稀少金属の分離回収方法
【課題】抽出クロマトグラフにより複数の希少金属が含まれた金属含有溶液から複数の希少金属の夫々を別個に安定して回収する。
【解決手段】抽出剤を含浸した樹脂の吸着部２が充填されたカラム１に、複数の稀少金属が含まれた金属含有溶液４を通液する抽出クロマトグラフにより吸着部２に吸着される金属のグループＩと、金属含有溶液の二次廃液と共にカラム１から導出される金属のグループＩＩとに分離するに際し、予め金属含有溶液４に含有される各金属の分配比を求めておき、二次廃液と共に導出されるグループＩＩの金属は分配比が小さい順で導出されることに基づいて分配比が小さい金属から順次回収し、その後、カラム１に溶離液６を通液し、溶離液６と共に導出されるグループＩの金属は分配比が大きい順で導出されることに基づいて分配比が大きい金属から順次回収する。
【解決手段】抽出剤を含浸した樹脂の吸着部２が充填されたカラム１に、複数の稀少金属が含まれた金属含有溶液４を通液する抽出クロマトグラフにより吸着部２に吸着される金属のグループＩと、金属含有溶液の二次廃液と共にカラム１から導出される金属のグループＩＩとに分離するに際し、予め金属含有溶液４に含有される各金属の分配比を求めておき、二次廃液と共に導出されるグループＩＩの金属は分配比が小さい順で導出されることに基づいて分配比が小さい金属から順次回収し、その後、カラム１に溶離液６を通液し、溶離液６と共に導出されるグループＩの金属は分配比が大きい順で導出されることに基づいて分配比が大きい金属から順次回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の希少金属が含まれた金属含有溶液から抽出クロマトグラフにより複数の希少金属の夫々を別個に安定して回収するようにした稀少金属の分離回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、希少金属等の回収方法としては抽出分離方法が一般的に行われている。抽出分離方法は、アルカリや酸を用いて金属を溶解した後、その溶解溶液から抽出・逆抽出を繰り返すことによって金属毎に分離する方法である。しかし、抽出分離方法では、複数種類の金属が含有された合金材料、或いは石油系残渣の処理物等から目的とする複数種の金属を別個に回収する場合、多種類の抽出剤および逆抽出剤が必要であり、更に、分離回収に多くの時間が掛かり、費用が多大になるといった問題がある。また、溶解性等の性質が似ている金属の相互分離は困難であった。
【０００３】
このため、使用済み核燃料のアクチノイド元素の相互分離についてはクロマトグラフを用いる技術が開発されている（特許文献１参照）。この方法の有効利用を図るためには、予めアクチニド元素群を他の各種元素群（白金族元素群、核分裂生成物元素や希土類元素を含む群、及び燃料成分元素群）から分離しておく必要があるが、その分離を効率よく実施できる技術は未だ開発されていない。
【特許文献１】特開２００５−２３３６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、使用済み核燃料のアクチノイド元素を相互分離するための方法としては提案されているものもあるが、複数種類の金属を含有する合金材料或いは石油系残渣の処理物等から目的とする複数種の金属を別個に効果的に回収できるようにした技術について開示したものは存在していない。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、複数の希少金属が含まれた金属含有溶液から抽出クロマトグラフにより複数の希少金属の夫々を別個に安定して回収するようにした稀少金属の分離回収方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、抽出剤を含浸した樹脂の吸着部が充填されたカラムに、複数の稀少金属が含まれた金属含有溶液を通液する抽出クロマトグラフにより吸着部に吸着される金属のグループＩと、金属含有溶液の二次廃液と共にカラムから導出される金属のグループＩＩとに分離するに際し、予め金属含有溶液に含有される各金属の分配比を求めておき、前記二次廃液と共に導出されるグループＩＩの金属は分配比が小さい順で導出されることに基づいて分配比が小さい金属から順次回収し、その後、カラムに溶離液を通液し、溶離液と共に導出されるグループＩの金属は分配比が大きい順で導出されることに基づいて分配比が大きい金属から順次回収することを特徴とする稀少金属の分離回収方法、に係るものである。
【０００７】
