JPS6280237A - 水中のガリウムの濃縮分離方法 - Google Patents

水中のガリウムの濃縮分離方法

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JPS6280237A
JPS6280237A JP22123985A JP22123985A JPS6280237A JP S6280237 A JPS6280237 A JP S6280237A JP 22123985 A JP22123985 A JP 22123985A JP 22123985 A JP22123985 A JP 22123985A JP S6280237 A JPS6280237 A JP S6280237A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水中のガリウムの濃縮分離方法に関する。さら
に詳しくはガリウム又はガリウムとそれ以外の金属を含
有する水からイオン交換樹脂を用いて、水中のガリウム
を選択的に濃縮し分離する方法に関する。
〔従来の技術〕
現在ガリウムは電子産業の発展に伴い、ガリウム−リン
、ガリウム以外素、ガリウムーインジウムーヒ素−リン
等の化合物半導体の原料としてその需要が拡大している
ガリウムは種々の鉱石中に微量存在するが、なかでもセ
ン亜鉛鉱等の亜鉛鉱石中に多く存在し、亜鉛製錬の中間
副生物でガリウムが濃縮された亜鉛製錬残査、あるいは
亜鉛浸出残査がガリウムの原料となる。
しかしながらこれらの原料は、その中に含まれるガリウ
ムの含有量が数%以内で、しかもガリウム以外の金属、
例えば亜鉛、インジウム、カドミウム、ヒ素、鉄、アル
ミニウムその他の金属を多量に含み、ガリウムを選択的
に回収するには困難を伴う。
従来、これらの不純物を多量に含む原料を酸で。
溶解し、ガリウムを溶液とし、この溶液からガリウムを
選択的に回収又は濃縮する方法が提案されている。
例えば、人ガリウムを含有する溶液からトリブチルホス
フェート、ジ(2−エチルヘキシル)ホスフェート等を
用いて、ガリウムを溶媒抽出する方法(日本鉱業会春季
予講集、183〜184頁(1983))、tB)イン
ジウム又はガリウムを含有する溶液をアミノカルボン酸
基を有するキレート性イオン交換樹脂に吸着し濃縮する
方法(特開昭59−186686 ’)等がある。
〔従来技術の問題点〕
しかしながら、これらの方法は、ガリウムの他に、ガリ
ウムとイオン化傾向等の化学的性質の近い金属、例えば
インジウム等を含有する溶液からガリウムだけを分離し
、濃縮するには適していない。
例えば被処理液がガリウムの他にインジウムを含有する
と人の溶媒抽出法では抽出剤であるトリブチルホスフェ
ート、ジ(2−エチルヘキシル)ホスフェート等がガリ
ウムとインジウムとを同時に抽出し、これらを分離する
ことはできない。
又、(Blのキレート性イオン交換樹脂による方法でも
、ガリウムとインジウムが同時にキレート性イオン交換
樹脂に吸着され、ついでこの金属を吸着したキレート性
イオン交換樹脂は酸で溶離されるため、ガリウムとこれ
に近い金属を一緒に含有する溶離液が得られ、ガリウム
だけを簡単に分離濃縮することはできない。
本発明は上記の点に着目しなされたもので、カリウム及
びそれ以外の金属を含有する水からイオン交換樹脂−を
用いてガリウムを選択的に分離濃縮することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究した結
果、イオン交換樹脂を用いてガリウムを吸着し、ついで
該樹脂にアルカリ水溶液を接触せしめることにより、ガ
リウム及びそれ以外の金属を含有する水からガリウムを
選択的に分離濃縮することができることを見出し本発明
を完成するに至った。
即ち本発明は、ガリウムを含有する水をイオン交換樹脂
と接触せしめ、水中のガリウムをイオン交換樹脂に吸着
せしめた後、ガリウムを吸着したイオン交換樹脂とアル
