JP2000506433A - 抽出方法および装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
原料の水溶液から回収水溶液に溶質を抽出する方法と装置に関する。前記装置は、連続的な非極性キャリヤ液を含む容器手段を備え、前記キャリヤ液は、前記原料液中の前記溶質内の少なくとも1種のイオンに対して親和力を有する薬剤を含み、前記原料液(42)と前記回収液(46)の各々の少なくとも1液流分を前記容器手段内の前記キャリヤ液に通過させる手段を備え、前記原料液と前記回収液の液流にそれぞれ第1および第2高圧静電場を付加して、前記液流を多数の小液滴に分解する電極手段(30、32、34、36)を備え、前記第1および第2高圧静電場を発生させる前記電極手段間に設けられる阻流板手段(26)を備え、前記阻流板手段は、前記キャリヤ液の移動は許容するが、前記原料液と前記回収液の前記阻流板手段を介する移行は最小限に抑制するように構成され、さらに、前記原料液と前記回収液を、それらが前記第1および第2高圧静電場をそれぞれ通過したあとに採集する互いに離間された受容手段を備え、第1および第2電圧を互いに異なった値に制御することによって、前記第1および第2高圧静電場(100、102)を制御する手段をさらに備えることを特徴とする装置。
Description
【発明の詳細な説明】
抽出方法および装置
本発明は、水溶液から金属イオンを分離するための、所謂、静電疑似液体膜(
ESPLIM)法の改良に関する。
中国特許出願第CN86101730A号は、水溶液の浄化および水溶液中の
溶質の濃縮を可能にする分離技術を記載している。
上記技術は、浄化および/または金属イオンなどの抽出の対象となる水溶液の
液滴を、重力によって、取り出される金属イオンに対する親和力性の高い薬剤が
溶解されている非極性キャリヤ液の第1領域を通過させ、同時に、液滴の表面積
/体積比を増すためにその液滴に高圧の静電場を付加して多数の極めて小さい液
滴に分解する工程を含んでいる。金属イオンは、キャリヤ液内の薬剤によって錯
化され、原理的にはそのように錯化された濃度勾配に依存して、その非極性キャ
リヤ液中の第2領域に運ばれる。その非極性キャリヤ液中の第2領域には、キャ
リヤ液中の錯化材よりも金属イオンに対して化学的により高い親和力を有する回
収(ストリッピング)用水溶液の液滴流が重力によって供給されている。回収液
の液滴にも、その表面積/体積比を増すために高圧の静電場が同時に付加され、
多数の極めて小さい液滴に分解される。このようにして、金属イオンは回収液中
に濃縮され、原料の水溶液はその金属イオンに関して著しく浄化される。低濃度
の金属イオンを有する浄化された原料の水溶液と高濃度の金属イオンを有する回
収液の極めて小さい液滴は、それぞれ、高圧の静電場を通過すると、液滴同士が
凝集して、離間された第1および第2採集容器内に重力によって落下され、原料
の水溶液と回収液はそれらの第1および第2採集容器から取り出される。
キャリヤ液の第1および第2領域は、隔膜(阻流板)によって分離されている
。この阻流板は、キャリヤ液の第1および第2領域間の流通を実質的に阻止しな
い
が、原料の水溶液の第1領域から第2領域への流通および回収液の第2領域から
第1領域への流通を阻止する。
本発明の第1態様による原料の水溶液から回収水溶液に溶質を抽出する方法は
、前記原料液と前記回収液の各々の少なくとも1液流分を非極性キャリヤ液の連
続相内に通過させる段階を備え、前記キャリヤ液は、前記原料液中の前記溶質内
の少なくとも1種のイオンに対して親和力を有する薬剤を含み、前記原料液と前
記回収液の前記少なくとも1液流分は、それぞれ、それらが前記キャリヤ液を通
過する時間の少なくとも一部の間、第1および第2高圧静電場に晒されて、前記
原料液と前記回収液の各々の前記液流分が多数の液滴に分解され、前記原料液と
前記回収液の前記少なくとも1液流分の間に阻流板手段を設ける段階を備え、前
