JP7261701B2 - 使用後活性炭の処理方法、及び四塩化チタンの製造方法 - Google Patents

使用後活性炭の処理方法、及び四塩化チタンの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、使用後活性炭の処理方法、及び四塩化チタンの製造方法に関する。
四塩化チタンは、スポンジ状の固体金属チタン(以下、「スポンジチタン」と称する。)の製造原料のみならず、酸化チタンや触媒の製造或いは医薬の分野に幅広く利用されている。四塩化チタンの生成は塩化炉内で行われ、鉱石とコークスを塩素ガスで流動化した流動層内で四塩化チタンが生成する。生成された四塩化チタンについては、その純度を高めるために、活性炭が利用可能であるとされている。
例えば、特許文献1には、「粗四塩化チタン(A)を、強熱残分量が0.5質量%未満の活性炭(B)と接触させる工程を含む高純度四塩化チタンの製造方法」が記載されている。
また、特許文献2には、「流動層反応による塩化工程で生成された粗TiCl4を、精留工程で処理した後に吸着工程で処理し、吸着工程で使用する吸着剤は比表面積が1100~1600m2/gの活性炭であるTiCl4製造方法」が記載されている。
特開2007-223877号公報 特開2009-012993号公報
チタン鉱石中の不純物のなかには、砒素又はアンチモン等の不純物が存在しているため、塩化炉内で生成された四塩化チタンは、砒素又はアンチモン等の不純物を含むことがある。使用前活性炭に砒素又はアンチモン等の不純物を吸着させた場合、その使用後活性炭を廃棄するために、該使用後活性炭から不純物を除去することがある。
活性炭は不純物除去能を有するので、精留塔の塔頂液(砒素を比較的多く含む)や塔底液(アンチモンを比較的多く含み、砒素も含む)から不純物を除去する処理にも使用可能と思われる。ただし、このように不純物を多く含む四塩化チタンを使用前活性炭により処理する場合は活性炭の破過時間が短くなり、比較的多量の使用後活性炭が発生する。使用後活性炭を廃棄する場合に備え、使用後活性炭に対する適切な処置が望まれている。特に、使用後活性炭中の砒素量は、実質的には、廃棄可能な特定量以下にする必要がある。なお、特許文献1~2の従来技術においては、使用後活性炭を廃棄することについて検討されていない。
そこで、本発明は、一実施形態において、四塩化チタンからの不純物の分離に使用された使用後活性炭の処理方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は一側面において、四塩化チタンからの不純物の分離に使用された使用後活性炭を、アルカリ処理液と接触させるアルカリ処理工程を含む、使用後活性炭の処理方法である。
本発明に係る使用後活性炭の処理方法の一実施形態においては、前記使用後活性炭(A)に対する前記アルカリ処理液(B)の割合(B/A)は、質量比で3以上である。
本発明に係る使用後活性炭の処理方法の一実施形態においては、前記アルカリ処理工程の前に、前記使用後活性炭を140℃以上に加熱する熱処理工程を更に含む。
本発明に係る使用後活性炭の処理方法の一実施形態においては、前記熱処理工程では、前記使用後活性炭に対しキャリアガスを連続的に通気する。
本発明に係る使用後活性炭の処理方法の一実施形態においては、前記キャリアガスは、アルゴン、ヘリウム、及び窒素からなる群から選ばれる1種以上を99体積%以上含む。
本発明に係る使用後活性炭の処理方法の一実施形態においては、前記アルカリ処理液は、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化マグネシウムからなる群から選択される1種以上を含む処理液である。
本発明に係る使用後活性炭の処理方法の一実施形態においては、前記不純物が砒素を含む。
また、本発明は別の側面において、上記いずれかの使用後活性炭の処理方法により、四塩化チタンからの不純物の分離に使用された使用後活性炭を、アルカリ処理液と接触させるアルカリ処理工程を含む、四塩化チタンの製造方法である。
