JPS5955317A - 流体中に含まれる稀少物質の採取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体中に含ま几る稀少物質たとえばウラン、リ
チウム等ケ採取する採取装置に間予ろものである。

稀少物質？含有する流体たとえば海水中に含まれている
稀少物質のｍ度は、たとえばウランは約３　ｍ９　／　
ｍ’　、１チウムは約１７０η／痛３と極めて低濃度で
ある。しかし、海洋中の存在量はウランが約４０億トン
、リチウムは約２３００億トンで殆んど無尽蔵であるの
で、海水中の稀少物質？経済的に採取できｎば極めて有
意義であると云える。

こｒＬ、ケ実現するためには美大な葉の海水を効庫よく
処理する技術ケ見出さなげ几ばならない。例えば１００
トンのウランケ採取するためには、採取動量％’　１０
０％と仮定しても約３００億トンもσ）海水の処理が必
要である。ウラン採取σ〕原理は吸着法が最も適してお
り、海水ケ吸着層へ導入する方法としてはポンプ利用方
式、海流利用方式などが考えらｎているが美大な海水ケ
処理する実用的な採取の方式としてはポンプ設備の不要
な海流利用方式が最も有望である。

稀少物゛誓ケ含有する流体のａｒ′Ｌの中に設置さ几た
吸着層へ実際に導入さ几た前記流体の単位時間当りの流
入量の、前記流ｎに垂直な前記吸着層断面内ケその設置
前に通過した単位時間当りσ】流量に対する割合ケ「流
体導入率」と呼び、前記吸着層＃によって一足の吸着時
間中に実際に吸着さ几たウラン等の稀少物質の吸着−駿
の、前記吸着時間中に前記吸着装置に流入した前記流体
中に含有さ几ていたＱｔｌ記稀少物質σ〕針に対する割
合を、「吸着率」と呼ぶことにする３、このとき１例え
ば海流利用方式において経済的な＠溜装置ケ実現するた
めには、流体導入率と吸層塞？共ｆ大きくしなけ几ばな
らない。また、吸着装置を稀少物質ケ含有する流体の流
れの中に固定寸ろかあるいはＡｉｌ記流体中を移動させ
て前記流体ケその中へ導入する・み要があるσ】で、前
記吸着装置に作用する前記流体による抗力り小さくする
ことも車装である、。

前記抗力および流体導入率は吸着剤σ）大きさと形状、
こσ〕吸吸着フケ充填ろ吸Ｎ層σ）空隙率、充填厚さお
よび流体のｉＩ記吸屑層における空塔流速などσフ諸条
件と吸着装置の形状および＋ｊｉｌ記流体力流体に対す
る設置方向によって定まり、吸着率は前記諸条件と吸着
剤の吸着層ｔ＃および内部拡散速度によって定まる。

海流利用方式については碩々０）摩案かなさＩしている
。例えば、海水の流れσ）中にほぼその流れに沿って整
流板装置くことによって流九〇〕速Ｕ一部分と遅い部５
＋７つくり、その間に吸ｉＩＩ！ｙ設け、この両面間σ
】水圧差ケ利用して海水ケ吸Ｎ層に導入する方法が提案
さルている。しかし、上記流几〇）速い部分の海水は吸
着１−ｖ適過することなく流ｎ去り、唄にこの吸着装置
が海洋中ＫＨかｎた場合。

こσ）吸着装置自身が海水の流量に対して持つ抗力のた
めその平均通過流速が低下し上記流れの速（＼部分の流
速は十分大きくならず、実際に吸着層に導入さ几る海水
量は少ないことになる。この結果。

吸着体［靜によって高い流体導入部と高い吸着出？１ｆ
Ｔ１時Ｖｒ実現することは困雉である。

本発明者は、吸着剤の大きさと形状、吸着層における吸
着１１］光填σ】９隙ん、光撫厚さおよび９塔流速、流
体の流ＴＬＫ対する吸着層配置などについて検討した結
果、流体導入率、吸着率および流体の流れによる抗力に
ついて満足な性能ケ有する構造簡単な吸着装置が得Ｉ−
Ｉｆ″Ｌ、ること′ｆＸ−晧出した。

