JP6637284B2 - 金属セレンの製造方法 - Google Patents
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Description
その一方で、還元反応に要する時間は少なくとも16時間に設定するのが好ましいこと(特許文献1の[0024])、実施例においては1か月単位で金属Seの製造を行っていることが記載されている(特許文献1の[0030]や図1等)。つまり、特許文献1に記載の技術の場合、Se含有溶液から金属Seを製造するのに月単位(少なくとも1日単位)という相当な時間を要する。
そのため、Se含有溶液から金属Seを製造する際の速度の増大を実現することが急務となっている。
本発明の第1の態様は、
セレン含有溶液に還元剤を加えて金属セレンを製造する金属セレンの製造方法において、
前記セレン含有溶液に対して塩化物イオンを含有させ、水素イオン濃度の二乗([H+]2)の値を4.1(mol/L)2以上とし前記還元剤によりセレンを還元する、金属セレンの製造方法である。
セレン含有溶液に還元剤を加えて金属セレンを製造する金属セレンの製造方法において、
前記セレン含有溶液に対して塩化物イオンを加える工程1と、
前記セレン含有溶液の水素イオン濃度の二乗([H+]2)の値を4.1(mol/L)2以上とする工程2と、
前記工程1および2の後、前記セレン含有溶液に対して還元剤を加える工程3と、
前記工程3の後、沈殿した金属セレンを回収する工程4と、
を有する、金属セレンの製造方法である。
前記セレン含有溶液に対して硫化水素イオンを含有させる。
前記硫化水素イオンは水硫化塩から得られる。
前記還元剤は亜硫酸ガスである。
前記[H+]2の値を6.3(mol/L)2以上とする。
条件1.セレン含有溶液に対して塩化物イオンを含有させる。
条件2.[H+]2の値を4.1(mol/L)2以上とする。
上記の条件設定の時機は、当該溶液中のSeの還元前、還元中の何れかであれば、特に限定されない。あくまで産業上における具体的な一例示として、次に実施の形態を述べる。
まず、[実施の形態1]では、Se含有溶液から金属Seを製造する方法を説明する。
次に、[実施の形態2]では、Se含有溶液から金属Seを製造する際にHgの除去も行う応用例について説明する。
以下、本実施形態について、次の順序で説明を行う。なお、説明においては適宜、金属Seの製造方法を示すフローチャートである図1を参照する。
1.Se含有溶液からの金属Seの製造方法
1−A)条件設定工程
1−B)Se還元工程
1−C)金属Se回収工程
1−D)その他
2.実施の形態による効果
本明細書において「〜」は所定の値以上かつ所定の値以下のことを指す。
本方法においては、Se含有溶液に対し、[H+]2の値を所定の値以上としつつ、塩化物イオン、硫化水素イオン、および還元剤の存在下でSeを還元することにより生じた金属Seを製造する。以下、詳細を説明する。
本工程すなわち(工程1および工程2)においては、Seの還元処理を行う前に、Se含有溶液に対して塩化物イオンを含有させ(条件1)、[H+]2の値を4.1(mol/L)2以上としておく(条件2)。
なお、本明細書における反応速度定数は、近似式CA=CA0・e(−Kt)(なお、CA:時間tにおけるSe濃度、CA0:元液Se濃度、t:時間、K:速度定数)から算出している。
なお、液中のSe濃度の減少速度は、(Seが還元されて金属Seになる際の液中のSe濃度の減少度合い)/(還元時間)にて求める。
なお、この効果をもたらすメカニズムについては本発明者が鋭意検討中である。あくまで推測ではあるが、以下の反応式によりSeへの還元が行われているものと推測される。
H2SeO4+2HCl→H2SeO3+Cl2↑+H2O
H2SeO3+2SO2+H2O→Se゜+2H2SO4
当該添加はあくまでSeの還元処理のための準備という意味を持つ。そのため、後述の1−B)Se還元工程と別の工程とせずとももちろん構わない。つまり、後述のSe還元工程と同時に本工程を行っても構わないし、本工程として「SH−」のみをSe含有溶液に添加しても構わない。
なお、説明の便宜上、SH−のことを「イオン性硫黄」と称する場合もある。本明細書における「イオン性硫黄」には、単なる硫黄(すなわち酸化数ゼロのS)や硫酸イオン(SO4 2−)のように酸化数が正となっているSは当てはまらないものとする。
本工程(工程3)においては、条件設定工程後にSe含有溶液におけるSeを還元し、金属Seを沈殿させる。詳しく言うと、Se含有溶液に対して還元性を有する還元剤を加えることによりSeを還元し沈殿させる。そのため本工程は、還元剤添加工程とも称する。
本工程(工程4)においては、沈殿した金属Seを回収する。回収の手法としては、公知の固液分離の手法を用いればよい。例えば、ろ過、デカンテーション、遠心分離などが挙げられる。
以上の工程により、Se含有溶液から金属Seが製造される。なお、上記の工程以外の工程を適宜設けても構わない。例えば、製造後の金属Seの洗浄、製造後の液の再利用、排水処理へ移送などの工程を設けても構わない。
