JP6125913B2 - 銅および亜鉛の回収方法 - Google Patents
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Description
本発明は、銅および亜鉛の回収方法に関する。
従来、休廃止鉱山の鉱山廃水は、消石灰、生石灰、炭酸カルシウムなどで中和処理を行うことにより、重金属の処理が行われている。その際、水処理により、多量の汚泥（以下、中和殿物という）が発生する。この中和殿物中には、銅および亜鉛などの有用金属が含まれている。近年、世界的な資源の枯渇の問題から、資源の循環的な利用が求められており、中和殿物からの再資源化の重要性がますます高まっている。
休廃止鉱山の鉱山廃水処理により発生する汚泥から、有用金属の分離回収する方法としては、例えば、非特許文献１記載の技術がある。
非特許文献１には、中和殿物中の主成分である、鉄、銅、アルミニウム、シリカ成分について、第一段階の酸抽出により鉄を主成分とする残渣と抽出液（以下酸性溶液）とに分離し、第二段階のＮａＨＳによる硫化処理により銅を選択的に回収し、最終的に酸性溶液の中和処理によりアルミニウムおよびシリカ成分を主成分とする沈殿を得る方法が記載されている。
非特許文献１には、中和殿物中の主成分である、鉄、銅、アルミニウム、シリカ成分について、第一段階の酸抽出により鉄を主成分とする残渣と抽出液（以下酸性溶液）とに分離し、第二段階のＮａＨＳによる硫化処理により銅を選択的に回収し、最終的に酸性溶液の中和処理によりアルミニウムおよびシリカ成分を主成分とする沈殿を得る方法が記載されている。
門木 秀幸、小坂 千秋、松本 清次、細井 由彦，休廃止鉱山の坑廃水処理過程からの金属回収と最終処分量の削減，環境化学，Ｖｏｌ.１７，Ｎｏ．３，ｐｐ．４４３−４５２（２００７）
上記非特許文献１は、アルミニウムおよびシリカ成分を主成分とする沈殿物を回収する方法が記載されているが、銅および亜鉛を回収するものではなかった。
本発明は、銅および亜鉛を含む中和殿物から、銅および亜鉛を効率よく分離、回収する技術に関する。
本発明は、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む中和殿物から、銅および亜鉛を回収する方法であって、中和殿物を用いて、鉄成分を除いた銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む酸性溶液を作製する工程と、前記酸性溶液を酸化することにより、アルミニウムおよびシリカ成分を沈殿分離する工程と、を含み、沈殿分離する前記工程において、前記酸性溶液のｐＨが４．３から５．０であることを特徴とする回収方法を提供する。
本発明によれば、銅および亜鉛を含む中和殿物から、銅および亜鉛を効率よく分離、回収できる。
以下、本発明の実施の形態について、説明する。
本実施形態において、廃水とは、例えば、休廃止鉱山由来のもの、工場由来のものが挙げられる。このうち、重金属類の再資源化の観点から、休廃止鉱山由来のものが好ましい。
以下、本実施形態の各工程について詳細を説明する。
まず、廃水を水処理し、重金属類を含む中和殿物を得る。水処理とは、消石灰、生石灰、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウムなどで廃水を中和処理することである。中和殿物とは、水処理によって発生する、いわゆる汚泥である。なお、中和殿物は、少なくとも、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含むものである。
次に、中和殿物を用いて、鉄成分を除いた銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む酸性溶液を作製する。鉄成分とは、不可避的不純物としての鉄成分以外の鉄成分である。中和殿物から鉄成分を除く方法は、特に限定されないが、例えば、中和殿物を酸溶液に接触させる方法が挙げられる。銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含むとは、２００〜１０００ｍｇ／ｌ程度であればよい。
酸性溶液とは、ｐＨが７未満のものであればよく、好ましくはｐＨ３．２〜５．０、より好ましくはｐＨ４．３〜４．７である。これにより、後に酸化して得られた酸性溶液での銅および亜鉛成分の酸性溶液への溶存率を向上し、アルミニウム、シリカ成分の溶存率を低下できる。
酸性溶液としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸などを用いた溶液が挙げられる。この中でも、取り扱い性の観点から、硫酸が好ましい。
酸性溶液としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸などを用いた溶液が挙げられる。この中でも、取り扱い性の観点から、硫酸が好ましい。
一方、溶液のｐＨを上げる場合は、アルカリ性溶液を用いればよく、例えば水酸化ナトリウム、生石灰、消石灰、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。この中でも、取り扱い性の観点から、水酸化ナトリウムが好ましい。
次に、酸性溶液を酸化することにより、アルミニウムおよびシリカ成分を沈殿分離する。酸化により、標準電極電位の低い金属（アルミニウム、シリカ成分など）が酸化物または水酸化物となり、溶存率が減少し、沈殿分離しやすくなると考えられる。
