JP6226235B2 - スコロダイトの製造方法 - Google Patents
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Description
これらの処理方法において、AsとFeを含む酸性水溶液は電解沈殿銅の硫酸浸出液などであり、上記(ロ)と同様の問題がある。
〔1〕アルカリ性のヒ素浸出液に第二鉄化合物を添加して生成した澱物であって、水酸化鉄にヒ素イオンが吸着してなるヒ素と鉄を含むFeAs澱物を硫酸性溶液に混合してpH0.7〜1.2の酸性スラリーまたは酸性溶液にし、90℃以上〜93±3℃までの加熱下で平均粒径20〜40μの大粒な結晶質のスコロダイトを生成させることを特徴とするスコロダイトの製造方法。
〔2〕銅ヒ素含有物に水酸化ナトリウム溶液を加え、空気を吹き込んで、加熱下でアルカリ酸化浸出を行い、浸出終了後pH7.5〜10に調整し、銅分を含む残渣とヒ素浸出液とを固液分離し、該ヒ素浸出液に第二鉄化合物をFe/Asモル比で0.9〜1.1になるように添加して生成させたFeAs澱物を用いる上記[1]に記載するスコロダイトの製造方法。
〔3〕硫酸性溶液1Lに対し、湿潤状態のFeAs澱物170〜730gを加えて、pH0.7〜1.2のスラリーまたは溶液にし、該スラリーまたは該溶液を加熱して結晶質のスコロダイトを生成させる上記[1]または上記[2]の何れかに記載するスコロダイトの製造方法。
〔4〕生成したスコロダイトの一部をスコロダイト生成工程に戻して種晶として繰り返し使用する上記[1]から上記[3]の何れかに記載するスコロダイトの製造方法。
〔5〕結晶質スコロダイトを固液分離した溶液をFeAs澱物の溶解液として利用する上記[1]から上記[4]の何れかに記載するスコロダイトの製造方法。
〔6〕銅ヒ素含有物に水酸化ナトリウム液を加え、空気を吹き込んで、加熱下でアルカリ酸化浸出を行い、浸出終了後pH7.5〜10に調整し、銅分を含む浸出残渣とヒ素を含む溶液を固液分離し、該溶液に第二鉄化合物をFe/Asモル比で0.9〜1.1になるように添加してFeAs澱物を生成させ、固液分離して回収したFeAs澱物を硫酸性溶液に混合して酸性スラリーまたは酸性溶液にし、該スラリーまたは該溶液を加熱処理して結晶質のスコロダイトを生成させる、上記[1]〜上記[5]の何れかに記載するスコロダイトの製造方法。
本発明の処理方法は、アルカリ性のヒ素浸出液に第二鉄化合物を添加して生成した澱物であって、水酸化鉄にヒ素イオンが吸着してなるヒ素と鉄を含むFeAs澱物を硫酸性溶液に混合してpH0.7〜1.2の酸性スラリーまたは酸性溶液にし、90℃以上〜93±3℃までの加熱下で平均粒径20〜40μの大粒な結晶質のスコロダイトを生成させることを特徴とするスコロダイトの製造方法である。本発明の処理方法の工程図を図1に示す。
本発明の処理方法の対象であるFeAs澱物は、水酸化鉄にヒ酸イオンが吸着した物であり、又はヒ素の一部は非結晶質なヒ酸鉄として存在することもある。このFeAs澱物は、銅ヒ素含有物に水酸化ナトリウム液を加え、酸化剤として例えば空気を吹き込んで、浸出終了時のpH7.5〜10になるように、加熱下でアルカリ酸化浸出を行い、銅分を浸出残渣にし、該残渣を固液分離したヒ素を含む溶液に第二鉄化合物をFe/Asモル比で0.9〜1.1になるように添加して生成させたFeAs澱物を用いることができる。FeAs澱物の生成からスコロダイトの製造までの処理工程を図2に示す。
2Cu3As+4NaOH+4O2=3Cu2O↓+2Na2HAsO4+H2O