記阻流板手段は、前記回収液の液流への前記原料液の移行と前記原料液の液流へ
の前記回収液の移行を最小限に抑え、前記阻流板手段は、前記原料液と前記回収
液の液流がそれぞれ晒される離間された高圧静電場の間に配置され、さらに、前
記原料液と前記回収液の液流を、それらが前記高圧静電場を通過したあとに採集
する互いに離間された受容手段を設ける段階を備え、前記原料液と前記回収液の
液流が晒される前記高圧静電場が互いに異なることを特徴とする。
原料セルおよび回収セルに対する静電場の最適な強度が存在することがわかっ
ている。この最適レベル以下の静電場強度においては、原料液の液滴とキャリヤ
液間の表面積および回収液の液滴とキャリヤ液間の表面積が最適な値に達してい
ないので、原料液と回収液の液流のキャリヤ液への拡散が効率的ではなく、その
結果、各液と有機キャリヤ相間の物質移動が著しく非効率的になる。逆に、最適
レベル以上の静電場強度においては、水溶液の液滴が細かくなり過ぎて、そのよ
うな液滴がセルの他の領域に流通または移動するのを粗流板が阻止できず、その
結果、粗流板を介する液の漏れ、所謂、「膨潤」が大きくなる。このような膨潤
が好ましくないことは明らかである、なぜなら、膨潤によって、回収液中の目的
とする種類のイオン濃度が低下しおよび/または原料液と回収液の液流のいずれ
かまたは両方に望ましくない成分が混入するからである。
原料液と回収液に対する静電場の最適な強度は異なり、両方の領域に対して共
通の電圧を付加するセルにおいては、それらの両方の領域がそれぞれ妥協するか
および/または少なくとも1つの領域が最適な効率よりも著しく劣る効率で作動
されることになる。
本発明に含まれる化学反応において、水溶液の種から移行する金属イオンは、
有機キャリヤ相に溶解されているその金属イオンに対する親和力の高い薬剤によ
って錯化されるが、回収水溶液によってその金属イオンが有機キャリヤ相中の薬
剤から遊離される逆のプロセスは、反応が遅く、律速段階となる。このような反
応において、水溶液の液滴の表面積を大きくすることは好ましい。換言すれば、
キャリヤ相に金属イオンが移行される原料側かキャリヤ相から金属イオンが抽出
される反応の遅い回収側のいずれかにおいて、拡散電圧を大きくするのが好まし
い。
原料液の小さな液滴からキャリヤ相に金属イオンが移行するときは、その金属
イオンは、連続的なキャリヤ相に包囲される液滴の最大半径部を介して、容易に
キャリヤ相に拡散される。しかし、金属イオンが連続的なキャリヤ相からそのキ
ャリヤ相中に拡散している回収液の液滴中に移行するときは、その金属イオンが
液滴と出会うまでキャリヤ相中を拡散しなければならない。従って、もし回収液
の液滴が相対的に数が少なくかつ原料側の液滴の半径の数倍も互いに離間されて
キャリヤ相に拡散していると、連続的なキャリヤ相から回収液の液滴への金属イ
オンの移行は、原料液の液滴から連続的なキャリヤ相への金属イオンの移行と比
較してかなり非効率的である。
従って、本発明の方法においては、回収側の液滴の数を増やして、金属イオン
が回収液の液滴に出会うまでに拡散する距離を小さくするのが望ましい。回収液
の流量は、キャリヤ相から抽出される金属イオンの相対量とこの目的を達成する
のに必要な回収相の量に対する化学的な考察に基づいて厳密に決定される流量よ
りも大きく設定され、所定の濃度の金属イオンが回収されるまで、回収液は有機
キャリヤ相内を循環されるとよい。しかし、回収水溶液の流量を大きくしてかつ
その回収水溶液を循環させるのは、複雑であるのみならず、原料側からの阻流板
を介する漏れすなわち「膨潤」による好ましくない成分の混入量を増加させ、ま
た、回収液は、有機相からの抽出すべき所定の種類の金属イオンとは無関係に、
各循環ごとに原料液から同じ数の液滴を拾いあげる。実験によれば、最も好まし
い結果は、本発明の方法に準じて、原料側よりも回収側により高い電圧を付加し
てより高い拡散を得て、その結果、原料液の表面積/体積比よりも回収液の表面
積/体積比を大きくすることによって達成される。
