HCl(和光純薬,089-07555)とHFをモル比1:1で混合し、メスフラスコにて1l(リットル)に希釈してHClおよびHF をそれぞれの1.02(N)含む混合水溶液を調製した。
2.抽出液90 ml を容量200 ml の三つ口フラスコ(図3中13)に注ぎ、マグネチックスターラーにより800 rpm で攪拌し、水浴14の温度を80℃に設定した。
3. 水浴14の温度が設定温度に達した後、3.74gの鉄鋼スラグのサンプルを三つ口フラスコに投入し栓をした。三つ口フラスコの横口には長さ15 cm の直管型冷却管(図3中11)を装着し、これに水道水を流通させ冷却することで、抽出液から揮発した成分を還流させた。水浴14の温度は温度計により常時確認した。
4.d分後に三つ口フラスコ内の懸濁液全量を取り出し、孔径1.0 μm のメンブランフィルターにより濾別し、濾液と残渣2を得た。
5.上記の残渣2は60 ℃の恒温槽において乾燥させたのち、ICPにより分析した。この分析結果について、主要成分を表6に示し、表6におけるその他に含まれる元素のうち、排水基準を定める省令(令和元年環境省令第15号)別表第一に記載されている元素について、微量成分として表7に示す。
6.上記の濾液10mlを5%硝酸水溶液により50 mlに定容し、ICP により分析した。
The work procedures 1 to 6 for recovering the iron recovered product (residue 2) from the residue 1 are shown below.
1. For the extract, mix 35 mass% HCl (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 089-07555) and HF at a molar ratio of 1: 1 and dilute to 1 liter (liter) in a volumetric flask to add 1.02 of each of HCl and HF. A mixed aqueous solution containing (N) was prepared.
2. 90 ml of the extract was poured into a three-necked flask (13 in FIG. 3) having a capacity of 200 ml, stirred with a magnetic stirrer at 800 rpm, and the temperature of the water bath 14 was set to 80 ° C.
3. After the temperature of the water bath 14 reached the set temperature, 3.74 g of a steel slag sample was put into a three-necked flask and plugged. A straight tube type cooling tube (11 in Fig. 3) with a length of 15 cm is attached to the side opening of the three-necked flask, and tap water is circulated through the cooling tube to cool it, thereby refluxing the components volatilized from the extract. rice field. The temperature of the water bath 14 was constantly checked with a thermometer.
After 4.d minutes, the entire suspension in the three-necked flask was taken out and filtered through a membrane filter having a pore size of 1.0 μm to obtain a filtrate and a residue 2.
5. The above residue 2 was dried in a constant temperature bath at 60 ° C. and then analyzed by ICP. Regarding the results of this analysis, the main components are shown in Table 6, and among the elements contained in the others in Table 6, the elements listed in Appendix 1 of the Ministerial Ordinance (Reiwa 1st Year Environment Ministry Ordinance No. 15) that establishes wastewater standards. , Are shown in Table 7 as trace components.
6. The volume of 10 ml of the above filtrate was adjusted to 50 ml with a 5% aqueous nitric acid solution and analyzed by ICP.

Figure 2022089172000007
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Figure 2022089172000008
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上記の残渣2の分析結果を表6および7に示したように、残渣2に含まれる鉄成分を酸化物換算すると、80mass%程度の酸化鉄の回収が可能であることが確認された。これは、残渣1に含まれる酸化鉄の重量割合に対して、50 mass%程度増加することを示している。ちなみに、鉄の割合を向上させるには、溶媒の濃度と固液比を増大させるなどの手法が考えられる。 As shown in Tables 6 and 7 of the above analysis results of the residue 2, it was confirmed that about 80 mass% of iron oxide can be recovered by converting the iron component contained in the residue 2 into an oxide. This indicates that the weight ratio of iron oxide contained in the residue 1 is increased by about 50 mass%. Incidentally, in order to improve the ratio of iron, a method such as increasing the concentration of the solvent and the solid-liquid ratio can be considered.

[工程C]
さらに、工程Cについての検討結果を記述する。
工程Cについて、上記の工程Aで回収したアルカリ土類金属抽出液に炭酸ガスを接触させ、アルカリ土類金属炭酸塩を回収するための検討を実施した。図5に示す試験装置を用いて、工程Aのアルカリ土類金属の抽出操作で得られた濾液(アルカリ土類金属抽出液)を、CO吸収液(CaClとDEAの混合水溶液)として用いて、このCO吸収液とCO(炭酸ガスを含む気体)を接触させることによりアルカリ土類金属炭酸塩を晶析させた。この晶析操作は以下の手順1~4で実施した。
[Process C]
Further, the examination result for the process C will be described.
Regarding step C, a study was conducted to recover the alkaline earth metal carbonate by contacting the alkaline earth metal extract recovered in the above step A with carbon dioxide gas. Using the test apparatus shown in FIG. 5, the filtrate (alkaline earth metal extract) obtained in the alkaline earth metal extraction operation of step A is used as a CO 2 absorbing solution (mixed aqueous solution of CaCl 2 and DEA). Then, the alkaline earth metal carbonate was crystallized by contacting the CO 2 absorbing solution with CO 2 (a gas containing carbon dioxide gas). This crystallization operation was carried out in steps 1 to 4 below.