本発明の一実施形態によれば、四塩化チタンからの不純物の分離に使用された使用後活性炭の処理方法が提供される。この処理方法は、使用後活性炭を廃棄する場合にも有用である。
本発明に係る使用後活性炭の処理方法の一実施形態を模式的に示すフロー図である。 本発明に係る使用後活性炭の処理方法のアルカリ処理工程で使用される回収装置を模式的に示す概略図である。 本発明に係る使用後活性炭の処理方法のアルカリ処理工程で使用される洗浄装置の内部構造を模式的に示す概略図である。 本発明に係る四塩化チタンの製造方法の一実施形態を模式的に示すフロー図である。 試験例1~5で使用した蒸留装置の内部構造を示す概略断面図である。 試験例1~5で使用した蒸留装置の内部構造を示す概略断面図である。
以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
本明細書で使用される場合、以下の用語は以下のような意味を有する。
「使用前活性炭」は、未使用の活性炭、又は四塩化チタンが捕捉されていない状態の活性炭を意味する。すなわち、使用前活性炭は四塩化チタンに含まれる不純物を捕捉可能である。
「使用後活性炭」は、四塩化チタンに含まれていた不純物、特に砒素やアンチモンが捕捉された活性炭である。使用後活性炭は四塩化チタンも捕捉された状態であってよい。
「破過」は、活性炭に砒素又はアンチモン等の不純物がそれ以上吸着されなくなった状態を意味する。すなわち、破過した活性炭は四塩化チタン中の不純物除去能が失われた活性炭である。
使用前活性炭に通液させる「四塩化チタン」は、砒素を0.1質量ppm以上含み、アンチモンを1.0質量ppm以上含んでいるものを意味する。公知の四塩化チタン製造装置に備わる精留塔の塔頂液又は塔底液はこの条件を満たす場合が多い。よって、使用前活性炭に通液させる「四塩化チタン」は、前記塔頂液又は塔底液としてよい。
[1.概要]
砒素又はアンチモンを含有したチタン鉱石を使用して塩化炉で生成される四塩化チタンは、粗四塩化チタンと呼称される場合もあり、砒素又はアンチモン等の不純物が含有されている。四塩化チタンの製造においては、各設備を介して、四塩化チタンの不純物量が低減される。精留塔で精製された精製四塩化チタンは、酸化チタンや触媒の製造等に使用されることを勘案して、砒素又はアンチモン等の不純物の量が低減され、高純度であることが望まれている。
例えば、精留塔の塔頂や塔底から得られた不純物を比較的多く含む液体四塩化チタンを活性炭に通液させることにより、該液体四塩化チタンから砒素又はアンチモン等の不純物を分離しうる。四塩化チタンの通液回数が多くなったり、通液時間が長くなると、活性炭は破過に至る。使用後活性炭は、適切に廃棄するため、さらには廃棄せず活性炭として再度の使用を可能にするために、砒素又はアンチモン等の不純物、特に水に可溶な砒素又はアンチモンを低減することが望まれている。
そこで、本発明者は鋭意検討した結果、使用後活性炭からの砒素又はアンチモン等の不純物を除去するには、使用後活性炭をアルカリ処理液と接触させることが有効であるという知見を得るに至った。
以下、各実施態様について、図面を用いて説明する。
[2.使用後活性炭の処理方法]
本発明に係る使用後活性炭の処理方法の一実施形態においては、図1に示すように、熱処理工程S11と、アルカリ処理工程S21とを含む。以下、各工程を説明する。使用後活性炭は、四塩化チタンに含有される砒素又はアンチモン等の不純物の量を低減するために、使用前活性炭に液体四塩化チタンを通液することで得られる。該使用後活性炭は、例えば、砒素又はアンチモン等の不純物がそれ以上吸着されない破過した活性炭であってよい。
<熱処理工程>
