JP6968383B2 - 金属硫化物および多硫化物を含有するフィードストリームから金属および硫黄を回収するための方法および装置 - Google Patents
金属硫化物および多硫化物を含有するフィードストリームから金属および硫黄を回収するための方法および装置 Download PDFInfo
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Description
本出願は、2015年12月29日出願の米国仮特許出願第62/272,224号の利益を主張し、参照することによって明示的に本明細書に援用される。
本発明は、アルカリ金属硫化物および多硫化物を含有するフィードストリームからの、金属および硫黄の回収に関する。より具体的には、本発明は、単一の電気化学システムを使用して、アルカリ金属硫化物および多硫化物ならびに特定の重金属を含有するフィードストリームから、アルカリ金属化合物、還元された重金属、および硫黄を分離および回収する方法および装置に関する。
エネルギー、およびエネルギー源である炭化水素への需要が、継続的に増している。しかしながら、このエネルギーを提供するのに使用される炭化水素原材料は、これらの材料の処理を妨害する、除去が困難な硫黄および金属を含有し、それゆえエネルギー源としてのそれらの使用法が制限される。加えて、硫黄は、気体または油などの炭化水素源が消費されるとき、大気汚染を引き起こし得る。硫黄は、自動車排出ガスから炭化水素および酸化窒素を除去するように設計される、触媒の働きを抑制し得る。それゆえ、例えば、原油、ビチューメン、重油、油脂製品、または残留物、減圧残油および蒸留物など、それらの一部分である炭化水素源は、硫黄または窒素などの望ましくない要素を除去するように処置される。
非水性フィードストリームから金属および元素状硫黄を回収するためのシステムであって、
陽極液を収容するように構成されている第1陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記陽極液はさらに、重金属、重金属化合物、および重金属イオンのうちの少なくとも一つを含む、第1陽極液室;
前記第1陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第1陽極;
陰極液を収容するように構成されている第1陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第1陰極液室;
前記第1陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第1陰極;
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられる第1セパレータであって、前記第1陽極液室の前記陽極液および前記第1陰極液室の前記陰極液と連通し、非選択的にカチオンを移動させるように構成されている、第1セパレータ;ならびに
前記第1陽極および前記第1陰極と電気的に連通する第1電源であって、少なくとも一つの重金属イオンを重金属に還元するのに十分な電圧を第1電解セルに印加するように構成されている、第1電源
を備える第1電解セルを備える、システム。
[本発明1002]
前記システムは、前記第1電解セルと流体連通する第2電解セルをさらに備え、
前記第2電解セルは、
陽極液を収容するように構成されている第2陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記第2室の前記陽極液は、前記第1電解セルの前記第1陽極液室から取り出された陽極液の少なくとも一部分をさらに含む、第2陽極液室;
前記第2陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第2陽極;
陰極液を収容するように構成されている第2陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第2陰極液室;
前記第2陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第2陰極;
前記第2陽極液室と前記第2陰極液室との間に位置付けられる第2セパレータであって、前記第2陽極液室の前記陽極液および前記第2陰極液室の前記陰極液と連通し、選択的にアルカリイオンを移動させるように構成されているアルカリイオン選択性膜である、第2セパレータ;ならびに
前記第2陽極および前記第2陰極と電気的に連通する第2電源であって、前記第2電解セルの開路電位よりも大きい電圧を前記第2電解セルに印加するように構成されている、第2電源
を備える、本発明1001のシステム。
[本発明1003]
前記陽極液は、元素状硫黄をさらに含む、本発明1001または1002のいずれかのシステム。
[本発明1004]
前記第1セパレータは、カチオン交換膜および微多孔膜のうちの少なくとも一つを備える、本発明1001〜1003のいずれかのシステム。