浸出温度は70℃〜90℃がよく、上記温度範囲より低いと浸出時間が長くなり、一方、上記温度範囲より高いと蒸気の発生量が多く、加熱コストが無駄になる。
HAsO4 2- + Fe3+ + 2OH- = FeOOH(AsO4 3-)↓+2H+
また、次式に示すように、鉄イオンとヒ素イオンとが反応して非結晶質のヒ酸鉄が生成することもある。
HAsO4 2- + Fe3+ + OH- = FeAsO4↓+H2O
FeAs澱物をフィルタープレスなどによって固液分離し、好ましくはさらに水洗浄し、このFeAs澱物を酸性pH域で加熱処理して結晶質のスコロダイトを生成させる。具体的には、例えば、液温50℃以上の硫酸性溶液1Lに対して、固液分離した湿潤状態FeAs澱物170〜730gを加え、pH0.7〜1.2のスラリーまたは溶液にし、該スラリーまたは該溶液を、90℃以上に加熱して結晶質のスコロダイト(FeAsO4・2H2O)を生成させる。
aFeOOH(AsO4 3-)+bH2SO4 → cFe2(SO4)3+dH3AsO4+eH2O
Fe2(SO4)3+2H3AsO4 +4H2O → 2FeAsO4・2H2O↓+3H2SO4
また、FeAs澱物にはヒ素が濃縮されており、これを加熱処理してスコロダイトに転換させるので、大粒のスコロダイトを容易に得ることができる。
測定方法は、液中のAs,Cu,Feなどの濃度及び含有率はICP法による測定した。固形分の含水率は乾燥熱重量法に基づき計測し、重量含水率として標記した(乾燥温度105℃)。BET比表面積はガス吸着法(QUANTACHROME社製 AUTOSORB-iQ2)に従って測定した。スコロダイト等の平均粒径は粒度分布計(Horiba社製LA950)を用い測定した。
XRD(X線回折)チャートの横軸は2Theta(X線の角度)、縦軸は回折強度(一般的には、count per sec, cps等)である。
図5および図6に示すX線回折結果から、全ての実施例に於いて、結晶性スコロダイトが合成されたことが確認された。
ヒ化銅を主成分とするスライム100g(As20%)と水600ccをスラリーにし、攪拌しながら48%濃度の水酸化ナトリウム液を約15cc加え、pH12(NaOH/Asのモル比を約0.5)に調整した。このスラリーを75〜80℃に加熱し、空気を1L/分の流量で導入し、酸化浸出を行った。浸出が進むにつれてスラリーは黒色から茶色(Cu2Oの色)に変化した。ここで撹拌を止め、スラリーを濾過してヒ素浸出液を回収した。このヒ素浸出液はpH8.5、As15g/L、Cu2ppm以下であった。
ヒ化銅を主成分とするスライム75g(As約40%)と水700ccをスラリーにし、攪拌しながら48%濃度の水酸化ナトリウム液を約45cc加え、NaOH/Asのモル比を約2に調整した。このスラリーを85℃に加熱し、空気を2L/分の流量で導入し、酸化浸出を行った。浸出が進むにつれてスラリーは黒色から茶色に変化し、ここで攪拌を止め、スラリーを濾過してヒ素浸出液を回収した。このヒ素浸出液はpH9.5、As30g/L、Cu2ppm、Pb5ppmであった。
上記ヒ素浸出液1,2を混合してAs濃度24g/Lにした。このヒ素浸出液600ccを60℃に加熱し、日鉄鉱業社製ポリ硫酸第二鉄液(ポリテツ)58ccを加え、10分間攪拌した後、湿潤状態の澱物約160g(含水率約70%)を吸引ろ過し、通水洗浄を行った。濾液中のAs残濃度は0.2g/Lであり、Asの約99%が上記澱物に含まれている。
