JP5127034B2 - 白金属元素の回収方法 - Google Patents

Description

本発明は白金属元素の回収方法に関し、更に詳しくは自動車の排ガス浄化に用いた使用済みの白金属元素含有廃触媒等から白金属元素を効率的且つ経済的に回収することができる方法に関する。

従来、白金属元素の回収方法として、白金属元素の吸収設備と濃縮設備とを備える回収装置を用いる方法が行なわれている（例えば特許文献１〜３参照）。白金属元素の吸収設備は、前記の廃触媒のような白金属元素含有物と後段の濃縮設備で発生した酸化銅と還元剤とを電気炉で溶融し、溶融した該白金属元素含有物中の白金元素を金属銅と接触させて該金属銅に吸収させ、白金属元素を吸収した金属銅の層を炉内の下層に形成させて取出すようになっている。また白金属元素の濃縮設備は、電気炉から取出した白金属元素を吸収した金属銅を酸化炉へ移し、ここで酸化して生成した酸化物を上層から分離するという操作を繰り返して、結果としてその分だけ濃縮した状態で白金属元素を吸収した金属銅の層を回収するようになっている。

しかし、かかる回収装置を用いる従来の白金属元素の回収方法には、前記したような白金属元素の吸収設備と濃縮設備の二つの設備が必要であり、また吸収設備では白金属元素を吸収した金属銅が下層として形成されるまで待たなければならないため、それに長時間を要し、更に吸収設備では低濃度の白金属元素を金属銅と接触させて該金属銅に吸収させるため、相対的に大量の金属銅が必要になるという問題がある。従来の白金属元素の回収方法は、非効率的であり、また非経済的であるのである。
特開平４−３１７４２３号公報 特開２００４−６８０７１号公報 特開２００４−２７７７９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、白金属元素含有物から白金属元素を効率的且つ経済的に回収することができる方法を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、炉体と、該炉体に設けられた酸素バーナ、金属銅供給口、排気口、溶融物排出口、羽口及び傾動機構とを備え、該酸素バーナは該炉体の天井壁に下向きで取付けられており、該酸素バーナには酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給され、また白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物が気体搬送により供給されるようになっている白金属元素の回収装置を用い、下記の第一操作を行なった後、下記の第二操作と第三操作とを交互に繰り返して複数回行ない、白金属元素を金属銅に順次濃縮しつつ吸収させて回収することを特徴とする白金属元素の回収方法に係る。
第一操作：該酸素バーナを下向きで燃焼させると共に該粉体状混合物をその火炎中に下向きで供給して溶融し、かくして溶融した該粉体状混合物中の白金属元素と該金属銅供給口から供給した金属銅とを該羽口から供給したガスによる撹拌下に接触させて該白金属元素を該金属銅に吸収させる操作。
第二操作：炉内の上層に形成される溶融スラグを該傾動機構の作動により該溶融物排出口から排出する操作。
第三操作：再び該酸素バーナを下向きで燃焼させると共に該粉体状混合物をその火炎中に下向きで供給して溶融し、かくして溶融した該粉体状混合物中の白金属元素と炉内の金属銅とを該羽口から供給したガスによる撹拌下に接触させて該白金属元素を該金属銅に吸収させるという操作。

本発明に係る白金属元素の回収方法（以下、単に本発明の回収方法という）では、炉体と、該炉体に設けられた酸素バーナ、金属銅供給口、排気口、溶融物排出口、羽口及び傾動機構とを備えた白金属元素の回収装置を用いている。炉体は通常、炉本体と該炉本体に被着された炉蓋とを備えていて、比較的コンパクトに構築されている。酸素バーナについては後述する。金属銅供給口は炉内へ金属銅、例えば金属銅のナゲットを供給するためのもので、通常は炉体の天井壁（炉体が炉蓋を備えるものの場合には炉蓋、以下同じ）又は側壁上部に設けられていて、これにはコンベアやホッパ等を備える金属銅供給系が接続されている。排気口は通常は炉本体の天井壁又は側壁上部に設けられており、これには冷却機構、集塵装置及び吸引ファン等を備える排気系が接続されている。溶融物排出口は炉内に生成する溶融スラグや溶融メタル（白金属元素を吸収した金属銅）を炉外へ排出するためのもので、双方の排出に兼用させるものであってもよいし、又は双方の排出に専用させる別々のものであってもよい。羽口は炉内へ撹拌用のガスを供給するためのもので、通常は炉体の側壁下部に設けられていて、これにはブロア又はコンプレッサ等を備えるガス供給系が接続されている。傾動機構は炉体を傾動させるためのもので、モータ駆動のものであってもよいし、又はシリンダ駆動のものであってもよい。