熱処理工程S11においては、使用後活性炭に残存した液体四塩化チタン(沸点:136.4℃)を気化させるため、当該使用後活性炭を140℃以上に加熱する。熱処理工程S11においては、大気中の水分と接触することにより発生する塩化水素ガスが外部に排出されることを抑制するという観点から、使用後活性炭から四塩化チタンを十分に排出させることが望ましい。熱処理工程を経ることにより、白煙の発生を抑制して、製造ラインで使用された使用後活性炭を安全に取り出すことができる。
使用後活性炭から四塩化チタンを排出させる方法としては、使用後活性炭を四塩化チタンの沸点以上、例えば140℃以上に加熱する方法が例示される。より具体的には、例えば、使用後活性炭が充填された容器の周囲に設けられた熱媒流路に加熱された熱媒を流す方法により前記容器を加熱し、または前記熱媒流路に替えて設けたヒーターにより前記容器を加熱し、使用後活性炭中に残存した液体の四塩化チタンを気化する方法が挙げられる。
なお、前記熱媒の温度又は流量は、容器内の温度を四塩化チタンの沸点以上に加熱できるように、容器内の容量を勘案して適宜調整すればよい。
また、熱処理工程S11においては、使用後活性炭に残存した四塩化チタンを効率的に除去するという観点から、加熱中にキャリアガスを活性炭に通気してもよい。キャリアガスは、使用後活性炭に残存した四塩化チタンを更に効率的に除去するという観点から、アルゴン、ヘリウム、及び窒素からなる群から選ばれる1種以上を99体積%以上含んでいればよい。また、当該体積含有量は、典型的に100体積%以下である。
なお、キャリアガスの流量は、使用後活性炭が充填された容器内の容量又は活性炭の量を勘案して適宜調整すればよい。
本発明の一実施形態においては、使用後活性炭に対しキャリアガスを連続的又は断続的に通気することが可能であるが、より短時間でより多くの四塩化チタンを使用後活性炭から排出する観点から、キャリアガスを連続的に通気することが好ましい。
また、本発明の一実施形態においては、使用後活性炭を安全に取り扱うという観点から、熱処理工程S11後にアルカリ処理工程S21を実施することが好ましい。
以上、熱処理工程S11を実施して使用後活性炭に残存する四塩化チタン量を効率的に低減できる。熱処理工程S11実施後は使用後活性炭を大気と接触させても白煙発生は良好に抑制される。すなわち、使用後活性炭を大気環境においてより安全に取扱い可能となる。
<アルカリ処理工程>
アルカリ処理工程S21においては、四塩化チタンからの不純物の分離に使用された使用後活性炭を、アルカリ処理液と接触させる。そうすることで、使用後活性炭中の砒素又はアンチモン等の不純物量を低減でき、不純物をアルカリ処理液に移行することができると考えられる。
アルカリ処理液は、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ土類金属の水酸化物から選択される1種以上を含む処理液であることが好ましく、より具体的には水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化マグネシウムからなる群から選択される1種以上を含む処理液であることがより好ましい。溶媒は水を使用すればよい。アルカリ処理液は水溶液である場合が多いが、アルカリ処理液に含まれる水酸化カルシウム等の成分によっては懸濁液の形態として使用可能なアルカリ処理液もある。
例えば、アルカリ処理液としてアルカリ土類金属の水酸化物を含む処理液、特に水酸化カルシウム懸濁液を使用した場合、使用後活性炭が水酸化カルシウム懸濁液と接触すると、使用後活性炭中の砒素又はアンチモンは、水酸化カルシウム懸濁液に移行した後沈殿すると考えられる。その結果、使用後活性炭は砒素又はアンチモンが低減される。さらに、前記砒素又はアンチモンはアルカリ処理液中で濃化しにくいため、アルカリ処理液の処分も簡便である。なお、使用後活性炭が水酸化カルシウム懸濁液と接触すると、水に可溶な砒素又はアンチモンと水酸化カルシウム懸濁液との反応により水に不溶な砒素化合物又はアンチモン化合物が生成されると考えられる。よって、アルカリ処理液で処理された活性炭は、水に可溶な砒素量又はアンチモン量も低減されると考えられる。
