JP5293005B2 - タリウム及び硝酸カリウムの回収方法及び回収装置 - Google Patents
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Description
ところで、この塩素バイパス装置から排出される塩素バイパスダストには、タリウム等の有用な重金属類を含んでいるので、再びセメント原料として再利用するには、これらの塩素化合物を取り除くとともに、タリウム等の有用な重金属類を回収する必要がある。
(1)タリウム含有原料を、硫酸と還元剤とを用いて還元浸出し、得られた浸出液を中和し濾別して、タリウム浸出液と中和澱物とを得、この中和澱物を塩酸に溶解した後、還元剤を添加し、生成した沈澱を固液分離することにより、タリウムを回収する方法(特許文献1)。
(2)タリウム含有物質を、酸化浸出し、固液分離してタリウム含有液を得、このタリウム含有液に還元剤及び塩素源を加えて塩化タリウム等を沈澱させ、この塩化タリウムを濃硫酸で加熱溶解して硫酸タリウム溶液を得、この硫酸タリウム溶液を還元することにより、金属タリウムを回収する方法(特許文献2)。
そこで、次の様な排水からの金属の除去方法が提案されている。
(3)排水に直流電流を通電することにより、この排水に溶存する金属を酸化物として析出させ、この金属酸化物を上記の排水から分離する方法(特許文献3)。
この金属の除去方法によれば、排水に含まれる金属を効率的に取り除くことができ、排水中の金属濃度を著しく低下させることができる。したがって、排水の水質を排水基準に十分適合した状態にまで向上させることができるという効果がある。
このように、タリウム含有硝酸カリウムについては、従来から資源として有効利用されておらず、また、有効利用するための方法についても殆どなされておらず、安全性を考慮した上で廃棄物として処理されているのが現状である。
すなわち、本発明のタリウム及び硝酸カリウムの回収方法は、タリウム含有硝酸カリウムからタリウム及び硝酸カリウムを回収する方法であって、前記タリウム含有硝酸カリウムを水に溶解して水溶液とし、この水溶液に直流電流を通電することにより、この水溶液に溶存するタリウムを金属タリウムまたは酸化タリウムとして析出させ、この金属タリウムまたは酸化タリウムを回収するタリウム回収工程と、このタリウムが除去された水溶液を濃縮することにより、この水溶液に溶存する硝酸カリウムを結晶として析出させ、この硝酸カリウム結晶を回収する硝酸カリウム回収工程と、を有することを特徴とする。
これにより、タリウム含有硝酸カリウムに含まれるタリウム及び硝酸カリウムを効率的に回収することが可能になり、この回収されたタリウム及び硝酸カリウムを有効利用することが可能になる。
前記タリウム含有硝酸カリウムを溶解させた水溶液にカリウムハロゲン化物を加えることにより、この水溶液に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させることが好ましい。
前記濃縮は、加熱手段、逆浸透膜、電気透析のいずれか1つ以上の手段を用いて行うことが好ましい。
また、このタリウムが除去された水溶液を析出手段にて濃縮することにより、この水溶液に溶存する硝酸カリウムを結晶として析出させ、この析出した硝酸カリウム結晶を第2の分離回収手段にて分離回収する。
これにより、簡単な装置で、タリウム含有硝酸カリウムに含まれるタリウム及び硝酸カリウムを効率的に回収することが可能になり、この回収されたタリウム及び硝酸カリウムを有効利用することが可能になる。
また、工程が簡素であるから、タリウム及び硝酸カリウムを回収するためのコスト及び時間も低く抑えることができる。
また、装置が簡素であるから、タリウム及び硝酸カリウムを回収するためのコストも低く抑えることができる。
なお、本形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
結晶缶6としては、タリウムが除去された水溶液を濃縮することで、この水溶液に溶存する硝酸カリウムを結晶として析出させることができるものであればよく、したがって、水溶液を加熱濃縮するための手段である高温水蒸気供給用配管7は、水溶液を濃縮するための逆浸透膜あるいは電気透析に替えることもできる。また、これら高温水蒸気供給用配管7、逆浸透膜及び電気透析は、これらのうち2つまたは3つを同時に備えていてもよい。
固液分離機8としては、硝酸カリウムを分離回収することのできるものであればよく、例えば、精密濾過装置、遠心分離装置等が挙げられる。
