説明

セレン含有水の処理方法

【課題】 セレン含有水から高い除去率で簡単且つ安価にセレンを除去することができるとともに、セレン含有水からセレンを含む化合物を効率的に分離して回収することができる、セレン含有水の処理方法を提供する。
【解決手段】 製錬工程のセレン含有排水に銅粉または銅化合物を添加して、銅による浸出・還元を行った後、HSガスを吹き込んで硫化物を沈殿させて回収することにより、銅とともにセレンを除去する。また、回収した沈殿物を自溶炉の原料として使用することにより、セレンを回収する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セレン含有水の処理方法に関し、特に、製錬工程やセレンの製造・加工工程から排出されたセレン含有排水などのセレン含有水を処理する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、セレン含有水の処理方法として、鉄粉置換処理法、2価鉄を用いた還元処理法、3価鉄を用いた共沈法などが知られているが、平成5年8月の水質汚濁防止法施行令の一部改正によりセレンに関する排水基準が0.1mg/L以下と規定されたことに伴い、セレンの除去能力の高い処理技術の開発が進められてきた。
【0003】
近年、セレンの除去能力の高い方法として、セレン含有排水に弱酸性下で2価鉄イオンを添加し、さらに還元剤を用いて液の酸化還元電位を極低電位レベルまで低下させ、次いで急速に中和処理して2価鉄イオンを水酸化鉄として晶出させ、中和処理した後、固液分離することによりセレンを除去する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、その他の方法として、セレンと反応して難溶性塩を生成する金属塩をセレン含有水に添加する方法、セレン含有水を生物汚泥と嫌気状態で接触させてセレン化合物を沈殿除去する方法、Feなどの金属を排煙脱硫排水に接触させて排煙脱硫排水中の酸化性物質とセレンを除去する方法、イオン交換樹脂またはキレート樹脂にセレンを吸着させる方法、セレン含有液に銅塩を添加した後にアルカリを添加して凝集物を分離することによりセレンを除去する方法、6価セレン含有排水を遷移金属化合物と還元剤との存在下でセレンを沈殿として除去する方法などが提案されている(例えば、特許文献2〜7参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平8−224585号公報(段落番号0006−0007)
【特許文献2】特開平5−78105号公報(段落番号0010)
【特許文献3】特開平8−323392号公報(段落番号0004−0006)
【特許文献4】特開平9−47790号公報(段落番号0010−0011)
【特許文献5】特開平10−137753号公報(段落番号0006)
【特許文献6】特開平11−57746号公報(段落番号0008)
【特許文献7】特開平8−132074号公報(段落番号0007)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このように、排水中のセレンを安全に分離し且つ厳しい排出規制に沿って無害化する様々な方法が提案されている。しかし、これらの方法には、セレン以外の多くの沈殿物が残留したり、対象排水の制限により所望のセレンの除去率を得ることができない場合にセレンの回収効率を高めるために過剰な設備が必要であったり、使用する試薬が高価であったり、プロセスが煩雑であったりするなどの問題がある。また、回収したセレンを非鉄金属製錬の原料として使用可能な状態に分離できないという問題もある。
【0006】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セレン含有水から高い除去率で簡単且つ安価にセレンを除去することができるとともに、セレン含有水からセレンを含む化合物を効率的に分離して回収することができる、セレン含有水の処理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】
【0007】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セレン含有水に銅、鉄または亜鉛の金属またはこれらの金属の化合物を添加した後、硫化して沈殿物を生成させることにより、セレン含有水から高い除去率で簡単且つ安価にセレンを除去することができるとともに、セレン含有水からセレンを含む化合物を効率的に分離して回収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。
【0008】
すなわち、本発明によるセレン含有水の処理方法は、セレン含有水に銅、鉄または亜鉛の金属またはこれらの金属の化合物を添加した後、硫化して沈殿物を生成させることを特徴とする。このセレン含有水の処理方法において、セレン含有水中にHS、NaSHまたはNaSを供給することにより硫化を行うのが好ましい。また、セレン含有水に添加する銅、鉄または亜鉛の当量がセレン含有水中のセレンの当量以上であるのが好ましい。また、銅、鉄または亜鉛の金属またはこれらの金属の化合物が、銅、鉄または亜鉛の金属粉末またはこれらの金属の硫酸塩、硝酸塩または塩化物、あるいは、製錬工程で使用される電解液であるのが好ましい。また、硫化の際に酸化還元電位(Ag/AgCl電極)を200mV以下にするのが好ましい。さらに、セレン含有水中のSe濃度が5mg/L以上であるのが好ましい。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、セレン含有水から高い除去率で簡単且つ安価にセレンを除去することができるとともに、セレン含有水からセレンを含む化合物を効率的に分離して回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して、本発明によるセレン含有水の処理方法の実施の形態について説明する。
【0011】
