JP2828496B2 - 酸廃液からの燐酸の回収方法 - Google Patents

酸廃液からの燐酸の回収方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属表面処理工業、特にアルミ箔の表面処
理工業(電解エッチング、アルマイト加工等)におい
て、例えば、電解エッチング工程や酸洗浄工程等より排
出する塩及び燐酸を含む酸廃液から該燐酸を燐酸塩とし
てでは無く、燐酸(H3PO4)と塩酸等の無機強酸との混
酸として高率で回収するクロマト分離方法に関する。
〔従来の技術〕
アルミ箔の表面処理工程では、燐酸を一成分とする混
酸浴液を使用して、電解エッチング法、その他の表面処
理法によりアルミ箔表面を酸処理する工程や、更には酸
洗浄する工程等が歩る有るが、この際、アルミニウム該
浴中に溶解してくる。このアルミニウムの溶解が進み、
該溶液中のアルミニウム塩濃度が上昇してくると、該溶
液の表面処理能力等が低下してくるため、該溶液を抜き
出し、遊離の酸を中和するか又は蒸留して該遊離の酸を
回収し、中和又は蒸留後に残留する塩を別途回収し、凝
集剤として利用するか又は廃棄処分する方法が採られて
きた。溶液に用いられる無機酸の中で燐酸は高価である
等の点を考慮すると、塩と酸を分離い、特に燐酸を回収
して再利用することが望まてれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
アルミニウム塩や鉄塩を含む酸水溶液は、強塩基性陰
イオン交換樹脂を分離担体として水を展開液とするクロ
マト分離による酸水溶液と塩水溶液とに分離することが
できることは良く知られている。
塩化アルミニウムを含む塩酸溶液を、C1形強塩基性陰
イオン交換樹脂(I型:例えば、トリメチルアミン基を
有する。樹脂粒度:直径0.4−0.6mm)を用いて水を展開
液としてクロマト分離操作サイクルを繰り返した場合の
4ないし5サイクル時の流出量対カラム流出液成分濃度
の関係の一例を第2図に示す。第2図のグラフにおい
て、縦次は塩酸及び塩化アルミニウムの濃度〔1・・・
塩酸濃度(eq/)、2・・・塩化アルミニウム濃度(e
q/)〕を表し、横軸はカラムに上記の塩化アルミニム
を含む塩酸溶液を負荷した時点からの流出液の流出量
(/−樹脂)を表す。同図において、A部分を塩水
溶液画分、B部分を酸水溶液画分として回収すると、か
なり高純度の酸を得ることができ、再利用が可能となる
ことが理解できる。また、A部分とB部分の境界近辺の
C部分(塩と酸が混ざり合っている画分)を廃棄し、残
りのA部分とB部分をより純度の高い塩水溶液及び酸水
溶液として回収しても良い。
第2図で説明したクロマト分離は、燐酸が混入してい
ない酸水溶液の分離の例であるが、本発明は、酸廃液中
に燐酸が混入している場合を対象とする。
第3図は、塩及び燐酸を含む酸廃液(Al3+:1.26eq/
,Cl-:2.44eq/,PO3-:0.32eq/)を上記と同様のCl
形強塩基性陰イオン交換樹脂(I型)を充填したカラム
(樹脂層高:1640mm)に廃液量として0.5/−樹脂を
負荷した後、イオン交換水1.5/−樹脂で展開する
操作サイクルを繰り返した場合の4ないし5サイクル時
の流出量対カラム流出液成分濃度の関係を示したもので
ある。第3図において、縦軸は酸及び塩の濃度〔1・・
・塩酸(eq/)、2・・・塩化アルミニウム(eq/
)、3・・・燐酸アルミニウム(eq/)、4・・・
燐酸(eq/)〕を表し、横軸はカラムに酸廃液を負荷
した時点からの流出液の流出量(/−樹脂)を表
す。
同図によると、負荷した酸廃液中の燐酸の約50%がア
ルミニウム塩(AlPO4)として溶出し、残りの約50%が
遊離酸として溶出してくることが分かる。なお、このAl