1.CO吸収液70 ml を容量200 ml の三つ口フラスコ(図5中13)に注ぎ、40 ℃に調整した水浴(図5中14)中に設置し、マグネチックスターラー(図5中15)により800 rpm で攪拌した。三つ口フラスコの横口には長さ15 cm の直管型冷却管(図5中11)を装着し、これに水道水を流通させ冷却することで、抽出液から揮発した成分を還流させた。水浴14温度は温度計により常時確認した。
2. 水浴14の温度が設定温度に達した後、ガス吹き込み管(図5中16)から流量90 ml/minでCO(99.999%)ガスを吹き込み、CO吸収液と反応させた。反応時間は60分とした。3.60分後にガスの吹き込みを停止し、得られた懸濁液全量をメンブレンフィルター(孔径1.0 μm)により濾別し、晶析したケーク(CaCO)と濾液を得た。
4.晶析ケークは60 ℃の電気炉において乾燥させた後、重量を測定しCO吸収量および沈殿したアルカリ土類金属(Ca)量を求めた。その結果について、主要成分を表8に示し、表8におけるその他に含まれる元素のうち、排水基準を定める省令(令和元年環境省令第15号)別表第一に記載されている元素について、微量成分として表9に示す。
1. Pour 70 ml of CO 2 absorbent into a three-necked flask with a capacity of 200 ml (13 in Fig. 5), place it in a water bath adjusted to 40 ° C (14 in Fig. 5), and place it in a magnetic stirrer (in Fig. 5). It was stirred at 800 rpm according to 15). A straight tube type cooling tube (11 in Fig. 5) with a length of 15 cm is attached to the side opening of the three-necked flask, and tap water is circulated through the cooling tube to cool it, thereby refluxing the components volatilized from the extract. rice field. The temperature of the water bath 14 was constantly checked with a thermometer.
2. After the temperature of the water bath 14 reached the set temperature, CO 2 (99.999%) gas was blown from the gas blowing pipe (16 in FIG. 5) at a flow rate of 90 ml / min to react with the CO 2 absorbing liquid. The reaction time was 60 minutes. 3. After 60 minutes, the gas injection was stopped, and the entire amount of the obtained suspension was filtered off by a membrane filter (pore size 1.0 μm) to obtain crystallized cake (CaCO 3 ) and a filtrate.
4. The crystallization cake was dried in an electric furnace at 60 ° C., and then weighed to determine the amount of CO 2 absorbed and the amount of precipitated alkaline earth metal (Ca). Regarding the results, the main components are shown in Table 8, and among the elements contained in the others in Table 8, the elements listed in Appendix 1 of the Ministerial Ordinance (Reiwa 1st Year Environment Ministry Ordinance No. 15) that establishes wastewater standards It is shown in Table 9 as a trace component.

上記に従って得られた晶析ケークの組成をICP発光分光分析法で分析するに当たり、前処理として混合酸水溶液を酸溶媒として用い、マイクロ波加熱装置(CEM製MARS6)を用いて晶析ケークを全溶解した。全溶解で得られた試料は、Agilent製5110 ICP-OESおよびAgilent製SPS4 Autosamplerを用いて、ICP発光分光分析法により分析を行った。全溶解操作および分析は、以下の手順1~7で実施した。 In analyzing the composition of the crystallization cake obtained according to the above by ICP emission spectroscopic analysis, the mixed acid aqueous solution was used as an acid solvent as a pretreatment, and the crystallization cake was completely processed using a microwave heating device (MARS6 manufactured by CEM). Dissolved. The samples obtained by total dissolution were analyzed by ICP emission spectroscopic analysis using Agilent 5110 ICP-OES and Agilent SPS4 Autosampler. The total dissolution operation and analysis were performed in steps 1-7 below.

