(57)【要約】【課題】海水に含まれる金属の捕集効率を向上させる。【解決手段】海水が貯留された水槽内において金属吸着材を動かしながら前記海水に含まれる金属を前記金属吸着材に吸着させる金属捕集方法において、前記水槽に貯留された海水のｐＨが目標値となるように前記水槽内にｐＨ調整剤を投入する。【選択図】図１
2012122106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を貯留する水槽と、
アミドキシム基を含有する金属吸着材を前記水槽内で振動させる振動装置と、
前記水槽に貯留された海水のｐＨを検出するｐＨセンサと、
前記水槽内にｐＨ調整剤を投入する投入装置と、
前記ｐＨセンサから得られるｐＨ検出結果に基づいて前記海水のｐＨが目標値となるように前記投入装置による前記ｐＨ調整剤の投入量を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とする金属捕集装置。
【請求項２】
海水を貯留する複数の水槽と、
各水槽に設置され、アミドキシム基を含有する金属吸着材を前記水槽内で振動させる振動装置と、
各水槽に設置され、前記水槽に貯留された海水のｐＨを検出するｐＨセンサと、
各水槽に設置され、前記水槽内にｐＨ調整剤を投入する投入装置と、
各ｐＨセンサから得られるｐＨ検出結果に基づいて、各水槽に貯留された海水のｐＨが目標値となるように各投入装置による前記ｐＨ調整剤の投入量を制御する制御装置と、
を具備し、
前記海水は、最上流の水槽から下流側の水槽へ順次移送された後、最下流の水槽から前記最上流の水槽へ返送される、
ことを特徴とする金属捕集装置。
【請求項３】
前記ｐＨ調整剤は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属捕集装置。
【請求項４】
前記投入装置は前記二酸化炭素を前記水槽内に放出する曝気装置であることを特徴とする請求項３に記載の金属捕集装置。
【請求項５】
海水が貯留された水槽内において金属吸着材を動かしながら前記海水に含まれる金属を前記金属吸着材に吸着させる金属捕集方法において、
前記水槽に貯留された海水のｐＨが目標値となるように前記水槽内にｐＨ調整剤を投入することを特徴とする金属捕集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属捕集装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１及び非特許文献１には、モール状に成形された金属吸着材（ポリエチレンにアミドキシム基をグラフト重合させたもの）をアンカーに接続して海中に係留することで、海水に含まれる極微量のウランやバナジウム等の希少金属を効率良く捕集する技術が開示されている。
【０００３】
また、上記の技術では海水と金属吸着材との接触速度に限りがあるため、金属吸着材が固定されたバケットを海水の入った水槽内で上下動させて、海水と金属吸着材との接触速度を高めることにより、希少金属の吸着効率を向上させる技術が開発されている。なお、この技術はウラン鉱石からウランを溶出するためのResin-in-Pulpe法（非特許文献２参照）を応用して開発されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１９８０１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】玉田正男ら モール状捕集システムによる海水ウラン捕集のコスト試算 日本原子力学会和文論文誌,Vol.5,No.4,p.358-363(2006)
【非特許文献２】菅野昌義  原子炉燃料  東京大学出版会  p.65-66
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２は、金属吸着材に用いられるアミドキシム基のウラン吸収容量のｐＨ依存性を示す特性図である。この図からわかるように、海水のｐＨ＝８．０に対してアミドキシム基のウラン吸収容量が小さいため、例え、上記の手法で海水と金属吸着材との接触速度を高めたとしても、思うようにウランの吸着効率（捕集効率）を上げることは困難であった。