(57)【要約】【課題】抽出処理の時間効率を向上することが可能な抽出方法を提供する。【解決手段】抽出方法は、第１〜第９抽出器１１〜１９の各流路２８に原料流体と抽剤を流通させながら原料流体から抽剤へ特定成分を抽出させる抽出工程と、第１〜第９抽出器１１〜１９の各流路２８において原料流体からの特定成分の抽出が抽出平衡に達する前にその各流路２８から原料流体と抽剤の混合流体を導出する導出工程と、導出工程で導出した各混合流体を原料流体と抽剤とに分離する分離工程と、第１〜第８抽出器１１〜１８の各流路２８から導出されて分離工程で分離された各原料流体を次段の抽出器の流路２８へ供給する原料流体供給工程と、第１〜５抽出器１１〜１５の各流路２８から導出されて分離工程で分離された原料流体を次段の抽出器の流路２８へ供給する前に、その原料流体のｐＨを抽出工程で生じたｐＨの変化を戻すように調整するｐＨ調整工程とを備える。【選択図】図１
2016019939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抽出を行うための流路をそれぞれ有する複数段の抽出器を備えていて各段の前記抽出器の前記流路から排出された流体の少なくとも一部が次段の前記抽出器の前記流路に供給されるように各段の前記抽出器が相互に接続された抽出装置を用い、原料流体から抽剤へ特定成分を抽出する抽出方法であって、
各段の前記抽出器の前記流路に原料流体と抽剤を流通させながらその原料流体から抽剤へ前記特定成分を抽出させる抽出工程と、
各段の前記抽出器の前記流路において原料流体からの前記特定成分の抽出が抽出平衡に達する前にその流路から原料流体と抽剤の混合流体を導出する導出工程と、
各段の前記抽出器の前記流路から導出した前記混合流体をそれぞれ原料流体と抽剤とに分離する分離工程と、
各段の前記抽出器の前記流路から導出されて前記分離工程で分離された各原料流体を次段の前記抽出器の前記流路へ供給する原料流体供給工程と、
特定段の前記抽出器の前記流路から導出されて前記分離工程で分離された原料流体を次段の前記抽出器の前記流路へ供給する前に、その原料流体のｐＨを前記抽出工程での前記特定成分の抽出に伴って生じる原料流体のｐＨの変化を戻すように調整するｐＨ調整工程と、を備えた抽出方法。
【請求項２】
所定段の前記抽出器の前記流路から導出されて前記分離工程で分離された抽剤を次段の前記抽出器の前記流路へ供給する抽剤供給工程をさらに備える、請求項１に記載の抽出方法。
【請求項３】
所定段の前記抽出器の前記流路へ前記分離工程で分離された抽剤よりも前記特定成分の含有率が低い別の抽剤を供給する抽剤供給工程をさらに備える、請求項１に記載の抽出方法。
【請求項４】
前記ｐＨ調整工程は、複数の異なる段の前記抽出器の前記流路から導出されて分離された各原料流体について行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の抽出方法。
【請求項５】
前記抽出装置として、各段の前記抽出器が前記流路としての複数のマイクロチャネルが配列された複数の流路層を有するとともにその複数の流路層が積層された構造を有する抽出装置を用いる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抽出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原料流体から特定成分を抽出するための種々の抽出方法が知られており、その抽出方法の一例が下記特許文献１に示されている。
【０００３】
下記特許文献１に開示された抽出方法では、複数段のミキサーセトラー装置を用いて、原料流体としてのネオジムとプラセオジムとの硝酸系混合溶液から抽剤としての第四級アミン溶液へ特定成分としてのネオジムとプラセオジムを抽出している。
【０００４】
各段のミキサーセトラー装置は、ミキサー部と、セトラー部と、移送部とを有する。ミキサー部は、導入された硝酸系混合溶液と第四級アミン溶液とを混合する部分であり、その導入された前記硝酸系混合溶液と第四級アミン溶液を撹拌してエマルジョンを形成する撹拌手段を有する。セトラー部は、ミキサー部で形成されたエマルジョンが導入され、そのエマルジョンを静置して有機相と水相に分離する。移送部は、セトラー部で分離された有機相を次段のミキサーセトラー装置のミキサー部へ移送する一方、セトラー部で分離された水相を前段のミキサーセトラー装置のミキサー部へ移送する。前記硝酸系混合溶液から第四級アミン溶液へのネオジム及びプラセオジムの抽出は、各段のミキサーセトラー装置のセトラー部での撹拌工程及び各段のミキサーセトラー装置のセトラー部での静置工程において行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２３４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、抽出反応の種類によっては、原料流体からの特定成分の抽出が進むにつれて原料流体のｐＨが変化し、そのｐＨの変化に起因して特定成分の抽出効率が変化する場合がある。例えば、抽出が進むにつれて原料流体のｐＨが低下し、そのｐＨの低下に応じて原料流体からの特定成分の抽出効率が悪化する場合がある。
【０００７】
