JPS6242973B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、海水中に溶解している重金属の回収
法に関する。更に詳しくは、本発明は、重金属を
吸着する性質を有する物質を含有するマトリツク
スに重金属を結合させることにより重金属を濃縮
することを内容とする、海水中に溶解している重
金属の回収法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for recovering heavy metals dissolved in seawater. More specifically, the present invention relates to a method for recovering heavy metals dissolved in seawater, which involves concentrating heavy metals by binding them to a matrix containing a substance that has the property of adsorbing heavy metals.
海水中には、未曾有の重金属が存在しているの
で、海水中の重金属を回収する試みは、数多くな
されているが、従来公知の重金属、特にウラン回
収法は、海水の向流抽出法、化学沈殿法及びイオ
ン浮遊法をベースとするものであり、化学物質を
用いることが必須とされる。しかしながら、これ
らの方法は、一般に大量の化学物質を用いなけれ
ばならないという欠点を有し、更に、この化学物
質の消費に伴ない処理コストも比例して増大する
という欠点がある。そして、使用された化学物質
により惹き起される環境汚染を防止するには、多
大の費用を必要とする。 Since unprecedented amounts of heavy metals exist in seawater, many attempts have been made to recover heavy metals from seawater. It is based on the precipitation method and ion flotation method, and requires the use of chemicals. However, these methods generally have the disadvantage that large amounts of chemicals must be used, and furthermore, the processing costs increase proportionately as the chemicals are consumed. And preventing environmental pollution caused by the chemicals used requires a great deal of expense.
ドイツ特許第2441479号明細書には、海藻の裁
培可能な変異物(kultivierbaven Mutanten von
Algen)から成るマトリツクスをウランの濃縮の
ために用いる方法が開示されており、この方法に
おいては、化学物質を用いることなく海水からウ
ランの回収が可能であつて、海水の汚染を心配す
る必要がない。しかしながら、この公知方法によ
り1日当り約1トンの生産を行ないたい場合に
は、所要量の海藻を裁培するために莫大な栽培地
を必要とし、このため多大の費用が必要とされ
る。 German Patent No. 2441479 describes cultivable mutants of seaweed.
A method for enriching uranium using a matrix consisting of Algen) is disclosed, and in this method, uranium can be recovered from seawater without using chemicals and there is no need to worry about seawater contamination. do not have. However, if it is desired to produce about 1 ton per day using this known method, a large amount of cultivation land is required to cultivate the required amount of seaweed, which requires a large amount of expense.
本発明の課題は、簡単に実施可能であつて、且
つ化学物質による環境汚染を惹き起さない、海水
中の重金属、特にウランの回収法を見い出すこと
にある。更に本発明の他の目的は、重金属の1日
当りの生産量を経済的に採算可能な量に迄高める
ことが可能な方法を見い出すことにある。 The object of the present invention is to find a method for recovering heavy metals, in particular uranium, from seawater that is easy to implement and does not cause environmental pollution by chemicals. Yet another object of the invention is to find a method by which the daily production of heavy metals can be increased to an economically viable amount.
本発明の上記課題は、以下の工程を包含する本
発明の方法により達成された。 The above objects of the present invention have been achieved by the method of the present invention, which includes the following steps.
(a) 重金属の濃縮のため吸着物質として生物学的
に新しいフミン酸を含有し、且つフミン酸の担
体として用いられる物質が乾燥状態で最大99重
量%存在する吸着剤マトリツクスを、海水中に
存在し、吸着剤マトリツクスに吸着性の重金属
が可能な限り多量に吸着されるような時間だけ
海水と接触させる工程、
(b) (a)工程により重金属を濃縮させた後、重金属
含有の吸着剤マトリツクスを海水から分離する
工程、
(c) (b)工程により分離された重金属含有の吸着剤
マトリツクスを、吸着した重金属を溶出するた
め、PH3以下の希釈剤で洗い出す工程、
(d) (c)工程により得られた重金属含有の酸を吸着
剤マトリツクスから分離する工程、
(e) (d)工程により分離された重金属含有の酸にア
ルカリ液を加え、重金属を含有し、PHが4〜8
の溶液を形成させる工程、
(f) (e)工程で得られた重金属含有溶液を、重金属
を更に濃縮するため、重金属と化学結合性乃至
吸着結合性を有する物質と接触させる工程、
(g) (f)工程で化学結合性乃至吸着結合性物質によ
り濃縮した後、それ自体公知の方法で後処理し
て重金属塩とする工程
使用される吸着剤マトリツクスに含有している
生物学的に新しいフミン酸とは、数千年以内の年
月を経て生じた腐植化生成物
(Humifizierungsprodukten)から得られるフミ
ン酸を意味する。(a) The presence in seawater of an adsorbent matrix containing biologically new humic acid as an adsorbent for the concentration of heavy metals and in which the substance used as a carrier for humic acid is present in an amount of up to 99% by weight in the dry state. (b) After concentrating the heavy metals in step (a), the heavy metal-containing adsorbent matrix is (c) A step in which the heavy metal-containing adsorbent matrix separated in step (b) is washed out with a diluent having a pH of 3 or less in order to elute the adsorbed heavy metals; (d) Step (c) (e) adding an alkaline solution to the heavy metal-containing acid separated in step (d) to obtain a heavy metal-containing acid with a pH of 4 to 8;
(f) contacting the heavy metal-containing solution obtained in step (e) with a substance that has chemical binding or adsorption binding properties to heavy metals in order to further concentrate the heavy metals; (g) (f) A process in which the biologically new humins contained in the adsorbent matrix used are concentrated by a chemically binding or adsorbing substance and then post-treated by a method known per se to produce heavy metal salts. By acid is meant humic acid, which is obtained from humic products produced over a period of up to several thousand years.
フミン酸は、水に殆んど溶解せず、特にバクテ
リア分離に対して生物学的に安定であるので、海
水中で長期間使用し得る。その分配係数(平衡状
態下の吸着剤中の重金属濃度/海水中の重金属濃
度の比率である。)は、海水のPHが高いにも拘ら
ず、極めて高く、高い濃縮度が達成される。 Humic acids are poorly soluble in water and biologically stable, especially against bacterial separation, so that they can be used for long periods in seawater. Its partition coefficient (ratio of heavy metal concentration in the adsorbent/heavy metal concentration in seawater under equilibrium conditions) is extremely high, and a high concentration is achieved despite the high pH of seawater.
