(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側から処理液を受け入れ、下側から処理液を排出するようにイオン交換樹脂を充填可能でかつ回転可能な円盤状容器を有し、所定の回転角位置で吸着、溶離、洗浄が行われるように構成された連続イオン交換装置において、円盤状容器の回転中心に対して放射状方向に仕切り板を設け、該仕切り板の上端は、充填されたイオン交換樹脂の上面より下にあることを特徴とする連続イオン交換装置。
【請求項２】
上側から処理液を受け入れ、下側から処理液を排出するようにイオン交換樹脂を充填可能でかつ回転可能な円盤状容器を有し、所定の回転角位置で吸着、溶離、洗浄が行われるように構成された連続イオン交換装置において、円盤状容器の回転中心に対して放射状方向に仕切り板を設け、該仕切り板の下端は、充填されたイオン交換樹脂の下面より下にあることを特徴とする連続イオン交換装置。
【請求項３】
上側から処理液を受け入れ、下側から処理液を排出するようにイオン交換樹脂を充填可能でかつ回転可能な円盤状容器を有し、所定の回転角位置で吸着、溶離、洗浄が行われるように構成された連続イオン交換装置において、円盤状容器の回転中心に対して放射状方向に仕切り板を設け、該仕切り板の上端は、充填されたイオン交換樹脂の上面より下にあり、かつ、該仕切り板の下端は、充填されたイオン交換樹脂の下面より下にあることを特徴とする連続イオン交換装置。
【請求項４】
円周方向に仕切り板を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイオン交換装置。
【請求項５】
円盤状容器は、上側が開放で、下側がイオン交換樹脂を保持して液体通過可能な底になっていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイオン交換装置。
【請求項６】
底を貫通して上下に仕切り板が設けられている請求項５に記載の連続イオン交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属イオン等を含む水溶液から金属イオンを回収するために用いるイオン交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属イオンの精製や排水処理工程などで、金属イオンを含む水溶液から目的とする金属イオンを分離しようとする手段にイオン交換樹脂を使用することがしばしば行われる。イオン交換樹脂の利用は、溶媒抽出など他の方法に比較して、金属イオンの選択性にすぐれ、かつ自動化が容易であり、揮発性の有機剤を使用しないことにより火災発生の恐れが無いなど実操業上の多くの利点がある。
【０００３】
イオン交換樹脂から溶離した金属イオンを電解・中和などの方法により回収しようとする場合には、電力コスト・中和剤などを節約するために、溶離液中の金属イオン濃度はできるだけ高く維持されることが望まれる。ところが、イオン交換樹脂による操業では、処理に手間とコストのかかる薄液が多量に発生するという問題があり、処理方法全体としてみたときに利点が無くなる可能性もある。
【０００４】
この問題を解決するための方法の一つとして、例えば特公昭６０−３２４８２号公報に記載されるような密閉式カラム方式の連続イオン交換が行われることがある。この方式では、処理液の流れを制御するために、多数の切り替え弁を必要とし、設備投資とメンテナンスの手間がかさむという問題があった。
【０００５】
一方、従来の密閉式カラム方式と異なり、上面が開放した浅い皿の上にイオン交換樹脂を充填して、皿ごとイオン交換樹脂を連続ないし一定間隔で回転することにより、吸着・洗浄・溶離等一連の操作を行わせる方式が検討されている。ここで、上方からイオン交換樹脂に散布された処理液すなわち電解液は、イオン交換樹脂の層を自然滴下し、前記イオン交換樹脂を載せた皿、すなわち樹脂皿の下に設けられた受け皿に溜められる。
【０００６】
この方法では、切り替えのための弁を使用することなく、容易に連続イオン交換を実現することができる。
【０００７】
