JPH1099601A - ジチオリン系酸金属抽出剤の再生 - Google Patents
ジチオリン系酸金属抽出剤の再生Info
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Abstract
わちジチオリン系抽出剤、例えばジチオリン酸、ジチオ
ホスフォン酸およびジチオホスフィン酸抽出剤、を、有
機溶液に含有されるそれらの硫黄−硫黄結合酸化生成物
から再生する方法の提供。 【解決手段】 本方法は、使用済みジチオリン系抽出剤
を再生するための活性水素を発生させる。この活性水素
は、有機溶液および酸性水溶液を含有する液体混合物に
反応性金属を導入して発生期水素を形成させるか、また
は有機溶液中で触媒の存在下で水素ガスを使用すること
により、発生させるのが有利である。本方法で発生した
活性水素がジチオリン系分子の硫黄−硫黄結合を開裂さ
せ、対応するジチオリン系酸を形成させる。
Description
d )の再生方法に関するものである。特に本発明は、ジ
チオリン酸(dithiophosphoric acid)、ジチオホスフ
ォン酸(dithiophosphonic acid )およびジチオホスフ
ィン酸(dithiophosphinic acid )抽出剤をそれらの硫
黄−硫黄結合酸化生成物から再生する方法に関するもの
である。
で、カドミウム、コバルト、銅、水銀、ニッケル、銀お
よび亜鉛金属イオンをカルシウムおよびマグネシウム金
属イオンから溶剤抽出分離するためのジチオホスフィン
酸抽出剤の使用を開示している。最近、Brown らのジチ
オホスフィン酸を、ニッケルおよびコバルトの選択的抽
出等に適していることがことが分かった。Mihaylovら
は、米国特許第5,447,552号明細書中で、ニッ
ケルおよびコバルトを酸性浸出溶液からジチオホスフィ
ン酸抽出剤で選択的に抽出する方法を開示している。し
かし、この方法の長時間試験の際、抽出能力が時間と共
に徐々に低下することが観察された。
ルおよびコバルトの抽出能力が著しく低下した最終生成
物に転化されることが示唆された。特定の試験により、
ジチオホスフィン酸の酸化により金属抽出能力の低下が
引き起こされることが分かった。2個のジチオホスフィ
ン酸分子が結合して、下記の様な硫黄−硫黄結合した酸
化生成物(化合物II)を形成する。
出特性が著しく低下している。本明細書および請求項の
目的に対しては、化合物IIは、上に例示するジチオホス
フィン酸の硫黄−硫黄結合した酸化生成物を意味する。
II) およびO2 、はすべてジチオホスフィン酸の化合物
IIへの酸化を開始させる、または促進することが分かっ
た。例えば、水性原料中に存在する比較的低濃度(20
〜50mg/リットル)の第二鉄イオン(FeIII)は、抽
出剤の著しい酸化を引き起こすことが分かっている。2
mg/リットル未満の低い第二鉄レベルでも、長期間では
抽出剤濃度を僅かに低下させることが分かっている。ま
た、抽出剤を、上記の酸化性化学種の一部または全部を
含む水溶液と接触させて保存した場合にも、ある程度の
酸化が観察されている。
は、商業的に稼働しているジチオホスフィン酸溶剤抽出
方法の経済的な有用性に重大な影響を及ぼす。溶剤抽出
方法を商業的に実行するには、抽出剤を、金属抽出能力
の著しい低下なしに、効果的に何度も循環させる必要が
ある。Mihaylovらは、米国特許第5,447,552号
明細書中でさらに、ジチオホスフィン酸の酸化速度は、
抽出剤とFe(III) 、Co(III) 、O2 および他の酸化
性物質の相互作用を制限することにより、商業的に受け
入れられる速度に調整できることを記載している。しか
し、抽出剤の安価な再生方法により、ジチオホスフィン
酸抽出剤による溶剤抽出方法はさらに商業的に実行し易
くなろう。
リン系酸、例えばジチオリン酸およびジチオホスフォン
酸、も硫黄−硫黄結合した酸化生成物を分解すると考え
られる。酸化生成物は、使用する正確なジチオリン系酸
により異なる。本明細書および請求項のジチオリン系酸
は、下記の式により表されるが、これらに限定されるも
のではない。
るものであって、炭素数約2〜24の、置換された、ア
ルキル、シクロアルキル、アルコキシアルキル、アルキ
ルシクロアルキル、アリール、アルキルアリール、アラ