本発明の回収方法において、用いる回収装置の酸素バーナは炉体の天井壁に下向きで取付けられている。この酸素バーナには酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されるようになっており、また白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物が気体搬送により供給されるようになっている。本発明の回収方法では、かかる酸素バーナを下向きで燃焼させるときに前記の粉体状混合物をその火炎中に下向きで供給して溶融するようになっている。ここで白金属元素としては、白金の他に、ルビジウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム等が挙げられ、また白金属元素含有物としては前記したような自動車の排ガス浄化に用いた使用済みの白金属元素含有廃触媒等を使用でき、更に融点調整用フラックスとしては石灰やシリカ等を使用できる。

酸素バーナとしては、公知のものを転用でき、例えば特開平８−３１２９３８号公報、特開２０００−５５３４０号公報及び特開２０００−１０３６５６号公報等に記載されているような酸素バーナを転用できる。なかでも酸素バーナとしては、中心部から外周部に向かい、燃料供給ノズル、一次支燃ガス供給ノズル、粉体状混合物供給ノズル、二次支燃ガス供給ノズル及び冷却水用ジャケットの順でこれらを同心円状に有するものが好ましい。かかる酸素バーナを炉体の天井壁に下向きで取付け、これに酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスを供給して下向きで燃焼させると、火炎それ自体の温度が高くなるだけでなく、その火炎は炉内に生成する溶融物（前記した粉体状混合物の溶融物）の湯面をも加熱する。かかる火炎中に白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物を下向きで供給すると、該粉体状混合物は極めて短時間で溶融する。

本発明の回収方法において、用いる回収装置の酸素バーナはこれに昇降手段を設け、該昇降手段の作動によりその先端部と炉内の溶融物の湯面との間の距離を可変となるようにするのが好ましい。酸素バーナの燃焼量を調節するだけでなく、酸素バーナの先端部と炉内の溶融物の湯面との間の距離をも変えることによって、炉内の溶融物の加熱をより自在に制御できるようにするのである。また本発明の回収方法において、用いる回収装置の排気口には冷却機構を介して集塵装置を接続し、この集塵装置で捕捉した飛灰を酸素バーナへ供給する粉体状混合物の一部として再使用するのが好ましい。環境に配慮しつつ、飛灰に含まれてくる白金属元素をも回収するためである。

本発明の回収方法では、以上説明したような回収装置を用い、先ず下記の第一操作を行なった後、次に下記の第二操作と第三操作とを交互に繰り返して複数回行ない、白金属元素を金属銅に順次濃縮しつつ吸収させて回収する。先ず第一操作では、前記したように酸素バーナを下向きで燃焼させ、その火炎中に白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物を下向きで供給して溶融する。その一方で金属銅供給口から金属銅を供給し、前記の溶融した粉体状混合物中の白金属元素と金属銅とを、羽口からガスを供給することによる撹拌下に接触させて該白金属元素を該金属銅に吸収させる。羽口から供給するガスとしては、Ｏ_２、Ａｒ、Ｎ_２等を使用できる。次に第二操作では、傾動機構を作動させることにより羽口を炉内溶融物の上方に露出させた後、羽口からのガスは冷却用ガスに切替え、この状態で静置することにより炉内の上層に溶融スラグ層を形成させて、この溶融スラグ層を傾動機構を更に作動させることにより溶融物排出口から排出する。この段階では、炉内の下層に溶融メタル層（白金属元素を吸収した金属銅の溶融層）が残っている。そして第三操作では、傾動機構を作動させることにより炉を元の位置に戻した後、再び酸素バーナを下向きで燃焼させ、その火炎中に白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物を下向きで供給して溶融する。溶融した粉体状混合物中の白金属元素と炉内に残っている前記の金属銅とを、羽口からガスを供給することによる撹拌下に接触させて該白金属元素を該金属銅に吸収させる。ここでは必要に応じて、金属銅供給口から金属銅を補給することもできる。かくして第二操作及び第三操作を行なった後、再び第二操作に戻り、傾動機構を作動させることにより羽口を炉内溶融物の上方に露出させた後、羽口からのガスは冷却用ガスに切替え、この状態で静置することにより炉内の上層に溶融スラグ層を形成させて、この溶融スラグ層を傾動機構を更に作動させることにより溶融物排出口から排出する。同様にして第二操作及び第三操作を複数回繰り返して行ない、これによって白金属元素を金属銅に順次濃縮しつつ吸収させ、充分に白金属元素を金属銅に濃縮して吸収したところで、これを傾動機構を作動させることにより溶融物排出口から取出して回収する。最終的には、かくして回収したものを通常は電解精製に供する。

