JP4385421B2

JP4385421B2 - ホウ素の抽出方法

Info

Publication number: JP4385421B2
Application number: JP36108798A
Authority: JP
Inventors: 嘉一野口; 憲一武藤; 浩司砥山; 直之山下; 裕之朝田; 良弘恵藤
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; Kansai Electric Power Co Inc; Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; Kansai Electric Power Co Inc; Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: JP2000176439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホウ素の抽出方法に係り、特に、ホウ素を含む抽出剤からホウ素を効率的に逆抽出して回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホウ素化合物は、医薬、化粧品原料、石鹸工業、電気メッキ等の種々の分野で幅広く利用されており、これらの製造工程からはホウ素化合物を含有する廃水が排出される。また、原子力発電所から発生する放射性廃液、地熱発電廃水、あるいは排煙脱硫又は脱硝廃水、ゴミ焼却洗煙廃水等にもホウ素化合物が含まれている。
【０００３】
これらのホウ素含有水の処理方法として、イオン交換樹脂によりホウ素を吸着除去する方法が知られている。そして、このホウ素を吸着したイオン交換樹脂を酸と接触させて再生するに当たり、再生廃液を抽出剤と接触させてホウ素を抽出し、抽残液をアニオン交換樹脂の再生用液として再利用する方法が提案されている（特公平１−５０４７６号公報）。
【０００４】
この特公平１−５０４７６号公報では、抽出剤として、オクチレングリコール、２−エチルヘキサノール、４−ｔ−ブチルカテコール等を用いる。また、ホウ素を抽出した抽出剤を、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液、炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）水溶液等の逆抽出剤と接触させてホウ素を逆抽出し、更に、ホウ素を逆抽出した逆抽出剤からホウ素を晶析して回収する。そして、逆抽出処理後の抽出剤及び晶析処理後の逆抽出剤はそれぞれ循環再使用し、不足分のみを系内に補給する。
【０００５】
また、このような方法において、逆抽出条件及び晶析条件を最適化したものとして、特開平９−３１４１３０号公報には、ホウ素を含む抽出剤を接触させる逆抽出剤のｐＨを１２．５以上として逆抽出効率を高め、更に逆抽出剤中のホウ素を晶析により分離する際に、逆抽出剤に酸を加えて晶析効率を向上させる方法が提案されている。
【０００６】
即ち、このようなホウ素の逆抽出及び晶析処理においては、ｐＨ条件は極めて重要な因子であり、逆抽出剤のｐＨは高い程、逆抽出効率は向上し、また、晶析に際しては、ｐＨを下げた方が晶析効率が向上する。
【０００７】
これは、逆抽出機構が、下記式の如く、抽出剤中のホウ酸と、逆抽出剤中のアルカリとの反応よりなり、逆抽出効率は、アルカリ濃度が高い程向上するためと推定される。
【０００８】
４Ｈ₃ＢＯ₃＋２ＮａＯＨ→Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇＋７Ｈ₂Ｏ
また、このように、高ｐＨの逆抽出剤に逆抽出されたホウ素の溶解度を、酸を添加することで下げることにより、ホウ素化合物の結晶（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇）を効率的に析出させて回収することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、逆抽出剤のｐＨを最適ｐＨ値に調整して逆抽出を行っても、被抽出物（原水）のホウ素濃度が変動し、これにより抽出剤のホウ素濃度が変動した場合には、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが変動することとなるため、特開平９−３１４１３０号公報記載の方法では常に最適なｐＨ条件を維持することはできず、逆抽出効率及び晶析効率が低下する場合がある。
【００１０】
