JP4179673B2 - 重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法 - Google Patents
重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウラン、六価クロム、鉛、カドミウム、水銀、鉄等の重金属元素を含有する希薄な水溶液をタンニン系吸着剤を用いて濃縮する方法に関する。更に詳しくは溶液の状態で重金属元素を回収するに適した濃縮液を得るための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のタンニン系吸着剤の製造方法の一つとして、タンニン粉末をアルデヒド水溶液に溶解し、この溶液にアンモニアを添加して沈殿物を生成し、この沈殿物を熟成することにより不溶性タンニンからなる吸着剤を製造する方法が知られている（特開平３−２０６０９４）。この方法で作られた不溶性タンニンは化学プラント等から発生する六価クロム、ウラン等の重金属元素を含む廃液中の重金属元素を吸着する機能を有するため、これを利用して重金属元素を除去し、回収することができる。
この重金属元素の回収方法には、重金属元素を吸着した不溶性タンニンを溶離液のアルカリ水溶液や希鉱酸で処理して不溶性タンニンから重金属元素をアルカリ水溶液や希鉱酸中に溶離させ、重金属元素を水溶液の形態で回収する方法や、重金属元素を吸着した不溶性タンニンを燃焼処理して、固体状の酸化物を形成し、重金属元素を固体酸化物の形態で回収する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の回収方法は不溶性タンニンを再利用することを目的としているため、水溶液から不溶性タンニンを分離する工程を必要とする。またこの方法で重金属元素の高濃度溶液を得ようとすると、回収した水溶液を蒸発濃縮する必要があり、多大の熱エネルギーを要する。また溶離液としてアルカリ水溶液を用いた場合で溶離した重金属元素の濃度が高くなるときには、加水分解により重金属元素がアルカリ水溶液中に沈殿して沈殿物を生成するため、重金属元素を沈殿物の形態で回収しなければならない。更に蒸発濃縮後及び沈殿物回収後には、残留した不溶性タンニンは再使用可能であるが、最終的には廃棄物として処理しなければならない煩わしさがある。
一方、後者の回収方法では不溶性タンニンを燃焼処理するための装置が必要である。また燃焼により得られた固体酸化物も上述した沈殿物も、そこから重金属元素を取出すためには固体酸化物や沈殿物を溶解する必要がある。
本発明の目的は、不溶性タンニンから分離した重金属元素を沈殿させずに、また使用した不溶性タンニンを残留させることなく、更に重金属元素を吸着した不溶性タンニンを燃焼処理することなく、効率よくかつ少ないエネルギーで、重金属元素を高濃度の水溶液の形態で回収することができる、重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法を提供することにある。
【０００４】
請求項１に係る発明は、重金属元素を含有した希薄な水溶液と不溶性タンニン又はゲル化タンニンを主成分として含有するタンニン系吸着剤とを接触させて上記水溶液中の重金属元素を吸着する工程と、上記重金属元素を吸着したタンニン系吸着剤と上記水溶液とを分離する工程と、上記水溶液から分離したタンニン系吸着剤と２〜１５規定の硝酸とを室温から沸騰温度で接触させて上記タンニン系吸着剤を溶解する工程とを含む重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法であって、不溶性タンニンがタンニンをアルデヒド水溶液に溶解した水溶液に、アンモニアを添加して沈殿物を生成させ、沈殿物を熟成して得られる不溶性タンニンであり、ゲル化タンニンがアンモニア水に縮合型タンニン粉末を溶解した溶液に、アルデヒド水溶液を混合してゲル状組成物を生成し、ゲル状組成物を室温下で熟成して安定化したゲル化タンニンである重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法である。