ルキルおよびシクロアルキルアリール基である)
は希である。抽出剤を再生するための唯一の公知の溶剤
抽出プラントは、アンモニア性溶液からニッケルを抽出
するためのオキシム型抽出剤を使用している。このオキ
シム抽出剤は、有機−可溶性ケトンに分解する。このケ
トン生成物は、オキシム抽出剤の合成に使用されるケト
ンと同じ構造を有しているので、この溶剤抽出プラント
は周期的にケトンをヒドロキシルアミンと「その場」で
反応させて、オキシム抽出剤を再生している。しかし、
知られている限り、二量体化された有機リンの抽出剤を
「その場」で再生する方法は発表または商業的に実行さ
れていない。
を、それらの硫黄−硫黄結合した酸化生成物から再生す
る方法を提供することである。
相容性がある試薬でジチオリン系酸抽出剤を再生する方
法を提供することである。
ば対応するモノチオリン系酸、の形成を最少に抑える方
法でジチオリン系酸抽出剤を再生することである。
ジチオホスフォン酸およびジチオホスフィン酸を、有機
溶液に含まれるそれらの硫黄−硫黄結合酸化生成物から
再生する方法を提供するものである。本方法は、使用済
みジチオリン系抽出剤を再生するための活性水素を発生
する。活性水素は、反応性金属を、有機溶液および酸性
水溶液を含有する液体混合物に導入して、発生期水素を
形成させるか、または有機溶液中で触媒の存在下で水素
ガスを使用して得るのが有利である。この方法で発生し
た活性水素は、ジチオリン系分子の硫黄−硫黄結合を切
り、対応するジチオリン系酸を形成させる。
素の存在下でジチオリン系酸抽出剤に容易に転化させて
戻せるであろうことが分かった。明細書および請求項の
目的には、「活性水素」は、発生期の原子状水素、また
は二量体化されたジチオリン系酸抽出剤の開裂を促進す
る他のすべての形態の水素を意味する。活性水素は、反
応性金属と鉱酸の反応、または触媒の存在下で水素から
発生させるのが好ましい。明細書および請求項の目的に
は、反応性金属とは、酸性水溶液中に分散され、反応し
て活性水素を発生するすべての金属性物質を意味する。
特に、酸化されたジチオリン酸、ジチオホスフォン酸お
よびジチオホスフィン酸抽出剤は、活性水素の使用によ
り再生できることが分かった。
成できる。ジチオリン系酸の再生を開始するには、使用
済み抽出剤を含有する有機溶液を再生容器中に入れる。
使用済み抽出剤を含有する有機溶液および鉱酸を含有す
る水溶液の液体混合物を連続的に混合または攪拌するの
が有利である。ジチオリン系抽出剤は水溶液中の溶解度
が極めて低いので、2種類の液体を十分に混合し、硫黄
−硫黄結合した化合物を含有する有機相と水溶液の接触
程度を高めて、反応を促進させる。攪拌により液体混合
物をエマルジョンに変換するのが最も有利である。反応
性金属は水溶液と共に加えるか、または攪拌の前、最中
または後に液体混合物に加え、反応性金属を酸で溶解さ
せることにより活性水素の供給源を与える。反応性金属
は粉末として加え、発生期水素の発生を最適化するため
の高い表面積を与えるのが最も有利である。使用済み抽
出剤は、反応性金属の溶解により形成された発生期水素
と相互作用し、硫黄−硫黄結合を開裂させて、対応する
ジチオリン系酸を形成させる。
在下で水素ガスから、水素の電解発生により、または発
生期(原子状)水素を発生させる他の方法により得るこ
とができる。触媒、例えば白金族触媒、は水素ガスと反
応し、水相を含まない有機相中に直接活性水素を発生さ
せる。必要に応じて、触媒により発生したこの活性水素
は、酸性水溶液および有機相を含む液体混合物中でジチ
オリン系酸を再生させることができる。
硫黄−硫黄結合が最初に開裂して、分割された使用済み
抽出剤の分子1個あたり2個のジチオリン系酸分子が形
成される。得られたジチオリン系酸は、水溶液中に存在
する金属イオン、例えば亜鉛、鉄またはニッケル、と反
応して、金属−有機−ジチオリン系化合物を形成するこ
とができる。
は、溶剤抽出回路に戻すのが有利である。ジチオリン系
化合物は、直接戻すか、または必要に応じて、酸ストリ
ッピングにより溶剤抽出回路中で酸形態に転化させる。
について有効であることが分った。活性水素の製造に適
当な具体的な系としては、硫酸または塩酸中の金属亜
鉛、塩酸中の金属ニッケル、硫酸中の金属鉄および気体
