JP2918089B2 - ヘキサフルオロ燐酸イオンを含有する廃水の処理方法 - Google Patents

ヘキサフルオロ燐酸イオンを含有する廃水の処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリチウム電池の電解質で
あるLiPFやレジストの重合触媒の原料であるKP
等の製造時又は使用後に発生するヘキサフルオロ燐
酸イオンを含有する廃水の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ヘキサフルオロ燐酸イオンからなる塩例
えばKPF、NaPF、NHPF又はLiPF
等は、古くから知られてはいたが、工業的な用途が無
く、今までは試薬的な製造しか行われていなかった。
【0003】近年リチウム電池や半導体の進歩と共に、
これらの塩が工業的に生産されるようになり、これらの
塩に関する性状も知られるようになってきた。
【0004】フッ素と燐の化合物には多くの形態が存在
し、互いに平衡関係を保っている。ヘキサフルオロ燐酸
イオンは安定で水溶液中でも加水分解されないで存在す
る。しかし、pH=3以下では加水分解されていくこと
が知られている。加水分解されて生成するフルオロオキ
シ燐酸イオンは、逆に酸性では安定である。このように
pHにより安定性が変化するので、分解が困難で脱フッ
素できないと考えられ、このためこれらの塩を含有する
廃水処理方法は従来殆ど知られていなかった。
【0005】類似の錯イオンであるホウフッ化物イオン
を含有する廃水の分解には硫酸アルミニウムが用いられ
るが、本発明者の研究によれば、この方法をヘキサフル
オロ燐酸イオンを含有する廃水に応用しても分解脱フッ
素はできない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上記のようにpHにより安定性が変化する
化合物を生成していくヘキサフルオロ燐酸イオンを含有
する廃水中の該イオンを完全に分解し、廃水から脱フッ
素しうる方法を開発することである。
【0007】
【問題点を解決するための手段】第1工程、第2工程及
び第3工程から成る処理方法であって、第1工程が、 (イ)ヘキサフルオロ燐酸イオンを含有する廃水のpH
を1以下に調整し、次いで、 (ロ)2Ca/F=1〜3の範囲のモル比になるように
塩化カルシウムを添加し、その後、 (ハ)70℃以上、1時間以上の反応条件で反応せしめ
て、ヘキサフルオロ燐酸イオンをフルオロオキシ燐酸イ
オンに分解する工程であり、
【0008】第2工程が、 (ニ)加熱を終了した上記第1工程の溶液に水酸化カル
シウムを添加してpHを7以上にして、フルオロオキシ
燐酸イオンをフッ化カルシウムと燐酸カルシウムとに分
解固定する工程であり、
【0009】第3工程が、 (ホ)第2工程終了後の溶液をpH6〜8に調整する、
工程である処理方法を、ヘキサフルオロ燐酸イオンを含
有する廃水の処理に使用することによって解決される。
【0010】
【発明の作用】本発明の方法のプリンシブルは以下の通
りである。フルオロ燐酸の形態変化は下記の通りであ
る。
【0011】
【化1】
【0012】このように複雑な形態変化を有し、その形
態によってpHによる安定性が異なっている。したがっ
て分解脱フッ素処理は一段では進行しない。ヘキサフル
オロ燐酸イオンは安定な錯イオンで簡単には加水分解し
ない。文献にはpH<3で加水分解するとは記載されて
いるが詳細は全く不明である。
【0013】本発明者は多数の実験を行い、この錯イオ
ンは強酸性下、しかも70℃以上で塩化カルシウム存在
下では加水分解することを見いだした。この第1段目の
反応は温度が高いほど速く進行し90℃以上が好ましい
ことも併せ見いだした。この反応は次のように進行する
と考えられるが、フルオロオキシ燐酸イオンの形はPO
かPO2−かは明らかでない。
【0014】 PF +2CaCl+2HO=2CaF+PO +4HCl
【0015】しかし、溶液が強酸性であるので、生成し
たCaFの溶解度が大きく折出する結晶は少ない。こ
の段階で生成したフルオロオキシ燐酸イオンPO