重金属元素を含有したタンニン系吸着剤を２〜１５規定の硝酸に室温からその沸騰温度で接触させると、この吸着剤が完全に溶解されるため、重金属元素を含有した濃縮した硝酸水溶液が容易に得られる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で使用されるタンニン系吸着剤は不溶性タンニン、ゲル化タンニンを主成分とする吸着剤である。不溶性タンニンとしてはタンニンをアルデヒド水溶液に溶解し、これにアンモニアを添加して沈殿物を生成し、これを熟成して得られるものが挙げられる。ゲル化タンニンとしてはアンモニア水に縮合型タンニン粉末を溶解し、この溶液にアルデヒド水溶液を混合してゲル状組成物を生成し、このゲル状組成物を室温下で熟成して安定化したものが用いられる。
【０００６】
重金属元素を含有した希薄な水溶液とタンニン系吸着剤とを接触させて上記水溶液中の重金属元素を吸着する具体的な方法としては、タンニン系吸着剤をカラムに充填して重金属元素を含有した希薄な水溶液をカラムに通すカラム法と、タンニン系吸着剤を重金属元素を含有した希薄な水溶液に添加して撹拌するバッチ法が挙げられる。
本発明で重金属元素を吸着したタンニン系吸着剤を溶解する酸としては２〜１５規定の硝酸が用いられる。好ましくは５〜１０規定である。２規定未満の硝酸ではタンニン系吸着剤が完全に溶解せず、１５規定を超えても溶解時間は大差がなく取扱いにくくなる。また溶解時の温度は室温から硝酸の沸騰温度である。５０℃以上が溶解時の温度として好ましい。この温度は高いほどタンニン系吸着剤はより良好に溶解する。
【０００７】
【実施例】
次に本発明の具体的態様を示すために、本発明の実施例を説明する。
＜実施例１〜５＞
核燃料加工工場及び研究施設等から排出されるウラン系水溶液を想定して、表１に示すように、ウラン濃度がそれぞれ１〜４９８ｐｐｍの５種類のウラン模擬廃液（実施例１〜５）を調製した。またタンニン系吸着剤（商品名「タンニックス」三菱原子燃料（株）製）を内径１２ｍｍ、高さ３００ｍｍの５本の流通式のカラム内にそれぞれ２０ｇ充填した。上記ウラン模擬廃液を上記タンニン系吸着剤が充填されたカラムにそれぞれ一定量（４０００〜５００００ｍｌ）通液させた後、ウランを吸着したタンニン系吸着剤の全量をカラムからビーカに抜出した。抜出された５種類の吸着剤に５規定（Ｎ）又は１０規定（Ｎ）の硝酸水溶液を吸着剤と硝酸水溶液との合計量が５０ｍｌよりやや下まわる量になるように添加した。上記ビーカ内で撹拌子を回転させて撹拌を行いながら５０℃又は８０℃に加温し、タンニン系吸着剤が完全に溶解して溶液が透明になるまでの時間（１５〜７２分）を測定した。次いで上記透明な溶解液に水を加えて５０ｍｌに調整し、実施例１〜５の５種類の溶解液中のウラン濃度（９９１〜３９７６９ｐｐｍ）を測定した。これらの溶解液中のウラン濃度をウラン模擬廃液のウラン濃度で割ることにより、ウラン模擬廃液からの濃縮倍率（７９〜９９１倍）を算出した。その結果を表１に示す。
【０００８】
＜実施例６＞
重金属元素を含有した希薄な水溶液として表１に示すように、六価クロム濃度が２０ｐｐｍの六価クロム模擬廃液を調製したことを除いては実質的に実施例１の方法を繰返してクロム模擬廃液を濃縮した。その結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】
＜評価＞
表１より明らかなように、重金属元素の六価クロムの濃縮倍率は２０倍であり、これはウランの濃縮倍率（７９〜９９１倍）に比べて小さいが、この値は実用上十分に満足できる値である。また実施例４及び実施例５に示すように、ウラン模擬廃液をタンニン系吸着剤が充填されたカラムに通液させる通液量（ｍｌ）を増やすことにより濃縮倍率が増大することが判る。タンニン系吸着剤が硝酸水溶液に溶解する溶解時間は１５〜７２分であり、硝酸濃度が高い程、また溶解時の温度が高い程、溶解時間が短縮されることが判る。