また、アルカリ処理液としてアルカリ金属の水酸化物を含む処理液、特に水酸化ナトリウム溶液を使用した場合、使用後活性炭と水酸化ナトリウム溶液との接触により、使用後活性炭中の砒素又はアンチモンは、砒酸ナトリウム及びアンチモン酸ナトリウムとなり水酸化ナトリウム溶液中に移行すると考えられる。その結果、使用後活性炭は砒素又はアンチモンが低減される。
水酸化カルシウム懸濁液を使用した場合、水酸化ナトリウム溶液を使用した場合に比べて、使用後活性炭由来の砒素又はアンチモンの固形物としての回収が容易になる。
また、使用後活性炭をアルカリ処理液と接触させる際は、アルカリ処理液の温度管理が不要であり、例えば室温で実施すればよい。
更に、アルカリ処理液のモル濃度は、下限側としては0.10mol/L以上であることが好ましく、0.15mol/L以上であることがより好ましい。なお、アルカリ処理液の濃度は、上限側としては典型的に4.0mol/L以下である。アルカリ処理液が懸濁液である場合、懸濁液のモル濃度は、溶媒1L中に、懸濁液に含まれる成分量がすべて溶解していると仮定したときの全成分のモル数[mol]で表した濃度を意味する。すなわち、懸濁液のモル濃度は溶解成分量の濃度ではない。
使用後活性炭をアルカリ処理液と接触させる手段としては、特に限定されるものではないが、例えば使用後活性炭をアルカリ処理液に浸漬させ、又は使用後活性炭にアルカリ処理液を通液させること等が挙げられる。なお、「浸漬」には、単純に使用後活性炭を浸漬して静置する場合も、後述のように使用後活性炭を浸漬した状態で撹拌機を使用する場合も、含まれる。
使用後活性炭をアルカリ処理液に浸漬させる場合、砒素又はアンチモン等の不純物量を使用後活性炭において良好に低減するという観点から、浸漬時間は、1時間以上が好ましく、2時間以上がより好ましい。なお、浸漬時間は、典型的に48時間以下であり、より典型的に24時間以下である。
更に、本発明の一実施形態においては、砒素又はアンチモン等の不純物を使用後活性炭から効率的に除去するという観点から、使用後活性炭(A)に対するアルカリ処理液(B)の割合(B/A)は、質量比で3以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましい。また、上記割合(B/A)は、質量比で、典型的に100以下であることが好ましく、より典型的に70以下であることがより好ましい。
次に、図2A及び図2Bに示す装置を使用して、使用後活性炭をアルカリ処理液に浸漬させる場合について以下に説明する。
図2Aに示す回収装置5は、洗浄装置1と分離設備2とを備える。図2Bに示す洗浄装置1は、容器本体10と、容器本体10の上部を閉じる上蓋20と、アルカリ処理液を供給するために容器本体の上部側に設けられた液供給管30と、使用後活性炭を供給するために上蓋20に設けられた供給孔40と、アルカリ処理液及び使用後活性炭を撹拌するために、上蓋20から緩衝材55を介して挿通された撹拌軸51と撹拌翼52を有する撹拌機50と、アルカリ処理液及び使用後活性炭を含有する混合スラリーを排出するために容器本体10の底部側に排出口61を有する液排出管60とを備える。
まず、容器本体10内には、液供給管30からアルカリ処理液が供給されて、供給孔40から使用後活性炭が供給される。そうすることで、容器本体10に貯留されたアルカリ処理液に使用後活性炭が浸漬される。次に、アルカリ処理液及び使用後活性炭を含有する混合スラリーMSは、撹拌翼52で撹拌される。そうすることで、アルカリ処理液が効率的に使用後活性炭と接触されるので、当該使用後活性炭から不純物が液側に移行しやすくなる。次に、混合スラリーMSは、バルブVを開けてポンプP1により排出口61から吸い上げられて液排出管60を通って分離設備2に送液される。送液された混合スラリーMSは、分離設備2に備わるろ過フィルター等により、ろ液と残渣に分離される。この残渣には、砒素又はアンチモン等の不純物量が低減された活性炭が主として含まれる。このアルカリ処理工程S21後の活性炭を処理後活性炭として回収できる。