1.晶析ケーク0.25 g をフッ素樹脂製の反応セルに添加し、HCl 35 mass%水溶液8mlおよびHNO 70 mass%水溶液4mlを混合して調製した、混合酸水溶液12 mlを酸溶媒として添加した。
2.反応セルを厳重に密閉しマイクロ波加熱装置へセットした。
3.10分で230 ℃に昇温し2時間保持した後、室温程度まで冷却した。
4.反応セル内の溶液を25 mL メスフラスコに移し替え、5mass%硝酸水溶液で定容した。これを分析試料原液とした。
5.分析試料原液を1ml分取して100 mlメスフラスコに添加し、5mass%硝酸水溶液で定容した。
6.分析試料原液を10 ml分取して100 mlメスフラスコに添加し、5mass%硝酸水溶液で定容した。
7.上記分析試料原液及び希釈液をICP発光分光分析法 で分析した。
1. 0.25 g of crystallization cake was added to a reaction cell made of fluororesin, and 12 ml of a mixed acid aqueous solution prepared by mixing 8 ml of a 35 mass% HCl aqueous solution and 4 ml of an HNO 3 70 mass% aqueous solution was added as an acid solvent. ..
2. The reaction cell was tightly sealed and set in a microwave heating device.
3. The temperature was raised to 230 ° C. in 10 minutes, held for 2 hours, and then cooled to about room temperature.
4. The solution in the reaction cell was transferred to a 25 mL volumetric flask and the volume was adjusted with a 5 mass% nitric acid aqueous solution. This was used as the stock solution for the analysis sample.
5. 1 ml of the stock solution of the analytical sample was taken and added to a 100 ml volumetric flask, and the volume was adjusted with a 5 mass% nitric acid aqueous solution.
6. The stock solution of the analysis sample was separated by 10 ml, added to a 100 ml volumetric flask, and the volume was adjusted with a 5 mass% nitric acid aqueous solution.
7. The above analysis sample stock solution and diluted solution were analyzed by ICP emission spectroscopic analysis.

Figure 2022089172000009
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Figure 2022089172000010
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上記分析の結果を表8および9に示すように、CaCOの成分組成比は97.2 mass%であり、また、微量金属の混入はほとんどなかった。また、生成したCaCOについて、走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した結果を図6に、その組成をX線回折法(XRD)にて分析した結果を図7に示す。これら図に示すように、生成したCaCOは最も安定した状態である六方晶系のカルサイトであることを確認した。 As the results of the above analysis are shown in Tables 8 and 9, the composition ratio of CaCO 3 was 97.2 mass%, and there was almost no contamination with trace metals. Further, FIG. 6 shows the results of observing the generated CaCO 3 with a scanning electron microscope (SEM), and FIG. 7 shows the results of analyzing the composition by an X-ray diffraction method (XRD). As shown in these figures, it was confirmed that the produced CaCO 3 is the most stable hexagonal calcite.

上記結果より、本発明を例えば製鉄所に適用することによって、スラグに含まれる鉄成分の割合を相対的に増加させることで新たな鉄源として有価利用することが可能になる、ことがわかる。さらに、各種工場や、製鉄所の諸工程などから排出される、炭酸ガスの炭酸塩としての固定化を容易に実現できることも確認された。 From the above results, it can be seen that by applying the present invention to, for example, a steel mill, it becomes possible to make valuable use as a new iron source by relatively increasing the proportion of iron components contained in slag. Furthermore, it was confirmed that the immobilization of carbon dioxide gas discharged from various factories and various processes of steelworks as a carbonate can be easily realized.

1 残渣
2 残渣
11 冷却管
12 PH電極
13 三つ口フラスコ
14 水浴
15 スターラ
16 ガス導入口
1 Residue 2 Residue 11 Cooling tube 12 PH electrode 13 Three-necked flask 14 Water bath 15 Stirrer 16 Gas inlet

Claims (11)

アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質を、弱塩基および強酸の塩を含む水溶液に接触させてアルカリ土類金属抽出液と残渣とを生成させ、アルカリ土類金属抽出液と残渣とに分離する工程と、
前記残渣を、強酸の塩を含む水溶液に接触させて、有価物以外の成分を該水溶液中に浸出させて前記残渣中の鉄の割合を増加させる工程と
を有する、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。
A substance containing an alkaline earth metal and a valuable substance is brought into contact with an aqueous solution containing a salt of a weak base and a strong acid to form an alkaline earth metal extract and a residue, and the alkaline earth metal extract and the residue are separated. And the process to do
Alkaline earth metals and valuables, comprising contacting the residue with an aqueous solution containing a salt of a strong acid to leach components other than valuables into the aqueous solution to increase the proportion of iron in the residue. A method for treating a substance containing.
アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質を、弱塩基と強酸の塩を含む水溶液に接触させてアルカリ土類金属抽出液と残渣とを生成させ、アルカリ土類金属抽出液と残渣とに分離する工程と、
前記アルカリ土類金属抽出液に炭酸ガスを含む気体を接触させて炭酸塩を生成させる工程と、
前記残渣を、強酸の塩を含む水溶液に接触させて、有価物以外の成分を該水溶液中に浸出させて前記残渣中の有価物の割合を増加させる工程と
を有する、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。
A substance containing an alkaline earth metal and a valuable substance is brought into contact with an aqueous solution containing a weak base and a salt of a strong acid to form an alkaline earth metal extract and a residue, which are separated into an alkaline earth metal extract and a residue. And the process to do
A step of contacting a gas containing carbon dioxide with the alkaline earth metal extract to generate a carbonate,
Alkaline earth metals and valuables, comprising contacting the residue with an aqueous solution containing a salt of a strong acid to leach components other than valuables into the aqueous solution to increase the proportion of valuables in the residue. A method for treating substances containing substances.
前記炭酸ガスを含む気体が、製造設備から排出される排ガスである請求項2に記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 The method for treating a substance containing an alkaline earth metal and a valuable resource according to claim 2, wherein the gas containing carbon dioxide is an exhaust gas discharged from a manufacturing facility. 前記炭酸ガスを含む気体が、NOxまたはSOxを含む請求項2に記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 The method for treating a substance containing an alkaline earth metal and a valuable resource according to claim 2, wherein the gas containing carbon dioxide gas contains NOx or SOx. 前記アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質が、天然鉱物、廃材および製造工程で排出される副生物のいずれか少なくとも1種である請求項1から4のいずれかに記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 The alkaline earth metal according to any one of claims 1 to 4, wherein the substance containing the alkaline earth metal and valuable resources is at least one of natural minerals, waste materials, and by-products discharged in the manufacturing process. And how to treat substances containing valuables. 前記アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質が、輝石、角閃石、アンケライト、ざくろ石、緑れん石およびひる石のいずれか少なくとも1種である請求項1から4のいずれかに記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 13. A method for treating substances containing alkaline earth metals and valuable resources. 前記アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質が、製鉄工程または製鋼工程で排出される鉄鋼スラグである請求項1から4のいずれかに記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 The substance containing the alkaline earth metal and the valuable material according to any one of claims 1 to 4, wherein the substance containing the alkaline earth metal and the valuable material is a steel slag discharged in the steelmaking process or the steelmaking process. Processing method. 前記有価物が、鉄、マグネシウム、ケイ素、アルミニウム、マンガン、リン、カドミウム、鉛、ホウ素およびヒ素のいずれか少なくとも1種である請求項1から7のいずれかに記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質の処理方法。 The alkaline earth metal and valuables according to any one of claims 1 to 7, wherein the valuables are at least one of iron, magnesium, silicon, aluminum, manganese, phosphorus, cadmium, lead, boron and arsenic. A method for treating a substance containing. アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質を、弱塩基と強酸の塩を含む水溶液に接触させてアルカリ土類金属抽出液と残渣とを生成させ、アルカリ土類金属抽出液と残渣とに分離する工程と、
前記残渣を、強酸の塩を含む水溶液に接触させて、有価物以外の成分を該水溶液中に浸出させて該有価物以外の成分を取り除いた残渣を有価物として回収する工程と、
を有する、アルカリ土類金属および有価物を含有する物質からの有価物の回収方法。
A substance containing an alkaline earth metal and a valuable substance is brought into contact with an aqueous solution containing a weak base and a salt of a strong acid to form an alkaline earth metal extract and a residue, which are separated into an alkaline earth metal extract and a residue. And the process to do
A step of bringing the residue into contact with an aqueous solution containing a salt of a strong acid, leaching components other than valuables into the aqueous solution, and recovering the residue from which the components other than the valuables have been removed as valuables.
A method for recovering valuable resources from substances containing alkaline earth metals and valuable resources.
前記アルカリ土類金属および有価物が含まれる物質が、輝石、角閃石、アンケライト、ざくろ石、緑れん石およびひる石のいずれか少なくとも1種である請求項9に記載のアルカリ土類金属および鉄を含有する物質からの有価物の回収方法。 The alkaline earth metal according to claim 9, wherein the substance containing the alkaline earth metal and the valuable material is at least one of pyroxene, amphibole, ankerite, pomegranate stone, green brick stone and fluffy stone. A method for recovering valuable resources from substances containing iron. 前記有価物が、鉄、マグネシウム、ケイ素、アルミニウム、マンガン、リン、カドミウム、鉛、ホウ素およびヒ素のいずれか少なくとも1種である請求項9または10に記載のアルカリ土類金属および有価物を含有する物質からの有価物の回収方法。


The alkaline earth metal and valuables according to claim 9 or 10, wherein the valuables are at least one of iron, magnesium, silicon, aluminum, manganese, phosphorus, cadmium, lead, boron and arsenic. How to recover valuables from substances.


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