(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液中の砒素からスコロダイトを析出させるための方法であって、前記溶液は鉄を含み、前記方法は、前記溶液を、通液孔を有するプラスチック材料の基板と接触させる工程を含む、該方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記基板がメッシュ構造を有する、該方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記メッシュ構造の目開き率が５０％以下である、該方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、種結晶を使用しない、該方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、砒素濃度が１０ｇ／Ｌ以下の前記溶液を基板と接触させる工程を含む、該方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスコロダイトを製造するための方法に関する。より具体的には、基板を用いて、スコロダイトを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅鉱石などの非鉄製錬原料中には種々の不純物が混入しており、そのような不純物には砒素（Ａｓ）が含まれる。砒素は有毒元素であり周囲環境への影響を考えて、化学的に安定性の高い形態に変換した上で処分することが望まれる。この点、鉄砒素化合物であるスコロダイト（ＦｅＡｓＯ4・２Ｈ2Ｏ）の結晶は化学的に安定であることが知られており、長期保存にも適している。
【０００３】
スコロダイトを製造する方法としては、様々な方法が考案されている。例えば、特許文献１では、種結晶を添加する技術が開示されている。また、特許文献２では鉄酸化細菌を活用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６１１２３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８００３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうした従来技術のアプローチ、即ち種結晶や鉄酸化細菌を基礎としたアプローチのみでは、砒素析出をこれ以上効率化させるのにも限界がある。こうした事情に鑑み、本発明は、従来技術とは全く異なるアプローチにより、効率的に砒素を析出させるための方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明１）
溶液中の砒素からスコロダイトを析出させるための方法であって、前記溶液は鉄を含み、前記方法は、前記溶液を基板と接触させる工程を含む、該方法。
（発明２）
発明１に記載の方法であって、前記基板が通液孔を有する、該方法。
（発明３）
発明２に記載の方法であって、前記基板がメッシュ構造を有する、該方法。
（発明４）
発明３に記載の方法であって、前記メッシュ構造の目開き率が５０％以下である、該方法。
（発明５）
発明１〜４のいずれか１つに記載の方法であって、種結晶を使用しない、該方法。
（発明６）
発明１〜５のいずれか１つに記載の方法であって、前記基板がプラスチック材料である、該方法。
【発明の効果】
【０００７】
従来技術において、砒素を効率的に析出させるための種々の試みがなされているものの、析出させる前に様々な準備が必要となる。例えば、特許文献１に示す種結晶を用いる方法では、種結晶を予め製造する必要がある。種結晶を製造するためには、砒素を含む溶液を濃縮して砒素濃度を上げる必要があり、更には結晶化を推進するために温度を高くする必要もある。また、特許文献２に示すように、鉄酸化細菌を用いる場合には、細菌を予め砒素に順化させるための培養工程が必要となる。
【０００８】
本発明は、一側面において、基板を用いて砒素を析出させる。種結晶や細菌を用いる場合と違って、基板自体は予め処理を施す手間や時間を必要としない。従って、簡便且つ効率的に砒素を析出させることができる。
【０００９】
また、基板を用いることによって、溶液中の砒素濃度を、より短期間で低下させることができる。また、一側面において基板は、プラスチック材料であり、簡単に手に入る材料である。
【００１０】
一側面において、本発明は特定のメッシュ構造を有する基板を用いる。これにより、更に効率的に砒素を析出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る方法を用いてスコロダイトを製造したときの、溶液中のヒ素濃度の低下度合いを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための具体的な実施形態について説明する。