本実施形態の回収方法は、タリウム含有硝酸カリウムを水に溶解して水溶液とし、この水溶液に直流電流を通電することにより、この水溶液に溶存するタリウムを金属タリウムまたは酸化タリウムとして析出させ、この金属タリウムまたは酸化タリウムを回収するタリウム回収工程と、このタリウムが除去された水溶液を濃縮することにより、この水溶液に溶存する硝酸カリウムを結晶として析出させ、この硝酸カリウム結晶を回収する硝酸カリウム回収工程と、を有する。
[タリウム回収工程]
「タリウム含有硝酸カリウム水溶液の調製」
溶解槽1に所定量の水、例えば、溶解するタリウム含有硝酸カリウムに対して2質量倍〜10質量倍の水を投入し、この水に所定量のタリウム含有硝酸カリウムを投入し撹拌して、このタリウム含有硝酸カリウムを水に溶解させ、タリウム含有硝酸カリウム水溶液とする。
この水の温度は、タリウム含有硝酸カリウムが溶解する温度であればよく、10℃〜50℃の範囲が好ましい。
なお、水の投入量がタリウム含有硝酸カリウムの2質量倍未満であると、温度によっては硝酸カリウムが全量溶解しない場合があり得るからであり、また、得られる水溶液の粘性が高くなり、後の工程へのポンプ輸送が難しくなるので好ましくない。一方、水の投入量がタリウム含有硝酸カリウムの10質量倍を超えると、水溶液中のタリウム及び硝酸カリウムの量が少なくなり、タリウム及び硝酸カリウムの回収効率が低下することになるので、好ましくない。
タリウム含有硝酸カリウム水溶液を溶解槽1から電気分解槽3へポンプ輸送し、この電気分解槽3にて水溶液に直流安定化電源4により直流電流を通電して電気分解を行い、この水溶液中に溶解しているタリウムを金属タリウムまたは酸化タリウムとして析出させる。
一方、上記の水溶液に、塩化カリウム等のカリウムハロゲン化物を添加すれば、この水溶液に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させることができる。
このように、電気分解の際に、酸、カリウムハロゲン化物のいずれか1種を添加することにより、この水溶液に溶存するタリウムを金属タリウム、酸化タリウムのいずれかの状態で析出させることができる。
この金属タリウムまたは酸化タリウムが析出した水溶液を固液分離機5にポンプ輸送し、析出した金属タリウムまたは酸化タリウムを水溶液から分離し回収する。
ここで回収された金属タリウムの純度は97質量%程度であり、また、酸化タリウムの純度は97質量%程度である。
「水溶液の加熱濃縮・晶析」
タリウムが除去された水溶液を結晶缶6に投入し、この水溶液を高温水蒸気供給用配管7から供給される100℃以上の高温水蒸気により加熱して水分を蒸発させることにより、濃縮・析出させる。
この濃縮の程度は、上記の水溶液中に過剰に含まれる硝酸カリウムが析出するまで濃縮する必要があり、上記の水溶液の温度にもよるが、概ね1/2〜1/10まで濃縮することが好ましい。
この濃縮は、高温水蒸気による加熱の他、逆浸透膜や電気透析を用いても容易に行うことができる。
この硝酸カリウムが析出した水溶液を固液分離機8にポンプ輸送し、析出した硝酸カリウムを水溶液から分離し回収する。
ここで回収された硝酸カリウムの純度は97質量%程度であり、金属タリウムまたは酸化タリウムを0.05質量%程度含んでいる。
この固液分離機8から排出される排水は、結晶缶6に送られて再利用されるが、所定の排水処理を施した後、外部へ排出されることもある。
また、タリウム回収工程と、硝酸カリウム回収工程とを続けて行うことができるので、タリウム及び硝酸カリウムを回収するためのコスト及び時間も低く抑えることができる。
また、装置の構成が簡単であるから、タリウム及び硝酸カリウムを回収するためのコストも低く抑えることができる。
タリウム含有硝酸カリウムと水との質量比が1:5になるように、タリウムを7210mg/kg含むタリウム含有硝酸カリウム1kgを水5kgに投入し、撹拌してタリウム含有硝酸カリウム水溶液を得た。
次いで、この析出物を回収し、この析出物の同定を粉末X線回折(XRD)により行ったところ、金属タリウムであることが確認された。図2に、実施例1の析出物の粉末X線回折(XRD)図形を示す。
次いで、この微結晶が析出した水溶液を固液分離機8を用いて固液分離し、析出した微結晶を水溶液から分離し回収した。
この微結晶中のタリウムの含有量をIPC−AESにより分析したところ、715mg/kgであり、当初のタリウム含有硝酸カリウムと比べてタリウムの含有量が約1/10になっていることが分かった。
タリウム含有硝酸カリウムと水との質量比が1:5になるように、タリウムを7210mg/kg含むタリウム含有硝酸カリウム1kgを水5kgに投入し、撹拌してタリウム含有硝酸カリウム水溶液を得た。