状水素と白金族金属の担持触媒がある。
結合を発生期水素で開裂させる際、少なくとも約3未満
のレベルであるのが有利である。溶液のpHは、少なくと
も約2未満のレベルに維持するのが最も有利である。水
/有機相混合物の温度は、反応速度を高くするために、
少なくとも約40℃に維持するのが有利である。水/有
機相混合物の温度は、再生をさらに促進させるために、
少なくとも約50℃に維持するのが最も有利である。
スフィン酸抽出剤の約3分の2が化合物II(有機溶液
I)に酸化されている有機溶液を使用する。具体的に
は、有機溶液Iは、Cyanex 301抽出剤を使用してニッケ
ルおよびコバルトを繰り返し溶剤抽出(SX)した結
果、形成された(Cyanexは、Cytec Canada Inc. により
販売されている有機リン系抽出剤の登録商標である)。
Cyanex 301抽出剤は、85重量%のビス(2,4,4−
トリメチルフェニル)ジチオホスフィン酸を含む。
に、有機ジチオホスフィン酸抽出剤溶液は、15体積%
のジチオホスフィン酸(Cyanex 301抽出剤)を脂肪族希
釈剤(Isopar M、Isopar MはESSOから市販されている脂
肪族炭化水素の商品名である)に加えて製造した。その
ため、抽出剤中に予想されるジチオホスフィン酸濃度
は、0.33モル/Lである。一般的に抽出剤溶液中に
は、少量の、0.01〜0.05モル/Lのモノチオホス
フィン酸が存在する。
気共鳴分光法(NMR)および/またはガスクロマトグ
ラフィー−質量分析(GC−MS)を使用して試験す
る。3種類の分析方法を互いに補完し、それぞれの結果
を適切に分析することにより、抽出剤中に存在する様々
な化学物質を定性的および定量的に確認することができ
る。
を使用し、温度50〜60℃で4時間ストリッピング
し、水洗する。次いで、6N HClストリッピングお
よび水洗のサイクルを繰り返す。ストリッピングした有
機相(有機溶液II)を滴定により分析し、ジチオホスフ
ィン酸濃度0.10モル/Lを得た。
00〜500ml)を使用する。各種試薬の試験に使用す
る反応装置は、pHおよびEh測定、温度制御および攪拌手
段を取り付け、上部を閉じた250mlの反応ビーカーで
ある。各実験中、様々な時間間隔で10mlの試料を採取
する。これらの試料を、6N HClを使用してストリ
ッピングし、水洗する。次いで、6N HClストリッ
ピングおよび水洗のサイクルを繰り返す。次いで、スト
リッピングし、水洗した試料を、ジチオホスフィン酸お
よびモノチオホスフィン酸に関して、順次滴定により分
析した。
る硫酸溶液に加える。この混合物にZn粉末を加える。
攪拌し、温度を60℃に維持する。水素ガスの形成を維
持するために、さらに亜鉛粉末および酸を加える。混合
物の攪拌を一晩続ける。上記処理の前後における有機溶
液の金属抽出能力はそれぞれ3.7および8.1gNi
/リットルである。抽出能力の4.4g/リットル増加
は、金属亜鉛および硫酸の使用によりジチオホスフィン
酸が再生されたことを示している。
からジチオホスフィン酸を再生するのに、亜鉛粉末の硫
酸溶液を使用する。試薬級のZn粉末を篩にかけ、サイ
ズ分布が+100メッシュ(+150μm)5.8重量
%、−100/+400メッシュ(+38/−150μ
m)81.4重量%および−400メッシュ(−38μ
m)12.8重量%であることが分かる。抽出剤(通常
250ml)を水に1:1の比で加える。混合物を温度6
0℃に加熱し、H2 SO4 を加えてpHを調節する。次い
で、ある重量のZn(通常100グラム)を加え、Zn
が溶解している間、酸の添加を自動調節することによ
り、pHを維持する。pH0.0、0.5および1.0でジ
チオホスフィン酸を再生している間、一定した攪拌を維
持する。図1は、ジチオホスフィン酸の再生にはpH0が
最も効果的であることを示すものである。
行なう以外は、例2の条件を繰り返す。図2に関して、
温度を24℃から60℃に上げることにより、Zn/H
2 SO4 系に対してpH0における再生速度が劇的に増加
する。この例は、再生速度に対する温度の重大な影響を
示すものである。
繰り返し行なうことが、抽出剤に悪影響を及ぼすか、否
かを確認するためにサイクル試験を行なう。この実験に