本発明の方法を工業的に実施する場合には、最
適条件を設定する必要があるのはもちろんであつ
て、時間の節約の観点より、又吸着速度を考慮し
て、海水中の重金属の最大濃縮が達成される迄吸
着マトリツクスを放置せず、平衡に到達する前に
これを海水から取り出し、新規吸着マトリツクス
に置き換えるのが好ましいが、他方、重金属の重
量単位当りに必要な吸着剤量及び重金属と比較的
に緩慢に溶出させる場合に必要な酸消費量を低く
保つために、重金属の吸着量を可能な限り高くす
るのが好ましい。 When carrying out the method of the present invention industrially, it is of course necessary to set optimal conditions, and from the viewpoint of time saving and in consideration of the adsorption rate, the maximum concentration of heavy metals in seawater must be determined. It is preferable not to leave the adsorption matrix until enrichment has been achieved, but to remove it from the seawater and replace it with a new adsorption matrix before equilibrium is reached; on the other hand, the amount of adsorbent required per weight unit of heavy metal and the amount of heavy metal In order to keep the required acid consumption low in the case of relatively slow elution, it is preferred that the adsorption amount of heavy metals be as high as possible.
本発明の方法の極めて好ましい態様によれば、
重金属は、天然の黒泥炭から成るマトリツクスに
濃縮される。黒泥炭の分解度(全物質中の腐植化
生成物の相対量を示す尺度となる。)は、35〜55
%である。海水中のウランに対する黒泥炭の分配
係数は、104のオーダーであつて、この場合に、
黒泥炭から成る吸着剤マトリツクスは、ウランの
みならず、他の重金属(例えばバナジウム、モリ
ブデン)をも蓄積する。海水からウランを回収す
る際の副製品として、これらの重金属を回収し得
ることにより、本発明の経済性は高まり、費用低
下の要因となる。黒泥炭中の他の成分もフミン酸
と同様の海水中のバクテリア分解に対して安定性
を示すので、黒泥炭から成る吸着剤マトリツクス
は、長期間に亘つて、海水中の重金属の抽出のた
めに使用され得る。従つて、この吸着剤マトリツ
クスは、マトリツクスに濃縮されている重金属を
溶出後、繰り返し使用することができる。このよ
うな理由及び黒泥炭が極めて良好かつ称讃すべき
アベイラビリテイーを有しているという理由によ
り、ウラン生産量(経済的にウランを回収するた
めに考慮する必要がある。)を1日当り1トンと
することを原則的に可能とする範囲でこの吸着剤
マトリツクスを使用することができる。これに必
要な黒泥炭の量は、吸着剤マトリツクスを少くと
も10回再使用する場合には、1日当り約5×103
トン以下である。更に、黒泥炭は、本発明の方法
において使用された後、泥炭コークスとして再加
工され、再使用され得ることも本発明の他の利点
である。 According to a highly preferred embodiment of the method of the invention,
Heavy metals are concentrated in a matrix of natural black peat. The degree of decomposition of black peat (a measure of the relative amount of humic products in the total material) is between 35 and 55.
%. The partition coefficient of black peat for uranium in seawater is of the order of 10 4 , in this case:
Adsorbent matrices consisting of black peat accumulate not only uranium but also other heavy metals (eg vanadium, molybdenum). The ability to recover these heavy metals as a by-product when recovering uranium from seawater increases the economic efficiency of the present invention and becomes a factor in reducing costs. Since other components in black peat also exhibit similar stability to bacterial degradation in seawater as humic acids, adsorbent matrices made of black peat can be used for the extraction of heavy metals in seawater over long periods of time. can be used for. Therefore, this adsorbent matrix can be used repeatedly after eluting the heavy metals concentrated in the matrix. For this reason, and because black peat has a very good and commendable availability, the uranium production (which must be taken into account for the economic recovery of uranium) has been reduced to 1. This adsorbent matrix can be used insofar as it is in principle possible to obtain up to 1 ton per day. The amount of black peat required for this is approximately 5×10 3 per day if the adsorbent matrix is reused at least 10 times.
less than a ton. Furthermore, it is another advantage of the invention that the black peat, after being used in the process of the invention, can be reprocessed and reused as peat coke.
重金属の濃縮のために使用される吸着剤マトリ
ツクスは、天然の黒泥炭を乾燥後細分化すること
により製造される粒径0.1〜10mmの粒状黒泥炭に
より構成される。この吸着剤マトリツクスの製造
のためには、天然産の黒色湿泥炭を出発原料と
し、これを戸外の広大な平面上で乾燥することに
より、多量の水分を除去する。乾燥されたレンガ
状泥炭(いわゆる燃料炭)は、なお約28〜30%の
残存水分含量を有し、このものは、次いで微粒状
物質に細分化される。吸着剤として、この粒状物
を用いる場合には、使用前に粒状物を新たに水で
湿潤化するが、この際には、泥炭粒状物の多数の
微細な管状部及び間隙部が水で満たされ、粒状物
が膨潤される。この操作は、空気が管状部及び間
隙部から排出される約20トルの減圧度にすること
により著るしく促進される。同様に好ましく用い
られる黒泥炭含有吸着剤マトリツクスの他の例と
しては、ジユート又はナイロンの如く海水中で十
分な耐久性を有する物質から成る網に固着してい
る層状マトリツクスが挙げられ、この層状マトリ
ツクスは、網の上に天然の黒泥炭を堆置すること
により形成される。この場合に、上記物質の耐久
性は、この物質が、使用のため考慮され得る期間
(約1ケ月である。)湿潤化されているにも拘らず
安定性を維持することができれば、十分である。
この吸着剤マトリツクスを製造する場合には、天
然の湿つた黒泥炭を数mmのメツシユ径の網の上に
配置し、両側から十分な圧力を加えて、泥炭物質
を網に貫通させる。そして、これに続く乾燥によ
り、網の両側の泥炭層は、網の目を貫通して互い
に入り混つてフエルト化し、これにより、水で新
たに湿潤化される場合にも、又、激しい水流に晒
される場合にも、泥炭層は、形状安定性に有する
ことになる。 The adsorbent matrix used for the concentration of heavy metals is composed of granular black peat with a particle size of 0.1 to 10 mm, which is produced by drying and then comminuting natural black peat. To manufacture this adsorbent matrix, naturally occurring black wet peat is used as a starting material and is dried on a large flat surface in the open air to remove a large amount of water. The dried brick peat (so-called thermal coal) still has a residual moisture content of approximately 28-30%, which is then broken down into fine granular material. When using this granule as an adsorbent, the granule is re-wetted with water before use, in which case the many fine tubes and interstices of the peat granule are filled with water. The granules are swollen. This operation is greatly facilitated by a vacuum of about 20 Torr, where air is exhausted from the tube and the gap. Other examples of black peat-containing adsorbent matrices which are also preferably used include layered matrices adhered to a net made of a material that is sufficiently durable in seawater, such as jute or nylon; is formed by depositing natural black peat on a net. In this case, the durability of the material is sufficient if it remains stable despite being moistened for a period that can be considered for use (approximately one month). be.