しかし、この方式においては、イオン交換樹脂の層内に未反応な部分が生じたり、各工程間の電解液（吸着液）が混合するという問題があった。そもそも電解液（吸着液）、溶離液、洗浄液の分離が必須であるのに、これらのコンタミ（汚染）が多ければ、イオン交換により分離する意味が低下する。
【０００８】
この装置において、樹脂皿からの処理液を受ける受け皿の区分位置は、充填したイオン交換樹脂の層の厚さと層内の通液速度で決まる。樹脂皿の回転がごくゆっくりとしている場合には、受け皿の仕切りは散布位置の直下で問題ないことになる。しかし、実装置では、処理液の粘度・温度などにより通液速度は一定でなく、回転時の振動や傾き等によるバラツキも加わる。
【０００９】
これらを防止するには、厳密な施工や給液管理を行えばよいのであるが、液性状は変化しやすく施工コスト上の限界もある。このため、受け皿の仕切り板間にある程度の間隔を空けて液の混合を防止する必要があり、この区間に滴下した処理液は分析結果により前工程に繰り返すか排水処理するかなどきめなければならず、手間がかかり、無駄になる原因となっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、連続イオン交換においてイオン交換樹脂から排出される溶離液のコンタミを防止し高純度な溶離液を得ようとするものである。
【００１１】
また、本発明は、処理液の流れを制御するための切り替え弁を使用することなく、容易に連続イオン交換を実現しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題に対して本発明の連続イオン交換装置は、その１特徴によれば、上面が開放された円盤状の容器の皿の上にイオン交換樹脂が充填され、該円盤状容器が回転し、所定の回転角位置で吸着、溶離、洗浄が行われるように構成され、イオン交換樹脂を充填した円盤状容器の中心から放射状に、もしくは放射状のみならずその交差する円周方向にも、仕切り板を設けたものであり、好ましくは仕切り板の上端が前記充填されたイオン交換樹脂の上面より突き出ず、更に好ましくはそれぞれの仕切り板が前記皿の底を貫通するように設けられている。
【００１３】
また、他の特徴によれば、本発明の連続イオン交換装置は、上側から処理液を受け入れ、下側から処理液を排出するようにイオン交換樹脂を充填可能でかつ回転可能な円盤状容器を有し、所定の回転角位置で吸着、溶離、洗浄が行われるように構成され、円盤状容器の回転中心に対して放射状方向に仕切り板を設けたものである。仕切り板は円周方向にも設けることが好ましい。そして、仕切り板は、その上端が、充填されたイオン交換樹脂の上面より下にあり、またその下端が、充填されたイオン交換樹脂の下面より下にあることが好ましい。
【００１４】
さらに、円盤状容器は、上側が開放で、下側がイオン交換樹脂を保持して液体通過可能な底になっていて、底を貫通して上下に仕切り板が設けられていることが好ましい。
【００１５】
このように、イオン交換樹脂を充填して回転する樹脂皿の上下に仕切り板を設けることで、それぞれの処理液が混合しないようにできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明を適用できる連続イオン交換装置の一例の概要を示す。
【００１７】
連続イオン交換装置は、ポンプ１と、駆動装置２と、該駆動装置で回転される回転軸４と、それぞれ底が濾布２０ａ、２１ａ、２２ａで構成されてイオン交換樹脂５が充填された樹脂皿２０、２１、２２を有し、回転軸４に固定された円盤状容器と、樹脂皿２０の上方に位置して散布口１０ａが放射方向に配列された散布皿１０と、樹脂皿２２の下方に位置する受け皿３０と、配管３と、ポンプ１に新液あるいは受け皿３０からの処理液あるいその両者を供給する機構とからなる。樹脂皿２０、２１、２２を有する各円盤状容器は、回転軸４により、散布皿１０と受け皿３０とに対して相対的に水平方向に回転する。
【００１８】
図２に円盤状容器の１実施例を示す。円盤状容器の底は、濾布２０ａからなる樹脂皿２０で構成され、中心には回転軸４に固定する機構を備えている。
【００１９】