次いで、この析出物を回収し、この析出物の同定を粉末X線回折(XRD)により行ったところ、金属タリウムであることが確認された。
次いで、この微結晶が析出した水溶液を固液分離機8を用いて固液分離し、析出した微結晶を水溶液から分離し回収した。
この微結晶中のタリウムの含有量をIPC−AESにより分析したところ、965mg/kgであり、当初のタリウム含有硝酸カリウムと比べてタリウムの含有量が約1/10になっていることが分かった。
タリウム含有硝酸カリウムと水との質量比が1:5になるように、タリウムを7210mg/kg含むタリウム含有硝酸カリウム1kgを水5kgに投入し、撹拌してタリウム含有硝酸カリウム水溶液を得た。
次いで、この析出物を含む水溶液を固液分離機5を用いて固液分離し、析出物を水溶液から分離し回収した。
この析出物の同定を粉末X線回折(XRD)により行ったところ、酸化タリウムであることが確認された。図4に、実施例3の析出物の粉末X線回折(XRD)図形を示す。
次いで、この微結晶が析出した水溶液を固液分離機8を用いて固液分離し、析出した微結晶を水溶液から分離し回収した。
この微結晶中のタリウムの含有量をIPC−AESにより分析したところ、755mg/kgであり、当初のタリウム含有硝酸カリウムと比べてタリウムの含有量が約1/10になっていることが分かった。
図中、Aは通電のみによる電気分解を示すもので、特に何もせず通電のみによる電気分解を行ったために、時間の経過と共にpHが酸性に変化し、通電量に反比例して水溶液中のタリウム濃度が減少している。
Bは、通電時に水酸化カリウムを添加してpHを弱アルカリに維持した場合の電気分解を示すもので、Aと同様、通電量に反比例して水溶液中のタリウム濃度が減少している。
Cは、通電時に塩化カリウムを添加した場合の電気分解を示すもので、電極上への析出は認められず、茶色の酸化タリウムの沈澱が認められ、Aと同様、通電量に反比例して水溶液中のタリウム濃度が減少している。
このように、通電のみ、水酸化カリウム添加、塩化カリウム添加、のいずれの場合においても、通電量(C/L)に反比例して水溶液中のタリウム濃度が減少していることが分かる。
2 高温水蒸気供給用配管
3 電気分解槽
4 直流安定化電源
5 固液分離機
6 結晶缶
7 高温水蒸気供給用配管
8 固液分離機
Claims (6)
- タリウム含有硝酸カリウムからタリウム及び硝酸カリウムを回収する方法であって、
前記タリウム含有硝酸カリウムを水に溶解して水溶液とし、この水溶液に直流電流を通電することにより、この水溶液に溶存するタリウムを金属タリウムまたは酸化タリウムとして析出させ、この金属タリウムまたは酸化タリウムを回収するタリウム回収工程と、
このタリウムが除去された水溶液を濃縮することにより、この水溶液に溶存する硝酸カリウムを結晶として析出させ、この硝酸カリウム結晶を回収する硝酸カリウム回収工程と、
を有することを特徴とするタリウム及び硝酸カリウムの回収方法。 - 前記タリウム含有硝酸カリウムを溶解させた水溶液の水素イオン濃度を7未満に保持することにより、この水溶液に溶存するタリウムを金属タリウムとして析出させることを特徴とする請求項1記載のタリウム及び硝酸カリウムの回収方法。
- 前記タリウム含有硝酸カリウムを溶解させた水溶液にカリウムハロゲン化物を加えることにより、この水溶液に溶存するタリウムを酸化タリウムとして析出させることを特徴とする請求項1記載のタリウム及び硝酸カリウムの回収方法。
- 前記濃縮は、加熱手段、逆浸透膜、電気透析のいずれか1つ以上の手段を用いて行うことを特徴とする請求項1、2または3記載のタリウム及び硝酸カリウムの回収方法。
- タリウム含有硝酸カリウムからタリウム及び硝酸カリウムを回収する装置であって、
前記タリウム含有硝酸カリウムを水に溶解して水溶液とする溶解槽と、
前記水溶液に直流電流を通電することにより、この水溶液に溶存するタリウムを金属タリウムまたは酸化タリウムとして析出させる電気分解槽と、
この析出した金属タリウムまたは酸化タリウムを分離回収する第1の分離回収手段と、
このタリウムが除去された水溶液を濃縮し、この水溶液に溶存する硝酸カリウムを結晶として析出させる析出手段と、
この硝酸カリウム結晶を分離回収する第2の分離回収手段と、
を備えてなることを特徴とするタリウム及び硝酸カリウムの回収装置。 - 前記析出手段は、加熱手段、逆浸透膜、電気透析のいずれか1つ以上を備えていることを特徴とする請求項5記載のタリウム及び硝酸カリウムの回収装置。
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