酸化方法としては、特に限定されないが、例えば、酸性溶液中に直接空気を吹き込む等の空気酸化による方法、過酸化水素、オゾンなどの過酸化物といった酸化剤を添加する方法などが挙げられる。経済的、効率的な観点から、空気酸化が好ましい。
空気酸化の時間は、特に限定されることはないが、効率的に分離する観点から、例えば１〜２日、連続的に行うことが好ましい。
酸化方法としては、特に限定されないが、例えば、酸性溶液中に直接空気を吹き込む等の空気酸化による方法、過酸化水素、オゾンなどの過酸化物といった酸化剤を添加する方法などが挙げられる。経済的、効率的な観点から、空気酸化が好ましい。
空気酸化の時間は、特に限定されることはないが、効率的に分離する観点から、例えば１〜２日、連続的に行うことが好ましい。
アルミニウムおよびシリカ成分を沈殿分離する方法としては、公知の方法を用いることができるが、例えば、濾過が挙げられる。
本実施形態において、温度、圧力は、とくに限定されず、常温、常圧で行うことができるが、例えば、１５〜２５℃、０．９〜１．１×１０５Ｐａが好ましい。
本発明の効果について、図を用いて説明する。
本実施形態における回収方法は、鉄成分を除いた酸性溶液のｐＨを調整したのちに、酸性溶液を酸化することによって、効率よく銅および亜鉛を回収できるものである。この理由は明らかではないが、以下のようなことがわかっている。
本実施形態における回収方法は、鉄成分を除いた酸性溶液のｐＨを調整したのちに、酸性溶液を酸化することによって、効率よく銅および亜鉛を回収できるものである。この理由は明らかではないが、以下のようなことがわかっている。
図１は、本実施形態における中和殿物について、酸性溶液中のＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ成分の溶存率のｐＨ依存性を表す図である。図１より、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ成分の溶存率は、ｐＨに依存することが明らかである。そして、図１には、酸性溶液のｐＨを４．３〜４．７に調整した場合、銅成分の溶存率は７４〜９２％、亜鉛成分の溶存率は９２〜９６％であるのに対し、アルミニウム成分の溶存率は６〜２２％、シリカ成分の溶存率は１４〜４０％であることが示されている。
図２は、本実施形態における中和殿物について、ｐＨを所定値に調整後に酸化して得られた酸性溶液中のＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ成分の溶存率のｐＨ依存性を表す図である。図２には、酸性溶液のｐＨを４．３〜４．７に調整した場合、銅成分の溶存率は８５〜１００％、亜鉛成分の溶存率は１００％であるのに対し、アルミニウム成分の溶存率は３〜１７％、シリカ成分の溶存率は３〜９％であることが示されている。
これらより、酸性溶液のｐＨを調整することによって、酸化して得られた酸性溶液では、銅および亜鉛成分の酸性溶液への溶存率が向上し、アルミニウムおよびシリカ成分の酸性溶液への溶存率が減少し、沈殿しやすくなることが分かる。
すなわち、本発明によれば、中和殿物を用いて、鉄成分を除いた銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む酸性溶液を作製する工程と、酸性溶液を酸化することにより、アルミニウムおよびシリカ成分を沈殿分離する工程と、を含む回収方法により、アルミニウムおよびシリカ成分を沈殿し、銅および亜鉛を溶存させることで、効率よく銅および亜鉛を分離回収できる。
また、本発明によれば、硫化処理に使用されるＮａＨＳなどの薬品を用いなくても、効率よく銅および亜鉛が分離、回収できる。また、硫化処理時に発生する硫化水素を無害処理する施設の設置費用の問題も解決できる。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
＜１＞
鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む中和殿物から、銅および亜鉛を回収する方法であって、
前記中和殿物を用いて、鉄成分を除いた銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む酸性溶液を作製する工程と、
前記酸性溶液を酸化することにより、アルミニウムおよびシリカ成分を沈殿分離する工程と、
を含むことを特徴とする回収方法。
＜２＞
＜１＞に記載の回収方法において、
沈殿分離する前記工程において、前記酸性溶液のｐＨが４．３から４．７であることを特徴とする回収方法。
＜３＞
＜１＞または＜２＞に記載の回収方法において、
沈殿分離する前記工程において、
前記酸化は、前記酸性溶液に直接空気を吹き込むことを特徴とする回収方法。
＜４＞
＜１＞乃至＜３＞いずれか一に記載の回収方法において、
前記酸性溶液を作成する工程の前に、さらに、
廃水を水処理し、前記中和殿物を得る工程と、
を含むことを特徴とする回収方法。
＜５＞
＜４＞に記載の回収方法において、
前記廃水が、休廃止鉱山由来であることを特徴とする回収方法。
以下、参考形態の例を付記する。
＜１＞
鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む中和殿物から、銅および亜鉛を回収する方法であって、
前記中和殿物を用いて、鉄成分を除いた銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む酸性溶液を作製する工程と、
