JP7415226B2 - 金属カドミウムの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、不純物を含有する金属カドミウムから、不純物が低減された金属カドミウムを製造する方法に関する。
亜鉛製錬所における亜鉛地金の原料として、粗酸化亜鉛等から不純物を分離回収して得た酸化亜鉛鉱が広く用いられている。
この粗酸化亜鉛は、例えば、鉄鋼業における高炉や電気炉等の製鋼炉から発生する鉄鋼ダストから還元焙焼処理を経て得ることができ、資源リサイクルの促進の観点からは、鉄鋼ダストの亜鉛原料としての再利用は望ましいものである。
この粗酸化亜鉛は、例えば、鉄鋼業における高炉や電気炉等の製鋼炉から発生する鉄鋼ダストから還元焙焼処理を経て得ることができ、資源リサイクルの促進の観点からは、鉄鋼ダストの亜鉛原料としての再利用は望ましいものである。
このような鉄鋼ダスト由来の粗酸化亜鉛には、その主成分である酸化亜鉛以外に、塩素やフッ素等のハロゲン成分及びカドミウム等の不純物が高い割合で含有されている。これらの不純物のうち、特にカドミウムについては有害金属としての性質を持っており、酸化亜鉛の製造プラントにおいては、カドミウムを分離回収する処理が必須となっている。一方、カドミウムは「ニッケルカドミウム電池」の負極材として使用されるなど、電子エレクトロニクス材料として重要な有用金属のひとつとなっている。
ところで、カドミウムを分離回収する方法としては、例えば、湿式処理で不純物を粗分離後、乾式処理によって精分離する方法が一般的に行われている。
しかしながら、乾式処理は化石燃料や、電力の使用において環境やエネルギー負荷が高いという問題があった。よって、不純物の分離を一層高度に行い、湿式工程に続く乾式工程での化石燃料や電力の使用を抑制する、湿式処理技術の開発が望まれている。
しかしながら、乾式処理は化石燃料や、電力の使用において環境やエネルギー負荷が高いという問題があった。よって、不純物の分離を一層高度に行い、湿式工程に続く乾式工程での化石燃料や電力の使用を抑制する、湿式処理技術の開発が望まれている。
ところで、不純物の分離を湿式処理において行う既存の技術としては、具体的に、特許文献１の技術を挙げることができる。
特許文献１に開示される技術は、亜鉛とカドミウムとの分離を高度に行った後に、電解採取法を使用することによって、亜鉛を分離する湿式処理技術であるが、溶媒抽出法を使用し、かつ複数回の洗浄を行う必要があり、操作が煩雑であった。しかし、この技術においても硫黄の分離については一切考慮されていない。
特許文献１に開示される技術は、亜鉛とカドミウムとの分離を高度に行った後に、電解採取法を使用することによって、亜鉛を分離する湿式処理技術であるが、溶媒抽出法を使用し、かつ複数回の洗浄を行う必要があり、操作が煩雑であった。しかし、この技術においても硫黄の分離については一切考慮されていない。
このような背景から、金属カドミウムから亜鉛化合物と硫黄化合物とを効果的に分離する、湿式処理技術が期待されていた。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、金属カドミウムから亜鉛化合物と硫黄化合物とを効果的に分離する、金属カドミウムの製造方法を提供するものである。
本発明者らは、上述の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、亜鉛化合物と硫黄化合物とを含む金属カドミウムを、酸洗工程と、アルカリ洗浄工程と、水洗工程とで処理することによって、上述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
本発明の第１の発明は、亜鉛化合物と硫黄化合物を含む空孔を有する金属カドミウムを出発物質とし、前記出発物質にカドミウムを酸化しない酸を添加して亜鉛を浸出するｐＨ範囲にｐＨを調整し、これを固液分離して酸洗浄後液と酸洗後金属カドミウムを得る酸洗工程と、得られた前記酸洗後金属カドミウムにアルカリを添加して硫黄を液中に排出するｐＨ範囲にｐＨを調整し、これを固液分離してアルカリ洗浄後液と、アルカリ洗浄後金属カドミウムを得るアルカリ洗浄工程と、得られた前記アルカリ洗浄後金属カドミウムを水洗処理して水洗後金属カドミウムを得る水洗工程と、からなることを特徴とする金属カドミウムの製造方法である。
