JP5478240B2 - Metal recovery method and metal separation recovery device - Google Patents
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Description
本発明は、金属回収方法および金属分離回収装置に関する。 The present invention relates to a beauty metals separation and recovery device Oyo method metals recovery.
磁気記録装置等に用いられている磁性合金の主成分が鉄であるものの、保磁力を高めるために少量のネオジム,ディスプロシウム,プラセオジムといった希土類金属が添加されている。資源枯渇が叫ばれる昨今、これらを単離し、再使用する動きが加速している。 Although the main component of magnetic alloys used in magnetic recording devices and the like is iron, a small amount of rare earth metals such as neodymium, dysprosium, and praseodymium are added to increase the coercive force. In recent years, when resources are depleted, the movement to isolate and reuse them is accelerating.
従来、一般的な希土類金属回収方法としては、磁性合金を硝酸等の強酸に溶解し、これにシュウ酸を添加することで生じる強酸に不溶の希土類シュウ酸塩を濾取する。その後、このシュウ酸塩を焙煎して酸化物の形で回収する方法が挙げられる。 Conventionally, as a general method for recovering rare earth metals, a magnetic alloy is dissolved in a strong acid such as nitric acid, and oxalic acid is added to the magnetic alloy, and the rare earth oxalate insoluble in the strong acid is collected by filtration. Thereafter, the oxalate is roasted and recovered in the form of an oxide.
また磁性合金を砕き、塩素ガスを接触させ、合金を塩化物に変換し、その後加熱することにより沸点の低い塩化鉄を揮発させることで、残渣の高濃度希土類を塩化物の形で得る方法(特許文献1)も挙げられる。 In addition, the magnetic alloy is crushed, contacted with chlorine gas, converted into chloride, and then heated to volatilize iron chloride with a low boiling point to obtain a high-concentration rare earth residue in the form of chloride ( Patent document 1) is also mentioned.
このうち、シュウ酸を用いる方法は強酸の液を濾過する等の操作が必要で、装置も強酸に対応する対策が必要になる。塩素ガスを用いる場合も装置の腐食対策が必要である。 Among these, the method using oxalic acid requires an operation such as filtration of a strong acid solution, and the apparatus also requires measures corresponding to the strong acid. When using chlorine gas, it is necessary to take measures against corrosion of the equipment.
更に、2つの方法とも高温で焙煎または塩化鉄を揮発させるため、エネルギーの使用量が膨大となる。焙煎の場合はおおよそ1000℃で数時間加熱し、有機物であるシュウ酸等を分解除去する。また、塩化鉄の沸点は約350℃なので加熱炉の温度は、おおよそ400℃程度は必要と考えられる。 Furthermore, since both methods roast or iron chloride is volatilized at a high temperature, the amount of energy used becomes enormous. In the case of roasting, it is heated at approximately 1000 ° C. for several hours to decompose and remove oxalic acid, which is an organic substance. Further, since the boiling point of iron chloride is about 350 ° C., it is considered necessary that the temperature of the heating furnace is about 400 ° C.
このように、従来技術では強酸や塩素ガスに対する装置の腐食対策、更に膨大なエネルギー使用量が課題となっていた。また、一つのバッチでの処理には数時間から数十時間を要する。
本発明の目的は、高い腐食対策が不要の装置を使い高温処理を必要とせず、短時間で希土類を回収することである。また、希土類以外のイオン半径の大きな遷移金属も回収することである。
As described above, in the prior art, countermeasures against corrosion of the apparatus against strong acid and chlorine gas and further enormous energy consumption have been problems. In addition, processing in one batch requires several hours to several tens of hours.
An object of the present invention is to recover a rare earth in a short time without using a high temperature treatment using an apparatus that does not require a high countermeasure against corrosion. In addition, a transition metal having a large ionic radius other than the rare earth is also recovered.
上記課題を解決するために、本発明の特徴は、金属を配位結合により凝集物とする金属回収薬剤であって、アミノ基を有する水溶性高分子と、酸性基を有する水溶性高分子とを有し、アミノ基を有する水溶性高分子は直鎖炭化水素からなる主鎖にアミノ基が結合しており、酸性基を有する水溶性高分子は直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基が結合しており、アミノ基を有する水溶性高分子のアミノ基の一部または酸性基を有する水溶性高分子の酸性基の一部が塩になっていることを特徴とする金属回収薬剤およびそれを用いた金属分離回収装置である。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that a metal recovery agent that makes a metal an aggregate by coordination bond, a water-soluble polymer having an amino group, a water-soluble polymer having an acidic group, and The water-soluble polymer having an amino group has an amino group bonded to the main chain composed of a straight chain hydrocarbon, and the water-soluble polymer having an acidic group is an acid group on the main chain composed of a straight chain hydrocarbon. A metal recovery agent, wherein a part of an amino group of a water-soluble polymer having an amino group or a part of an acid group of a water-soluble polymer having an acid group is a salt, and This is a metal separation and recovery device using the same.
また、本発明の特徴は、金属を配位結合により凝集物とする金属回収薬剤であって、アミノ基を有する水溶性高分子と、酸性基を有する水溶性高分子とを有し、アミノ基を有する水溶性高分子は直鎖炭化水素からなる主鎖にアミノ基が結合している高分子及び直鎖炭化水素からなる主鎖にアミノ基を有していない高分子からなる共重合体であることを特徴とする金属回収薬剤およびそれを用いた金属分離回収装置である。 A feature of the present invention is a metal recovery agent that makes a metal an agglomerate by coordination bond, having a water-soluble polymer having an amino group and a water-soluble polymer having an acidic group, The water-soluble polymer having a chain is a copolymer composed of a polymer in which an amino group is bonded to a main chain composed of a straight chain hydrocarbon and a polymer not having an amino group in the main chain composed of a straight chain hydrocarbon. There are provided a metal recovery agent and a metal separation / recovery device using the same.
また、本発明の特徴は、金属を配位結合により凝集物とする金属回収薬剤であって、アミノ基を有する水溶性高分子と、酸性基を有する水溶性高分子とを有し、酸性基を有する水溶性高分子は直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基が結合している高分子及び直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基を有していない高分子からなる共重合体であることを特徴とする金属回収薬剤およびそれを用いた金属分離回収装置である。 A feature of the present invention is a metal recovery agent that makes a metal an agglomerate by coordination bond, having a water-soluble polymer having an amino group and a water-soluble polymer having an acidic group, The water-soluble polymer having a polymer is a copolymer composed of a polymer in which an acidic group is bonded to a main chain composed of straight chain hydrocarbons and a polymer not having an acid group in the main chain composed of linear hydrocarbons. There are provided a metal recovery agent and a metal separation / recovery device using the same.
また、本発明の特徴は、金属を配位結合により凝集物として回収する金属回収方法であって、金属が溶解している水溶液に一部がカルボン酸アンモニウム塩になっているアミノ基を有する水溶性高分子を添加する工程と、金属が溶解している水溶液に一部がアルカリ金属塩になっている酸性基を有する水溶性高分子を添加する工程とを有する金属回収方法である。 In addition, a feature of the present invention is a metal recovery method for recovering a metal as an agglomerate by coordination bond, which is an aqueous solution having an amino group that is partially a carboxylic acid ammonium salt in an aqueous solution in which the metal is dissolved. This is a metal recovery method comprising a step of adding a functional polymer and a step of adding a water-soluble polymer having an acidic group, part of which is an alkali metal salt, to an aqueous solution in which the metal is dissolved.
本発明により、イオン半径の大きな希土類等の金属を高速で大量に回収できる。 According to the present invention, a large amount of metals such as rare earth having a large ionic radius can be recovered at high speed.
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<本発明の原理>
本発明の金属含有水中からの金属回収の原理について、図1を用いて説明する。本発明では、金属回収薬剤はアミノ基を有する水溶性高分子および酸性基を有する水溶性高分子を有するものとする。また、本発明でイオン半径の大きな遷移金属としては、イオン半径が0.8オングストローム以上のものを指す。具体的には1価の銀(イオン半径:1.37オングストローム),2価のカドミウム(イオン半径:0.97オングストローム),3価の金(イオン半径:0.85オングストローム),ランタニド系のプラセオジム(3価、イオン半径:1.01オングストローム)、ネオジム(3価、イオン半径:1.00オングストローム),ユーロピウム(3価、イオン半径:0.95オングストローム),ディスプロシウム(3価、イオン半径:0.91オングストローム)等である。
<Principle of the present invention>
The principle of metal recovery from the metal-containing water of the present invention will be described with reference to FIG. In the present invention, the metal recovery agent has a water-soluble polymer having an amino group and a water-soluble polymer having an acidic group. In the present invention, the transition metal having a large ionic radius refers to those having an ionic radius of 0.8 angstrom or more. Specifically, monovalent silver (ion radius: 1.37 angstrom), divalent cadmium (ion radius: 0.97 angstrom), trivalent gold (ion radius: 0.85 angstrom), lanthanide-based praseodymium (Trivalent, ionic radius: 1.01 angstrom), neodymium (trivalent, ionic radius: 1.00 angstrom), europium (trivalent, ionic radius: 0.95 angstrom), dysprosium (trivalent, ionic radius) : 0.91 angstrom).