To produce this adsorbent matrix, natural moist black peat is placed on a screen with a mesh diameter of a few millimeters and sufficient pressure is applied from both sides to force the peat material through the screen. The subsequent drying causes the peat layers on both sides of the net to penetrate through the mesh and intermingle with each other into felt, which makes it easy to feel when freshly moistened with water or when exposed to strong water currents. Even when exposed, the peat layer will have dimensional stability.
本発明の方法を実施する場合には、担体として
大きな結合性表面を有する物質を備えた吸着剤も
用いられ、この担体上にフミン酸が担持される。
フミン酸の合成担体として用いられる物質は、海
水中で耐久性を有し、吸着剤マトリツクスの再使
用を可能にするものでなければならない。このよ
うな物質としては、粒径0.1〜10mmの、例えば燃
料炭から得られる活性炭又は同一の粒子状態の褐
炭が好ましく用いられる。活性炭は、大きな結合
性表面を有するが、フミン酸担体として褐炭を用
いることは、コスト面で好ましい。又、合成担体
として用いられる物質として、例えばジユート、
木綿、ヤシ繊維等の天然繊維物質から成るものも
好ましく、この場合には、吸着剤マトリツクス
は、繊維が互いにゆるく結合している縺れ
(Kna¨uel)状になつている。しかしながら、マト
リツクスの好ましい形態としては、天然繊維物質
が網状組織となつており、この網状組織上にフミ
ン酸が担持されているのが良い。 When carrying out the method of the invention, adsorbents with substances having a large binding surface are also used as carriers, on which the humic acids are deposited.
The material used as a carrier for humic acid synthesis must be durable in seawater and allow reuse of the adsorbent matrix. As such a substance, activated carbon obtained from fuel coal or lignite in the same particle state with a particle size of 0.1 to 10 mm is preferably used. Activated carbon has a large binding surface, but the use of lignite as a humic acid carrier is preferred from a cost perspective. In addition, substances used as synthetic carriers include, for example, juute,
Also preferred are natural fiber materials such as cotton or coconut fibers, in which case the adsorbent matrix is in the form of a tangle in which the fibers are loosely bonded to each other. However, a preferred form of the matrix is one in which the natural fiber material forms a network structure, and humic acid is supported on this network structure.
本発明のマトリツクスの種類によつては、種々
の使用法が考えられ、海水中に溶解した重金属を
海水より得るためには、マトリツクスを透過せ
ず、海水を透過する被覆層内のマトリツクスを海
水に対して相対運動を行なわせるのが好ましい。
このことは、吸着剤マトリツクスが粒状として又
は繊維物質から成る一種の縺れ状として存在する
時に当てはまる。マトリツクスは、例えばナイロ
ン繊維から成り且つ相当するメツシユ径を有する
網の中に封鎖されるのが好ましい。重金属の濃縮
のためには、このようにして形成された、好まし
くは長方形状の多数の過体が、互いに平行且つ
前後するように配置され、且つこの過体は、海
水の流れが過体に沿うように方向付けられてい
るが、網を経由して海水が十分に交換し得るよう
に海流中に置かれる。 Various uses can be considered depending on the type of matrix of the present invention. In order to obtain heavy metals dissolved in seawater from seawater, the matrix in the coating layer that does not permeate the matrix but is permeable to seawater can be mixed with seawater. It is preferable to make a relative movement with respect to.
This applies when the adsorbent matrix is present as granules or as a type of tangle of fibrous material. Preferably, the matrix is enclosed in a net made of, for example, nylon fibers and having a corresponding mesh diameter. For the concentration of heavy metals, a number of preferably rectangular superbodies formed in this way are arranged parallel to each other and one behind the other, and the superbodies are arranged so that a flow of seawater flows through the superbodies. It is oriented to follow the net, but placed in the ocean current so that there is sufficient exchange of seawater through the net.
マトリツクスが担体網上の吸着剤層から成る場
合には、マトリツクス用の被覆層が必要であるこ
とを除けば全く同様にして、該マトリツクスは、
海水から重金属を濃縮するために用いられる。そ
して、この場合に、流れの方向は、網に沿つてお
り、この網は、平行の相異なる網の層が互いに位
置を変えて存在するように、同様に平行且つ多重
に前後して配置されている。このことにより、海
水の流れは第1の層を通過した時に、後続のもの
と分割され、比較的に流れの抵抗が小さい場合に
良好な水の混合が達成される。 In exactly the same way, if the matrix consists of a layer of adsorbent on a carrier network, except that a covering layer for the matrix is required, the matrix can be
Used to concentrate heavy metals from seawater. And in this case, the direction of flow is along a web, which is similarly arranged parallel and multiple one after the other, so that parallel different web layers are present in mutually displaced positions. ing. This allows the flow of seawater to split with the following when passing through the first layer, and good water mixing is achieved when the flow resistance is relatively low.
相互の網の間隔及び層の数は、流速が5m/s
迄の場合にもなお海水中の重金属の濃縮が望み通
り達成されるように定められる。 The distance between the mutual meshes and the number of layers are such that the flow velocity is 5 m/s.
In this case, it is determined that the desired enrichment of heavy metals in seawater is still achieved.