カリ水溶液を接触せしめ、ガリウムをイオン交換樹脂か
ら溶離せしめて濃縮する水中のガリウムの濃縮分離方法
である。
本発明に用いるガリウムを含有する水としては、はガリ
ウム等の合金スクラップの酸溶解液等が挙げられるが、
これらに限定されない。
本発明において用いるイオン交換樹脂としては、スチレ
ン−ジビニルベンゼン共重合体、アクリル酸メチル−ジ
ビニルベンゼン共重合体、メタクリル酸メチル−ジビニ
ルベンゼン共重合体、アクリロニトリル−ジビニルベン
ゼン共重合体等のジビニルベンゼン系共重合体、エポキ
シ樹脂、レゾルシン樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニル
樹脂等のいずれかを樹脂母体とし、かつスルホン酸基、
カルボン酸基、アルキレンナン酸基、リン酸基のうち少
なくとも一種、あるいはこれらの塩を官能基として有す
る陽イオン交換樹脂が挙げられる。
塩としては例えばアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩
等が挙げられる。又、上記のいずれかの樹脂母体に1級
アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、4級アンモニ
ウム基の少なくとも1種を官能基として有する陰イオン
交換−樹脂、及び上記と同様のいずれかの樹脂母体にイ
ミノ酢酸基、イミノジ酢酸基、イミノプロピオン酸基、
イミノジプロピオン酸基、酸ヒドラこシト基、オキシム
基、チオ尿素基、尿素基、チオール基、ジチオカルバミ
ン酸基、ポリアミ7基、ヒドロキシム基、アミノアルキ
レン燐酸基、イミノアルキレン燐酸基あるいはこれらの
塩、例えばアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等、ま
たはアミドオキシム基の少なくとも1種を官能基として
有するキレート樹脂が挙げられるが、特にスチレン−ジ
ビニルベンゼン共重合体等のジビニルベンゼン系共重合
体を樹脂母体とし、かつ樹脂の形体がゲル型であるより
多孔質型(MR型)であることが好ましい。それは処理
水中に有機物が存在している場合、ゲル型のキレート樹
脂は金属の吸着能が低下するのに対し、MR型のキレー
ト樹脂は吸着能が低下し難く、かつ樹脂の再生時に起る
体積変化による樹脂破砕の損失が少ないためである。
本発明においてガリウムを含有する水(以下被処理水と
称する)と上記イオン交換樹脂とを接触せしめる方法と
しては、例えば被処理水中にイオン交換樹脂を浸漬せし
めるか、浸漬しさらに撹拌するバッチ方式、イオン交換
樹脂を充填したカラムに被処理水を通過せしめるカラム
方式等が挙げられ、またカラム方式には一過方式と循環
方式があるがいずれの方式でもよ(、さらに通液方法と
して上向流、下向流のいずれの方法も採用できる。
またカラム方式においては、通液速度をSVo、5〜5
0、好ましくは5〜20で通液し吸着させる方法、ある
いは被処理水を循環させてガリウムを吸着させる方法等
いずれにも用いることができる。
上記のようにして被処理水中のガリウムをイオン交換樹
脂に吸着せしめた後、次に該イオン交換樹脂とアルカリ
水溶液を接触せしめガリウムをイオン交換樹脂から溶離
する。
本発明において用いるアルカリとしては水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム
、アンモニア水等が挙げられ、これらのアルカリを0.
05〜ION好ましくは0,2〜3Nの水溶液として用
いる。
本発明において、ガリウムを吸着したイオン交換樹脂と
アルカリ水溶液とを接触せしめる方法としては、アルカ
リ水溶液中にガリウムを吸着したイオン交換樹脂を浸漬
せしめるか、浸漬しさらに撹拌するバッチ方式、該イオ
ン交換樹脂を充填したカラムにアルカリ水溶液を通過せ
しめるカラム方式等が挙げられる。カラム方式の場合、