上記稀少金属の分離回収方法において、カラムの出口に設けた検出器により金属の導出を検出し、検出した各金属を対応する容器に回収することは好ましい。
【０００８】
又、上記稀少金属の分離回収方法において、カラムから導出される時間に基づいて分離した金属を特定することは好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の稀少金属の分離回収方法によれば、抽出クロマトグラフにより吸着部に吸着される金属のグループＩと、金属含有溶液の二次廃液と共にカラムから導出される金属のグループＩＩとに分離するに際し、予め金属含有溶液に含有される各金属の分配比を求めておき、前記二次廃液と共に導出されるグループＩＩの金属は分配比が小さい順で導出されることに基づいて分配比が小さい金属から順次回収し、その後、カラムに溶離液を通液し、溶離液と共に導出されるグループＩの金属は分配比が大きい順で導出されることに基づいて分配比が大きい金属から順次回収するようにしたので、複数の希少金属が含まれた金属含有溶液から複数の希少金属の夫々を別個に安定して回収できるという優れた効果を奏し得る。
【００１０】
又、カラムから導出される時間に基づいて分離した金属を特定できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明を実施する抽出クロマトグラフによる分離装置の一例を示すもので、１はカラムであり該カラム１には有機抽出剤が含浸された樹脂製の吸着部２が充填されている。３は金属含有溶液４が収容された試料タンク、５は酸等の溶離液６が収容された溶離液タンクであり、前記試料タンク３の金属含有溶液４はポンプ等の溶液供給部７により切換器８を介して前記カラム１の一端に供給されるようになっており、更に、溶離液タンク５に収容された酢酸エチル等の酸等からなる溶離液６はポンプ等の溶液供給部９により前記切換器８を介してカラム１の一端に供給されるようになっている。
【００１３】
１０はカラム１の他端に設けて金属の導出を検出するようにした検出部であり、検出部１０の下流における出口管１１は、金属を別個に回収するようにした回収装置１２に臨んで開口している。図１の回収装置１２は、下向きに開口する出口管１１の下部にコンベヤ等の移動装置１３を設けており、該移動装置１３上に複数の回収容器１４を配置することによって、出口管１１から時間差を有して流出する金属を別々の回収容器１４に回収するようになっている。
【００１４】
図１の分離装置を用いて、金属含有溶液４に含まれる金属を回収する試験を実施した。カラム１の吸着部２には、酸性リン酸エステル系抽出剤であるジイソデシルリン酸（ＤＩＤＰＡ）１０ｍｌを含浸した樹脂を用いた。金属含有溶液４としては、鉄（Ｆｅ）と、バナジウム（Ｖ）と、タングステン（Ｗ）と、コバルト（Ｃｏ）と、ニッケル（Ｎｉ）が夫々約２００ｐｐｍ入った０．１Ｍ硝酸溶液１００ｍｌ（水溶液）を用いた。溶離液６には濃度を調節した酢酸エチルを用いた。
【００１５】
［第１の操作］
溶液供給部７を作動し、試料タンク３内の作製した金属含有溶液４を図２のようにカラム１に通液して、吸着部２に吸着する成分としない成分とに分ける操作を行った。金属含有溶液４中の金属は吸着部２の吸着剤との親和性や分子の大きさが異なることによって、吸着部２に吸着される金属のグループＩ（Ｆｅ、Ｖ、Ｗ）と、金属含有溶液４の二次廃液と共にカラム１から導出される金属のグループＩＩ（Ｃｏ、Ｎｉ）とに分離された。この時、二次廃液と共にカラム１から導出される金属は、最初にニッケル（Ｎｉ）が導出された後にコバルト（Ｃｏ）が導出された。
【００１６】
［第２の操作］
【００１７】
続いて、切換器８を切り換えて溶液供給部９を作動し、溶離液タンク５の溶離液６を図３のように前記カラム１に通液し、吸着部２に吸着されたグループＩの金属（Ｆｅ、Ｖ、Ｗ）を洗い流す操作を行った。この時、溶離液６と共にカラム１から導出される金属は、最初に鉄（Ｆｅ）が導出された後に、バナジウム（Ｖ）が導出され、最後にタングステン（Ｗ）が導出された。
【００１８】
上記で分離した各金属の抽出率Ｅを下記式（１）により求め、更に分配比Ｄを下記式（２）により求め、その結果を表１に示した。
【数１】
【数２】
Ｃｂ：抽出前濃度
Ｃａ：抽出後濃度
Ｖ１：水層の体積
Ｖ２：有機層の体積
【表１】
【００１９】
本発明においては、各金属の分配比に着目し、第１の操作では吸着部２に吸着されないグループＩＩの金属が分配比の小さい順に二次廃液と共にカラム１から導出され、又、第２の操作では溶離液で洗われることにより吸着部２に吸着されていたグループＩの金属が分配比が大きい順に導出されることが判明した。