なお、水酸化カルシウム懸濁液で使用後活性炭をアルカリ処理した場合、上記残渣には、処理後活性炭と、砒素又はアンチモン等の不純物を含有した消石灰とを含む。そこで、当該残渣から当該消石灰等の不純物を除去するため、遠心式、振動ふるい式、沈降式等の湿式分級により処理後活性炭と当該消石灰等の不純物とを分画することが可能である。
[3.四塩化チタンの製造方法]
本発明に係る四塩化チタンの製造方法の一実施形態においては、先述した使用後活性炭の処理方法により、四塩化チタンからの不純物の分離に使用された使用後活性炭を、アルカリ処理液と接触させるアルカリ処理工程S21(図1参照。)を含む。すなわち、本発明の一実施形態においては、図3に示すように、分離工程S101と、熱処理工程S111(先述した熱処理工程S11に相当する。)と、アルカリ処理工程S121(先述したアルカリ処理工程S21に相当する。)と、再使用工程S131とを含む。なお、先述した使用後活性炭の処理方法と重複する説明を割愛する。
(分離工程)
分離工程S101は、公知の製造方法により製造された四塩化チタンを使用前活性炭に通液させることで、四塩化チタンからの不純物を分離する。前記四塩化チタンは、上述のとおり、精留塔の塔頂側から回収した塔頂液、精留塔の塔底側から回収した塔底液であってよい。なお、分離工程において不純物量が低減された四塩化チタンは、例えば塩化炉により生成された四塩化チタンとともに精留塔に導入可能である。すなわち、本発明に係る四塩化チタンの製造方法の一実施形態においては、塔頂液や塔底液である四塩化チタンの再利用が可能である。
(再使用工程)
再使用工程S131においては、アルカリ処理工程S121で回収後、活性炭を再度、使用しうる。すなわち、先述した不純物を含む四塩化チタンをアルカリ処理によって再生させた使用前活性炭に通液させることで、再度、四塩化チタンから不純物を分離する。
また、再使用工程S131においては、アルカリ処理工程S121で得る処理後活性炭の状態や再生回数等を勘案して、再使用不可能と判断した処理後活性炭を廃棄することができる。アルカリ処理工程S121後の処理後活性炭は、当該処理後活性炭内の砒素量、特に水に可溶な砒素量を十分に低減でき、簡便に廃棄できる。その後、分離工程S101においては、四塩化チタン中の砒素又はアンチモン等の不純物を分離するために、別の使用前活性炭に当該四塩化チタンを通液させればよい。
以下、本発明の内容を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
[加熱処理試験]
まず、図4Aに示すように、タンク110と、蒸留ヘッド120と、活性炭(味の素ファインテクノ社製、商品名:ホクエツCL-H)が充填された活性炭充填層135を有する活性炭充填容器130と、丸底フラスコ140、170と、リービッヒ冷却器150と、アダプター160と、ポンプP2を備える蒸留装置100を組み立てた。次に、塩化炉および精留塔を使用する公知の製造方法により、塔底側から回収した液体四塩化チタンを得た。該四塩化チタンはアンチモンを28.0質量ppm、砒素を0.3質量ppm含んでいた。
次に、栓C1を開けて栓C2を閉じた後、液体四塩化チタンをタンク110からポンプP2で供給したところ、液体四塩化チタンは、活性炭充填層135の活性炭を通過した後、丸底フラスコ140に流入した。この操作を7時間実施した後、使用後活性炭を得た。このとき、活性炭1gのあたり液体四塩化チタンの通液量は、110gであった。
次に、試験例1~5では、図4Bに示すように、丸底フラスコ140を取りはずし、活性炭充填容器130の周囲にヒーター180を設置して、蒸留装置105を組み立てた。この間、活性炭に残存した四塩化チタンが外部に流出しないようにした。なお、後述の試験例の説明において、アルゴンガスを通気しない場合はアルゴンガスの供給口を閉じた。
(試験例1)