アルカリ水溶液の通液速度S■0.1〜10、好ましく
は0.5〜3で通液するかアルカリ水溶液を循環させて
溶離することかできる。また得られた溶離液を次の溶離
剤として再使用すれば、溶離液中のガリウムイオン濃度
を高めることができる。このようにしてイオン交換樹脂
より溶離せしめ濃縮されたガリウムは、例えば電解等の
方法によって金属として回収することができる。またガ
リウムを溶離した後のイオン交換樹脂は再び被処理水中
のガリウムの吸着用として繰り返し用いることができる
本発明の方法は、ガリウムを含有する被処理水とイオン
交換樹脂とを接触せしめることにより、被処理水中のガ
リウムを吸着濃縮し、あるいは被処理水中にガリウム以
外の金属又は共存塩が存在する場合にはその吸着力の強
弱の差により、ガリウムとその他の金属を分離し、ガリ
ウムをイオン交換樹脂に吸着する。又被処理水中にガリ
ウムと吸着力の差の少ない金属例えばインジウム等が存
在する場合にはガリウムと共にインジウム等もイオン交
換樹脂に吸着され、その他の吸着力の差の大きい金属と
分けられる。
カリ水溶液で接触し処理することにより、該イオン交換
樹脂からガリウムだけが選択的に溶離され、ガリウムと
その他の金属とを完全に分離する。アルカリ処理し、ガ
リウムを溶離した後、イオン交換樹脂に吸着されている
ガリウムと吸着力の差の少ない金属は酸を用いて溶離す
ることかできる。
酸による溶離は塩酸、硝酸、硫酸等の酸の0.2〜IO
N水溶液を用いてバッチ法、カラム法等いずれの方法で
行なっても良い。
従って、例えば共存塩の存在下又は非存在下にガリウム
及びインジウムを含有する被処理液に対し本発明を用い
るとガリウムをアルカリ溶離液に又インジウムを酸溶離
液中にそれぞれ分離濃縮することができる。
〔実施例〕
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
実施例1 スチレンg2 wt%とジビニルベンゼンBwt%を懸
濁重合して得られたスチレン−ジビニルベンゼン共重合
体よりなるMR型の球状樹脂(10〜60メツシユ)を
エチレンジクロリド中で膨潤させ、無水塩化亜鉛の存在
下にクロロメチルエーテルを反応させ、上記球状樹脂を
クロロメチル化した(塩素含有率: 21.8wt%)
。次いで得られたクロロメチル化樹脂にジエチレントリ
アミン(DETA)を反応させ、1級アミノ基及び2級
アミノ基を有するDETA型樹脂を得た。この樹脂にオ
ルト亜燐酸及びパラホルムアルデヒドを塩酸水溶液中で
反応させ、1級アミン基及び2級アミノ基の部分をアミ
ノメチレン燐酸基とイミノメチレン燐酸基とした官能基
を持ったMR型のキレート樹脂を得た。このキレート樹
脂のうち10〜48メツシユの樹脂50 mlを模擬原
液(ガリウム: 450 m9D 、 pH3,0) 
21;! ニ添加し、30°Cで3時間撹拌した後、樹
脂を固液分離してガリウムを吸着したキレート樹脂を得
た。分離液中のガリウム濃度を測定し吸着量を求めたと
ころキレート樹脂11当りのガリウム吸着量は17.1
f/l−Rであった。このガリウムを吸着したキレート
樹脂5s+l(吸着前の体積として)に、3wt%Na
OH水溶液100 m7を加え、それを300 miの
三角フラスコに入れ、25℃で3時間振とうした。振と
う後キレート樹脂を分離し、溶離液中のガリウム濃度を
測定したところガリウムの回収量はキレート樹脂11当
り16.8F(以下同様に金属の回収量は樹脂11当り
に換算しfig −Rで表す)であり、回収率は98.
2%であった。
実施例2 実施例1で得られたスチレン−ジビニルベンゼン共重合
体を樹脂母体とするクロロメチル化樹脂にN、 N’−
ジメチル−エチレンジアミンを反応させ、2級アミン基
及び3級アミン基を有する弱塩基性イオン交換樹脂を得
た。この弱塩基性イオン交換樹脂のうち10〜48メツ
シユの樹脂20コを模擬原液(ガリウム: 200”I
ll、 NaC1: 5000 ppm、 pH3,2