[本発明1005]
前記システムはヒーターをさらに備え、前記第1電解セルおよび前記第2電解セルのうちの少なくとも一つはアルカリ金属の融点を下回る温度で動作し、かつ/または前記第1電解セルおよび前記第2電解セルのうちの少なくとも一つは100℃から160℃までの温度で動作し、かつ/もしくは前記温度は120℃から150℃までである、本発明1001〜1004のいずれかのシステム。
[本発明1006]
前記イオン伝導性液体は、アルカリ金属イオンを含有する陰極液溶媒、および溶融アルカリ金属のうちの少なくとも一つを含む、本発明1001〜1005のいずれかのシステム。前記第1陽極液室は乱流プロモータを備える、本発明1001〜1005のいずれかのシステム。
[本発明1007]
前記陽極液室から元素状硫黄を取り出すのを促進するように、前記第1陽極液室および前記第2陽極液室のうちの少なくとも一つと連通する冷却装置をさらに備える、本発明1001〜1006のいずれかのシステム。
[本発明1008]
前記システムは、前記第2電解セルと流体連通する第3電解セルをさらに備え、
前記第3電解セルは、
陽極液を収容するように構成されている第3陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記第3陽極液室の前記陽極液は、前記第2電解セルの前記第2陽極液室から取り出された陽極液の少なくとも一部分をさらに含む、第3陽極液室;
前記第3陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第3陽極;
陰極液を収容するように構成されている第3陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第3陰極液室;
前記第3陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第3陰極;
前記第3陽極液室と前記第3陰極液室との間に位置付けられる第3セパレータであって、前記第3陽極液室の前記陽極液および前記第3陰極液室の前記陰極液と連通し、選択的にアルカリイオンを移動させるように構成されているアルカリイオン選択性膜である、第3セパレータ;ならびに
前記第3陽極および前記第3陰極と電気的に連通する第3電源であって、硫化物イオンを酸化して元素状硫黄を形成させるのに十分な電圧を前記第3電解セルに印加するように構成されている、第3電源
を備える、本発明1002のシステム。
[本発明1009]
前記第1電解セルの中の少なくとも一つのアルカリ金属イオンをアルカリ金属に還元するのに十分な電圧が、前記第1電解セルに印加される、本発明1001のシステム。
[本発明1010]
前記第1電源は、前記第1電解セルにおいて少なくとも一つの硫化物イオンの酸化状態を高めるのに十分な電圧を前記第1電解セルに印加するように構成されている、本発明1001または1002のシステム。
[本発明1011]
前記アルカリ金属はナトリウムを含み、前記第1陽極液室の中のナトリウム対硫黄の比率は、前記第1電解セルの開路電位が2.3Vよりも大きくなるような比率である、本発明1001、1002または1003のシステム。
[本発明1012]
前記アルカリ金属はナトリウムを含み、前記第1陽極液室の中のリチウム対硫黄の比率は、前記第1電解セルの開路電位が2.63Vよりも大きくなるような比率である、本発明1001、1002または1003のシステム。
[本発明1013]
前記第1電解セルに印加される電圧は、第1電気化学セルのオープンセル電位を少なくとも0.2V下回り、前記第2電解セルに印加される電圧は、前記第2陽極液室の中の硫化物イオンを酸化して元素状硫黄を形成させるのに十分である、本発明1002のシステム。
[本発明1014]
前記第1電解セルに印加される電圧は、第1電気化学セルのオープンセル電位を下回り、前記第2電解セルに印加される電圧は、前記第2電解セルにおいて少なくとも一つの硫化物イオンの酸化状態を高めるのに十分であるが、元素状硫黄を形成させるには不十分であり、前記第3電解セルに印加される電圧は、前記第3電解セルにおいて元素状硫黄を形成させるのに十分である、本発明1009のシステム。
[本発明1015]
前記第2陽極液室の中の前記アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つにおける前記アルカリ金属は、ナトリウムを含み、前記第2陽極液室の中のナトリウム対硫黄の比率は、前記第2電解セルの開路電位が2.3V以上となるような比率である、本発明1015のシステム。
[本発明1016]
前記第2陽極液室の中の前記アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つにおける前記アルカリ金属は、リチウムを含み、前記第2陽極液室の中のリチウム対硫黄の比率は、前記第2電解セルの開路電位が2.63Vよりも大きくなるような比率である、本発明1015のシステム。
[本発明1017]