樹脂皿上に充填されたイオン交換樹脂の層の厚さは数ｃｍ程度と薄いため、通常では電解液や溶離液などの処理液は、ほぼ垂直に通過し、未反応な部分が生じたり、電解液の混合は生じないはずである。しかし、前述のように設備・反応上の問題で処理液が混じることがある。したがって、処理液が混じらないようにするには、イオン交換樹脂を充填した樹脂皿を仕切ることが容易かつ有効な手段であると考えられる。
【００２０】
しかし、樹脂皿に不用意に仕切りを入れることは、円盤状容器の重量とコストを引き上げるだけでなく、かえって、仕切り板による偏流や特定部分の閉塞によるトラブル、時にはコンタミ（汚染）を生ずる原因ともなる。
【００２１】
本発明者らは仕切り板の最適な位置について検討を加えた結果、最適な仕切り位置を見いだすことができた。
【００２２】
すなわち、図２に示すような放射状方向の仕切り板２０ｂが円盤状容器に必須であり、この仕切り板２０ｂにより、１工程において使用される処理液が他の処理液へのコンタミ（汚染）となるのを防止する。
【００２３】
さらに、図３に示すよう放射状方向に直交する方向、すなわち円周方向にも仕切り板２０ｃを設けるのが好ましい。さらに、放射状方向と円周方向の仕切り板２０ｂ、２０ｃで囲まれた区域内に１本以上の補助仕切り板を設けてもよい。これらにより、樹脂皿に小型の箱を並べた形に近いものにすることで、樹脂皿移動時の振動等によるコンタミを抑えることできる。この仕切りの形は四角形ないし台形に近いが、小さな槽内での偏流を抑制するには、一つ一つのセルが六角形であることがもっとも望ましい。
【００２４】
樹脂皿を仕切る高さは容器の高さ以下で充填した樹脂の厚さに等しいか、それ以下の高さとすることが好ましい。これは、閉塞、流量異常など何らかの理由により給液が樹脂皿を溢れた場合でも液が隣接する１区画にのみ流れそれ以上広がらないことで、受け皿でのコンタミを限定し、被害を最小に抑えられるためである。もしも、樹脂の厚さ以上の高さをもつと、流れ出した液が仕切り板自身を伝わって、隣接区間以上に広がることがある。
【００２５】
また、処理液は、樹脂皿の下を伝わって隣接した区画に達することから、図４に示すように、樹脂皿の下側にも上側と同様な液切りのための仕切り板２０ｄを設けるのが好ましい。
【００２６】
なお、仕切り板の代わりに液が切れる構造であれば、例えば漏斗のような出口を絞った部品を取り付けても、同等な効果を得ることができる。
【００２７】
本発明の連続イオン交換装置の使用に際しては、散布皿１０の一定角度の扇形区画には、その下方に位置する樹脂皿部分に常に吸着液が散布されるように、ポンプ１及び配管３を配置する。例えば、散布口１０ａから樹脂皿２０、２１、２２の対応区画に順に滴下された吸着液は、受け皿３０の対応の区画に集められて、その排出口３０ａから排出される。
【００２８】
また、散布皿１０の他の一定角度の扇形区画には、その下方に位置する樹脂皿部分に、残留吸着液を洗浄するための洗浄液を常に散布するように、配管３を配置する。そして、樹脂皿２０、２１、２２の対応区画に順に滴下された洗浄液は、受け皿３０の対応の区画に集められて、排出される。
【００２９】
さらに、散布皿１０の他の一定角度の扇形区画には、その下方に位置する樹脂皿部分に、イオン交換樹脂から金属イオンを分離するための溶離液を常に散布するように、配管３を配置する。そして、樹脂皿２０、２１、２２の対応区画に順に滴下された溶離液は、受け皿３０の対応の区画に集められて、排出される。
【００３０】
さらに、散布皿１０の他の一定角度の扇形区画には、その下方に位置する樹脂皿部分に、残留溶離液を洗浄するための洗浄液を常に散布するように、配管３を配置する。そして、樹脂皿２０、２１、２２の対応区画に順に滴下された洗浄液は、受け皿３０の対応の区画に集められて、排出される。
【００３１】
【実施例】
実施例
樹脂カラムとして直径３００ｍｍ、高さ５０ｍｍのＰＶＣ製の円盤状の樹脂皿を用意した。この樹脂皿の底には濾布を貼り付け、放射状に２４分割し、高さ３０ｍｍのＰＶＣ製の仕切りを放射状に取り付けて、Ｓｂのみを選択的に吸着することで知られているキレート樹脂Ｃ−４６７（住友化学製）３リットルを濾布の上に均等に敷き詰めた。このとき、樹脂皿上のキレート樹脂の厚さは４０ｍｍになった。さらに、この仕切りの直下の樹脂皿の底にも５ｍｍ出るような仕切りを取り付けた。
