JP4781598B2 - 強酸性懸濁液の固液分離方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強酸性懸濁液の固液分離方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、亜鉛製造プロセス水などのpH１以下の強酸性懸濁液を処理して、効果的に濁度の低い処理水を得ることができる強酸性懸濁液の固液分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛の湿式製錬においては、亜鉛精鉱を、焙焼、浸出、残渣処理、清浄、電解及び溶鋳の各工程で処理することにより、金属亜鉛が得られる。亜鉛の湿式製錬の製造プロセス水は、一般にpHが低く、懸濁物質を多量に含有する強酸性懸濁液である。
高分子凝集剤の適正なアニオン化度は、凝集処理の条件によって異なり、pHが６.５以下ではノニオン性高分子凝集剤が有効であり、pH６.５以上ではアニオン性高分子凝集剤が有効であるとされている。アニオン性高分子凝集剤は、多くのカルボキシル基を有し、中性域以上ではカルボキシル基相互の静電反発力のために分子が大きく広がるために、同じ分子量のノニオン性高分子凝集剤より少ない添加量で凝集効果が優れる。逆に、酸性域では、アニオン性高分子凝集剤は、カルボキシル基が解離しないので分子が収縮し、ノニオン性高分子凝集剤より分子の広がりが小さくなるために、凝集効果が悪くなる。ノニオン性高分子凝集剤の分子の広がりは、pHの影響をほとんど受けないので、凝集効果の変化は少ないと考えられていた。
このために、強酸性懸濁液の固液分離処理には、従来はアクリルアミドの単独重合体、アクリルアミドに少量のアクリル酸ナトリウムを共重合した共重合体、これらにごく微量の２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムを共重合した共重合体などからなるノニオン性高分子凝集剤が主として用いられていたが、十分に満足できる凝集効果は得られていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、亜鉛製造プロセス水などのpH１以下の強酸性懸濁液を処理して、効果的に濁度の低い処理水を得ることができる強酸性懸濁液の固液分離方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、強酸性懸濁液に対して、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位２〜１２モル％と、アクリルアミド単位及び／又はメタクリルアミド単位８８〜９８モル％を有するアニオン性高分子凝集剤が、優れた凝集効果を発揮することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
ｐＨ１以下の強酸性懸濁液に、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位２〜１２モル％と、アクリルアミド単位及び／又はメタクリルアミド単位８８〜９８モル％を有するアニオン性高分子凝集剤であって、１モル／Ｌ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が１２ｄＬ／ｇ以上のアニオン性高分子凝集剤を、強酸性懸濁液１Ｌに対して２〜２０ｍｇを添加混合して、生成するフロックを固液分離することを特徴とする強酸性懸濁液の固液分離方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、pH１以下の強酸性懸濁液に、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位２〜１２モル％、より好ましくは３〜１０モル％と、アクリルアミド単位及び／又はメタクリルアミド単位８８〜９８モル％、より好ましくは９０〜９７モル％を有するアニオン性高分子凝集剤を添加混合して、生成するフロックを固液分離する。
２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン単位は、一般式［１］で表される構造を有する。
【化１】

ただし、一般式［１］において、Ｒ¹は、Ｈ又はＣＨ₃であり、Ｍは、Ｈ、Ｎａ、Ｋ又はＮＨ₄である。
アクリルアミド及び／又はメタクリルアミド単位は、一般式［２］で表される構造を有する。
【化２】