上記のようなミキサーセトラー装置を用いた抽出方法では、ミキサー部での撹拌により水相中に有機相が微分散するため、その有機相が微分散した状態の水相がセトラー部で静置されることによって有機相と水相に分離するまでにかなりの時間がかかる。このため、分離が完了するまでに抽出が進行する。しかし、原料流体と抽剤との混合直後は原料流体のｐＨが高くて抽出が高い抽出速度で進行する一方、所定時間の経過後には抽出の進行に伴って原料流体のｐＨが低下し、抽出の進行が遅くなる。セトラー部で分離が完了するまでの長時間のうちの大半は、既に原料流体のｐＨが低下していて抽出の進行が非常に遅くなっているか又は抽出平衡に達している状態になる。従って、この場合には、抽出処理の時間効率が非常に悪くなる。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、抽出処理の時間効率を向上することが可能な抽出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による抽出方法は、抽出を行うための流路をそれぞれ有する複数段の抽出器を備えていて各段の前記抽出器の前記流路から排出された流体の少なくとも一部が次段の前記抽出器の前記流路に供給されるように各段の前記抽出器が相互に接続された抽出装置を用い、原料流体から抽剤へ特定成分を抽出する抽出方法であって、各段の前記抽出器の前記流路に原料流体と抽剤を流通させながらその原料流体から抽剤へ前記特定成分を抽出させる抽出工程と、各段の前記抽出器の前記流路において原料流体からの前記特定成分の抽出が抽出平衡に達する前にその流路から原料流体と抽剤の混合流体を導出する導出工程と、各段の前記抽出器の前記流路から導出した前記混合流体をそれぞれ原料流体と抽剤とに分離する分離工程と、各段の前記抽出器の前記流路から導出されて前記分離工程で分離された各原料流体を次段の前記抽出器の前記流路へ供給する原料流体供給工程と、特定段の前記抽出器の前記流路から導出されて前記分離工程で分離された原料流体を次段の前記抽出器の前記流路へ供給する前に、その原料流体のｐＨを前記抽出工程での前記特定成分の抽出に伴って生じる原料流体のｐＨの変化を戻すように調整するｐＨ調整工程と、を備えている。
【００１０】
なお、「特定成分の抽出に伴って生じる原料流体のｐＨの変化を戻すようにｐＨを調整する」とは、特定成分の抽出に伴って変化した原料流体のｐＨを抽出前のｐＨにまで戻すように調整することを必ずしも意味するものではなく、特定成分の抽出に伴って変化した原料流体のｐＨを抽出前のｐＨに達しないまでも抽出に伴って生じたｐＨの変化に対して逆に変化させるように調整することも含む概念である。
【００１１】
この抽出方法では、各段の抽出器の流路において原料流体からの特定成分の抽出が抽出平衡に達する前にその流路から原料流体と抽剤の混合流体を導出し、その導出した混合流体のうちの原料流体を次段の抽出器の流路へ供給するから、各段の抽出器において抽出がほぼ進行しない抽出平衡に達した後の時間が消費されることがない。しかも、この抽出方法では、特定段の抽出器の流路から導出した混合流体から分離した原料流体を次段の抽出器の流路へ供給する前に抽出工程により生じたｐＨの変化を戻すようにその原料流体のｐＨを調整するため、次段の抽出器の流路では抽出速度が高いｐＨに回復した状態の原料流体から特定成分の抽出を行うことができる。このため、次段の抽出器の流路での原料流体からの特定成分の抽出が高い抽出速度で行われる。さらに、この抽出方法では、各段の抽出器の流路を原料流体と抽剤が流通することによって抽出が行われるため、従来のミキサーセトラー装置のミキサー部で原料流体と抽剤が撹拌されて抽出が行われる場合に比べて、分離工程で混合流体を原料流体と抽剤に分離する時間を短縮できる。以上のことから、この抽出方法では、抽出処理の時間効率を向上することができる。
【００１２】
上記抽出方法は、所定段の前記抽出器の前記流路から導出されて前記分離工程で分離された抽剤を次段の前記抽出器の前記流路へ供給する抽剤供給工程をさらに備えることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、少ない抽剤の使用量で原料流体からの特定成分の抽出を行うことができる。
【００１４】
上記抽出方法は、所定段の前記抽出器の前記流路へ前記分離工程で分離された抽剤よりも前記特定成分の含有率が低い別の抽剤を供給する抽剤供給工程をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、所定段の抽出器の流路に抽出能力の高いフレッシュな抽剤を供給できる。このため、所定段の抽出器の流路において、原料流体と抽剤を流す時間（滞留時間）を短縮しても、十分な抽出を行うことができ、抽出処理にかかる時間をより短縮することができる。
【００１６】
上記抽出方法において、前記ｐＨ調整工程は、複数の異なる段の前記抽出器の前記流路から導出されて分離された各原料流体について行うことが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、抽出速度が高いｐＨに回復した状態の原料流体から特定成分の抽出を行うことができる抽出器が多くなるので、抽出処理の時間効率をより向上することができる。
【００１８】
上記抽出方法において、前記抽出装置として、各段の前記抽出器が前記流路としての複数のマイクロチャネルが配列された複数の流路層を有するとともにその複数の流路層が積層された構造を有する抽出装置を用いることが好ましい。
【００１９】
マイクロチャネルでは、原料流体と抽剤の単位体積当たりの接触面積が大きくなるため、この構成では、各段の抽出器の各マイクロチャネルにおいて原料流体から特定成分をより高い抽出速度で抽出することができる。また、各段の抽出器が多数のマイクロチャネルを有することになるため、抽出処理量も確保することができる。さらに、マイクロチャネルを原料流体と抽剤が流れる抽出工程では、攪拌式の抽出工程のように原料流体と抽剤が過度に微粒化することがないため、そのマイクロチャネルから原料流体と抽剤の混合流体を導出した後、その混合流体を分離工程で原料流体と抽剤とに分離するのに要する時間をより短縮できる。このため、抽出処理の時間効率をより向上することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明の抽出方法によれば、抽出処理の時間効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による抽出方法に用いる抽出装置の構成を示す模式図である。
【図２】抽出装置を構成する抽出器を概略的に示す斜視図である。
【図３】抽出器本体を構成する流路基板の平面図である。