まず、遷移金属のイオン1が溶解している金属含有水に、アミノ基を有する水溶性高分子2を添加する。すると、アミノ基は金属イオンに配位結合する。なお、遷移金属は6配位のものを図示しているが、6配位の以外の金属の場合は、1個の金属イオンに対して、配位数分のアミノ基が配位結合する。これにより、金属イオンとアミノ基を有する水溶性高分子とからなる結合物3が生成する。こうして、金属含有水中の金属イオンがアミノ基を有する水溶性高分子2にトラップされる。
First, the water-soluble polymer 2 having an amino group is added to metal-containing water in which the
次に、カルボキシル基を有する水溶性高分子4の溶液を加える。なお、ここでは酸性基としてカルボキシル基を有している場合を図示しているが、スルホン基の場合でも同様である。
Next, a solution of the water-
カルボキシル基を有する水溶性高分子4の添加により、アミノ基を有する水溶性高分子2のアミノ基とカルボキシル基を有する水溶性高分子4の酸性基とからなるイオン結合5が形成される。このイオン結合5の形成により、カルボキシル基を有する水溶性高分子4とアミノ基を有する水溶性高分子2とが架橋する。すると、この架橋物は水に溶解できなくなり、金属イオンをトラップした凝集物6として析出する。この凝集物は、濾過槽を通すことで分離でき、結果として金属を回収することができる。
By adding the water-
ここで、薬剤の配位結合できる置換基の数の方が、金属含有水中の金属イオン数と配位数との積より大きくないと、金属含有水中に配位結合できない金属イオンが生じるため、金属回収効率が向上しない。また、カルボキシル基を有する水溶性高分子4の酸性基も配位子として機能する。そのため、図1では最初にアミノ基を有する水溶性高分子2を添加しているが、カルボキシル基を有する水溶性高分子4の方を初めに添加してもかまわない。本発明で形成される凝集物6は、カルボキシル基を有する水溶性高分子4を加えると瞬時に形成される。そのため、高速で金属回収を行うことができる。また、アミノ基を有する水溶性高分子2を加える量およびカルボキシル基を有する水溶性高分子4を加える量の添加比率が一方に偏っていても凝集するので、排水中にこれら高分子が残る割合は極めてわずかである。これは、高分子同士がわずかでも架橋すると水に不溶になるためである。そのため、凝集剤による排水の汚染が無視できるほど、アミノ基を有する水溶性高分子2およびカルボキシル基を有する水溶性高分子4はわずかである。
Here, if the number of substituents that can be coordinated with the drug is greater than the product of the number of metal ions in the metal-containing water and the coordination number, metal ions that cannot be coordinated in the metal-containing water are generated. Metal recovery efficiency is not improved. Moreover, the acidic group of the water-
次に、本発明の金属回収の原理について、図2及び図3を用いて説明する。 Next, the principle of metal recovery according to the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、酸を加える方法について図2を用いて説明する。前述の方法で形成された凝集物6を容器に移し、酸7(H+Y-)を加える。すると、凝集物が溶解し、金属イオンは加えた酸のアニオンとイオン結合した形(M+Y-)を形成する。また、カルボキシル基を有する水溶性高分子4は、凝集物形成時、カルボキシル基がアニオン構造(CO2 -)になり、イオン結合を形成していた。しかし、酸を加えられることでカルボキシル基(CO2H)に変化し、アミノ基を有する水溶性高分子2とのイオン結合が解消する。高分子同士のイオン結合が解消するため、凝集物は水溶性となり溶解する。更に、アミノ基を有する水溶性高分子2のアミノ基は加えた酸のアニオンとアンモニウム塩構造の高分子8に変化する。ここで、酸7はカチオンおよびアニオンとも1価の構造のものを示しているが、2価や3価でも使え、特に価数の制限はない。
First, a method for adding an acid will be described with reference to FIG. The
凝集物が溶解した溶液において、透析膜等により高分子量のアミノ基を有する水溶性高分子2及びカルボキシル基を有する水溶性高分子4と金属塩とを分離することにより、金属塩として回収することができる。
In the solution in which the aggregate is dissolved, the water-soluble polymer 2 having a high molecular weight amino group and the water-
続いて、強塩基などの塩基を加える方法について図3を用いて説明する。前述の方法で形成された凝集物6を容器に移し、塩基9(N+OH-)の水溶液を加える。すると、凝集物が溶解し、金属イオンは加えた塩基のアニオンとイオン結合した形(M+OH-)になる。また、アミノ基を有する水溶性高分子2は、凝集物形成時、アミノ基がカチオン構造(NH3 +)になり、イオン結合を形成していた。しかし、塩基の水溶液を加えられることで、アミノ基(NH2)に変化し、カルボキシル基を有する水溶性高分子4とのイオン結合が解消する。高分子同士のイオン結合が解消するため、凝集物は水溶性となり溶解する。更に、カルボキシル基を有する水溶性高分子4のカルボキシル基は、加えた塩基のカチオンとカルボン酸塩構造の高分子10となる。ここで、塩基9はカチオンおよびアニオンとも1価の構造のものを示しているが、2価や3価でも使え、特に価数の制限はない。凝集物が溶解した溶液において、金属が水酸化物に変化する。遷移金属の水酸化物は水に難溶のため、濾過によって回収することができる。
Next, a method for adding a base such as a strong base will be described with reference to FIG. The
次に、本発明の希土類等のイオン半径の大きな遷移金属を選択的に回収する原理について、図4及び図5を用いて説明する。 Next, the principle of selectively recovering a transition metal having a large ion radius such as rare earth according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図4は、大きなイオン半径の遷移金属イオン11に、アミノ基の一部がカルボン酸塩構造12になっているアミノ基を有する水溶性高分子13のアミノ基が配位結合している状態である。ここで、この遷移金属イオン11は配位数が6個のものを記しているが、異なる配位数の遷移金属イオン11でも考えは同じである。
FIG. 4 shows a state in which the amino group of the water-
図4では、遷移金属イオン11はイオン半径が大きいためアミノ基は6個配位している。しかし、図5に示すように小さなイオン半径の遷移金属イオン11の場合はカルボン酸塩構造12が他のアミノ基の配位を立体的に配位の邪魔をしたり、高分子鎖の柔軟性にも限界があったりするので、結合しているアミノ基が6個配位できない。したがって、酸性基を有する水溶性高分子を加えて凝集させた場合、凝集物には取りこまれず、結果的に回収されない。こうして、イオン半径の大きな金属が選択的に凝集され、最終的に回収することができる。
In FIG. 4, since the
ところで、カルボキシル基,スルホン酸基等の酸性基も配位子になりうる。したがって、図4および図5のアミノ基を有する水溶性高分子13を、酸性基を有する水溶性高分子に代えても構わない。
By the way, acidic groups such as carboxyl groups and sulfonic acid groups can also be ligands. Therefore, the water-
<酸性基を有する水溶性高分子>
本発明では、酸性基を有する高分子の酸性基の一部を塩構造、特にアルカリ金属塩にした形で用いている。酸性基(カルボキシル基,スルホン酸基等)は遷移金属の配位子として機能するが、酸性基のアルカリ金属塩に変換すると配位子としての機能はかなり弱くなる。これにより、配位子として機能する酸性基間の距離を広げることができる。また、その間に配位子としての機能が弱い酸性基のアルカリ金属塩を入れることによって、大きなイオン半径の遷移金属を選択的に凝集させることができる。
<Water-soluble polymer having an acidic group>
In the present invention, a part of the acidic group of the polymer having an acidic group is used in the form of a salt structure, particularly an alkali metal salt. Acidic groups (carboxyl groups, sulfonic acid groups, etc.) function as transition metal ligands. However, when converted to alkali metal salts of acidic groups, the functions as ligands are considerably weakened. Thereby, the distance between acidic groups which function as a ligand can be extended. In addition, a transition metal having a large ionic radius can be selectively aggregated by inserting an alkali metal salt of an acidic group having a weak function as a ligand between them.
アルカリ土類金属等2価の金属を用いた場合、高分子内のカルボキシル基同士を架橋させ、水に難溶となる。したがって、1価の金属であるアルカリ金属が望ましい。また、アミンも考えられるが、これ自身、遷移金属に配位子として結合してしまい、小さなイオン半径の金属も凝集してしまうことがわかった。そのため、酸性基を塩構造にする場合、用いるのはアルカリ金属、具体的にはリチウム,ナトリウム,カリウム,ルビジウム、セシウム等が挙げられる。導入の際はアルカリ金属の水酸化物水溶液を、酸性基を有する水溶性高分子の水溶液に加え、撹拌することで得られる。その際の添加比率は、酸性基を有する水溶性高分子の酸性基のモル数より、アルカリ金属のモル数の方が少ないように制御する。これより多すぎると、遷移金属が水酸化物として析出してしまう恐れがある。よって、酸性基を有する水溶性高分子の酸性基の50%以上90%以下がアルカリ金属塩となっていることが望ましい。 When a divalent metal such as an alkaline earth metal is used, the carboxyl groups in the polymer are cross-linked and become hardly soluble in water. Therefore, an alkali metal which is a monovalent metal is desirable. Also, amines are conceivable, but they themselves bind to transition metals as ligands, and it has been found that metals with small ionic radii also aggregate. Therefore, when an acidic group is made into a salt structure, alkali metals, specifically lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and the like are used. In the introduction, an alkali metal hydroxide aqueous solution is added to an aqueous solution of a water-soluble polymer having an acidic group and stirred. The addition ratio at that time is controlled so that the number of moles of alkali metal is smaller than the number of moles of acidic groups of the water-soluble polymer having acidic groups. If it is too much, the transition metal may be precipitated as a hydroxide. Therefore, it is desirable that 50% or more and 90% or less of the acidic group of the water-soluble polymer having an acidic group is an alkali metal salt.
酸性基を有する水溶性高分子について、候補になるものを具体的に説明する。酸性基を有する水溶性高分子は、酸性基としてカルボキシル基またはスルホン酸基が挙げられる。このうち、カルボキシル基を有する水溶性高分子としては、安価でアミノ基とイオン結合しやすい点でポリアクリル酸が好適である。このほか、ポリメタクリル酸,ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸の共重合体等も挙げられる。これらは、直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基が結合している高分子である。これらの材料に限られるものではなく、これらの材料を2種以上併用しても差し支えない。 The water-soluble polymer having an acidic group will be specifically described as candidates. The water-soluble polymer having an acidic group includes a carboxyl group or a sulfonic acid group as the acidic group. Among these, as the water-soluble polymer having a carboxyl group, polyacrylic acid is preferable because it is inexpensive and easily forms an ionic bond with an amino group. In addition, copolymers of polymethacrylic acid, polyacrylic acid, and polymethacrylic acid are also included. These are polymers in which an acidic group is bonded to a main chain composed of a straight chain hydrocarbon. It is not restricted to these materials, and two or more of these materials may be used in combination.
スルホン酸基を有する水溶性高分子としては、ポリビニルスルホン酸またはポリスチレンスルホン酸が挙げられる。これらスルホン酸基は、カルボキシル基よりも酸性度が大きいため、アミノ基とのイオン結合を形成する割合が高く、安定な凝集物を得られる点で好ましい。 Examples of the water-soluble polymer having a sulfonic acid group include polyvinyl sulfonic acid and polystyrene sulfonic acid. Since these sulfonic acid groups have a higher acidity than the carboxyl group, the ratio of forming an ionic bond with an amino group is high, which is preferable in that a stable aggregate can be obtained.
ところで、塩構造に変換しなくてもカルボキシル基間の距離を離すことができる。例えば、直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基が結合している高分子と酸性基を有していない高分子とからなる共重合体が該当する。具体的にはポリアクリル酸およびポリアクリル酸メチルからなる共重合体、ポリアクリル酸およびポリスチレンからなる共重合体等が挙げられる。 By the way, even if it does not convert into a salt structure, the distance between carboxyl groups can be separated. For example, a copolymer composed of a polymer in which an acidic group is bonded to a main chain composed of a linear hydrocarbon and a polymer not having an acidic group is applicable. Specific examples include a copolymer made of polyacrylic acid and polymethyl acrylate, a copolymer made of polyacrylic acid and polystyrene, and the like.