) 2eに添加し、25°Cで5時間撹拌した後、弱塩
基性イオン交換樹脂を固液分離し、ガリウムを吸着した
樹脂を得た。得られた弱塩基性イオン交換樹脂11当り
のガリウム吸着量は10.5 Ill −Rであった。
このガリウムを吸着した弱塩基性イオン交換樹脂10s
t/ (吸着前の樹脂体積として)を、カラム(内径1
5ffφ)に充填し、6 wt%KOH水溶液30 y
tlを下向流、S■2で通液した。流出液中のガリウム
濃度を測定したところガリウムの回収量は10.1 f
il−Rで、回収率は96.2%であった。
実施例3 実施例1に用いたスチレン−ジビニルベンゼン共重合体
よりなるMR型球状樹脂を硫酸と反応させ、スルホン酸
基を有する強酸性イオン交換樹脂を得た。この強酸性イ
オン交換樹脂のうち10〜48メツシユの樹脂20 m
lを模擬原液(ガリウム:200性イオン交換樹脂を固
液分離して、樹脂11当り10.1Fのガリウムを吸着
した樹脂を得た。
このガリウムを吸着した樹脂10m/ (吸着前の樹脂
体積として)をカラム(内径15朋φ)に充填し、4 
wt%LiOH水溶液40 mlを下向流、svlで通
液した。得られた流出液中のガリウム濃度を測定したと
ころ、ガリウムの回収量は9.9 Ill −Rであり
、回収率は98.0%であった。
実施例4 アクリロニトリル(sowt%)とジビニルベンゼゼン
(20wt%)をトルエン存在下で懸濁重合してMR型
の球状樹脂を得た。次いでこの樹脂をヒドロキジルアミ
ント反応させ、アミドオキシム基ヲ官能基として有する
キレート樹脂を得た。この樹脂のうち10〜48メツシ
ユの樹脂20 mlを、模擬原液(ガリウム: 200
 W/(1、NaC1: 5000 ppm、 pH3
,2) 21に添加し、実施例2と同様に25°Cで5
時間撹拌した後、キレート樹脂を固液分離して、樹脂1
4当り10.41のガリウムを吸着した樹脂を得た。
このガリウムを吸着した樹脂10.w/ (吸着前の樹
脂体積として)をカラム(内径15朋φ)に充填し、8
Wt96KOH水溶液30肩lヲ下向流、Sv2で通液
した。得られた流出液中のガリウム濃度を測定したとこ
ろ、ガリウムの回収量は10.2 f/(1−Rで、回
収率は98.1%であった。
実施例5 実施例1と同様のクロロメチル化樹脂にアンモニアを反
応させてアミン化樹脂を得た。次いでこのアミノ化樹脂
にオルト燐酸とトリオキシメチレンを反応させ、アミノ
メチレン燐酸基を官能基として有するキレート樹脂を得
た。この樹脂より分級した10〜48メツシユの樹脂1
00 ytlを模擬原液(ガリウム:450ダ/l、亜
鉛:5001’l/l、マンガン:300Mダ/l、塩
化ナトリウム: 5000〜/l、 pH2,6) 4
4に添加し、30’Cで3時間撹拌した後、キレート樹
脂を固液分離した。得られたキレート樹脂はガIJ ラ
ム: 14.3 !/(1−R,亜鉛: 0.I l1
l−R,? ンff ン: 0.019/l−Rを吸着
していた。この樹脂50m1(吸着前の樹脂体積として
)を、カラム(内径25朋φ)に充填し、lQwt%N
aOH水溶液100mZ水溶液1流0を測定し回収量を
求めたところ、ガリウム13.9 !//ーR1並/−
.03y/1ーR1? 7 if 7 0.01 fi
l  Rであった。また回収率はガリウム97.2 9
6、亜鉛10%、マンガン30%でガリウムが選択的に
回収された。
実施例6 テトラエチレンペンタミンにオルト燐酸とホルムアルデ
ヒドを反応せしめて得た反応生成物にレゾルシンとホル
ムアルデヒドを反応せしめた後、ポリビニルアルコール
溶液中で懸濁重合してイミノメチレン燐酸基を官能基と
して有する球状キレート樹脂を得た。次に上記キレート
樹脂より分級した10〜48メツシユの樹脂100+m
’を内径25朋φのカラムに充填した。このキレート樹
脂層に模擬原液(ガリウム:1009’15,インジウ
ム100ツ/l、塩化ナトリウム1oy/L pH2.