【図４】第１実施例の実験において求めた原料流体と抽剤の滞留時間と抽出率及び原料流体のｐＨとの関係を示す相関図である。
【図５】第２実施例のシミュレーションにおいて求めた原料流体と抽剤の滞留時間と抽出率及び原料流体のｐＨとの関係を示す相関図である。
【図６】本発明の第１変形例による抽出装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２変形例による抽出装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
本発明の一実施形態による抽出方法は、図１に示すような抽出装置１を用いて原料流体から抽剤へ抽出対象物質である特定成分を抽出する。図１は、本実施形態による抽出方法で用いる抽出装置１を概略的に示す模式図である。
【００２４】
抽出装置１は、第１抽出器１１と、第２抽出器１２と、第３抽出器１３と、第４抽出器１４と、第５抽出器１５と、第６抽出器１６と、第７抽出器１７と、第８抽出器１８と、第９抽出器１９と、第１セトラー２１と、第２セトラー２２と、第３セトラー２３とを備える。
【００２５】
第１〜第９抽出器１１〜１９は、原料流体から抽剤への特定成分の抽出工程が行われるものである。具体的に、第１〜第９抽出器１１〜１９は、抽出を行うための多数の流路２８（図３参照）をそれぞれ有しており、その流路２８を原料流体と抽剤が互いに接触した状態で流通しながら原料流体から抽剤への特定成分の抽出が行われるようになっている。第１〜第９抽出器１１〜１９は、この順番で原料流体の流れ方向の上流側から下流側へ配置されている。
【００２６】
第１抽出器１１と第２抽出器１２は、第１抽出器１１の流路２８から導出された原料流体が第２抽出器１２の流路２８へ供給されるように相互に接続されている。また、第１抽出器１１と第２抽出器１２は、第１抽出器１１の流路２８から導出された抽剤が第２抽出器１２の流路２８へ供給されるように相互に接続されている。なお、図１において、Ａで示している各配管が原料流体を後段の抽出器へ送るための接続配管であり、Ｂで示している各配管が原料流体を後段の抽出器へ送るための接続配管である。
【００２７】
第２抽出器１２と第３抽出器１３は、第２抽出器１２の流路２８から導出された原料流体が第３抽出器１３の流路２８へ供給されるように相互に接続されている。また、第２抽出器１２と第３抽出器１３は、第２抽出器１２の流路２８から導出された抽剤が第３抽出器１３の流路２８へ供給されるように相互に接続されている。
【００２８】
第４〜第６抽出器１４〜１６は、第１〜第３抽出器１１〜１３と同様の構成で相互に接続されている。また、第７〜第９抽出器１７〜１９も同様の構成で相互に接続されている。
【００２９】
第１セトラー２１は、第３抽出器１３から排出された原料流体と抽剤の混合流体が当該第１セトラー２１に導入されるように第３抽出器１３と接続されている。第２セトラー２２は、第６抽出器１６から排出された原料流体と抽剤の混合流体が当該第２セトラー２２に導入されるように第６抽出器１６と接続されている。第３セトラー２３は、第９抽出器１９から排出された原料流体と抽剤の混合流体が当該第３セトラー２３に導入されるように第９抽出器１９と接続されている。
【００３０】
第１〜第３セトラー２１〜２３は、それぞれ導入された混合流体を静置して比重差により原料流体と抽剤とに分離する。第１セトラー２１は、その内部で分離した原料流体が第４抽出器１４の流路２８へ供給されるように第４抽出器１４と接続されている。第１セトラー２１の内部で分離した抽剤は、その第１セトラー２１から個別に排出されるようになっている。第２セトラー２２は、その内部で分離した原料流体が第７抽出器１７の流路２８へ供給されるように第７抽出器１７と接続されている。第２セトラー２２の内部で分離した抽剤は、その第２セトラー２２から個別に排出されるようになっている。また、第３セトラー２３の内部で分離した原料流体と抽剤は、その第３セトラー２３から個別に排出されるようになっている。
【００３１】
全抽出器のうち最も上流側の第１抽出器１１に未処理の原料流体を供給するための原料供給配管３３が接続されている。また、第１抽出器１１と第４抽出器１４と第７抽出器１７に、抽出処理に未使用の新しい抽剤を供給するための抽剤供給配管３４が接続されている。
【００３２】
また、第１抽出器１１から第２抽出器１２へ原料流体を送る接続配管Ａ、第２抽出器１２から第３抽出器１３へ原料流体を送る接続配管Ａ、第１セトラー２１から第４抽出器１４へ原料流体を送る接続配管Ａ、第４抽出器１４から第５抽出器１５へ原料流体を送る接続配管Ａ、及び、第５抽出器１５から第６抽出器１６へ原料流体を送る接続配管Ａに、ｐＨ調整剤を供給するための調整剤供給配管４２がそれぞれ接続されている。
【００３３】
次に、図２〜図４を参照して、各段の抽出器１１〜１９の具体的な構成について説明する。各段の抽出器１１〜１９は、図２に示すように、略直方体状の抽出器本体６０と、その抽出器本体６０に取り付けられた原料供給ヘッダ６２、抽剤供給ヘッダ６３及び排出ヘッダ６４とを有する。
【００３４】
抽出器本体６０は、原料流体と抽剤を流通させてその原料流体から抽剤へ特定成分の抽出を行うための多数の流路２８（図３参照）をその内部に有する。各流路２８は、微小な流路径（数μｍ〜数ｍｍ）を有するいわゆるマイクロチャネルである。各流路２８は、図３に示すように、原料導入路２９と、抽剤導入路３０と、合流部３１と、抽出流路３２とを有する。
【００３５】
原料導入路２９は、原料流体が導入される部分である。抽剤導入路３０は、抽剤が導入される部分である。合流部３１は、原料導入路２９の下流側の端部と抽剤導入路３０の下流側の端部とに繋がっている。合流部３１は、原料導入路２９に導入された原料流体と抽剤導入路３０に導入された抽剤とを合流させる部分である。抽出流路３２は、その上流側の端部で合流部３１と繋がり、合流部３１で合流した原料流体と抽剤が流れる部分である。この抽出流路３２を原料流体と抽剤が互いに接触した状態で流れる過程において、原料流体から抽剤へ特定成分が抽出される。