酸性基を有している高分子としては、ポリアクリル酸,ポリメタクリル酸等が挙げられる。酸性基を有していない高分子としては、ポリアクリル酸メチル,ポリアクリル酸エチル,ポリアクリル酸プロピル,ポリアクリル酸ブチル,ポリアクリル酸ヘキシル,ポリアクリル酸オクチル,ポリアクリル酸デシル,ポリアクリル酸ドデシル,ポリメタクリル酸メチル,ポリメタクリル酸エチル,ポリメタクリル酸プロピル,ポリメタクリル酸ブチル,ポリメタクリル酸ヘキシル,ポリメタクリル酸オクチル,ポリメタクリル酸デシル,ポリメタクリル酸ドデシル,ポリスチレン等が挙げられる。これらの材料に限られるものではなく、これらの材料を2種以上併用しても差し支えない。用いるモノマを適宜混合し、重合させることにより上記の材料が合成され、所望の共重合体が得られる。混合比率はモル数で言えば酸性基を有している高分子が30%以上有る方が好ましい。なぜならば、30%未満になると、水に溶解しにくくなるためである。また、希土類等大きなイオン半径の金属を凝集回収しやすいように考えると、酸性基を有している高分子が90%以下であることが望ましい。 Examples of the polymer having an acidic group include polyacrylic acid and polymethacrylic acid. Polymers that do not have acidic groups include poly (methyl acrylate), poly (ethyl acrylate), poly (propyl acrylate), poly (butyl acrylate), poly (hexyl acrylate), poly (octyl acrylate), poly (decyl acrylate), poly (acrylic acid) Examples include dodecyl, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl methacrylate, polyoctyl methacrylate, polydecyl methacrylate, polydodecyl methacrylate, and polystyrene. It is not restricted to these materials, and two or more of these materials may be used in combination. The above materials are synthesized by appropriately mixing and polymerizing the monomers to be used, and a desired copolymer is obtained. The mixing ratio is preferably 30% or more of polymers having acidic groups in terms of moles. This is because when it is less than 30%, it becomes difficult to dissolve in water. Further, considering that it is easy to agglomerate and collect a metal having a large ionic radius such as rare earth, it is desirable that the polymer having an acidic group is 90% or less.
次に、酸性基を有する水溶性高分子の平均分子量(数平均分子量)について記述する。酸性基を有する水溶性高分子の平均分子量は、低すぎると凝集物の架橋部位の数が少なくなるので、凝集物の安定性が低くなる。また、凝集物が粘度の高い液状になる傾向もある。こうなると、濾過では凝集物の回収は困難になる。そこで酸性基を有する水溶性高分子の平均分子量は、2000以上が望ましい。 Next, the average molecular weight (number average molecular weight) of the water-soluble polymer having an acidic group will be described. If the average molecular weight of the water-soluble polymer having an acidic group is too low, the number of cross-linked sites of the aggregate decreases, and the stability of the aggregate decreases. In addition, the agglomerates tend to become liquids with high viscosity. In this case, it becomes difficult to collect the aggregate by filtration. Therefore, the average molecular weight of the water-soluble polymer having an acidic group is desirably 2000 or more.
なお、金属を含有する水の温度が40℃以上になると、平均分子量が2000の場合は凝集物が粘着性を有するようになる。工業排水の場合、温度が60℃程度まで高くなる場合もある。この場合は、更に平均分子量を大きくすることで、高温でも凝集物を固体化することができる。具体的には、平均分子量を5000以上にすることで、排水の温度が40℃でも凝集物を固体化ができる。よって、酸性基を有する水溶性高分子の平均分子量は、5000以上がより好ましい。更に、平均分子量を10000以上にすることで、排水の温度が60℃でも凝集物を固体化ができる。よって、酸性基を有する水溶性高分子の平均分子量は10000以上が更に好ましい。 In addition, when the temperature of the water containing a metal will be 40 degreeC or more, when an average molecular weight is 2000, an aggregate will come to have adhesiveness. In the case of industrial wastewater, the temperature may increase to about 60 ° C. In this case, the aggregate can be solidified even at a high temperature by further increasing the average molecular weight. Specifically, by setting the average molecular weight to 5000 or more, the aggregate can be solidified even when the temperature of the wastewater is 40 ° C. Therefore, the average molecular weight of the water-soluble polymer having an acidic group is more preferably 5000 or more. Furthermore, by setting the average molecular weight to 10,000 or more, the aggregate can be solidified even when the temperature of the waste water is 60 ° C. Therefore, the average molecular weight of the water-soluble polymer having an acidic group is more preferably 10,000 or more.
また、分子量が大きくなりすぎると、金属イオンと配位結合を形成途中において、水に対して溶解性が低下し析出してしまう傾向がある。これは、金属の価数が2以上の場合に顕著である。 On the other hand, if the molecular weight is too large, the solubility in water tends to decrease and precipitate during the formation of coordination bonds with metal ions. This is remarkable when the metal valence is 2 or more.
上記の原因は以下の通りである。価数が2以上の金属は1個の金属イオンが1つの高分子内で複数の架橋構造を形成し、水に難溶となる。高分子の分子量が大きくなると、この傾向が強まるため、アミノ基を有する水溶性高分子を加える前に溶解性が低下し、処理中の金属含有水が濁ってくるものと考えられる。こうなると、金属イオンが酸性基を有する水溶性高分子と配位結合を作らず金属含有水中に残ってしまう割合が増え、結果として金属回収率が低下する。 The cause of the above is as follows. In the case of a metal having a valence of 2 or more, one metal ion forms a plurality of cross-linked structures in one polymer and is hardly soluble in water. As the molecular weight of the polymer increases, this tendency becomes stronger, so that the solubility decreases before the addition of the water-soluble polymer having an amino group, and the metal-containing water being treated becomes cloudy. If it becomes like this, the ratio by which a metal ion will not make a coordinate bond with the water-soluble polymer which has an acidic group, but will remain in metal-containing water will increase, and metal recovery will fall as a result.
そのため、酸性基を有する水溶性高分子の平均分子量は、200000以下であることが望ましい。これにより、銅またはカドミウム等2価のイオンと配位結合しても、その結合物は水には析出しなくなる。ただ、アルミニウムまたは鉄のような3価のイオンでは、やはり若干の析出が見られる。そこで、酸性基を有する水溶性高分子の平均分子量は、より好ましくは100000以下であることが望ましい。これにより、アルミニウムまたは鉄等3価のイオンとイオン結合しても、その結合物は水には析出しなくなる。なお、数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって計測される。 Therefore, the average molecular weight of the water-soluble polymer having an acidic group is desirably 200,000 or less. Thereby, even if it coordinates-bonds with bivalent ions, such as copper or cadmium, the combined substance will not precipitate in water. However, with trivalent ions such as aluminum or iron, some precipitation is still observed. Therefore, the average molecular weight of the water-soluble polymer having an acidic group is more preferably 100,000 or less. Thereby, even if it ion-bonds with trivalent ions, such as aluminum or iron, the combined substance will not precipitate in water. The number average molecular weight is measured by gel permeation chromatography (GPC).
<アミノ基を有する水溶性高分子>
本発明では、アミノ基を有する高分子のアミノ基の一部をカルボン酸塩等の塩構造にした形で用いている。アミノ基は遷移金属の配位子として機能するが、アミノ基のカルボン酸塩に変換すると配位子としての機能はかなり弱くなる。これにより、配位子として機能するアミノ基間の距離を広げ、またその間に配位子としての機能が弱いアミノ基のカルボン酸塩を入れることによって、大きなイオン半径の遷移金属を選択的に凝集させることができる。
<Water-soluble polymer having amino group>
In the present invention, a part of the amino group of the polymer having an amino group is used in the form of a salt structure such as a carboxylate. The amino group functions as a transition metal ligand, but when converted to a carboxylate of an amino group, the function as a ligand is considerably weakened. As a result, the distance between amino groups that function as ligands is increased, and a carboxylate of an amino group that weakly functions as a ligand is inserted between them to selectively agglomerate transition metals having a large ionic radius. Can be made.
用いるカルボン酸は、メチル基やエチル基等の炭化水素基が結合しているものが挙げられる。ただし、イオン半径の大きな希土類等を選択的に回収するには、アミノ基の間に単なる直鎖のアルキル鎖を有するカルボン酸ではなく、立体障害の大きな残基を持った脂肪族カルボン酸を導入する方が好適である。立体障害の大きな残基としては、環状炭化水素基または分岐アルキル基等が考えられる。こういった残基を有するカルボン酸として具体的には、シクロブタンカルボン酸,シクロヘキサンカルボン酸,シクロオクタンカルボン酸,シクロデカンカルボン酸,シクロドデカンカルボン酸,t−ブチルカルボン酸,t−アミルカルボン酸等が挙げられる。なお、環状炭化水素基または分岐アルキル基の炭素数は12以下が望ましい。炭素数が12以上になると、アミノ基を有する高分子の水溶性が低下するためである。また、アミノ基を有する水溶性高分子のアミノの50%以上90%以下がカルボン酸塩となっていることが望ましい。 Examples of the carboxylic acid to be used include those having a hydrocarbon group such as a methyl group or an ethyl group bonded thereto. However, in order to selectively recover rare earths with large ionic radii, instead of carboxylic acids having a simple linear alkyl chain between amino groups, aliphatic carboxylic acids having residues with large steric hindrance are introduced. Is preferred. As the residue having a large steric hindrance, a cyclic hydrocarbon group or a branched alkyl group can be considered. Specific examples of the carboxylic acid having such a residue include cyclobutane carboxylic acid, cyclohexane carboxylic acid, cyclooctane carboxylic acid, cyclodecane carboxylic acid, cyclododecane carboxylic acid, t-butyl carboxylic acid, t-amyl carboxylic acid and the like. Is mentioned. Note that the cyclic hydrocarbon group or the branched alkyl group preferably has 12 or less carbon atoms. This is because when the number of carbon atoms is 12 or more, the water solubility of the polymer having an amino group decreases. Moreover, it is desirable that 50% or more and 90% or less of the amino of the water-soluble polymer having an amino group is a carboxylate.
アミノ基を有する水溶性高分子に導入の際は、カルボン酸の水溶液を、アミノ基を有する水溶性高分子の水溶液に加え、撹拌することで得られる。その際の添加比率は、アミノ基を有する水溶性高分子のアミノ基のモル数より、カルボン酸のモル数の方が少ないように制御する。これより多すぎると、遷移金属にカルボン酸が配位してしまい、小さなイオン半径の金属も凝集しやすくなり、大きなイオン半径の金属を回収する際の選択性が低下する。 When introducing into a water-soluble polymer having an amino group, it is obtained by adding an aqueous solution of a carboxylic acid to an aqueous solution of a water-soluble polymer having an amino group and stirring. The addition ratio in that case is controlled so that the number of moles of carboxylic acid is less than the number of moles of amino groups of the water-soluble polymer having amino groups. If it is more than this, the carboxylic acid is coordinated to the transition metal, the metal having a small ionic radius is likely to aggregate, and the selectivity when recovering the metal having a large ionic radius is lowered.
アミノ基を有する水溶性高分子について、具体的に説明する。アミノ基を有する水溶性高分子としては、同じ分子量中でアミノ基の割合が最も大きくなる点でポリエチレンイミンが好適である。また、ポリビニルアミンまたはポリアリルアミンといった、直鎖炭化水素にアミノ基を有するタイプも比較的安価で水に溶解しやすいので好適である。 The water-soluble polymer having an amino group will be specifically described. As the water-soluble polymer having an amino group, polyethyleneimine is preferable in that the amino group ratio is the largest in the same molecular weight. A type having an amino group in a linear hydrocarbon such as polyvinylamine or polyallylamine is also preferable because it is relatively inexpensive and easily dissolved in water.
