JP2017172007A

JP2017172007A - 金属回収装置

Info

Publication number: JP2017172007A
Application number: JP2016060239A
Authority: JP
Inventors: 慶 ▲鯖▼江; Kei Sabae
Original assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Current assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Also published as: WO2017164271A1

Abstract

【課題】金属を高効率かつ安定的に回収するための金属回収装置を提供する。
【解決手段】電解槽を構成する容器１１と、容器１１の内部に配置された陽極１５と、容器１１の内部に配置された陰極１６と、を備え、陰極１６が活性炭成型体により構成される金属回収装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属を含む廃液から金属を電解法により回収するための回収装置に関する。

例えば、貴金属めっき液といった各種廃液中に残留する貴金属を回収する手段として、電解（還元）法が一般的に用いられている。この電解法による貴金属回収装置では、電解槽中に廃液を導入し、これに不溶性陽極及び陰極を浸漬させて通電することで液中の金属イオンを還元析出させるものである。

特許文献１および特許文献２は、金属の回収装置を開示している。特許文献１に開示の金属回収装置は、電解槽を構成する円筒状の容器と、容器の中心に配置され、廃液を容器上部から容器底部へと流通させるように底部に開口を有するパイプ状の陽極と、容器の内周に沿って配置される筒状の陰極と、を備える金属回収装置であり、陰極の内周に、陰極と電気的に接続される網状又はラス状の第１の筒体が配置されている。

特許文献２に開示の貴金属回収装置は、電解槽を構成する円筒状の金属製容器と、金属製容器を密閉し取外し可能な、廃液流出口を有する絶縁性蓋体と、絶縁性蓋体の中心を貫通し、廃液を上部から底部へと流通させるパイプ状陽極と、金属製容器の内周に沿って配置される筒状のエキスパンダ陰極と、パイプ状陽極の外周に沿って配置される筒状のエキスパンダ陽極と、を備える貴金属回収装置である。エキスパンダ陰極の上部は金属製容器の上肩部と断面逆Ｌ字形に接続固定されており、エキスパンダ陰極の下部は金属製容器の底部と接続固定されており、エキスパンダ陽極の両端はパイプ状陽極と断面コの字形に接続固定されている。

特開２００６−２８５５５（特許第４１５１９０４）号公報特開２０１２−１７４９１（特許第４６６６４１８）号公報

上記特許文献に開示の技術は、電流異常による析出量や析出粒子のばらつきや、電流集中に由来する貴金属の異常析出による短絡不良を抑制することにより、回収物の精製の際の溶解に都合の良い均一な貴金属を安定的に析出させることを図っている。

しかしながら、上記特許文献に記載の技術においても、実用上十分な貴金属の回収効率を達成することが困難であり、一層の回収効率の向上が望まれている。

そこで、本発明は、貴金属を含む金属全般を高効率かつ安定的に回収するための金属回収装置を提供することを目的とする。

本発明の金属回収装置は、電解槽を構成する容器と、前記容器の内部に配置された陽極と、前記容器の内部に配置された陰極と、を備え、前記陰極が活性炭成型体により構成される。

本発明の実施態様の一例として、例えば、前記活性炭成型体がフィルター状に成形されたものである。

本発明の実施態様の一例として、例えば、前記容器が筒状容器であり、前記陽極が前記筒状容器の長手方向に延びるように配置された棒状体であり、前記陰極が前記陽極の周囲を取り囲むように配置された筒状体である。

本発明の実施態様の一例として、例えば、前記容器が箱状容器であり、前記陽極が前記箱状容器の内部に配置された板状体であり、前記陰極が前記陽極に対面するように配置された板状体である。

本発明の金属回収装置によれば、陰極の材料に比表面積の大きな活性炭成型体を用いる事で、回収効率を飛躍的に向上させる事が出来る。また、陰極である活性炭成型体に金属の吸着に優れた性能を持つ活性炭を利用する事により吸着と電解の複合的作用による優れた回収特性を達成することができる。