【００３６】
流体の流れ方向に沿った抽出流路３２の流路長は、その抽出流路３２を流れる原料流体から抽剤への特定成分の抽出が抽出平衡に達する前にその抽出流路３２の下流側の端部から排出されるような流路長に設定されている。この流路長は、使用する原料流体及び抽剤の種類や物性、流量、その他の条件に応じて予め設定される。
【００３７】
抽出器本体６０は、図２に示すように、複数の流路２８をそれぞれ形成する複数の流路基板７０と複数の封止板７２とを有する。抽出器本体６０は、流路基板７０と封止板７２とがそれらの厚み方向に交互に積層されて互いに接合されることによって形成された積層体からなる。
【００３８】
流路基板７０は、本発明における流路層の一例である。各流路基板７０の板面に沿って複数の流路２８（図３参照）が配列されている。
【００３９】
各流路基板７０の一方の板面には、図３に示すように、各流路２８の原料導入路２９及び抽出流路３２を形成する溝が形成されている。流路基板７０の当該一方の板面に形成された溝の開口がその一方の板面に積層された封止板７２によって封止されることにより、原料導入路２９及び抽出流路３２が形成されている。
【００４０】
各流路基板７０の他方の板面には、各流路２８の抽剤導入路３０を形成する溝が形成されている。流路基板７０の当該他方の板面に形成された溝の開口がその他方の板面に積層された封止板７２によって封止されることにより、抽剤導入路３０が形成されている。
【００４１】
また、各流路基板７０には、各流路２８の原料導入路２９及び抽剤導入路３０の下流側の端部と抽出流路３２の上流側の端部に対応する各位置に当該流路基板７０を厚み方向に貫通する穴がそれぞれ形成されている。この各穴によって、各流路２８の合流部３１が形成されている。
【００４２】
原料供給ヘッダ６２（図２参照）は、抽出器本体６０のうち各流路２８の原料導入路２９（図３参照）の上流側の端部が開口する側面にそれら全ての原料導入路２９の上流側の端部の開口を覆うように取り付けられている。抽剤供給ヘッダ６３（図２参照）は、抽出器本体６０のうち各流路２８の抽剤導入路３０（図３参照）の上流側の端部が開口する側面にそれら全ての抽剤導入路３０の上流側の端部の開口を覆うように取り付けられている。排出ヘッダ６４は、抽出器本体６０のうち各流路２８の抽出流路３２の下流側の端部が開口する側面にそれら全ての抽出流路３２の下流側の端部の開口を覆うように取り付けられている。
【００４３】
次に、本実施形態による抽出装置１を用いた抽出方法について説明する。
【００４４】
この抽出方法では、原料供給配管３３（図１参照）を通じて第１抽出器１１へ未処理の原料流体を供給するとともに、各抽剤供給配管３４（図１参照）を通じて第１抽出器１１、第４抽出器１４及び第７抽出器１７へ抽出処理に未使用の抽剤を供給する。
【００４５】
原料流体としては、例えば、抽出対象物質である特定成分としての各種金属イオンが溶解した水溶液が用いられる。前記金属イオンとしては、例えば、銅イオン、亜鉛イオン、鉄イオン、チタンイオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、マンガンイオン、バナジウムイオン、アルカリ土類金属のイオン、アルカリ金属のイオン、又は希土類のイオンなどが挙げられる。なお、希土類は、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムである。
【００４６】
また、抽剤としては、例えば、ＰＣ８８Ａ（大八化学工業株式会社製）、ジ−２−エチルヘキシルリン酸（Ｄ２ＥＨＰＡ）、ＬＩＸ６４Ｎ、ＬＩＸ６４Ｉ、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、テノイルトリフルオロアセトン（ＴＴＡ）、オキシン、ジチゾン、又はリン酸トリブチルなどの液体が用いられる。これらの液体が原液のままでは粘度が高い場合には、必要に応じてケロシンなどの有機溶媒でその液体を希釈したものを抽剤として用いる。
【００４７】
第１抽出器１１に供給された原料流体は、原料供給ヘッダ６２（図２参照）を介して第１抽出器１１の各流路２８の原料導入路２９（図３参照）へ分配されて導入される。第１抽出器１１に供給された抽剤は、抽剤供給ヘッダ６３（図２参照）を介して第１抽出器１１の各流路２８の抽剤導入路３０（図３参照）へ分配されて導入される。第１抽出器１１では、各流路２８において原料導入路２９に導入された原料流体と抽剤導入路３０に導入された抽剤とがその流路２８の合流部３１（図３参照）で合流し、対応する抽出流路３２に流れる。原料流体と抽剤は、例えばスラグ流等の互いに接触し且つ分離させやすい状態で抽出流路３２を流れる。そして、原料流体と抽剤が抽出流路３２を下流側へ流れる過程で、原料流体から抽剤へ特定成分が抽出される。
【００４８】
第１抽出器１１の各流路２８の下流側の端部（抽出流路３２の合流部３１と反対側の端部）まで流れた原料流体と抽剤の混合流体は、排出ヘッダ６４（図２参照）内に導出される。本実施形態の抽出方法では、各流路２８において原料流体からの特定成分の抽出が抽出平衡に達する前に各流路２８から排出ヘッダ６４へ原料流体と抽剤の混合流体が導出される。
【００４９】
具体的に、原料流体と抽剤が接触開始した時点から原料流体からの特定成分の抽出が抽出平衡に達する時点までにかかる時間（以下、平衡到達時間という）が予めシミュレーション又は実験により求められている。そして、各流路２８において原料流体と抽剤が互いに接触した状態で流れて抽出が行われる滞留時間が前記求められた平衡到達時間よりも短くなるように前記滞留時間が設定されている。滞留時間は、各流路２８の合流部３１から抽出流路３２の下流側の端部まで原料流体と抽剤が流れるのに要する時間に相当し、抽出流路３２の流路長に比例する。このため、滞留時間が前記平衡到達時間よりも短くなるような抽出流路３２の流路長を予め求め、その求めた流路長の抽出流路３２を有する各流路２８が形成された第１抽出器１１を抽出装置１に用いる。
【００５０】
