JP6827349B2 - 鉄回収剤および鉄回収方法 - Google Patents
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Description
そのため、金属が含まれている材料から鉄を分離回収するために、電気分解法、化学的変換法、イオン交換法、溶媒抽出法、吸着法またはこれらの組み合せなど多種多様の方法が提案されている。現状、効率的な金属の回収方法として知られている溶媒抽出法では、例えば、代表的なものとして貴金属元素を含有する溶液をジブチルカルビトール等のキレート剤に接触させて溶液中の貴金属を前記キレート剤に吸着させ、貴金属を濃縮し、回収する方法が知られている(例えば、非特許文献1)。
鉄が溶解する水溶液から鉄を回収する鉄回収剤であって、
下限臨界溶液温度を有する液体としての式(1)で表される有機化合物を主成分とする鉄回収剤。
R1−(A)−OR2 ………(1)
ただし、−(A)−は、(5)〜(6)で示される少なくとも一種の構造を有する重合体または共重合体であり、n,mは独立して1〜6の整数である。
−(O−CO−(CH2)n−CO)m− ………(5)
−(O−CO−(CH2)n)m− ………(6)
また、式(1)中、R1およびR2はそれぞれ独立して水素または、炭素数1〜8のアルキル基または、炭素数1〜8のアルケニル基、カルボキシ基、アセチル基である。
・アジピン酸ビス(2-(2-(2-メトキシ)エトキシ)エチル)
・アジピン酸ビス(2-(2-(2-エトキシ)エトキシ)エチル)
から選ばれる少なくとも一種以上を主成分とするもの、が有効に利用できる。
鉄が溶解する水溶液から鉄を回収する鉄回収方法であって、
前記鉄が溶解する水溶液に、下限臨界溶液温度を有する液体としての請求項1〜4のいずれか一項に記載の鉄回収剤を添加し、均一な溶液を形成する混合工程と、
混合工程により得られた溶液を下限臨界溶液温度以上の温度に加熱する加熱工程と、
加熱工程により2相分離した有機化合物相を分離回収する回収工程と、
分離回収された有機化合物相に脱着剤を添加する脱着処理工程とを順に行い、
得られた有機化合物相から鉄を回収する点にある。
式(1)の下限臨界溶液温度を有する有機化合物の下限臨界溶液温度は、作業性を考慮して20〜100℃、好ましくは40℃〜100℃の範囲にあるものが作業性良く使用できる。
例えば、還元剤として、水素化ホウ素塩、ホスホン酸塩、次亜燐酸塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、亜二チオン酸塩から選ばれる無機化合物を用いることができる。また、還元剤として、ヒドラジン、エチレンジアミン、ウレア、チオウレア、ジメチルアミノボランから選ばれるアミン類、ジアミン類およびイミン類、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドから選ばれるアルデヒド類、メタンチオール、エタンチオール、プロパンチオールから選ばれるチオール類などの有機化合物を用いることができる。さらに、還元剤として、ハイドロキノン、タンニン酸、クエン酸、アスコルビン酸およびそれらのナトリウム塩、カリウム塩から選ばれる化合物を用いることができる。
例えば、pH調整剤としては水溶性のものが好ましく、また、pH調整剤として、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、炭酸、シュウ酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化銅、アンモニアから選ばれるpH調整剤を用いることができる。
また、上記pH調整剤は式(1)の下限臨界溶液温度を有する有機化合物に結合した鉄イオンを式(1)の下限臨界溶液温度を有する有機化合物から脱着させることができ、式(1)の下限臨界溶液温度を有する有機化合物に捕捉されていた鉄を、鉄化合物として回収させるのに利用することができる。