ところで、塩構造に変換しなくてもアミノ基間の距離を離すことができる。例えば、直鎖炭化水素からなる主鎖にアミノ基が結合している高分子およびアミノ基を有していない高分子からなる共重合体が該当する。具体的にはポリアリルアミンおよびポリアクリル酸メチルからなる共重合体等が挙げられる。 By the way, even if it does not convert into a salt structure, the distance between amino groups can be separated. For example, a copolymer composed of a polymer in which an amino group is bonded to a main chain composed of linear hydrocarbons and a polymer not having an amino group is applicable. Specific examples include a copolymer composed of polyallylamine and polymethyl acrylate.
アミノ基を有している高分子としてはポリアリルアミンが挙げられる。アミノ基を有していない高分子としてはポリアクリル酸メチル,ポリアクリル酸エチル,ポリアクリル酸プロピル,ポリアクリル酸ブチル,ポリアクリル酸ヘキシル,ポリアクリル酸オクチル,ポリアクリル酸デシル,ポリアクリル酸ドデシル,ポリメタクリル酸メチル,ポリメタクリル酸エチル,ポリメタクリル酸プロピル,ポリメタクリル酸ブチル,ポリメタクリル酸ヘキシル,ポリメタクリル酸オクチル,ポリメタクリル酸デシル,ポリメタクリル酸ドデシル等が挙げられる。これらの材料に限られるものではなく、これらの材料を2種以上併用しても差し支えない。用いるモノマを適宜混合し、重合させることにより上記の材料が合成され、所望の共重合体が得られる。混合比率はモル数で言えばアミノ基を有している高分子が30%以上有る方が好ましい。なぜならば、30%未満になると、水に溶解しにくくなるためである。また、希土類等大きなイオン半径の金属を凝集回収しやすいように考えるとアミノ基を有している水溶性高分子が90%以下であることが望ましい。 Examples of the polymer having an amino group include polyallylamine. Polymers that do not have an amino group include polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polypropyl acrylate, polybutyl acrylate, hexyl acrylate, octyl polyacrylate, decyl polyacrylate, dodecyl polyacrylate , Polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyhexyl methacrylate, polyoctyl methacrylate, polydecyl methacrylate, polydodecyl methacrylate, and the like. It is not restricted to these materials, and two or more of these materials may be used in combination. The above materials are synthesized by appropriately mixing and polymerizing the monomers to be used, and a desired copolymer is obtained. The mixing ratio is preferably 30% or more of the polymer having amino groups in terms of moles. This is because when it is less than 30%, it becomes difficult to dissolve in water. Further, considering that it is easy to agglomerate and collect a metal having a large ionic radius such as rare earth, it is desirable that the water-soluble polymer having an amino group is 90% or less.
また、ポリアリルアミン,ポリエチレンイミン等のアミノ基の一部をアミド化等した高分子も挙げられる。アミド化の際は上記アミノ基を有している水溶性高分子の水溶液にカルボン酸を添加し縮合することで得られる。カルボン酸としては、アルキル鎖を有する化合物としては酢酸,プロピオン酸,吉草酸等が上げられる。また、シクロアルキル鎖を有する化合物としてはシクロブタンカルボン酸,シクロヘキサンカルボン酸,シクロオクタンカルボン酸,シクロデカンカルボン酸,シクロドデカンカルボン酸等が挙げられる。縮合反応の際に水溶性カルボジイミド等の縮合試薬を用いることで合成できる。 Moreover, the polymer which amidated some amino groups, such as polyallylamine and polyethyleneimine, is also mentioned. The amidation can be obtained by adding a carboxylic acid to an aqueous solution of the water-soluble polymer having an amino group and condensing it. Examples of the carboxylic acid include acetic acid, propionic acid, valeric acid and the like as the compound having an alkyl chain. Examples of the compound having a cycloalkyl chain include cyclobutane carboxylic acid, cyclohexane carboxylic acid, cyclooctane carboxylic acid, cyclodecane carboxylic acid, and cyclododecane carboxylic acid. It can be synthesized by using a condensation reagent such as water-soluble carbodiimide in the condensation reaction.
アミノ基を有する水溶性高分子は、平均分子量が小さいと常温でもアミン特有の臭気を発生する。具体的には、平均分子量が200未満の場合に顕著になる。そこで、アミノ基を有する水溶性高分子は平均分子量が200以上であることが好ましい。また、臭気をほとんど感じなくなるようにするため、可能であれば平均分子量は500以上が好ましい。 A water-soluble polymer having an amino group generates an amine-specific odor even at room temperature when the average molecular weight is small. Specifically, it becomes prominent when the average molecular weight is less than 200. Therefore, the average molecular weight of the water-soluble polymer having an amino group is preferably 200 or more. Further, the average molecular weight is preferably 500 or more, if possible, so that the odor is hardly felt.
一方、平均分子量が大きくなると、水溶液にしてもその粘度が高く、投入量管理,金属含有水への投入操作の際扱いが難しくなる。具体的には、平均分子量が1000000を超えると、10重量%の水溶液にしても粘度は3000mPa・s以上になる。そこで、アミノ基を有する水溶性高分子の平均分子量は1000000以下が好ましい。また、10重量%水溶液にしても粘度が1000mPa・s以下となり、投入量管理または金属含有水への投入操作の際の扱いを簡便にするためには、アミノ基を有する水溶性高分子の平均分子量は200000以下が好ましい。 On the other hand, when the average molecular weight is increased, the viscosity of the aqueous solution is high, and it becomes difficult to manage the input amount and perform the operation for charging the metal-containing water. Specifically, when the average molecular weight exceeds 1,000,000, the viscosity becomes 3000 mPa · s or more even with a 10% by weight aqueous solution. Therefore, the average molecular weight of the water-soluble polymer having an amino group is preferably 1000000 or less. Moreover, even if it is a 10% by weight aqueous solution, the viscosity becomes 1000 mPa · s or less, and in order to simplify the handling at the time of charging control or charging operation into metal-containing water, the average of water-soluble polymers having amino groups The molecular weight is preferably 200,000 or less.
<凝集剤の添加割合等>
次に、凝集剤の添加割合等について、具体的に説明する。ここで、金属含有水中の金属イオンのモル数と配位数との積をMB、添加する酸性基を有する水溶性高分子の酸性基の数をPA、添加するアミノ基を有する水溶性高分子のアミノ基の数をPBとする。希土類等大きなイオン半径の遷移金属を選択的に回収する場合は、PA+PBはMCより大きくなる必要はなく、金属含有水中に含まれるイオン半径の大きな遷移金属イオンのモル数と配位数との積MBより小さくなれば良い。即ち、下記式の条件が好ましい。
<Addition ratio of flocculant, etc.>
Next, the addition ratio of the flocculant and the like will be specifically described. Here, MB is the product of the number of moles and coordination number of metal ions in the metal-containing water, PA is the number of acidic groups of the water-soluble polymer having acidic groups to be added, and the water-soluble polymer having amino groups to be added. Let the number of amino groups in PB be PB. In the case of selectively recovering a transition metal having a large ionic radius such as rare earth, PA + PB does not need to be larger than MC, and the product of the number of moles and the coordination number of transition metal ions having a large ionic radius contained in the metal-containing water. It should be smaller than MB. That is, the conditions of the following formula are preferable.
PA+PB<MB…式(1)
式(1)の条件で添加することにより、高効率で金属含有水中のイオン半径の大きな金属イオンを選択的に回収できる。それぞれの水溶性高分子を多く加えすぎると、金属回収後の凝集物中の有機物成分が増え、凝集物中の金属含有率が低下する。また、金属回収のため凝集物を溶解させるための酸または塩基の使用量が増えるので、PA+PBはMBより大きくしないように制御することが好ましい。
PA + PB <MB Formula (1)
By adding under the condition of formula (1), metal ions having a large ion radius in the metal-containing water can be selectively recovered with high efficiency. If too much of each water-soluble polymer is added, the organic component in the aggregate after metal recovery increases, and the metal content in the aggregate decreases. Moreover, since the amount of acid or base used to dissolve the aggregate for metal recovery increases, it is preferable to control PA + PB so that it is not larger than MB.
なお、直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基が結合している高分子および酸性基を有していない高分子からなる共重合体と直鎖炭化水素からなる主鎖にアミノ基が結合している高分子およびアミノ基を有していない高分子からなる共重合体とについて、単独でも本発明の効果を達成することができるが、両方を有することにより、大きなイオン半径の金属をより選択的に回収できる。 It should be noted that a polymer having an acidic group bonded to a main chain composed of linear hydrocarbons and a copolymer composed of a polymer not having an acidic group and an amino group bonded to the main chain composed of linear hydrocarbons. The effect of the present invention can be achieved by a single polymer and a copolymer composed of a polymer not having an amino group, but by having both, a metal having a large ionic radius is more selected. Can be recovered.
磁気分離の適用について説明する。凝集物形成時に、凝集物内に磁性粉または鉄粉を含有させておくことで、磁気分離による凝集物回収ができる。ただ、凝集時に添加することが望ましいので、アミノ基を有する水溶性高分子および酸性基を有する水溶性高分子のうち、後で添加する方の水溶液に分散させておくと、凝集物の中に均一に混ざりやすい。均一に混ざることで、磁気分離の際、回収されない凝集物の割合が非常にわずかになる。したがって、磁性粉または鉄粉を凝集物に対して均一に分散させることは重要である。 The application of magnetic separation will be described. By containing magnetic powder or iron powder in the aggregate during the formation of the aggregate, the aggregate can be recovered by magnetic separation. However, since it is desirable to add at the time of aggregation, if it is dispersed in an aqueous solution to be added later among water-soluble polymers having amino groups and water-soluble polymers having acidic groups, Easy to mix evenly. By mixing uniformly, the fraction of aggregates that are not recovered during magnetic separation becomes very small. Therefore, it is important to uniformly disperse the magnetic powder or iron powder with respect to the aggregate.
(1)金属分離回収装置の発明の形態1
次に、本発明の金属分離回収装置について説明する。混合槽を2個有するタイプの金属分離回収装置の基本構成について、図6を使って説明する。
(1)
Next, the metal separation / recovery device of the present invention will be described. A basic configuration of a metal separation and recovery apparatus of a type having two mixing tanks will be described with reference to FIG.