第１抽出器１１の各抽出流路３２から排出ヘッダ６４内に排出された混合流体は、その排出ヘッダ６４内で比重差により原料流体と抽剤とに分離する。分離した原料流体は、第１抽出器１１の排出ヘッダ６４から導出されて第２抽出器１２の原料供給ヘッダ６２へ供給される。また、分離した抽剤は、第１抽出器１１の排出ヘッダ６４から導出されて第２抽出器１２の抽剤供給ヘッダ６３へ供給される。
【００５１】
第１抽出器１１の排出ヘッダ６４から第２抽出器１２の原料供給ヘッダ６２へ供給される原料流体は、その途中で調整剤供給配管４２（図１参照）からｐＨ調整剤が添加され、ｐＨが調整される。具体的には、第１抽出器１１の各抽出流路３２での特定成分の抽出に伴って生じた原料流体のｐＨの変化を戻すように、原料流体のｐＨが調整される。本実施形態の抽出方法では、各抽出流路３２での特定成分の抽出によって原料流体のｐＨが低下するため、ｐＨ調整剤として塩基性の液体を用い、低下した原料流体のｐＨを上げるように調整する。
【００５２】
第２抽出器１２の原料供給ヘッダ６２に供給された原料流体は、第２抽出器１２の各流路２８の原料導入路２９へ分配されて導入される。第２抽出器１２の抽剤供給ヘッダ６３に供給された抽剤は、第２抽出器１２の各流路２８の抽剤導入路３０へ分配されて導入される。第２抽出器１２の各流路２８で行われる処理は、第１抽出器１１の各流路２８で行われる処理と同様である。そして、第１抽出器１１の場合と同様、第２抽出器１２の各抽出流路３２から排出ヘッダ６４内に排出された原料流体と抽剤の混合流体は、その排出ヘッダ６４内で原料流体と抽剤とに分離される。そして、分離した原料流体は、第３抽出器１３の原料供給ヘッダ６２へ供給される途中で上記と同様にｐＨ調整剤が添加されてｐＨが調整される。また、分離した抽剤は、第３抽出器１３の抽剤供給ヘッダ６３へ供給される。
【００５３】
第３抽出器１３の原料供給ヘッダ６２及び抽剤供給ヘッダ６３から各流路２８では、第１抽出器１１及び第２抽出器１２の場合と同様の処理が行われる。そして、第３抽出器１３の排出ヘッダ６４からは原料流体と抽剤の混合流体が導出され、その導出された混合流体は、第１セトラー２１（図１参照）に導入される。第１セトラー２１に導入された混合流体は、その第１セトラー２１内で静置され、比重差により原料流体と抽剤とに分離する。第１セトラー２１で分離した原料流体と抽剤は、別々に第１セトラー２１から排出される。
【００５４】
第１セトラー２１から排出された原料流体には、ｐＨ調整剤が添加されて当該原料流体のｐＨが調整され、そのｐＨ調整後の原料流体が第４抽出器１４へ供給される。また、第４抽出器１４には、第１抽出器１１に供給された抽剤と同様、抽出処理に未使用の抽剤が供給される。第４抽出器１４から第５抽出器１５を経て第６抽出器１６へ原料流体と抽剤が流れるが、その過程で行われる処理は、第１抽出器１１から第２抽出器１２を経て第３抽出器１３へ原料流体と抽剤が流れる過程で行われる処理と同様である。
【００５５】
そして、第６抽出器１６から排出された原料流体と抽剤の混合流体は、第２セトラー２２に導入され、第１セトラー２１の場合と同様に第２セトラー２２内で原料流体と抽剤とに分離する。第２セトラー２２から排出された原料流体は、第７抽出器１７に供給される。また、第７抽出器１７には、第１及び第４抽出器１１，１４に供給された抽剤と同様の抽剤が供給される。第７抽出器１７から第８抽出器１８を経て第９抽出器１９へ原料流体と抽剤が流れるが、その過程で行われる処理は、原料流体のｐＨ調整を行わないことを除き、第４抽出器１４から第５抽出器１５を経て第６抽出器１６へ原料流体と抽剤が流れる過程で行われる処理と同様である。
【００５６】
そして、第９抽出器１９から排出された原料流体と抽剤の混合流体は、第３セトラー２３に導入され、第１及び第２セトラー２１，２２の場合と同様、第３セトラー２３内で原料流体と抽剤とに分離する。第３セトラー２３内で分離された原料流体は、第３セトラー２３から排出され、この原料流体が最終的な抽出処理後の原料流体となる。
【００５７】
本実施形態による抽出装置１を用いた抽出方法は、以上のようにして行われる。
【００５８】
本実施形態による抽出方法では、第１〜第９抽出器１１〜１９の各流路２８において原料流体からの特定成分の抽出が抽出平衡に達する前にその各流路２８から原料流体と抽剤の混合流体を導出するから、それらの抽出器１１〜１９において抽出がほぼ進行しない抽出平衡に達した後の時間が消費されることがない。
【００５９】
しかも、本実施形態による抽出方法では、第１〜第５抽出器１１〜１５の各流路２８から導出した混合流体から分離した原料流体を次段の抽出器の各流路２８へ供給する前に抽出工程により生じたｐＨの変化を戻すようにその原料流体のｐＨを調整するため、次段の抽出器の流路２８では抽出速度が高いｐＨまで回復又はこれに近づいた状態の原料流体から特定成分の抽出を行うことができる。このため、次段の抽出器の流路２８での原料流体からの特定成分の抽出が高い抽出速度で行われる。
【００６０】
さらに、本実施形態による抽出方法では、第１〜第９抽出器１１〜１９の流路２８を原料流体と抽剤が流通することによって抽出が行われるため、従来のミキサーセトラー装置のミキサー部で原料流体と抽剤が撹拌されて抽出が行われる場合に比べて、分離工程で混合流体を原料流体と抽剤に分離する時間を短縮できる。以上のことから、本実施形態による抽出方法では、抽出処理の時間効率を向上することができる。
【００６１】
また、複数段のミキサーセトラー装置を用いた従来の抽出方法において、各段のミキサーセトラー装置のミキサー部やセトラー部にｐＨ調整剤を直接添加して抽出の進行に伴うｐＨの低下を回復させることにより抽出速度の低下を防ぐという方法も考えられる。しかし、この場合には、ミキサー部のうち原料流体からの抽出がまだあまり進行していない領域では、ｐＨ調整剤の添加に伴って原料流体のｐＨが高くなりすぎ、その結果、原料流体から水酸化物等の固体が析出する虞がある。また、セトラー部では撹拌が行われていないため、ｐＨ調整剤が全体的に混合されずに局所的に偏ってその局所のｐＨが高くなりすぎ、水酸化物等の固体が析出する虞がある。このような固体が析出した場合には、配管等の閉塞が生じる虞がある。