は酸性では分解しない。第2段階は逆にpHをアルカ
リ側にして分解を行わなければならない。加熱状態を保
ったまま、Ca(OH)を添加しpH>10にして処
理するとフルオロオキシ燐酸イオンが分解し脱フッ素さ
れることが見いだされた。考えられる反応の一例を下記
に示す。
【0016】 2PO +5Ca(OH)=2CaF+Ca(PO+4H O+2OH
【0017】このままでは溶液がアルカリ性であるので
硫酸で中和する。フッ素を10000ppm含有する廃
水を上記方法で処理し、固形物を分離した後の、排水中
のフッ素は70ppmまで低減できた。
【0018】本発明の処理方法をその工程順に更に詳し
く説明する。本発明法の対象となるヘキサフルオロ燐酸
イオンを含有する廃水は通常該イオンが種々の濃度で含
有された廃水である。そしてこのイオンを生成するヘキ
サフルオロ燐酸塩としては各種のものがあるが、通常L
iPF、NHPF、NaPF、KPF等であ
る。このような廃水の代表的なものは、リチウム電池の
電解質であるLiPFやレジスト重合触媒の原料であ
るKPF等の製造時や使用後に発生する廃水を例示出
来るが、本発明ではヘキサフルオロ燐酸イオンを含有す
る溶液であるかぎりすべてその対象となる。
【0019】まず第1工程を説明する。上記廃水をまず
そのpHが1以下となるように調整する。これは本発明
者の研究により該廃水が強酸性下特にpH1以下で塩化
カルシウムと特定温度下で加水分解しうるという新しい
知見に基づくものである。この際のpHを1以下にする
手段は特に限定されないが、通常酸例えばフッ化水素
酸、塩酸の如き無機酸を添加する。pHが1より高くな
ると(例えば2以上となると)上記加水分解が十分に進
行しない傾向がある。
【0020】酸性の調整にフッ化水素酸を使用する場合
があるが、このフッ素は直ちに塩化カルシウムと反応し
て塩酸を生成し、pHを酸性にするものと考えられる。
酸性の調整は塩酸でもよい。塩酸の添加量は廃水1リッ
トルに対して1モル以上、好ましくは3モル以上であ
る。
【0021】上記所定のpH値に調整された廃水に、次
いで塩化カルシウムを添加する。この際の添加量は2C
a/Fが1〜3の範囲のモル比となるような量であり、
1に達しないと脱フッ素が充分に行えず、また逆に3よ
り多くなると反応への寄与がなく、最終的に汚泥の増加
の原因となる。この工程ではカルシウム塩としては塩化
カルシウムを使用することが必須であって、その他のカ
ルシウム塩例えば硫酸カルシウムや硝酸カルシウムでは
上記加水分解が十分に達し難い。またカルシウム以外の
塩化物例えば塩化アルミニウム等ではヘキサフルオロ燐
酸の分解が充分行えない。
【0022】塩化カルシウムが所定量添加された廃水
は、70℃以上で且つ1時間以上加熱される。これによ
りヘキサフルオロ燐酸イオンはフルオロオキシ燐酸イオ
ンに分解される。この際70℃に達しないと分解が不充
分となり、脱フッ素が完全に行えなくなり、また1時間
未満でも分解が不充分となる。
【0023】第2工程では、加熱を終了した後、水酸化
カルシウムを添加してpHを7以上即ちアルカリ性にし
て、フルオロオキシ燐酸イオンをフッ化カルシウムと燐
酸カルシウムとに分解する。この際カルシウム源として
は水酸化カルシウムを使用する理由は強アルカリにしな
ければオキシフルオロ燐酸イオンを分解して脱フッ素を
行えないからであり、他のカルシウム源、例えば炭酸カ
ルシウムでは強アルカリとならず分解が充分に行えない
からである。
【0024】最後にアルカリ性のため、これを中性にす
るためにpHを6〜8に調整して、放出する。この際使
用する酸としては各種の酸も使用出来るが、硫酸が経済
的に入手し易いとの理由で好ましい。
【0025】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示して本発明を詳
しく説明する。
【0026】
【実施例1】KPFを1.6%(F=10000pp
m)含有する廃水1.2kgに、55%HF 137.8g(3.8mol)を添加してpH<1に
し、この溶液にCaCl319g(2Ca/F=1.
