JPH0621031B2 - ナトリウムとカリウムをイオン交換分離する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ナトリウムとカリウムのイオン交換及び分離
を行う方法に係り、例えば海水中のカリウムイオンを選
択的に回収する方法に適しており、多量のナトリウム
(０．６モル)を含む海水から効率よくカリウムを回収で
きる。

(従来の技術及び解決しようとする課題) 従来、アルカリ金属間の分離は、イオン半径の違いを利
用して、例えば、アンチモン酸によるリチウムの分離、
チタン酸によるセシウムの分離等で好結果が得られてい
る。一方、隣接するナトリウムとカリウムの分離では、
良い結果が得られていない。

このため、従来、多量のナトリウム(０．６モル)を含む
海水からカリウムを回収する方法としては、海水中に溶
存する金属(カリウムなど)の塩化物を一括して採取し、
その後、有機イオン交換樹脂等を用いて分離を行い、カ
リウムを回収するものである。

しかし、この方法は、海水中からカリウムなどを直接、
選択的に回収するのではないので、高純度のカリウムが
得難いという問題があった。

本発明は、従来技術の欠点を解消し、イオン交換分離に
よってナトリウムとカリウムを効率的に且つ高純度で分
離回収できる方法を提供することを目的とするものであ
る。

(課題を解決しようとする手段) 前記目的を達成するため、本発明者らは、ナトリウム及
びカリウムを効率的に分離可能なイオン交換物質につい
て研究を重ねた結果、ここに本発明をなしたものであ
る。

すなわち、本発明は、ナトリウム及びカリウムを含む水
溶液中からこれら金属を分離するに際し、チタン酸カリ
ウムを脱カリウム処理して得られたチタニア水和物(Ｔ
ｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏ、但し、ｎ＝１〜２)を用いて、ｐＨ２〜
４の範囲の水溶液中のナトリウム及びカリウムを選択的
にイオン交換させ、更に２５〜８０℃で反応させて着脱
・高純度化することを特徴とするナトリウムとカリウム
をイオン交換分離する方法を要旨とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

(作用) 本発明者らは、まず、ＴｉＯ₂、Ｋ₂Ｏ、Ｋ₂ＭｏＯ₄から
なるチタン酸カリウム原料混合物(ここで、Ｋ₂ＭｏＯ₄
は繊維状にするためのもの)の溶融物から繊維状チタン
酸カリウムＫ₂Ｏ・ｎＴｉＯ₂(但し、ｎ＝１〜５)を作
り、これを脱カリウム処理することによって得られたチ
タニア水和物{ＴｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏ(ｎ＝０．５〜２)}は、
水によって膨潤し、この膨潤特性によって、水素イオン
よりもイオン半径の大きい、例えばカリウムイオンなど
を安定的にイオン交換し得られることを究明した。

更に研究の結果、このイオン交換能は高温においても低
下せず、アルカリ金属イオン間では分離能に関しても低
下しないことを究明し得た。この知見に基づいて本発明
を完成したものである。

本発明において使用するチタン酸カリウム(Ｋ₂Ｏ・ｎＴ
ｉＯ₂、但し、ｎ＝１〜５)は、少なくともＴｉＯ₂及び
Ｋ₂Ｏ又はＫ₂ＣＯ₃を含む原料混合物を、溶融、冷却し
て得られるものである。このチタン酸カリウムは、結晶
質であれば、粉状物、粒状物、繊維状のいずれであって
も良い。取扱いが容易である点で繊維状であることが好
ましい。繊維状にするためにはＫ₂ＭｏＯ₄を原料に加え
る。

このチタン酸カリウムを脱カリウム処理すると、チタニ
ア水和物(ＴｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏ、但し、ｎ＝１〜２)が得ら
れる。

チタニア水和物は、ナトリウム及びカリウムとイオン交
換すると、チタン酸ナトリウム(Na₂O・nTiO₂・mH₂O)及び
チタン酸カリウム(K₂O・nTiO₂・mH₂O)となる。そのイオン
交換量は、ナトリウム及びカリウムの濃度、反応時間、
反応温度等によって変化する。

