説明

インジウム含有物からインジウムを回収する方法

【課題】様々な不純物を含むインジウム含有物から高純度インジウムを効率よく回収する方法の提供。
【解決手段】インジウムと前記インジウム以外の金属とを含むインジウム含有物から、インジウムを回収する方法において、前記インジウムを硫酸を含む溶液中に浸出させる浸出工程を含み、インジウム浸出液の硫酸濃度を35〜80g/Lとした、インジウム含有物からインジウムを回収する方法である。浸出温度を70〜80℃とする態様、インジウム浸出液の酸化還元電位を500mV以下とする態様が好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インジウム含有物からインジウムを回収する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
インジウムは、III-V族化合物半導体としてInP、InAs等の金属間化合物に、あるいは太陽電池用材料として錫をドープした酸化インジウム(ITO)、透明導電性薄膜に利用されており、今後その需要は益々伸長するものと期待されている。
【0003】
元来、インジウムには主たる鉱石がなく、工業的には亜鉛製錬、鉛製錬の副産物、例えば、ばい煙中に濃縮されたインジウムを回収することにより生産されている。したがってインジウム回収の原料は、Zn、Fe、Cu、Al、Ga、As、Cd等の金属不純物を多く含んでおり、またこれら金属成分以外にも微量に含まれる成分の種類が多い。
【0004】
したがって、これら金属不純物を除去し、高純度のインジウムを回収するには複雑な工程が必要となり、一般に上記インジウムの回収工程は、(A)pH調整により水酸化物として沈殿させる方法、(B)硫化剤の添加により硫化物として沈殿させる方法、(C)金属Al、Zn、Cd、Zn−Cd合金等の添加により置換析出させる方法、(D)溶媒抽出によってインジウムを回収する方法、(E)イオン交換法によるインジウムの回収方法、等の化学精製と、電解製錬法との組み合わせにより行なわれている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】特開平11−269570号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら前記回収工程のうち、(A)の方法は、金属イオンの水酸化物生成pH領域の違いを利用したものであり、例えばZn、AlとInの分離法としてはpHを12以上にすることによってZn、Alを溶解し、Inを水酸化物として沈殿させて回収する方法がある。しかしこの方法では、生成したInの水酸化物は濾過性が極めて悪いため濾過設備が大きくなり、操作も長時間となる。またこの方法ではFe、Cu、As、Cd等の不純物とInとの分離は困難である。
【0007】
(B)の方法は、金属硫化物の溶解度積の違いを利用したものであるが、前述のような様々な金属不純物を含むため純度の低い硫化物が大量に発生する。これらの硫化物は一般に濾過性が悪く、また得られたInの硫化物を浸出する場合、硫酸のみではInを完全に浸出することができないため、この方法には、湿式亜鉛工程に応用し難いという欠点がある。
【0008】
(C)については、インジウムより貴な不純物を含む場合にはその金属とInの分離は不可能である。またInが置換析出する場合に生成するスポンジは塊状化するため好ましい粉状金属が得られない。
【0009】
(D)、(E)についてはInと分離する不純物によっては前処理に負担がかかりまたランニングコストが高いという問題がある。
【0010】
上記いずれの化学精製方法においても、不純物金属の分離が不十分であるため、これと組み合わせる電解製錬方法も簡便な電解採取法(水溶液中に目的金属を浸出させておき不溶性の陽極を用いて電気分解し、一挙に陰極に高純度の金属を得る)を採用できず、煩雑な電解精製法(粗金属を陽極に、高純度金属を陰極において電気分解して精製を行なう)を採用せざるを得なかった。
【0011】
したがって、上記いずれの方法もそれぞれ欠点を有しており、実際の回収には上記の方法を組み合わせたものが使用されており、高純度Inを回収するためには工程が複雑でかつ煩雑となり、また、雑多に含まれる金属成分を除去するための条件を設定する際に、雑多な金属が含まれるため、良好な条件の予測は不可能であり、経済的な方法はまだ提案されていなかった。
【0012】
本発明は、従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、様々な不純物を含むインジウム含有物から高純度インジウムを効率よく回収する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を続け、試行錯誤の結果本発明に到達することができた。