なお、実施例１〜６において、模擬液から溶解液へのウラン及びクロムの回収率はすべて９９％以上であることを確認した。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば重金属元素を含有した希薄な水溶液をタンニン系吸着剤に接触させて水溶液中の重金属元素を吸着し、重金属元素を吸着したタンニン系吸着剤を上記水溶液から分離し、分離したタンニン系吸着剤を２〜１５規定の硝酸とを室温〜沸騰温度で接触させてタンニン系吸着剤を溶解するようにしたから、アルカリ水溶液や希鉱酸を溶離液として用いる従来方法や、また重金属元素を吸着した不溶性タンニンを燃焼処理する従来方法に比べて、不溶性タンニンから分離した重金属元素を沈殿させずに、また使用した不溶性タンニンを残留させることなく、更に重金属元素を吸着した不溶性タンニンを燃焼処理することなく、効率よくかつ少ないエネルギーで、重金属元素を高濃度の水溶液の形態で回収することができる。
このようにして得られた水溶液に複数種類の重金属元素が含まれるときには、溶解に用いた硝酸の濃度を変えて溶媒抽出やイオン交換等の処理に適合するようにして、この水溶液から所望の単一の重金属元素を回収することもできる。
【発明の属する技術分野】
本発明はウラン、六価クロム、鉛、カドミウム、水銀、鉄等の重金属元素を含有する希薄な水溶液をタンニン系吸着剤を用いて濃縮する方法に関する。更に詳しくは溶液の状態で重金属元素を回収するに適した濃縮液を得るための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のタンニン系吸着剤の製造方法の一つとして、タンニン粉末をアルデヒド水溶液に溶解し、この溶液にアンモニアを添加して沈殿物を生成し、この沈殿物を熟成することにより不溶性タンニンからなる吸着剤を製造する方法が知られている（特開平３−２０６０９４）。この方法で作られた不溶性タンニンは化学プラント等から発生する六価クロム、ウラン等の重金属元素を含む廃液中の重金属元素を吸着する機能を有するため、これを利用して重金属元素を除去し、回収することができる。
この重金属元素の回収方法には、重金属元素を吸着した不溶性タンニンを溶離液のアルカリ水溶液や希鉱酸で処理して不溶性タンニンから重金属元素をアルカリ水溶液や希鉱酸中に溶離させ、重金属元素を水溶液の形態で回収する方法や、重金属元素を吸着した不溶性タンニンを燃焼処理して、固体状の酸化物を形成し、重金属元素を固体酸化物の形態で回収する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の回収方法は不溶性タンニンを再利用することを目的としているため、水溶液から不溶性タンニンを分離する工程を必要とする。またこの方法で重金属元素の高濃度溶液を得ようとすると、回収した水溶液を蒸発濃縮する必要があり、多大の熱エネルギーを要する。また溶離液としてアルカリ水溶液を用いた場合で溶離した重金属元素の濃度が高くなるときには、加水分解により重金属元素がアルカリ水溶液中に沈殿して沈殿物を生成するため、重金属元素を沈殿物の形態で回収しなければならない。更に蒸発濃縮後及び沈殿物回収後には、残留した不溶性タンニンは再使用可能であるが、最終的には廃棄物として処理しなければならない煩わしさがある。
一方、後者の回収方法では不溶性タンニンを燃焼処理するための装置が必要である。また燃焼により得られた固体酸化物も上述した沈殿物も、そこから重金属元素を取出すためには固体酸化物や沈殿物を溶解する必要がある。
本発明の目的は、不溶性タンニンから分離した重金属元素を沈殿させずに、また使用した不溶性タンニンを残留させることなく、更に重金属元素を吸着した不溶性タンニンを燃焼処理することなく、効率よくかつ少ないエネルギーで、重金属元素を高濃度の水溶液の形態で回収することができる、重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法を提供することにある。
【０００４】
