(57)【要約】【課題】  貴金属をリサイクルするための支持型液体膜の分離システムを提供する。【解決手段】  本発明の分離システムは、実効分離面積を増加させるために直列に分離槽を追加し、反応速度を維持し且つｐＨ値の変動に起因する金属の沈殿問題を解消するためにフィード溶液のｐＨ値をｐＨ制御装置によって制御し、圧力勾配に起因して液体膜が失われる問題を解消するために重力及びポンプによって溶液を循環させる。本発明の支持型液体膜の分離システムは、本発明の分離システムを貴金属のリサイクルに使用することができるように、支持型液体膜の分離面積及び処理容量を増加させることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持型液体膜の分離システムであって、
２つの支持型液体膜によって３つの領域に分割された分離槽を含み、上記３つの領域の左及び右領域はフィード領域であり、中央領域はストリップ領域であり、上記３つの領域の全てにドレン管及び排出管がそれぞれ取り付けられており、
上記システムは更に、
フィード溶液を貯蔵するためのフィード槽と、
過剰フィード溶液を貯蔵するためのフィード緩衝槽と、
ストリップ溶液を貯蔵するためのストリップ槽と、
過剰ストリップ溶液を貯蔵するためのストリップ緩衝槽と、
上記システムのｐＨ値を検出して制御するためのｐＨ制御装置と、
上記各フィード領域または上記各ストリップ領域を連絡するための複数のドレン管と、
上記液体膜の両側の圧力差を減少させるための複数の排出管と、
上記システム内の溶液を循環させる駆動力を与えるための複数のポンプと、
を有することを特徴とする分離システム。
【請求項２】
上記分離槽が、直列に上記分離システムに追加される請求項１記載の分離システム。
【請求項３】
上記分離槽の各フィード領域の上記ドレン管は連通しており、上記分離槽の各ストリップ領域の上記ドレン管は連通しており、上記分離槽の各フィード領域の上記排出管は連通しており、そして上記分離槽の各ストリップ領域の上記排出管は連通している請求項２記載の分離システム。
【請求項４】
上記分離槽の各フィード領域は、上記ドレン管を介して上記フィード緩衝槽と連通しており、また上記分離槽の各ストリップ領域は、上記ドレン管を介して上記ストリップ緩衝槽と連通している請求項３記載の分離システム。
【請求項５】
上記フィード槽、上記分離槽のフィード領域、及び上記フィード緩衝槽は上記ドレン管を通して連絡し、上記フィード溶液は上記ポンプの援助によってそれらの中を循環的に流れることを特徴とする請求項１に記載の分離システム。
【請求項６】
上記ストリップ槽、上記分離槽のストリップ領域、及び、上記ストリップ緩衝槽は、上記ドレン管を介して連通し、上記ストリップ溶液は、ポンプの援助によってそれらの中を循環的に流れる請求項１記載の分離システム。
【請求項７】
上記ｐＨ制御装置は、ｐＨ調整槽と、ｐＨ計と、ｐＨ調整ポンプとを含む請求項１記載の分離システム。
【請求項８】
上記分離槽内の上記支持型液体膜は、抽出剤を充填した多孔性の膜である請求項１記載の分離システム。
【請求項９】
上記多孔性の膜は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（二フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、または他のポリマーを含む多孔性の膜からなる請求項８記載の分離システム。
【請求項１０】
上記分離槽内の上記支持型液体膜は、抽出剤及び希釈材を充填した多孔性の膜である請求項８記載の分離システム。
【請求項１１】
上記ストリップ溶液は、無機酸である請求項１記載の分離システム。
【請求項１２】
上記分離槽は、化学耐性を有する材料で製造されている請求項１記載の分離システム。
【請求項１３】
上記化学耐性を有する材料は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テフロン（登録商標）、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む請求項１２記載の分離システム。
【請求項１４】
上記フィード槽内のフィード溶液及び上記ストリップ槽内のストリップ溶液は、それぞれ重力によって上記分離槽のフィード領域及びストリップ領域内へ流入し、次いで上記フィード緩衝槽及び上記ストリップ緩衝槽へそれぞれオーバーフローする請求項１記載の分離システム。
【請求項１５】
