JP2640498B2 - 酸を回収する方法 - Google Patents
酸を回収する方法Info
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Description
したのちに生成された気体を吸収及び(又は)凝縮
し、その過程で生成された固形物を取出すことにより酸
を生産又は回収する方法に関し、詳しくは、特にFe,Cr,
Ni,Ti,Zr,Al及びその他の陽イオンを含む酸の溶液から
硝酸又は硝酸及びフッ化水素酸の混合物を生産又は回収
する方法に関するものである。
金属の溶解物の酸洗い,エッチング,化学的成形その他
の処理を行なう過程で、その途中で使用された酸の金属
を含む溶液が発生する。これらの溶液は中和によって処
理するか、又はその酸及び金属を回収するために経費が
かかる方法を使用しなければならない。本発明は、硝酸
又は硝酸及びフッ化水素酸の混合物の生産又は回収を行
なう方法であって、その溶液を反応器(1)の中で200
℃から500℃の温度の下で噴霧して焼したのちに、そ
の生成された気体を分離手段(7,8)の中で0℃から70
℃の温度の下で吸収又は凝縮することによって、硝酸又
はフッ化水素酸のような高温の下では分解して容易に吸
収できない酸でも噴霧して焼する方法で生産又は回収
できるようにしたものである。
鋼),特殊用途の合金(例えばニッケルを主成分とする
合金)及び特殊表面金属(例えばチタン,ジルコニウム
タンタル)の表面処理(酸洗い,エッチング,化学的腐
食成形)の過程及び冶金の工程中におけるそれら金属又
はそれら金属の合成物の分解の過程において、金属の陽
イオンを含む酸の溶液が生成される。このため、これら
の溶液には上述の金属のイオンの外に他の合金化する成
分又は含有量の少ない不純物が含まれている。これらの
溶液は、含まれている溶解された金属の量がその酸洗い
された合金に応じて20g/ないし60g/に達した後に廃
棄しなければならない。通常、そのような溶液は中和に
よって処理する。その過程で生成される多量のスラッジ
と流水路の多量の硝酸塩とにより、深刻な環境問題が生
じる。さらに、中和剤だけでなく補給用の酸を購入する
ために工場は多額の出費をも強いられる。このため、こ
の数年来、文献には少なくとも上述の化学薬品の部分的
な再使用を可能とする方法についての記述が記載されて
いる。
の廃液、通例ステンレス鋼の処理の過程で発生するフッ
化水素酸及び硝酸の混合液の中に含まれているFe,Cr及
びNiの溶液のみしか処理できないことである。さらに、
それら従来の方法の多くにおいては、その溶液に含まれ
ている金属は再び中和されたスラッジに変換されるの
で、廃棄処理の問題は解決されていない。
えて、揮発性の酸であるHNO3及びHFを蒸留し尽くす。そ
こに金属として含まれている物は硫酸塩の混合物に変換
され、この混合物は更に処理を施さなければならない。
このためにある特別な方法では鉄をジャロナイトの形で
沈澱させると共に、ニッケルを水酸化物の形で除去す
る。この方法では工程が複雑である外に(数回の蒸留,
結晶化及び濾過の工程が必要とされる),化学薬品の消
費がもう一つの欠点である。この方法はチタンを含む溶
液の処理には適用できない。けだし、硫酸チタンは容易
に結晶化しないからである。
る蒸発器の中で蒸留したのちに、冷却によってフッ化鉄
の結晶を形成して、その結晶を濾過して取出す。その濾
過された液は回収された酸の一部となり、他の部分はロ
ータリ窯の中でフッ化物の結晶を熱分解することによっ
てフッ化水素酸の形で回収される。この方法によればフ
ッ化水素酸及び硝酸の混合物が高い回収率で回収される
と共に、最初に発生するFeF3結晶を焙焼することによ