本実施形態によれば、主に以下の効果を奏する。
本実施形態においては、Se含有溶液から金属Seを製造する際にHgの除去も行う応用例について説明する。以下、本実施形態について、次の順序で説明を述べる。なお、説明においては適宜、別の実施形態における金属Seの製造方法を示すフローチャートである図2を参照する。
1.Se含有溶液からの金属Seの製造方法
1−A)Hg第一分離工程
1−B)条件設定工程
1−C)Se還元工程
1−D)金属Se回収工程
2.実施の形態による効果
なお、[実施の形態1]と記載内容が重複する部分については記載を省略する。
本実施形態におけるSe含有溶液は、硫酸殿物に対して酸化浸出が行われた後の溶液を使用する。
硫酸殿物は、非鉄製錬操業において、硫化精鉱をばい焼する際に発生するガスから硫酸を製造する硫酸工程にて発生する副生成物であり、HgおよびSeが含まれるものである。本実施形態においては、次亜塩素酸塩(本実施形態における具体例としては次亜塩素酸ソーダ(NaClO))を用いて硫酸澱物からHgおよびSeを酸化浸出させる。
本工程においては、酸化浸出後の濾液に対してZn粉末を添加し、濾液中のHgをZnにより置換することにより沈殿させ、沈殿中のHgと濾液中のSeとを分離する。すなわち、金属のZn粉末を濾液に加えると、濾液内でのZn粉末の還元作用により、Zn粉末の表面でZnとHgとでの間で置換反応が発生し、Zn粉末に同伴され、Hgが固定化される。このため安定な固定化状態となるため、ろ過性に優れかつHgの回収が容易となる。
本工程においては、[実施の形態1]で述べた条件設定工程を行う。ただ、好適例としての本実施形態においては、本工程は、後のSe還元工程のための準備以上の意味を持つ。すなわち本工程においては少なくともイオン性硫黄をSe含有溶液に加える。このことにより、Hg第一分離工程によって沈殿させきれなかった残留Hgを硫化させて沈殿させることが可能となる。その結果、Se含有溶液におけるHgの除去率を著しく向上させることが可能となる。
ちなみに余剰のイオン性硫黄(例えばNaSHから生じたSH−)を加える量であるが、残留Hgイオン量に対して6〜12当量となるようにイオン性硫黄を加えるのが好ましい。
上記の工程においては、[実施の形態1]で述べたのと同様の工程を行う。
本実施形態によれば、[実施の形態1]で述べた効果に加え、以下の効果を奏する。
また、Zn粉末を加えることにより、ろ過性に優れかつHgの回収が容易となる。
さらに、条件設定工程において、Hg第一分離工程によって沈殿させきれなかったHgを硫化させて沈殿させることが可能となる。
なお、本実施例においては[実施の形態2]に係る実施例を例示、すなわち硫酸澱物に対して酸化浸出を行ったものをSe含有溶液としているが、これはあくまで一例である。その上、本実施例においても「条件設定工程〜金属Se回収工程」を行っていることには変わりはない。そのため、本実施例は[実施の形態1]に係る内容についても開示しており、本発明が[実施の形態2]に限定されることは無い。
本実施例においては、試験槽としては1Lの耐酸容器を用いた。攪拌機の羽形状は3枚傾斜パドルとし、回転数は250〜300rpmとした。なお、処理対象とする硫酸澱物は、自社から生じたものを使用した。硫酸澱物に含有されるHgの品位は20.7%でああった。Seの品位は2.3%であり、重量は239gであった。他金属(亜鉛、銅、鉛、鉄、カドミウム、コバルト、ニッケル、貴金属、ガリウム、インジウム)24.7質量%、他含有物は、水銀、セレン、他金属以外の酸素、硫黄、ハロゲン等であり、殆どが酸素、硫黄である残余分である。
NaOCl+2KI+2CH3COOH→I2+2CH3COOK+NaCl+H2O
により遊離したヨウ素に対する塩素量を有効塩素であるところの塩化物イオン量とした。なお、当該濃度は滴定により求めた。そして、試験槽において上記の硫酸澱物をNaClO溶液へと浸し、HgおよびSeを浸出させた。その際、硫酸澱物の量は、NaClO溶液において100g/Lとなるように設定した。なお、反応時間は30分とし、終点温度は40℃とした。そして電位は900mVを超えるように設定した。なお、電位の測定条件としては、反応時間の終了時に銀/塩化銀電極を用い、終点温度を40℃とした。以降、同様とする。
その結果、HgおよびSeの浸出率は共に98〜99%となり、極めて良好な結果となっていた。なお、HgおよびSeの浸出率は、上記の硫酸澱物の組成、ならびに、反応終了後の溶液に含有されるHgおよびSeの量から求めた。また、当該HgおよびSeの量はthermo社製のICP発光分光装置を用いて求めた。以降、HgおよびSeその他の量についての測定方法は同様とする。
本工程においては、林金属製のZn粉末をHgに対してモル比で2.0〜2.5mol当量用いた。そして、試験槽に対して上記のZn粉末を投入し、NaClO溶液中のHgをZnにて置換させ、Hgを沈殿させた。なお、反応時間は30〜40分とし、終点温度は10〜15℃とした。そして電位は0mV近傍とした。反応終了後、固液分離として吸引濾過装置を用いて濾過を行った。