上記調製したFeAs澱物100g(湿潤状態)と稀硫酸290ccとを混合させ、スラリー濃度280g/L、pH0.9のスラリーを調製した。このスラリーを92±2℃まで加熱した後、結晶性スコロダイト18g(50g/L)を種材として加え、3時間、加熱と攪拌を続けた。3時間後、スラリーを固液分離して固形分を回収した。この固形分のXRDスペクトルを図5に示し、分析結果を表1に示す。この結果から固形分は結晶質のスコロダイト(FeAsO4・2H2O)であることが確認された。このスコロダイト粒子はBET比表面積7.7m2/g、平均粒径24μmであった。また、洗浄後の溶出試験(環告13号に準拠)の結果、ヒ素溶出濃度は0.2ppmであり、環境基準0.3ppmに適合していることが確認された。
上記調製したFeAs澱物100g(湿潤状態)と、実施例1のスコロダイトを分離した濾液130cc(As4g/L、pH0.3)とを混合して、スラリー濃度約500g/L、pH0.8のスラリーを調製した。このスラリーを92±2℃まで加熱した後、種材として結晶性スコロダイトを50g/Lになるように加え、6時間、加熱と攪拌を続けた。その後、スラリーを固液分離して固形分を分析したところ、結晶性の良いスコロダイトであることを確認した。このスコロダイト粒子はBET比表面積5.8m2/g、平均粒径20μmであった。また、洗浄後スコロダイトの溶出試験(環告13号に準拠)の結果、ヒ素溶出濃度は0.2ppmであり、環境基準0.3ppmに適合していることが確認された。分析結果を表1に示す。
種晶の添加量を5g/Lにした以外は実施例2と同様にスコロダイトを生成させた。回収した固形分のXRDスペクトルから結晶質のスコロダイトであることを確認した。このスコロダイト粒子はBET比表面積7.5m2/g、平均粒径30μmであった。分析結果を表1に示す。
上記調製したFeAs澱物20gと稀硫酸85ccを混合して(スラリー濃度200g/L)pH1.1のスラリーにした後に、高圧容器へ移し、150℃に加熱して6時間攪拌した。その後、スラリーを固液分離して固形分を回収した。このXRDスペクトルを図5に示す。図示するように、固形分は結晶性の高いスコロダイトであることが確認された。洗浄後の溶出試験(環告13号に準拠)の結果、ヒ素溶出濃度は0.2ppmであり、環境基準0.3ppmに適合していることが確認された。
FeAs澱物(含水率約70%、As含有率10%、対湿潤状態の澱物)約60gに水を混合して、スラリー濃度800g-wet澱物/Lのスラリーにした。次に、このスラリーを60℃まで加温し、濃硫酸を少量ずつ添加しながら、スラリーのpH変化と液中のAs濃度を測定した。この結果を図3(右側のグラフ、および左側のグラフ)に示した。
右側のグラフの◇プロットで示すように、pH低下に従ってAs濃度(ie.澱物の溶解量)が増加する。例えば、pH1.2〜0.7の領域では澱物170〜730gが溶解する。左側のグラフの◆プロットで示すように、As濃度15〜65g/L程度の溶液となることが分かる。なお、鉄の濃度は、FeAs澱物のFe/Asモル比が約1:1であるので、液中にヒ素濃度に相当する鉄イオン(Fe3+)が存在する。
FeAs澱物を硫酸性溶液中に溶解させ、表2に示す初期pHと初期As濃度の溶液を作成した。各液を93±3℃まで加熱した後、結晶性スコロダイトを種晶として5〜62g/lになるように加え、3〜8時間、加熱と攪拌し続けた。
スコロダイト生成時の液中As濃度の経時変化を図4(右側のグラフ、および左側のグラフ)に示す。右側のグラフに示すように、初期As濃度20〜30g/L(試料4〜6)では、種晶添加後の2〜3時間でAs濃度は2〜4g/Lまで低下し平衡に達する。一方、左側のグラフに示すように、初期As素濃度が45〜60g/L(試料1〜3)では、As濃度が平衡になるのは4〜6時間であり、スコロダイト生成時間が2倍程度長くなる。