これらは、汎用的な還元剤、pH調整剤として市場に流通しているものであり、安価かつ取り扱い容易なものであるので、鉄回収方法を実施するうえで、低コストで鉄を回収できることとなるので好ましい。
混合工程により得られた溶液を下限臨界溶液温度以上の温度に加熱する加熱工程と、
加熱工程により2相分離した有機化合物相を分離回収する回収工程と、
分離回収された有機化合物相に脱着剤を添加する脱着処理工程とを順に行い、得られた有機化合物相から鉄を回収するものである。
鉄の溶解する水溶液は、大別して酸性溶液と中性溶液に分けられる。酸性溶液は、例えば、宝飾品、電子基板、産業用触媒等を適度な大きさに粉砕し、王水、硫酸、塩酸、硝酸等の酸溶液に溶解して得られる。得られた水溶液には、1mol/L以下、好ましくは1×10−2mol/L以下の濃度で鉄を含有していることが望ましい。また中性溶液は、例えば、鉄が溶解している地下水、河川水、湖水である。
R1−(A)−OR2 ………(1)
ただし、−(A)−は、(2)〜(6)で示される少なくとも一種の構造を有する重合体または共重合体であり、n,mは独立して1〜6の整数である。
−(O−CH2−CH2)n− ………(2)
−(O−CH2−CH2−CH2)n− ………(3)
−(O−CH(CH3) −CH2)n− ………(4)
−(O−CO−(CH2)n−CO)m− ………(5)
−(O−CO−(CH2)n)m− ………(6)
また、式(1)中、R1およびR2はそれぞれ独立して水素または、炭素数1〜8のアルキル基または、炭素数1〜8のアルケニル基、カルボキシ基、アセチル基である。
ただし、式(1)中−(A)−が(2)である場合、R1及びR2がともに炭素数1〜5のアルキル基または、炭素数1〜5のアルケニル基である場合を除く。
たとえば、(1)のR1=炭素数1のアルキル基、R2=炭素数4のアルキル基、Aが(2)かつn=3をとるトリエチレングリコールブチルメチルエーテルを用いた場合、下限臨界溶液温度が40℃付近であるので、40℃以下において混合することにより互いに溶解して均一な溶液を形成する。
次に、混合工程により得られた均一溶液を下限臨界溶液温度以上の温度に加熱する。
すなわち、均一溶液を昇温していくと下限臨界溶液温度付近で下限臨界溶液温度を有する有機化合物の急激な脱水和およびそれに伴う疎水性相互作用による相分離が起こり、その結果、下限臨界溶液温度を有する有機化合物が水溶液に不溶となる。たとえば、トリエチレングリコールブチルメチルエーテルを用いた場合、下限臨界溶液温度が40℃付近であるので、たとえば50℃以上に加熱することにより均一溶液は2相分離して水相と下限臨界溶液温度を有する有機化合物相とに2相分離する。
ここで取り出した下限臨界溶液温度を有する有機化合物相には、元々鉄が含有される水溶液に溶解していた鉄イオンが含まれており、鉄が含有される水溶液中の鉄イオンを回収できている。
回収工程では、加熱工程により2相分離した下限臨界溶液温度を有する有機化合物相を分離回収する。50℃で2相分離した各相は、50℃を維持した状態で静置し、上相として得られる下限臨界溶液温度を有する有機化合物相を分液回収することができる。
次に、分離回収された下限臨界溶液温度を有する有機化合物相中に存在する鉄を、下限臨界溶液温度を有する有機化合物相から脱着させることを目的に、分離回収された下限臨界溶液温度を有する有機化合物相に脱着剤を添加する脱着処理工程を行う。すなわち、下限臨界溶液温度を有する有機化合物相に既知の脱着剤として、還元剤またはpH調整剤を加えると、前者の場合鉄は析出するのでろ過等で回収でき、後者の場合pH調整剤相に鉄が移動し結果的に濃縮される。
鉄イオンを含む水溶液として、塩化鉄(III)六水和物(関東化学)0.26gと塩化鉄(II)四水和物0.24g(関東化学)を超純水50mLで希釈したものをさらに希釈し5倍希釈した水溶液を用いた。