【００２０】
従って、分離回収しようとする金属の分配比を予め求めておくことによって、各金属を容易に分離することが容易になる。即ち、図１のカラム１の出口に備えた検出部１０によって金属の導出が検出されると、出口管１１の下部に位置する回収容器１４によってその金属は回収され、続いて移動装置１３を移動して別の回収容器１４を出口管１１の下部に移動させておくことにより、次に検出されて出口管１１から導出される金属は上記別の回収容器１４で回収されるので、複数の金属が容易に別々に回収されるようになる。
更に、金属含有溶液４の濃度、溶離液６の濃度、カラム１における吸着部２の吸着剤等の条件、カラム１の長さ等を一定にすると、カラム１から導出される各金属の時間は夫々一定であるため、カラム１から導出される時間を計測することによって導出される金属を特定することができる。
【００２１】
なお、本発明は上記形態にのみ限定されるものではなく、種々の金属の分離回収に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施する抽出クロマトグラフによる分離装置の一例を示す全体概要構成図である。
【図２】吸着部に吸着する金属と吸着しない金属とに分ける第１の操作を示すフローチャートである。
【図３】吸着部に吸着した金属を溶離液で洗い流す第２の操作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２３】
１ カラム
２ 吸着部
４ 金属含有溶液
６ 溶離液
１０ 検出部
１４ 回収容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の希少金属が含まれた金属含有溶液から抽出クロマトグラフにより複数の希少金属の夫々を別個に安定して回収するようにした稀少金属の分離回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、希少金属等の回収方法としては抽出分離方法が一般的に行われている。抽出分離方法は、アルカリや酸を用いて金属を溶解した後、その溶解溶液から抽出・逆抽出を繰り返すことによって金属毎に分離する方法である。しかし、抽出分離方法では、複数種類の金属が含有された合金材料、或いは石油系残渣の処理物等から目的とする複数種の金属を別個に回収する場合、多種類の抽出剤および逆抽出剤が必要であり、更に、分離回収に多くの時間が掛かり、費用が多大になるといった問題がある。また、溶解性等の性質が似ている金属の相互分離は困難であった。
【０００３】
このため、使用済み核燃料のアクチノイド元素の相互分離についてはクロマトグラフを用いる技術が開発されている（特許文献１参照）。この方法の有効利用を図るためには、予めアクチニド元素群を他の各種元素群（白金族元素群、核分裂生成物元素や希土類元素を含む群、及び燃料成分元素群）から分離しておく必要があるが、その分離を効率よく実施できる技術は未だ開発されていない。
【特許文献１】特開２００５−２３３６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、使用済み核燃料のアクチノイド元素を相互分離するための方法としては提案されているものもあるが、複数種類の金属を含有する合金材料或いは石油系残渣の処理物等から目的とする複数種の金属を別個に効果的に回収できるようにした技術について開示したものは存在していない。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、複数の希少金属が含まれた金属含有溶液から抽出クロマトグラフにより複数の希少金属の夫々を別個に安定して回収するようにした稀少金属の分離回収方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、抽出剤を含浸した樹脂の吸着部が充填されたカラムに、複数の稀少金属が含まれた金属含有溶液を通液する抽出クロマトグラフにより吸着部に吸着される金属のグループＩと、金属含有溶液の二次廃液と共にカラムから導出される金属のグループＩＩとに分離するに際し、予め金属含有溶液に含有される各金属の分配比を求めておき、前記二次廃液と共に導出されるグループＩＩの金属は分配比が小さい順で導出されることに基づいて分配比が小さい金属から順次回収し、その後、カラムに溶離液を通液し、溶離液と共に導出されるグループＩの金属は分配比が大きい順で導出されることに基づいて分配比が大きい金属から順次回収することを特徴とする稀少金属の分離回収方法、に係るものである。