海水をポンプにより加速することは、エネルギ
ー的に不利であるので、網を吊している運行中の
船により、本発明のマトリツクスと海水との間で
不可欠な相対運動を起すのが好ましい。例えば、
1日当り1トンのウランを生産する場合に、海水
1よりウラン1μgを回収したとすると、1日
当り約109m3の海水がマトリツクスを通過する必
要がある。マトリツクスが20Km/hの速度で海水
中を曳行された場合に、その総断面積は、約水
2000m2で十分となる。船を用いることによる他の
利点は、マトリツクスを生物的生産が少ない海域
内で使用することができることである。マトリツ
クスの汚染(Bewachs)の危険性は、このことに
より更に減少される。 Since it is energetically disadvantageous to accelerate the seawater by means of pumps, it is preferred that the necessary relative motion between the matrix of the invention and the seawater be effected by means of a moving vessel suspending the net. for example,
In order to produce 1 ton of uranium per day, if 1 μg of uranium is recovered from 1 ml of seawater, approximately 10 9 m 3 of seawater needs to pass through the matrix per day. When a matrix is towed through sea water at a speed of 20 km/h, its total cross-sectional area is approximately
2000m2 is sufficient. Another advantage of using ships is that the matrix can be used in areas with low biological production. The risk of contamination of the matrix is thereby further reduced.
本発明の粒状マトリツクスを更に好ましく海水
からの重金属の濃縮に使用するためには、マトリ
ツクスを海水中に存在する容器内で容器内へ流入
する海水により旋回させるのが良い。旋回は、容
器内にある適当な方向変更装置の助けにより行な
うのが好ましい。粒状物の損失は、微細メツシユ
の網を容器の出口に取り付けることにより防止さ
れる。海水から重金属をマトリツクスに所望通り
に蓄積せしめることは、このようにして旋回によ
り極めて迅速に達成される。 In order to more preferably use the granular matrix of the present invention for concentrating heavy metals from seawater, it is preferable that the matrix be swirled in a container submerged in seawater by the seawater flowing into the container. The pivoting is preferably carried out with the aid of suitable deflection devices located within the container. Particulate loss is prevented by attaching a fine mesh screen to the outlet of the container. The desired accumulation of heavy metals from seawater in the matrix is thus achieved very quickly by swirling.
重金属を濃縮後重金属含有吸着剤マトリツクス
は、海水より取り除かれる。この操作は、所望の
程度迄重金属を吸着したマトリツクス部分を可能
な限り連続的に新規又は溶出処理後のマトリツク
ス部分と交換することにより行なうのが好まし
い。 After concentrating the heavy metals, the heavy metal-containing adsorbent matrix is removed from seawater. This operation is preferably carried out by replacing the part of the matrix that has adsorbed heavy metals to the desired extent as continuously as possible with a new or eluted matrix part.
被覆層内に存在するマトリツクス又は吸着剤層
が網上に固着しているマトリツクスを用いた場合
には、吸着剤マトリツクスは、極めて容易に海水
から除去される。粒状マトリツクスが吸着剤収容
容器内で旋回された場合には、重金属を吸着した
粒状物は、例えば10m/sの速度で吸着剤収容容
器から粒子含有海水を吸み上げる、例えば10〜20
のらせん溝を有する簡単な形式のらせん状管を備
えた遠心分離機により分離される。分離された粒
状物は、多数回の繰り返し使用に供せられ、海水
は、再び海に戻される。遠心分離機のキヤパシテ
イーは、吸着期間当りの吸着剤収容容器中の総マ
トリツクスが平均して1回で溶出されるように規
定される。 When using a matrix present in the coating layer or a matrix in which the adsorbent layer is fixed on the mesh, the adsorbent matrix is very easily removed from the seawater. When the granular matrix is swirled in the adsorbent container, the granules adsorbing heavy metals suck up the particle-containing seawater from the adsorbent container at a speed of, for example, 10 m/s, e.g.
The separation is carried out by a centrifuge with a simple type of helical tube having a helical groove. The separated granules are subjected to repeated use many times, and the seawater is returned to the sea. The capacity of the centrifuge is defined such that the total matrix in the adsorbent container per adsorption period is eluted on average once.
重金属を濃縮した吸着剤を海水から取り除いた
後、吸着剤は、吸着された重金属を溶出するため
にPH3以下の希釈酸(好ましくは塩酸又は硝酸)
で洗浄れる。酸は、そのPHが低く保たれている限
り、重金属貯蔵剤として用いられる。重金属の溶
出のために用いられた希釈剤は、希釈剤中の重金
属濃度が、海水に対して103又は104のオーダーだ
け高められた値に到達する迄重金属の再溶出のた
めに用いられる。この場合に酸のPHは、高濃度の
酸の添加によりPH2以下に保たれる。このように
して、後続の工程における溶液の送入量は、少量
に保たれる。 After removing the heavy metal concentrated adsorbent from seawater, the adsorbent is treated with dilute acid (preferably hydrochloric acid or nitric acid) below PH3 to elute the adsorbed heavy metals.
It can be washed with Acids are used as heavy metal storage agents as long as their PH is kept low. The diluent used for heavy metal leaching is used for heavy metal re-leaching until the heavy metal concentration in the diluent reaches a value that is increased by an order of magnitude of 10 3 or 10 4 relative to seawater. . In this case, the pH of the acid is kept below PH2 by adding a high concentration of acid. In this way, the amount of solution fed in subsequent steps is kept small.
本発明の方法の特に有利な態様として、重金属
含有吸着剤マトリツクスを海水中に存在する塩化
ナトリウムの電気分解により製造された酸塩で洗
浄することが挙げられる。塩化ナトリウムの電気
分解は、塩化アルカリ電解の一種として公知であ
り、既に、大規模に利用されている。本発明の方
法に必要な塩酸を得るためには、海水を公知の方
法により塩溶液に煮つめ、次いで下記の塩化アル
カリ電解法の反応式
エネルギー+2H2O+2NaCl→ H2+2NaOH+Cl2
により水素、苛性ソーダ及び塩素を得、次いで反
応式
H2+Cl2→2HCl+43.8kcal
により、塩素と水素とを反応させて塩化水素を得
(同時にエネルギーを発生する。)、得られた塩化
水素を水に導入して塩酸とすることが行なわれ
る。 A particularly advantageous embodiment of the process according to the invention includes washing the heavy metal-containing adsorbent matrix with an acid salt produced by electrolysis of sodium chloride present in seawater. Electrolysis of sodium chloride is known as a type of alkaline chloride electrolysis, and has already been used on a large scale. In order to obtain the hydrochloric acid required for the method of the present invention, seawater is boiled down to a salt solution by a known method, and then hydrogen, caustic soda and chlorine are added using the following reaction formula of alkali chloride electrolysis energy + 2H 2 O + 2NaCl → H 2 + 2NaOH + Cl 2 Then, according to the reaction formula H 2 + Cl 2 →2HCl + 43.8 kcal, chlorine and hydrogen are reacted to obtain hydrogen chloride (at the same time, energy is generated), and the obtained hydrogen chloride is introduced into water to form hydrochloric acid. What is done is done.