30)を添加した後、90℃に加熱し1時間撹拌反応さ
せた。加熱をやめ、Ca(OH)223gを添加し、
pH=10にして1時間撹拌をした。硫酸を加えて、溶
液のpHを中性にした。溶液を瀘過し瀘液中のフッ素を
分析した結果、70ppmであった。
【0027】
【実施例2】PF を4.3%(F=34000pp
m)及びHClを3.5%含有する廃水1.2kgに、
CaClを155g(2Ca/F=1.27)添加し
た後、90℃に加熱し1時間撹拌反応させた。加熱をや
め、Ca(OH)238gを添加しpH=9にして1
時間撹拌をした。硫酸を加えて、溶液のpHを中性にし
た。溶液を瀘過し瀘液中のフッ素を分析した結果、44
ppmであった。
【0028】
【実施例3】KPFを1.6%(F=10000pp
m)含有する廃水1.2kgに、55%HF137.8
g(3.8mol)を添加しpH<1にし、この溶液に
CaClを319g(2Ca/F=1.30)添加し
た後、70℃に加熱し1時間撹拌反応させた。加熱をや
め、Ca(OH)223gを添加しpH=11にして
1時間撹拌をした。硫酸65gを加えて、溶液のpHを
中性にした。溶液を瀘過し瀘液中のフッ素を分析した結
果、210ppmであった。
【0029】
【比較例1】KPFを1.6%(F=10000pp
m)含有する廃水1.2kgに、55%HF137.8
g(3.8mol)を添加し、この溶液にCaCl
319g(2Ca/F=1.30)添加した後、60℃
に加熱し1時間撹拌反応させた。加熱をやめ、Ca(O
H)223gを添加しpH=11にして1時間撹拌を
した。硫酸を加えて、溶液のpHを中性にした。溶液を
瀘過し瀘液中のフッ素を分析した結果、6000ppm
であった。
【0030】
【比較例2】KPFを1.6%(F=10000pp
m)含有する廃水1.2kg(pH=5.5)に、この
溶液にCaClを45.6g(2Ca/F=0.1
)添加した後、90℃に加熱し1時間撹拌反応させ
た。加熱をやめ、Ca(OH)30gを添加しpH=
11にして1時間撹拌をした。硫酸を加えて、溶液のp
Hを中性にした。溶液を瀘過し瀘液中のフッ素を分析し
た結果、8000ppmであった。
【0032】
【比較例3】PF を4.3%(F=34000pp
m)及びHClを3.5%含有する廃水1.2kgに、
Ca(OH)210gを添加しpH=12にして1時
間撹拌をした。硫酸を加えて、溶液のpHを中性にし
た。溶液を瀘過し瀘液中のフッ素を分析した結果、33
50ppmであった。
【0033】
【発明の効果】リチウムイオン電池に使用される電解質
の廃水処理が可能になり、工業的に寄与できるようにな
った。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C02F 1/58

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1工程、第2工程及び第3工程から成る
    処理方法であって、 第1工程が、 (イ)ヘキサフルオロ燐酸イオンを含有する廃水のpH
    を1以下に調整し、次いで、 (ロ)2Ca/F=1〜3の範囲のモル比になるように
    塩化カルシウムを添加し、 その後、 (ハ)70℃以上、1時間以上の反応条件で反応せしめ
    て、ヘキサフルオロ燐酸イオンをフルオロオキシ燐酸イ
    オンに分解する工程であり、 第2工程が、 (ニ)加熱を終了した上記第1工程の溶液に、水酸化カ
    ルシウムを添加してpHを7以上にして、フルオロオキ
    シ燐酸イオンをフッ化カルシウムと燐酸カルシウムとに
    分解固定する工程であり、 第3工程が、 (ホ)第2工程終了後の溶液をpH6〜8に調整する、 工程であることを特徴とするヘキサフルオロ燐酸イオン
    を含有する廃水の処理方法。
  2. 【請求項2】上記(イ)のpHを1以下に調整する手段
    が、酸を添加する手段である請求項1に記載の処理方
    法。
  3. 【請求項3】ヘキサフルオロ燐酸イオンを生成するその
    塩類がLiPF、NHPF、NaPF及びKP
    である請求項1〜2のいずれかに記載の処理方法。
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