原料液および/または回収液の液流は、連続的な液流であってもよいし、また
は液滴状態の液流であってもよい。いずれの場合も、液流はそれらに付加される
高圧静電場によって非常に小さい液滴に分解される。
本発明の第2態様による原料の水溶液から回収水溶液に溶質を抽出する装置は
、連続的な非極性キャリヤ液を含む容器手段を備え、前記キャリヤ液は、前記原
料液中の前記溶質内の少なくとも1種のイオンに対して親和力を有する薬剤を含
み、前記原料液と前記回収液の各々の少なくとも1液流分を前記容器手段内の前
記キャリヤ液に通過させる手段を備え、前記原料液と前記回収液の液流にそれぞ
れ第1および第2高圧静電場を付加して、前記液流を多数の小液滴に分解する電
極手段を備え、前記第1および第2高圧静電場を発生させる前記電極手段間に設
けられる阻流板手段を備え、前記阻流板手段は、前記キャリヤ液の移動は許容す
るが、前記原料液と前記回収液の前記阻流板手段を介する移行は最小限に抑制す
るように構成され、さらに、前記原料液と前記回収液を、それらが前記第1およ
び第2高圧静電場をそれぞれ通過したあとに採集する互いに離間された受容手段
を備え、
第1および第2電圧を互いに異なった値に制御することによって、前記第1およ
び第2高圧静電場の強度を制御する手段をさらに備えることを特徴とする。
本発明による装置の一実施形態として、原料液と回収液の液滴に対して、所定
の最適な電圧を原料液側と回収液側にそれぞれ付加できる単一の多重タップ変圧
器を用いて、それぞれ独立して静電場が付加されてもよい。
あるいは、異なった電圧を供給できる2つの別々の変圧器によって、第1およ
び第2静電場が独立して付加されてもよい。
さらに他の実施形態として、原料領域および回収領域における各電極対間の距
離を変化させて、各電極対には例えば共通の電圧を付加することによって、異な
った静電場強度が付加されてもよい。
電極は、編目状の孔付き板またはワイヤ組立体から形成されるとよい。キャリ
ヤ液中での短絡を防ぐために、1つ以上の電極が絶縁されるべきである。
原料領域と回収領域における電極対間の静電場の強度は、1つ以上の電極に設
けられる絶縁塗膜の性質および/または厚みによって、上記の手段に変わってま
たは追加的に制御されるとよい。
以下、本発明がさらに詳細に理解されるように、実施例を、添付の図面のみを
参照した例を用いて、説明する。
図1は、従来のESPLIM法の基本的な作動と方法を示す装置の概略構造図
である。
図2は、原料領域および回収領域の電極に異なる電圧を送給する手段の設けら
れた、本発明の第2態様の実施例による装置の概略図である。
なお、図面において、同一または類似の構成要素は共通の参照番号で示されて
いる。
図1は、従来技術によるESPLIM法に基づく分離を行う装置10の概略断
面図である。装置10は、反応タンク(容器)12を備えている。そのタンク1
2の上部は、壁14によって、抽出セル16と回収セル18に分割されている。
また、タンク12の下端部は、壁20によって、浄化された原料液(抽残液)を
受容する容器(沈降タンク)22と回収液中の濃縮された抽出物を受容する容器
(沈降タンク)24に分割されている。上壁14と下壁20間に配置されている
のは、阻流板26である。阻流板26は、有機キャリヤ液28、ここではケロシ
ンをタンク12の全体にわたって自在に流通させるように構成されている。電極
30、32は抽出セル16側に配置され、それらの間に第1高圧交流静電場が印
加される。電極34、36は回収セル18側に配置され、それらの間には第2高
圧交流静電場が付加される。セル16、18の各々において、そのセル内での短
絡を防止するために、電極の少なくとも1つは、例えば、ポリテトラフルオロエ
チレン(PTEF)の塗膜で絶縁されている。電極間に所定のポテンシャルを印
加するための制御可能な高圧交流電源80が電極に対して設けられている。浄化
される原料液42の流れをキャリヤ液28に供給するための導管40が抽出セル