り、純粋なフッ化水素酸が回収される。しかし、純粋な
硝酸は回収されない。その結晶化の工程によって優先的
に鉄が沈澱するが、その溶液に含まれている全ての陽イ
オンが同じ程度に沈澱することはない。従って、繰り返
して酸洗い及び再生産を行なう系では少量の成分(Cr,N
iなど)が蓄積してくる可能性がある。この方法はFe/Cr
/Niの溶液以外のある種の溶液及びZrを含む溶液に適用
できるが、Tiを含む溶液の処理には適用できない。
ホストファートを加えて)、 ロ.NH4HF2の添加によるその抽出例の回収、 ハ.(NH4)3FeF6の結晶化、 ニ.500℃で(NH4)3FeF6の分解、 ホ.800℃でその生成物の焼、 ヘ.酸の抽出(パラフィンの中でリン酸トリブチル(TB
P)を加えて)、 ト.後に残された溶液の中和. この方法は複雑な工程より成ることの外に、その抽出
剤による恒常的な流出物の汚染の危険をもたらし、ま
た、その可燃性の溶剤による火災の危険をももたらす。
この方法は、Fe−Cr−Niの溶液にのみ適用される形で記
述されていた。Ti又は他の金属を含む溶液は、この方法
では処理できない。
れている部分を除く)はイオン交換樹脂の表面に吸着さ
れた後に水を用いて溶出によって回収される。金属は、
中和する必要のある金属塩の溶液の形で分離される。従
って、この方法は、実際には真の再生産の方法ではな
く、単に部分的に使用された溶液の品位向上を図れるに
過ぎない。中和処理を施さなければならない金属の含有
量は、単なる中和処理を施す場合と同じレベルで存在す
る。
される。その拡散透析においては、イオン交換による方
法と同様に、遊離酸及び金属塩の単なる分離が起こり、
原理的にイオン交換による方法と同じ問題が生じる。電
気透析においては、溶液を全体として先ずカセイカリを
以って中和したのちに、それによって生じた硝酸カリウ
ム及びフッ化カリウムの中性溶液を特殊な膜を用いて電
流を流すことによって酸とカセイカリとに分離する。回
収効率は良い。しかしながら、電流の消費量が大きく、
その膜が非常に傷つき易いという不都合がある。
には、噴霧して焼する方法が数年来使用されて来た。
その方法においては、使用済みの酸洗い溶液を反応器の
中へ噴霧して、その反応器の中でその反応器の中へ放射
されたバーナーによって生成された熱い気体と接触させ
る。この結果、その溶液は次式に従って完全に分解され
る: 2FeCl2+2H2O+(1/2)O2=Fe2O3+4HCl その溶液中の金属の含有物は金属の酸化物に変換され
て、生成されるそのHClガスは塩酸の形で水の中に再吸
収される。上述の分解を達成するためには、典型的な場
合で約500℃から1000℃の範囲内の温度をその反応器の
中で実現しなければならない。この方法及び同様な方法
は、今日まで塩酸の回収のためにのみ使用されて来た。
例えばフッ化水素酸又は硝酸のような他の酸の回収にこ
の方法を適用することに対する偏見が存在した。けだ
し、上述の温度の下においては、硝酸は大部分が分解し
てNOガスになることが予想され、このNOガスは容易に吸
収されないからである。さらに、それらの温度において
は腐食の問題も予想されていた。
的は、金属塩を含む酸の溶液から硝酸又は硝酸及びフッ
化水素酸の混合物を生産又は回収する方法を提案し、そ
の目的のため従来の偏見を打破し、噴霧して焼する工
程及びそれにより生成された煙道の気体を吸収する工程
を適用することにある。
フッ化水素酸の混合物を含む溶液は、塩酸を含む上述の
溶液で要求される温度よりもかなり低い温度の下で分解
できることがわかった。
の方法において、溶液特にFe,Cr,Ni,Ti,Zr,Al及びその
他の陽イオンを含む溶液から硝酸若しくはフッ化水素酸
又は硝酸及びフッ化水素酸の混合物を生産又は回収する