【００１３】
１．砒素（砒素化合物）
本発明の一実施形態に係る方法は、砒素（砒素化合物）を含む溶液に適用することができる。溶液中の砒素の種類については特に限定されない。砒素の価数についても、３価でもよく、５価でもよい。より好ましくはヒ酸（Ｈ3ＡｓＯ4）である。
【００１４】
２．スコロダイトの製造の化学反応
溶液中のヒ酸は、鉄の存在下で、スコロダイトとして析出することができる。この時以下の化学反応が起きていると思われる。
Ｆｅ3+＋Ｈ3ＡｓＯ4＋２Ｈ2Ｏ→ＦｅＡｓＯ4・２Ｈ2Ｏ＋３Ｈ+
このように、スコロダイトを製造するためには鉄イオン源とヒ素イオン源とが必要となる。また、スコロダイトを製造するためのヒ素イオン源については、ヒ酸に限定されず、後述する砒素イオン源を用いることができる。
【００１５】
３．スコロダイトの製造条件（鉄イオンについて）
スコロダイトを構成する鉄イオン源については、二価の物でも三価の物でもよい。特に限定されないが、典型的には、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ4）、水酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）、二硫化鉄（ＦｅＳ2）等の二価鉄化合物、黄鉄鉱、磁硫鉄鉱等の二価鉄を含む硫化鉄鉱物等が挙げられる。また、これらを１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。鉄イオン源の量は、特に限定されないが、多ければ多いほどスコロダイトは析出しやすい。ただし多いほど試薬費用が増大する。また、スコロダイトを形成するにはヒ素に対し等量が最低限必要となる。後述する砒素イオンに対するモル比、即ち、Ｆｅ／Ａｓのモル比が、最終的に１〜２、好ましくは、１．２〜１．５であることが好ましい。
【００１６】
４．スコロダイトの製造条件（砒素イオンについて）
スコロダイトを構成する砒素イオン源については、三価の物でも五価の物でもよい。また、砒素イオン源については、典型的には、亜砒酸（Ｈ3ＡｓＯ3）や砒酸（Ｈ3ＡｓＯ4）、メタ亜砒酸等が挙げられる。砒素イオン源の量は、特に限定されないが、０．５〜１０ｇ／Ｌである（砒素原子の重量に換算した量）。また、スコロダイトの製造効率を上げる意味から、砒素イオン源の量は、好ましくは１ｇ／Ｌ以上であり、更に好ましくは２ｇ／Ｌ以上である。また、スコロダイトの製造効率を上げる意味から、砒素イオン源の量を、２ｇ／Ｌ以上、あるいは５ｇ／Ｌ以上とすることも可能である。また、上限値については、特に規定されないが、これ以上濃度を上げても効果が出ないなどの経済的な観点等から適宜決定することができる。例えば、１０ｇ／Ｌ以下、９ｇ／Ｌ以下、８ｇ／Ｌ以下、７ｇ／Ｌ以下、６ｇ／Ｌ以下、５ｇ／Ｌ以下、４ｇ／Ｌ以下、又は３ｇ／Ｌ以下である。
【００１７】
５．スコロダイトの製造条件（その他の反応条件について）
他の反応条件は、状況に応じて当業者が適宜選択することができる。典型的な条件は以下の通りである。
温度：１５〜９０℃（好ましくは２５〜６０℃）
時間：０．３〜２８日間（好ましくは０．５日間以上）
ｐＨ：０．５〜３．０（好ましくは１．０〜２．０）
また、溶液は、後述する基板との良好な接触を促進するため、適宜撹拌してもよい。また、通気性の環境であることが好ましい。これは、酸素を撹拌によって溶液中に供給できるからである。そして、二価の鉄を三価の鉄に変換することができる。
【００１８】
６．スコロダイトの製造条件（基板について）
本発明の一実施形態では、溶液中のヒ素からスコロダイトを析出させるために、基板を用いる。本明細書で用いる「基板」は、溶液中に溶解した物質が析出するための足掛かりとなる材料を指す。析出形態は、結晶質でも非晶質であってもよい。また、「基板」という用語を用いているものの、形状が板状の物に限定されるわけではない。例えば、板状、棒状、紐状、扁平状等の形態を有してもよい。また、溶液との接点を増やすため、適宜通液孔（例：貫通孔）を設けてもよい。ただし、種結晶は、本明細書で用いる「基板」には含まれないものとする。
【００１９】
スコロダイトの生成反応は、液中よりも、むしろ、固体と液体の界面で生じやすい。従って、上記基板を溶液中に投入することにより、界面面積が大きくなり、スコロダイトの生成反応が促進されると考えられる。また、溶液を撹拌することにより、界面付近には常にフレッシュな溶液が供給され、スコロダイトの生成反応が更に良好に促進すると考えられる。
【００２０】