16の上側に設けられている。原料の水溶液を制御された流量で連続的に供給す
るためのポンプ手段(図示せず)と貯蔵タンク(図示せず)が導管40に接続さ
れている。また、回収用水溶液の流れ46をキャリヤ液28に供給するための他
の導管44が回収セル18の上側に設けられている。回収液を制御された流量で
連続的に供給するためのポンプ手段(図示せず)と貯蔵タンク(図示せず)が導
管44にも接続されている。受容器22、24は、それぞれ、容器内の抽残液5
4と濃縮物56の高さが上昇するとあるいは必要に応じて、それらの抽残液54
と濃縮物56を引き出すための導管50、52を有している。抽残液と濃縮物は
、採集容器(図示せず)にポンプで送られ、廃棄されるかまたはさらに必要に応
じて処理される。
1000ppmの濃度のCoイオンを含む0.1Mの酢酸ナトリウム水溶液か
らなる原料液42からコバルト金属を抽出する例を用いて、装置10の作動につ
いて説明する。なお、原料液は、200ml/hrの流量でキャリヤ液に供給さ
れる。また、回収液としては、1.0Mの硫酸溶液を用いる。この回収液は、1
0ml/hrの流量でキャリヤ液に供給される。希釈剤であるケロシンからなる
キャリヤ液28には、ジ(2−エチル−ヘキシル)燐酸(D2EHPA)からな
る抽出溶媒が10体積%溶解されている。主電源から変圧器を介して供給される
3kVの交流静電場が電極30、32間および34、36間に付加され、第1お
よび第2静電場を生成する。原料液42と回収液46の比較的大きな液滴が抽出
セル16に落下されると、それらは電極30、32間および34、36間の静電
場に晒される。それらの静電場は、比較的大きな液滴を多数の微小液滴60、6
2に分解してその2つの液相の表面積/体積比を著しく大きくする効果を有して
いる。抽出セル16において、CoイオンはD2EHPAの親和力によって水溶
液の液滴から抽出され、その結果、抽出セル内でケロシン相におけるCo錯体の
濃度が大きくなる。このような濃度勾配によって、Co錯体はケロシン相から阻
流板26を介して回収セル18に拡散する。回収セル18において、Co錯体は
回収液の微細液滴62、すなわち、硫酸と反応してD2EHPAから遊離し、C
oイオンとなる。そのCoイオンはさらに硫酸と反応して、回収セル18におい
て濃縮される。その後、D2EHPAは阻流板26を介して抽出セル16に戻り
、このようにして、連続的な化学処理が行われる。反応後の液滴60、62は、
重力によって静電場内を通過して、その静電場外に出ると凝集して大きな液滴7
0、72になり、該当する受容器22、24内に落下する。
上記の条件下における実験において、1000ppmの濃度のCoを含む原料
液は浄化されて、10ppmの濃度の抽残液54と19、750ppmの濃度の
Coイオンの濃縮物56が得られた。
従って、この方法によれば、実用可能な、かつ経済的なレベルで、金属イオン
を濃縮、抽出して、そのような金属を回収および回収された金属をそのままの形
態で再利用できることが明らかである。このような濃縮、抽出の対象となる金属
の一例として、ウランが挙げられる。また、この方法によれば、原料液を、容易
に、および/または公害を起こす危険のない状態で廃棄できるレベルにまで浄化
することが可能であることも明らかである。
図2は、本発明の第2態様の実施例による装置の概略図である。この実施例に
おける装置の構造は、図1を参照して説明された構造と、原料および回収領域に
それぞれ電極30、32および34、36が設けられる点において、実質的に類
似している。しかし、本装置においては、互いに異なった、かつ制御可能な電圧
を供給することが可能な2つの独立した変圧器100、102が設けられている
。すなわち、変圧器102は、回収セル領域における電極34、36に対して、
変圧器100とは異なった電圧を供給するように構成されている。なお、各セル
領域に付加される電圧の実際的な大きさは、流量、使用される薬剤、電極の幾何
学的構造などを含む多くの因子に依存して決定される。