本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記酸洗工程のｐＨを０以上、４．０以下の範囲に調整することを特徴とする、金属カドミウムの製造方法である。
本発明の第３の発明は、第１または第２の発明において、前記アルカリ洗浄工程のｐＨを１０．０以上、１４．０以下の範囲に調整することを特徴とする、金属カドミウムの製造方法である。
本発明によれば、金属カドミウムから亜鉛化合物と、硫黄化合物とを効果的に分離することができる。
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、本発明の範囲から逸脱しない内容において、種々の変更が可能である。
本実施の形態に係る金属カドミウムの製造方法は、空孔を有する金属カドミウムに対し、酸洗工程と、アルカリ洗浄工程と、水洗工程とからなる製造工程で処理することによって、亜鉛化合物と硫黄化合物を分離した金属カドミウムを得る金属カドミウムの製造方法である。ここで、前記の空孔を有する金属カドミウムとは、スポンジ状やウール状に形成された金属カドミウムのことであり、例えば、セメンテーション法で採取した金属カドミウムを挙げることができる。その出発物質の空孔を有する金属カドミウムは、亜鉛を１．０質量％以下、硫黄を１．０質量％以下の範囲内で含んでいることが好ましい。
この組成を満たす金属カドミウムを出発物質とすることで、亜鉛化合物と硫黄化合物とが高度に分離された金属カドミウムを製造することができる。この組成を満たすことのできる金属カドミウムとしては、例えば、鉄鋼ダストを酸に付してカドミウムを浸出させた浸出液の中和澱物や、製錬の過程で生じるカドミウムを含む排水の中和澱物からカドミウムを硫酸浸出し、セメンテーション法で採取した金属カドミウムを挙げることができる。
以下、それぞれの工程を説明する。
以下、それぞれの工程を説明する。
＜酸洗工程＞
酸洗工程は、亜鉛化合物と、硫黄化合物とを含む空孔を有する金属カドミウムに、カドミウムを酸化しない酸を添加して亜鉛を液中に排出させた酸洗浄後液（液相）と酸洗後金属カドミウム（固相）からなる金属スラリーを濾過により固液分離処理する酸洗浄処理を行うことで、「酸洗後金属カドミウム」を得る工程である。
酸洗工程は、亜鉛化合物と、硫黄化合物とを含む空孔を有する金属カドミウムに、カドミウムを酸化しない酸を添加して亜鉛を液中に排出させた酸洗浄後液（液相）と酸洗後金属カドミウム（固相）からなる金属スラリーを濾過により固液分離処理する酸洗浄処理を行うことで、「酸洗後金属カドミウム」を得る工程である。
この酸洗工程においては、上記亜鉛化合物と硫黄化合物を含む金属カドミウムを浸漬した水溶液に、カドミウムを酸化しない酸が添加される。その際に生成される酸洗浄後液のｐＨを調整することで、亜鉛や硫黄、特に亜鉛が浸出され、それらの元素が低減された金属カドミウムを得ることができる。
ここで、この酸洗浄においては、酸化力が比較的小さな酸、すなわち、カドミウムを酸化しない酸が採用される。酸化力が大きな酸を使用すると金属カドミウムが溶解してしまう。採用することのできる酸としては、例えば、硫酸や塩酸を挙げることができ、これにより、金属カドミウムの溶解を抑制することが可能である。
また、この酸洗浄において所望の浸出状態を得るには、酸洗浄後液のｐＨを０以上、４．０以下の範囲に調整することが好ましい。これにより、効果的な亜鉛と硫黄の浸出が可能である。
下記表１は、硫酸カドミウムおよび硫酸亜鉛から電気分解法を用いて作製した金属カドミウムを純水に浸漬した金属スラリーに、硫酸を添加し、そのｐＨが０以上、５．０以下の範囲になるように調整して５分間撹拌した後、固液分離して得られた金属カドミウムに含まれる亜鉛（Ｚｎ）及び硫黄（Ｓ）の組成の分析結果を、金属スラリーの液相部（酸洗浄後液に相当）のｐＨとの関係で示したものである。