フィードストリームから金属および硫黄を回収するための方法であって、
陽極液を収容するように構成されている、第1陽極液室;
前記第1陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第1陽極;
陰極液を収容するように構成されている第1陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第1陰極液室;
前記第1陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第1陰極;
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられる第1セパレータであって、前記第1室の前記陽極液および前記第1室の前記陰極液と連通し、非選択的にカチオンを移動させるように構成されている、第1セパレータ;ならびに
前記第1陽極および前記第1陰極と電気的に連通する、第1電源
を備える、第1電解セルを提供することと、
前記第1電解セルの前記第1陽極液室の中へ陽極液を導入することであって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、前記アルカリ金属硫化物、アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解しかつ元素状硫黄を溶解する極性有機溶媒とを含み、前記陽極液はさらに、重金属、重金属化合物、および重金属イオンのうちの少なくとも一つを含む、導入することと、
前記第1電解セルの前記第1陰極液室の中へ陰極液を導入することであって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、導入することと、
少なくとも一つの重金属イオンを重金属に還元するのに十分な電圧を前記第1電解セルに印加することと、
前記第1電解セルの前記第1陽極液室の前記陽極液の中で、少なくとも一つの硫化物イオンを酸化することと、
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられかつ前記第1陽極液室および前記第1陰極液室と連通する前記第1セパレータを通してカチオンを移動させることであって、前記カチオンは、前記第1陽極液室から前記第1陰極液室へ進む、移動させることと、
前記陰極液室の中で前記カチオンのうちの少なくとも一つを還元して金属を形成させることと
を含む、方法。
[本発明1018]
前記第1電解セルと流体連通する第2電解セルであって、
陽極液を収容するように構成されている、第2陽極液室;
前記第2陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第2陽極;
陰極液を収容するように構成されている、第2陰極液室;
前記第2陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第2陰極;
前記第2陽極液室と前記第2陰極液室との間に位置付けられる第2セパレータであって、前記第2陽極液室の前記陽極液および前記第2陰極液室の前記陰極液と連通し、選択的にアルカリイオンを移動させるように構成されているアルカリイオン選択性膜である、第2セパレータ;ならびに
前記第2陽極および前記第2陰極と電気的に連通する、第2電源
を備える第2電解セルを提供することと、
前記第2電解セルの前記第2陽極液室の中へ陽極液を導入することであって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、前記アルカリ金属硫化物、アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解しかつ元素状硫黄を溶解する極性有機溶媒とを含み、前記第2電解セルの前記第2陽極液室の中へ陽極液を導入することは、前記第2電解セルの前記第2陽極液室の中へ、前記第1電解セルの前記第1陽極液室から取り出された陽極液の少なくとも一部分を導入することを含む、導入することと、
前記第2電解セルの前記第2陰極液室の中へ陰極液を導入することであって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、導入することと、
前記第2電解セルの開路電位よりも大きい電圧を前記第2電解セルに印加することと、
アルカリ金属カチオンを、前記第2陽極液室から、前記第2電解セルの前記第2セパレータを通して、前記第2陰極液室へ進ませることと、
前記第2陰極液室の中で少なくとも一つの金属カチオンを還元してアルカリ金属を形成させることと、
前記第2電解セルの前記第2陽極液室の中で、少なくとも一つの硫化物イオンの酸化状態を高めることと
をさらに含む、本発明1018の方法。
[本発明1019]
前記第1電源は、前記第1電解セルの中のアルカリ金属イオンをアルカリ金属に還元するには不十分な電圧を前記第1電解セルに印加するように構成されていることをさらに含む、本発明1018または1019の方法。