試験例1においては、栓C1を閉じて栓C2を開けた後、アルゴンガス(アルゴン量99.99体積%)を使用後活性炭に0.1L/minで連続的に通気しながら、ヒーターで加熱して、活性炭充填容器内を140℃で2時間加熱保持した。その後、ヒーターによる加熱およびアルゴンガスの供給を停止し、活性炭充填容器130を空冷後、使用後活性炭を大気に開放した。その結果、目視にて白煙が確認されなかった。
(試験例2)
試験例2においては、活性炭充填容器内を200℃で加熱保持したこと以外、試験例1と同様に実施した。その結果、目視にて白煙が確認されなかった。
(試験例3)
試験例3においては、アルゴンガスを通気しなかったこと以外、試験例2と同様に実施した。その結果、目視にて微量の白煙が確認された。白煙の発生量は、注視した場合に微量目視される程度であった。
(試験例4)
試験例4においては、アルゴンガスを通気せず、かつ活性炭充填容器内を加熱保持しなかったこと以外、試験例1と同様に実施した。その結果、目視にて大量の白煙が確認された。
(試験例5)
試験例5においては、活性炭充填容器内を加熱保持しなかったこと以外、試験例1、2と同様に実施した。その結果、目視にて大量の白煙が確認された。
Figure 0007261701000001
[アルカリ処理試験]
次に、実施例1~3及び比較例1~2においては、先述した試験例2に基づき熱処理した使用後活性炭を、表2に示すアルカリ処理条件に従って処理した。
(実施例1)
実施例1においては、1000mL容器に70gの使用後活性炭を入れて、更に420gの1.0mol/L水酸化ナトリウム溶液を入れた。そして、室温にて24時間静置した。このとき、使用後活性炭に対する当該水酸化ナトリウム溶液の割合は、質量比で6であった。
静置した後、使用後活性炭及び水酸化ナトリウム溶液を含む混合スラリーをフィルターろ過(フィルター:アドバンテック東洋株式会社製定量濾紙、フィルター型番:No.5C φ90mm)によって分離した。該分離により得られたろ液を浸出液成分の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.10mg/Lであった。また、アンチモン濃度が1.8mg/Lであった。
一方、該分離により得られた残渣を容器に入れ、「脱イオン水の容積/残渣の質量」の比が10となるように1000mLの脱イオン水を更に供給し、当該容器を振蕩機で下記の条件に振蕩させた。
<振蕩条件>
振蕩方式:往復振蕩
振蕩速度:振幅200回/min
振蕩時間:6時間
温度:室温
残渣と脱イオン水を含む混合液を下記の条件で遠心分離を行い、遠心分離後の上澄み液をフィルターろ過によって分離した。
<遠心分離条件>
遠心加速度:3000G
遠心分離時間:20分
該分離により得られたろ液を活性炭中残分(振盪後)の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.01mg/L未満であった。また、アンチモン濃度は0.3mg/L未満であった。
(実施例2)
実施例2においては、1000mL容器に70gの使用後活性炭を入れて、更に420gの1.0mol/L水酸化ナトリウム溶液を入れた。そして、容器内を室温で撹拌機(撹拌速度:300rpm)にて2時間撹拌した。このとき、使用後活性炭に対する当該水酸化ナトリウム溶液の割合は、質量比で6であった。
静置した後、使用後活性炭及び水酸化ナトリウム溶液を含む混合スラリーをフィルターろ過(フィルター:アドバンテック東洋株式会社製定量濾紙、フィルター型番:No.5C φ90mm)によって分離した。該分離により得られたろ液を浸出液成分の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.10mg/Lであった。また、アンチモン濃度は1.8mg/Lであった。
一方、該分離により得られた残渣を容器に入れ、「脱イオン水の容積/残渣の質量」の比が10となるように1000mLの脱イオン水を更に供給し、当該容器を振蕩機で下記の条件に振蕩させた。