ために、その溶液を200℃から500℃で好ましくは300℃
から400℃の範囲内のある温度の下で霧化したのちに、
その生成された気体をある吸収性の水溶液の中で0℃か
ら70℃の範囲内のある温度で吸収又は凝縮するようにし
たものである。この場合、吸収及び凝縮が同時に起こる
態様も含まれている。
分けて進行させ、その第1段階では20℃から70℃で好ま
しくは50℃から60℃の範囲内のある温度の下でその吸収
又は凝縮が起こり、その第2段階では0℃から40℃で好
ましくは20℃から30℃の範囲内のある温度の下でその吸
収又は凝縮が行われるようにしたものである。
する装置は、例えば第1図に示す如く、硝酸,フッ化水
素酸又はこれら両方の酸及び金属を含む溶液の源と結合
した分解容器(1)と、その溶液をその分解容器(1)
中に噴霧するノズル(3)と、その分解容器(1)内の
温度を200℃から500℃に維持する加熱手段(4)と、そ
の分解容器(1)の底部に設けた吐出手段(5)と、そ
の分解容器(1)内で発生したガス状生成物を吸収又は
凝縮する手段(7),(8)とを有し、この吸収又は凝
縮する手段(7),(8)を熱交換手段(11),(12)
を用いて0℃から70℃に保って動作させるようにしたも
のである。
加熱するために有利に用いることができる。フッ化水素
酸及び硝酸を回収するために既に開発されていた上述の
従来の方法と比較して、上述の本願の新しい方法によれ
ば、任意に選択できる組成を有する溶液の処理が可能と
なり、例えば、陽イオン(Fe,Cr,Ni,Ti,Zr,Alなど)の
任意の組合せを含む溶液だけでなく、フッ化水素酸の
み、硝酸のみ又はこれらの酸を合成して成る酸のいずれ
かを含む溶液の処理が可能となる。
属塩の形で回収され、これらの金属酸化物又は金属塩
は、それ自体再使用することができ、又は次の工程によ
ってさらに高い価値を有する物(金属粉末など)に転換
することができ、又は問題なく廃棄することができる。
な反応が反応器の中で起こる。但し、以下の反応式中
で、(l)は液体、(g)は気体、(s)は固体、(a
q)は水溶液、Meは原子価が2の金属原子を夫々意味す
る。
の陽イオンに対する)単なる一例と考えることができ
る。2以外の原子価を有する金属の場合又は荷電した若
しくは酸素を有する複合体の場合には、これらの反応式
はそれらに応じて書き直さなければならない。
反応器(1)の底に大部分蓄積し、そこから吐出装置
(5)によって連続的に除去される。他の部分は煙道を
流れる気体に含まれて後に続くダスト分離器(6)の中
で除去される。その煙道の気体の流れは、吸収又は凝縮
プラント(7),(8)に達する。その供給された溶液
が唯一の酸の成分としてHFを含む場合又は例えばHF又は
HClの混合物を含む場合には、その吸収−凝縮プラント
(7),(8)は唯一の分離管を有するだけでよい。そ
の溶液がHNO3を含むときには、少なくとも2つの分離管
を使用する必要がある。それらの分離管(7),(8)
は循環する吸収溶液を用いて操作して、その吸収溶液は
熱交換器(11),(12)の中で所定の温度まで冷却す
る。その取除かれる酸の濃度は以下に説明するように、
吸収又は凝縮の温度の選択によって影響される。
る。第1図は、本発明に係る酸の回収を行なうためのプ
ラントのブロック図を示す。
応器(1)は定量ポンプ(2)を介して金属を含む溶液
を供給し、この溶液は噴霧器のノズル(3)よりその反
応器(1)中に噴霧する。その反応器(1)の加熱は例
えばその反応器(1)に近接して設けたアセチレン−酸
素バーナー(4)を用いて行なう。
この吐出装置(5)は生成される固形物を連続的に外部
に取出す。その反応器(1)内のガス状生成物はその反