[本発明1020]
前記第2陽極液室の中の前記アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つにおけるアルカリ金属は、ナトリウムを含み、前記第2陽極液室の中のナトリウム対硫黄の比率は、前記第2電解セルの開路電位が2.3V以上となるような比率である、本発明1020の方法。
[本発明1021]
前記第2陽極液室の中の前記アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つにおけるアルカリ金属は、リチウムを含み、前記第2陽極液室の中のリチウム対硫黄の比率は、前記第2電解セルの開路電位が2.63V以上となるような比率である、本発明1021の方法。
本発明により、フィードストリームの中に重金属が存在するにもかかわらず、フィードストリームからアルカリ金属および元素状硫黄を回収するためのシステムおよび方法を提供する。本発明の特徴および利点は、以下の記載および添付の請求項から、より完全に明らかとなり、または以下に説明する、本発明の実践から学んでもよい。
以下の記載では、様々な実施形態の特定の詳細を提供する。本発明は、その精神または基本的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化されてもよい。記載する実施形態は、あらゆる点で、限定ではなく例示としてのみ考慮されるものとする。実施形態の様々な態様を図面に提示するものの、図面は、特に指摘のない限り、必ずしも正確な縮尺で描かれているとは限らない。そのため、本発明の範囲は、前述の記載によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示す。特許請求の範囲と同等の意味および範囲内でのすべての変更は、本発明に含まれるものとする。
Claims (28)
- 非水性フィードストリームから金属および元素状硫黄を回収するためのシステムであって、
陽極液を収容するように構成されている第1陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記陽極液はさらに、銅、ビスマス、バナジウム、マンガン、クロム、亜鉛、タンタル、ゲルマニウム、鉛、カドミウム、インジウム、タリウム、コバルト、ニッケル、鉄およびガリウムのうちの少なくとも1つを意味する、重金属、重金属化合物、および重金属イオンのうちの少なくとも一つを含む、第1陽極液室;
前記第1陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第1陽極;
陰極液を収容するように構成されている第1陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第1陰極液室;
前記第1陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第1陰極;
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられる第1セパレータであって、前記第1陽極液室の前記陽極液および前記第1陰極液室の前記陰極液と連通し、非選択的にカチオンを移動させるように構成されている、第1セパレータ;
前記第1陽極および前記第1陰極と電気的に連通する第1電源であって、少なくとも一つの重金属イオンを重金属に、およびアルカリ金属イオンをアルカリ金属に還元し、かつ少なくとも一つの硫化物イオンの酸化状態を高め、元素状硫黄を形成するのに十分な電圧を第1電解セルに印加するように構成されている、第1電源
を備える第1電解セルを備える、システム。 - 前記第1陽極液室内の前記陽極液は、元素状硫黄をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1セパレータは、カチオン交換膜および微多孔膜のうちの少なくとも一つを備える、請求項1または2のいずれかに記載のシステム。
- 前記システムはヒーターをさらに含み、かつ前記第1電解セルは、アルカリ金属の融点未満の温度で動作し、かつ/または前記第1電解槽は100℃から160℃までの温度で動作し、かつ/もしくは前記温度は120℃から150℃までである、請求項1〜3のいずれかに記載のシステム。
- 前記第1の陰極液室内の前記アルカリイオン伝導性液体は、アルカリ金属イオンを含む陰極液溶媒、および溶融アルカリ金属のうちの少なくとも一つを含む、請求項1〜4のいずれかに記載のシステム。
- 前記第1陽極液室は、乱流プロモータを備える、請求項1〜5のいずれかに記載のシステム。
- 前記第1陽極液室から元素状硫黄を取り出すのを促進するように、前記第1陽極液室と連通する冷却装置をさらに備える、請求項1〜6のいずれかに記載のシステム。
- 非水性フィードストリームから金属および元素状硫黄を回収するためのシステムであって、
