JPS62500874A - 第2コバルトアミンの電解還元法 - Google Patents

第2コバルトアミンの電解還元法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 第2コバルトアミンの電解還元法 技術分野 本発明はアンモニア性水溶液中でCo+3に還元してCO+2にする電解方法に 関するものである。更に詳細には、本発明は多孔性陰極の存在でのCo+3OC O+2への還元に関するものである。
本発明の背景 酸化物鉱石から、並びに湿式処理の廃触媒から、コバルトを回収する几めに、ア ンモニア性アンモニウム塩溶液金使用することは公知である。このタイプの技術 の典型的な例は、酸化物鉱石からの選択的還元、酸化アンモニア浸出方法金開示 している米国特許第3.929.468号明細書、並びに湿式処理の廃触媒のア ンモニア及びアンモニア塩水溶液による酸化ばい焼及び浸出全開示している米国 特許の第3.567,435号明細書、第4,442.074号明細書、及び第 11.432.949号明細書である。コバルトは、これを酸化物鉱石まmは廃 触媒から抽出し几後には、+3の酸化状態になっている。
先行技術では、(1)米国特許の第3.276.863号明細書及び第3,92 9.468号明細書に記載しであるようなX−ヒドロキシオキシム、並びに米国 特許第J、2.58,016号明細書に記載しであるよりなβ−ジケトンを使用 して、アンモニア性浸出溶液から第二コバルトイオン金抽出することも公知であ る。
その上、三価のコパルh’lコバルト金属と接触させることによる第二コバルト イオンの第一コバルトイオンへの転化は、デー参エヌΦネルソン(D、N、Ne 1son)、アール・イー−シーメンy、 (R,L Siemens ) 、 及びニス・シー・ローズ(S、 C,aoaaB)、「ラテライトーアンモニア 性浸出液からのコバルトの溶剤抽出(5olvent 11!:xtracti on of Cobalt from ’Laterita −AmmonLa cal Leach Liquors ) J 、米国鉱山局(υ6S。
Bureau of Mines ) 、R工8419によって示されるように 、一般に公知である。
コバルトヲ抽出するためのアンモニア性浸出操作の大部分は酸化条件下で行うの で、コバルトは第一コパルl−(n)アミン形態よりはむしろ第二コバル) ( III)アミン形態になっている。結果として、ヒドロキシ−オキシム及びβ− ジケトンのような抽出剤でコバル)k取り出すmめの浴剤抽出操作では、第二コ バル) (ill)アミン種金還元する還元段階が必要である。経済的評価では 、CO+3ヲ還元してCO+ 2にするためにコバルト金IAk使用するのは、 ごの方法に関連するコバルトの棚卸しが多いために、コストの点でとても実施で きない、従って第二コバル) (III)アミンを還元する別の方法を見つけ出 さなければならない。
米国特許第5.929.1168号明細書では、コバルトf:’M、解的に、そ れの三価の状態からそれの二価の状態に還元することができることを示している が、このような方法の実施については、他の詳細を全く示していない。
本発明では、この還元段階を行うために、′実施例であり、かつ経済的に都合の よい方法である、電気化学的方法全提供する。
本発明の要約 本発明によって、電解槽で、アンモニア性水溶液中のCo+32 Co+2に還 元する電解方法を見い出したが、電解槽は陽極区画、陰極区画、及び陽極と接触 していて、しかも陽極区画と陰極区画との間の位置にある透過性膜から成り、か つ該陰極区画には約50%から60%までの範囲内の気孔率のある多孔性電極を 内蔵し、方法はアンモニア性第二フバル) (Ill)水溶液全1…解槽の陰極 区画に導入し、陽極区画に水性電解液を供給し、直流全陽極と陰極とに通して、 陰極区画で第一コパル) (n)イオン全生成させ、同時に陽極と多孔性陰極と の間に透過性障壁?維持することによって、第一コパル) (it)陽イオンが 陰極区画と陽極区画との間で移動するのを実質的に阻止し、生成し次ガスを陽極 区画から取り出し、かつ第一コバルト(11)イオンヲ含■する電解液全陰極区 画から取り出すことから成る。
アンモニア性水溶液は電解槽全通して流す前に、溶液は活性炭上全通過させて、 電気還元工程全妨害する虞のある有機汚染物質全アンモニア性水溶液から除去す る。
図面の簡単な説明 第1図は本発明の方法で使用する電解槽の模式説明図である。