即ち、前述の反応式でホウ酸とアルカリが反応するとアルカリの消費で逆抽出剤のｐＨは低下するが、例えば、抽出剤のホウ素濃度が平常時よりも低くなった場合には、逆抽出されるホウ素量が少ないことから、この逆抽出剤のｐＨの低下幅が小さいために逆抽出後の逆抽出剤のｐＨは平常時よりも高くなる。このような高ｐＨの逆抽出剤では、晶析が起こり難く、ホウ素化合物結晶の溶解が起こる。逆に、抽出剤のホウ素濃度が平常時よりも高くなった場合には、逆抽出されるホウ素量が多いことから、逆抽出による逆抽出剤のｐＨの低下幅が平常時よりも大きくなるために、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが低くなる。この場合には、逆抽出が不完全となり、抽出剤中にホウ素が残留する。
【００１１】
抽出剤のホウ素濃度が低くなった場合の晶析不良は、特開平９−３１４１３０号公報記載の方法において、逆抽出後の逆抽出剤に添加する酸の添加量を増加させることで対応することはできる。しかしながら、抽出剤のホウ素濃度が高くなった場合の逆抽出不良には対応し得ず、この場合には、循環使用される抽出剤中の残留ホウ素濃度が高くなることにより抽出効率も低下し、また、逆抽出剤のｐＨが低下することで、逆抽出剤中でホウ酸ナトリウムのスケールが析出するなどの不具合も生じる。
【００１２】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ホウ素を含む抽出剤と逆抽出剤とを接触させてホウ素を逆抽出し、更に逆抽出剤中のホウ素を晶析するホウ素の抽出方法において、負荷変動、即ち、抽出剤のホウ素濃度の変動に十分に対応して、安定かつ効率的な逆抽出及び晶析を行うことができるホウ素の抽出方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のホウ素の抽出方法は、ホウ素を含む抽出剤と逆抽出剤とを逆抽出塔に供給し、該逆抽出塔内で抽出剤と逆抽出剤とを接触させてホウ素を逆抽出剤中に移行させ、該逆抽出塔でホウ素を逆抽出した逆抽出剤を晶析槽に導入して逆抽出剤中のホウ素を晶析させるホウ素の抽出方法において、該逆抽出塔に供給する逆抽出剤として、該晶析槽から該逆抽出塔に返送される逆抽出剤にアルカリを添加して特定のｐＨ値に調整したものを用いるとともに、該晶析槽に送給される、抽出剤と接触した後の逆抽出剤のｐＨを測定し、その値に応じて該逆抽出塔に供給される逆抽出剤の供給量を制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明方法に従って、抽出剤と接触した後の逆抽出剤のｐＨを測定し、その値に応じて逆抽出剤の供給量を制御することにより、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨを適正な値に維持することができる。
【００１５】
即ち、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが予め定めたｐＨよりも低い場合には、抽出剤中のホウ素濃度が高いためであるから、逆抽出剤の供給量を増加させ、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨの低下を防止する。逆に、この逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが予め定めたｐＨよりも高い場合には、抽出剤中のホウ素濃度が低いためであるから、逆抽出剤の供給量を減少させ、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨの上昇を防止する。
【００１６】
このようにして、抽出剤中のホウ素濃度の変動に対して逆抽出後のｐＨを一定に保つことで、逆抽出性能及び晶析性能を安定させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明のホウ素の抽出方法の実施の形態を示す系統図であり、１は逆抽出塔、２は逆抽出剤槽、３は晶析槽である。
【００１９】
ホウ素を含む抽出剤は、逆抽出塔１に所定の流量で供給され、逆抽出剤と撹拌接触され、ホウ素が逆抽出除去される。逆抽出によりホウ素を除去した抽出剤は、抽出塔（図示せず）に戻され、循環再使用される。
【００２０】
この逆抽出塔１に供給する逆抽出剤としては、後述の晶析槽３でホウ素化合物の結晶を晶析回収した後の逆抽出剤に、アルカリを添加して所定のｐＨに調整したものを用いる。即ち、図１において、逆抽出剤槽２には、晶析槽３から逆抽出剤が返送されると共に、この逆抽出剤槽２に設けられたｐＨ計４に連動するポンプＰ₁によりアルカリが供給され、逆抽出前の逆抽出剤のｐＨが所定のｐＨに調整される。
【００２１】
本発明において、この逆抽出前の逆抽出剤のｐＨは、好ましくは１２．５以上に調整する。逆抽出前の逆抽出剤の調整ｐＨが１２．５未満であると、ホウ素を効率的に逆抽出することができない。逆抽出剤のｐＨが１２．５以上であれば、ｐＨ値の上昇に対して逆抽出性能が大きく変わることはないため、逆抽出剤はｐＨ１２．５〜１３．５程度で一定のｐＨに調整するのが好ましい。この逆抽出剤としては、ＮａＯＨ水溶液、Ｎａ₂ＣＯ₃水溶液等のアルカリ水溶液を用いることができる。逆抽出温度は２０℃以上の範囲でよい。