下記表１は、硫酸カドミウムおよび硫酸亜鉛から電気分解法を用いて作製した金属カドミウムを純水に浸漬した金属スラリーに、硫酸を添加し、そのｐＨが０以上、５．０以下の範囲になるように調整して５分間撹拌した後、固液分離して得られた金属カドミウムに含まれる亜鉛（Ｚｎ）及び硫黄（Ｓ）の組成の分析結果を、金属スラリーの液相部（酸洗浄後液に相当）のｐＨとの関係で示したものである。
表１から、ｐＨを０以上、４．０以下の範囲に調整することで、金属カドミウム中の亜鉛品位を５０ｐｐｍ未満に低減可能であることが判る。よって、亜鉛品位が５０ｐｐｍ未満である金属カドミウムを得るには、ｐＨを０以上、４．０以下に調整するのがよい。
＜アルカリ洗浄工程＞
アルカリ洗浄工程は、前工程の酸洗工程で得られた「酸洗後金属カドミウム」にアルカリを添加してｐＨ調整し、硫黄を液中に排出させて得られたアルカリ洗浄後液と「アルカリ洗浄後金属カドミウム」からなる金属スラリーを濾過により固液分離処理するアルカリ洗浄処理を行なうことで、固体成分として「アルカリ洗浄後金属カドミウム」を得る工程である。
アルカリ洗浄工程は、前工程の酸洗工程で得られた「酸洗後金属カドミウム」にアルカリを添加してｐＨ調整し、硫黄を液中に排出させて得られたアルカリ洗浄後液と「アルカリ洗浄後金属カドミウム」からなる金属スラリーを濾過により固液分離処理するアルカリ洗浄処理を行なうことで、固体成分として「アルカリ洗浄後金属カドミウム」を得る工程である。
そのｐＨ調整のために使用するアルカリは特に限定されない。例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム等の工業的に使用可能なアルカリを使用してよい。
このアルカリ洗浄工程においては、アルカリ洗浄後液のｐＨを１０．０以上、１４．０以下の範囲となるように調整することが好ましい。この範囲に調整することで、効果的に硫黄を液中に排出させることができる。
下記表２は、ｐＨが３．１になるように調整した前記の酸洗浄工程により得られた酸洗後金属カドミウムを分取し、スラリー濃度１００ｇ／Ｌとなるよう純水に浸漬した金属スラリー（ＩＶ）に、水酸化ナトリウムを添加し、それぞれのｐＨが１０、１１、１２、１３、１４となるように調整して５分間撹拌し、その後、固液分離処理して得られた金属カドミウムに含まれる亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、ナトリウム（Ｎａ）の含有量を測定して、この結果を金属スラリー（ＩＶ）の液相部（アルカリ洗浄後液に相当）のｐＨとの関係で表したものである。
下記表２は、ｐＨが３．１になるように調整した前記の酸洗浄工程により得られた酸洗後金属カドミウムを分取し、スラリー濃度１００ｇ／Ｌとなるよう純水に浸漬した金属スラリー（ＩＶ）に、水酸化ナトリウムを添加し、それぞれのｐＨが１０、１１、１２、１３、１４となるように調整して５分間撹拌し、その後、固液分離処理して得られた金属カドミウムに含まれる亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、ナトリウム（Ｎａ）の含有量を測定して、この結果を金属スラリー（ＩＶ）の液相部（アルカリ洗浄後液に相当）のｐＨとの関係で表したものである。
表２から、前工程で得られた酸洗後金属カドミウムに、本実施形態に係るアルカリ洗浄工程を適用することによって、亜鉛、硫黄の品位を５０ｐｐｍ未満に低減された、アルカリ洗浄後金属カドミウムを得られることが判る。
＜水洗工程＞
水洗工程は、前工程のアルカリ洗浄工程で得られた「アルカリ洗浄後金属カドミウム」に水を添加し、ｐＨ調整剤として「アルカリ洗浄後金属カドミウム」に持ち込まれたアルカリ金属やアルカリ土類金属を液中に排出させた水洗浄液を濾過により固液分離処理して「水洗後金属カドミウム」、即ち不純物が低減された純度の高い金属カドミウムを得る工程である。
水洗工程は、前工程のアルカリ洗浄工程で得られた「アルカリ洗浄後金属カドミウム」に水を添加し、ｐＨ調整剤として「アルカリ洗浄後金属カドミウム」に持ち込まれたアルカリ金属やアルカリ土類金属を液中に排出させた水洗浄液を濾過により固液分離処理して「水洗後金属カドミウム」、即ち不純物が低減された純度の高い金属カドミウムを得る工程である。