ただし、一般式［２］において、Ｒ²は、Ｈ又はＣＨ₃である。
【０００６】
本発明方法に用いるアニオン性高分子凝集剤は、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位をアニオン性成分とするので、pH１以下の強酸性域においてもスルホン酸基が解離し、静電反発力のために分子が大きく広がり、優れた凝集効果が発現する。２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位が２モル％未満であると、アニオン化度が小さく、凝集効果が不足し、フロックの沈降速度が遅く、処理水の濁度が十分に低下しないおそれがある。２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位が１２モル％を超えると、吸着点となるスルホン酸基が多く、アニオン性高分子凝集剤が懸濁物質へ必要以上に吸着されて消費されるために、凝集効果が不足し、フロックの沈降速度が遅く、処理水の濁度が十分に低下しないおそれがあり、また高分子量のポリマーが得られにくくなり、凝集効果が悪化する。本発明方法に用いるアニオン性高分子凝集剤は、１モル／Ｌ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が、１２dL／ｇ以上であることが好ましく、１５dL／ｇ以上であることがより好ましく、１６dL／ｇ以上であることがさらに好ましい。固有粘度が１２dL／ｇ未満であると、凝集効果が不足するおそれがある。
【０００７】
本発明方法においては、pH１以下の強酸性懸濁液に上記のアニオン性高分子凝集剤を添加する。pHが１を超える懸濁液は、通常はノニオン性高分子凝集剤を用いて固液分離処理することができるので、本発明方法を適用する必要は少ない。本発明方法において、アニオン性高分子凝集剤の添加量に特に制限はないが、強酸性懸濁液１Ｌに対して１〜２０mgであることが好ましく、２〜１０mgであることがより好ましい。アニオン性高分子凝集剤の添加量が強酸性懸濁液１Ｌに対して１mg未満であると、凝集効果が不足するおそれがある。アニオン性高分子凝集剤の添加量は、強酸性懸濁液１Ｌに対して２０mg以下で十分な凝集効果が発現し、通常は強酸性懸濁液１Ｌに対して２０mgを超えるアニオン性高分子凝集剤を添加する必要はない。
本発明方法において、アニオン性高分子凝集剤の添加方法に特に制限はないが、水溶液として添加することが好ましい。アニオン性高分子凝集剤の水溶液の濃度は、０.０５〜０.２重量％であることが好ましい。水溶液の濃度が０.０５重量％未満であると、添加すべき水溶液の量が過大になるおそれがある。水溶液の濃度が０.２重量％を超えると、水溶液の粘度が高くなって取り扱いが困難になるおそれがある。
本発明方法において、アニオン性高分子凝集剤を添加したのちの混合方法に特に制限はないが、強酸性懸濁液にアニオン性高分子凝集剤を添加し、十分な撹拌を行って生成するフロックを成長させることが好ましい。生成するフロックの固液分離方法に特に制限はないが、凝集沈殿装置を好適に用いることができる。
【０００８】
本発明方法によれば、アニオン性高分子凝集剤の２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位のスルホン酸基が強酸性域でも解離して吸着作用を示すので、pH１以下の強酸性懸濁液を凝集して固液分離することが可能である。従来から強酸性懸濁液の固液分離に用いられているノニオン性凝集剤であるポリアクリルアミドは、水素結合による若干の吸着効果は発現するが、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位に比較すると吸着効果は弱い。
２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸若しくは２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸又はそれらの塩の単独重合体は、高分子量の重合体を得ることが困難であり、また、アニオン化度が高すぎて凝集効果が弱い。２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及び／又は２−メクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位とアクリルアミド及び／又はメタクリルアミド単位を有するアニオン性高分子凝集剤は、高分子量の共重合体を容易に得ることができ、適度なアニオン化度を有するので、好適に用いることができ、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位２〜１２モル％と、アクリルアミド及び／又はメタクリルアミド単位８８〜９８モル％を有する共重合体を特に好適に用いることができる。
【０００９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例においては、亜鉛湿式製錬工場の製造プロセス水の固液分離処理を行った。製造プロセス水は、pH０.１、懸濁物質１６,１００mg／Ｌ、温度６０℃であった。
製造プロセス水５００mLを５００mLメスシリンダーに採取し、６０℃の恒温槽に入れて水温を６０℃に保ち、高分子凝集剤の０.１重量％水溶液２.５mL、すなわち製造プロセス水１Ｌに対して５mgを添加し、円盤付き撹拌棒で上下方向に３回撹拌したのち静置し、懸濁物質界面の沈降速度を測定するとともに、５分経過後の上澄みの濁度をＪＩＳ Ｋ ０１０１ ９.２（吸光光度法）に準じて測定した。
比較例１
高分子凝集剤として、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位１モル％とアクリルアミド単位９９モル％を有する共重合体を用いた。懸濁物質界面の沈降速度は２.５ｍ／ｈであり、上澄みの濁度は４５０度であった。
実施例１
高分子凝集剤として、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位３モル％とアクリルアミド単位９７モル％を有する共重合体を用いた。懸濁物質界面の沈降速度は７.２ｍ／ｈであり、上澄みの濁度は２８度であった。
実施例２
高分子凝集剤として、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位５モル％とアクリルアミド単位９５モル％を有する共重合体を用いた。懸濁物質界面の沈降速度は１０.６ｍ／ｈであり、上澄みの濁度は１８度であった。
実施例３
高分子凝集剤として、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位１０モル％とアクリルアミド単位９０モル％を有する共重合体を用いた。懸濁物質界面の沈降速度は８.４ｍ／ｈであり、上澄みの濁度は１８度であった。
比較例２
高分子凝集剤として、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位１５モル％とアクリルアミド単位８５モル％を有する共重合体を用いた。懸濁物質界面の沈降速度は３.１ｍ／ｈであり、上澄みの濁度は１９０度であった。
比較例３
高分子凝集剤として、ポリアクリルアミドを用いた。懸濁物質界面の沈降速度は１.０ｍ／ｈであり、上澄みの濁度は５００度以上であった。
比較例４〜５
高分子凝集剤として、第１表に示す構成単位を有するアクリルアミドとアクリル酸ナトリウムの共重合体を用いた。懸濁物質界面の沈降速度は１.０ｍ／ｈ以下であり、上澄みの濁度は５００度以上であった。
比較例６〜８
高分子凝集剤として、第１表に示す構成単位を有する２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム、アクリルアミド及びアクリル酸ナトリウムの共重合体を用いた。懸濁物質界面の沈降速度は１.０ｍ／ｈ又はそれ以下であり、上澄みの濁度は５００度以上であった。
比較例９〜１０
高分子凝集剤として、第１表に示す構成単位を有する２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム、アクリルアミド及びアクリル酸ナトリウムの共重合体を用いた。懸濁物質界面の沈降速度と上澄みの濁度は、それぞれ１.５ｍ／ｈと３００度、２.０ｍ／ｈと２１０度であった。
実施例１〜３及び比較例１〜１０の結果を、第１表に示す。
【００１０】
【表１】