この場合に、重金属含有塩酸は、海水中に含ま
れる塩化ナトリウムの電気分解により製造された
苛性ソーダに加えられるのが好ましい。何故なら
ば、塩化アルカリ電解を行なうと苛性ソーダは必
ず生ずるので、これを有効利用しない手はないか
らである。 In this case, the heavy metal-containing hydrochloric acid is preferably added to caustic soda produced by electrolysis of sodium chloride contained in seawater. This is because caustic soda is always produced when performing alkali chloride electrolysis, so there is no way not to make effective use of it.
本発明の方法を実施するために必要な塩酸を海
水から得るために塩化アルカリ電解法を採用する
ことにより、必要な処理剤(塩酸)の運搬及び供
給のための付加的費用が全く不要となり、このこ
とは、本発明の方法を例えば沖合の船上で実施す
る場合に、特に有利である。本発明の方法の実施
に必要な塩酸及び苛性ソーダを濃縮された海水か
ら得る場合において、濃縮された海水は、公知の
方法により海水を蒸発することにより、重金属抽
出装置の所在位置の処で直接に得られる。水の蒸
発のため、本発明の方法の実施に必要な他の装置
と同様に船(又は、船に相当する遊泳体)に存在
する核反応器の廃熱が用いられる。 By adopting an alkali chloride electrolysis method to obtain the hydrochloric acid necessary for carrying out the method of the present invention from seawater, there is no need for additional costs for transporting and supplying the necessary treatment agent (hydrochloric acid); This is particularly advantageous if the method of the invention is carried out, for example, on board a ship offshore. When the hydrochloric acid and caustic soda necessary for carrying out the method of the present invention are obtained from concentrated seawater, the concentrated seawater is directly applied to the location of the heavy metal extraction device by evaporating the seawater by a known method. can get. For the evaporation of the water, the waste heat of the nuclear reactor present in the ship (or a floating body corresponding to a ship) as well as other equipment necessary for carrying out the method of the invention is used.
本発明の極めて好ましい態様として、重金属を
更に濃縮するため、重金属を含有する溶出液を、
吸着物質として生物学的に新しいフミン酸を含有
し、且つフミン酸の担体として用いられる物質が
最大99重量%存在する吸着剤マトリツクスと接触
させることが挙げられる。可能な限り高い重金属
濃縮度を達成するために、溶液のPHは、十分に高
く設定される(最小4、最大8)。重金属の分配
係数は、この比較的高い濃度領域においても、海
水の濃度領域におけるとほぼ同一の値を有するの
で、交換塔内にマトリツクスを入れることによ
り、溶出液の重金属濃度をその初期値の約1/10に
減少させることが可能となり、このことにより、
例えばウランに関してマトリツクス内のその後の
濃縮度は、吸着剤の乾燥物質を基準にして103〜
104の値となるので、海水に対するウラン濃度
は、約107の値になる。 In a highly preferred embodiment of the present invention, in order to further concentrate heavy metals, the eluate containing heavy metals is
It can be brought into contact with an adsorbent matrix which contains biologically fresh humic acids as an adsorbent and in which up to 99% by weight of a substance used as a carrier for humic acids is present. In order to achieve the highest possible heavy metal concentration, the PH of the solution is set sufficiently high (min. 4, max. 8). The distribution coefficient of heavy metals has almost the same value even in this relatively high concentration region as in the seawater concentration region, so by inserting a matrix in the exchange column, the heavy metal concentration of the eluate can be reduced to about its initial value. It is now possible to reduce it to 1/10, and this allows
Subsequent enrichments in the matrix, for example for uranium, range from 10 3 to 10 3 based on the dry matter of the adsorbent.
Since the value is 10 4 , the uranium concentration in seawater is approximately 10 7 .
重金属の濃縮のために用いられる吸着剤マトリ
ツクスは、重金属の吸着後燃焼させることもでき
る。吸着剤マトリツクスの灰分残渣は、未燃焼乾
燥物質の5%以下であるので、燃焼により、重金
属が更に約20倍だけ濃縮される。このことは、灰
分残渣中で重金属が今や海水に対して約108倍も
濃縮されて存在し、重量的に灰分残渣の主成分を
占めていることを示している。このように重金属
は、公知の方法により容易に単離することができ
る。 Adsorbent matrices used for heavy metal concentration can also be combusted after adsorption of heavy metals. Since the ash residue in the adsorbent matrix is less than 5% of the unburned dry material, combustion further concentrates the heavy metals by about a factor of 20. This indicates that heavy metals are now present in the ash residue at a concentration approximately 10 8 times greater than in seawater, and account for the main component of the ash residue by weight. As described above, heavy metals can be easily isolated by known methods.
実施例 1
空気乾燥された黒泥炭1gを粉末化した後篩別
して乾燥状態で70〜10μmの粒径分布の粒状物を
得た。水で湿潤化後、100μm以上の粒径に膨潤
された粒状物を20℃、PH8.3、1当りのウラン
含量3.3μg、バナジウム含量2μgの天然海水
10中に加え、4時間撹拌した。海水から粒状物
を分離後、黒泥炭中に吸着されたウラン量は18μ
g、バナジウム量は16μgであることが確認され
た。Example 1 1 g of air-dried black peat was pulverized and then sieved to obtain granules with a particle size distribution of 70 to 10 μm in a dry state. After moistening with water, swell the granules to a particle size of 100 μm or more using natural seawater at 20°C, pH 8.3, and uranium content of 3.3 μg and vanadium content of 2 μg per unit.
10 and stirred for 4 hours. After separating particulate matter from seawater, the amount of uranium adsorbed in black peat was 18μ
g, and the amount of vanadium was confirmed to be 16 μg.