【0014】
前記課題を解決する手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> インジウムと前記インジウム以外の金属とを含むインジウム含有物から、インジウムを回収する方法において、前記インジウムを硫酸を含む溶液中に浸出させる浸出工程を含み、インジウム浸出液の硫酸濃度を35〜80g/Lとした、インジウム含有物からインジウムを回収する方法である。
<2> 浸出温度を70〜80℃とした、前記<1>に記載のインジウムを回収する方法である。
<3> インジウム浸出液の酸化還元電位を500mV以下とした、前記<1>から<2>のいずれかに記載のインジウムを回収する方法である。
<4> インジウム浸出液から、インジウム以外の金属を硫化および還元浸出により分離し、電解を行う、前記<1>から<3>のいずれかに記載のインジウムを回収する方法である。
【発明の効果】
【0015】
本発明の方法によれば、多種、多様の金属不純物を含むインジウム含有物から、電解精製を要しない簡略な工程で、効率よく、しかも純度が5N以上の高純度のインジウムを回収することができる。また、各工程の濾過における濾過性を向上することができ、もって濾過設備を小さくすると共に操作を短時間で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明ではインジウムを含有するものを広く出発原料として採用し得るが、ここでは湿式亜鉛製錬に際して副生する中和石膏に適用する場合について説明することにする。本発明の方法によるインジウム回収の工程を図1に示す。
【0017】
(1)の工程では、中和石膏を硫酸で浸出すると、Inと共にCu、As、Al、Fe、Zn、Ga等の酸に可溶な不純物金属イオンが浸出され、不溶性石膏とのスラリーを形成する。浸出に使用する酸としては、硫酸の他に塩酸、硝酸等を使用でき、硫酸に制限されるものではないが硫酸が最も安価である。In浸出液の硫酸濃度を35〜80g/Lとし、酸化還元電位を500mV以下とし、浸出温度を60〜80℃とする。
【0018】
(2)の工程では、(1)の工程で得られたIn浸出スラリーに、硫化剤として例えばHS、NaSHを酸化還元電位(以下Ehと言う)が50〜320mV(Ag/AgCl電極使用)の範囲内に入るようにコントロールしながら添加し、Cu、As等の不純物を硫化物として沈殿除去する。このとき硫酸濃度も20〜40g/LにコントロールするためInは沈殿しない。
【0019】
(1)および(2)の工程の処理により中和石膏中に含まれるInの90%以上が硫酸酸性溶液中に移行するので、例えばフィルタープレス等を用いて沈殿物(銅残渣)を固液分離する。この時浸出時の不溶性石膏が濾過助剤の働きをするため、一般には悪い硫化物の濾過性が著しく改善される。銅残渣は亜鉛製錬の本系統へ送られる。
【0020】
(3)の工程では、(2)の工程で得られたIn含有水溶液に硫化剤例えばHS、NaSHを硫酸と同時に添加し、Inを硫化物として沈殿させ、フィルタープレス等を用いて固液分離し、液中に残るZn、Fe、Al、Ga等の不純物を分離除去する。Inの沈殿への回収率は95%以上である。濾液(硫化后液)は排水系統へ送られる。
【0021】
(4)の工程では、(3)の工程で得られた硫化インジウムに、硫酸酸性下でSOガスを吹き込みながらInを浸出する。
【0022】
硫化物の酸浸出法には一般に、(a)硫化水素発生型、(b)硫黄生成型、(c)硫酸生成型の3通りの型があるが、硫化インジウムを浸出する場合、(a)の反応では溶解度積が小さいため、Inを完全に浸出することができず、(b)、(c)の反応では酸化剤として酸素を用いる場合、反応温度、圧力をそれぞれ150℃、12kg/cmのように高くする必要があるためオートクレーブ等の圧力容器を反応槽としなければならない。また、この方法でInを完全に浸出することは可能であるが、酸化力が強力であるため含有している不純物も同様に完全に浸出されてしまう。
【0023】
本発明の方法では、酸化剤としてSOを用いることで(a)と(b)との反応の組み合わせを行ない、酸化力を適度にコントロールしInは浸出しつつ他の不純物の浸出を抑える、つまり選択的にInを浸出する。この時の温度は常温でもよく、圧力も大気圧でよいため通常の反応槽を使用することができる。反応後Inの90%以上が浸出液に移行するためフィルタープレス等を用いて固液分離する。ケーキ(硫黄残渣)は亜鉛製錬の本系統へ送られる。
【0024】