本発明は上述Ｑ〕事情Ｖｒ鑑みてなされたもので。

その目的は流体導入出および吸着率ン同時に同上でき、
しかも流体の流量ｆよる抗カケ低減でき、高性能にして
経済的な流体中に含まれろ稀少物質σ〕採取装置し抛供
することである。。

以下に本発明の実施例に係る流体中Ｖｒ官ま几ろ稀少物
質の採取装置について％ボ１図〜丁７図ケ参照しながら
説明する。

！１図は本発明σ〕第１り実施例による採取旧１〕正断
面図を示し、こσ】実施例においては流入する流体のす
べであるいは大部すが吸着層２に祠めに６１を人するよ
５に該吸着層？配置してＯ＆着副部材１夕構成たもので
ある１、すなわち、第１図に示すよ’＋Ｖｒ少なくとも
２個の吸着層２．２は所定の角度を持たせて配置さｎて
おり、吸着層２．２はその各端Ｆ！Ｊ１５Ｖｒおいて隣
接する吸着１−の前縁部６および吸着層σ〕後縁部７が
連結さｎている。吸着部材１は入口部５がその直前の流
体の流ｎ　８　Ｋ　７ｔ　して直角になるよ’＋［配置
される。

吸着層２は流体流通部を有する収納容器たとえば格子体
３内に吸着性物体４を収納して構成さｎている１、吸着
性物体４は吸着剤又は吸着体によって構成さルている。

前記吸着剤は、繊維状、糸状あるいは針金状に成形され
ており、１更用中に大きな変ノヒの生じない程度σ］硬
さのものを高い′ｇ！隙率にて格子体？通過しない大き
さで充填できろ形体ｆ力ロエしである。前記吸着体の場
合は、繊維状。

糸状あるいは針金状に成形した吸着剤？ｎロエしたもの
を網目体にて高い空隙率にて被包し、必要に応じて比重
調節体（図示せず）を被包して用いろ、。

こｎらの吸着剤の加工の形体としては例えばスチール・
ウール状、ワイヤメツシュ・デミスタ状などがあるが特
に限定しない。

軍２図および第３図はそ几ぞ量販着層２σ〕断面詳細図
であって、筑２図σ〕場合、Ｏ＆着層２は吸着性物体４
ｆ７−格子体３で保護しかつ格子体３の外部にもれ出な
いように被包したものである。吸着性物体４としては繊
維状、糸状あるいは針金状ｒ成形した吸着剤ケ高い空隙
率に充填して用いろ７、＋１１１記１呟着剤としては例
えば繊維状高分子材料ｖｃ破吸着１ｆ！ＩＪ’ｉｒ’吸
着する官能４ｉ′？結合させたもσ〕あるいは破吸着物
質を吸着する微粉末吸着剤？分散させた連通孔？有する
多孔質高分子材料にて繊維状、糸状あるいは針金状嘲体
を被覆するなどの方法によって得ら几たもσ】を用いる
ことがで式る。前記吸着剤の直径は０．０５〜ｌ襲程度
が実用的であり。

こｒＬ、以下では機械強度が不足するため便用中Ｋｆ形
し、こｒし以上では稀少物質に対する内部拡散速度が不
足″ｒろことがある。２ｒ、吸着１−２におけろ吸着剤
充填の空喋惠は８０％ヅ上、好ましくは９０％以上にな
るように充填するのが良く、こ几以下ｗ−ｒると流体の
ｊｌｊ　！　Ｋ伴５水圧損失が大礫くなるため流体導入
量が低下し抗力が大きくなるので好ましくない、。

格子体３としては吸着１＠２ノ通過する流体による水圧
損失ケ十分小さくするために、十分に目の荒い格子状物
体や金網状物体などケ用いろσ）が望ましい１．更に、
第１図の矢印８ａｆ示寸よ５に。

吸着層２σ］窒塔流速ケ低眞させることによって吸着）
−２の水圧損失ケ十分小さくシ、流体導入率ケ回上させ
、同時に流体の流ｎｔｔｒよる抗カケ低減させることが
重要である１、このために流入する流体の全であるいは
大部分が斜めに流入するよ５に吸ｆ層２ｖ設＃す几ばよ
い。