陽極液を収容するように構成されている第1陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記陽極液はさらに、銅、ビスマス、バナジウム、マンガン、クロム、亜鉛、タンタル、ゲルマニウム、鉛、カドミウム、インジウム、タリウム、コバルト、ニッケル、鉄およびガリウムのうちの少なくとも1つを意味する、重金属、重金属化合物、および重金属イオンのうちの少なくとも一つを含む、第1陽極液室;
前記第1陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第1陽極;
陰極液を収容するように構成されている第1陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第1陰極液室;
前記第1陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第1陰極;
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられる第1セパレータであって、前記第1陽極液室の前記陽極液および前記第1陰極液室の前記陰極液と連通し、非選択的にカチオンを移動させるように構成されている、第1セパレータ;ならびに
前記第1陽極および前記第1陰極と電気的に連通する第1電源であって、少なくとも一つの重金属イオンを重金属に還元するのに十分な電圧を第1電解セルに印加するように構成されている、第1電源
を備える第1電解セルと、
前記第1電解セルと流体連通する第2電解セルであって、
陽極液を収容するように構成されている第2陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記第2陽極液室の前記陽極液は、前記第1電解セルの前記第1陽極液室から取り出された陽極液の少なくとも一部分をさらに含む、第2陽極液室;
前記第2陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第2陽極;
陰極液を収容するように構成されている第2陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第2陰極液室;
前記第2陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第2陰極;
前記第2陽極液室と前記第2陰極液室との間に位置付けられる第2セパレータであって、前記第2陽極液室の前記陽極液および前記第2陰極液室の前記陰極液と連通し、選択的にアルカリイオンを移動させるように構成されているアルカリイオン選択性膜である、第2セパレータ;ならびに
前記第2陽極および前記第2陰極と電気的に連通する第2電源であって、前記第2電解セルの開路電位よりも大きい電圧を前記第2電解セルに印加し、アルカリ金属イオンをアルカリ金属に還元し、かつ少なくとも一つの硫化物イオンの酸化状態を高め、元素状硫黄を形成するように構成されている、第2電源
を備える、前記第2の電解セルと
を備える、前記システム。 - 前記第1陽極液室内および/または前記第2陽極液室内の前記陽極液は、元素状硫黄をさらに含む、請求項8に記載のシステム。
- 前記第1セパレータは、カチオン交換膜および微多孔膜のうちの少なくとも一つを備える、請求項8または9のいずれかに記載のシステム。
- 前記システムはヒーターをさらに備え、前記第1電解セルおよび前記第2電解セルのうちの少なくとも一つはアルカリ金属の融点を下回る温度で動作し、かつ/または前記第1電解セルおよび前記第2電解セルのうちの少なくとも一つは100℃から160℃までの温度で動作し、かつ/もしくは前記温度は120℃から150℃までである、請求項8〜10のいずれかに記載のシステム。
- 前記第1陽極液室内および/または前記第2陽極液室内の前記アルカリイオン伝導性液体は、アルカリ金属イオンを含有する陰極液溶媒、および溶融アルカリ金属のうちの少なくとも一つを含む、請求項8〜11のいずれかに記載のシステム。
- 前記第1陽極液室は乱流プロモータを備える、請求項8〜12のいずれかに記載のシステム。
- 前記第1陽極液室および/または前記第2陽極液室から元素状硫黄を取り出すのを促進するように、前記第1陽極液室および前記第2陽極液室のうちの少なくとも一つと連通する冷却装置をさらに備える、請求項8〜13のいずれかに記載のシステム。
- 非水性フィードストリームから金属および元素状硫黄を回収するためのシステムであって、
陽極液を収容するように構成されている第1陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記陽極液はさらに、銅、ビスマス、バナジウム、マンガン、クロム、亜鉛、タンタル、ゲルマニウム、鉛、カドミウム、インジウム、タリウム、コバルト、ニッケル、鉄およびガリウムのうちの少なくとも1つを意味する、重金属、重金属化合物、および重金属イオンのうちの少なくとも一つを含む、第1陽極液室;
前記第1陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第1陽極;