上記ポンプは、上記フィード溶液及びストリップ溶液を上記分離システム内で循環させるために使用される請求項１記載の分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貴金属をリサイクルするための支持型液体膜の分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
貴金属をリサイクルするために最初に行うべきことは、廃水から重金属を分離することである。これは化学的沈殿、イオン交換、溶媒抽出、電気分解、及び液体膜分離等によって遂行することができる。液体膜分離は、近年新たに開発された技術であり、必要な溶媒が少なく、反応容積が小さく、そしてエネルギ消費が少ないことから有利である。この新しい方法によれば、廃水内に含まれる金属イオンを濃縮し、次いで再使用のために分離することができるので環境保護及び資源リサイクリングの目的が達成される。
【０００３】
作業メカニズムによれば、液体膜には２つの基本の型、即ち乳化型液体膜（ＥＬＭ）、及び支持型液体膜（ＳＬＭ）が存在する。乳化型液体膜は物質移動束が高いという利点はあるが、膜の安定度、吸水性、二次乳化、及び制御ファクタの複雑さの故にその応用が限られる。支持型液体膜は、一般的には、適切な有機抽出剤を充填させた多孔性高分子材料であり、この多孔性高分子材料が支持用マトリックスを構成している。若干の金属イオンに対する液体膜の選択性は、フィード相及び液体膜内の金属イオンの溶解度及び拡散係数の関数であるイオン分配係数によって決定される。従って、特定の金属イオンに対するこの液体膜の分配係数を高め、ある金属イオンに対する液体膜の選択性を増加させるためには液体膜内に抽出剤を添加すべきである。
【０００４】
支持型液体膜システムにおいては、錯体拡散の駆動力は濃度差から生ずる。より高い濃度を有するフィード界面内の有機金属錯体はストリップ界面へ拡散し、より高い濃度を有するストリップ界面内のキャリヤーはフィード界面へ拡散する。この分離プロセスは、交換反応及び濃度に起因する拡散反応の下で連続する。金属回収率は、適切な操作の下で99％まで到達させることができる。
【０００５】
支持型液体膜の分離手順は、抽出、ストリッピング、及び拡散プロセスを組合わせている。始めに金属イオンが拡散し、次いでフィード溶液内の有機金属錯体からのキャリヤーによって抽出され（これらの錯体は、その後にストリップ界面への液体膜内に拡散する）、そして錯体の金属イオンはストリップ溶液内でストリップされる。液体膜の分離能力に影響するファクタは、ｐＨ値、濃度、イオン強度、攪拌速度、ストリップ溶液、及び液体膜の組成及び厚み等を含む。一般に、液体膜の分離効率は、浸透率、膜分離ファクタ、及び金属回収率によって表される。
【０００６】
諸論文によれば、重金属を分離するための支持型液体膜の使用は、未だに研究室規模に留まっている。図１に示すように、従来の板支持型液体膜装置は、単に支持型液体膜１によって２つの領域、即ちフィード領域２及びストリップ領域３に分割されているだけであり、ｐＨ制御機能は設けられていない。このような従来の板支持型液体膜の分離効率が、その簡単な物質移動モードに従うことは容易に予測される。しかしながら、その有効分離面積が小さいこと、及び分離速度及び金属イオンの両者がｐＨ値によって影響を受けることから、この支持型液体膜システムを拡大して商業化することは大いなる挑戦である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、ｐＨ制御及び大きい処理容積を有する新しい液体膜システムを開発すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
公知の支持型液体膜システムの欠陥を解決するために、本発明はｐＨ制御機能及び大きい有効分離面積を有する支持型液体膜の新しい分離システムを提供する。
【０００９】
本発明は、支持型液体膜の分離システムに関し、本システムは、
２つの支持型液体膜によって３つの領域に分割された分離槽を含み、３つの領域の左及び右領域はフィード領域であり、中央領域はストリップ領域であり、３つの領域の全てにはドレン管及び排出管がそれぞれ取り付けられており、
上記システムは更に、
フィード溶液を貯蔵するためのフィード槽と、
過剰フィード溶液を貯蔵するためのフィード緩衝槽と、
ストリップ溶液を貯蔵するためのストリップ槽と、
過剰ストリップ溶液を貯蔵するためのストリップ緩衝槽と、