第2図では電気還元過程中の溶液電位の変化金示す。
第3図では電気還元金した溶液に適用するLIX 51抽出剤を使用する溶剤抽 出段階で得た、相当するコバルト抽出数値金示す。
本発明の詳細な説明 本発明では、少量のCO+ 3、例えば11当几りで0.IIから10.9まで 、全含有するアンモニア性水溶液中で、CQ+3t−Co+2に還元する電解方 法を提供する。
本発明の方法では、アンモニア性アンモニウム塩水溶液を多孔性陰極のある電解 槽に流通さゼれば、多孔性陰極でCo+3のCo+2への還元が起こる。
アンモニア性水溶液を電解槽全通して流す前に、溶液全活性炭上1!ll−流通 させて、電気還元工程全妨害する虞のある有機汚染物質をアンモニア性水浴液か ら除去する。
本発明の実施に使用することのできる槽1は、第1図に示してあり、かつ槽容器 、すなわち本体2、多孔性陰極3、陽極4、及び電解槽1の陽極区画と陰極区画 とを分離する透過性隔膜5から成っている。陽極は透過性隔膜と接触している。
陰極は透過性隔膜と接触していても、していなくてもよいが、しかし陰極全隔膜 と接触させるのが好ましい。槽本体2には、溶液を入れる几め、または取り出す ための開口6及び7がある。電解槽の陰極区画には、下記で更に記載する第二コ バル) (III)陽イオン溶液を初めから含■している陰極液溶液金入れであ る。電解槽の陽極区画には下記で更に記載する陽極液金入れである。陽極4及び 陰極3は直流電源の適切な供給源に、それらの端子で接続する。陽極液及び陰極 液を所望の操作温度に維持するために、加熱又は冷却の装置を設備することもで きる。
本発明の方法では、第二コバルトCIII) 7 ミ7に含有する陰極液溶液を 多孔性陰極槽を通過(従って多孔性陰極を通過)させ、同時に陰極金、第二コバ ルト(In)アミンを第一コバルト(n)アミンに還元するのに十分な電位の下 におくことを包含する。アンモニア性溶液からの第二コバルトアミンの電気還元 は下記の方程式%式% 電気還元方法の過程では、陰極で副反応が二つ起こるのt予想することができる 。
第一コバルト還元 C0(NH3)6+2+ 2θ→Co (5) + 6 (NH3)aqE’  −−0,42ボルト(2) 水還元 2H2o+2e −H2+20H−KO=−[3,45ボルト(6)後者の両側 反応についての平衡電位は非常に接近しているので、これらはたいてい同時に起 こる。第二コバルト還元と副反応との間の平衡電位の差異が大きいの全根拠にし て、第二コバルト還元金主反応と考えることができる。副反応は、第二コバルト 濃度が低下して、第二コバルト種の電極へ移動が速度制限になる程度まで低下し 九条件の下で起こることが予想される。
これらの条件は電気還元段階の終末、代表的には、第二コバルト濃度が100  ppmよりも低い場合に起こることが予想される。02ガスを生成する通常の水 電解が陽極で起こる。
電解槽は、約10アンペア/平方フイートから200アンペア/平方フイートま で、好ましくは10アンペア/平方フイートから50アンペア/平方フイートま での定電流方式で、かつ約6ボルトから8ざルトまで、好ましくは約4ボルトか ら5ざルトまでの範囲にわたる′M電圧で操作することができる。
陰極液の温度は約20°Gから約50℃まで、好ましくは約20°Cから30° Cまでにすることができる。陽極液の温度は陰極液にし九のと同じ範囲内に収め ることができ、陰極液温度の約5°C以内が好ましい。
陽極4は電気伝導性の、安定などんな物質から成りていてもよい。陽極は低過電 圧であり、かつ腐食及び(ま几は)分解に対して抵抗力のあるのが好ましい。
代表的な陽極物質は鉛、白金属金属、白金属金属でコーティングしであるチタン 、及び炭素ま几はグラファイトのような炭素質物質である。本明細書で使用する 用語「白金属金属(platinum group metals ) Jでは 白金属の金属全部、すなわちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、 イリジウム、及び白金を包含する。その上、白金金属の酸化物またはこのような 酸化物二種類以上の混合物はチタン金属へのコーティングとして使用することが できる。特によく適していることが分かつ之陽極物質にはT1基体上Rub、/ Tie2、またはT1上IrO3/T10□を包含し、これらの陽極は両方とも 市販品を入手することができる。