実施例1と同様に、残渣と脱イオン水を含む混合液を遠心分離し、遠心分離後の上澄み液をフィルターろ過によって分離した。該分離により得られたろ液を活性炭中残分(振盪後)の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.01mg/L未満であった。また、アンチモン濃度は0.3mg/L未満であった。
(実施例3)
実施例3においては、5000mL容器に80gの使用後活性炭を入れて、更に5040gの0.15mol/L水酸化カルシウム懸濁液を入れた。そして、容器内を室温で撹拌機(撹拌速度:300rpm)にて2時間撹拌した。このとき、使用後活性炭に対する当該水酸化カルシウム溶液の割合は、質量比で63であった。
静置した後、使用後活性炭及び水酸化カルシウム懸濁液を含む混合スラリーをフィルターろ過(フィルター:アドバンテック東洋株式会社製定量濾紙、フィルター型番:No.5C φ90mm)によって分離した。該分離により得られたろ液を浸出液成分の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.01mg/L未満であった。また、アンチモン濃度は0.3mg/L未満であった。
該分離により得られた残渣を容器に入れ、「脱イオン水の容積/残渣の質量」の比が10となるように1000mLの脱イオン水を更に供給し、当該容器を振蕩機で実施例1と同じ振蕩条件にて振蕩させた。
実施例1と同様に、残渣と脱イオン水を含む混合液を遠心分離し、遠心分離後の上澄み液をフィルターろ過によって分離した。該分離により得られたろ液を活性炭中残分(振盪後)の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.01mg/L未満であった。また、アンチモン濃度は0.3mg/L未満であった。
(比較例1)
比較例1においては、1000mL容器に60gの使用後活性炭を入れて、更に360gの脱イオン水を入れた。そして、室温にて24時間静置した。このとき、使用後活性炭に対する当該脱イオン水の割合は、質量比で6であった。
静置した後、使用後活性炭及び脱イオン水を含む混合スラリーをフィルターろ過(フィルター:アドバンテック東洋株式会社製定量濾紙、フィルター型番:No.5C φ90mm)によって分離した。該分離により得られたろ液を浸出液成分の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.25mg/Lであった。また、アンチモン濃度が105mg/Lであった。
一方、該分離により得られた残渣を容器に入れ、「脱イオン水の容積/残渣の質量」の比が10となるように690mLの脱イオン水を更に供給し、当該容器を振蕩機で実施例1と同じ振蕩条件にて振蕩させた。
実施例1と同様に、残渣と脱イオン水を含む混合液を遠心分離し、遠心分離後の上澄み液をフィルターろ過によって分離した。該分離により得られたろ液を活性炭中残分(振盪後)の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.02mg/Lであった。また、アンチモン濃度が2.3mg/Lであった。
(比較例2)
比較例2においては、1000mL容器に60gの使用後活性炭を入れて、更に360gの脱イオン水を入れた。そして、容器内を室温で撹拌機(撹拌速度:300rpm)にて2時間撹拌した。このとき、使用後活性炭に対する当該脱イオン水の割合は、質量比で6であった。
静置した後、使用後活性炭及び脱イオン水を含む混合スラリーをフィルターろ過(フィルター:アドバンテック東洋株式会社製定量濾紙、フィルター型番:No.5C φ90mm)によって分離した。該分離により得られたろ液を浸出液成分の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.25mg/Lであった。また、アンチモン濃度が105mg/Lであった。