陰極液を収容するように構成されている第1陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第1陰極液室;
前記第1陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第1陰極;
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられる第1セパレータであって、前記第1陽極液室の前記陽極液および前記第1陰極液室の前記陰極液と連通し、非選択的にカチオンを移動させるように構成されている、第1セパレータ;ならびに
前記第1陽極および前記第1陰極と電気的に連通する第1電源であって、少なくとも一つの重金属イオンを重金属に還元するのに十分な電圧を第1電解セルに印加するように構成されている、第1電源
を備える第1電解セルと、
前記第1電解セルと流体連通する第2電解セルであって、
陽極液を収容するように構成されている第2陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記第2陽極液室の前記陽極液は、前記第1電解セルの前記第1陽極液室から取り出された陽極液の少なくとも一部分をさらに含む、第2陽極液室;
前記第2陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第2陽極;
陰極液を収容するように構成されている第2陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第2陰極液室;
前記第2陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第2陰極;
前記第2陽極液室と前記第2陰極液室との間に位置付けられる第2セパレータであって、前記第2陽極液室の前記陽極液および前記第2陰極液室の前記陰極液と連通し、選択的にアルカリイオンを移動させるように構成されているアルカリイオン選択性膜である、第2セパレータ;ならびに
前記第2陽極および前記第2陰極と電気的に連通する第2電源であって、前記第2電解セルの開路電位よりも大きい電圧を前記第2電解セルに印加するように構成されている、第2電源
を備える、前記第2の電解セルと
前記第2電解セルと流体連通する第3電解セルであって、
陽極液を収容するように構成されている第3陽極液室であって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、元素状硫黄を溶解しかつ前記アルカリ金属硫化物および前記アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解する極性有機溶媒とを含み、前記第3陽極液室の前記陽極液は、前記第2電解セルの前記第2陽極液室から取り出された陽極液の少なくとも一部分をさらに含む、第3陽極液室;
前記第3陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第3陽極;
陰極液を収容するように構成されている第3陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第3陰極液室;
前記第3陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第3陰極;
前記第3陽極液室と前記第3陰極液室との間に位置付けられる第3セパレータであって、前記第3陽極液室の前記陽極液および前記第3陰極液室の前記陰極液と連通し、選択的にアルカリイオンを移動させるように構成されているアルカリイオン選択性膜である、第3セパレータ;ならびに
前記第3陽極および前記第3陰極と電気的に連通する第3電源であって、硫化物イオンを酸化して元素状硫黄を形成させるのに十分な電圧を前記第3電解セルに印加し、かつアルカリ金属イオンをアルカリ金属に還元するように構成されている、第3電源
を備える、前記第3電解セルと
を備える、前記システム。 - 前記第2電源は、第2電解セルの中の少なくとも一つのアルカリ金属イオンをアルカリ金属に還元するのに十分な電圧を、前記第2電解セルに印加するように構成されている、請求項15に記載のシステム。
- 前記第1電源は、前記第1電解セルにおいて少なくとも一つの硫化物イオンの酸化状態を高めるのに十分な電圧を前記第1電解セルに印加するように構成されている、請求項8に記載のシステム。
- 前記第1陽極液室内の前記アルカリ金属はナトリウムを含み、前記第1陽極液室の中のナトリウム対硫黄の比率は、前記第1電解セルの開路電位が2.3Vよりも大きくなるような比率である、請求項1、2または8に記載のシステム。
- 前記第1陽極液室内の前記アルカリ金属はリチウムを含み、前記第1陽極液室の中のリチウム対硫黄の比率は、前記第1電解セルの開路電位が2.63Vよりも大きくなるような比率である、請求項1、2または8に記載のシステム。