請求項１に係る発明は、重金属元素を含有した希薄な水溶液と不溶性タンニン又はゲル化タンニンを主成分として含有するタンニン系吸着剤とを接触させて上記水溶液中の重金属元素を吸着する工程と、上記重金属元素を吸着したタンニン系吸着剤と上記水溶液とを分離する工程と、上記水溶液から分離したタンニン系吸着剤と２〜１５規定の硝酸とを室温から沸騰温度で接触させて上記タンニン系吸着剤を溶解する工程とを含む重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法であって、不溶性タンニンがタンニンをアルデヒド水溶液に溶解した水溶液に、アンモニアを添加して沈殿物を生成させ、沈殿物を熟成して得られる不溶性タンニンであり、ゲル化タンニンがアンモニア水に縮合型タンニン粉末を溶解した溶液に、アルデヒド水溶液を混合してゲル状組成物を生成し、ゲル状組成物を室温下で熟成して安定化したゲル化タンニンである重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法である。
重金属元素を含有したタンニン系吸着剤を２〜１５規定の硝酸に室温からその沸騰温度で接触させると、この吸着剤が完全に溶解されるため、重金属元素を含有した濃縮した硝酸水溶液が容易に得られる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で使用されるタンニン系吸着剤は不溶性タンニン、ゲル化タンニンを主成分とする吸着剤である。不溶性タンニンとしてはタンニンをアルデヒド水溶液に溶解し、これにアンモニアを添加して沈殿物を生成し、これを熟成して得られるものが挙げられる。ゲル化タンニンとしてはアンモニア水に縮合型タンニン粉末を溶解し、この溶液にアルデヒド水溶液を混合してゲル状組成物を生成し、このゲル状組成物を室温下で熟成して安定化したものが用いられる。
【０００６】
重金属元素を含有した希薄な水溶液とタンニン系吸着剤とを接触させて上記水溶液中の重金属元素を吸着する具体的な方法としては、タンニン系吸着剤をカラムに充填して重金属元素を含有した希薄な水溶液をカラムに通すカラム法と、タンニン系吸着剤を重金属元素を含有した希薄な水溶液に添加して撹拌するバッチ法が挙げられる。
本発明で重金属元素を吸着したタンニン系吸着剤を溶解する酸としては２〜１５規定の硝酸が用いられる。好ましくは５〜１０規定である。２規定未満の硝酸ではタンニン系吸着剤が完全に溶解せず、１５規定を超えても溶解時間は大差がなく取扱いにくくなる。また溶解時の温度は室温から硝酸の沸騰温度である。５０℃以上が溶解時の温度として好ましい。この温度は高いほどタンニン系吸着剤はより良好に溶解する。
【０００７】
【実施例】
次に本発明の具体的態様を示すために、本発明の実施例を説明する。
＜実施例１〜５＞
核燃料加工工場及び研究施設等から排出されるウラン系水溶液を想定して、表１に示すように、ウラン濃度がそれぞれ１〜４９８ｐｐｍの５種類のウラン模擬廃液（実施例１〜５）を調製した。またタンニン系吸着剤（商品名「タンニックス」三菱原子燃料（株）製）を内径１２ｍｍ、高さ３００ｍｍの５本の流通式のカラム内にそれぞれ２０ｇ充填した。上記ウラン模擬廃液を上記タンニン系吸着剤が充填されたカラムにそれぞれ一定量（４０００〜５００００ｍｌ）通液させた後、ウランを吸着したタンニン系吸着剤の全量をカラムからビーカに抜出した。抜出された５種類の吸着剤に５規定（Ｎ）又は１０規定（Ｎ）の硝酸水溶液を吸着剤と硝酸水溶液との合計量が５０ｍｌよりやや下まわる量になるように添加した。上記ビーカ内で撹拌子を回転させて撹拌を行いながら５０℃又は８０℃に加温し、タンニン系吸着剤が完全に溶解して溶液が透明になるまでの時間（１５〜７２分）を測定した。次いで上記透明な溶解液に水を加えて５０ｍｌに調整し、実施例１〜５の５種類の溶解液中のウラン濃度（９９１〜３９７６９ｐｐｍ）を測定した。これらの溶解液中のウラン濃度をウラン模擬廃液のウラン濃度で割ることにより、ウラン模擬廃液からの濃縮倍率（７９〜９９１倍）を算出した。その結果を表１に示す。
【０００８】
＜実施例６＞
重金属元素を含有した希薄な水溶液として表１に示すように、六価クロム濃度が２０ｐｐｍの六価クロム模擬廃液を調製したことを除いては実質的に実施例１の方法を繰返してクロム模擬廃液を濃縮した。その結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
＜評価＞