この処理により海水中のウラン含量は、減少し
たが、なお1.5μg/であり、これは、泥炭の
乾燥重量を基準にしてのウランの分配係数1.2×
104に対応する。同様に海水中のバナジウム含量
も減少したが、なお0.3μg/であり、バナジ
ウムの分配係数5.3×104に対応する。 Although the uranium content in the seawater was reduced by this treatment, it was still 1.5μg/, which is equivalent to the distribution coefficient of uranium, which is 1.2× based on the dry weight of peat.
Corresponds to 10 4 . Similarly, the vanadium content in seawater decreased, but was still 0.3 μg/, corresponding to a vanadium partition coefficient of 5.3×10 4 .
黒泥炭に吸着されたウラン及びバナジウムは、
黒泥炭粒状物を200cm3の1%塩酸(PH0.6)中で撹
拌することにより完全に溶出される。溶出のため
に黒泥炭1g当り塩酸約4cm3中の水素イオンが消
費される。濃縮及びこれに続く溶出は、上記の泥
炭を用いて上述の方法で30回繰り返される。吸着
剤として泥炭を30回使用後でさえもウランとバナ
ジウムの分配係数の減少は、認められない。 Uranium and vanadium adsorbed in black peat are
The black peat granules are completely eluted by stirring in 200 cm 3 of 1% hydrochloric acid (PH 0.6). Approximately 4 cm 3 of hydrogen ions in hydrochloric acid are consumed per gram of black peat for elution. Concentration and subsequent elution are repeated 30 times in the manner described above using the peat described above. No decrease in the partition coefficients of uranium and vanadium is observed even after using peat as adsorbent 30 times.
実施例 2
ジルト(Sylt)島付近の公海において、54の
海水(7℃)をポンプを用いて毎分1の速度で
流動式吸着剤床を経由させて吸い上げた。この吸
着剤床は、100μmの孔径のナイロン網で前面を
封鎖した2.7容の塔から成るが、この中に実施
例1で述べたと同一の粒径分布の黒泥炭28gが定
常的に旋回している。Example 2 In the open sea near the island of Sylt, 54 degrees of seawater (7° C.) was pumped through a fluidized adsorbent bed at a rate of 1 per minute. This adsorbent bed consisted of a 2.7-volume tower sealed at the front with a nylon mesh with a pore size of 100 μm, in which 28 g of black peat with the same particle size distribution as described in Example 1 was constantly swirled. There is.
海水は、試験前にウランを3.3μg/含有
し、試験前の海水54中に含まれるウラン178μ
gのうち、137μg(ウランの総量の77%に相当
する。)が吸着剤に吸着された。この際にポンプ
を用いて吸着剤床を経由して吸い上げられた最初
の3の海水が、0.1μg/のウラン濃度に、
残りの量の海水が、0.4μg/のウラン濃度に
なつた。 The seawater contained 3.3μg/uranium before the test, and the uranium contained in the seawater 54 before the test was 178μg.
Of this amount, 137 μg (corresponding to 77% of the total amount of uranium) was adsorbed by the adsorbent. At this time, the first 3 seawater pumped through the adsorbent bed with a pump has a uranium concentration of 0.1 μg /
The remaining amount of seawater had a uranium concentration of 0.4 μg/.
実施例 3
天然の泥状黒泥炭を合成樹脂製の枠内にはめ込
まれたジユート網(メツシユ径約2mm)及びナイ
ロン網(メツシユ径1mm)の両側に、該ペースト
状泥炭が全てのメツシユを貫通するように加圧下
にのせる。次いで空気乾燥し、同時に連結架橋し
た後、網の両側に存在する泥炭層は、メツシユを
貫通する多数の結合により相互に安定化する。一
括して乾燥重量が3gの泥炭は、このようにして
それぞれ1gのジユート網及びナイロン網上に配
置される。水で再湿潤の後、網上の泥炭層は、再
び幾分か膨潤する。安定性試験において、これら
のマトリツクスは4日間に亘つて、マトリツクス
に沿つて約2m/secの相対速度で流れる海水に
さらした。泥炭層は、形状安定性を保持し、網か
ら全く溶出しなかつた。Example 3 Natural muddy black peat was inserted into a synthetic resin frame on both sides of a juute net (mesh diameter approximately 2 mm) and a nylon net (mesh diameter 1 mm), with the pasty peat penetrating all the meshes. Place it under pressure as shown. After then air-drying and simultaneous cross-linking, the peat layers present on both sides of the mesh are mutually stabilized by a large number of bonds running through the mesh. Peat having a collective dry weight of 3 g is thus placed on juute and nylon meshes of 1 g each. After rewetting with water, the peat layer on the mesh swells somewhat again. In stability tests, these matrices were exposed to seawater flowing along the matrices at a relative velocity of approximately 2 m/sec for a period of 4 days. The peat layer maintained its shape stability and was not leached from the net at all.
実施例 4
エムスランドのグロスヘセペの高湿原から得ら
れた水分含量約80%の天然黒泥炭40gを0.5規定
苛性ソーダ液120cm3中で約15時間撹拌し、次いで
遠心分離した。遠心分離後の溶液にPHが1となる
迄32%塩酸を加え、これにより沈殿したフミン酸
フラクシヨンを遠心分離により取り出し、蒸留水
で洗浄して中性とした。このようにして得られた
フミン酸の乾燥重量は、1.2gであつた。上述の
量のフミン酸を予備空気乾燥を行なうことなく、
20℃、PH8.3、ウラン含量3.3μg/の天然海水
10とともに2時間撹拌した。次いで海水からフ
ミン酸を分離後、以下の結果が確認された。Example 4 40 g of natural black peat with a water content of about 80% obtained from the high marshes of Gros Hesepe in Emsland was stirred for about 15 hours in 120 cm 3 of 0.5N caustic soda solution and then centrifuged. 32% hydrochloric acid was added to the solution after centrifugation until the pH reached 1, and the precipitated humic acid fraction was removed by centrifugation and washed with distilled water to make it neutral. The dry weight of the humic acid thus obtained was 1.2 g. Humic acids in the amounts mentioned above were applied without pre-air drying.
20℃, PH8.3, natural seawater with uranium content of 3.3μg/
10 and stirred for 2 hours. After separating humic acid from seawater, the following results were confirmed.
(i) 海水中のウランは、0.6μg/に減少し
た。(i) Uranium in seawater has decreased to 0.6μg/.
(ii) フミン酸は、25μgのウランを含有する。(ii) Humic acid contains 25 μg of uranium.