本発明の回収方法によると、一つの設備により白金属元素含有物から白金属元素を効率的且つ経済的に回収することができる。

図１は本発明の回収方法に用いる白金属元素の回収装置を一部縦断面で例示する全体図である。図示した回収装置は、炉体１１と、炉体１１に設けられた酸素バーナ２１、金属銅供給口３１、排気口４１、溶融物排出口５１、羽口６１及び傾動機構７１とを備えている。炉体１１は炉本体１２と炉本体１２に被着された炉蓋１３とを備え、比較的コンパクトに構築されている。金属銅供給口３１は炉蓋１３に設けられていて、これにはコンベア３２、コンベア３２に接続されたロータリバルブ３３、ロータリバルブ３３に接続されたホッパ３４を備える金属銅供給系が接続されている。排気口４１は炉蓋１３に設けられており、これには冷却機構４２、冷却機構４２に接続された集塵装置４３、集塵装置４３に接続された吸引ファン４４等を備える排気系が接続されていて、集塵装置４３で捕捉した飛灰を酸素バーナ２１へ供給する粉体状混合物の一部として再使用するようになっている。溶融物排出口５１は炉本体１２の側壁中部よりもやや下部に設けられており、炉内に生成する溶融スラグや溶融メタル（白金属元素を吸収した金属銅）に兼用でこれらを炉外へ排出するようになっている。羽口６１は炉本体１２の側壁下部に設けられており、これには図示しないコンプレッサ等を備えるガス供給系が接続されている。傾動機構７１は炉床の一端部を旋回可能に軸支した炉本体１２を炉床の他端部に係合したシリンダ７２の駆動で溶融物排出口５１の方向へ旋回させるようになっている。

酸素バーナ２１はシリンダ機構２２ａ，２２ｂを介して炉蓋１３に下向きで取付けられており、昇降可能となっていて、その先端部と炉内の溶融物の湯面との間の距離が可変となっている。図２は酸素バーナ２１の先端部の構造を示す拡大底面図であるが、酸素バーナ２１は、中心部から外周部に向かい、燃料供給ノズル２１ａ、一次支燃ガス供給ノズル２１ｂ、粉体状混合物供給ノズル２１ｃ、二次支撚ガス供給ノズル２１ｄ及び冷却水用ジャケット２１ｅの順でこれらを同心円状に有している。酸素バーナ２１には酸素ガス供給源２３から燃焼制御ユニット２４を介して酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されるようになっており、また燃料タンク２５から燃焼制御ユニット２４を介して燃料ガスが供給されるようになっている。更に酸素バーナ２１には白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物が気体搬送で供給されるように気体搬送系２６が接続されている。気体搬送系２６の上流側にはドライヤ付きコンプレッサ２７が接続されており、その途中に定量供給装置２８が接続されていて、定量供給装置２８に前記の粉体状混合物貯留用のホッパ２９が接続されている。