まず、第1のタンク14からポンプ15により、配管16を通って酸性基を有する水溶性高分子水溶液が第一の混合槽17に投入される。
First, a water-soluble polymer aqueous solution having an acidic group is introduced into the
次に、第2のタンク18からポンプ19により、配管20を通ってアルカリ金属の水酸化物水溶液を第一の混合槽17に投入する。第2のタンク18,ポンプ19および配管20が、アルカリ金属の水酸化物水溶液を第一の混合槽17に投入する機構となる。これらの液体はオーバーヘッドスターラー21によって攪拌される。これにより、第一の混合槽17内で酸性基を有する水溶性高分子の酸性基の一部がアルカリ金属塩構造に変化する。アルカリ金属の水酸化物とは、水酸化ナトリウム,水酸化カリウム,水酸化ルビジウム,水酸化セシウム等のことである。また、ここで予め酸性基を有する水溶性高分子の酸性基の一部をアルカリ金属塩構造に変化させたものを第1のタンク14に入れておけば、第2のタンク18は不要となる。
Next, an alkali metal hydroxide aqueous solution is introduced into the
次に、希土類等の大きなイオン半径の遷移金属が含まれている金属含有水をポンプ22により、配管23を通って、第一の混合槽17に投入する。ポンプ22および配管23が金属含有水を第一の混合槽17に投入する機構となる。第一の混合槽17内の液体はオーバーヘッドスターラー21によって攪拌される。オーバーヘッドスターラー21が第一の混合槽17中の液体を撹拌により混合する機構となる。こうして、金属含有水に含まれる大きなイオン半径の遷移金属が主に酸性基を有する水溶性高分子の酸性基と配位結合を形成する。
Next, metal-containing water containing a transition metal having a large ionic radius such as rare earth is introduced into the
次に、第一の混合槽17内の液体を、ポンプ24により、配管25を通って、第二の混合槽26に投入する。第3のタンク27からポンプ28により、配管29を通ってアミノ基を有する水溶性高分子の水溶液を第二の混合槽26に投入する。すると、酸性基を有する水溶性高分子の酸性基とアミノ基を有する水溶性高分子のアミノ基とがイオン結合を形成し、水に不溶の凝集物30を形成する。第1のタンク14,ポンプ15,配管16,第3のタンク27,ポンプ28および配管29が、酸性基を有する水溶性高分子の水溶液及びアミノ基を有する水溶性高分子の水溶液を混合槽に投入する機構となる。
Next, the liquid in the
続いてシャッター31を開くと、フィルタ32を通って第二の混合槽26から凝集物30以外の液体が排出される。フィルタ32が第二の混合槽26により生じた凝集物30を濾過により回収する機構となる。凝集物30はフィルタ32でせき止められるため、第二の混合槽26からは排出されない。第二の混合槽26の液体成分が排出された後、シャッター31を閉じる。
Subsequently, when the
次に、第4のタンク33からポンプ34により、配管35を通って塩酸水溶液を第二の混合槽26に投入すると、凝集物30が溶解する。第4のタンク33,ポンプ34および配管35が凝集物30に対して塩酸を添加する機構となる。塩酸水溶液の代わりに硝酸水溶液を使用してもよい。
Next, when the hydrochloric acid aqueous solution is introduced into the
再びシャッター31を開くと、フィルタ32を通って第二の混合槽26から凝集物30が溶解した液体が排出され、金属回収槽36に入る。なお、金属回収槽36へ投入するか否かの制御はバルブ37で制御する。
When the
続いて、第5のタンク38からポンプ39により、配管40を通ってアルカリ金属の水酸化物水溶液である水酸化ナトリウム水溶液が金属回収槽36に投入される。第5のタンク38,ポンプ39および配管40がアルカリ金属の水酸化物水溶液を投入する機構となる。すると、遷移金属のイオンが水に難溶の遷移金属の水酸化物41として析出する。金属回収槽36の下部にあるシャッター42を開くと、フィルタ43を介して金属回収槽36から液体が薬剤回収槽44に入る。金属回収槽36に残った遷移金属の水酸化物を取り出すことで、金属回収は終了する。金属回収槽36がアルカリ金属の水酸化物水溶液を投入後に生成される固体を回収する機構となる。ここには図示しないが、これら操作が終わったら、第2の混合槽26は精製水等で洗浄することで、壁面等に付着した塩酸を除去することができる。
Subsequently, a sodium hydroxide aqueous solution, which is an alkali metal hydroxide aqueous solution, is supplied from the
ここで、酸性基を有する水溶性高分子およびアミノ基を有する水溶性高分子の順序は逆にしてもかまわない。つまり、第1のタンク14にアミノ基を有する水溶性高分子の水溶液を、第3のタンク27に酸性基を有する水溶性高分子の水溶液を入れる。ただし、第2のタンク18にはアルカリ金属の水酸化物の水溶液ではなく、カルボン酸の水溶液を入れることになる。
Here, the order of the water-soluble polymer having an acidic group and the water-soluble polymer having an amino group may be reversed. That is, an aqueous solution of a water-soluble polymer having an amino group is placed in the
(2)金属分離回収装置の発明の形態2
本発明の金属分離回収装置のうち、混合槽が1つである構成について図7を使って説明する。
(2) Embodiment 2 of the metal separation and recovery apparatus
Of the metal separation and recovery apparatus of the present invention, a configuration having one mixing tank will be described with reference to FIG.
第一の混合槽17に、(1)の第二の混合槽26に設けられていたシャッター31,フィルタ32,第3のタンク27からの配管29および第4のタンク33からの配管35を設ける。これにより、第二の混合槽26を設けなくとも本発明の金属分離回収装置を構成でき、混合槽を1つ減らせるので、装置をコンパクトにできる。
The
(3)金属分離回収装置の発明の形態3
本発明の金属分離回収装置のうち、磁気分離法を用いて金属分離及び金属回収を行う構成について、図8および図9を使って説明する。
(3)
Of the metal separation and recovery apparatus of the present invention, a configuration for performing metal separation and metal recovery using a magnetic separation method will be described with reference to FIGS.
まず、磁性粉を第3のタンク27のアミノ基を有する水溶性高分子水溶液に混合させておく。第3のタンク27からアミノ基を有する水溶性高分子水溶液と一緒に磁性粉が第一の混合槽17に投入されると凝集物30が形成し、凝集物30の中には磁性粉が含有される。
First, the magnetic powder is mixed with the water-soluble polymer aqueous solution having amino groups in the
本実施形態の装置では、第一のローラー45,第二のローラー46,第三のローラー47,第四のローラー48およびベルト49からなる磁性粉含有凝集物搬送機構を有する。第四のローラー48から第一のローラー45を経て第二のローラー46までの間のベルト表面は磁力を有するので、第一の混合槽17中の磁性粉含有凝集物をベルト表面に付着させることができる。第二のローラー46から第四のローラー48までは磁力がないので、凝集物30は第三のローラー47から外れ、凝集物回収槽50に落ちる。こうして金属イオンをトラップした凝集物30が凝集物回収槽50に集められる。
The apparatus of the present embodiment has a magnetic powder-containing aggregate transport mechanism including a
次に、図9を使って金属イオンをトラップした凝集物から金属を回収する工程を記述する。 Next, the process of recovering the metal from the aggregate in which the metal ions are trapped will be described with reference to FIG.
まず、第4のタンク33からポンプ34により、配管35を通って塩酸水溶液を凝集物回収槽50に投入する。すると凝集物30が溶解する。シャッター51を開けると、フィルタ52を介して凝集物30が溶解した液体が金属回収槽36に投入される。
First, an aqueous hydrochloric acid solution is introduced from the
続いて、第5のタンク38からポンプ39により、配管40を通って水酸化ナトリウム水溶液が金属回収槽36に投入される。そうすると、溶解していた金属が水酸化物になり、析出する。ここで、シャッター42を開けると溶解している酸性基を有する水溶性高分子およびアミノ基を有する水溶性高分子は、フィルタ43を通って薬剤回収槽44に入る。析出した金属の水酸化物はフィルタ43上に残る。こうして、磁気分離方式を用いることによっても金属回収ができる。
Subsequently, an aqueous sodium hydroxide solution is introduced into the
以下に具体的な実施例を示して、本願発明の内容をさらに詳細に説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、以下の実施例は全て室温(15℃以上20℃以下)において行われている。 The present invention will be described in more detail with reference to specific examples. The following examples show specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these examples, but by those skilled in the art within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Various changes and modifications are possible. Moreover, all the following examples are performed at room temperature (15 degreeC or more and 20 degrees C or less).
希土類を含む磁石合金として、Fe30Nd3PrDyを準備する。この合金は鉄(Fe)に対して希土類金属としてネオジム(Nd),プラセオジム(Pr),ディスプロシウム(Dy)の3種類が添加されている。 Fe 30 Nd 3 PrDy is prepared as a magnet alloy containing a rare earth. In this alloy, three types of neodymium (Nd), praseodymium (Pr), and dysprosium (Dy) are added as rare earth metals to iron (Fe).
この合金1kgに濃塩酸を加えて溶解させた。その後、pHをおおよそ2前後に制御するため、アルカリ金属の水酸化物として1規定の水酸化ナトリウム溶液を加えた。その後、精製水を加えて全体を1000kgの磁石合金水溶液に調製した。この水溶液の成分をイオンクロマトグラフィで分析したところ、Feが727ppm、Ndが160.4ppm、Prが52.2ppm、Dyが60.4ppmであった。金属の合計は1000ppmとなった。 Concentrated hydrochloric acid was added to 1 kg of this alloy and dissolved. Thereafter, 1N sodium hydroxide solution was added as an alkali metal hydroxide in order to control the pH to about 2. Thereafter, purified water was added to prepare a 1000 kg magnetic alloy aqueous solution as a whole. When components of this aqueous solution were analyzed by ion chromatography, Fe was 727 ppm, Nd was 160.4 ppm, Pr was 52.2 ppm, and Dy was 60.4 ppm. The total amount of metals was 1000 ppm.
また、これら金属の3価のイオン半径は、Feが0.64オングストローム、Ndが1.00オングストローム、Prが1.01オングストローム、Dyが0.91オングストロームであった。 The trivalent ionic radii of these metals were 0.64 angstrom for Fe, 1.00 angstrom for Nd, 1.01 angstrom for Pr, and 0.91 angstrom for Dy.
酸性基を有する水溶性高分子としてポリアクリル酸14.4重量%水溶液を500g準備した。ポリアクリル酸の繰り返し単位は分子量が約72である。よって、この中には繰り返し単位では1モル相当のポリアクリル酸が溶解している。これに、1規定の水酸化ナトリウム水溶液を500g加え、良く撹拌した。こうして、ポリアクリル酸のカルボキシル基の50%がナトリウム塩構造になった水溶液が得られた。この水溶液を水溶液Aとする。 As a water-soluble polymer having an acidic group, 500 g of a 14.4% by weight polyacrylic acid aqueous solution was prepared. The repeating unit of polyacrylic acid has a molecular weight of about 72. Therefore, polyacrylic acid equivalent to 1 mol is dissolved in the repeating unit. To this, 500 g of 1N aqueous sodium hydroxide solution was added and stirred well. Thus, an aqueous solution in which 50% of the carboxyl groups of polyacrylic acid had a sodium salt structure was obtained. Let this aqueous solution be the aqueous solution A.
磁石合金水溶液1kgをガラス容器に入れ、撹拌中に水溶液Aを44g滴下した。撹拌を継続しながら、ポリエチレンイミンの4.3重量%水溶液を30g滴下した。すると、凝集物が形成された。ガラス容器中の液を濾過により除き、凝集物を回収した。凝集物に塩酸を加えると、凝集物が溶解した。凝集物の溶解した液体を撹拌中、1規定の水酸化ナトリウムを滴下すると、固体が析出した。液体を濾過し固体を回収した。 1 kg of the magnetic alloy aqueous solution was put in a glass container, and 44 g of the aqueous solution A was dropped while stirring. While continuing the stirring, 30 g of a 4.3% by weight aqueous solution of polyethyleneimine was added dropwise. Then, an aggregate was formed. The liquid in the glass container was removed by filtration to collect aggregates. When hydrochloric acid was added to the aggregate, the aggregate was dissolved. While stirring the liquid in which the aggregate was dissolved, 1N sodium hydroxide was added dropwise to precipitate a solid. The liquid was filtered to recover the solid.