システムのｐＨ値を検出して制御するためのｐＨ制御装置と、
各フィード領域または各ストリップ領域を連絡するための複数のドレン管と、
液体膜の両側の圧力差を減少させるための複数の排出管と、
システム内の溶液を循環させる駆動力を与えるための複数のポンプと、
を含む。
【００１０】
本発明の分離システムにおいては、フィード槽内のフィード溶液及びストリップ槽内のストリップ溶液はそれぞれ重力によって分離槽のフィード領域及びストリップ領域内へ流入し、それぞれフィード緩衝槽及びストリップ緩衝槽へオーバーフローする。フィード槽、分離槽のフィード領域、及びフィード緩衝槽はドレン管を通して連絡しており、フィード溶液はポンプの援助によってそれらの中を循環的に流れる。ストリップ槽、分離槽のストリップ領域、及びストリップ緩衝槽もドレン管を通して連絡しており、ストリップ溶液はポンプの援助によってそれらの中を循環的に流れる。
【００１１】
本発明の分離システムのｐＨ制御装置は、ｐＨ調整槽、ｐＨ計、及びｐＨ調整ポンプを含む。この装置は、金属の沈殿を回避し且つ反応速度を維持する目的から、分離システムのｐＨ値を適切なｐＨ状態に制御するために使用される。
【００１２】
本発明の分離システムの好ましい実施の形態においては、もし必要ならば、分離槽を直列に追加することによって支持型液体膜の分離面積を増加させることができる。この場合、分離槽の各フィード領域はドレン管を通してフィード緩衝槽と連絡させ、また分離槽の各ストリップ領域はドレン管を通してストリップ緩衝槽と連絡させる。支持型液体膜の直列分離システムにおいては、分離槽の各フィード領域内に取り付けたドレン管及び排出管はそれぞれ互いに連絡しており、また分離槽の各ストリップ領域内に取り付けたドレン管はそれぞれ互いに連絡している。
【００１３】
金属分離手順は、低コスト、高効率、及び低二次公害の長所を提供すべきである。本発明の分離システムは、実効分離面積を増加させるために分離槽を直列に追加し、反応速度を維持し且つｐＨ値の変動に起因する金属沈殿の問題を解消するためにｐＨ制御装置によってフィード溶液のｐＨ値を制御し、そして圧力勾配に起因して液体膜が失われる問題を解消するために重力及びポンプによって液体を循環させることを特徴としている。これによって、貴金属をリサイクルさせるための新しい高効率の支持型液体膜の分離システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による支持型液体膜の分離システム１００の一実施形態を図２に示す。分離システム１００は、２つの支持型液体膜８０によって３つの領域に分割された分離槽１０を含み、左及び右領域はフィード領域１１，１２であり、３つの領域の中央領域はストリップ領域１３であり、３つの領域の全てにドレン管及び排出管がそれぞれ取り付けられており、上記システム１００は更に、フィード溶液を貯蔵するためのフィード槽２０と、過剰フィード溶液を貯蔵するためのフィード緩衝槽３０と、ストリップ溶液を貯蔵するためのストリップ槽４０と、過剰ストリップ溶液を貯蔵するためのストリップ緩衝槽５０と、システムのｐＨ値を検出して制御するためのｐＨ制御装置とを含み、ｐＨ制御装置は、ｐＨ調整槽６１、ｐＨ計６３、及びｐＨ調整ポンプ６２を含み、上記システム１００は更に、各フィード領域または各ストリップ領域を連絡するための複数のドレン管（実線で示す）と、液体膜の両側の圧力差を減少させるための複数の排出管（鎖線で示す）と、システム内の溶液を循環させる駆動力を与えるための複数のポンプとを含み、これらのポンプは、フィードポンプ７１及びストリップポンプ７２を含む。
【００１５】
上述した分離槽１０の支持型液体膜８０は、抽出剤を充填した多孔性の膜である。多孔性の膜の例は、限定するものではないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（二フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、その他のポリマーからなる多孔性の膜を含む。
【００１６】
支持型液体膜８０内に含まれる抽出剤は、分離することを望む金属に依存する。抽出剤は、酸性抽出剤または塩基性抽出剤を含む。酸性抽出剤の例は、限定するものではないが、カルボン酸、スルホン酸、またはリン酸含有酸性抽出剤を含む。塩基性抽出剤の例は、限定するものではないが、第一、第二、第三、または第四アミン塩を含む。
【００１７】