図1は、本発明によるセレン含有水の処理方法の一実施の形態を説明する工程図である。図1に示すように、まず、処理対象であるセレン含有水として、製錬工程から排出されたセレン含有排水を用意する。このセレン含有排水は、Seイオンとして、例えば90%程度の4価のSeイオンと10%程度の6価のSeイオンを含んでいる。
【0012】
次に、セレン含有排水にCu粉またはCuSOを添加する。Cu粉を添加すると、セレンが還元されてセレン含有排水中のSe濃度が約50%になる。一方、CuSOを添加すると、セレンが多少還元されてセレン含有排水中のSe濃度が若干下がる。Cu粉の代わりにZn粉やFe粉を添加しても同様の効果が得られる。また、PbSのように浸出し易い化合物を添加してもセレン含有排水中のSe濃度をかなり低下させることができる。しかし、Ag粉やHgを添加してもセレン含有排水中のSe濃度をほとんど低下させることができない。
【0013】
次に、セレン含有排水にHSガスを吹き込んで硫化すると、黒色のCuSの沈殿物が生成する。この硫化には、HSを使用するのが好ましいが、NaSHやNaSを使用してもよい。また、Cu粉の代わりにFe粉を添加した場合には、黄色い沈殿物が生成する。これは、製錬工程から排出されたセレン含有排水中に存在するAsがAsとして沈殿したり、セレン含有排水中に溶存しているSOとHSとの反応による硫黄元素が生成するためである。この黄色い沈殿物は、Cu粉を添加した場合にも生成すると考えられるが、黒色のCuSの沈殿物の存在により識別することができない。なお、沈殿物が生成しても酸化還元電位(ORP)(Ag/AgCl電極)は直ぐには下がらず、200mV付近で止まっている。これは、溶存しているイオンがまだ相当量存在しているためであると考えられる。ORPが200mV以下になると、ORPが急激に下降し始め、一気に負の電位になる。溶存している金属イオンが無くなると、HSが過剰になり、液中に溶け込んで電位を下げるためである。HSの流量にもよるが、直ぐにHSガスの供給を停止しても制御できない程に電位が下がる。その場合、暴気によって液中からHSを追い出す必要がある。
【0014】
なお、セレン含有排水にCu粉などを添加せずに直接HSを吹き込んで硫化させた場合には、僅かな量のセレンが除去されるだけで、ほとんどのセレンが除去されずに液中に残っている。これは、SeS2−の溶解度が高いからであり、セレン含有排水にCu粉などを添加せずに直接硫化するのは好ましくない。また、セレン含有排水にHgを溶解して硫化によりSeを共沈させようとしても、そのような反応は室温では50%程度しか起こらない。これは、理論上考えられるHgSe化合物の生成が室温では起こり難いからであると考えられる。
【0015】
上記の硫化後に固液分離してもよい(図2を参照)。生成した黒色の沈殿物は、CuSを主成分とするSeを含んだ澱物である。この生成物は、製錬のバージン原料として処理されるCuSやCuFeSに近い組成であり、自溶炉に投入してCuを完全に回収することができる。また、Seについては、粗銅から電解精製を経て銅スライムになった後、精銀工程において得られたSe液をSO還元して、Seメタルを回収することができる。このようにしてセレン含有排水からセレンを回収することができる。なお、ここで固液分離せず、後工程で生成される沈殿物と共に固液分離し、回収して自溶炉により処理してもよい。
【0016】
上記の硫化後にCuやSeなどを沈殿させた液は、pHが低い酸性の液である。HSを吹き込んだ場合はそれだけで酸性になる。また、セレン含有排水中のSe濃度が極端に高い場合や、妨害元素(NaSOなど)の存在のために除去できないSeイオンがある場合や、何らかの処理により6価のSeが生成された場合には、硫化によってセレンが除去されずに液中にセレンが残存している場合がある。このような場合には、CaOなどを添加してpHを高くして酸化させ、4価または6価のSeを完全に6価のSeにするのが好ましい。ここで添加するアルカリとしては、CaまたはMgが好ましい。このようにして、石膏(CaSO・2HO)を生成させて、溶存するSOイオンの量を少なくすることができる。
【0017】
次に、液中にBaClなどのBa塩を添加して、難溶性のBa塩を生成することにより、Seを沈殿させて除去することができる。過剰に投入したBaClは、液のpHを中性に戻すためにHSOやNaSOを添加することよって、BaSO塩として除去することができる。沈殿物は、スラグ原料として自溶炉に戻すことができる。このように、硫化工程で生成される沈殿物と共に固液分離することにより、自溶炉に投入する原料が分離される。
【0018】
なお、Baイオンの添加量は、Se濃度とSO濃度によって決定される。これらのイオン濃度が不明である場合には、電気伝導度を測定することにより、過剰なBaイオンの添加量を最小限にすることができる。例えば、BaClを添加する場合には、最初にBa塩が沈殿するため、電気伝導度が大きく上昇することはないが、過剰のBaClが添加されるとBa2+イオンとClイオンのために電気伝導度が上昇する。
【実施例】
【0019】
以下、本発明によるセレン含有水の処理方法の実施例について詳細に説明する。
【0020】
[実施例1]
まず、表1に示すようにSe115.8mg/L、Cu1.34mg/L、Pb1.38mg/L、Zn1.67mg/L、Fe4.91mg/L、As327.8mg/L、Hg8.2μg/Lを含み、pH0.7、酸化還元電位(ORP)(Ag/AgCl電極)320mVのセレン含有排水(セレン含有排水A)1Lを計量してビーカーに入れた。
次に、このセレン含有排水に試薬(特級)の銅粉10gを添加し、室温において直径30mmのプロペラ羽根を400rpmで回転させて60分間撹拌した。
【0021】
次に、5Cのろ紙を用いて吸引ろ過により固液分離した後、HS純度99%の圧縮ボンベを用いて、ろ液1Lに対して0.2L/分の流量でHSガスを吹き込み、ORPが−100mV付近になったときに吹き込みを止めて、熟成のために10分間撹拌し続けて反応させた。その後、5Cのろ紙を用いて吸引ろ過により沈殿物を固液分離し、ろ液を分析した。その結果、本実施例では99.9%のセレンを除去することができた。本実施例のろ液の分析結果を表1に示す。
【0022】
【表1】