図１は、本発明の金属回収装置の一実施形態を示す断面概略図であり、（ａ）は図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図。図２は、実施形態の金属回収装置の一部の分解斜視図。図３は、金属回収装置を用いた金属回収システムの概念図。図４は、本発明の金属回収装置の他の実施形態を示す断面概略図であり、（ａ）は図１を横型に配置し、液の導入路を変更した実施形態であり、（ｂ）は（ａ）における陽極と陰極の組み合わせが３組、容器の上下もしくは水平方向に設けられた実施形態。図５は、本発明の金属回収装置のさらに他の実施形態を示す断面概略図であり、箱状の容器の内部に板状体の陽極及び陰極が複数配置された実施形態。図６は、Ｐｄ廃液の回収試験結果を示す表であり、本発明の実施形態の活性炭フィルターを陰極として用いた装置と、従来型のＴｉ電極を陰極として用いた装置の双方の結果を示す表。図７は、図６の表に対応したグラフであり、縦軸をＰｄ濃度［ｍｇ／Ｌ］としたグラフ。図８は、図６の表に対応したグラフであり、縦軸をｌｏｇ_１０［Ｐｄ濃度［ｍｇ／Ｌ］］としたグラフ。図９は、Ｒｈ廃液の回収試験結果であり、本発明の活性炭フィルターを陰極に用いた装置の結果を示す表。図１０は、図９の表に対応したグラフであり、（ａ）は縦軸をＲｈ濃度［ｍｇ／Ｌ］としたグラフであり、（ｂ）は縦軸をｌｏｇ_１０［Ｒｈ濃度［ｍｇ／Ｌ］］としたグラフ。

以下、本発明の金属回収装置の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の金属回収装置の一実施形態を示す断面概略図であり、図１（ａ）は図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図１（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２は、同実施形態の一部の分解斜視図である。

実施形態の金属回収装置１は、樹脂製であって電解槽を構成する筒状の容器１１と、容器１１の上端および下端を封止する上蓋１２と下蓋１３とから、その外形が構成される。容器１１の内部であって、下蓋１３の直上には支持台１４が形成されている。さらに、棒状の陽極（アノード）１５および円筒状の陰極（カソード）１６が、上支持板１７および下支持板１８により支持されつつ、容器１１の内部に配置されている。

下支持板１８は支持台１４の上に配置され、陽極１５は下蓋１３、支持台１４、下支持板１８を貫通しつつ、これらの部材によって支持されている。一方、陰極１６には金属製の陰極端子１９が固定され、この陰極端子１９は上支持板１７および上蓋１２を貫通しつつ、これらの部材によって支持されている。構成を容易に把握するため、図１（ｂ）では、本来表れない陰極端子１９を示している。

上蓋１２には、回収対象の金属を含む水溶液（廃液）を電解槽である容器１１に導入する導入路１２ａおよび処理済みの廃液を容器１１から排出する排出路１２ｂが形成されている。廃液は容器１１の外部から矢印Ａで示すように導入路１２ａに導入され、矢印Ｂで示すように陰極１６を通過して陽極１５に向かう過程で処理される。さらに処理済みの廃液は、矢印Ｃで示すように、排出路１２ｂから容器１１の外部へ排出される。

本実施形態において、容器１１は筒状容器であり、陽極１５は筒状容器の長手方向に延びるように配置された棒状体である。陽極１５は、不溶性の材料が好ましくその材質としては、少なくとも表面が白金族の金属、合金または酸化物よりなるものが好ましい。更に、チタン等のバルブ金属に白金または白金合金をめっきしたものあるいは酸化イリジウムまたは酸化ルテニウムを被覆したものがコスト的にも耐久性においてもより好ましい。