は、有機溶液IIの500ml試料を一連の酸化/還元サイ
クルにかける。2g/リットルFe3+、pH1.5、60
℃、有機相/水相(A/O)=1、空気流=10ml/分
および16時間接触で抽出剤を酸化させる。得られた有
機相を数回ストリッピングし、水洗してから、滴定によ
り化学分析し、そのジチオホスフィン酸濃度を測定す
る。
トル有機相、O/A=1、硫酸を使用してpH=0、温度
60℃で再生する。再生に続いて、次のサイクルの前
に、試料を再度ストリッピングし、水洗し、分析する。
その様なサイクルを、数週間かけて6回行なう。下記の
表1は、ジチオホスフィン酸試薬の各再生(還元)およ
び劣化(酸化)の後に採取した試料1リットルあたりの
滴定分析結果をモルで示すものである。
オホスフィン酸の形成を最少に抑えながら、繰り返し再
生できることを立証している。
用してジチオホスフィン酸抽出剤を再生する。各1リッ
トルの有機溶液IIにニッケル100グラムを加える。水
溶液は2.0N HClを含み、温度60℃に維持す
る。ニッケル含有溶液は一定に攪拌する。処理した有機
相の試料を様々な時間間隔で採取し、表2に示す通りジ
チオホスフィン酸に関して分析する。表2 時間 ジチオホスフィン酸(時間) (モル/L) 0.0 0.120 0.5 0.125 1.0 0.137 2.0 0.149 3.0 0.161 4.0 0.1735.0 0.186
使用する効果を立証するものである。最初に、水溶液お
よび有機溶液IIの1:1混合物にFe(DomferMP81) 1
00g/リットルおよびH2 SO4 を加えて金属鉄を試
験する。pHを0.5に調節し、温度を60℃に維持す
る。1時間毎に有機相の試料を採取し、滴定する。Fe
粉末/H2 SO4 試験の結果は下記の表3に示す通りで
ある。表3 時間 ジチオホスフィン酸(時間) (モル/L) 0 0.120 1 0.276 2 0.2473 0.247
の触媒による還元も立証する。これらの実験は、1リッ
トルのステンレス鋼製オートクレーブ中で行なう。使用
する触媒材料は炭素担体上の5%還元Pdである。使用
する初期条件は、60℃、200 psi(1.4 kPa)H
2 で4時間である。これらの条件下では、再生はまった
く観察されない。第二の試験は、70℃および圧力40
0 psi(2.8 kPa)H2 で行なう。第二の試験中、あ
る程度(16%)の再生が観察される。結果は表4にモ
ル/リットルで示す通りである。表4 時間 ジチオホスフィン酸(時間) (モル/L) 0 0.100 1 0.116 3 0.1265 0.141 表4の試験結果から、より高い温度およびH2 ガス圧、
および/またはより長い反応時間により、再生されるそ
れぞれのジチオホスフィン酸の量は増加することが予想
される。
液からのジチオホスフィン酸の再生は、数時間の再生の
後、効果が失われる。この理由から、ジチオホスフィン
酸を最大限に再生するには、再生時間を制限するのが有
利であろう。
は、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4 )および水素
化リチウムアルミニウム(LiAlH4 )は、商業的に
受け入れられる速度でジチオリン系酸を再生しないこと
が分かった。しかし、これらの方法を最適化して結果を
改善することは可能であろう。
リン系酸抽出剤を再生するための、商業的に実行し得る
方法を提供するものである。ジチオリン系酸は、コバル
ト、ニッケルまたは他の金属の溶剤抽出と相容性がある
金属および鉱酸で理想的に再生される。最も有利なの
は、亜鉛および硫酸の組合せを使用してジチオリン系酸
を再生することである。さらに、本発明の方法は、ジチ
オリン系酸の再生中に、ほんの僅かな量のモノチオホス
フィン酸しか形成しない。まとめると、本発明の方法を
使用することにより、ジチオリン系酸の耐用寿命を大幅
に延長し、その様な抽出剤を使用する溶剤抽出工程の運
転コストを著しく低減することができる。
体的な実施態様を例示し、説明した。当業者には明らか
な様に、請求項により規定される本発明の態様の範囲内
で変形が可能であり、本発明のある特定の特長を、それ
に応じて他の態様を使用せずに、有利に使用できること
がある。
る、ジチオホスフィン酸抽出剤の再生速度に対するpHの