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、海水に含まれる金属の捕集効率を向上させることが可能な金属捕集装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、金属捕集装置に係る第１の解決手段として、海水を貯留する水槽と、アミドキシム基を含有する金属吸着材を前記水槽内で振動させる振動装置と、前記水槽に貯留された海水のｐＨを検出するｐＨセンサと、前記水槽内にｐＨ調整剤を投入する投入装置と、前記ｐＨセンサから得られるｐＨ検出結果に基づいて前記海水のｐＨが目標値となるように前記投入装置による前記ｐＨ調整剤の投入量を制御する制御装置と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明では、金属捕集装置に係る第２の解決手段として、海水を貯留する複数の水槽と、各水槽に設置され、アミドキシム基を含有する金属吸着材を前記水槽内で振動させる振動装置と、各水槽に設置され、前記水槽に貯留された海水のｐＨを検出するｐＨセンサと、各水槽に設置され、前記水槽内にｐＨ調整剤を投入する投入装置と、各ｐＨセンサから得られるｐＨ検出結果に基づいて、各水槽に貯留された海水のｐＨが目標値となるように各投入装置による前記ｐＨ調整剤の投入量を制御する制御装置と、を具備し、前記海水は、最上流の水槽から下流側の水槽へ順次移送された後、最下流の水槽から前記最上流の水槽へ返送される、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、金属捕集装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記ｐＨ調整剤は二酸化炭素であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、金属捕集装置に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記投入装置は前記二酸化炭素を前記水槽内に放出する曝気装置であることを特徴とする。
【００１２】
一方、本発明では、金属捕集方法に係る解決手段として、海水が貯留された水槽内において金属吸着材を動かしながら前記海水に含まれる金属を前記金属吸着材に吸着させる金属捕集方法において、前記水槽に貯留された海水のｐＨが目標値となるように前記水槽内にｐＨ調整剤を投入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
既に述べたように、アミドキシム基を含有する金属吸着材の吸着効率はｐＨ依存性があるため、海水のｐＨ＝８．０では金属吸着材の性能を十分に発揮できない。そこで、金属吸着材の吸着効率が高くなるｐＨ値を目標値として定め、水槽に貯留された海水のｐＨが目標値となるように、水槽へのｐＨ調整剤の投入量を制御することにより、海水に含まれる金属の捕集効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における金属捕集装置の構成概略図（ａ）と、捕集ユニット２の拡大図（ｂ）である。
【図２】アミドキシム基のウラン吸収容量のｐＨ依存性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本実施形態における金属捕集装置の構成概略図である。この図に示すように、本実施形態における金属捕集装置は、海水導入装置１と、３つの捕集ユニット２、３、４と、ｐＨコントローラ５と、海水返送装置６とを備えている。なお、この図において、実線の矢印は流体（液体、気体を含む）を示し、波線の矢印は電気信号を示している。
【００１６】
海水導入装置１は、外部から供給される海水を捕集ユニット２（詳細には水槽２１）に導入する海水導入管１１と、この海水導入管１１の途中に介挿された海水導入バルブ１２とを備えている。この海水導入バルブ１２の開閉によって、水槽２１に導入される海水量を調節可能である。なお、この海水導入バルブ１２の開閉は、手動で行なっても良いし、或いは不図示のバルブコントローラによって自動制御しても良い。
【００１７】
捕集ユニット２は、海水導入装置１から導入される海水を貯留する水槽２１と、この水槽２１に設置された振動装置２２、ｐＨセンサ２３、曝気装置２４及び排水装置２５とを備えている。なお、図１（ｂ）は捕集ユニット２の拡大図である。
【００１８】
振動装置２２は、アミドキシム基を含有する金属吸着材ｍａを水槽２１内で振動させるものであり、金属吸着材ｍａが固定されたバケット２２ａと、このバケット２２ａの上部に結合され、不図示のモータによって上下に振動する振動ロッド２２ｂとを備えている。金属吸着材ｍａとしては、特許文献１や非特許文献１に記載されているように、ポリエチレンにアミドキシム基をグラフト重合させたものを用いることができる。また、金属吸着材ｍａの形状は帯状、モール状、球状、円筒形状など、海水との接触面積が大きい形状とすれば良い。
【００１９】
ｐＨセンサ２３は、水槽２１に貯留された海水のｐＨを検出し、そのｐＨ検出結果を示すｐＨ検出信号をｐＨコントローラ５に出力する。曝気装置２４（投入装置）は、水槽２１内にｐＨ調整剤として二酸化炭素を放出（投入）するものであり、水槽２１の底部に設置された散気管２４ａと、該散気管２４ａの途中に介挿されたＣＯ２調整バルブ２４ｂとを備えている。散気管２４ａの表面には複数の孔が形成されており、外部から散気管２４ａに導入された二酸化炭素はこれらの孔から水槽２１内に放出される。また、ＣＯ２調整バルブ２４ｂは、ｐＨコントローラ５から入力される弁制御信号に応じて開閉する電磁弁である。