本実施形態において、陽極１５に隣接して配置された陰極１６は、活性炭を材料とした活性炭成型体により形成される。特に本実施形態では、この活性炭成型体がフィルター状に成形された活性炭フィルターの態様をとり、陽極１５の周囲を取り囲むように配置された中空の筒状体である。言い換えると、棒状体の陽極１５が、陰極１６の中心の筒状空間に配置されている。尚、図１では、理解を容易にするため、陽極１５および陰極１６にのみハッチングが施されている（他の図でも同様）。

本発明の活性炭成型体に使用する活性炭は、窒素吸着法により算出されるＢＥＴ比表面積が１００〜５０００ｍ^２／ｇ程度の範囲から選択でき、例えば、３００〜４０００ｍ^２／ｇ、好ましくは５００〜３０００ｍ^２／ｇ程度である。比表面積が小さすぎると、電着に供する容積の低下により回収効率が低下し、大きすぎると、嵩密度の低下により電気抵抗が高くなり、効率が低下する。

本発明の活性炭成型体に使用する活性炭の形状は、特に限定されず、粒状、繊維状、不定形状などであってもよいが、通常、粒状又は繊維状である。粒状活性炭の平均一次粒径は、例えば、１μｍ〜５ｍｍ（特に１０μｍ〜２ｍｍ）程度であってもよい。繊維状活性炭の平均繊維径は、例えば、１〜５００μｍ、好ましくは２〜３００μｍ程度であり、特に５〜５０μｍ程度であってもよい。

本発明に使用する活性炭成型体は、前記活性炭を含んでいればよく、例えば、前記活性炭とバインダとを含む混合物の成型体であってもよい。また、活性炭繊維の単体による成型体であってもよい。また、活性炭成型体の比表面積は、例えば５００〜２５００ｍ^２／ｇ程度の範囲から選択できる。

バインダは、活性炭を成型体に固定できればよく、例えば、活性炭を結合して成型体を形成するためのバインダであってもよく、成型体を構成する基材に活性炭を担持させるためのバインダであってもよい。バインダとしては、通常、フィブリル化繊維及び／又は熱可塑性バインダ粒子が使用される。

次に、金属回収装置１を用いた金属回収システムおよび金属回収方法について、図３を用いて説明する。図３は金属回収装置１を含む金属回収システム１００を示し、金属回収システム１００は、金属回収装置１と、回収廃液槽２０と、ポンプ２１と、フィルター２２と、電源３０とを含む。金属回収方法において、金属を含む廃液を収容する回収廃液槽２０から廃液をポンプ２１などで送液し、送液された廃液が金属回収装置１の導入路１２ａに導入される（図１の矢印Ａ）。廃液は容器１１を上部から底部へと流通しつつ、活性炭フィルターの陰極１６を通過して陽極１５に向かう（図１の矢印Ｂ）。電源３０は陽極１５と、陰極端子１９を介して陰極１６に電気的に接続されており、陽極１５と陰極１６の間に電圧が印加されて電気分解が生ずる。この過程で、廃液中の金属が陰極１６により吸着され、回収される。このようにして処理された廃液は、容器１１を底部から上部へ流通し、排出路１２ｂから排出される（図１の矢印Ｃ）。排出された廃液は、フィルター２２を通して回収廃液槽２０へ戻され、その戻された廃液が循環される。

本発明の金属回収装置において、回収廃液の金属回収装置１内の空間速度ＳＶは対象となる廃液中の金属イオン種、電解条件等により異なるが、空間速度ＳＶは、特に限定されない。空間速度ＳＶとしては、例えば、１０〜１０,０００／ｈであることが好ましく、５０〜５,０００／ｈであることがより好ましい。空間速度ＳＶは、高いほど処理量が増えるが、陰極１６との接触時間が短くなるので、金属の回収率が低下する傾向がある。本実施形態に係る回収方法では、比較的速い空間速度であっても、例えば、空間速度５００／ｈ以上という比較的高速な条件下で、活性炭成型体に水溶液を通過させる場合であっても、比較的高い回収率が維持できる。このことから、空間速度ＳＶが上記範囲内であっても、充分に優れた回収率を実現できる。