PO4の形で溶出してくる燐酸は、酸廃液をカラムに負荷
した後水で展開する操作を一サイクルする操作サイクル
の繰り返しにおいて、前のサイクルで負荷した酸廃液中
の燐酸の約50%がカラム中に残留し、この残留燐酸と次
のサイクルで負荷した酸廃液中のアルミニウムイオンと
が塩を形成して溶出してきたものであることが確認され
た。
このことより、酸廃液中の燐酸を、酸水溶液(HClとH
3PO4との混酸)として回収し、アルミニウムを塩酸塩
(AlCl3)として回収するためには、第3図の場合、AlP
O4の形で回収される燐酸を酸水溶液の画分へ以降させる
ような展開条件を設定することが必要となることが理解
される。
本発明は、上述のような展開条件設定を行うことによ
り、酸廃液中の燐酸を燐酸塩水溶液としてでは無く遊離
酸水溶液として高率で回収することを可能とする燐酸の
クロマト分離回収方法を提供することを目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するために、本発明は、塩及び燐酸
を含む酸廃液を強塩基性陰イオン交換樹脂を用いたクロ
マト分離技術により塩水溶液と酸水溶液とに分離する操
作サイクルを繰り返す方法において、少なくとも第二回
目以降の前記操作サイクルにおいて、前記酸廃液を前記
強塩基性陰イオン交換樹脂に負荷した後、展開液とし
て、最初に無機強酸、次に水を使用することにより、前
記燐酸を前記無機強酸と燐酸との混酸の水溶液として回
収することを特徴とする酸廃液からの燐酸の回収方法を
提供するものである。
〔作用〕
前述したように、AlPO4等の形で溶出してくる燐酸
は、前の操作サイクルにおいて負荷した酸廃液中の燐酸
に由来している。これは、つぎのように考えられる。操
作サイクルの最初に塩水溶液画分が流出し次いで酸水溶
液画分が流出してくる(Alと酸の混合比によって、酸の
流出時間は異なる。)ので、該サイクルの途中からカラ
ム中の酸癈液が塩酸等の無機強酸リッチの状態となり、
そのpHは例えば2以下の低いpHが下がり、そのため、H3
PO4がイオン交換樹脂中に残存し易い実質的な非解離分
子状態となって、該前の操作サイクルでは溶出してこな
い。しかし、次のサイクル酸廃液が負荷されてpH値が上
昇する(AlCl3とHClとが別れ、このAlCl3が主成分を成
す画分のpHが少し上昇する。AlCl3溶液の元来のpHは、
2.5ないし5位である。)と、前記の実質的非解離分子
状態H3PO4がAlPO4となって、AlCl3と重なって塩水溶液
画分中に溶出してくると考えられる。本発明の方法に従
い、無機強酸を少なくとも第二回目以降の各操作サイク
ルの最初の展開液として通液し、次いで水を展開液とし
て通液するようにすると、カラム中の酸廃液のpH値を低
下させることができ、前サイクルの燐酸を実質的非解離
分子状態で次サイクルの酸水溶液画分中に押し出し、酸
水溶液の一成分として溶出することができるものと考え
られる。かかる本発明の原理は、通常のクロマト分離の
場合とは大変異なっているものであり、本発明者等によ
る新しい知見に基づくものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の方法が適用される酸廃液としては、第3図と
の関連でAl3+、Cl-、PO3-を含む酸廃液を挙げたが、こ
のほかに、燐酸に加えて鉄イオン、亜鉛イオン、ニッケ
ルイオン等の金属イオンと硫酸イオン、硝酸イオン等の
酸根イオンを含有する酸廃液に対しても、本発明の方法
が適用できる。
強塩基性陰イオン交換樹脂としては、上記したI型の
ほかに、II型(例えば、ジメチルエタノールアミン基を
有する。)等の陰イオン交換樹脂も使用できる。強塩基
性陰イオン交換樹脂のイオン形は、第1図及び第2図と