一方、該分離により得られた残渣を容器に入れ、「脱イオン水の容積/残渣の質量」の比が10となるように690mLの脱イオン水を更に供給し、当該容器を振蕩機で実施例1と同じ振蕩条件にて振蕩させた。
実施例1と同様に、残渣と脱イオン水を含む混合液を遠心分離し、遠心分離後の上澄み液をフィルターろ過によって分離した。該分離により得られたろ液を活性炭中残分(振盪後)の分析サンプルとし、ICP質量分析装置で測定したところ、砒素濃度が0.02mg/Lであった。また、アンチモン濃度が2.3mg/Lであった。
Figure 0007261701000002
(実施例による考察)
実施例1~3においては、比較例1~2と比べて、使用後活性炭をアルカリ処理液と接触させたことで、使用後活性炭に吸着した不純物である砒素やアンチモンをアルカリ処理液に所定量移行することができたと考えられる。また、実施例1~3においては、比較例1~2と比べて、アルカリ処理液で処理した活性炭は水に可溶な砒素量を低減できたと考えられる。特に、実施例3においては、使用後活性炭に水酸化カルシウム懸濁液を接触したことで、使用後活性炭に吸着した砒素が水酸化カルシウムと結合したことで、固形物となったと考えられる。
以上より、実施例1~3においてアルカリ処理された活性炭を、四塩化チタン中の不純物を分離するために再度使用しても良いし、廃棄することも可能であると考えられる。なお、実施例3では洗浄液(浸出液)成分の分析サンプルでも活性炭中残分(振盪後)の分析サンプルでも砒素量およびアンチモン量が少なかった。実施例3では浸漬処理中に固形分(沈殿)が生成しており、この固形分中に砒素およびアンチモンが移行したと考えられた。
更に、表2の実施例1と2を比べた結果、同程度の処理能力であることが確認された。すなわち、実施例2においては、混合スラリーを撹拌することで、処理時間を短縮することができることが確認された。
1 洗浄装置
2 分離設備
5 回収装置
10 容器本体
20 上蓋
30 液供給管
40 供給孔
50 撹拌機
51 撹拌軸
52 撹拌翼
55 緩衝材
60 液排出管
61 排出口
100、105 蒸留装置
110 タンク
120 蒸留ヘッド
130 活性炭充填容器
135 活性炭充填層
140、170 丸底フラスコ
150 リービッヒ冷却器
160 アダプター
180 ヒーター
C1、C2 栓
MS 混合スラリー
P1、P2 ポンプ
S101 分離工程
S11、S111 熱処理工程
S21、S121 アルカリ処理工程
S131 再使用工程
V バルブ

Claims (8)

  1. 四塩化チタンからの不純物の分離に使用された使用後活性炭を、アルカリ処理液と接触させるアルカリ処理工程を含み、
    前記アルカリ処理液は、水酸化カルシウムを含む処理液である、使用後活性炭の処理方法。
  2. 前記使用後活性炭(A)に対する前記アルカリ処理液(B)の割合(B/A)は、質量比で3以上である、請求項1に記載の使用後活性炭の処理方法。
  3. 前記アルカリ処理工程の前に、前記使用後活性炭を140℃以上に加熱する熱処理工程を更に含む、請求項1又は2に記載の使用後活性炭の処理方法。
  4. 前記熱処理工程では、前記使用後活性炭に対しキャリアガスを連続的に通気する、請求項3に記載の使用後活性炭の処理方法。
  5. 前記キャリアガスは、アルゴン、ヘリウム、及び窒素からなる群から選ばれる1種以上を99体積%以上含む、請求項4に記載の使用後活性炭の処理方法。
  6. 前記不純物が砒素を含む、請求項1~のいずれか一項に記載の使用後活性炭の処理方法。
  7. 前記アルカリ処理液は、溶媒が水である、請求項1~6のいずれか一項に記載の使用後活性炭の処理方法。
  8. 前記四塩化チタンは、精留塔から得られる塔頂液及び/又は塔底液である、請求項1~7のいずれか一項に記載の使用後活性炭の処理方法。
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