なお、空間速度ＳＶは、公知の方法で測定することができる。空間速度ＳＶは、例えば、流量を測定し、その測定した流量を、陰極１６である活性炭成型体の体積で除することによって、算出される。また、陰極１６の電流密度は１．０×１０^−８〜１．０×１０^−６Ａ／ｄｍ^２で行うことが望ましい。

陰極１６に電着した金属を脱着する方法としては、特に限定されない。この脱着方法としては、具体的には、金属が電着された活性炭成型体を、直接、無機強酸やアルカリ溶液等で金属塩として解離させ、還元することにより、金属として回収する方法や、金属を電着した活性炭成型体を燃焼させて灰化し、得られた灰化物から無機強酸等で抽出し、還元する方法等が挙げられる。また、燃焼させて得られた灰化物を銅等の金属と同時に熔融させ、合金として回収する方法が挙げられる。

図４（ａ）および図４（ｂ）は他の実施形態の金属回収装置１を示し、図４（ａ）および図４（ｂ）の双方において、容器１１が筒状の容器であり、陽極１５が筒状の容器の内部に配置された棒状体であり、陰極１６が陽極１５に対面するように配置された筒状体である。図４（ａ）において、送液された廃液が金属回収装置１の導入路１２ａに導入される（矢印Ａ）。廃液は容器１１を横方向に流通しつつ、活性炭フィルターの陰極１６を通過して陽極１５に向かう（矢印Ｂ）。この過程で、廃液中の金属が陰極１６により吸着され、回収される。このようにして処理された廃液は、さらに容器１１内を横方向へ流通し、排出路１２ｂから排出される（矢印Ｃ）。図４（ｂ）も同様であるが、図４（ａ）における陽極１５と陰極１６の組み合わせが３組、容器１１の上下または水平方向に設けられている。

図５はさらに他の実施形態の金属回収装置１を示す。本実施形態においては容器１１が箱状容器であり、陽極１５が箱状容器の内部に配置された板状体であり、陰極１６が陽極１５に対面するように配置された板状体である。そして本実施形態においては、複数の陽極１５と陰極１６が、廃液の流通方向にそって交互に配置されている。送液された廃液が金属回収装置１の導入路１２ａに導入される（矢印Ａ）。廃液は容器１１を横方向に流通しつつ、活性炭フィルターの陰極１６を通過して陽極１５に向かう（矢印Ｂ）。この過程で、廃液中の金属が陰極１６により吸着され、回収される。陽極１５と容器１１には図示せぬ隙間などが設けられており、廃液は通過することができる。陽極１５も廃液の通過用の穴を設けてもよい。そして総ての陽極１５と陰極１６と通過して処理された廃液は、排出路１２ｂから排出される（矢印Ｃ）。

図６は、Ｐｄ廃液の回収試験結果を示す表であり、本発明の実施形態の活性炭フィルターを陰極（活性炭フィルター電極）として用いた装置と、従来型のＴｉ電極を陰極として用いた装置の双方の結果を示す表である。対象液はＰｄ含有アルカリ液であり、液量は４０Ｌ、流量は２０Ｌ／ｍｉｎ、電流値は約３．０Ａである。また、図７は、図６の表に対応したグラフであり、縦軸をＰｄ濃度［ｍｇ／Ｌ］としたグラフである。図８は、図６の表に対応したグラフであり、縦軸をｌｏｇ_１０［Ｐｄ濃度［ｍｇ／Ｌ］］としたグラフである。

図６〜図８より、実施形態の活性炭フィルターを陰極に用いることにより、従来のＴｉ電極を用いた場合に比べて、電解時間の経過とともに回収液中のＰｄの濃度がより速く減少し、より効率的にＰｄを回収できることが理解される。