陰極3は、陰極液が流通する多孔性電極物質から成る。本発明の電解槽で使用す る多孔性電極は、約3・0%から約60%までの範囲の気孔率がある適切などん な電極であってもよい。気孔率は電極の全容積に対する空げきの比率と定義する 。陰極物質として使用することのできる代表的な物質には、焼結金属、スポンジ または金網、並びに炭素質物質全包含する。多孔性陰極物質は、例えば、白金ま たは鋼で、または電気伝導性金属でコーティングすることのできる物質で作るこ とができる。ある実施態様では、多孔性電極は細かい網、または気孔率が約60 %ある多孔のシートまたは板で作る。多孔性電極の好ましい実施態様は網状電極 のような三次元電極である。これらの電極には、広い表面積、詳細には広い内部 表面積がある。これらの気孔率は約30%から約60%までの範囲である。陰極 の厚さは、陰極物質、陰極気孔率、及び溶液の流速のような事柄に左右されて変 化するであろう。
本発明では、陽極と接触し、ま九場合によっては、かつ好ましくは陰極と接触し ていてもよい種々、の隔膜全使用することができる。このような隔膜は電解業界 では公知であり、かつ多孔性ガラスフリント、糸アスベスト、ま几は織りアスベ スト、多孔性強化重合体、自動車バッテリータイプ隔離板(ブレース社(Gra ceCorporation )の供給するダラミック(Daramic )  )、及びイオン選択透過膜を包含する。
陽イオン性でも陰イオン性でもよいイオン選択透過性膜は、代表的には、水性電 解液に対して実質的に不浸透性であるイオン交換膜ま九はシートである。これら のイオン交換膜は本来公知であり、かつイオン交換基まfcは物質全重合体マト リックスあるいは結合剤に含浸させるか、または全体に分散させである膜、並び にこのような基金膜の裏張り、または強化繊物の外側表面だけと結合させである 膜の両方全包含する。膜構造体全体にイオン交換特性があり、かつ部分重合させ たイオン交換樹脂全シート形態に型込め、または流し込みして作ることのできる 、連続したイオン交換膜もまた使用することができる。
CO+3のCO+2への電解転化はバッチ操作で実施することができ、この場合 には、陽極液及び陰極液金それぞれの貯槽から、槽の底に近い位置にある流入0 6を経て再循環させ、かつ所望の減損水準に達するまで、槽の頂部近くの排出ロ アを経てオーバーフローさせて貯槽に戻す。
工程はまた槽のカスケード系全使用して連続流通条件下で実施することもでき、 この場合には溶液金、各には設置し友流入口のある貯槽を経て、槽のカスケード を経て、カスケード状に流下させ、減少し友溶液は別個の貯槽に収集する。
ま几、本発明の工程の操作中に、陰極にコバルト金属全生成させることもできる 。このコバルト金属析出物は、電流を停止させ友後に、新鮮な第二コバルトアミ ン溶液全陰極区画の中に流通することによって、電極から完全に取り除くことが できる。一般に、この溶解時間は比較的短時間で、例えば数時間以内である。
また、本発明の方法によ・つて得られる第一コバルトアミン生成物は空気のため に窟化されて第二コバルトアミンに戻る虞があるので、工程は、窒素の使用によ るような不活性雰囲気ブランケットの中で、あるいは少なくとも空気から隔離し て実施するのが好ましい。
陰極液、すなわち、陰極区画内の電解液は、以後はアンモニアと記載するNH3 (a(1)及び以後はアンモニウムと記載するNH44(aq )の両方金含有 する水溶液である。アンモニアはCO+3及びCO+2の両方が溶解できる程十 分な量で存在する。好ましくは、アンモニアの濃度は約1 Mから21,4まで にするべきであり、かつアンモニウムの濃度は、好ましくは約1Mから2Mまで の範囲にするべきであり、アンモニアの濃度に等しいのが最も好ましい。好まし いアンモニウム塩には硫酸アンモニウム及び炭酸アンモニウム金包含する。水性 陰極液のPHは8から12までにするべきであり、8゜5から11までが好まし い。陰極液中OCO+3のa度は飽和溶液から約i 00 ppmまでの範囲に わたることができ、約10,000 ppmから100 ppoxまでが好まし い。
陽極液、すなわち陽極区画内の電解液は相容性電解質物質のどんな水溶液であっ てもよい。代表的には、陽極液は、陰極区画で使用するのと同様の゛アンモニア 性溶液、並びに硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどのような他の塩を含■する 水溶液である。代表的には、塩溶液の濃度は飽和に極近くするべきであり1.陽 極液溶液で約1モルから2モルまでの範囲にわたるのが好ましい。