の関連ではCl形を使用したが、酸廃液に含まれる酸根イ
オンの種類に対応したイオン形を使用することができ
る。このような強塩基性陰イオン交換樹脂の粒度として
は、直径0.2mmないし0.7mm位の範囲内であればよく、好
ましくは0.3mmないし0.6mm位である。現在、通常使用さ
れる強塩基性陰イオン交換樹脂の粒度は、0.4mmないし
0.6mm位である。
最初の展開液といての無機強酸としては、酸廃液中の
主たる無機強酸が塩酸の場合は、塩酸を使用すればよ
く、酸廃液中の無機強酸が硫酸、硝酸等の場合は、これ
に対応させて硫酸、硝酸等を最初の展開液として使用す
ればよい。酸廃液中の主たる無機強酸が複数存在する場
合は、かかる複数の無機強酸の混合物を最初の展開液と
して使用しても良い。本発明の方法において、この最初
の展開液としての無機強酸は、第一回目の操作サイクル
から使用してもよいが、第一回目のサイクルにおいては
展開液として無機強酸を使用せず、水のみを使用して展
開しても構わない。しかし、第二回目の操作サイクルか
らは、必ず無機強酸を最初の展開液として使用する。
展開液としての無機強酸及び水の通液量は、強塩基性
陰イオン交換樹脂の種類及び粒度、酸廃液の組成等によ
り異なってくるが、一般的には、無機強酸の通液量は、
0.1/−樹脂ないし2/−樹脂の範囲で、水の
通液量も同様に0.1/−樹脂ないし2/−樹脂
の範囲である。
なお、添付図面において、各流出液中の各成分の濃度
測定法は、次の通りである。H+イオンは、中和滴定法に
より、Al+イオンは、キレート滴定法により、Cl-イオン
及び燐酸イオンは、イオンクロマト法により、各イオン
濃度の測定を行い、塩酸、塩化アルミニウム、燐酸アル
ミニウム及び燐酸の各濃度を算出した。なお、酸廃液に
Feイオン、SO4 2+イオン、NO3 -イオン等が含まれている
場合、これらのイオン濃度は、比色法やイオンクロマト
法等により測定することができる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発
明が実施例に限定されるもので無いことは言うまでも無
い。
実施例1 第3図の場合と同じ条件で、同じ量(0.5/−樹
脂)の酸廃液を負荷した後、最初に1N塩酸1.0/−
樹脂、次にイオン交換水0.5/−樹脂で展開する操
作サイクルを繰り返した。第1図は、かかる実験の4な
いし5回目の操作サイクル時の流出量対カラム流出液成
分濃度の関係を示したものである。同図において、縦軸
は酸及び塩の濃度〔1・・・塩酸(eq/)、2・・・
塩化アルミニウム(eq/)、3・・・燐酸アルミニウ
ム(eq/)、4・・・燐酸(eq/)〕を表し、横軸は
カラムに酸廃液を負荷した時点からの流出液の流出量
(/−樹脂)を表す。同図によると、負荷した酸廃
液中の燐酸の80%以上が酸水溶液の画分(同図B部分)
に溶出しており、アルミニウム塩(AlPO4)として溶出
してくる燐酸の量がイオン交換水のみで展開した場合
(第3図)と比べて大幅に減少していることが分かる。
これは、展開液の一つとして塩酸を用いることにより、
燐酸の解離状態が実質的な非解離分子状態へと変化し前
サイクルにおいてカラムに残留していた燐酸が、HClに
より丁度酸水溶液画分中に押し出され、塩水溶液画分中
の残留量が減少したものと考えられる。
上述の分離操作で得られた塩水溶液画分(A部分)
は、濃縮して凝集剤としての用途が有り、酸水溶液画分
は混酸して表面処理工程(電解エッチング等)で再利用
することが可能である。
展開液として用いる塩酸の濃度を、0.1規定から2規
定程度の範囲で変え、上述と同様の分離操作を行った
が、燐酸の溶出挙動に殆ど変化は見られなかった(第1
図の燐酸のカーブと同様の燐酸カーブを描く。)。従っ
て、実装置において展開液としての塩酸をできるだけ使