(iii) 分配係数は、フミン酸の乾繰重量を基準にし
て3.7×104である。(iii) The partition coefficient is 3.7×10 4 based on the dry weight of humic acid.
フミン酸に吸着されたウランは、実施例1の方
法に準じて希釈塩酸により完全に溶出された。濃
縮及び溶出は、上記のマトリツクスを用いて8回
分配係数を悪化させることなく繰り返された。 Uranium adsorbed on humic acid was completely eluted with diluted hydrochloric acid according to the method of Example 1. Concentration and elution were repeated eight times using the above matrix without deteriorating the partition coefficient.
実施例 5
実施例4におけると同一の粘稠度の湿つた天然
黒泥炭40gを0.5規定の苛性ソーダ液120cm3中で約
15時間振とうし、遠心分離した。遠心分離後の溶
液に先ず微粒状活性炭(平均粒径10μm)3.6g
を加え、32%塩酸でPHを1に調整した。この際に
沈殿したフミン酸フラクシヨンは、担体としての
活性炭上に担持され、このようにして得られたフ
ミン酸−活性炭マトリツクスの乾燥重量は、4.8
gであり、フミン酸/活性炭の重量比は、1/3
であつた。Example 5 40 g of wet natural black peat of the same consistency as in Example 4 was dissolved in 120 cm 3 of 0.5N caustic soda solution.
Shake for 15 hours and centrifuge. First, add 3.6 g of finely divided activated carbon (average particle size 10 μm) to the solution after centrifugation.
was added, and the pH was adjusted to 1 with 32% hydrochloric acid. The humic acid fraction precipitated at this time was supported on activated carbon as a carrier, and the dry weight of the humic acid-activated carbon matrix thus obtained was 4.8
g, and the weight ratio of humic acid/activated carbon is 1/3
It was hot.
このマトリツクスを実施例4におけるように天
然海水10とともに2時間撹拌したが、これによ
り海水のウラン含量は、3.3μg/から0.8μ
g/(マトリツクスを海水と接触させる前に空
気乾燥させた場合)、又は0.6μg(予備乾燥を行
なわなかつた場合)に減少した。フミン酸の乾燥
重量を基準にしての分配係数は、それぞれ2.6×
104、3.7×104であつた。 This matrix was stirred for 2 hours with natural seawater 10 as in Example 4, which reduced the uranium content of the seawater from 3.3μg/ to 0.8μg/
g/(if the matrix was air-dried before contacting with seawater) or 0.6 μg (if no pre-drying was performed). The distribution coefficient based on the dry weight of humic acid is 2.6×
10 4 , 3.7×10 4 .
マトリツクスに吸着されたウランは、実施例1
におけると同様に1%塩酸で完全に溶出された。
濃縮及び溶出は、同一のマトリツクスで8回分配
係数を悪化させることなく繰り返された。 The uranium adsorbed on the matrix was obtained in Example 1.
It was completely eluted with 1% hydrochloric acid as in .
Concentration and elution were repeated 8 times on the same matrix without deteriorating the partition coefficient.
実施例 6
実施例4で述べたと同様にして、湿つた天然黒
泥炭40gより、1.2gのフミン酸を単離した。新
しく沈殿したフミン酸は、中性状態で懸濁され、
懸濁液が均一にジユート上に分布乾燥されるま
で、数日間8gのジユート網と接触された。その
後マトリツクスを再び海水で湿潤化したが、これ
によりジユート上に担持されたフミン酸の約5%
が溶液に再び移行したが、残りのマトリツクス
は、本質的に水に不溶であつて、数日間流動海水
と接触させてもフミン酸のその後の溶液への損失
は、1%以下であつた。Example 6 In the same manner as described in Example 4, 1.2 g of humic acid was isolated from 40 g of wet natural black peat. The newly precipitated humic acids are suspended in neutral conditions,
The suspension was contacted with 8 g of juute mesh for several days until it was evenly distributed over the juute and dried. The matrix was then re-wetted with seawater, which resulted in approximately 5% of the humic acids supported on the juute.
migrated back into solution, but the remaining matrix was essentially insoluble in water, with less than 1% subsequent loss of humic acid to solution even after several days in contact with flowing seawater.
実施例 7
5gの粒状黒泥炭(水で湿潤後の粒径100〜200
μm)を50海水(PH8.3、20℃)中で3時間撹
拌した。海水中のウラン含量は、1.5μg/に
減少した。分離した粒状物を40cm3の2%塩酸(PH
0.3)中で撹拌することにより、ウランを溶出し
た。遠心分離後の溶出液は、泥炭の溶出処理後
2.25mg/のウラン含量を有していた。その後、
上述の如く海水と接触された第2回目の粒状黒泥
炭5gを、前以つて32%塩酸でPH0.3にされ、蒸
留水で45cm3に増量された溶出液で溶出処理した
が、溶出液のウラン含量は、4mg/に上昇し、
濃度は、海水中におけるよりも1.2×103だけ高い
値を示した。Example 7 5 g of granular black peat (particle size 100-200 after moistening with water)
μm) was stirred in 50°C seawater (PH8.3, 20°C) for 3 hours. The uranium content in seawater was reduced to 1.5μg/. The separated granules were soaked in 40 cm 3 of 2% hydrochloric acid (PH
The uranium was eluted by stirring in 0.3). The eluate after centrifugation is after the peat elution process.
It had a uranium content of 2.25mg/. after that,
The second 5 g of granular black peat that had been brought into contact with seawater as described above was eluted with an eluate that had been adjusted to pH 0.3 with 32% hydrochloric acid and increased to 45 cm 3 with distilled water. The uranium content of has increased to 4mg/
The concentration was 1.2×10 3 higher than in seawater.
溶出液は、再び遠心分離処理され、苛性ソーダ
液の添加によりPH7.4に調整され、蒸留水により
50cm3に増量され、上記と同一粒径の粒状黒泥炭25
mgとともに3時間撹拌された。溶液から粒状物を
分離後、溶出液のウラン含量は減少し、220μ
g/に、又黒泥炭のそれは、6760ppmに規定
された。これは、この濃度領域におけるPH7.4の
時のウラン分配係数が粒子の乾燥重量を基準にし
て3×104であることに対応する。このことは、
黒泥炭中のフミン酸が海水に比べて103だけ高め
られた濃度領域においても、海水中におけるとほ
ぼ同様に良くウランを吸着、濃縮することを示し
ている。 The eluate was centrifuged again, adjusted to pH 7.4 by adding caustic soda solution, and diluted with distilled water.