7)を通液速度sv5、下向流で通液し、流出液中にガ
リウムが10”F/A’検出された時点で通液を止めた
。このキレート樹脂はガリウム: 12.1 fil−
R1インジウム: 7.3 fil−Rを吸着していた
次にイオン交換水1,0OON/を下向流、5VIOで
通液し樹脂を洗浄した後、Q,5 wt%NaOH水溶
液500m1を通液速度SV 10、上向流の循環方式
(循環時間2時間)で溶離を行なった。溶離液中の金属
濃度を測定したところ回収量はガリウム11.9 fi
l − R、インジウム0.9 l1l−Rであった。
また回収量はガリウム98.3 96、インジウム12
.3%でありガリウムが選択的に純度よく回収されてい
た。
実施例7 10〜50メツシユに粉砕したポリ塩化ビニルをパーク
ロルエチレンにて膨潤させた後、トリエチレンテトラミ
ン(TETA)と反応せしめてTETA型樹脂を得た。
この樹脂にアセトアルデヒドとオルト亜燐酸を反応せし
め、アミノエチレン燐酸基及びイミノエチレン燐酸基を
官能基として有するキレート樹脂を得た。このキレート
樹脂のうち10〜48メツシユの樹脂100+/を内径
25朋φのカラムに充填した。このキレート樹脂層に、
模擬原液(ガリウム:100ダ/l 、インジウム:1
00ダ/l 、  亜鉛100 ’till 、マンガ
ンコニ00ダ/l、塩化ナトリウム: 5000 mv
l 、pH 2.4 )を通液速度SV 10、下向流
で通液し、処理水にガリウムが50 11171検出さ
れるまで通液した。このキレート樹脂にはガリウム16
.7 Illl−R、イア シウム4.2 1/l−R
,  亜鉛0.7hl−R、マンガン0.03 Ill
 − Rを吸着していた。
次にイオン交換水1,0OON/を下向流、5VIOで
通液し樹脂を洗浄した後、6wt%NaO H水溶液3
00m1を、通液速度sv2、下向流で通液した。得ら
れた溶離液の金属濃度を測定したところ、ガリウムの回
収量は16.2f/l−Rで、回収率は97.0 96
であった。またインジウムの回収量は0.7 Ill 
− Rで回収率16.7%、亜鉛の回収量は0.1hl
−Rで、回収率14、3%であり、ガリウムが選択的に
純度よく回収されていた。
比較例−1 実施例1で得られたスチレン−ジビニルベンゼンを樹脂
母体とし、スルホン酸基を有する強塩基性イオン交換樹
脂100M1を内径25朋φのカラムに充填した。この
強塩基性イオン交換樹脂層に模擬原液(ガリウム:10
0W/l,インジウム100 Mf/l 。
塩化ナトリウム: 10 9/l 、 pH 2.7 
)f::通液速度SV5、下向流で通液し、流出液中に
ガリウムが50 ppm検出された時点で通液を止めた
。この強塩基性イオン交換樹脂はガリウム9.5f//
l−R、インジウム28Ill − Rを吸着していた
次にイオン交換水1,000 tttlを下向流、5V
IOで通液し樹脂を洗浄した後、2NHCI水溶液30
0 mlを通液速度SV2、下向流で通液した。得られ
た溶離液の金属濃度を測定したところ、ガリウムの回収
量は9.2 Ill − Rで回収率96.8%、イン
ジウムの回収量は2.6ダ/l−Rで回収率92.9 
%であり、ガリウムとインジウムとがともに溶離液中に
回収されガリウムを選択的に回収することはできなかっ
た。
比較例2 実施例1で用いたキレート樹脂(以下A樹脂と称す)お
よび実施例2で用いた弱塩基性イオン交換樹脂(以下B
樹脂と称す)を用いて、これに比較例1に用いたのと同
様の模擬原液をカラム法で通液し、金属を吸着させ、さ
らに2 NMCI水溶液を用いてA−樹脂およびB−樹
脂に吸着した金属を溶離した。
A−樹脂およびB−樹脂それぞれに吸着したガリウムお
よびインジウムの吸着量、および溶離液中に回収された
ガリウムおよびインジウムの回収量、回収率を表−1に
示す。表中Gaはガリウムを、Inはインジウムを示す
表−1 上記の結果から従来の酸を用いた溶離方法ではA−樹脂
、B−樹脂それぞれの溶離液中にガリウムとインジウム
がともに溶離され、ガリウムだけを回収することはでき
なかった。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明はイオン交換樹脂を用いてガ
リウムを含有する水からガリウムをイオン交換樹脂に吸
着し、このガリウムを吸着したイオン交換樹脂から溶離
剤にアルカリ水溶液を用いてガリウムを溶離中に濃縮分
離する方法であり、本発明の方法によれば従来の酸水溶
液を溶離剤に用いた方法では不可能であったガリウムと
選択順位の近い金属例えばインジウムが共存する水から
ガリウムだけを選択的に濃縮分、離することができ、そ
の結果ガリウムを純度よく高濃度に含む溶離液が得られ
、この溶離液から電解等を用いて容易にガリウムが回収
できるとともに回収効率を向上せしめることができる等
の効果を有する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ガリウムを含有する水をイオン交換樹脂と接触せ
    しめ、水中のガリウムをイオン交換樹脂に吸着せしめた
    後、ガリウムを吸着したイオン交換樹脂とアルカリ水溶
    液を接触せしめ、ガリウムをイオン交換樹脂から溶離せ
    しめて濃縮することを特徴とする水中のガリウムの濃縮
    分離方法。
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