固体を塩酸に溶解し精製水を加えて1kgにした。この液体中の金属の含有量をイオンクロマトグラフィで測定すると、Feが36ppm、Ndが152ppm、Prが50ppm、Dyが57ppmであった。Feは上記処理により5%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収され、イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できた。 The solid was dissolved in hydrochloric acid and purified water was added to make 1 kg. When the metal content in the liquid was measured by ion chromatography, Fe was 36 ppm, Nd was 152 ppm, Pr was 50 ppm, and Dy was 57 ppm. Fe became less than 5% by the said process. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were all recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
酸性基を有する水溶性高分子としてポリアクリル酸14.4重量%水溶液を500g準備した。これに2規定の水酸化ナトリウム水溶液を450gおよび精製水50gを加え、良く撹拌した。こうして、ポリアクリル酸のカルボキシル基の90%がナトリウム塩構造になった水溶液が得られた。この水溶液を水溶液Bとする。 As a water-soluble polymer having an acidic group, 500 g of a 14.4% by weight polyacrylic acid aqueous solution was prepared. To this, 450 g of 2N aqueous sodium hydroxide solution and 50 g of purified water were added and stirred well. Thus, an aqueous solution in which 90% of the carboxyl groups of the polyacrylic acid had a sodium salt structure was obtained. This aqueous solution is designated as aqueous solution B.
また、加える水酸化ナトリウム水溶液を減らして、その分精製水を加え、ポリアクリル酸のカルボキシル基の40%がナトリウム塩構造になった水溶液及び30%になった水溶液も調製した。これらの水溶液をそれぞれ、水溶液Cおよび水溶液Dとする。 Moreover, the sodium hydroxide aqueous solution to be added was reduced, and purified water was added correspondingly to prepare an aqueous solution in which 40% of the carboxyl groups of polyacrylic acid had a sodium salt structure and an aqueous solution in which 30% became a sodium salt structure. Let these aqueous solutions be the aqueous solution C and the aqueous solution D, respectively.
水溶液A44gの代わりに水溶液B44gを用いる以外は実施例1と同様に実験を行ったところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが30ppm、Ndが155ppm、Prが51ppm、Dyが58ppmであった。Feは上記処理により5%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収され、イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できた。 An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that 44 g of the aqueous solution B was used instead of 44 g of the aqueous solution A. As a result of ion chromatography, Fe was 30 ppm, Nd was 155 ppm, Pr was 51 ppm, and Dy was 58 ppm. Fe became less than 5% by the said process. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were all recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
水溶液A44gの代わりに水溶液C44gを用いる以外は実施例1と同様に実験したところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが145ppm、Ndが147ppm、Prが47ppm、Dyが54ppmであった。Feは上記処理により約20%、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約90%回収された。イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できることは判明したが、選択性は水溶液Aおよび水溶液Bを用いた場合に比べて低下した。 When an experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that 44 g of the aqueous solution C was used instead of 44 g of the aqueous solution A, the results of ion chromatography were 145 ppm for Fe, 147 ppm for Nd, 47 ppm for Pr, and 54 ppm for Dy. About 20% of Fe and about 90% of rare earth Nd, Pr and Dy were recovered by the above treatment. Although it was found that a rare earth having a large ionic radius can be selectively recovered, the selectivity is lower than when the aqueous solution A and the aqueous solution B are used.
水溶液A44gの代わりに水溶液D44gを用いる以外は実施例1と同様に実験したところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが295ppm、Ndが147ppm、Prが47ppm、Dyが54ppmであった。Feは上記処理により約40%、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約90%回収された。イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できることは判明したが、選択性は水溶液A,水溶液Bおよび水溶液Cを用いた場合に比べて低下した。 An experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the aqueous solution D44g was used instead of the aqueous solution A44g. As a result of ion chromatography, Fe was 295 ppm, Nd was 147 ppm, Pr was 47 ppm, and Dy was 54 ppm. About 40% of Fe and about 90% of rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered by the above treatment. Although it was found that a rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered, the selectivity was lower than when the aqueous solution A, the aqueous solution B and the aqueous solution C were used.
以上より、酸性基であるカルボキシル基の50%以上がナトリウム塩構造になっている方が、選択的に希土類を回収できた。したがって、酸性基の50%以上をアルカリ金属塩構造にすることで、イオン半径の大きな希土類金属を選択的に回収できた。 From the above, the rare earth was selectively recovered when 50% or more of the carboxyl groups which are acidic groups have a sodium salt structure. Therefore, a rare earth metal having a large ionic radius could be selectively recovered by making 50% or more of the acidic groups into an alkali metal salt structure.
塩化カドミウム1.63gと塩化第二鉄2.91gが溶解している水溶液1kgを調製した。これをカドミウム水溶液とする。この水溶液の成分をイオンクロマトグラフィで分析したところ、カドミウム(Cd)が1000ppm、Feも1000ppm溶解していることが判った。また、これら金属のイオン半径は、Fe(3価)が0.64オングストローム、Cd(2価)が0.97オングストロームである。 1 kg of an aqueous solution in which 1.63 g of cadmium chloride and 2.91 g of ferric chloride were dissolved was prepared. This is a cadmium aqueous solution. Analysis of the components of this aqueous solution by ion chromatography revealed that 1000 ppm of cadmium (Cd) and 1000 ppm of Fe were dissolved. The ionic radii of these metals are 0.64 angstroms for Fe (trivalent) and 0.97 angstroms for Cd (divalent).
カドミウム水溶液1kgをガラス容器に入れ撹拌中、水溶液Aを72g滴下した。撹拌を継続しながら、ポリエチレンイミンの4.3重量%水溶液を48g滴下した。すると、凝集物が形成された。ガラス容器中の液を濾過により除き、凝集物を回収した。凝集物に塩酸を加えると、凝集物が溶解した。凝集物の溶解した液体を撹拌中、1規定の水酸化ナトリウムを滴下すると、固体が析出した。液体を濾過し固体を回収した。 While agitating 1 kg of the cadmium aqueous solution in a glass container, 72 g of the aqueous solution A was dropped. While continuing to stir, 48 g of a 4.3 wt% aqueous solution of polyethyleneimine was added dropwise. Then, an aggregate was formed. The liquid in the glass container was removed by filtration to collect aggregates. When hydrochloric acid was added to the aggregate, the aggregate was dissolved. While stirring the liquid in which the aggregate was dissolved, 1N sodium hydroxide was added dropwise to precipitate a solid. The liquid was filtered to recover the solid.
固体を塩酸に溶解し精製水を加えて1kgにした。この液体中の金属の含有量をイオンクロマトグラフィで測定すると、Feが50ppm、Cdが952ppmであった。Feは上記処理により約5%となった。しかし、Cdは95%回収され、希土類以外でもイオン半径の大きいCdを選択的に回収できた。 The solid was dissolved in hydrochloric acid and purified water was added to make 1 kg. When the metal content in the liquid was measured by ion chromatography, Fe was 50 ppm and Cd was 952 ppm. Fe became about 5% by the said process. However, 95% of Cd was recovered, and Cd having a large ionic radius could be selectively recovered in addition to rare earths.
ポリエチレンイミンの8.6重量%水溶液を500g準備した。エチレンイミンの繰り返し単位は分子量が約43である。よって、この中には繰り返し単位では1モル相当のポリアクリル酸が溶解している。これに、シクロアルカン環を有するカルボン酸であるシクロヘキサンカルボン酸(分子量は約116)58g、精製水442gを加え、良く撹拌した。こうして、ポリエチレンイミンのアミノ基の50%がシクロヘキサンカルボン酸のカルボン酸塩構造になった水溶液が得られた。この水溶液を水溶液Eとする。 500 g of an 8.6% by weight aqueous solution of polyethyleneimine was prepared. The repeating unit of ethyleneimine has a molecular weight of about 43. Therefore, polyacrylic acid equivalent to 1 mol is dissolved in the repeating unit. To this, 58 g of cyclohexanecarboxylic acid (molecular weight is about 116) which is a carboxylic acid having a cycloalkane ring and 442 g of purified water were added and stirred well. In this way, an aqueous solution in which 50% of the amino groups of polyethyleneimine had a carboxylate structure of cyclohexanecarboxylic acid was obtained. This aqueous solution is designated as aqueous solution E.
水溶液Aの代わりに酸性基を有する水溶性高分子としてポリアクリル酸7.2重量%水溶液44gを用い、ポリエチレンイミンの4.3重量%水溶液を30gの代わりに水溶液Eを用いる以外は実施例1と同様の実験を行った。イオンクロマトグラフィの結果は、Feが32ppm、Ndが150ppm、Prが50ppm、Dyが57ppmであった。Feは上記処理により5%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収された。よってアミノ基を有する水溶性高分子のアミノ基を50%、環状アミンの塩構造にした場合、イオン半径の大きな希土類を選択的に回収できた。 Example 1 except that 44 g of a 7.2% by weight aqueous solution of polyacrylic acid was used as the water-soluble polymer having an acidic group instead of the aqueous solution A, and the aqueous solution E was used instead of 30% of a 4.3% by weight aqueous solution of polyethyleneimine. The same experiment was conducted. As a result of ion chromatography, Fe was 32 ppm, Nd was 150 ppm, Pr was 50 ppm, and Dy was 57 ppm. Fe became less than 5% by the said process. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered. Therefore, when the amino group of the water-soluble polymer having an amino group is 50% of a cyclic amine salt structure, a rare earth having a large ionic radius can be selectively recovered.
シクロヘキサンカルボン酸58gの代わりに分岐アルキル鎖を有するカルボン酸である2,2−ジメチルプロパン酸51gを用いる以外は実施例4と同様にして、ポリエチレンイミンのアミノ基の50%が2,2−ジメチルプロパン酸のカルボン酸塩構造になった水溶液を調製した。この水溶液を水溶液Fとする。 50% of the amino group of polyethyleneimine is 2,2-dimethyl in the same manner as in Example 4 except that 51 g of 2,2-dimethylpropanoic acid, which is a carboxylic acid having a branched alkyl chain, is used instead of 58 g of cyclohexanecarboxylic acid. An aqueous solution having a propanoic acid carboxylate structure was prepared. This aqueous solution is designated as an aqueous solution F.