- 前記第1電解セルに印加される電圧は、第1電気化学セルのオープンセル電位を少なくとも0.2V下回り、前記第2電解セルに印加される電圧は、前記第2陽極液室の中の硫化物イオンを酸化して元素状硫黄を形成させるのに十分である、請求項8に記載のシステム。
- 前記第1電解セルに印加される電圧は、前記第1電解セルのオープンセル電位を下回り、前記第2電解セルに印加される電圧は、前記第2電解セルにおいて少なくとも一つの硫化物イオンの酸化状態を高めるのに十分であるが、元素状硫黄を形成させるには不十分であり、前記第3電解セルに印加される電圧は、前記第3電解セルにおいて元素状硫黄を形成させるのに十分である、請求項15に記載のシステム。
- 前記第2陽極液室の中の前記アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つにおける前記アルカリ金属は、ナトリウムを含み、前記第2陽極液室の中のナトリウム対硫黄の比率は、前記第2電解セルの開路電位が2.3V以上となるような比率である、請求項21に記載のシステム。
- 前記第2陽極液室の中の前記アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つにおける前記アルカリ金属は、リチウムを含み、前記第2陽極液室の中のリチウム対硫黄の比率は、前記第2電解セルの開路電位が2.63Vよりも大きくなるような比率である、請求項21に記載のシステム。
- フィードストリームから金属および硫黄を回収するための方法であって、
陽極液を収容するように構成されている、第1陽極液室;
前記第1陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第1陽極;
陰極液を収容するように構成されている第1陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第1陰極液室;
前記第1陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第1陰極;
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられる第1セパレータであって、前記第1陽極液室の前記陽極液および前記第1陰極液室の前記陰極液と連通し、非選択的にカチオンを移動させるように構成されている、第1セパレータ;ならびに
前記第1陽極および前記第1陰極と電気的に連通する、第1電源
を備える、第1電解セルを提供することと、
前記第1電解セルの前記第1陽極液室の中へ陽極液を導入することであって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、前記アルカリ金属硫化物、アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解しかつ元素状硫黄を溶解する極性有機溶媒とを含み、前記陽極液はさらに、銅、ビスマス、バナジウム、マンガン、クロム、亜鉛、タンタル、ゲルマニウム、鉛、カドミウム、インジウム、タリウム、コバルト、ニッケル、鉄およびガリウムのうちの少なくとも1つを意味する、重金属、重金属化合物、および重金属イオンのうちの少なくとも一つを含む、導入することと、
前記第1電解セルの前記第1陰極液室の中へ陰極液を導入することであって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、導入することと、
少なくとも一つの重金属イオンを重金属に還元するのに十分な電圧を前記第1電解セルに印加することと、
前記第1電解セルの前記第1陽極液室の前記陽極液の中で、少なくとも一つの硫化物イオンを酸化し、元素状硫黄を形成することと、
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられかつ前記第1陽極液室および前記第1陰極液室と連通する前記第1セパレータを通してカチオンを移動させることであって、前記カチオンは、前記第1陽極液室から前記第1陰極液室へ進む、移動させることと、
前記陰極液室の中で前記カチオンを還元して重金属およびアルカリ金属を形成させることと
を含む、方法。 - フィードストリームから金属および硫黄を回収するための方法であって、
陽極液を収容するように構成されている、第1陽極液室;
前記第1陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第1陽極;
陰極液を収容するように構成されている第1陰極液室であって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、第1陰極液室;
前記第1陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第1陰極;