図2に示される、10mmの間隙で互いに離間されたテフロン(商品名)で絶
縁された電極を有するESPLIMセルに、1000ppmの硫酸コバルトを含
む0.1Mの酢酸ナトリウムからなる原料液が11ml/minの流量で供給さ
れた。回収液としては、1.0M硫酸が用いられ、この回収液は3ml/min
の流量で供給された。また、抽出溶媒として10%のD2EHPAを含むイソパ
ールM(Isopar M、商品名)を有機キャリヤ相として用いた。両セル内
における原料液と回収液の拡散は印加電圧6kVにおいて効率的に行われ、液滴
の平均寸法は電圧が上昇するにつれて減少した。原料セルに6kV、回収セルに
8kVが付加されたとき、原料液は効率的に抽出され、9ppmの濃度のコバル
トを含む抽残液54が得られた。また、回収も効率的に行われ、濃縮物56に3
400ppmのコバルトを含む液生成物が得られた。なお、有機キャリヤ相内の
D2EHPAによって錯化されたコバルト金属イオンの濃度は350ppmの一
定レベルに達していた。
一方、原料セルと回収セルの両方に6kVの電圧が付加されたとき、原料液は
上記と同じように効率的に抽出され、わずかに10ppmのコバルトを含む抽残
液54が得られた。しかし、回収は効率的に行われず、濃縮された液生成物には
わずかに1600ppmのコバルトしか含まれず、有機キャリヤ相内のコバルト
濃度は、運転中を通じて3500ppmのレベルにまで達していた。この有機キ
ャリヤ相内の3500ppmに達するコバルト濃度は、回収側に8kVを付加し
た場合の運転中に測定された値よりも実質的に大きく、抽出溶媒におけるコバル
ト濃度の最大値に近い濃度である。従って、以上の装置と材料に関する特定の条
件下においてプロセスを効率的に行うには、明らかに、少なくとも8kVの電圧
に相当する静電場強度を回収側に付加することが必要である。なお、上記と異な
る装置の幾何学的構造および材料パラメータが採用される場合には、上記と異な
る静電場強度が要求されることは、当然のことである。
別の実験例として、有機相への金属の抽出が行われないように原料液と回収液
に1Mの硫酸を用いて、原料液または回収液の阻流板を介する漏れすなわち「膨
潤」が測定された。抽出が行われた否かは、もし抽出が行われたら、有機相内に
存在する正四面体の座標系を有するコバルトの強い青色が失われることによって
確認された。原料セルに6kVが付加されたとき、0.9%の漏れ(回収側への
コバルトの移行)が測定された。原料セルに8kVが付加されたとき、漏れは2
.1%に増大した。従って、原料側および回収側に6kVが付加された場合、回
収は不十分であり、液生成物のコバルト濃度は低下する。一方、原料側および回
収側に8kVが付加された場合、漏れによって原料側から生成物に移行される相
互混入物の量が著しく増加する。結果的に、漏れを最小限に抑制して抽出を効率
的に行う最適な方法は、装置の原料側と回収側に異なった電圧を付加して異なっ
た静電場強度を付与することによってのみ実現することができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S
Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD
,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ
,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,
CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,G
E,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR
,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,
MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,P