【００６２】
これに対し、本実施形態による抽出方法では、既に抽出工程が行われた原料流体に対してｐＨ調整剤が添加されるとともに、次段の抽出器へ送られて流動している状態の原料流体に対してｐＨ調整剤が添加されるため、上述のように原料流体のｐＨが高くなりすぎる虞がない。このため、固体の析出による配管等の閉塞が生じる虞もない。
【００６３】
また、本実施形態による抽出方法では、第１、第２、第４、第５、第７及び第８抽出器１１，１２，１４，１５，１７，１８の各流路２８から導出されて分離された抽剤を次段の抽出器の各流路２８へ供給するため、それらの抽出器１１，１２，１４，１５，１７，１８から後段の抽出器へ行くに従って抽剤中の特定成分の濃度を高めることができる。このため、少ない抽剤の使用量で原料流体からの特定成分の抽出を行うことができる。
【００６４】
また、本実施形態による抽出方法では、第４及び第７抽出器１４，１７の各流路２８へ各抽出器の排出ヘッダ６４又は各セトラー２１，２２，２３で分離された抽剤よりも特定成分の含有率が低い別の抽剤、具体的には抽出処理に未使用の新しい抽剤を供給する。このため、第４及び第７抽出器１４，１７の各流路２８に抽出能力の高いフレッシュな抽剤を供給できる。その結果、第４及び第７抽出器１４，１７以降の各流路２８において、原料流体と抽剤を流す時間（滞留時間）を短縮しても、十分な抽出を行うことができる。このため、抽出装置１全体における抽出処理にかかる時間をより短縮することができる。
【００６５】
また、本実施形態による抽出方法では、各段の抽出器１１〜１９がマイクロチャネルからなる複数の流路２８が配列された複数の流路基板７０を有するとともにその複数の流路基板７０が積層された構造を有する抽出装置１を用いる。マイクロチャネルでは、原料流体と抽剤の単位体積当たりの接触面積が大きくなるため、本実施形態による抽出方法では、各抽出器１１〜１９の各流路２８の抽出流路３２において原料流体から特定成分をより高い抽出速度で抽出することができる。
【００６６】
また、各抽出器１１〜１９が多数の流路２８を有することになるため、抽出処理量も確保することができる。さらに、マイクロチャネルである各流路２８では、原料流体と抽剤とが例えばスラグ流のような互いに接触しつつ分離しやすい状態で流れるため、各流路２８から原料流体と抽剤の混合流体を導出した後、その混合流体を排出ヘッダ６４又はセトラー２１，２２，２３で原料流体と抽剤とに分離するのに要する時間をより短縮できる。このため、抽出処理の時間効率をより向上することができる。
【００６７】
（第１実施例）
第１実施例として、本発明の抽出方法による効果を調べるために行った実験の結果について説明する。
【００６８】
この実験では、原料流体として０．０１ｍｏｌ／Ｌの濃度で硫酸銅を含有する硫酸銅水溶液を用い、抽剤として２ｍｏｌ／Ｌの濃度でジ−２−エチルヘキシルリン酸（Ｄ２ＥＨＰＡ）を含有するジ−２−エチルヘキシルリン酸のドデカン溶液を用いた。抽出対象である特定成分は、原料流体中の銅イオンである。
【００６９】
本発明の抽出方法の一例に対応する実施例では、３段の抽出器を有する抽出装置を用いて原料流体から抽剤へ特定成分を抽出する。なお、簡易に実験を実施するために、各段の抽出器として、抽出流路がガラス管によって形成されたものを用いた。具体的には、２ｍｍの内径を有するガラス製の円管を用い、その円管内の流路を抽出流路とした。この円管には、原料流体の導入口と抽剤の導入口とが個別に設けられていて、その各導入口に個別に導入された原料流体と抽剤が合流して円管内の抽出流路に流れるようになっている。また、円管の導入口と反対側の端部には、その円管内の抽出流路を通過した原料流体と抽剤の混合流体を比重差により原料流体と抽剤とに分離する分離部が設けられている。
【００７０】
１段目の抽出器の円管内の抽出流路から排出された原料流体と抽剤の混合流体は、分離部で原料流体と抽剤に分離される。この分離された原料流体が２段目の抽出器の原料流体の導入口に供給されるとともに、この分離された抽剤が２段目の抽出器の抽剤の導入口に供給されるように、１段目の抽出器と２段目の抽出器が接続されている。また、２段目の抽出器と３段目の抽出器は、１段目の抽出器と２段目の抽出器との接続形式と同様の形式で接続されている。
【００７１】
１段目の抽出器には、原料流体と抽剤を同じ流量で供給した。また、１段目の抽出器の抽出流路から排出されて分離部で分離された原料流体が２段目の抽出器に供給される前にｐＨ調整剤を添加してその原料流体のｐＨを調整した。また、同様に、２段目の抽出器の抽出流路から排出されて分離部で分離された原料流体が３段目の抽出器に供給される前にｐＨ調整剤を添加してその原料流体のｐＨを調整した。ｐＨ調整剤としては、０．５ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨ水溶液を用いた。
【００７２】
そして、各段の抽出器の抽出流路の導入口において、その抽出流路に導入される原料流体中の銅イオンの濃度を測定するとともに、各段の抽出器の抽出流路の出口において、その抽出流路から排出された原料流体中の銅イオンの濃度を測定する。その測定した抽出流路の導入口の銅イオンの濃度と出口の銅イオンの濃度との差から、各段の抽出器の抽出流路で行われた抽出工程による原料流体からの銅イオンの抽出率をそれぞれ算出した。
【００７３】