Granular black peat 25 with the same particle size as above, increased to 50 cm 3
Stirred for 3 hours with mg. After separating the particulates from the solution, the uranium content of the eluate decreases to 220μ
g/, and that of black peat was specified at 6,760 ppm. This corresponds to the fact that the uranium distribution coefficient at pH 7.4 in this concentration range is 3×10 4 based on the dry weight of the particles. This means that
It has been shown that humic acid in black peat adsorbs and concentrates uranium almost as well as in seawater, even in a concentration range that is 10 3 higher than that in seawater.
ウランを吸着した黒泥炭は灰化され、灰分残渣
は、169μgのウランを含有していた。この黒泥
炭の灰分含量は、3重量%であるので、灰分残渣
中におけるウランの重量は、約22%になり、この
ことは、総濃縮度が6.7×107であることに対応す
る。 The black peat that had adsorbed uranium was incinerated, and the ash residue contained 169 μg of uranium. The ash content of this black peat is 3% by weight, so the weight of uranium in the ash residue is approximately 22%, which corresponds to a total enrichment of 6.7×10 7 .
Claims (1)
学的に新しいフミン酸を含有し、且つフミン酸
の担体として用いられる物質が乾燥状態で最大
99重量%存在する吸着剤マトリツクスを、海水
中に存在し、吸着剤マトリツクスに吸着性の重
金属が可能な限り多量に吸着されるような時間
だけ海水と接触させる工程、 (b) (a)工程により重金属を濃縮させた後、重金属
含有の吸着剤マトリツクスを海水から分離する
工程、 (c) (b)工程により分離された重金属含有の吸着剤
マトリツクスを、吸着した重金属を溶出するた
め、PH3以下の希釈酸で洗い出す工程、 (d) (c)工程により得られた重金属含有の酸を吸着
剤マトリツクスから分離する工程、 (e) (d)工程により分離された重金属含有の酸にア
ルカリ液を加え、重金属を含有し、PHが4〜8
の溶液を形成させる工程、 (f) (e)工程で得られた重金属含有溶液を、重金属
を更に濃縮するため、重金属と化学結合性乃至
吸着結合性を有する物質と接触させる工程、 (g) (f)工程で化学結合性乃至吸着結合性物質によ
り濃縮した後、それ自体公知の方法で後処理し
て重金属塩とする工程 を包含することを特徴とする、重金属吸着性物質
含有マトリツクスに重金属を結合させ、該マトリ
ツクスに重金属を濃縮させることによる海水中に
溶解している重金属の回収法。 2 重金属を天然の黒泥炭から形成されるマトリ
ツクスに濃縮させる、特許請求の範囲第1項記載
の回収法。 3 重金属の溶出のために用いられた希釈酸を、
重金属の再溶出のため、希釈酸中の重金属の濃度
が海水に比較して103又は104のオーダーだけ高め
られた値に到達する迄使用し、その際に酸のPHが
濃厚酸の後添加により2以下に保たれる、特許請
求の範囲第1項又は第2項記載の回収法。 4 重金属含有吸着剤マトリツクスを海水中に含
有されている塩化ナトリウムの電気分解により得
られた塩酸で洗い出す、特許請求の範囲第1項、
第2項又は第3項記載の回収法。 5 重金属含有塩酸を海水中に含有されている塩
化ナトリウムの電気分解により製造された苛性ソ
ーダ液に添加する、特許請求の範囲第4項記載の
回収法。 6 重金属を更に濃縮するために、重金属含有溶
液を、吸着物質として生物学的に新しいフミン酸
を含有し、且つフミン酸の担体として用いられる
物質が乾燥状態で最大99重量%存在する吸着剤マ
トリツクスと接触させる、特許請求の範囲第1
項、第2項、第3項、第4項又は第5項記載の回
収法。[Claims] 1 (a) Contains biologically new humic acid as an adsorbent for heavy metal concentration, and the material used as a humic acid carrier has a maximum
(b) contacting the adsorbent matrix, present at 99% by weight, with seawater for a time such that the heavy metals present in the seawater and adsorbable on the adsorbent matrix are adsorbed in as large a quantity as possible; (b) step (a); (c) After concentrating the heavy metals, the adsorbent matrix containing heavy metals is separated from seawater. (d) separating the heavy metal-containing acid obtained in step (c) from the adsorbent matrix; (e) adding an alkaline solution to the heavy metal-containing acid separated in step (d); In addition, it contains heavy metals and has a pH of 4 to 8.
(f) contacting the heavy metal-containing solution obtained in step (e) with a substance that has chemical binding or adsorption binding properties to heavy metals in order to further concentrate the heavy metals; (g) The matrix containing the heavy metal adsorbent is characterized by comprising a step of concentrating it with a chemically binding or adsorbing substance in step (f) and then post-treating it to a heavy metal salt by a method known per se. A method for recovering heavy metals dissolved in seawater by binding them to a matrix and concentrating the heavy metals in the matrix. 2. A recovery method according to claim 1, wherein the heavy metals are concentrated in a matrix formed from natural black peat. 3 The diluted acid used to elute heavy metals is
For re-elution of heavy metals, use the dilute acid until the concentration of heavy metals in the dilute acid reaches a value that is on the order of 10 3 or 10 4 higher than in seawater, when the pH of the acid is higher than that of the concentrated acid. The recovery method according to claim 1 or 2, wherein the concentration is maintained at 2 or less by addition. 4. Washing out the heavy metal-containing adsorbent matrix with hydrochloric acid obtained by electrolysis of sodium chloride contained in seawater,
Collection method described in paragraph 2 or 3. 5. The recovery method according to claim 4, wherein heavy metal-containing hydrochloric acid is added to a caustic soda solution produced by electrolysis of sodium chloride contained in seawater. 6. In order to further concentrate the heavy metals, the heavy metal-containing solution is transferred to an adsorbent matrix which contains biologically fresh humic acids as the adsorbent and in which the substance used as a carrier for the humic acids is present in an amount of up to 99% by weight in the dry state. Claim 1, which is brought into contact with
The collection method described in Section 2, Section 2, Section 3, Section 4, or Section 5.
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