(5)の工程では、(4)の工程で得られたIn浸出液をアルカリ例えば苛性ソーダ等で中和し、好ましくはpHを1〜3.5の範囲に調整する。pHが1より低いと後の工程で置換剤として加える亜鉛末の使用量が過剰に必要となり、pHが3.5を超えるとInが水酸化物を生成してしまうためである。pHの調整後、インジウムよりイオン化傾向の大きい金属の粉末、例えば亜鉛末を添加してインジウムスポンジを置換析出させる。(4)の工程で浸出にSOを使用しているため(5)の工程に供するIn浸出液中にはSOが溶存している。この濃度を0.05〜0.3g/Lにコントロールすることによりインジウムスポンジの塊状化を防止することができ、粉状のインジウムスポンジを得ることができる。置換后液は前記(3)の工程へ繰り返される。
【0025】
(6)の工程では、(5)の工程で得られたインジウムスポンジを塩酸でpHを0.5〜1.5の範囲内、Ehを−400〜−500mVの範囲内にそれぞれコントロールして浸出する。この時Inの90%以上が浸出液に移行するためフィルタープレス等を用いて固液分離する。浸出残分(スポンジ滓)にはCd、Pb、Ni、As等の微量金属が濃縮されて除去できる。スポンジ滓は前記(4)の工程へ繰り返される。
【0026】
(7)の工程では、(6)の工程で得られたIn浸出液にまだCd、As等が残留している場合、硫化剤例えばHSガスを吹き込み、最終浄液を行ない、固液分離して濾液を電解元液とする。ケーキ(カドミ残渣)は前記(4)の工程へ繰り返される。
【0027】
(8)の工程では、(7)の工程で得られた電解元液から、アノードにDSA(寸法適格陽極)、カソードにTi板を用いて電解採取を行ない、高純度の金属インジウムを得る。
【実施例】
【0028】
(実施例1)
湿式亜鉛製錬工程で副生する中和石膏を出発原料としてインジウムの回収処理を行なった。
【0029】
この中和石膏を500mL採取して、容器内に投入した。この容器には、温度制御、撹拌機が取り付けられており、それぞれ制御可能となっている。該中和石膏の入った容器に、硫酸を55mLを2mL/分の速度で加え、反応温度60℃、攪拌機の回転数196rpmにて混合し、浸出反応させ、浸出スラリーを得た。
【0030】
浸出反応させた後、浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過速度及び濾過時間を測定した。濾過試験は、浸出スラリー(500mL)を容量が1.5Lの容器にて、容器内を5kg/cmの加圧しながら濾過することにより実施した。濾過速度は、濾液の量を、該濾液の量を濾過するまでの時間(濾過時間)で除算した値(濾液の量/濾過時間)である。濾過時間は、加圧初めから濾液が460mLに達するまでの時間である。即ち、この濾過時間が短い程、濾過性が優れている。また、上記濾過により得た濾液のpH、酸化還元電位(mV)、遊離硫酸濃度(g/L)、及びインジウム浸出率(%)を測定した。インジウム浸出率(%)は、化学分析により得たインジウム含有量と該中和石膏中のインジウム含有量との比(%)で表す。
【0031】
その結果、濾過時間は76秒であり、濾液のpHは0.62であり、濾液の酸化還元電位は474mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は41g/Lであり、インジウム浸出率は97.3%であった。この結果より、実施例1は、良好な濾過性を得ることができ、インジウムが十分に浸出されていることが分かった。
【0032】
なお、攪拌機の回転数の浸出反応に対する影響は少なく、攪拌機の回転数を2倍(392rpm)にして実施しても同様な結果であった。
【0033】
(実施例2)
反応温度を70℃に変更した以外は、実施例1と同様に浸出反応させた後、この浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過時間を測定した。
【0034】
その結果、濾過時間は70秒であり、濾液のpHは0.66であり、濾液の酸化還元電位は479mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は43g/Lであり、インジウム浸出率は97.8%であった。この結果より、実施例2は、良好な濾過性を得ることができ、インジウムが十分に浸出されていることが分かった。
【0035】
(実施例3)
反応温度を80℃に変更した以外は、実施例1と同様に浸出反応させた後、この浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過時間を測定した。
【0036】
その結果、濾過時間は38秒であり、濾液のpHは0.80であり、濾液の酸化還元電位は478mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は38g/Lであり、インジウム浸出率は97.5%であった。この結果より、実施例3は、良好な濾過性を得ることができ、インジウムが十分に浸出されていることが分かった。
【0037】