このチタニア水和物は、高温(１００〜５００℃)におい
ては、層状構造からアナターゼ構造に変化するが、２５
〜８０℃においては、層状構造が保たれ、再利用するこ
とも可能である。しかも、水によって膨潤するという膨
潤特性を有し、水素イオンよりもイオン半径が大きいカ
リウムとナトリウムは温度の上昇によってもイオン交換
分離能が低下しない。しかし、アルカリ土類金属の場合
は温度の上昇によってイオン交換分離能が低下する。

ナトリウム及びカリウムを含むｐＨ２〜４の範囲の水溶
液とチタニア水和物を反応させる際に、弱酸性にすれば
ナトリウムイオンのみが水溶液中に溶出し、酸性度を上
げるとカリウムイオンも回収できる。

例えば、海水中からナトリウム及びカリウムを回収する
には、海水のｐＨが８付近であることから、まず、ナト
リウムとカリウムを同時にイオン交換すると、この時す
でにカリウムがある程度濃縮されており、更に脱着の際
にｐＨを調節することによりナトリウムのみを選択的に
脱着することができる。また、この脱着の際に反応温度
依存性のあるアルカリ土類金属イオンとの分離は、温度
を選ぶことにより容易になり、効果的に分離を行い、純
粋金属を得ることができる。

次に本発明の実施例を示す。

(実施例) まず、ＴｉＯ₂、Ｋ₂ＣＯ₃及びＫ₂ＭｏＯ₄の粉末をモル
比で３：１：７の割合で混合した。該混合物４５ｇを白
金るつぼに充填し、１１５０℃まで加熱溶融し、４℃／
minで９５０℃まで冷却し、繊維状に結晶化させた。得
られた繊維状結晶物をカラムに充填し、約１０の水を
通すことにより、Ｋ₂ＭｏＯ₄を除去した。

更に約１０の１モル塩酸を通す(１／日)ことによっ
て脱カリウム処理し、過剰の塩酸を水洗により除去し
た。

得られた繊維は、チタニア水和物(ＴｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏ、
但し、ｎ＝０．５〜２)の組成であって、直径０．０１m
m束状で、平均１mmの長さのものであった。

付いで、ナトリウム又はカリウムを１×１０^-5モル及び
弱塩酸を含むｐＨ２〜４の水溶液と、前記のチタニア水
和物繊維０．１ｇを２５〜８０℃の温度範囲でイオン交
換反応させた。

その際、２５〜８０℃の温度範囲では、１×１０^-3モル
のＮａＣｌ又はＫＣｌ水溶液１０ｍｌに対し、０．１ｇ
の割合でチタン酸水和物繊維を３日間浸漬し、毎日手で
ゆるやかに撹拌した。反応後、固−液分離し、水溶液中
のナトリウム及びカリウムの濃度を原子吸光法により測
定し、両相の濃度を算出した。その結果は第１表に示
す。

第１表から明らかなように、ｐＨを調整することによ
り、ナトリウム及びカリウムが高効率で分離できること
がわかる。従来のイオン交換樹脂では使用不能とされて
いた６０℃以上の温度領域においても、２５℃の場合と
殆ど変わらぬイオン交換能を示している。

(発明の効果) 以上記述したように、本発明によれば、チタニア水和物
を用いて酸性領域でイオン交換させ、更に２５〜８０℃
で反応させて脱着するので、ナトリウム及びカリウムを
含む水溶液から効率的に高純度のナトリウム及びカリウ
ムを回収することができ、しかも、チタニア水和物を再
利用することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０１Ｄ 3/16 Ｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ナトリウム及びカリウムを含む水溶液中か
   らこれら金属を分離するに際し、チタン酸カリウムを脱
   カリウム処理して得られたチタニア水和物(ＴｉＯ₂・ｎ
   Ｈ₂Ｏ、但し、ｎ＝１〜２)を用いて、ｐＨ２〜４の範囲
   の水溶液中のナトリウム及びカリウムを選択的にイオン
   交換させ、更に２５〜８０℃で反応させて脱着・高純度
   化することを特徴とするナトリウムとカリウムをイオン
   交換分離する方法。
2. 【請求項２】チタン酸カリウムは、少なくともＴｉＯ₂
   及びＫ₂Ｏ又はＫ₂ＣＯ₃を含む原料混合物を、溶融・冷
   却して得られたものである請求項１に記載の方法。