水溶液E30gの代わりに水溶液F30gを用いる以外は実施例4と同様に実験を行ったところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが35ppm、Ndが152ppm、Prが50ppm、Dyが58ppmであった。Feは上記処理により5%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収された。よって、アミノ基を有する水溶性高分子のアミノ基を50%、分岐アルキル鎖を有するアミンの塩構造にした場合、イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できた。 An experiment was conducted in the same manner as in Example 4 except that 30 g of the aqueous solution F was used instead of 30 g of the aqueous solution E. As a result of ion chromatography, Fe was 35 ppm, Nd was 152 ppm, Pr was 50 ppm, and Dy was 58 ppm. Fe became less than 5% by the said process. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered. Therefore, when the amino group of the water-soluble polymer having an amino group has a 50% amino group and a salt structure of an amine having a branched alkyl chain, a rare earth having a large ionic radius can be selectively recovered.
また、加える2,2−ジメチルプロパン酸の添加量と精製水の添加量とを制御して、ポリエチレンイミンのアミノ基の90%がカルボン酸塩構造になった水溶液、40%になった水溶液および30%になった水溶液も調製した。これらの水溶液をそれぞれ水溶液G,水溶液H,水溶液Iとする。 Further, by controlling the amount of 2,2-dimethylpropanoic acid added and the amount of purified water added, an aqueous solution in which 90% of the amino groups of polyethyleneimine have a carboxylate structure, A 30% aqueous solution was also prepared. Let these aqueous solutions be the aqueous solution G, the aqueous solution H, and the aqueous solution I, respectively.
水溶液E30gの代わりに水溶液G30gを用いる以外は実施例4と同様に実験を行ったところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが32ppm、Ndが152ppm、Prが50ppm、Dyが57ppmであった。Feは上記処理により5%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収され、イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できた。 An experiment was performed in the same manner as in Example 4 except that 30 g of the aqueous solution G was used instead of 30 g of the aqueous solution E. As a result of ion chromatography, Fe was 32 ppm, Nd was 152 ppm, Pr was 50 ppm, and Dy was 57 ppm. Fe became less than 5% by the said process. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were all recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
水溶液E30gの代わりに水溶液H30gを用いる以外は実施例4と同様に実験したところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが150ppm、Ndが147ppm、Prが47ppm、Dyが54ppmであった。Feは上記処理により約20%回収され、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約90%回収された。イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できたが、選択性は水溶液Eおよび水溶液Fを用いた場合に比べて低下した。 An experiment was conducted in the same manner as in Example 4 except that 30 g of the aqueous solution H was used instead of 30 g of the aqueous solution E. As a result of ion chromatography, Fe was 150 ppm, Nd was 147 ppm, Pr was 47 ppm, and Dy was 54 ppm. About 20% of Fe was recovered by the above treatment, and about 90% of all rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered. Although a rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered, the selectivity was lower than when the aqueous solution E and the aqueous solution F were used.
水溶液E30gの代わりに水溶液I30gを用いる以外は実施例1と同様に実験したところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが300ppm、Ndが145ppm、Prが46ppm、Dyが52ppmであった。Feは上記処理により約40%回収され、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約90%回収された。イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できたが、選択性は水溶液E,水溶液F,水溶液Gおよび水溶液Hを用いた場合に比べて低下した。 An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that 30 g of the aqueous solution I was used instead of 30 g of the aqueous solution E. As a result of ion chromatography, Fe was 300 ppm, Nd was 145 ppm, Pr was 46 ppm, and Dy was 52 ppm. About 40% of Fe was recovered by the above treatment, and about 90% of all rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered. Although a rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered, the selectivity was lower than when the aqueous solution E, the aqueous solution F, the aqueous solution G and the aqueous solution H were used.
以上により、アミノ基を有する水溶性高分子のアミノ基の50%以上がカルボン酸塩構造になっている方が、選択的に希土類を回収できた。したがって、アミノ基の50%以上をカルボン酸塩構造にすることで、イオン半径の大きな希土類金属を選択的に回収できた。 As described above, the rare earth was selectively recovered when 50% or more of the amino groups of the water-soluble polymer having an amino group have a carboxylate structure. Therefore, a rare earth metal having a large ionic radius could be selectively recovered by making 50% or more of amino groups into a carboxylate structure.
ポリエチレンイミンの4.3重量%水溶液30gの代わりに水溶液Fを30g用いる以外は実施例1と同様にして実験を行ったところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが22ppm、Ndが151ppm、Prが50ppm、Dyが57ppmであった。Feは上記処理により約3%となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収された。 An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that 30 g of the aqueous solution F was used instead of 30 g of the 4.3% by weight aqueous solution of polyethyleneimine. As a result of the ion chromatography, Fe was 22 ppm, Nd was 151 ppm, and Pr was 50 ppm. , Dy was 57 ppm. Fe was about 3% by the above treatment. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered.
この結果、用いる酸性基を有する水溶性高分子及びアミノ基を有する水溶性高分子の両者とも一部を塩構造にした場合でも、イオン半径の大きな希土類を選択的に回収できた。 As a result, even when both the water-soluble polymer having an acidic group and the water-soluble polymer having an amino group were partially salted, a rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
酸性基を有する水溶性高分子としてポリスチレンスルホン酸36.8重量%水溶液を500g準備した。ポリスチレンスルホン酸の繰り返し単位は分子量が約184である。よって、この中には繰り返し単位では1モル相当のポリスチレンスルホン酸が溶解している。これに、1規定の水酸化ナトリウム水溶液を500g加え、良く撹拌した。こうして、ポリスチレンスルホン酸のスルホン酸基の50%がナトリウム塩構造になった水溶液が得られた。この水溶液を水溶液Jとする。 As a water-soluble polymer having an acidic group, 500 g of a 36.8% by weight aqueous solution of polystyrene sulfonic acid was prepared. The repeating unit of polystyrene sulfonic acid has a molecular weight of about 184. Therefore, polystyrene sulfonic acid equivalent to 1 mol is dissolved in the repeating unit. To this, 500 g of 1N aqueous sodium hydroxide solution was added and stirred well. Thus, an aqueous solution in which 50% of the sulfonic acid groups of polystyrene sulfonic acid had a sodium salt structure was obtained. This aqueous solution is designated as aqueous solution J.
水溶液Aを44g用いる代わりに、水溶液Jを44g用いる以外は実施例1と同様に実験を行ったところ、イオンクロマトグラフィの結果は、Feが36ppm、Ndが155ppm、Prが50ppm、Dyが58ppmであった。Feは上記処理により5%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収された。 An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that 44 g of the aqueous solution A was used instead of 44 g of the aqueous solution A. As a result of ion chromatography, Fe was 36 ppm, Nd was 155 ppm, Pr was 50 ppm, and Dy was 58 ppm. It was. Fe became less than 5% by the said process. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered.
よって、酸性基を有する水溶性高分子の酸性基がカルボン酸ではなくスルホン酸であっても、イオン半径の大きな希土類を選択的に回収できた。 Therefore, even when the acidic group of the water-soluble polymer having an acidic group is not a carboxylic acid but a sulfonic acid, a rare earth having a large ionic radius can be selectively recovered.
アクリル酸(分子量は約72)およびメタクリル酸メチル(分子量は約100)を縣濁重合することでポリアクリル酸およびポリメタクリル酸メチルからなる共重合体を合成した。重合の際のモノマのモル比率はアクリル酸:メタクリル酸メチル=30:70,50:50,70:30の3種類合成した。これらをそれぞれアクリル酸−30,アクリル酸−50,アクリル酸−70とする。 A copolymer composed of polyacrylic acid and polymethyl methacrylate was synthesized by suspension polymerization of acrylic acid (molecular weight of about 72) and methyl methacrylate (molecular weight of about 100). Three types of monomer ratios in the polymerization were synthesized: acrylic acid: methyl methacrylate = 30: 70, 50:50, 70:30. These are referred to as acrylic acid-30, acrylic acid-50, and acrylic acid-70, respectively.
次に、アクリル酸−30の9.16重量%水溶液,アクリル酸−50の8.6重量%水溶液,アクリル酸−70の8.04重量%水溶液を調製する。 Next, a 9.16 wt% aqueous solution of acrylic acid-30, an 8.6 wt% aqueous solution of acrylic acid-50, and an 8.04 wt% aqueous solution of acrylic acid-70 are prepared.
水溶液Aを44g用いる代わりにアクリル酸−30の9.16重量%水溶液を44g、アクリル酸−50の8.6重量%水溶液を44g、およびアクリル酸−70の8.04重量%水溶液を44gそれぞれ用いて実施例1と同様の実験を行った。 Instead of using 44 g of aqueous solution A, 44 g of 9.16 wt% aqueous solution of acrylic acid-30, 44 g of 8.6 wt% aqueous solution of acrylic acid-50, and 44 g of 8.04 wt% aqueous solution of acrylic acid-70, respectively The same experiment as in Example 1 was performed.
その結果、アクリル酸−70を用いた場合、Feが36ppm、Ndが152ppm、Prが50ppm、Dyが57ppmであった。Feは上記処理により5%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収され、イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できた。 As a result, when acrylic acid-70 was used, Fe was 36 ppm, Nd was 152 ppm, Pr was 50 ppm, and Dy was 57 ppm. Fe became less than 5% by the said process. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were all recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
アクリル酸−50を用いた場合、Feが20ppm、Ndが130ppm、Prが48ppm、Dyが48ppmであった。Feは上記処理により3%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約80%回収され、イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できた。 When acrylic acid-50 was used, Fe was 20 ppm, Nd was 130 ppm, Pr was 48 ppm, and Dy was 48 ppm. Fe became less than 3% by the said process. However, about 80% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
アクリル酸−30を用いた場合、Feが14ppm、Ndが120ppm、Prが44ppm、Dyが45ppmであった。Feは上記処理により2%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約75%回収され、イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できた。 When acrylic acid-30 was used, Fe was 14 ppm, Nd was 120 ppm, Pr was 44 ppm, and Dy was 45 ppm. Fe became less than 2% by the said process. However, about 75% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
以上により、アクリル酸の割合、つまり、分子内の酸性基の割合が少なくなるほど、イオン半径の小さなFeはほとんど回収されなくなった。また、イオン半径が特に大きなPrはNd,Dyに比べて回収率の低下が少ないことから、分子内の酸性基の割合が小さくなるほど、より大きなイオン半径の金属を選択的に回収できることが示された。 As described above, as the proportion of acrylic acid, that is, the proportion of acidic groups in the molecule decreases, Fe having a small ionic radius is hardly recovered. In addition, Pr, which has a particularly large ionic radius, shows less reduction in the recovery rate than Nd and Dy, indicating that the smaller the proportion of acidic groups in the molecule, the more selectively a metal with a larger ionic radius can be recovered. It was.
ポリアリルアミン(繰り返し単位の分子量は約57)のアミノ基の一部に水溶性DCCを縮合剤として加え、酢酸をアミド結合で架橋した。アミド化されないアミノ基とアミド化されたアミノ基との比率について、それぞれ50:50,70:30の2種類合成した。それぞれをポリアリルアミン−50,ポリアリルアミン−70とする。 Water-soluble DCC was added as a condensing agent to a part of the amino group of polyallylamine (the molecular weight of the repeating unit was about 57), and acetic acid was crosslinked with an amide bond. Two ratios of 50:50 and 70:30 were synthesized for the ratio of the non-amidated amino group and the amidated amino group, respectively. These are designated as polyallylamine-50 and polyallylamine-70, respectively.