【００１１】
第１表に見られるように、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位３〜１０モル％とアクリルアミド単位９０〜９７モル％を有するアニオン性高分子凝集剤を用いた実施例１〜３では、懸濁物質界面の沈降速度が速く、上澄みの濁度が低く、良好な凝集効果と固液分離効果が発現している。これに対して、従来から用いられているノニオン性高分子凝集剤を用いた比較例１では、凝集効果、固液分離効果ともに不良である。アニオン性高分子凝集剤として、アクリルアミドとアクリル酸ナトリウムの共重合体を用いた比較例３〜４でも、凝集効果、固液分離効果ともに不良である。比較例１と比較例６〜８、実施例２と比較例９、実施例３と比較例１０を比べると、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位の量が同じ場合、アクリル酸ナトリウムを共重合した三元共重合体よりも、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとアクリルアミドとの二元共重合体の方が、凝集効果と固液分離効果が良好であることが分かる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明方法によれば、亜鉛製造プロセス水などのpH１以下の強酸性懸濁液を処理して、良好な凝集効果を発現させ、凝集フロックの沈降速度が速く、処理水の濁度が低く、凝集沈殿装置に適用して良好な固液分離効果を得ることができる。

Claims (1)

1. ｐＨ１以下の強酸性懸濁液に、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位及び／又は２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸単位２〜１２モル％と、アクリルアミド単位及び／又はメタクリルアミド単位８８〜９８モル％を有するアニオン性高分子凝集剤であって、１モル／Ｌ塩化ナトリウム水溶液を溶媒として３０℃で測定した固有粘度が１２ｄＬ／ｇ以上のアニオン性高分子凝集剤を、強酸性懸濁液１Ｌに対して２〜２０ｍｇを添加混合して、生成するフロックを固液分離することを特徴とする強酸性懸濁液の固液分離方法。