米国特許の第・4.a 54.i 4t号明細書、第4432.953号明細書 、第A、152.396号明細書、及び第4.258.016分明細切は本明細 書で併せて参考資料とするが、これらで指摘されtように、co”’fc還元し てCO+ 2にした後に、フッ素化β−ジケトンあるいはα−ヒドロキシオキシ ム金使用することによって、Co+2’xアンモニア性溶液から抽出することが できる。
米国特許第4..152.396号明細書に記載しであるフッ素化β−ジケトン 、及び米国特許の第4.434.1.11号明細書、第3.855.090号明 細書、第3.907.966号明細7丁、及び第3.853.725号明細書に 記載しであるヒドロキシオキシムが好ましく、これらの特許明細書は本明細書で は併せて参考資料とする。特に好ましいβ−ゾケトンは商品名T、IX 51で ヘンケル社(Henkel Corporation )が販売するものであり 、また特に好ましいヒドロキシオキシムは商品名LIX64で、やはりヘンケル 社が販売するものである。
コバルトは種々の公知の先行技術の方法のうちのどの方法かで有機抽出剤から逆 抽出することができる。
たびたび使用する通常の逆抽出技法は、コバルl”N動物を硫酸で逆抽出して、 水性相中に(pfF!コバルト?生成させるごとである。逆抽出したコバルト金 含有する水浴液は更に処理して純粋な金属全生成さ・仕ることができ、あるいは 別法としては塩全使用して直接新規の触媒全製造することができる。コバルトは 電解採取することができ、あるいは水素ガスで直接還元することができる。水溶 液は、新規の触媒全含浸するため、あるいはコ・マリング(Co −mulli ng ) jるための金属供給源として直接使用することができる。
CO÷3全還元してCO+2にし、かつただちに溶剤抽出できるようになる終点 は、陰極液溶液のEh全測定して見い出す。溶剤抽出に成功するためには、陰極 液溶液全電気還元して、電位fspTcに対して−5Q mVから−i o o  mVまでにしなければならない。電気還元過程中の溶液電位の代表的な変化4 第2図に示し、かつ次の溶剤抽出段階で、’ill気還兄し、た溶液に加えるL IX 51’を使用して得た、(η当するコバルト抽出値全第6図に示す。
本発明全下記の実施例で更に、説明する。
使用した槽は側面が長方形のタイプであり、かつ第1図に示したものと同様なル ー・す4 ト(Lucitθ)で作った。陽極区画及び陰極区画は両方とも内側 の寸法が、100關×60正X201jlであ・つ1こ。多孔性陰極は604ス テンレス鋼網製で、押(1,つけ合わせたデメスタ パッド(dθmθ眞θr  pad ) 7個がら成っていた。
陰極は気孔率が45つ!会で二F)つf:Q電流供給装置は1tり極から最も遠 く離れ7を陰へ区画の部分にあって、304ステンレス鋼から成ってい几。5す 極区1mjと陰極区画とは寸法が520間X1501!+!ある隔膜で隔離した 。使用した陽極は、コーティングしであるチタン網の形態?している、寸法が6 00+u+X601′+mある、寸法安定性陽極(DSA)であった。ごれは隔 j1へに近接した位置にあ−って、接触していた。電流及び全摺電圧は帯状記録 紙記録計に記録した。陰極液及び陽極液は、貯槽及び式ンプから成る別個の装置 から槽に供給し几。これらの実験で使用した隔膜は、ダブルニー・アール・ブレ ース(W、R,Grace )が供給し、かつ代表的には自動車バッテリーの隔 離板として使用する[ダラミツク(Daramic ) Jであった。この多孔 性物質は低電気抵抗(18°Cで1モル濃度の塩化ナトリウム中で0.8gcm 2) k示し、かつ0.1μという非常に小さい細孔寸法のために、この実験で 遭遇する圧力差では、電解液溶液に対して無視することのできる透過性を示した 。
アンモニア性溶液41は、湿式処理廃触媒のパイロットプラント浸出で得た。溶 液は下記の組成であつ几: co+3 8dOppm、 Ni 66.8ppm 、、 V 268ppm。
uo 557 ppm5 アンモニア2 M % 炭酸アンモニウムI M、  p)(9,8゜使用し几陽極溶液は硫酸ナトリウム1M、pl(9,8であった 。溶液の温度は25°Gであつ几。