実施例1〜3の結果から、反応温度を60〜80℃、好ましくは70〜80℃にすると、良好な濾過性を得ることができ、インジウムの浸出が十分に得られることが分かった。また、反応温度を80℃とすると、反応温度が60〜70℃のときと比べて、顕著に濾過性が向上されることが分かった。
【0038】
(比較例1)
硫酸添加量を45mLに変更した以外は、実施例1と同様に浸出反応させた後、この浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過時間を測定した。
【0039】
その結果、濾過時間は1,000秒以上(濾過性が低くて途中で中断)であり、濾液のpHは1.42であり、濾液の酸化還元電位は447mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は不明であり、インジウム浸出率は不明であった。この結果より、反応温度が60℃であっても、硫酸量が少ないと濾過性が低くなることが分かった。
【0040】
(実施例4)
硫酸添加量を65mLに変更した以外は、実施例1と同様に浸出反応させた後、この浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過時間を測定した。
【0041】
その結果、濾過時間は52秒であり、濾液のpHは0.31であり、濾液の酸化還元電位は490mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は38g/Lであり、インジウム浸出率は98.5%であった。この結果より、実施例4は、良好な濾過性を得ることができ、インジウムが十分に浸出されていることが分かった。
【0042】
実施例1,4及び比較例1の結果から、硫酸添加量を55mL以上とすると、濾過性のが著しく改善されることが分かった。
【0043】
(実施例5)
電位調整剤として過酸化水素を用いて、酸化還元電位の調整を行ったこと以外は、実施例1と同様に浸出反応させた後、この浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過時間を測定した。
【0044】
その結果、濾過時間は49秒であり、濾液のpHは0.66であり、濾液の酸化還元電位は782mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は43g/Lであり、インジウム浸出率は96.7%であった。この結果より、実施例5は、良好な濾過性を得ることができ、インジウムが十分に浸出されていることが分かった。また、単純に濾液の酸化還元電位を上げても、浸出率の向上は図れないことが分かった。
【0045】
(比較例2)
電位調整剤として砒化銅を用いて、酸化還元電位の調整を行ったこと以外は、実施例1と同様に浸出反応させた後、この浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過時間を測定した。
【0046】
その結果、濾過時間は1,000秒以上(濾過性が低くて途中で中断)であり、濾液のpHは0.60であり、濾液の酸化還元電位は154mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は不明であり、インジウム浸出率は不明であった。この結果より、酸化還元電位が200mV以下では、インジウムの回収が不可能であり、酸化還元電位が400mV以上であれば、十分に効果が得られることが分かった。
【0047】
(実施例6)
反応温度を70℃に変更し、硫酸添加量を65mLに変更した以外は、実施例1と同様に浸出反応させた後、この浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過時間を測定した。
【0048】
その結果、濾過時間は12秒であり、濾液のpHは0.26であり、濾液の酸化還元電位は459mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は77g/Lであり、インジウム浸出率は99.6%であった。この結果より、実施例6は、顕著に良好な濾過性であり、インジウム浸出率も顕著に向上されていることが分かった。
【0049】
(実施例7)
反応温度を80℃に変更し、硫酸添加量を70mLに変更し、電位調整剤として砒化銅を用いて、酸化還元電位の調整を行い、凝集剤を10mL添加した以外は実施例1と同様に浸出反応させた後、この浸出スラリーの濾過試験を実施し、濾過時間を測定した。
【0050】
その結果、濾過時間は65秒であり、濾液のpHは0.30であり、濾液の酸化還元電位は150mVであり、濾液の遊離硫酸濃度は77g/Lであり、インジウム浸出率は99.4%であった。
すなわち、反応温度、硫酸添加量、酸化還元電位、及び凝集剤の添加などは、単純にそれらの効果が加算されるものではないことが分かった。
【表1】