上述した支持型液体膜８０は、希釈剤及び抽出剤の両者を更に含むことができる。希釈剤は、抽出溶剤の濃度または有機相の金属錯体の溶解度を変えることによって抽出効率を最適化するために使用される。例えば、コバルトは灯油で希釈したジ（２エチルヘキシル）リン酸エステルによって抽出することができる。
【００１８】
本発明に使用されるストリップ溶液は一般的には無機酸であって、限定するものではないが、ＨＣl、Ｈ2ＳＯ4、ＨＮＯ3、ＮＨ4Ｆ、またはＮa2Ｓ2Ｏ3を含む。本発明に使用される槽は、耐酸性、耐塩基性、または耐有機物のような化学耐性を有する材料で製造することができる。これらの材料の例は、限定するものではないが、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、テフロン（登録商標）、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。
【００１９】
以下に、貴金属をリサイクルするための、図２に示すような支持型液体膜の分離システム１００の操作手順を詳細に説明する。開始時には、フィード槽２０には金属含有溶液がロードされ、またストリップ槽４０には予め準備されたストリップ溶液がロードされている。分離槽１０内の各領域の全ての排出弁９０、及びフィード槽２０、ｐＨ調整槽６１、及びストリップ槽４０の全てのドレン弁を開いて、フィード溶液及びストリップ溶液を重力によってそれぞれ分離槽１０のフィード領域１１，１２及びストリップ領域１３内へ流入させ、フィード緩衝槽３０及びストリップ緩衝槽４０内へオーバーフローさせる。その後に、フィードポンプ７１、ストリップポンプ７２、及びｐＨ調整ポンプ６２を始動させて溶液をポンプして循環させる。フィード緩衝槽３０内のフィード溶液をフィード槽２０内へポンプし、ストリップ緩衝槽５０内のストリップ溶液をストリップ槽４０内へポンプしながら、フィード溶液のｐＨ値を維持するためにｐＨ調整ポンプ６２によってｐＨ調整溶液をフィード槽２０内へポンプする。
【００２０】
もし必要ならば、本発明の分離システムの分離槽１０を直列に追加することができる。図３、図４、図５、及び図６に示す支持型液体膜の直列分離システムの例は、実効分離面積を増加させるために１１の分離槽１０が直列に接続されている。本発明の直列分離システムにおいては、各フィード領域１１，１２のドレン管は連通しており、各ストリップ領域１３のドレン管は連通しており、各フィード領域１１，１２の排出管は連通しており、そして各ストリップ領域１３の排出管は連通している。支持型液体膜の直列分離システムにおけるフィード溶液の流路を図３に示す。フィード槽２０、分離槽１０のフィード領域１１，１２、及びフィード緩衝槽３０は、ドレン管を介して連通している。フィード槽２０内のフィード溶液は、始めに重力によって第１の分離槽１０のフィード領域１１，１２内へ流入し、直列接続された後続フィード領域を順次通過した後にフィード緩衝槽３０内へオーバーフローする。フィード溶液をシステム内で循環させ、分離反応の継続を維持するために、フィード緩衝槽３０内のフィード溶液はフィードポンプ７１によってフィード槽２０内へポンプされる。図５に示すように、分離槽の各フィード領域を連通しているドレン管の他に、各フィード領域内のサンプルをフィード緩衝槽３０へ直接流入させるためのドレン管が設けられている。
【００２１】
支持型液体膜の直列分離システムにおけるストリップ溶液の流路を図４に示す。ストリップ槽４０、分離槽１０のストリップ領域１３、及びストリップ緩衝槽５０は、ドレン管を介して連通している。フィード領域と同様に、ストリップ槽４０内のストリップ溶液は、始めに重力によって第１の分離槽１０のストリップ領域１３内へ流入し、直列接続された他のストリップ領域を順次通過した後にストリップ緩衝槽５０内へオーバーフローする。ストリップ溶液をシステム内で循環させるために、ストリップ緩衝槽５０内のストリップ溶液はストリップポンプ７２によってストリップ槽４０内へポンプされる。図５に示すように、分離槽の各ストリップ領域を連通させるためのドレン管の他に、各ストリップ領域内のサンプルをストリップ緩衝槽５０へ直接流入させるためのドレン管が設けられている。支持型液体膜直列分離システムの排出管を図６に示す。分離槽の各フィード領域の全ての排出管は主フィード排出管に連絡し、各ストリップ領域の全ての排出管は主ストリップ排出管と連通している。
【００２２】