【0023】
[比較例1]
実施例1と同様のセレン含有排水1Lをビーカーに入れて撹拌し、HS純度99%の圧縮ボンベを用いて、0.2L/分の流量でHSガスをセレン含有排水に吹き込み、ORP(Ag/AgCl電極)が−100mV付近になったときに吹き込みを止めて、熟成のために10分間撹拌し続けた。この時、電位が若干上がったので、電位を一定に保つように時々HSガスを吹き込んだ。次いで、生成した黄色の沈殿物を除去するため、5Cのろ紙を用いて吸引ろ過により固液分離し、ろ液を分析した。その結果、本比較例ではセレンを28.7%しか除去することができず、実施例1のように銅紛を添加しないで単純な硫化を行っただけの場合には、セレンをほとんど除去することができないことがわかった。本比較例のろ液の分析結果を表1に示す。
【0024】
[比較例2〜9]
実施例1と同様のセレン含有排水1Lを計量して8個のビーカーの各々に入れ、それぞれに試薬(特級)の銀粉、銅粉、還元鉄粉、亜鉛粉、HgCl、HgCl、硫酸鉛、酸化鉛10gを添加し、室温において直径30mmのプロペラ羽根を400rpmで回転させて60分間撹拌した。次いで、未溶解成分と固体分を除去するため、5Cのろ紙を用いて吸引ろ過を行い、ろ液を分析した。その結果、これらの比較例では、それぞれセレンを0.3%、53.5%、51.8%、59.2%、19.9%、1.8%、21.2%および23.1%しか除去することができなかった。これらの比較例のろ液の分析結果を表2に示す。
【0025】
【表2】

【0026】
[比較例10、11]
セレン含有排水に添加する銅粉の量を20gとした以外は比較例3と同様の方法により得られたろ液について分析し(比較例10)、セレン含有排水に銅粉10gを添加して60分間撹拌し、固液分離した後、そのろ液1Lに銅粉10gをさらに添加して60分間撹拌し、固液分離した以外は比較例3と同様の方法により得られたろ液について分析した(比較例11)。その結果、これらの比較例では、それぞれセレンを52.9%および52.0%しか除去することができなかった。これらの比較例のろ液の分析結果を表2に示す。
【0027】
[比較例12、13]
銅粉の代わりに、それぞれ試薬(特級)のPbS1.15gおよびAs2gを添加した以外は比較例3と同様の方法により得られたろ液について分析した。その結果、これらの比較例では、それぞれセレンを88.6%および22.3%しか除去することができなかった。これらの比較例のろ液の分析結果を表2に示す。
【0028】
[比較例14〜19]
銅粉の代わりに、試薬(特級)のCuSO・5HOをそれぞれ0.393g、1.179g、1.965g、3.93g、11.79gおよび19.65g計量してセレン含有排水に添加し、撹拌時間を10分間とした以外は比較例3と同様の方法により得られたろ液について分析した。なお、撹拌時間を10分間にしたのは、10分間の撹拌によって明らかに溶解しており、それ以上撹拌しても変化しないと判断したからであり、また、撹拌後のごく少量の固体分を除去するために吸引ろ過した。その結果、これらの比較例では、それぞれセレンを27.0%、27.1%、27.3%、27.5%、29.1%および29.3%しか除去することができなかった。これらの比較例のろ液の分析結果を表3に示す。
【0029】
【表3】