【００２０】
排水装置２５は、水槽２１の底部に連通し、水槽２１に貯留された海水を捕集ユニット３（詳細には水槽３１）に排水する排水管２５ａと、該排水管２５ａの途中に介挿された排水バルブ２５ｂとを備えている。この排水バルブ２５ｂの開閉によって、水槽２１から水槽３１に排水される海水量を調節可能である。なお、排水バルブ２５ｂの開閉は、手動で行なっても良いし、或いは不図示のバルブコントローラによって自動制御しても良い。
【００２１】
捕集ユニット３は、水槽２１の下流に設置され、該水槽２１から排水される海水を貯留する水槽３１と、該水槽３１に設置された振動装置３２、ｐＨセンサ３３、曝気装置３４及び排水装置３５とを備えている。なお、捕集ユニット３の振動装置３２、ｐＨセンサ３３、曝気装置３４及び排水装置３５は、捕集ユニット２のそれらと同じ機能を有するものであるので、以下では詳細な説明を省略する。
【００２２】
振動装置３２は、金属吸着材ｍａを水槽３１内で上下に振動させるものである。ｐＨセンサ３３は、水槽３１に貯留された海水のｐＨを検出し、そのｐＨ検出結果を示すｐＨ検出信号をｐＨコントローラ５に出力する。曝気装置３４は、水槽３１内にｐＨ調整剤として二酸化炭素を放出するものであり、水槽３１の底部に設置された散気管３４ａと、該散気管３４ａの途中に介挿されたＣＯ２調整バルブ３４ｂとを備えている。排水装置３５は、水槽３１の底部に連通し、水槽３１に貯留された海水を捕集ユニット４（詳細には水槽４１）に排水する排水管３５ａと、該排水管３５ａの途中に介挿された排水バルブ３５ｂとを備えている。
【００２３】
捕集ユニット４は、水槽３１の下流に設置され、該水槽３１から排水される海水を貯留する水槽４１と、該水槽４１に設置された振動装置４２、ｐＨセンサ４３、曝気装置４４及び排水装置４５とを備えている。なお、捕集ユニット４の振動装置４２、ｐＨセンサ４３、曝気装置４４及び排水装置４５は、捕集ユニット２、３のそれらと同じ機能を有するものであるので、以下では詳細な説明を省略する。
【００２４】
振動装置４２は、金属吸着材ｍａを水槽４１内で上下に振動させるものである。ｐＨセンサ４３は、水槽４１に貯留された海水のｐＨを検出し、そのｐＨ検出結果を示すｐＨ検出信号をｐＨコントローラ５に出力する。曝気装置４４は、水槽４１内にｐＨ調整剤として二酸化炭素を放出するものであり、水槽４１の底部に設置された散気管４４ａと、該散気管４４ａの途中に介挿されたＣＯ２調整バルブ４４ｂとを備えている。排水装置４５は、水槽４１の底部に連通し、水槽４１に貯留された海水を海水返送装置６（詳細には返送ポンプ６１）に排水する排水管４５ａと、該排水管４５ａの途中に介挿された排水バルブ４５ｂとを備えている。
【００２５】
ｐＨコントローラ５（制御装置）は、各ｐＨセンサ２３、３３、４３から入力されるｐＨ検出信号に基づいて、各水槽２１、３１、４１に貯留された海水のｐＨが目標値となるように各曝気装置２４、３４、４４による二酸化炭素の放出量（投入量）を制御する。
【００２６】
海水返送装置６は、最下流の水槽４１から排水される海水を最上流の水槽２１へ返送するものであり、排水装置４５の排水管４５ａに接続された返送ポンプ６１と、一端が返送ポンプ６１の吐出口に接続され、他端が水槽２１の上部に到達するように延設された返送管６２とを備えている。水槽４１から排水された海水は、返送ポンプ６１によって昇圧され、返送管６２を通じて水槽２１に返送される。
【００２７】
次に、上記のように構成された金属捕集装置を利用した金属捕集方法について説明する。
まず、初期状態として、各水槽２１、３１、４１に海水は貯留されておらず、各排水バルブ２５ｂ、３５ｂ、４５ｂは閉じられているものとする。このような初期状態から、海水導入装置１の海水導入バルブ１２を開いて水槽２１に海水を導入し、水槽２１に規定量の海水が溜まった時点で海水導入バルブ１２を閉じる。
【００２８】
上記のように水槽２１に規定量の海水が溜まると、振動装置２２は上下振動を開始し、水槽２１内で金属吸着材ｍａが高速で振動することになる。この時、ｐＨコントローラ５は、ｐＨセンサ２３から入力されるｐＨ検出信号に基づいて、水槽２１に貯留された海水のｐＨが目標値（例えばｐＨ＝６．０）となるように曝気装置２４による二酸化炭素の放出量を制御する。
【００２９】
具体的には、ｐＨコントローラ５は、曝気装置２４のＣＯ２調整バルブ２４ｂを開いて水槽２１内への二酸化炭素の放出を開始すると共に、ｐＨセンサ２３から入力されるｐＨ検出信号を基に水槽２１に貯留された海水のｐＨを監視する。海水のｐＨは約８．０程度であるが、二酸化炭素が放出されることで酸性方向へ値がシフトする。そして、ｐＨコントローラ５は、水槽２１に貯留された海水のｐＨが６．０に達した時点で、ＣＯ２調整バルブ２４ｂを閉じて水槽２１内への二酸化炭素の放出を停止する。