第３図は吸着１１Ｊ　２の他の例ケ示″′を断面詳縄図
で、この吸着ｊ−２は格子体３内に吸着体９を収納して
構成さ几ており、吸着体９は流体通流部ケ有寸ろ収納容
器内ＶＣｄＬ維状、糸状あるいは針金状の吸冴剤？高い
空隙率で収納するとともに、必要に応じて比重ケ調節す
るための比重Ａ節物体ケ収納して構成さｎている。

一役に、吸着層２における水圧損失は空塔流速が小さい
場合、吸着剤の充填厚さおよび空塔流速にほぼ比例し、
吸着剤の直径の２乗σ）逆数にほぼ比例する。さＩＩ−
，１７吸着剤ケ充填する空隙率なεとするとと（１−ε
）２／εＳにほぼ比例する。−万。

流体導入部は吸＃　Ｉｎ　２１７１水圧損失が増７ＪＯ
″″すると急１ＷｋＫ減少し、吸着部材ｌに作用する流
体σ】流量による抗力はこσ】水圧損失にほぼ比例して
変化する。

したがって、空隙率を十分大きくし、空塔流速ケ小さく
することによって流体導入耶が大きく上記抗力σ］小さ
い吸着部材１を実現できや。吸着第７回上させるために
は９隙率および空塔流速に見合った吸着１４４２　ｖｒ
おける吸着剤充填厚さが必要であり、また吸着剤の直径
は吸着速度論的観点かちあまり大きくすべきでない。し
たがって、たとえば海流直接利用方式の流体導入率と吸
着ｔヶ同時に同上させるには空隙率ケ大きくし、窒塔流
速ケ小さくするとともに充填厚さケ適宜選定することが
極めてＭ９となる。

吸着層２における吸着剤充填の厚さは、瞥塔流速、空隙
率および吸着剤の吸着速度論的な特性などケ考慮して吸
着系か低下しない程度に大きくする必要があるが、通常
σ）粒状吸着剤ケ充填した固定床に較べて十分大きくす
る必要があり、５０〜２００ｃｒｎの範囲ｒ寸ろのが好
ましい。ただし、あまり大きくすると水圧損−失を大き
くするσ〕で好ましくない。

第４図は本発明で用いる吸着部材の他の例？示すもので
、所足間隔だけ離間した支切板１０　ａ’と１０ｂ１１
１！１に１個の吸着層２が人口部５の直ｉｉＴσ】流体
の流ｌｒＬ、８Ｖｒ対して傾設さｎている。要するに、
吸Ｒ邸材１ａは一対σ〕吸７！′ｆ層ケＶ字状になるよ
５に各−喘ケ連結する代りＦ、１個の吸着層ケ流体σ〕
流れｖｒ　ｙｔ　シて傾斜させて設けても瀉】図に示し
たもσ】と同様な作用、効果が得ら几るものである。。

第５図は第１図に示した吸Ｎ部材？使用した海水中に含
まれる稀少物°霞の吸Ｎ椿噴ケ示すものである。里５図
に示すようｆｆ、襟数個の吸着部材１をそσ）人口部５
が着水のｉ　ｎ−１１０〕方向に対して垂直となるよ５
ｖｃ列設する１、シかし、吸着層［げσ］中央部におけ
ろ吸着部材ｌの入口部５を海水の流ｒし１１万回Ｖｒ対
して垂直に設置］−ても、吸着装置Ｈの中央部かち端部
に到るにしたかつて入口部５に流入する海水力流量の方
向が垂直かち次ボに人きくずｒＬろので、吸着部材１の
配置ケ修正してどの吸着層２も流入する海水に対して同
一σ］傾斜角度ケ有寸ろよＪ′＋Ｖ″ｆろσ］が好まし
い。すなわち、装「ａσ〕中央部に位侍する吸着部材１
夕中、しにして順次両端部方向に位晴寸ろ吸Ｒ部材１は
海水σ〕流線１２に対してその人口部面が直交するよ′
１にして列設しである。