図示した回収装置を用いる本発明の回収方法では、前記したように酸素バーナ２１を下向きで燃焼させ、その火炎中に白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物を気体搬送により下向きで供給して溶融する。その一方で金属銅供給口３１から金属銅を供給し、前記の溶融した粉体状混合物中の白金属元素と金属銅とを、羽口６１からガスを供給することによる撹拌下に接触させて該白金属元素を該金属銅に吸収させる（第一操作）。ここで傾動機構７１を作動させることにより羽口６１を炉内溶融物の上方に露出させた後、羽口６１からのガスは冷却用ガスに切替え、この状態で静置することにより炉内の上層に溶融スラグ層Ａを形成させて、この溶融スラグ層Ａを傾動機構７１を更に作動させることにより溶融物排出口５１から排出する（第二操作）。この段階では、炉内の下層に溶融メタル層（白金属元素を吸収した金属銅の溶融層）Ｂが残っている。ここで傾動機構７１を作動させることにより炉体１１を元の位置に戻した後、再び酸素バーナ２１を下向きで燃焼させ、その火炎中に白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物を下向きで供給して溶融する。溶融した粉体状混合物中の白金属元素と炉内に残っている前記の金属銅とを、羽口６１からガスを供給することによる撹拌下に接触させて該白金属元素を該金属銅に吸収させる（第三操作）。ここでは必要に応じて、金属銅供給口３１から金属銅を補給することもできる。そして再び、傾動機構７１を作動させることにより羽口６１を炉内溶融物の上方に露出させた後、羽口６１からのガスは冷却用ガスに切替え、この状態で静置することにより炉内の上層に溶融スラグ層Ａを形成させて、この溶融スラグ層Ａを傾動機構７１を更に作動させることにより溶融物排出口５１から排出する（再び第二操作）。同様の操作（第二操作及び第三操作）を繰り返して複数回行なうことにより、白金属元素を金属銅に順次濃縮しつつ吸収させ、充分に白金属元素を金属銅に濃縮して吸収したところで、これを傾動機構７１の作動により溶融物排出口５１から取出して回収する。最終的には、かくして回収したものを通常は電解精製に供する。

本発明の回収方法は上記の手順に限定されるものではなく、炉体１１の構造や溶融スラグ層Ａの排出方法、溶融物排出口５１の位置等を種々変更することができる。例えば、図示した回収装置の溶融物排出口５１を無くした構造にし、溶融スラグを排出するときは、炉蓋１３を上昇させ、その後に炉本体１２を傾動し、炉本体１２の開口部から溶融スラグを排出させてもよい。この場合は、炉本体１２の開口部が溶融物排出口となる。また、炉体１１の上部に開口を設け、その開口に酸素バーナ２１及び金属銅供給口３１を挿入し、該開口と酸素バーナ２１及び金属銅供給口３１との隙間から炉内の排ガスを排出させるようにしてもよい。そして、溶融スラグを排出するときは、酸素バーナ２１及び金属銅供給口３１を退避させ、その後炉体１１を傾動し、前述の開口から溶融スラグを排出してもよい。この場合は、炉体１１の上部の開口が溶融物排出口となる。さらに、酸素バーナ２１に供給する燃料は、気体燃料のみでなく、液体燃料でもよい。

本発明の回収方法に用いる回収装置を一部縦断面で例示する全体図。 図１の酸素バーナの先端部の構造を示す拡大底面図。

１１ 炉体
１２ 炉本体
１３ 炉蓋
２１ 酸素バーナ
２３ 酸素ガス供給源
２５ 燃料タンク
２９ 粉状体混合物貯留用のホッパ
３１ 金属銅供給口
４１ 排気口
４２ 冷却機構
４３ 集塵装置
５１ 溶融物排出口
６１ 羽口
７１ 傾動機構

Claims (2)

1. 炉体と、該炉体に設けられた酸素バーナ、金属銅供給口、排気口、溶融物排出口、羽口及び傾動機構とを備え、該酸素バーナは該炉体の天井壁に下向きで取付けられており、該酸素バーナには酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給され、また白金属元素含有物と融点調整用フラックスとの粉体状混合物が気体搬送により供給されるようになっている白金属元素の回収装置を用い、下記の第一操作を行なった後、下記の第二操作と第三操作とを交互に繰り返して複数回行ない、白金属元素を金属銅に順次濃縮しつつ吸収させて回収することを特徴とする白金属元素の回収方法。
   第一操作：該酸素バーナを下向きで燃焼させると共に該粉体状混合物をその火炎中に下向きで供給して溶融し、かくして溶融した該粉体状混合物中の白金属元素と該金属銅供給口から供給した金属銅とを該羽口から供給したガスによる撹拌下に接触させて該白金属元素を該金属銅に吸収させる操作。
   第二操作：炉内の上層に形成される溶融スラグを該傾動機構の作動により該溶融物排出口から排出する操作。
   第三操作：再び該酸素バーナを下向きで燃焼させると共に該粉体状混合物をその火炎中に下向きで供給して溶融し、かくして溶融した該粉体状混合物中の白金属元素と炉内の金属銅とを該羽口から供給したガスによる撹拌下に接触させて該白金属元素を該金属銅に吸収させるという操作。
2. 排気口に冷却機構を介して集塵装置を接続し、該集塵装置で捕捉した飛灰を酸素バーナへ供給する粉体状混合物の一部として再使用する請求項１記載の白金属元素の回収方法。

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