次に、ポリアリルアミン−50の6.4重量%、ポリアリルアミン−70の5.56重量%水溶液を調製した。4.3重量%のポリアリルアミン水溶液を30g用いる代わりに、ポリアリルアミン−50の6.4重量%水溶液を30gおよびポリアリルアミン−70の5.56重量%水溶液を30g用いる以外は、実施例1と同様の実験を行った。 Next, an aqueous solution of 6.4% by weight of polyallylamine-50 and 5.56% by weight of polyallylamine-70 was prepared. Example 1 except that 30 g of a 6.4 wt% polyallylamine-50 aqueous solution and 30 g of a 5.56 wt% polyallylamine-70 aqueous solution were used instead of using 30 g of a 4.3 wt% polyallylamine aqueous solution. A similar experiment was conducted.
その結果、ポリアリルアミン−50を用いた場合、Feが20ppm、Ndが130ppm、Prが48ppm、Dyが48ppmであった。Feは上記処理により3%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約80%回収され、イオン半径の大きな希土類を選択的に回収できた。 As a result, when polyallylamine-50 was used, Fe was 20 ppm, Nd was 130 ppm, Pr was 48 ppm, and Dy was 48 ppm. Fe became less than 3% by the said process. However, about 80% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
ポリアリルアミン−70を用いた場合、Feが36ppm、Ndが152ppm、Prが50ppm、Dyが57ppmであった。Feは上記処理により5%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約95%回収され、イオン半径の大きな希土類が選択的に回収できた。 When polyallylamine-70 was used, Fe was 36 ppm, Nd was 152 ppm, Pr was 50 ppm, and Dy was 57 ppm. Fe became less than 5% by the said process. However, about 95% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were all recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
以上により、ポリアリルアミンの割合、つまり、分子内のアミノ基の割合が少なくなるほど、イオン半径の小さなFeはほとんど回収されなくなった。本実施例の場合、共重合体の混合モル比率について、直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基が結合している高分子の存在割合を30%以上70%以下とすることにより、イオン半径の金属を選択的に回収できた。また、イオン半径が特に大きなPrはNd,Dyに比べて回収率の低下が少ないことから、分子内のアミノ基の割合が小さくなるほど、より大きなイオン半径の金属を選択的に回収できた。 As described above, as the proportion of polyallylamine, that is, the proportion of amino groups in the molecule decreases, Fe having a small ionic radius is hardly recovered. In the case of this example, with respect to the mixing molar ratio of the copolymer, the ratio of the polymer in which the acidic group is bonded to the main chain composed of linear hydrocarbon is adjusted to 30% or more and 70% or less. The metal was selectively recovered. In addition, Pr with a particularly large ionic radius has a lower recovery rate than Nd and Dy, so that the metal with a larger ionic radius could be selectively recovered as the proportion of the amino group in the molecule decreased.
実施例8で調製したアクリル酸−50を実施例8と同様に用い、実施例9で調製したポリアリルアミン−50を実施例9と同様に用いる以外は実施例1と同様の実験を行った。その結果、Feが5ppm、Ndが120ppm、Prが44ppm、Dyが45ppmであった。Feは上記処理により1%未満となった。しかし、希土類のNd,Pr,Dyはいずれも約75%回収され、イオン半径の大きな希土類を選択的に回収できた。 The same experiment as in Example 1 was performed except that acrylic acid-50 prepared in Example 8 was used in the same manner as in Example 8, and polyallylamine-50 prepared in Example 9 was used in the same manner as in Example 9. As a result, Fe was 5 ppm, Nd was 120 ppm, Pr was 44 ppm, and Dy was 45 ppm. Fe became less than 1% by the said process. However, about 75% of the rare earth Nd, Pr, and Dy were all recovered, and the rare earth having a large ionic radius could be selectively recovered.
以上により、直鎖炭化水素からなる主鎖に酸性基が結合している高分子および酸性基を有していない高分子からなる共重合体と直鎖炭化水素からなる主鎖にアミノ基が結合している高分子およびアミノ基を有していない高分子からなる共重合体とについて、単独で用いた実施例8および実施例9に比べて、本実施例のように両方用いることにより、大きなイオン半径の金属をより選択的に回収できた。 As described above, the amino group is bonded to the main chain consisting of a polymer composed of a polymer having an acidic group bonded to the main chain composed of linear hydrocarbons and a polymer not containing an acidic group, and the main chain composed of linear hydrocarbons. In comparison with Example 8 and Example 9 used alone, the polymer and the copolymer composed of a polymer having no amino group are used as in this example, so that The metal of ionic radius could be collected more selectively.
1 遷移金属のイオン
2,13 アミノ基を有する水溶性高分子
3 金属イオンとアミノ基を有する水溶性高分子とからなる結合物
4 カルボキシル基を有する水溶性高分子
5 イオン結合
6,30 凝集物
7 酸
8 アンモニウム塩構造の高分子
9 塩基
10 カルボン酸塩構造の高分子
11 遷移金属イオン
12 カルボン酸塩構造
14 第1のタンク
15,19,22,24,28,34,39 ポンプ
16,20,23,25,29,35,40 配管
17 第一の混合槽
18 第2のタンク
21 オーバーヘッドスターラー
26 第二の混合槽
27 第3のタンク
31,42,51 シャッター
32,43,52 フィルタ
33 第4のタンク
36 金属回収槽
37 バルブ
38 第5のタンク
41 遷移金属の水酸化物
44 薬剤回収槽
45 第一のローラー
46 第二のローラー
47 第三のローラー
48 第四のローラー
49 ベルト
50 凝集物回収槽
DESCRIPTION OF
Claims (10)
希土類金属又はカドミウムの何れかと鉄が溶解している水溶液に、一部がカルボン酸アンモニウム塩になっているアミノ基を有する水溶性高分子を添加する工程と、
前記水溶液に、一部がアルカリ金属塩になっている酸性基を有する水溶性高分子を添加して、前記希土類金属又はカドミウムの何れかを含む凝集物を形成する工程と、
前記凝集物を回収する工程とを有する金属回収方法。 A metal recovery method for recovering a metal as an aggregate by coordination bond,
Adding a water-soluble polymer having an amino group, part of which is an ammonium carboxylate, to an aqueous solution in which either rare earth metal or cadmium and iron are dissolved;
Adding a water-soluble polymer having an acidic group, part of which is an alkali metal salt, to form an aggregate containing either the rare earth metal or cadmium;
A metal recovery method including a step of recovering the aggregate.
前記水溶液中の金属のモル数と配位数との積をMB、前記酸性基を有する水溶性高分子の酸性基の数をPA、前記アミノ基を有する水溶性高分子のアミノ基の数をPBとするとき、PA+PB<MBを満たすように調整する金属回収方法。 The metal recovery method according to claim 1,
The product of the number of moles and the coordination number of the metal in the aqueous solution is MB, the number of acidic groups of the water-soluble polymer having acidic groups is PA, and the number of amino groups of the water-soluble polymer having amino groups is Metal recovery method that adjusts so that PA + PB <MB when PB is satisfied.
前記アミノ基を有する水溶性高分子または酸性基を有する水溶性高分子に磁性粉または鉄粉を添加する工程を有する金属回収方法。 The metal recovery method according to claim 1 or 2,
A metal recovery method comprising a step of adding magnetic powder or iron powder to the water-soluble polymer having an amino group or the water-soluble polymer having an acidic group.
前記凝集物に強酸の水溶液を添加して前記凝集物を溶解する工程と、
前記凝集物が溶解した液体に強塩基の水溶液を加えて水酸化物を析出させる工程と、
前記水酸化物を回収する工程とを有する金属回収方法。 In the metal recovery method according to any one of claims 1 to 3,
Adding an aqueous solution of a strong acid to the aggregate to dissolve the aggregate;
A step of Ru to precipitate a hydroxide by adding a strong base aqueous solution to the liquid in which the agglomerate has dissolved,
And a step of recovering the hydroxide .
アルカリ金属の水酸化物水溶液を備える第2のタンクと、
前記酸性基を有する水溶性高分子の水溶液、前記アルカリ金属の水酸化物水溶液、希土類金属又はカドミウムの何れかと鉄が溶解している水溶液が混合される第一の混合槽と、
アミノ基を有する水溶性高分子の水溶液を備える第3のタンクと、
前記アミノ基を有する水溶性高分子の水溶液と前記第一の混合槽で混合された液体とが混合される第二の混合槽と、
前記第二の混合槽で生じた前記希土類金属又はカドミウムの何れかを含む凝集物を、前記第二の混合槽の液体成分から回収する機構とを備える金属分離回収装置。 A first tank comprising an aqueous solution of a water-soluble polymer having an acidic group;
A second tank comprising an alkali metal hydroxide aqueous solution;
A first mixing tank in which an aqueous solution of the water-soluble polymer having an acidic group, the alkali metal hydroxide aqueous solution, a rare earth metal or an aqueous solution in which cadmium is dissolved and iron is mixed;
A third tank comprising an aqueous solution of a water-soluble polymer having an amino group;
A second mixing tank in which the aqueous solution of the water-soluble polymer having an amino group and the liquid mixed in the first mixing tank are mixed;
A metal separation and recovery device comprising: a mechanism for recovering an aggregate containing either the rare earth metal or cadmium generated in the second mixing tank from the liquid component of the second mixing tank.
前記第1のタンクは酸性基を有する水溶性高分子の水溶液に替えてアミノ基を有する水溶性高分子の水溶液を備え、
前記第3のタンクはアミノ基を有する水溶性高分子の水溶液に替えて酸性基を有する水溶性高分子の水溶液を備える金属分離回収装置。 The metal separation and recovery apparatus according to claim 5,
The first tank includes an aqueous solution of a water-soluble polymer having an amino group instead of the aqueous solution of the water-soluble polymer having an acidic group,
The third tank is a metal separation / recovery device comprising an aqueous solution of a water-soluble polymer having an acidic group instead of an aqueous solution of a water-soluble polymer having an amino group.
前記第3のタンクは更に磁性粉または鉄粉を備える金属分離回収装置。 In the metal separation / recovery device according to claim 5 or 6,
The third tank is a metal separation and recovery device further comprising magnetic powder or iron powder.
前記凝集物に対して塩酸または硝酸を添加する機構を有する金属分離回収装置。 In the metal separation / recovery device according to any one of claims 5 to 7,
A metal separation and recovery device having a mechanism for adding hydrochloric acid or nitric acid to the aggregate.
前記塩酸または硝酸を添加した後に第二のアルカリ金属の水酸化物水溶液を投入する機構を有する金属分離回収装置。 The metal separation and recovery device according to claim 8,
A metal separation and recovery device having a mechanism for adding a second alkali metal hydroxide aqueous solution after adding hydrochloric acid or nitric acid.
前記第二のアルカリ金属の水酸化物水溶液を投入後に生成される固体を回収する機構を有する金属分離回収装置。 The metal separation and recovery apparatus according to claim 9,
A metal separation and recovery device having a mechanism for recovering a solid produced after charging the second alkali metal hydroxide aqueous solution.
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