基板として用いる材料としては、特に限定されず、金属材、プラスチック材、その他の有機材料又は無機材料を使用することができる。ただし、スコロダイトの生成反応は、比較的高温且つ酸性条件下で行われるので、こうした条件に耐えうる材料であることが好ましい。例えば、金属材については、酸性条件下で溶解しない材料であることが好ましい。
【００２１】
こうした理由から、好ましい基板はプラスチック材料である。プラスチック材料としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンといったフッ素樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ乳酸、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ乳酸等が含まれるがこれらに限定されない。典型的には、プロプロピレンを用いることができる。こうした材料は、いずれも一般的に入手可能な材料である。従って、従来技術のように特殊な準備（例えば、種結晶の準備や順化培養など）を行う必要がない。よって、製造工程が単純になり、時間も短縮することができ、有利である。
【００２２】
基板の形状については、特に限定されないが、メッシュ構造を有することが好ましい。この理由として、溶液と接触する面積が増加するとともに、溶液の撹拌を妨げないからである。メッシュ構造の網目については、特に限定されないが、溶液と接触する面積が増加するという観点から、細かい網目の方が好ましい。具体的には、目開き率が５０％以下、より好ましくは、４５％、更に好ましくは、２５％以下である。特に５０％以下だと、スコロダイトの製造率が大きく向上する。また、極端に目開き率が低いと通液性が損なわれるので、目開き率は５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましい。なお、ここで述べる目開き率は、メッシュ全体の面積における開孔部の割合を表す。
【００２３】
７．スコロダイトの製造条件（種結晶について）
本発明のある実施形態においては、種結晶を併用することが可能である。これにより、スコロダイトの析出を更に促進することができる。本発明の別の実施形態においては、種結晶を使用しない。これにより、種結晶を準備する工程が必要なくなる。従って、製造工程が単純になり、時間も短縮することができ、有利である。
【００２４】
８．スコロダイトの製造条件（鉄酸化菌について）
本発明のある実施形態においては、鉄酸化菌を併用することが可能である。これにより、スコロダイトの析出を更に促進することができる。本発明の別の実施形態においては、鉄酸化菌を使用しない。これにより、鉄酸化菌を砒素に順化させる工程が必要なくなる。従って、製造工程が単純になり、時間も短縮することができ、有利である。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例を示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をより良く理解するために提示するものであり、本発明が限定されることを意図するものではない。
【００２６】
溶液中のＡｓの濃度変化は、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ、セイコーインスツル株式会社製、ＳＰＳ７７００）で測定した。
【００２７】
溶液中のＡｓ最終濃度が５ｇ／Ｌになるように、ヒ酸ナトリウム試薬を溶解させた。希硫酸を用いて、溶液のｐＨを１．５に調整した。更に、Ｆｅ最終濃度が５ｇ／Ｌになるように硫酸第一鉄を添加した。溶液の体積は２００ｍＬであった。
【００２８】
溶液は、２５０ｍＬ容量のＦＬＰＥ性ボトルに入れた。そして、更に以下の表に示す目開き率のメッシュ（スイス(SEFER)社製 ポリプロピレンメッシュ、５ｃｍ×５ｃｍ）を所定の枚数入れた。そして、５０℃で振盪し、撹拌を行った。
【００２９】
【表１】
0006673708.tif 000002
【００３０】
比較例１については、実施例１と同様の条件で試験を行った。ただし、メッシュを全く投入しなかった。
【００３１】
上記実施例及び比較例について、２４時間後に、比較例及び実施例いずれにおいてもスコロダイトの製造が確認された。また、２４時間後に溶液中のＡｓ濃度を測定した。結果を図１及び表２に示す。
【表２】
0006673708.tif 000003
【００３２】
比較例１と実施例３を比べると、明らかに実施例３の方が砒素濃度が低下していることが理解できる。従って、基板を投入することで、短期間中に効率的にスコロダイトを製造できることが理解できる。また、実施例１及び２を比べるとメッシュの目開きが細かいと、更に砒素濃度が低下していることが理解できる。従って、目開き率を調整することで、更に効率的にスコロダイトを製造できることが理解できる。
【図１】
0006673708.tif 000004