一方、比較例として、１段の抽出器のみを有する抽出装置を用いて原料流体から抽剤へ特定成分を抽出する。この比較例における１段の抽出器も実施例の場合と同様、２ｍｍの内径を有するガラス製の円管を用いて形成されており、その円管内の流路によって抽出流路が形成されている。この比較例の抽出器でも、上記実施例と同様に原料流体の導入口と抽剤の導入口が設けられており、それらの各導入口に個別に導入された原料流体と抽剤が合流して円管内の抽出流路に流れるようになっている。なお、この比較例では、抽出流路における原料流体と抽剤の滞留時間がそれぞれ異なる場合のデータを採取するため、抽出器を構成する円管の長さ、すなわち抽出流路の流路長が異なる４種類の抽出器を用意した。また、この比較例では、実施例で用いた原料流体及び抽剤と同様の原料流体及び抽剤を用いる。そして、実施例の１段目の抽出器に対して原料流体及び抽剤を供給したのと同様の条件でこの比較例による抽出器の各導入口に原料流体と抽剤を供給する。
【００７４】
そして、この比較例でも、抽出器の抽出流路の導入口において、その抽出流路に導入される原料流体中の銅イオンの濃度を測定するとともに、その抽出器の抽出流路の出口において排出される原料流体中の銅イオンの濃度を測定する。そして、実施例の場合と同様に抽出器の抽出流路で行われた抽出工程による原料流体からの銅イオンの抽出率を算出した。
【００７５】
以上の実施例と比較例とについて行った実験の結果が図４に示されている。すなわち、図４には、原料流体と抽剤が接触した状態で流れる滞留時間の経過と得られる銅イオンの抽出率との関係が示されている。また、この図４には、滞留時間の経過と原料流体のｐＨとの関係についても示されている。
【００７６】
この図４から分かるように、比較例では、抽出流路での原料流体と抽剤の滞留時間が約７秒で原料流体のｐＨが急激に低下し、それ以降はｐＨの低下は微小であり、特に滞留時間が約１７秒を超えると原料流体のｐＨは低下した値でほぼ一定となる。そして、この比較例の場合、原料流体と抽剤の滞留時間が約７秒までは銅イオンの抽出率がある程度大きく増加するが、それ以降は抽出率の増加は緩やかになり、滞留時間が約１７秒を超えると、ほぼ抽出平衡に達し、抽出率はあまり増加しない。
【００７７】
一方、実施例では、１段目及び２段目の抽出器から排出された各原料流体についてそれぞれｐＨ調整を行うことにより、２段階で原料流体のｐＨが回復している。その結果、比較例では抽出率の増加が緩やかになってくる滞留時間が約７秒以降において、抽出率の増加が大きく、比較例よりも抽出率が高くなる。結果、本発明の実施例では、同一の滞留時間で比較すると、比較例に比べて高い抽出率が得られることが分かる。また、別の観点からは、本発明の実施例では、比較例に比べてより短い滞留時間で銅イオンの抽出率を目標抽出率に到達させ得ることが分かる。
【００７８】
（第２実施例）
次に、従来のミキサーセトラー装置を用いた抽出方法に対する本発明の抽出方法の効果を調べるために行ったシミュレーションの結果について説明する。
【００７９】
このシミュレーションでは、抽出対象物質である特定成分が３価の金属イオンＭ３＋であるものとし、原料流体は、この金属イオンＭ３＋が０．５ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解した溶液であるものとする。また、この原料流体は、未処理の状態ではｐＨが２であるものとする。
【００８０】
また、抽出工程において、以下の反応式で表される抽出反応が生じるものとする。なお、以下の反応式において、ＨＲは抽剤の分子を表す。
【００８１】
Ｍ３＋＋３（ＨＲ）→ＭＲ３＋３Ｈ＋
【００８２】
この反応式は、１ｍｏｌの金属イオン（Ｍ３＋）が原料流体から抽出されることにより、３ｍｏｌの水素イオン（Ｈ＋）が生成することを表す。従って、抽出が進行するにつれて原料流体のｐＨが低下する。
【００８３】
また、このシミュレーションでは、原料流体からの金属イオンの抽出平衡のｐＨ依存性を示す指標ｌｏｇＤが以下のように設定される。なお、Ｄは、抽出平衡時の抽剤中の金属イオンＭ３＋の濃度を抽出平衡時の原料流体中の金属イオンＭ３＋の濃度で除することによって得られる値である。
【００８４】
ｌｏｇＤ＝３ｐＨ−０．５
【００８５】
また、このシミュレーションでは、原料流体からの金属イオンの抽出速度のｐＨ依存性を示す指標として、その金属イオンの抽出速度係数Ｋが以下のように設定される。この抽出速度係数Ｋは、金属イオン及び抽剤の種類に応じて設定される値である。
【００８６】
Ｋ＝０．００２［Ｈ＋］−１
【００８７】
ここで、［Ｈ＋］は、原料流体中の水素イオン濃度である。
【００８８】
実施例としては、上記実施形態の抽出装置１を用いて原料流体から特定成分としての金属イオンＭ３＋を抽出するものとする。そして、実施例では、各段の抽出器１１〜１９の抽出流路３２における平均滞留時間を６４秒に設定し、第１〜第９抽出器１１〜１９の抽出流路３２での合計の滞留時間を５７６秒に設定する。各段の抽出器１１〜１９の抽出流路３２における平均滞留時間は、原料流体からの特定成分としての金属イオンＭ３＋の抽出が抽出平衡に達するよりも短い時間に設定されている。また、各調整剤供給配管４２からｐＨ調整剤を供給することによって、対応する原料流体のｐＨを金属イオンＭ３＋の抽出に適していて抽出速度が高くなる約１に調整するものとする。
【００８９】
一方、比較例では、３段のミキサーセトラー装置を備えた抽出装置を用いて原料流体から抽剤への特定成分の抽出を行う。各段のミキサーセトラー装置は、撹拌手段により原料流体と抽剤を撹拌して混合するミキサー部と、そのミキサー部で混合された原料流体と抽剤の混合物を静置して原料流体と抽剤に分離させるセトラー部とを有する。この比較例で用いる原料流体、抽剤及び抽出対象物質である特定成分は、実施例の場合と同様とする。
【００９０】
１段目のミキサーセトラー装置のミキサー部には、未処理の原料流体が供給される。また、各段のミキサーセトラー装置のミキサー部には、抽出処理に未使用の抽剤がそれぞれ供給される。１段目のミキサーセトラー装置は、そのセトラー部で分離した原料流体が２段目のミキサーセトラー装置のミキサー部に供給されるように２段目のミキサーセトラー装置と接続されている。２段目のミキサーセトラー装置は、そのセトラー部で分離した原料流体が３段目のミキサーセトラー装置のミキサー部に供給されるように３段目のミキサーセトラー装置と接続されている。
【００９１】