【0030】
[比較例20〜22]
CuSO・5HOの代わりに、それぞれ試薬(特級)のZnSO・7HO4.4gおよびFeSO・7HO4.98gをセレン含有排水に添加した以外は比較例14〜19と同様の方法により得られたろ液について分析した(比較例20、21)。また、CuSO・5HOの代わりに、銅電解でブリードオフされた脱銅電解液67mLをセレン含有排水に添加した以外は比較例14〜19と同様の方法により得られたろ液について分析した(比較例22)。なお、この時の脱銅電解液中のCu濃度は18g/Lであった。その結果、これらの比較例では、それぞれセレンを23.9%、28.6%および36.1%しか除去することができなかった。これらの比較例のろ液の分析結果を表3に示す。
【0031】
比較例2〜22からわかるように、セレン含有排水に若干の金属または化合物を添加して固液分離しただけでセレンが若干除去されている。金属系の添加物の場合は約50%のセレンが除去され、硫酸塩化合物の場合は約30%のセレンが除去されている。Agの場合は効果がなく、Hgの場合も溶解性のHgでは効果がない。Pb化合物の場合は、PbSOやPbOでは効果が若干であるが、PbSでは非常に大きな効果があり、セレンの除去率が約89%である。これは、PbSが浸出されてPb2+になり、このPbイオンがセレン酸と化合して難溶性の塩を作るためと考えられる。PbSOやPbOでは、溶解度そのものが低く且つ反応性に乏しいため、セレンをそれ程除去することができないと推測される。
【0032】
[実施例2〜7]
銅粉の代わりに、試薬(特級)のCuSO・5HOをそれぞれ0.393g、1.179g、1.965g、3.93g、11.79gおよび19.65g計量してセレン含有排水に添加し、撹拌時間を10分間とした以外は実施例1と同様の方法により得られたろ液について分析した。その結果、これらの実施例では、それぞれ98.9%のセレンを除去することができた。これらの実施例のろ液の分析結果を表1に示す。
【0033】
[実施例8〜10]
CuSO・5HOの代わりに、それぞれ試薬(特級)のZnSO・7HO4.4g、FeSO・7HO4.98gおよび銅電解でブリードオフされた脱銅電解液67mLをセレン含有排水に添加した以外は実施例2〜7と同様の方法により得られたろ液について分析した。なお、脱銅電解液中のCu濃度は18g/Lであった。その結果、これらの実施例では、それぞれ98.9%、98.9%および99.0%のセレンを除去することができた。これらの実施例のろ液の分析結果を表1に示す。
【0034】
[比較例23〜26]
銅粉の代わりに、それぞれに試薬(特級)のHgCl10g、HgCl10g、PbS1.15gおよびAs2gをセレン含有排水に添加した以外は実施例1と同様の方法により得られたろ液について分析した。その結果、これらの比較例では、それぞれセレンを56.2%、59.3%、88.6%および61.5%しか除去することができなかった。これらの比較例のろ液の分析結果を表1に示す。
【0035】
比較例2〜22と実施例1との比較から、実施例1のように銅粉を添加した後にHSを吹き込むと、セレンが劇的に除去されることがわかる。また、実施例2〜7のようにCuSO・5HOを添加、すなわちCu2+イオンを添加した後にHSを吹き込んだ場合も、銅粉を添加した場合よりもセレンの除去率が若干劣るが、非常に良くセレンを除去していることがわかる。但し、CuSO系の場合は、セレンの排出基準0.1mg/Lを満たしていないので、この排出基準を満たすためには、さらに処理を行うか、あるいは後述する実施例12および13のように、実施例1〜10で使用したセレン含有排水よりもセレンの含有量が少ないセレン含有排水に適用すればよい。また、SO2−イオンの制御などによって、実施例1〜10で使用したようなセレンの含有量が多いセレン含有排水にも適用できると考えられる。なお、セレン含有排水に添加するCuの濃度は、セレンの当量と同等以上であれば、充分にセレンを除去することができる。また、実施例8〜10のように、ZnやFeの硫酸塩を添加してもセレンを十分に除去することができ、また、銅製錬で使用されている電解液を添加してもセレンを十分に除去することができる。一方、比較例23、24および26のように、HgやAsを添加した後に硫化した場合は、セレンの除去率が50%程度であり、セレン含有排水に金属粉を添加しただけの場合とほぼ同等であり、硫化を行ってもセレンの除去率が低い。
【0036】
[実施例11]
実施例1で得られたろ液にpH=11になるようにCaO(北上石灰(株)製)のスラリーを添加した。このCaOのパルプ濃度は150g/Lになるようにイオン交換水でパルプ調整した。また、CaOのスラリーの添加量は約6mLであった。この添加時間は10分間であり、その後30分間熟成させて反応させた(合計40分間)。この反応物を固液分離し、ろ液1Lに試薬(特級)のBaCl・2HO10gを添加し、10分間撹拌した後、固液分離し、ろ液を分析した。その結果、セレンの除去率は100%であり、完全に除去できなかったセレンを難溶性のBa塩として沈殿させて分離除去することができた。この実施例のろ液の分析結果を表4に示す。
【0037】
【表4】