下記表３は、前記のアルカリ洗浄工程で使用した各試料に対して、スラリー濃度１００ｇ／Ｌとなるよう純水に浸漬して、１０分間撹拌し、その後、固液分離処理して得られた金属カドミウムに含まれる亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、ナトリウム（Ｎａ）の含有量を測定して、この結果を表２の結果に併記したものである。
表３から、前工程で得られたアルカリ洗浄後金属カドミウムに、本実施形態に係る水洗工程を適用することによって、ｐＨ調整剤として使用した水酸化ナトリウムによって持ち込まれたナトリウムが除去され、亜鉛、硫黄、ナトリウムの品位のすべてが、５０ｐｐｍ未満に低減された、水洗後金属カドミウムが得られることが判る。
以下、本発明の実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
３硫酸カドミウム８水和物および硫酸亜鉛７水和物の試薬を使用し、カドミウム濃度７５ｇ／Ｌ、亜鉛濃度５．０ｇ／Ｌ、ｐＨ６．０となる溶液を作製した。ｐＨ調整は、水酸化ナトリウムを用いて実施した。溶液１Ｌに電極を浸漬し、８Ａで４．５時間電気分解し、スポンジ状の金属カドミウムを析出させた。そして、この析出させた金属カドミウムの亜鉛含有量と、硫黄含有量を測定したところ、亜鉛含有量は１２００ｐｐｍであり、硫黄含有量は４５００ｐｐｍであった。
その得られたスポンジ状の金属カドミウムを分取し、スラリー濃度１００ｇ／Ｌとなるよう純水に浸漬して金属スラリーを作製した。その金属スラリーに、硫酸を添加し、酸洗浄後液のｐＨが４．０になるように調整し、５分間撹拌した。その後、固液分離処理して「酸洗後金属カドミウム」を作製した。
その得られたスポンジ状の金属カドミウムを分取し、スラリー濃度１００ｇ／Ｌとなるよう純水に浸漬して金属スラリーを作製した。その金属スラリーに、硫酸を添加し、酸洗浄後液のｐＨが４．０になるように調整し、５分間撹拌した。その後、固液分離処理して「酸洗後金属カドミウム」を作製した。
次に、得られた「酸洗後金属カドミウム」を、スラリー濃度１００ｇ／Ｌとなるように純水に浸漬し、水酸化ナトリウムを添加してアルカリ洗浄後液のｐＨが１０．０になるように調整して５分間撹拌した。その後、固液分離処理して得られた「アルカリ洗浄後金属カドミウム」を、スラリー濃度１００ｇ／Ｌとなるよう純水に浸漬し、１０分間の撹拌を経た後、固液分離処理して供試材の「水洗後金属カドミウム」を得た。
その「水洗後金属カドミウム」の亜鉛、硫黄、ナトリウムの組成分析を行った結果、いずれも５０ｐｐｍ未満であった。
その「水洗後金属カドミウム」の亜鉛、硫黄、ナトリウムの組成分析を行った結果、いずれも５０ｐｐｍ未満であった。
酸洗浄後液のｐＨを０とし、アルカリ洗浄後液のｐＨを１４．０とした以外は、実施例１と同じ条件で操作を行い、所望の「水洗後金属カドミウム」を作製した。
その「水洗後金属カドミウム」の亜鉛、硫黄、ナトリウムの組成分析を行った結果、いずれも５０ｐｐｍ未満であった。
その「水洗後金属カドミウム」の亜鉛、硫黄、ナトリウムの組成分析を行った結果、いずれも５０ｐｐｍ未満であった。
Claims (3)
- 亜鉛化合物と硫黄化合物を含む空孔を有する金属カドミウムを出発物質とし、
前記出発物質にカドミウムを酸化しない酸を添加して亜鉛を浸出するｐＨ範囲にｐＨを調整し、これを固液分離して酸洗浄後液と酸洗後金属カドミウムを得る酸洗工程と、
得られた前記酸洗後金属カドミウムにアルカリを添加して硫黄を液中に排出するｐＨ範囲にｐＨを調整し、これを固液分離してアルカリ洗浄後液と、アルカリ洗浄後金属カドミウムを得るアルカリ洗浄工程と、
得られた前記アルカリ洗浄後金属カドミウムを水洗処理して水洗後金属カドミウムを得る水洗工程とからなることを特徴とする、金属カドミウムの製造方法。 - 前記酸洗工程のｐＨを０以上、４．０以下の範囲に調整することを特徴とする、請求項１に記載の金属カドミウムの製造方法。
- 前記アルカリ洗浄工程のｐＨを１０．０以上、１４．０以下の範囲に調整することを特徴とする、請求項１または２に記載の金属カドミウムの製造方法。
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