応器(1)の上部よりダスト分離器(6)に達し、そこ
で残留している固形物が分離除去される。その後、その
ガス状生成物(煙道を流れる気体)は吸収−凝縮プラン
トに流入し、このプラントは例えば直列に接続した第1
及び第2の分離管(7),(8)より構成する。吸収用
の液体(水)は、夫々の分離管(7),(8)の底部よ
り夫々ポンプ(9),(10)を用いて吸込みによって回
収し、この回収した水は、夫々熱交換器(11),(12)
を通して夫々分離管(7),(8)の上部に戻す。それ
ら熱交換器(11),(12)は例えば水によって冷却す
る。その後、その第2の分離管(8)から放出されたガ
ス状生成物は直列に接続した収塵装置(13),(14)を
通過させ、その第2の収塵装置(13)からブロワー(1
5)によって外部に吸出す。第2図は第1図例を変形し
たプラントの要部を示し、この第2図においては、処理
すべき液体はその反応器(1)より放出される熱いガス
状生成物によって熱交換器(16)の中で予め加熱して、
エネルギーの節約を行なうようにしている。
(8)内の酸の濃度はその吸収又は凝縮が行われる温度
の選択によって影響される。その温度の可能な選択の例
としては、例えば、第2の分離管(8)を一定の温度20
℃に維持するときには、第1の分離管(7)の中の温度
は、第3図及び第4図に示すように40℃から60℃の範囲
内で変化させてよい。この第3図及び4図は第1の分離
管(7)の温度を40℃から60℃まで変化させたときの第
1及び第2の分離管(7),(8)中の夫々硝酸(HN
O3)の濃度及びフッ化水素酸(HF)の濃度を表わしてい
る。この第3図及び第4図より明らかな如く、第1の分
離管(7)ではフッ化水素酸及び硝酸の混合物が得ら
れ、一方、第2の分離管(8)では非常に低い量のフッ
化水素酸(HF)を含む硝酸が回収される動作条件を選択
できる。例えば、第1の分離管(7)の温度が60℃のと
きには、第2の分離管(8)の中のHFの濃度は非常に低
くなっているからである。このことは金属の表面処理に
関して特に重要である。けだし、あるタイプの酸洗い工
程はフッ化水素酸及び硝酸の混合液を用いて行われるの
に対して、他のタイプの酸洗いは純粋な硝酸を用いて処
理されるからである。第5図は、その溶液の処理量の全
体積(%)と1の分離管の温度(℃)との関係を示す。
ここで「全体積(%)」とは、夫々の分離管に回収され
る量の全体積に対する百分比を表す。即ち、図示の例で
は、50℃に保持された第1の分離管には全体の約70%、
20℃に保持された第2の分離管は全体の約30%が回収さ
れることを示す。また、再生産されるフッ化水素酸の大
部分(95%)は第1の分離管(7)の吐出し物の中に含
まれ、そのきわめて小部分(4%)は第2の分離管
(8)の吐出し物の中に含まれ、残りのきわめて微量な
部分(1%程度以下)は酸化物の中に(その酸化物中の
フッ化物の含有量は0.2〜0.02%である。)含まれてい
ることが分かった。もっと詳しく説明すると、例えば、
第1の分離管の温度を50℃に保ち全体で1000の酸が再
生産されたと仮定すれば、第5図から第1の分離管に70
%の700の量が生成されることが分かる。第4図によ
ればそのHF濃度は4.7%であり、第3図によればそのHNO
3濃度は7%である。また、第2の分離管には30%の300
が生成され、そのHF濃度は0.6%であり、そのHNO3濃
度は18%である。よって、第1の分離管には700掛ける
(4.7/100)≒32.9kgのHFが生成され、第2の分離管に
は300×(0.6/100)≒1.8kgのHFが生成されることにな
る。これは、32.9/(32.9+1.8)×100=94.8%(約95
%)のHFが第1の分離管で回収され、1.8/(32.9+1.