【0038】
[比較例27、28]
表5に示すようにSe12.19mg/L、Cu4.61mg/L、Pb2mg/L、Zn6.25mg/L、Fe1.62mg/L、As1.41mg/L、Hg2.2μg/Lを含み、pH4.5、酸化還元電位(ORP)(Ag/AgCl電極)273mVのセレン含有排水(セレン含有排水B)1Lを使用した以外は、比較例14(セレン含有排水にCuSO・5HOを0.393g添加した比較例)および比較例22(銅電解でブリードオフされた脱銅電解液67mLをセレン含有排水に添加した比較例)と同様の方法により得られたろ液について分析した。これらの比較例では、それぞれセレンの除去率が4.4%と20.4%であり、使用したセレン含有排水のセレン濃度が低いために、Cuイオンの添加によりセレンがほとんど除去されなかった。これらの比較例のろ液の分析結果を表5に示す。
【0039】
【表5】

【0040】
[実施例12、13]
比較例27および28で得られたそれぞれのろ液1Lに、HS純度99%の圧縮ボンベを用いて、ORP(Ag/AgCl電極)が−100mV付近になるように0.2L/分の流量でHSガスを吹き込んだが、結果的にORPが−150mVまで下がった。吹き込みを止めた後、熟成のために10分間撹拌し続けて反応させた。その後、5Cのろ紙を用いて吸引ろ過により沈殿物を固液分離し、ろ液を分析した。その結果、これらの実施例では、それぞれ99.3%および99.2%のセレンを除去することができ、セレンの含有量が少ないセレン含有排水Bでも、Cuイオンの添加後に硫化を行うことにより、セレンを十分に除去することができた。これらの実施例のろ液の分析結果を表6に示す。
【0041】
【表6】

【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明によるセレン含有水の処理方法の一実施の形態の工程図である。
【図2】本発明によるセレン含有水の処理方法の他の実施の形態の工程図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
セレン含有水に銅、鉄または亜鉛の金属またはこれらの金属の化合物を添加した後、硫化して沈殿物を生成させることを特徴とする、セレン含有水の処理方法。
【請求項2】
前記硫化が、前記セレン含有水中にHS、NaSHまたはNaSを供給することにより行われることを特徴とする、請求項1に記載のセレン含有水の処理方法。
【請求項3】
前記セレン含有水に添加する銅、鉄または亜鉛の当量が前記セレン含有水中のセレンの当量以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載のセレン含有水の処理方法。
【請求項4】
前記銅、鉄または亜鉛の金属またはこれらの金属の化合物が、銅、鉄または亜鉛の金属粉末またはこれらの金属の硫酸塩、硝酸塩または塩化物であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載のセレン含有水の処理方法。
【請求項5】
前記銅、鉄または亜鉛の金属またはこれらの金属の化合物が、製錬工程で使用される電解液であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載のセレン含有水の処理方法。
【請求項6】
前記硫化の際に酸化還元電位(Ag/AgCl電極)を200mV以下にすることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載のセレン含有水の処理方法。
【請求項7】
前記セレン含有水中のSe濃度が5mg/L以上であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載のセレン含有水の処理方法。


【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2006−116469(P2006−116469A)
【公開日】平成18年5月11日(2006.5.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−308567(P2004−308567)
【出願日】平成16年10月22日(2004.10.22)
【出願人】(000224798)同和鉱業株式会社 (550)
【Fターム(参考)】