表１より明らかなように、重金属元素の六価クロムの濃縮倍率は２０倍であり、これはウランの濃縮倍率（７９〜９９１倍）に比べて小さいが、この値は実用上十分に満足できる値である。また実施例４及び実施例５に示すように、ウラン模擬廃液をタンニン系吸着剤が充填されたカラムに通液させる通液量（ｍｌ）を増やすことにより濃縮倍率が増大することが判る。タンニン系吸着剤が硝酸水溶液に溶解する溶解時間は１５〜７２分であり、硝酸濃度が高い程、また溶解時の温度が高い程、溶解時間が短縮されることが判る。
なお、実施例１〜６において、模擬液から溶解液へのウラン及びクロムの回収率はすべて９９％以上であることを確認した。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば重金属元素を含有した希薄な水溶液をタンニン系吸着剤に接触させて水溶液中の重金属元素を吸着し、重金属元素を吸着したタンニン系吸着剤を上記水溶液から分離し、分離したタンニン系吸着剤を２〜１５規定の硝酸とを室温〜沸騰温度で接触させてタンニン系吸着剤を溶解するようにしたから、アルカリ水溶液や希鉱酸を溶離液として用いる従来方法や、また重金属元素を吸着した不溶性タンニンを燃焼処理する従来方法に比べて、不溶性タンニンから分離した重金属元素を沈殿させずに、また使用した不溶性タンニンを残留させることなく、更に重金属元素を吸着した不溶性タンニンを燃焼処理することなく、効率よくかつ少ないエネルギーで、重金属元素を高濃度の水溶液の形態で回収することができる。
このようにして得られた水溶液に複数種類の重金属元素が含まれるときには、溶解に用いた硝酸の濃度を変えて溶媒抽出やイオン交換等の処理に適合するようにして、この水溶液から所望の単一の重金属元素を回収することもできる。
Claims (1)
- 重金属元素を含有した希薄な水溶液と不溶性タンニン又はゲル化タンニンを主成分として含有するタンニン系吸着剤とを接触させて前記水溶液中の重金属元素を吸着する工程と、
前記重金属元素を吸着したタンニン系吸着剤と前記水溶液とを分離する工程と、
前記水溶液から分離したタンニン系吸着剤と２〜１５規定の硝酸とを室温から沸騰温度で接触させて前記タンニン系吸着剤を溶解する工程と
を含む重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法であって、
前記不溶性タンニンがタンニンをアルデヒド水溶液に溶解した水溶液に、アンモニアを添加して沈殿物を生成させ、前記沈殿物を熟成して得られる不溶性タンニンであり、
前記ゲル化タンニンがアンモニア水に縮合型タンニン粉末を溶解した溶液に、アルデヒド水溶液を混合してゲル状組成物を生成し、前記ゲル状組成物を室温下で熟成して安定化したゲル化タンニンである重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法。
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|---|---|---|---|
| JP23132298A JP4179673B2 (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23132298A JP4179673B2 (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 重金属元素を含有した水溶液を濃縮する方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000061451A JP2000061451A (ja) | 2000-02-29 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4179673B2 (ja) |
-
1998
- 1998-08-18 JP JP23132298A patent/JP4179673B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000061451A (ja) | 2000-02-29 |
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