上記調製したFeAs澱物20gを稀硫酸性溶液85ccと混合し、スラリー濃度200g/L、pH1.3のスラリーにした後に、加熱処理を常圧の95℃にて6時間行った。処理後の固形分の濾過性および洗浄性は低く、含水率は70%とFeAs澱物と同等であり、なおかつヒ素の溶出濃度は8ppmであり、環境基準0.3ppmを大きく超えていた。さらに 図5のXRDスペクトルに示すようにスコロダイトの結晶性は乏しかった。
FeAs澱物を硫酸性スラリー(pH1.5)にし、スラリーの状態で100℃の加熱・攪拌を20時間続けた。途中の6時間経過時にスラリーの一部を採取し、生成物を回収した。生成したスコロダイトのXRDスペクトルを図6に示す。図示するように、初期pH1.5のFeAs澱物スラリーを100℃にて加熱した場合、結晶性スコロダイトを製造することができる。また、処理時間が6時間のものと20時間のものを比較すると、スペクトルのピーク強度は処理時間に応じて増し、結晶性が高くなる。しかし、100℃−20時間でも、スコロダイトの平均粒径は0.4μm以下、含水率70wt%以上であり、含水率が高く微細であるため濾過性および洗浄性が劣る。また、溶出試験のAs溶出濃度は0.3ppmを上回るので、As溶出量が少なく、大粒のスコロダイトを製造するには、FeAs澱物を溶解させる条件(pH、スラリー濃度)にするのが好ましい。
Claims (6)
- アルカリ性のヒ素浸出液に第二鉄化合物を添加して生成した澱物であって、水酸化鉄にヒ素イオンが吸着してなるヒ素と鉄を含むFeAs澱物を硫酸性溶液に混合してpH0.7〜1.2の酸性スラリーまたは酸性溶液にし、90℃以上〜93±3℃までの加熱下で平均粒径20〜40μの大粒な結晶質のスコロダイトを生成させることを特徴とするスコロダイトの製造方法。
- 銅ヒ素含有物に水酸化ナトリウム溶液を加え、空気を吹き込んで、加熱下でアルカリ酸化浸出を行い、浸出終了後pH7.5〜10に調整し、銅分を含む残渣とヒ素浸出液とを固液分離し、該ヒ素浸出液に第二鉄化合物をFe/Asモル比で0.9〜1.1になるように添加して生成させたFeAs澱物を用いる請求項1に記載するスコロダイトの製造方法。
- 硫酸性溶液1Lに対し、湿潤状態のFeAs澱物170〜730gを加えて、pH0.7〜1.2のスラリーまたは溶液にし、該スラリーまたは該溶液を加熱して結晶質のスコロダイトを生成させる請求項1または請求項2の何れかに記載するスコロダイトの製造方法。
- 生成したスコロダイトの一部をスコロダイト生成工程に戻して種晶として繰り返し使用する請求項1から請求項3の何れかに記載するスコロダイトの製造方法。
- 結晶質スコロダイトを固液分離した溶液をFeAs澱物の溶解液として利用する請求項1から請求項4の何れかに記載するスコロダイトの製造方法。
- 銅ヒ素含有物に水酸化ナトリウム液を加え、空気を吹き込んで、加熱下でアルカリ酸化浸出を行い、浸出終了後pH7.5〜10に調整し、銅分を含む浸出残渣とヒ素を含む溶液を固液分離し、該溶液に第二鉄化合物をFe/Asモル比で0.9〜1.1になるように添加してFeAs澱物を生成させ、固液分離して回収したFeAs澱物を硫酸性溶液に混合して酸性スラリーまたは酸性溶液にし、該スラリーまたは該溶液を加熱処理して結晶質のスコロダイトを生成させる、請求項1から請求項5の何れかに記載するスコロダイトの製造方法。
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