前記酸性溶液を酸化することにより、アルミニウムおよびシリカ成分を沈殿分離する工程と、
を含むことを特徴とする回収方法。
＜２＞
＜１＞に記載の回収方法において、
沈殿分離する前記工程において、前記酸性溶液のｐＨが４．３から４．７であることを特徴とする回収方法。
＜３＞
＜１＞または＜２＞に記載の回収方法において、
沈殿分離する前記工程において、
前記酸化は、前記酸性溶液に直接空気を吹き込むことを特徴とする回収方法。
＜４＞
＜１＞乃至＜３＞いずれか一に記載の回収方法において、
前記酸性溶液を作成する工程の前に、さらに、
廃水を水処理し、前記中和殿物を得る工程と、
を含むことを特徴とする回収方法。
＜５＞
＜４＞に記載の回収方法において、
前記廃水が、休廃止鉱山由来であることを特徴とする回収方法。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
＜濃度の測定＞
Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉイオンそれぞれについて、セイコーインスツル社製シーケンシャル型ＩＣＰ発光分光分析装置ＳＰＳ３０００型を用い、酸性溶液中の濃度（ｐｐｍ）の測定を行った。
Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉイオンそれぞれについて、セイコーインスツル社製シーケンシャル型ＩＣＰ発光分光分析装置ＳＰＳ３０００型を用い、酸性溶液中の濃度（ｐｐｍ）の測定を行った。
（実施例１）
鉄を含んだ残渣と分離した酸性溶液１００ｍｌに１ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム溶液５．５ｍｌを加えｐＨを４．５に調整した。その後、酸性溶液中にガラス製の気泡発生装置を投入し、流量１００ｍｌ／分で１日間空気を送りバブリングを行った。その後、Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉイオン濃度について、測定し、その結果を表１に示した。各イオンの溶存率（％）は、［ｐＨ調整後に空気酸化により得られた酸性溶液中の各金属の濃度］／［ｐＨ調整前の酸性溶液中の各金属の濃度］×１００として算出した。
鉄を含んだ残渣と分離した酸性溶液１００ｍｌに１ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム溶液５．５ｍｌを加えｐＨを４．５に調整した。その後、酸性溶液中にガラス製の気泡発生装置を投入し、流量１００ｍｌ／分で１日間空気を送りバブリングを行った。その後、Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉイオン濃度について、測定し、その結果を表１に示した。各イオンの溶存率（％）は、［ｐＨ調整後に空気酸化により得られた酸性溶液中の各金属の濃度］／［ｐＨ調整前の酸性溶液中の各金属の濃度］×１００として算出した。
（比較例１）
実施例１と同様の条件でｐＨを４．５に調整した酸性溶液を調製し１日撹拌放置した。Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉイオン濃度について、測定し、その結果を表１に示した。各イオンの溶存率（％）は、［ｐＨ調整後に１日攪拌放置した後に得られた酸性溶液中の各金属の濃度］／［ｐＨ調整前の酸性溶液中の各金属の濃度］×１００として算出した。
実施例１と同様の条件でｐＨを４．５に調整した酸性溶液を調製し１日撹拌放置した。Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉイオン濃度について、測定し、その結果を表１に示した。各イオンの溶存率（％）は、［ｐＨ調整後に１日攪拌放置した後に得られた酸性溶液中の各金属の濃度］／［ｐＨ調整前の酸性溶液中の各金属の濃度］×１００として算出した。
Claims (5)
- 鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む中和殿物から、銅および亜鉛を回収する方法であって、
前記中和殿物を用いて、鉄成分を除いた銅、亜鉛、アルミニウム、シリカ成分を含む酸性溶液を作製する工程と、
前記酸性溶液を酸化することにより、アルミニウムおよびシリカ成分を沈殿分離する工程と、
を含み、
沈殿分離する前記工程において、前記酸性溶液のｐＨが４．３から５．０であることを特徴とする回収方法。 - 請求項１に記載の回収方法において、
沈殿分離する前記工程において、前記酸性溶液のｐＨが４．３から４．７であることを特徴とする回収方法。 - 請求項１または２に記載の回収方法において、
沈殿分離する前記工程において、
前記酸化は、前記酸性溶液に直接空気を吹き込むことを特徴とする回収方法。 - 請求項１乃至３いずれか一項に記載の回収方法において、
前記酸性溶液を作成する工程の前に、さらに、
廃水を水処理し、前記中和殿物を得る工程と、
を含むことを特徴とする回収方法。 - 請求項４に記載の回収方法において、
前記廃水が、休廃止鉱山由来であることを特徴とする回収方法。
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2013
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