【００３２】
樹脂皿の中心には耐酸性樹脂でコートした直径１０ｍｍのステンレス製の回転軸を取り付け、回転できるようにした。この皿の下に同じ大きさで底にＰＶＣを貼り付けた受け皿を置いた。この受け皿は回転軸とは連結されておらず、樹脂皿とは連動しない。
【００３３】
散布は、樹脂皿の上側に穴を開けた配管を半径方向に複数本配置して、これを通してポンプにより給液して行った。穴の数は円周に比例させて外側ほど増加した。そして、２４分割した区間毎に必ずいずれかの液が散布されるように配管を配置した。
【００３４】
樹脂皿は回転軸を通して、２４時間に１回転するようゆっくりと回転した。
【００３５】
樹脂皿の上から定量ポンプで吸着しようとする吸着液を滴下した。この吸着液はＣｕ５０ｇ／リットル、硫酸１９０ｇ／リットル、Ｓｂ０．４７ｇ／リットルの組成とし、液温は６０℃とした。この吸着液を２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で滴下した。この吸着液を８時間、すなわち樹脂皿の３分の１の扇形区画のイオン交換樹脂に散布されるように散布装置と受け皿をセットした。吸着後のイオン交換樹脂の層を通過して受け皿に溜まった吸着液は繰り返さずに排出した。
【００３６】
次に６０℃の２００ｇ／リットル濃度の硫酸を洗浄液として１７ｍｌ／ｍｉｎの流量で４時間かけて前記区画のイオン交換樹脂を一次洗浄した。受け皿に溜まった洗浄液は繰り返すことなく処分した。
【００３７】
次に４０℃の６Ｎ硫酸を溶離液として２５ｍｌ／ｍｉｎの流量で散布することにより６時間にわたって前記区画のイオン交換樹脂を溶離した。受け皿に溜まった溶離液は再び散布することに繰り返した。
【００３８】
最後に６０℃の温水を洗浄液として２５ｍｌ／ｍｉｎの流量で散布し、６時間かけて前記区画のイオン交換樹脂を２次洗浄した。受け皿に溜まった水は繰り返すことなく処分した。そして、再び吸着を行うことを繰り返した。
【００３９】
樹脂皿が１サイクル回転した後で、受け皿に溜まった溶離後液の分析値を表１に示す。
【００４０】
比較例
樹脂カラムとして直径３００ｍｍ、高さ５０ｍｍのＰＶＣ製の円盤状の樹脂皿を用意した。この樹脂皿の底には濾布を貼り付け、その上に、Ｓｂのみを選択的に吸着することで知られているキレート樹脂Ｃ−４６７（住友化学製）３リットルを敷き詰めた。この場合も、樹脂皿内のキレート樹脂の厚さは４０ｍｍになった。
【００４１】
実施例と同様にして、吸着、洗浄、溶離、洗浄を繰り返した。樹脂皿が１サイクル回転した後で、受け皿に溜まった溶離後液の分析値を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0004006893.tif 000002
【００４３】
仕切りを用いなかった比較例に比べ、本発明による実施例において、溶離液中のＣｕ濃度が明らかに低く、液コンタミの防止効果が出ていることが確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明により連続イオン交換装置での吸着液や溶離液の混合が防止でき、より高純度な洗浄液や溶離液が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用できる連続イオン交換装置の一例の概要を示す断面図。
【図２】本発明の円盤状容器の１実施例を示す平面図。
【図３】本発明の円盤状容器の他の実施例を示す平面図。
【図４】図３の円盤状容器のIII−III断面図。
【符号の説明】
１  ポンプ
２  駆動装置
３  配管
４  回転軸
５  イオン交換樹脂
１０  散布皿
１０ａ、３０ａ  孔
２０、２１、２２  樹脂皿
２０ａ、２１ａ、２２ａ  濾布
２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  仕切り板
３０  受け皿
【図１】
0004006893.tif 000003
【図２】
0004006893.tif 000004
【図３】
0004006893.tif 000005
【図４】
0004006893.tif 000006