L,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK
,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,
VN
(72)発明者 ウィリアムズ,トレヴァー・ジェイムズ
イギリス国、エスオー17 1ビージェイ
サザンプトン、ハイフィールド、ユニヴァ
ーシティ・オヴ・サザンプトン、デパート
メント・オヴ・エレクトリカル・エンジニ
アリング
(72)発明者 ベイリー,エイドリアン・ジョージ
イギリス国、エスオー17 1ビージェイ
サザンプトン、ハイフィールド、ユニヴァ
ーシティ・オヴ・サザンプトン、デパート
メント・オヴ・エレクトリカル・エンジニ
アリング
【要約の続き】
02)を制御する手段をさらに備えることを特徴とする
装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 原料の水溶液から回収水溶液に溶質を抽出する方法であって、 前記原料液と前記回収液の各々の少なくとも1液流分を非極性キャリヤ液の連 続相内に通過させる段階を備え、 前記キャリヤ液は、前記原料液中の前記溶質内の少なくとも1種のイオンに対 して親和力を有する薬剤を含み、 前記原料液と前記回収液の前記少なくとも1液流分は、それぞれ、それらが前 記キャリヤ液を通過する時間の少なくとも一部の間、第1および第2高圧静電場 に晒されて、前記原料液と前記回収液の各々の前記液流分が多数の液滴に分解さ れ、 前記原料液と前記回収液の前記少なくとも1液流分の間に阻流板手段を設ける 段階を備え、 前記阻流板手段は、前記回収液の液流への前記原料液の移行と前記原料液の液 流への前記回収液の移行を最小限に抑え、 前記阻流板手段は、前記原料液と前記回収液の液流がそれぞれ晒される離間さ れた高圧静電場の間に配置され、さらに、 前記原料液と前記回収液の液流を、それらが前記高圧静電場を通過したあとに 採集する互いに離間された受容手段を設ける段階を備える方法において、 前記方法は、前記原料液と前記回収液の液流が晒される前記高圧静電場が互い に異なることを特徴とする方法。 2. 原料の水溶液から回収水溶液に溶質を抽出する装置であって、 連続的な非極性キャリヤ液を含む容器手段を備え、 前記キャリヤ液は、前記原料液中の前記溶質内の少なくとも1種のイオンに対 して親和力を有する薬剤を含み、 前記原料液と前記回収液の各々の少なくとも1液流分を前記容器手段内の前記 キャリヤ液に通過させる手段を備え、 前記原料液と前記回収液の液流にそれぞれ第1および第2高圧静電場を付加し て、前記液流を多数の小液滴に分解する電極手段を備え、 前記第1および第2高圧静電場を発生させる前記電極手段間に設けられる阻流 板手段を備え、 前記阻流板手段は、前記キャリヤ液の移動は許容するが、前記原料液と前記回 収液の前記阻流板手段を介する移行は最小限に抑制するように構成され、さらに 、 前記原料液と前記回収液を、それらが前記第1および第2高圧静電場をそれぞ れ通過したあとに採集する互いに離間された受容手段を備える装置において、 第1および第2電圧を互いに異なった値に制御することによって、前記第1お よび第2高圧静電場の強度を制御する手段をさらに備えることを特徴とする装置 。 3. 前記第1および第2電圧を制御する前記手段は、2つの変圧器からなる ことを特徴とする請求項2に記載の装置。 4. 前記第1および第2電圧を制御する前記手段は、単一の多重タップ変圧 器からなることを特徴とする請求項2に記載の装置。 5. 前記原料領域と前記回収領域における前記電極手段間の磁場強度は、前 記電極手段の間隙によって制御されることを特徴とする請求項2に記載の装置。 6. 前記静電場の強度は、前記電極手段の絶縁塗膜の性質および/または厚 みによって制御されることを特徴とする請求項2に記載の装置。
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