陽極液及び陰極液の両溶液は、毎分9.25ガロンで、専用区画金繰てポンプ送 りした。電流6.5アンペア(槽の横断面積1平方フイート当たり2.5アンペ アに相当)を摺電圧2.65ボルトで通し友。iMは70分間行った。操作の終 りに、溶液金ヘンケル社供給のフッ素化β−ジケトン、LIX−51と接触させ て、溶液中のコバルト98.8%を抽出し、かつ溶剤抽出後の抽出残分はCo+ 310 ppm全含有してい几。槽の総括電流効率は18%(すなわち、水素還 元反応で電流の82%全使用し九)で、エネルギー消費量は6キロワツト時/コ バルト1ポンドであった。コバルト金属は、操作の過程中には、多孔性陰極上に 全く析出しなかつ7’n。
実施例 2 槽の配置は実施例1と同じであった。陰極溶液41は、フィッシャー(F1θh θr)試薬物質で調製し、P119.8で、アンモニア2M、炭酸アンモニウム 1M、コバルト1.199/ l (Co+30.969/ l 及びCo+2 0.23g/l)から成っていた。陽極液はpH9,5で、硫酸すトリウム1M から成ってい几。陽極液及び陰極液は共に専用区画金繰て、毎分9.5ガロンで ポンプ送りし九〇溶液の温度は26°Cであり、かつ2.7サルトで、電流6. 6アンペア(槽の横断面積1平方フイト当たり25.5アンペアに相当)を通し た。電解は45分間行った。5分後に、第二コバルトの濃度は減少して0.6  、!i+ / lになり、かつ第一コバルトの濃度は増加して、0.53gz# になつ窺。45分後に、第二コバルトの濃度は減少して0.01g、#になり、 第一コバルトの濃度は0.309 / lになり、かつ実質的な量のコバルトが 陰極に析出した。水素の数値決定に約73.6%の電流全使用し几。多孔性陰極 上に析出したコバルト金、「新鮮な(frθ8h)」第二コバルトアミン溶液8 gで、実質的に回収した。「新鮮な溶液」は最初の溶液と同一組成であつ几。「 新鮮な」溶液全多孔性電極全通してポンプ送りすることによって、回収全45分 間行った。操作の終りに第二コバルトアミン濃度は減少して0.01g/lより も少なかったが、一方、第一コバルトアミン濃度は1.81g/lに達し友。
これらの結果では、多孔性電極槽は、コバルト金属が電極の所で析出する条件下 でさえも作動すること、及びこの金属全容易に取り去ることができることを示F IG、1゜ FIG、3゜ 時間、令□ 国際調査報告

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.電解槽でアンモニア性水溶液中のCo+3をCo+2に還元する方法におい て、電解槽は陽極区画、陰極区画、及び陽極と接触し、しかも陽極区画と陰極区 画との間の位置にある透過性隔膜から成り、該陰極区画には約30%から60% までの範囲の気孔率のある多孔性電極を内蔵し、電解槽の陰極区画にアンモニア 性第二コバルト(III)水溶液を導入し、陽極区画に水性電解液を供給し、直 流を陽極と陰極とに通して、陰極区画で第一コバルト(II)イオンを生成させ 、同時に、陽極と多孔性陰極との間に透過性隔膜を維持することによつて、第一 コバルト陽イオンが陰極区画と陽極区画との間で移動するのを実質的に阻止し、 生成したガスを陽極区画から取り出し、かつ第一コバルトイオンを含有する電解 液を陰極区画から取り出すことから成る電解方法。
  2. 2.電解工程を20℃から50℃までの範囲にわたる温度で行うことから成る、 請求の範囲第1項の方法。
  3. 3.陰極がステンレス鋼網である、請求の範囲第1項の方法。
  4. 4.陽極区画の電解液が硫酸ナトリウム水溶液である、請求の範囲第1項の方法 。
  5. 5.陽極区画の電解液がアンモニア性水溶液である請求の範囲第1項の方法。
  6. 6.陰極区画の電解液がアンモニアー硫酸アンモニウム水溶液、あるいはアンモ ニアー炭酸アンモニウム水溶液である、請求の範囲第1項の方法。
  7. 7.水性電解液はpHが8.5から10までである、請求の範囲第1項の方法。
  8. 8.陰極区画の水性電解液のEhをSHEに対して−50mVから−100mV までの範囲まで減じる、請求の範囲第1項の方法。
  9. 9.コバルト金属が多孔性電極上に全く析出しない、請求の範囲第1項の方法。
  10. 10.陰極上に析出したと思われるコバルトを残らず溶解するのに十分な時間の 間、該陰極をアンモニア性第二コバルト(III)水溶液で処理することから成 る、請求の範囲第1項の方法。
  11. 11.陰極が透過性隔膜と接触している、請求の範囲第1項の方法。
  12. 12.アンモニア性第二コバルト(III)水溶液を、電解槽の該陰極区画に導 入する前に、活性炭上を流通させる、請求の範囲第1項の方法。
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