【０００７】
上記稀少金属の分離回収方法において、カラムの出口に設けた検出器により金属の導出を検出し、検出した各金属を対応する容器に回収することは好ましい。
【０００８】
又、上記稀少金属の分離回収方法において、カラムから導出される時間に基づいて分離した金属を特定することは好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の稀少金属の分離回収方法によれば、抽出クロマトグラフにより吸着部に吸着される金属のグループＩと、金属含有溶液の二次廃液と共にカラムから導出される金属のグループＩＩとに分離するに際し、予め金属含有溶液に含有される各金属の分配比を求めておき、前記二次廃液と共に導出されるグループＩＩの金属は分配比が小さい順で導出されることに基づいて分配比が小さい金属から順次回収し、その後、カラムに溶離液を通液し、溶離液と共に導出されるグループＩの金属は分配比が大きい順で導出されることに基づいて分配比が大きい金属から順次回収するようにしたので、複数の希少金属が含まれた金属含有溶液から複数の希少金属の夫々を別個に安定して回収できるという優れた効果を奏し得る。
【００１０】
又、カラムから導出される時間に基づいて分離した金属を特定できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明を実施する抽出クロマトグラフによる分離装置の一例を示すもので、１はカラムであり該カラム１には有機抽出剤が含浸された樹脂製の吸着部２が充填されている。３は金属含有溶液４が収容された試料タンク、５は酸等の溶離液６が収容された溶離液タンクであり、前記試料タンク３の金属含有溶液４はポンプ等の溶液供給部７により切換器８を介して前記カラム１の一端に供給されるようになっており、更に、溶離液タンク５に収容された酢酸エチル等の酸等からなる溶離液６はポンプ等の溶液供給部９により前記切換器８を介してカラム１の一端に供給されるようになっている。
【００１３】
１０はカラム１の他端に設けて金属の導出を検出するようにした検出部であり、検出部１０の下流における出口管１１は、金属を別個に回収するようにした回収装置１２に臨んで開口している。図１の回収装置１２は、下向きに開口する出口管１１の下部にコンベヤ等の移動装置１３を設けており、該移動装置１３上に複数の回収容器１４を配置することによって、出口管１１から時間差を有して流出する金属を別々の回収容器１４に回収するようになっている。
【００１４】
図１の分離装置を用いて、金属含有溶液４に含まれる金属を回収する試験を実施した。カラム１の吸着部２には、酸性リン酸エステル系抽出剤であるジイソデシルリン酸（ＤＩＤＰＡ）１０ｍｌを含浸した樹脂を用いた。金属含有溶液４としては、鉄（Ｆｅ）と、バナジウム（Ｖ）と、タングステン（Ｗ）と、コバルト（Ｃｏ）と、ニッケル（Ｎｉ）が夫々約２００ｐｐｍ入った０．１Ｍ硝酸溶液１００ｍｌ（水溶液）を用いた。溶離液６には濃度を調節した酢酸エチルを用いた。
【００１５】
［第１の操作］
溶液供給部７を作動し、試料タンク３内の作製した金属含有溶液４を図２のようにカラム１に通液して、吸着部２に吸着する成分としない成分とに分ける操作を行った。金属含有溶液４中の金属は吸着部２の吸着剤との親和性や分子の大きさが異なることによって、吸着部２に吸着される金属のグループＩ（Ｆｅ、Ｖ、Ｗ）と、金属含有溶液４の二次廃液と共にカラム１から導出される金属のグループＩＩ（Ｃｏ、Ｎｉ）とに分離された。この時、二次廃液と共にカラム１から導出される金属は、最初にニッケル（Ｎｉ）が導出された後にコバルト（Ｃｏ）が導出された。
【００１６】
［第２の操作］
【００１７】
続いて、切換器８を切り換えて溶液供給部９を作動し、溶離液タンク５の溶離液６を図３のように前記カラム１に通液し、吸着部２に吸着されたグループＩの金属（Ｆｅ、Ｖ、Ｗ）を洗い流す操作を行った。この時、溶離液６と共にカラム１から導出される金属は、最初に鉄（Ｆｅ）が導出された後に、バナジウム（Ｖ）が導出され、最後にタングステン（Ｗ）が導出された。
【００１８】
上記で分離した各金属の抽出率Ｅを下記式（１）により求め、更に分配比Ｄを下記式（２）により求め、その結果を表１に示した。
【数１】
【数２】
Ｃｂ：抽出前濃度
Ｃａ：抽出後濃度
Ｖ１：水層の体積
Ｖ２：有機層の体積
【表１】
【００１９】