8)×100=5.2(約5%)のHFが第2の分離管で回収さ
れることに相当する。小部分のHFが収塵装置13,14にも
集められ、幾らかのフッ化物が金属酸化物の中に含まれ
るので、第2の分離管に回収されるHFは全体の4%にす
ぎない。硝酸は亜硝酸ガスの吸収によって回収しなけれ
ばならない。その工程においては、初めにNO2として存
在している部分だけが次の反応式に従って硝酸に再び転
換される。
8.で表わされる吸収によって生成されたNOの含有物は、
更に吸収を行なうために、次の反応式に従って酸化しな
ければならない。
応式は硝酸製造の基礎であり、従って公知技術である。
その金属溶液の分解によってその反応器(1)の中で生
産される廃棄ガスはNO2とNOとの比率についてある一定
の組成を有し、第1の分離管(7)への初めの硝酸の投
入量の内で約33%が回収される。これは、分解の反応式
4.に従って生成されるガス状生成物の内50%程度が酸化
されることを意味する。
化塔(図示省略)を挿入することにより、ガス状生成物
の滞留期間を延長し、第2の分離管(8)の中で供給さ
れた硝酸の内の更に40%を吸収できるのに適した酸化の
程度を達成することができる。
のような酸化剤を添加することにより改善することがで
きる。この酸化剤は、第1の分離管(7)若しくは第2
の分離管(8)の中で添加してもよく、又は別の分離し
て設けた収塵器の中で添加してもよい。これらを組合わ
せて変形させることも可能である。これは次のような反
応を引き起こす。
フッ化水素酸で酸洗いした結果生じた溶液である。
に反応器の中に噴霧した。
(3)から行なった。その反応器(1)の加熱はその反
応器(1)の底部に近接して配設したアセチレン−酸素
バーナー(4)により行なった。これによりそのバーナ
ー(4)の近傍の温度は390℃から470℃になり、ガス状
生成物の温度は140℃から160℃になった。
としてブロワー(15)により行ない、吸い出しの速度は
12.5m3/hに達した。そのガス状生成物は、先ずダスト分
離器(6)を通過した後に、直列に接続されポールリン
グを充填した2つの分離管(7)及び(8)を通過し
た。これら分離管(7),(8)には夫々循環ポンプ
(9)及び(10)より吸収用の溶液を供給した。そのよ
うにすることにより、その循環する溶液は熱交換器(1
1)及び(12)により夫々所定の温度に維持された。第
1の分離管(7)の中の温度は50℃に達し、第2の分離
管(8)の中の温度は22℃に達した。その吸収用の溶液
は実験の初めは水であり、実験が進行するにつれてその
溶液中の酸の含有量は増加した。最後にそのガス状生成
物は直列接続された収塵器(13)及び(14)内を通過さ
せた。
塵器(13),(14)より試料を取出し、HNO3及びHFに関
して分析した。その実験が進行する一方で、ガス状生成
物中のNOx及びHFの含有量をドレーガー管(Draeger tub
es)を用いて決定した。この分析結果及びその装置の個
々の部品の既に測定してある体積をもとにして、各段階
における気体の重量の比を決定することができた。さら
に、生成された酸化物を反応器(1)及びダスト分離器
(6)から回収して、重量を測定して分析した。実験の
結果、取り込まれたHNO3の量の重量比が次のとおりであ
ることがわかった。
有されていた。
含有されていた。
のとおりであることがわかった。
含有されていた。
含有されていた。
誤差による。
硝酸アンモニウムで酸洗いした結果生じた溶液である。
含まれるように添加された点を除いて、実験1で使用さ
れたものと同じ溶液を用いて実施した。
比を決定した。その結果、NH4NO3を添加しても回収され
た酸の内で硝酸塩の量は増加しないこと、及びアンモニ
ウムは検出されないことがわかった。これにより、その
硝酸アンモニウムは以下に示す反応式のいずれかによっ
て完全に転換されたと結論できる。
きに発生する有害な一酸化二窒素(笑気ガス)を減少さ
せるために、酸洗い溶液には時々尿素((NH2)2CO)が
添加されるからである。この場合には硝酸アンモニウム
が部分的に生成されて、その結果、この硝酸アンモニウ
ムはすすぎ液又は酸洗い溶液を介してその溶液中に混入
し、溶液中のアンモニウムの濃度が受容できないほど高
くなるであろう。上述の工程によれば、硝酸アンモニウ
ムはその工程中から取除かれてこの方法によって分解さ
れる。
フッ化水素酸で酸洗いした結果生じる溶液である。
全体で12.9の溶液中に次のような成分を9時間にわた
って供給した: Ti ‥‥‥ 32.0g/ HNO3 ‥‥‥125.4g/ HF ‥‥‥ 34.8g/ H2SO4‥‥‥ 5.0g/ そのバーナー(4)の近傍の反応器(1)の温度は39
0℃に達し、第1の分離管(7)及び第2の分離管
(8)の中の温度は夫々45℃及び35℃に達した。