影響を示すグラフである。
る、ジチオホスフィン酸抽出剤の再生速度に対する温度
の影響を示すグラフである。
Claims (20)
- 【請求項1】下記a)〜c)の工程を含んでなる使用済
み抽出剤の再生方法。 a)ジチオリン酸、ジチオホスフォン酸およびジチオホ
スフィン酸からなる群から選択された抽出剤分子の酸化
および硫黄−硫黄結合により形成された使用済みジチオ
リン系抽出剤を含む有機溶液を形成させる工程、 b)前記使用済みジチオリン系抽出剤に使用する活性水
素を発生させる工程、および c)前記ジチオリン系抽出剤の前記硫黄−硫黄結合を前
記活性水素で開裂させて、対応するジチオリン系酸を形
成させる工程。 - 【請求項2】前記活性水素を発生させる前記工程が、酸
性水溶液および前記有機溶液の液体混合物に反応性金属
を入れ、前記反応性金属を前記液体混合物の前記酸性水
溶液と反応させて発生期水素を形成させることを包含す
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】前記液体混合物中の前記反応性金属を混合
する追加工程を包含し、前記反応性金属が鉄、ニッケル
および亜鉛からなる群から選択される、請求項2に記載
の方法。 - 【請求項4】前記反応性金属が鉱酸中に溶解して前記発
生期水素を形成させる、請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】前記液体混合物を少なくとも約40℃の温
度および少なくとも約3未満のpHに維持する、請求項4
に記載の方法。 - 【請求項6】金属亜鉛が硫酸溶液に溶解して前記発生期
水素を形成させる、請求項3に記載の方法。 - 【請求項7】金属亜鉛が塩酸溶液に溶解して前記発生期
水素を形成させる、請求項3に記載の方法。 - 【請求項8】金属ニッケルが塩酸溶液に溶解して前記発
生期水素を形成させる、請求項3に記載の方法。 - 【請求項9】金属鉄が硫酸溶液に溶解して前記発生期水
素を形成させる、請求項3に記載の方法。 - 【請求項10】前記活性水素が、触媒の存在下で水素ガ
スにより発生する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項11】下記の工程a)〜d)を含んでなる使用
済み抽出剤の再生方法。 a)2個のジチオホスフィン酸抽出剤分子の酸化および
硫黄−硫黄結合により形成された化合物IIを含有する有
機溶液を形成させる工程、 b)前記化合物IIに使用する活性水素を発生させる工
程、 c)前記化合物IIの前記硫黄−硫黄結合を前記活性水素
で開裂させて、ジチオホスフィン酸を形成させる工程、
および d)前記ジチオホスフィン酸を溶剤抽出回路に循環させ
る工程。 - 【請求項12】前記活性水素を発生させる前記工程が、
酸性水溶液および前記有機溶液の液体混合物に反応性金
属を入れ、前記反応性金属を前記液体混合物の前記酸性
水溶液と反応させて発生期水素を形成させることを包含
する、請求項11に記載の方法。 - 【請求項13】前記液体混合物中の前記反応性金属を混
合する追加工程を包含し、前記反応性金属が鉄、ニッケ
ルおよび亜鉛からなる群から選択される、請求項12に
記載の方法。 - 【請求項14】前記反応性金属が鉱酸中に溶解して前記
発生期水素を形成させる、請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】前記液体混合物が少なくとも約40℃の
温度および少なくとも約3未満のpHに維持される、請求
項14に記載の方法。 - 【請求項16】金属亜鉛が硫酸溶液に溶解して前記発生
期水素を形成させる、請求項13に記載の方法。 - 【請求項17】金属亜鉛が塩酸溶液に溶解して前記発生
期水素を形成させる、請求項13に記載の方法。 - 【請求項18】金属ニッケルが塩酸溶液に溶解して前記
発生期水素を形成させる、請求項13に記載の方法。 - 【請求項19】金属鉄が硫酸溶液に溶解して前記発生期
水素を形成させる、請求項13に記載の方法。 - 【請求項20】前記活性水素が、白金族金属の存在下で
水素ガスにより発生する、請求項11に記載の方法。
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