以下の実施例は、単に本発明を説明するために使用したものであり、本発明の範囲を限定しようとするものではない。これらの実施例には、本発明の思想から逸脱することなく多くの変更を行うことが可能であり、これらの変更は、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。
【実施例１】
【００２３】
この実施例に使用されている貴金属をリサイクルするための支持型液体膜の分離システムを図３、図４、図５、及び図６に示す。システムは、３０リットルの容積を有するＰＶＣ製フィード槽と、３０リットルの容積を有するＰＶＣ製フィード緩衝槽と、３０リットルの容積を有するＰＶＣ製ストリップ槽と、３０リットルの容積を有するＰＶＣ製ストリップ緩衝槽と、３０リットルの容積を有するＰＶＣ製ｐＨ調整槽と、フィードポンプと、ストリップポンプと、ｐＨ調整ポンプと、１１のＰＶＣ製分離槽とを含む。分離槽は、２つの支持型液体膜によって３つの領域に分割されており、左及び右領域は、それぞれ０．９リットルの容積を有するフィード領域であり、中央領域は、１．８リットルの容積を有するストリップ領域であり、３つの領域の全てにドレン管及び排出管がそれぞれ取り付けられている。フィード領域の全ての排出管、ストリップ領域の全ての排出管、フィード領域の全てのドレン管、及びストリップ領域の全てのドレン管はそれぞれ連通している。
【００２４】
本発明の支持型液体膜の分離システムを、ヒ化ガリウム（ＧaＡs）を分離するために使用した。抽出剤としてＰＣ８８Ａを使用した。支持された材料として、０．２μｍのＰＴＦＥ膜を使用した。フィード溶液のｐＨ値は、１．８に維持した。ストリップ溶液は、２ＭのＨＣlであった。分離時間と、ストリップ溶液内のガリウム及びヒ素の濃度との関係を表１に示す。開始時の未処理フィード溶液は、１２００ｍｇ／lのガリウムと、４００ｍｇ／lのヒ素とを含んでいた。システム内において７２時間にわたって処理した後に、ストリップ溶液は、１０９０ｍｇ／lのガリウムと、１．３ｍｇ／lのヒ素とを含んでいた。ガリウムの回収率は９１％であり、ガリウムとヒ素との比は３：１から８００：１まで増加していた。この結果は、抽出剤を選択することによって、本発明の支持型液体膜の分離システムがフィード溶液から貴金属を効果的に抽出できることを示している。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
本明細書に開示されている全ての特色は、いかなる組合わせにおいても組合わせることが可能である。本明細書に開示されている各特色は、同一の、等価の、または類似の目的によって置換することができる。従って、特に明示しない限り、開示した各特徴は、単に均等な、または類似の特徴の包括的な一連の例に過ぎない。
【００２７】
当業者ならば以上の説明から、種々の用途及び状態に適合させるために、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく本発明の本質的な特徴に対して種々の変更及び修正をなし得ることが容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の板支持型液体膜装置の概略図である。
【図２】本発明の支持型液体膜の分離システムの概略図である。
【図３】本発明の支持型液体膜の直列分離システムにおけるフィード溶液の流路を示す図である。
【図４】本発明の支持型液体膜の直列分離システムにおけるストリップ溶液の流路を示す図である。
【図５】本発明の支持型液体膜の直列分離システムのドレン管を示す図である。
【図６】本発明の支持型液体膜の直列分離システムの排出管を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    液体膜
２    フィード領域
３    ストリップ領域
１０    分離槽
１１，１２    フィード領域
１３    ストリップ領域
２０    フィード槽
３０    フィード緩衝槽
４０    ストリップ槽
５０    ストリップ緩衝槽
６１    ｐＨ調整槽
６２    ｐＨ調整ポンプ
６３    ｐＨ計
７１    フィードポンプ
７２    ストリップポンプ
８０    支持型液体膜
９０    排出弁
１００    支持型液体膜の分離システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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