この溶液に鉄捕捉剤としてトリアミルリン酸(東京化成)0,09gを含む下限臨界溶液温度を有する有機化合物エチレングリコールモノイソブチルエーテル(東京化成)を50mL加えた(混合過程)。この状態で均一液体となった。
10分間攪拌後、温浴で70℃に加温し(加熱工程)、水相と下限臨界溶液温度を有する有機化合物相に分離させた(回収工程)。
分離した各相をそれぞれピペットで吸出し、それぞれの鉄濃度をICP発光分析法により定量し鉄の回収率および残存率を求めた。ここで回収率の定義は、前述の混合工程で得られた均一液体中に含まれている鉄の量に対して、回収工程で得られた下限臨界溶液温度を有する有機化合物相に含まれている鉄の量の割合であり、また、残存率の定義は、前述の混合工程で得られた均一液体中に含まれている鉄の量に対して、回収工程で得られた水相に含まれている鉄の量の割合である。結果は、鉄の回収率は67.4%、残存率は40.7%であった。
(実施例2)
鉄イオンを含む水溶液として、塩化鉄(III)六水和物(関東化学)0.26gと塩化鉄(II)四水和物0.24g(関東化学)を超純水50mLで希釈したものをさらに希釈し5倍希釈した水溶液を用いた。
この溶液に鉄捕捉剤としてリン酸水素ビス(2−エチルヘキシル)(東京化成)0,09gを含む下限臨界溶液温度を有する有機化合物ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル(東京化成)を50mL加えた(混合過程)。この状態で均一液体となった。
10分間攪拌後、温浴で70℃に加温し(加熱工程)、水相と下限臨界溶液温度を有する有機化合物相に分離させた(回収工程)。
分離した各相をそれぞれピペットで吸出し、それぞれの鉄濃度をICP発光分析法により定量し鉄の回収率および残存率を求めた。ここで回収率の定義は、実施例1で定義した通りである。結果は、鉄の回収率は92.6%、残存率は7.4%であった。
Claims (6)
- 鉄が溶解する水溶液から鉄を回収する鉄回収剤であって、
下限臨界溶液温度を有する液体としての式(1)で表される有機化合物を主成分とする鉄回収剤。
R1−(A)−OR2 ………(1)
ただし、−(A)−は、(5)〜(6)で示される少なくとも一種の構造を有する重合体または共重合体であり、n,mは独立して1〜6の整数である。
−(O−CO−(CH2)n−CO)m− ………(5)
−(O−CO−(CH2)n)m− ………(6)
また、式(1)中、R1およびR2はそれぞれ独立して水素または、炭素数1〜8のアルキル基または、炭素数1〜8のアルケニル基、カルボキシ基、アセチル基である。 - 鉄捕捉剤を含有する請求項1に記載の鉄回収剤。
- 前記鉄捕捉剤がリン酸モノエステル化合物、リン酸ジエステル化合物、リン酸トリエステル化合物、ヒドロキシオキシム系化合物から選ばれる少なくとも一種を含有するものである請求項2に記載の鉄回収剤。
- 前記式(1)で表される有機化合物が、アジピン酸ビス(2-(2-(2-メトキシ)エトキシ)エチル)、アジピン酸ビス(2-(2-(2-エトキシ)エトキシ)エチル)から選ばれる少なくとも一種以上を主成分とするものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の鉄回収剤。
- 鉄が溶解する水溶液から鉄を回収する鉄回収方法であって、
前記鉄が溶解する水溶液に、下限臨界溶液温度を有する液体としての請求項1〜4のいずれか一項に記載の鉄回収剤を添加し、均一な溶液を形成する混合工程と、
混合工程により得られた溶液を下限臨界溶液温度以上の温度に加熱する加熱工程と、
加熱工程により2相分離した有機化合物相を分離回収する回収工程と、
分離回収された有機化合物相に脱着剤を添加する脱着処理工程とを順に行い、
得られた有機化合物相から鉄を回収する鉄回収方法。 - 前記脱着剤が、還元作用を有する還元剤またはpH調整作用を有するpH調整剤を主成分とするものである請求項5に記載の鉄回収方法。
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