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられる第1セパレータであって、前記第1陽極液室の前記陽極液および前記第1陰極液室の前記陰極液と連通し、非選択的にカチオンを移動させるように構成されている、第1セパレータ;ならびに
前記第1陽極および前記第1陰極と電気的に連通する、第1電源
を備える、第1電解セルを提供することと、
前記第1電解セルの前記第1陽極液室の中へ陽極液を導入することであって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、前記アルカリ金属硫化物、アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解しかつ元素状硫黄を溶解する極性有機溶媒とを含み、前記陽極液はさらに、銅、ビスマス、バナジウム、マンガン、クロム、亜鉛、タンタル、ゲルマニウム、鉛、カドミウム、インジウム、タリウム、コバルト、ニッケル、鉄およびガリウムのうちの少なくとも1つを意味する、重金属、重金属化合物、および重金属イオンのうちの少なくとも一つを含む、導入することと、
前記第1電解セルの前記第1陰極液室の中へ陰極液を導入することであって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、導入することと、
少なくとも一つの重金属イオンを重金属に還元するのに十分な電圧を前記第1電解セルに印加することと、
前記第1電解セルの前記第1陽極液室の前記陽極液の中で、少なくとも一つの硫化物イオンを酸化し、元素状硫黄を形成することと、
前記第1陽極液室と前記第1陰極液室との間に位置付けられかつ前記第1陽極液室および前記第1陰極液室と連通する前記第1セパレータを通してカチオンを移動させることであって、前記カチオンは、前記第1陽極液室から前記第1陰極液室へ進む、移動させることと、
前記第1陰極液室の中で前記カチオンの少なくとも一つを還元して重金属を形成させることと、
前記第1電解セルと流体連通する第2電解セルであって、
陽極液を収容するように構成されている、第2陽極液室;
前記第2陽極液室内に位置付けられ、前記陽極液と連通する、第2陽極;
陰極液を収容するように構成されている、第2陰極液室;
前記第2陰極液室内に位置付けられ、前記陰極液と連通する、第2陰極;
前記第2陽極液室と前記第2陰極液室との間に位置付けられる第2セパレータであって、前記第2陽極液室の前記陽極液および前記第2陰極液室の前記陰極液と連通し、選択的にアルカリイオンを移動させるように構成されているアルカリイオン選択性膜である、第2セパレータ;ならびに
前記第2陽極および前記第2陰極と電気的に連通する、第2電源
を備える第2電解セルを提供することと、
前記第2電解セルの前記第2陽極液室の中へ陽極液を導入することであって、前記陽極液は、アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つと、前記アルカリ金属硫化物、アルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つを溶解しかつ元素状硫黄を溶解する極性有機溶媒とを含み、前記第2電解セルの前記第2陽極液室の中へ陽極液を導入することは、前記第2電解セルの前記第2陽極液室の中へ、前記第1電解セルの前記第1陽極液室から取り出された陽極液の少なくとも一部分を導入することを含む、導入することと、
前記第2電解セルの前記第2陰極液室の中へ陰極液を導入することであって、前記陰極液は、アルカリイオン伝導性液体を含む、導入することと、
前記第2電解セルの開路電位よりも大きい電圧を前記第2電解セルに印加することと、
アルカリ金属カチオンを、前記第2陽極液室から、前記第2電解セルの前記第2セパレータを通して、前記第2陰極液室へ進ませることと、
前記第2陰極液室の中で少なくとも一つの金属カチオンを還元してアルカリ金属を形成させることと、
前記第2電解セルの前記第2陽極液室の中で、少なくとも一つの硫化物イオンの酸化状態を高め、元素状硫黄を形成することと
を含む、前記方法。 - 前記第1電源は、前記第1電解セルの中のアルカリ金属イオンをアルカリ金属に還元するには不十分な電圧を前記第1電解セルに印加するように構成されていることをさらに含む、請求項25に記載の方法。
- 前記第2陽極液室の中の前記アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つにおけるアルカリ金属は、ナトリウムを含み、前記第2陽極液室の中のナトリウム対硫黄の比率は、前記第2電解セルの開路電位が2.3V以上となるような比率である、請求項26に記載の方法。
- 前記第2陽極液室の中の前記アルカリ金属硫化物およびアルカリ金属多硫化物のうちの少なくとも一つにおけるアルカリ金属は、リチウムを含み、前記第2陽極液室の中のリチウム対硫黄の比率は、前記第2電解セルの開路電位が2.63V以上となるような比率である、請求項26に記載の方法。
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