本発明においては、各金属の分配比に着目し、第１の操作では吸着部２に吸着されないグループＩＩの金属が分配比の小さい順に二次廃液と共にカラム１から導出され、又、第２の操作では溶離液で洗われることにより吸着部２に吸着されていたグループＩの金属が分配比が大きい順に導出されることが判明した。
【００２０】
従って、分離回収しようとする金属の分配比を予め求めておくことによって、各金属を容易に分離することが容易になる。即ち、図１のカラム１の出口に備えた検出部１０によって金属の導出が検出されると、出口管１１の下部に位置する回収容器１４によってその金属は回収され、続いて移動装置１３を移動して別の回収容器１４を出口管１１の下部に移動させておくことにより、次に検出されて出口管１１から導出される金属は上記別の回収容器１４で回収されるので、複数の金属が容易に別々に回収されるようになる。
更に、金属含有溶液４の濃度、溶離液６の濃度、カラム１における吸着部２の吸着剤等の条件、カラム１の長さ等を一定にすると、カラム１から導出される各金属の時間は夫々一定であるため、カラム１から導出される時間を計測することによって導出される金属を特定することができる。
【００２１】
なお、本発明は上記形態にのみ限定されるものではなく、種々の金属の分離回収に適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施する抽出クロマトグラフによる分離装置の一例を示す全体概要構成図である。
【図２】吸着部に吸着する金属と吸着しない金属とに分ける第１の操作を示すフローチャートである。
【図３】吸着部に吸着した金属を溶離液で洗い流す第２の操作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２３】
１ カラム
２ 吸着部
４ 金属含有溶液
６ 溶離液
１０ 検出部
１４ 回収容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抽出剤を含浸した樹脂の吸着部が充填されたカラムに、複数の稀少金属が含まれた金属含有溶液を通液する抽出クロマトグラフにより吸着部に吸着される金属のグループＩと、金属含有溶液の二次廃液と共にカラムから導出される金属のグループＩＩとに分離するに際し、予め金属含有溶液に含有される各金属の分配比を求めておき、前記二次廃液と共に導出されるグループＩＩの金属は分配比が小さい順で導出されることに基づいて分配比が小さい金属から順次回収し、その後、カラムに溶離液を通液し、溶離液と共に導出されるグループＩの金属は分配比が大きい順で導出されることに基づいて分配比が大きい金属から順次回収することを特徴とする稀少金属の分離回収方法。
【請求項２】
カラムの出口に設けた検出器により金属の導出を検出し、検出した各金属を対応する容器に回収する請求項１に記載の稀少金属の分離回収方法。
【請求項３】
カラムから導出される時間に基づいて分離した金属を特定する請求項１又は２に記載の稀少金属の分離回収方法。
【請求項１】
抽出剤を含浸した樹脂の吸着部が充填されたカラムに、複数の稀少金属が含まれた金属含有溶液を通液する抽出クロマトグラフにより吸着部に吸着される金属のグループＩと、金属含有溶液の二次廃液と共にカラムから導出される金属のグループＩＩとに分離するに際し、予め金属含有溶液に含有される各金属の分配比を求めておき、前記二次廃液と共に導出されるグループＩＩの金属は分配比が小さい順で導出されることに基づいて分配比が小さい金属から順次回収し、その後、カラムに溶離液を通液し、溶離液と共に導出されるグループＩの金属は分配比が大きい順で導出されることに基づいて分配比が大きい金属から順次回収することを特徴とする稀少金属の分離回収方法。
【請求項２】
カラムの出口に設けた検出器により金属の導出を検出し、検出した各金属を対応する容器に回収する請求項１に記載の稀少金属の分離回収方法。
【請求項３】
カラムから導出される時間に基づいて分離した金属を特定する請求項１又は２に記載の稀少金属の分離回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−３００１３５（Ｐ２００９−３００１３５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５２４６３（Ｐ２００８−１５２４６３）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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