用したく無い場合は、0.1規定程度の薄い塩酸を用いれ
ばよく、塩酸の利用に問題が無い場合は、任意に塩酸濃
度を高めることができる。
被処理酸廃液中に燐酸と共に含まれる酸(塩の形のも
のも含めて)としては、特に塩酸に限定されることは無
く、硫酸、硝酸等の場合でも上述と同様の効果が認めら
れた。従って、酸廃液中の酸成分としては、塩酸、硫
酸、硝酸等の単独の無機強酸と燐酸との組み合わせとし
ての混酸、上記のような無機強酸の混合物と燐酸との組
み合わせとしての混酸等を挙げることができる。
〔効果〕
以上説明してきたように、本発明の方法によれば、従
来安価な凝集剤として回収するか廃棄していた塩と燐酸
を含む酸廃液を、塩水溶液と酸水溶液として分離・回収
し、再利用することができる。特に、燐酸を高価な遊離
燐酸の形で塩酸等の無機強酸との混酸の形で回収するこ
とが可能なことから、産業界に寄与するところが大き
い。
また、本発明の方法は、クロマト分離方法としての回
分法、移動層法、擬似移動層法等の各種方法に適用する
ことができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、下記第3図の場合と同じ酸廃液を、第3図の
場合と同じカラムに0.5/−樹脂の量で負荷した後
に、最初に1.0/−樹脂の量の1N塩酸、次に0.5/
−樹脂の量のイオン交換水を用いて展開する操作サイ
クルを繰り返した際の4ないし5サイクル時の流出液の
組成変化を示すグラフ図である。 第2図は、塩酸と塩化アルミニウムの混合溶液をCl形強
塩基性陰イオン交換樹脂(I型)を充填したカラムに0.
5/−樹脂の量で負荷した後に、1.0/−樹脂の
量のイオン交換水で展開する操作サイクルを繰り返した
際の4ないし5サイクル時の流出液の組成変化を示すグ
ラフ図である。 第3図は、燐酸、塩酸、酸化アルミニウム及び燐酸アル
ミニムを含む酸廃液を、Cl形強塩基性陰イオン交換樹脂
(I型)を充填したカラムに0.5/−樹脂の量で負
荷した後に、1.5/−樹脂の量のイオン交換水で展
開する操作サイクルを繰り返した際の4ないし5サイク
ル時の流出液の組成変化を示すグラフ図である。 1……塩酸濃度 2……塩化アルミニウム濃度 3……燐酸アルミニウム濃度 4……燐酸濃度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C25D 21/22 C25D 21/22 H C25F 7/02 C25F 7/02 (72)発明者 堀江 正治 東京都文京区本郷5丁目5番16号 オル ガノ株式会社内 (72)発明者 増田 隆之 埼玉県戸田市川岸1丁目4番9号 オル ガノ株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−212800(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 15/00 - 15/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】塩及び燐酸を含む酸廃液を強塩基性陰イオ
    ン交換樹脂を用いてクロマト分離技術により塩水溶液と
    酸水溶液とに分離する操作サイクルを繰り返す方法にお
    いて、少なくとも第二回目以降の前記操作サイクルにお
    いて、前記酸廃液を前記強塩基性陰イオン交換樹脂に負
    荷した後、展開液として、最初に無機強酸、次に水を使
    用することにより、前記燐酸を前記無機強酸と燐酸との
    混酸の水溶液として回収することを特徴とする酸廃液か
    らの燐酸の回収方法。
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