その結果、濾液を調べたところ、Hgの除去率は99%を超えた数値となっており、Hgの濃度は検量下限(1ppm)以下となり、極めて良好な結果となっていた。ちなみに、残渣となった沈殿におけるHgの品位は、thermo製のICP発光分析装置で調べたところ、45〜50%であり、重量に換算するとHgは残渣中において60重量%存在した。なお、残渣におけるHg/Znのモル比は1.8〜2.0であった。
本工程においては、Hg第一分離工程後の濾液をCT(コーンタンク)に移し替え、CTに対して硫酸を添加した。添加量に関しては、硫酸濃度が300g/Lになりかつ液量が1Lになるように調整して硫酸を添加し、[H+]2の値を9.24(mol/L)2とした。なお、塩化物イオン(Cl−)は、先に挙げたNaClO溶液由来のものとしてNaClO溶液から賄った。
それに加え、当該タンクに0.3%のNaSHを10mL添加し、濾液中に残存しているHgを硫化により沈殿させつつ、Se還元工程に向けての準備として濾液中にSH−を含有させる処理を行った。なお、反応時間は10分とし、終点温度は20℃とした。最終的な電位は−60mVとし、pHは5.8〜6.0とした。反応終了後、Hg第一分離工程と同様に、固液分離として加圧濾過機を用いて濾過を行った。
その結果、濾液を調べたところ、Hgの濃度は検量下限(1ppm)以下となり、極めて良好な結果となっていた。また、このとき、液中のSe濃度は3.3g/Lであった。
本工程においては、自社において硫酸製造時に発生した亜硫酸ガスを流速500mL/minで180分吹き込みながら、ヒータにより80℃へと加熱し、Se6+からSeへの還元反応を行った。反応終了後、Hg第一分離工程と同様に、吸引濾過装置を用いて濾過を行った。
その結果、濾液を調べたところ、Seの除去率は99%を超えた数値となっており、極めて良好な結果となっていた。一方、残渣となった沈殿は3.3gであり、当該沈殿におけるSeの品位は、thermo製のICP発光分析装置で調べたところ99.23質量%であり、極めて品位の高いメタルセレンが得られた。なお、Hgの濃度は10ppm以下であり、HgとSeとを確実に分離することができていた。
実施例2においては、条件設定工程の際に、硫酸濃度が252g/Lになりかつ液量が1Lになるように調整して硫酸を添加し、[H+]2の値が6.61(mol/L)2となるように設定した。
また、実施例3においては、NaClOの濃度を8%とし、液中のSe濃度を4.8g/Lとし、SH−を加えず、硫酸濃度が250g/Lになりかつ液量が1Lになるように調整して硫酸を添加し、[H+]2の値が6.6(mol/L)2となるように設定した。
本比較例においては、[H+]2の値を4.1(mol/L)2未満とした。その点以外は、以下の表に諸条件を記載する。
上記の表が示すように、金属Seの回収率において、実施例と比較例とでは大きく異なっており、実施例の方が極めて高い回収率を誇っていた。
上記の各実施例および各比較例に係る反応速度定数と[H+]2との関係をまとめた図が図3である。図3を見ると、[H+]2の値を4.1(mol/L)2以上(好ましくはは5.0、さらに好ましくは6.3以上、非常に好ましくは6.6以上)とした場合すなわち本実施例だと、反応速度定数が著しく向上していることが明らかとなった。
Claims (7)
- 産業上にて生じた中間物または廃液であるセレン含有溶液に還元剤を加えて金属セレンを製造する金属セレンの製造方法において、
前記セレン含有溶液に対して次亜塩素酸を含有させ、水素イオン濃度の二乗([H+]2)の値を5.0(mol/L)2以上とし、前記還元剤によりセレンを還元する、金属セレンの製造方法。 - 産業上にて生じた中間物または廃液であるセレン含有溶液に還元剤を加えて金属セレンを製造する金属セレンの製造方法において、
前記セレン含有溶液に対して次亜塩素酸塩を加える工程1と、
前記セレン含有溶液の水素イオン濃度の二乗([H+]2)の値を5.0(mol/L)2以上とする工程2と、
前記工程1および2の後、前記セレン含有溶液に対して還元剤を加える工程3と、
前記工程3の後、沈殿した金属セレンを回収する工程4と、
を有する、金属セレンの製造方法。 - 前記セレン含有溶液に対して硫化水素イオンを含有させる、請求項1または2に記載の金属セレンの製造方法。
- 前記硫化水素イオンは水硫化塩から得られる、請求項3に記載の金属セレンの製造方法。
- 前記還元剤は亜硫酸ガスである、請求項1〜4のいずれかに記載の金属セレンの製造方法。
- 前記[H+]2の値を6.3(mol/L)2以上とする、請求項1〜5のいずれかに記載の金属セレンの製造方法。
- 前記セレン含有溶液に対して塩酸および硫酸の少なくともいずれかも含有させる、請求項1〜6のいずれかに記載の金属セレンの製造方法。
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