第５図の吸Ｍ装置において、具体的な検討結果の一例ケ
示せば直径０．６ｇの糸状吸着剤ケ伊隙惠９５％、厚さ
１ｍで充填し、吸着部材人口部５における海水流入断面
積に対して吸着部材１の海水流入断面績ケＦＪ１２倍と
なるよ５に該吸着部材１を配置した吸着装置ケ流速約１
．３ノ・ノドσ〕海流中に垂直に設置した場合、七〇〕
流体導入系は１−１５０％になる。また吸冴層２σ】空
塔流速は１５６σ／汁であり、十汁厚い吸着１−となっ
ているので゛（ば易にそθ〕吸着享ケ５０％程度にする
ことができる。

このため１年間３Ｑ）ンを生産するウラン採取プラント
σ】場合、吸着剤ケ脱着処理してから製品ケ製造するま
での回収効率′ｌ：／８０％と仮定すると。

吸着装置の大きさは高さ４５　ｙａ　、巾１００　ｒｈ
　、奥行き５０ｙａ程度となる。また海水の流ｎＫよる
抗力は約１５０トン程度であるから例えば係留などσ】
手段で容易に＃年中に固定することもできる。

このよ５に海流利用方式においては、吸着層２におけろ
吸着剤充填の空隙率ケ大きくシ１通過する海水の窒塔流
速？小さくすることによる効果は絶大で、効率の良い構
造簡単にして経済的な吸着装置ケ得ることが可能となる
。

源流利用方式における吸着装置は海洋中に設置さ几るの
で遠隔かつ自動的に運転さ几ることが望ましく、こｎを
実現するためには吸Ｎ層２への吸着性物体の併給と回収
および輸送が容易でなければならない。このためには、
車３図に示す吸着ｆ−ケ採用するのが適当である。すな
わち適宜に比重ケ調節した吸着体を用いることによって
吸着層２への吸着体σ〕供供給１収収よび輸送ケ固液混
送によって容易に行ない得るだけでなく、Ｏ＆着層２に
おける吸着体の移動方向′？鉛直上回又は下向とするこ
とによって、吸着１−２内での移動ケ容易に行なわせる
ことが可能である。

また、海水中に含まれる格子体３σ）目より大きい夾雑
物が吸着層２の前面に付着した場合は、間歇的に吸着層
の後縁部７および吸着層の前縁部６ケ完全に開くことに
よって前記夾雑！吻？除去できる。。

第６図は本発明の吸Ｍ装置の他の例？示すもので、第４
図に示した吸着部材１ａ？便用したものである。この吸
着＠＠ＡＦおいても、吸着部材ｌａケその人口部５が海
水σ１Ｉｔｒ＋ｌｔの方向に対して垂直となるよ５に列
設する。装置の中央部に位置する吸Ｎ部材ｌａケ中心に
して順次両端部方向に位置ｆろ吸Ｍ部材１ａは海水の流
量による流線１２Ｖｒ対してその人口部５が直交するよ
うにして列設してあり、第５図の採取装置と同様な作用
、効果ケ奏するものである。

第７図は本発明による吸着装置の他の実施例ケ示すもσ
〕で、この実施例では同寸法および同形状の榎数個σ〕
吸着部材１ヶその開口部がそｎぞｎ苺水の流量１１［対
して垂直となるよう曲設配置して吸着装置ケ構成したも
のである。したがって。

同一形状でかつ同寸法の吸着部材１夕用いているか島、
吸着装置の製作が容易であるとともに、前述の各吸着装
置と同様な作用効果が得ｌ−１７″Ｌ、ろ。

この場合は各吸着層の浸さが等しいσ］で、海水中に含
まれる格子体３０目より大きい夾雑物か吸着層２の前面
に付着した付着物力除去および吸着１−２の内部の逆洗
のためＩＩｒ吸ｆｉＦ層を間歇的に反転させることがで
きる。−ｔなわち吸着層の後縁部７および吸着層の前轍
部６ン完全に開き、更に他の隣接する吸肩層σ〕端点と
そ几ぞ几連結寸ろことがでとる。