【００３０】
図２に示すように、アミドキシム基のウラン吸収容量はｐＨ＝６．０近辺で最も高くなることがわかる。従って、海水のｐＨ目標値を６．０に設定することにより、金属吸着材ｍａによるウラン吸着効率を大幅に高めることができる。
【００３１】
このように、水槽２１内の海水のｐＨを６．０に維持した状態で、振動装置２２による金属吸着材ｍａの上下振動を一定期間行った後、排水装置２５の排水バルブ２５ｂを開いて水槽２１から水槽３１へ海水を排水し、水槽３１に規定量の海水が溜まった時点（水槽２１の海水が全て水槽３１に移った時点）で排水バルブ２５ｂを閉じる。
【００３２】
上記のように水槽３１に規定量の海水が溜まると、振動装置３２は上下振動を開始し、水槽３１内で金属吸着材ｍａが高速で振動することになる。この時、ｐＨコントローラ５は、ｐＨセンサ３３から入力されるｐＨ検出信号に基づいて、水槽３１に貯留された海水のｐＨが目標値（例えばｐＨ＝６．０）となるように曝気装置３４による二酸化炭素の放出量を制御する。これにより、水槽３１内においても、金属吸着材ｍａによるウラン吸着効率を大幅に高めることができる。
【００３３】
そして、振動装置３２による金属吸着材ｍａの上下振動を一定期間行った後、排水装置３５の排水バルブ３５ｂを開いて水槽３１から水槽４１へ海水を排水し、水槽４１に規定量の海水が溜まった時点（水槽３１の海水が全て水槽４１に移った時点）で排水バルブ３５ｂを閉じる。
【００３４】
上記のように水槽４１に規定量の海水が溜まると、振動装置４２は上下振動を開始し、水槽４１内で金属吸着材ｍａが高速で振動することになる。この時、ｐＨコントローラ５は、ｐＨセンサ４３から入力されるｐＨ検出信号に基づいて、水槽４１に貯留された海水のｐＨが目標値（例えばｐＨ＝６．０）となるように曝気装置４４による二酸化炭素の放出量を制御する。これにより、水槽４１内においても、金属吸着材ｍａによるウラン吸着効率を大幅に高めることができる。
【００３５】
そして、振動装置４２による金属吸着材ｍａの上下振動を一定期間行った後、排水装置４５の排水バルブ４５ｂを開いて水槽４１から返送ポンプ６１へ海水を排水する。水槽４１から排水された海水は、返送ポンプ６１によって昇圧され、返送管６２を通じて水槽２１に返送される。そして、水槽２１に規定量の海水が溜まった時点（水槽４１の海水が全て水槽２１に返送された時点）で排水バルブ４５ｂを閉じ、再度、水槽２１内での金属捕集処理（金属吸着材ｍａの振動、及び海水のｐＨ制御）を実施する。
【００３６】
以上のように、海水を最上流の水槽２１から下流側の水槽３１、４１へ順次移送し、各水槽２１、３１、４１での金属捕集処理を実施した後、最下流の水槽４１から最上流の水槽２１へ返送して再び同様な金属捕集処理を繰り返すことにより、海水に含まれている金属、特にウランやバナジウム等の希少金属の捕集効率を向上させることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、３つの捕集ユニット２、３、４を備えた金属捕集装置を例示したが、捕集ユニットの数（つまり、水槽、振動装置、ｐＨセンサ、曝気装置及び排水装置の数）はこれに限定されず、１つでも良いし、或いは４つ以上でも良い。なお、捕集ユニットを１つにする場合、振動装置による金属吸着材ｍａの上下振動を一定期間行った後、排水装置の排水バルブを開いて水槽から海水を排水するだけで良い。
【００３８】
（２）上記実施形態では、海水のｐＨ目標値を６．０に設定したが、図２に示すように、ｐＨ＝２．５〜７．５の範囲であれば、海水のｐＨ＝８．０に比べて高いウラン吸着効率を得られることがわかる。従って、海水のｐＨ目標値をｐＨ＝２．５〜７．５の範囲内（より好ましくはｐＨ＝４．０〜７．０の範囲内）で設定しても良い。
【００３９】
（３）上記実施形態では、海水に投入するｐＨ調整剤として二酸化炭素を用いる場合を例示したが、ｐＨ調整剤は二酸化炭素に限定されず、例えば亜硫酸ガス等を使用しても良い。なお、これら二酸化炭素や亜硫酸ガスは、工場から排出されるものを有効利用すれば良い。
【００４０】
（４）上記実施形態では、水槽内で金属吸着材ｍａを振動させることで、海水と金属吸着材ｍａとの接触効率を高めたが、海水のｐＨ制御に影響の無いガスを水槽内に導入して旋回流を発生させることで、さらに接触効率を高めるようにしても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１…海水導入装置、２、３、４…捕集ユニット、５…ｐＨコントローラ（制御装置）、６…海水返送装置、２１、３１、４１…水槽、２２、３２、４２…振動装置、２３、３３、４３…ｐＨセンサ、２４、３４、４４…曝気装置、２５、３５、４５…排水装置、ｍａ…金属吸着材
【図１】
2012122106.tif 000003
【図２】
2012122106.tif 000004