図９の表は、Ｒｈ廃液の回収試験結果であり、本発明の活性炭フィルターを陰極に用いた装置の結果である。試験条件（電解条件）は、Ｒｈ濃度１００ｍｇ／Ｌ、液量２０Ｌ、流量２００Ｌ／ｈｒである。図１０のグラフは図９の表に対応したものであり、図１０（ａ）は縦軸をＲｈ濃度［ｍｇ／Ｌ］とし、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の縦軸を対数標記にしたもの、すなわち、ｌｏｇ_１０［Ｒｈ濃度［ｍｇ／Ｌ］］としたものである。図９の表および図１０のグラフから、実施形態の活性炭フィルターを陰極に用いることにより、電解時間の経過とともに回収液中のＲｈの濃度が減少し、確実にＲｈを回収できることが理解される。

これまでの金属回収においては、ＴｉやＳＵＳ等の金属を電極として電解回収するケースが一般的である。また、カーボン粒子等の流動床を電極として回収するケースも知られている。しかしながら、金属の中でも特に白金族金属は、電解回収した後、王水、シアン化アルカリ等の薬液で溶解し、電極から剥離することが困難である。また、これらの金属は電極への密着性が悪く、金属微粒子が廃液中に浮遊し、配管内をめっきする等の不具合を起こすことがある。

本実施形態では、陰極１６の全体が活性炭フィルターにより構成されており、陰極１６の面積が極めて大きくなっている。したがって、水溶液中の金属の陰極１６への密着効率、析出効率が高い。また、陰極１６を構成する活性炭フィルターの内部に金属を電着させることができるため、金属微粒子が廃液中に浮遊することも防止できる。すなわち、陰極１６の材料に、金属の吸着に優れた性能を持つ活性炭を利用することにより、吸着と電解の複合的作用による優れた回収特性を達成することができる。さらに、金属の吸着回収後、陰極１６を焼成灰化すれば、回収精製が容易となる。本実施形態の金属回収装置は、金属全般の回収に優れた性能を有するが、特に貴金属、とりわけＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ等の難溶解性の白金族金属の回収に優れた性能を有する。なお、陰極１６の少なくとも一部を本実施形態の活性炭成型体、活性炭フィルターにより構成することにより、上述したような効果を発揮し得る。

また、本実施形態では、従来は別々の部材であった陰極と金属のフィルター（フィルターカートリッジ）が、一体の部材（活性炭成型体の陰極）で構成されていると把握される。よって、陰極の交換とフィルターカートリッジの交換を一つのプロセスで行うことが可能となり、保守交換が容易となる。

１金属回収装置
１１容器
１２上蓋
１３下蓋
１４支持台
１５陽極
１６陰極（活性炭成型体、活性炭フィルター）
１７上支持板
１８下支持板
１９陰極端子
２０回収廃液槽
２１ポンプ
２２フィルター
３０電源
１００金属回収システム

本発明の金属回収装置は、電解槽を構成する容器と、前記容器の内部に配置された陽極と、前記容器の内部に配置された陰極と、を備え、前記陰極が活性炭成型体により構成され、前記活性炭成型体は、窒素吸着法により算出されるＢＥＴ比表面積が１００〜５０００ｍ ^２／ｇである活性炭を成型したものである。

Claims

水溶液中の金属を回収する金属回収装置であって、
電解槽を構成する容器と、
前記容器の内部に配置された陽極と、
前記容器の内部に配置された陰極と、を備え、
前記陰極が活性炭成型体により構成される、
金属回収装置。
前記活性炭成型体がフィルター状に成形されたものである、請求項１に記載の金属回収装置。
回収対象の金属が貴金属である、請求項１に記載の金属回収装置。
前記容器が筒状容器であり、
前記陽極が前記筒状容器の長手方向に延びるように配置された棒状体であり、
前記陰極が前記陽極の周囲を取り囲むように配置された筒状体である、請求項１に記載の金属回収装置。
前記容器が箱状容器であり、
前記陽極が前記箱状容器の内部に配置された板状体であり、
前記陰極が前記陽極に対面するように配置された板状体である、請求項１に記載の金属回収装置。