以上説明したよ、５に本発明は、繊維状、糸状あるいは
針金状σ）吸着剤、あるいは繊維状、糸状あるいは針金
状の吸着剤２十汁な機械強ＩＷケ督する網目状物体ある
いは多孔状物体にて抜色し、必要に応じて比重調節物体
′？彼包してなる吸着体からなる吸着性物体ケ高い窒隙
出にて充填し、流入する流体のすべであるいは大部分が
斜めＶｒ流入するよ５に配置した吸ｉ１＠ｖｒよって、
流体導入率および吸着部？同時に同上させ、流体のＲ，
ｎＫよる抗カケ低減させるようにしたから、構造簡単に
して経隣的に流体中に含まれる稀少物質ケ採取できる装
Ｐｒケ帰供で踵、その技術的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流体中に含まれる稀少物質σ〕採
取装置に用いる吸着部材の一実施例ケ示すｉＥ断面図１
．ＪＥＺ図は吸着部材を構成するｌｉｉ層の７例ケ示す
断面詳細図、駆３図は吸着１−の他の例を示す断面詳細
図、駆４図は吸着部材の他の例を示す正断面図、第５図
は本発明の採取装置で用いる吸着装置σ〕第１実施例？
示す正面図、第６図は吸着装置の第２実施例ケ示す正面
図、第７図は吸着装置の第３実施例ケ示す正面図である
。 １．１ａ・・・吸着部材、２・・・吸着層、３・・・格
子体、４・・・吸着性物体、５・・・入口部、６・・・
吸着層の前縁部、７・・・吸着層の後縁部、８・・・人
口部５σ）直前の流体の流ｒＬ、１１・・・海水の流量
、１２・・・海水の流の流線、９・・・吸着体、ｔｏａ
、ｔａｂ・・・支切板。 ８ａ・・・吸Ｍ層附近の流ｎ０ 第４、図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　繊維状、糸状あるいは針金状の吸着性物体′
   ？所定の空隙系で格子体からなる収納枠内に収設して形
   成した吸着層を有する吸着部材を。 流入する流体のすべであるいは大部分が前記吸着ノーに
   斜めに流入するように配置１　して構成したことケ特徴
   とする流体中に含まｎる稀少物質の採取装置。 （２）繊維状、糸状あるいは針金状の吸着性物体ケ所定
   の窒Ｉ率で格子体からなる収納枠内に収設して形成した
   吸Ｎ層ケ有する櫟数個の吸着部材ケ、流入する流体のす
   べであるいは大部分が前記各吸着部材σ】吸着層に斜め
   に流入するよ５に列設して構成したことを特徴とする流
   体中に含ま几る稀少物質の採取装置。 （３）前記吸着層ケ、繊維状、糸状あるいは針金状の吸
   着剤を流体通流部？有する収納容器に収納してなる吸着
   体ケ格子体で被包して構成した特許請求の範曲駆１項記
   載の流体中に含まｒしる稀少物質の採取装置。 （４）前記吸着部材が、少なくとも２個の吸着層の各端
   部なこれらの吸着ノー間に所定の角度ケ督するよ５に連
   結して構成されている特許請求の範囲第１項記載の流体
   中に含まれろ稀少物質の採取側Ｌ （５１前記吸着部材ケ、所定間隔離間してｔ［股さｎた
   支切板間に１個の吸着層ケ傾設して構成したことケ特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の採取装置。 （６）前記列設さ几た轡数個の吸着部材のうち中央部に
   位１１ｒする吸着部材を中心にしてＩ＠次両端部方回に
   位ａする各吸着部材その人口部面が流体の流線に対して
   直交するよＩＳに前記祷数個の吸着部材を配置して構成
   したこと？特徴とする特許請求の範囲第２項記載の流体
   中に含まｎる稀少物質の採取装置。 （７）前記複数個の吸着部材ンその開口面が流体の流線
   Ｖｒ対して直交するように連続的に曲設して構成したこ
   と？特徴とする特許請求の範囲第２項記載の流体中に含
   ま几る稀少物質の採取装置。