まれた全部のHNO3の各工程における重量比は次の通りで
あることがわかった。
有されていた。
含有されていた。
のとおりであることがわかった。
含有されていた。
含有されていた。
ガスの中にはHFは含まれていなかった。
SO4の各工程における割合は以下のようであった。
含有されていた。
フッ化水素酸で酸洗いしたときに生成される溶液に過酸
化物を添加した溶液である。
かし、第2の分離管(8)において、過酸化水素の溶液
を添加した。この添加によって、その第2の分離管
(8)中での硝酸の収量が増加すること及びガス状生成
物中のNOxの含有量が低下することが明らかになった。
即ち、採り出された全部のHNO3の各工程での重量比は次
のとおりであることが判明した。
に含有されていた。
に含有されていた。
が第2の収塵器の中に夫々存在した。
的比率で所定の量となるように添加した。この場合、煙
道の中の気体中に存在するNOxは100%がNOであると仮定
した。
ましい。また、吸収又は凝縮を2段階に分けたときに
は、第1段階の温度は50℃から60℃が好ましく第2段階
の温度は20℃から30℃が好ましい。
が他の酸を含んでいる場合でも、本発明はそのまま適用
される。その他の酸としては例えば、硫酸,塩酸,リン
酸の外に、例えばアンモニウム塩又は有機物質などの他
の化学化合物が含まれる。このように、本発明は上述の
実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
変更が可能である。
を200℃から500℃の温度の下で(従来は500℃から1000
℃の温度の下であったのに対して)噴霧して燒すると
共に、これによって生成された気体をを0℃から70℃の
温度の下で吸収性のある水溶液を用いて吸収又は凝縮し
て酸を生産又は回収するようにしている。従って、従来
よりも燒の温度を低くしているので、その溶液に硝酸
が含まれている場合でも、硝酸は大部分が可溶性のNO2
に分解される(高温の下では硝酸は大部分が容易に水に
吸収されないNOに分解される)。従って、本発明の方法
によれば、硝酸をも生産又は回収できる実用上の利点が
ある。
に酸化剤を加えた場合には、硝酸の分解によって多少発
生するNOが吸収性のよいNO2に変換されるので、硝酸の
生産効率をより高めることができる。
収又は凝縮して、その第1段階は20℃から70℃の下で、
またその第2段階は0℃から40℃の下で進行させた場合
には、第1段階で硝酸及びフッ化水素酸の混合物が得ら
れ、第2段階で比較的高純度の硝酸を得ることができ、
硝酸のみを分離する工程を省略できる利点がある。
する装置の一例を示すブロック図、第2図は第1図の装
置の他の例の要部を示す線図、第3図〜第5図は夫々本
発明の説明に供する線図である。 (1)は反応器、(3)は噴霧器のノズル、(7),
(8)は夫々分離管、(11),(12)は夫々熱交換器、
(13),(14)は夫々収塵装置、(15)はブロワーであ
る。
Claims (7)
- 【請求項1】金属を含む酸の溶液から、該溶液を噴霧し
焼したのちに生成された気体を吸収凝縮し、上記の噴
霧焼から生じた固形物を取出すことにより、上記酸を
回収する方法において、 硝酸及び(又は)フッ化水素酸を回収するために、上記
の噴霧焼を200゜〜500℃の温度で行い、上記の吸収凝
縮を0゜〜70℃の温度で行うことを特徴とする酸を回収
する方法。 - 【請求項2】上記の噴霧焼を300゜〜400℃の温度で行
うことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項3】上記の吸収凝縮を2段階に分けて行い、第
1段階では20゜〜70℃の温度で行い、第2段階では0℃
〜40℃の温度で行うことを特徴とする請求項1又は2の
方法。 - 【請求項4】上記第1段階における上記吸収凝縮を50゜
〜60℃の温度で行うことを特徴とする請求項3の方法。 - 【請求項5】上記第2段階の上記吸収凝縮を20゜〜30℃
で行うことを特徴とする請求項3又は4の方法。 - 【請求項6】上記噴霧時に生成される気体を上記溶液
の加熱に使用することを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項7】上記噴霧時に酸化剤を添加することを特
徴とする請求項1〜5のいずれか1項の方法。
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1988
- 1988-06-16 JP JP14925788A patent/JP2640498B2/ja not_active Expired - Lifetime
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