そして、１段目のミキサーセトラー装置のセトラー部から導出された原料流体が２段目のミキサーセトラー装置のミキサー部へ供給される前にｐＨ調整剤を添加し、その原料流体のｐＨを約１に調整するものとする。また、２段目のミキサーセトラー装置のセトラー部から導出された原料流体が３段目のミキサーセトラー装置のミキサー部へ供給される前にｐＨ調整剤が添加し、その原料流体のｐＨを約１に調整するものとする。
【００９２】
この比較例では、各段のミキサーセトラー装置のミキサー部における原料流体と抽剤の滞留時間を２８９秒に設定する。従って、３段のミキサーセトラー装置のミキサー部において合計８６７秒の滞留時間になるものとする。また、各セトラー部での滞留時間は、ミキサー部での滞留時間よりも長いものとする。このため、各セトラー部での滞留中に原料流体からの特定成分の抽出が抽出平衡に達しているものとする。
【００９３】
以上のように設定された実施例と比較例についてシミュレーションにより、原料流体と抽剤とが接触した状態での滞留時間と抽出率及び原料流体のｐＨとの関係を求めた。そのシミュレーション結果が図５に示されている。
【００９４】
この図５から分かるように、比較例では、抽出率が約９０％に到達するのに約８００秒の滞留時間が必要になるのに対し、実施例では、同じ抽出率に到達するのに約２８０秒の滞留時間しか掛からない。なお、このシミュレーションでは、比較例において、各段のミキサーセトラー装置のセトラー部での滞留時間を除外しているため、比較例で掛かる実際の滞留時間はより長くなる。従って、実施例による抽出方法では、所定の抽出率（目標抽出率）に到達するまでの時間を従来のミキサーセトラー装置を用いた抽出方法に比べて著しく短縮できることが分かる。
【００９５】
なお、今回開示された実施形態及び実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９６】
例えば、図６に示す第１変形例のように、途中のセトラーで分離した抽剤をそのセトラーよりも上流側の抽出器に供給するように構成された抽出装置８１を用いて原料流体からの特定成分の抽出処理を行ってもよい。
【００９７】
具体的には、この第１変形例による抽出装置８１では、第２セトラー２２で分離した抽剤が第１抽出器１１の各流路２８（図３参照）に供給されるように第２セトラー２２と第１抽出器１１の抽剤供給ヘッダ６３が相互に接続され、第３セトラー２３で分離した抽剤が第４抽出器１４の各流路２８（図３参照）に供給されるように第３セトラー２３と第４抽出器１４の抽剤供給ヘッダ６３が相互に接続されている。
【００９８】
また、この第１変形例による抽出装置８１では、抽出処理に未使用の抽剤は、第７抽出器１７の各流路２８（図３参照）のみに供給されるようになっている。また、ｐＨ調整剤は、第１抽出器１１から第２抽出器１２へ供給される途中の原料流体と、第２抽出器１２から第３抽出器１３へ供給される途中の原料流体と、第１セトラー２１から第４抽出器１４へ供給される途中の原料流体とにのみ添加される。
【００９９】
この第１変形例による抽出装置８１の上記以外の構成は、上記実施形態による抽出装置１の構成と同様である。
【０１００】
この第１変形例による抽出装置８１を用いた抽出方法では、第２セトラー２２で分離した抽剤をその第２セトラー２２よりも上流に位置する第１抽出器１１での原料流体からの特定成分の抽出に再利用できるとともに、第３セトラー２３で分離した抽剤をその第３セトラー２３よりも上流に位置する第４抽出器１４での原料流体からの特定成分の抽出に再利用できる。このため、抽剤の使用量をより削減できる。
【０１０１】
また、図７に示す第２変形例のように、最下流のセトラーで分離した抽剤を最上流の抽出器に供給するように構成された抽出装置９１を用いて原料流体からの特定成分の抽出処理を行ってもよい。
【０１０２】
具体的には、この第２変形例による抽出装置では、第３セトラー２３で分離した抽剤が第１抽出器１１の各流路２８（図３参照）に供給されるように第３セトラー２３と第１抽出器１１の抽剤供給ヘッダ６３が相互に接続されている。また、この第２変形例による抽出装置９１では、抽出処理に未使用の抽剤は、第４抽出器１４の各流路２８及び第７抽出器１７の各流路２８のみに供給されるようになっている。また、この第２変形例におけるｐＨ調整剤の供給形態は、上記第１変形例の場合と同様である。
【０１０３】
この第２変形例による抽出装置９１の上記以外の構成は、上記実施形態による抽出装置１の構成と同様である。
【０１０４】
この第２変形例による抽出装置９１を用いた抽出方法では、第３セトラー２３で分離した抽剤を最上流の第１抽出器１１での原料流体からの特定成分の抽出に再利用できる。このため、当該第２変形例でも、抽剤の使用量を削減できる。
【０１０５】
また、上記実施形態では、マイクロチャネルである複数の流路が配列された複数の流路基板と複数の封止板とが積層された積層体によって抽出器本体が形成された例を示したが、抽出器は必ずしもこのようなものに限定されない。例えば、上記第１実施例で用いたガラス管等のチューブ状のものによって抽出流路が形成された抽出器を用いてもよい。
【０１０６】
また、本発明は、原料流体からの特定成分の抽出に伴って原料流体のｐＨが低下する形態のものにのみ適用が限定されない。例えば、原料流体からの特定成分の抽出に伴って原料流体のｐＨが上昇する形態のものにも本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  抽出装置
１１  第１抽出器
１２  第２抽出器
１３  第３抽出器
１４  第４抽出器
２８  流路
７０  流路基板（流路層）
【図１】
2016019939.tif 000003
【図２】
2016019939.tif 000004
【図３】
2016019939.tif 000005
【図４】
2016019939.tif 000006
【図５】
2016019939.tif 000007
【図６】
2016019939.tif 000008
【図７】
2016019939.tif 000009