【表2】

【0051】
(1)酸浸出
前記実施例6の条件で浸出を実施した。
この浸出により得られた浸出液を浸出液1とする。なお、この浸出では、従来と比べ5分の1程度の濾過時間で濾過が完了し、生産性向上が図られた。
原料および得られた浸出液1のIn、Zn、Cu、Asの含有率と分配率を表3に示す。
【0052】
【表3】

【0053】
(2)Cu等の除去
上記浸出工程で得られた浸出スラリーに、Ehが300mV(Ag/AgCl電極使用)になるまでNaSHを添加して硫化反応を行った。反応時間は2時間、反応温度は60℃であった。反応終了後、得られたスラリーを濾過し、ケーキを銅残渣、濾液を脱銅液とした。それぞれの分析結果を表4に示す。
【0054】
【表4】

【0055】
(3)硫化沈殿
上記脱銅液(In含有水溶液)を撹拌機で撹拌しながら、硫酸でpHを0.8の一定レベルに保ち、Ehが−20mV(Ag/AgCl電極使用)になるまでNaSHを添加してInを硫化物として沈殿させた。反応は60℃の温度で5時間行った。反応終了後、得られたスラリーを濾過し、ケーキを硫化残渣、濾液を硫化后液とした。それぞれの分析結果と物質収支を表5に示す。
【0056】
【表5】

【0057】
(4)SO浸出
上記(1)〜(3)の工程を繰り返して得られた硫化残渣を集めて417.7gとし、これに水を加えて固体濃度119g/Lのパルプとし、撹拌機で撹拌しながら硫酸を加えて硫酸濃度を51g/Lとし、溶存SO濃度が8g/LになるようにSOガスを吹き込んだ。反応は、80℃の温度で2時間行った。反応終了後、得られたスラリーを濾過し、ケーキを硫黄残渣、濾液をSO浸出液とした。それぞれの分析結果と物質収支を表6に示す。
【0058】
【表6】

【0059】
(5)置換析出
上記SO浸出液に空気を吹き込んで溶存SO濃度が0.2g/Lになるまで脱気し、pHが2.5になるまでNaOHを加えて中和したものを置換元液とした。得られた置換元液3,000mLに、Inに対して1.8当量の亜鉛末を添加し、Inスポンジを置換析出させた。反応温度は60℃、反応時間は1時間であった。各産物の分析結果と物質収支を表7に示す。
【0060】
【表7】

【0061】
(6)塩酸浸出工程
上記の諸工程を繰り返して集めたスポンジIn238.1gに水を加えて固体濃度144g/Lのパルプとし、撹拌機で撹拌しながら、pHが1、Ehが−480mV(Ag/AgCl電極使用)となるように塩酸を添加してインジウムを浸出した。反応温度は65℃、反応時間は3時間であった。各産物の分析結果と物質収支を表8に示す。
【0062】
【表8】

【0063】
(7)Cd等除去工程
上記塩酸浸出工程で得られた塩酸浸出液(1,500mL)にNaOHを加えてpH1.5まで中和した後、この液に1.5LのHSガスを吹き込んでCd等の不純物を硫化物として沈殿させた。反応温度は40℃、反応時間は0.5時間であった。反応後の懸濁液を濾過し、ケーキをカドミ残渣、濾液を脱Cd液とした。各産物の分析結果と物質収支を表9に示す。
【0064】
【表9】

【0065】
(8)電解採取工程
上記(7)の工程で得られた脱Cd液を電解元液とし、温度40℃、電流密度150A/mで48時間電解採取を行った。アノードにはDSAを、カソードにはTi板を使用した。電解元液および得られたインジウムと電解尾液の分析結果と物質収支を表10に示す。
【0066】
【表10】

【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】図1は、本発明の方法の概略を示す工程図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
インジウムと前記インジウム以外の金属とを含むインジウム含有物から、インジウムを回収する方法において、
前記インジウムを硫酸を含む溶液中に浸出させる浸出工程を含み、インジウム浸出液の硫酸濃度を35〜80g/Lとした、インジウム含有物からインジウムを回収する方法。
【請求項2】
浸出温度を70〜80℃とした、請求項1に記載のインジウムを回収する方法。
【請求項3】
インジウム浸出液の酸化還元電位を500mV以下とした、請求項1から2のいずれかに記載のインジウムを回収する方法。
【請求項4】
インジウム浸出液から、インジウム以外の金属を硫化および還元浸出により分離し、電解を行う、請求項1から3のいずれかに記載のインジウムを回収する方法。



【図1】
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