【００２２】
逆抽出塔１でホウ素を逆抽出した逆抽出剤は、晶析槽３に導入され、好ましくは逆抽出温度よりも５℃以上低い温度で晶析処理される。晶析槽３で析出したホウ素化合物（ホウ酸ナトリウム）の結晶は、晶析槽３の底部より抜き出され、そのまま、或いは、必要に応じて水洗又は熱水に溶解した後冷却し、再結晶するなどの処理を施して更に純度を上げた後、各種産業分野のホウ素原料として有効に再利用される。
【００２３】
一方、逆抽出剤は逆抽出剤槽１に返送され、ｐＨ調整された後、逆抽出に循環再使用される。
【００２４】
本発明では、このような逆抽出、晶析処理に当り、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨを測定し、この測定値に基いて、逆抽出に供給される逆抽出剤量を制御する。即ち、図１においては、逆抽出塔１から逆抽出後の逆抽出剤を晶析槽３へ送給する配管にｐＨ計５を設けてｐＨ測定を行い、この結果に基いて、逆抽出剤槽２から逆抽出塔１へ逆抽出剤を送給するためのポンプＰ₂の作動を制御する。
【００２５】
逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが予め定めた設定ｐＨ値よりも低い場合は、抽出剤中のホウ素濃度が高く、逆抽出剤量が不足しているのであるから、逆抽出塔１への逆抽出剤の供給量を増やす。逆に、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが予め定めた設定ｐＨ値よりも高い場合は、抽出剤中のホウ素濃度が低く、逆抽出剤量が過剰となっているのであるから、逆抽出塔１への逆抽出剤の供給量を減らす。
【００２６】
このように、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨ測定値に基いて逆抽出剤の供給量を増減することにより、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨを適正なｐＨ値（設定ｐＨ値）に維持することができるようになり、逆抽出系内のｐＨを維持して効率的な逆抽出を行うことができるようになる。また、このように逆抽出後のｐＨの安定した逆抽出剤であれば、晶析槽３において、結晶の溶解等を起こすことなく効率的な晶析を行える。
【００２７】
本発明において、逆抽出後の逆抽出剤の設定ｐＨ値は、効率的な逆抽出及び晶析が行えるようなｐＨ値であれば良く、特に制限はないが、通常の場合、１２．０〜１２．６程度に設定される。
【００２８】
このような設定ｐＨ値に対する測定ｐＨ値に基く逆抽出剤の供給量の制御基準は、予め計算又は実験等で求めておけば良く、例えば、設定ｐＨ値を１２．２又は１２．５とした場合の、測定ｐＨ値とそれに対する逆抽出剤供給量の変更倍数は図３に示す関係とすることができる。
【００２９】
なお、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨを一定とするためには、逆抽出剤の供給量一定で抽出剤の供給量を変え、抽出剤のホウ素濃度が高い場合には抽出剤の供給量を低減し、ホウ素濃度が低い場合には抽出剤の供給量を増加させることも考えられるが、この場合には、前段の抽出工程と逆抽出工程の抽出剤の液量バランスがくずれるため、好ましくない。
【００３０】
なお、本発明において、処理対象とするホウ素を含む抽出剤とは、例えば、前述の種々のホウ素利用産業分野から排出されるホウ素含有廃水、原子力発電所から発生する放射性廃液、地熱発電廃水、排煙脱硫又は脱硝廃水、ゴミ焼却洗煙廃水、その他各種のホウ素（通常、ＢＯ₃ ^3-の形で含有されている。）を含有する水を、弱塩基性アニオン交換樹脂やＮ−（置換）グルカミン型キレート樹脂とｐＨ９以上で接触させて処理し、含有されるホウ素を吸着除去した後、このホウ素を吸着したイオン交換樹脂を硫酸、塩酸、硝酸等の鉱酸と接触させて再生処理して得られる再生廃液を抽出処理して得られるものである。この抽出剤としては、２−エチルヘキサノールのみ、又は２−エチルヘキサノールにケロシン（燈油）や、その他、ヘプタン、ノナン、デカン、クロロホルム、四塩化炭素、キシレン、ベンゼン等の抽出溶媒を混合したもの、例えば、ケロシンの場合、２−エチルヘキサノール：ケロシン＝１：０．１〜２（容量比）で混合して希釈したものを用いるのが好適である。
【００３１】
【実施例】
以下に実験例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３２】
実験例１
逆抽出前のｐＨが１３．２及び１３．４の２種類の逆抽出剤（いずれもホウ素濃度２１０００ｍｇ／ＬのＮａＯＨ水溶液）を用いて、異なる濃度でホウ素を含む種々の抽出剤（２−エチルヘキサノールとケロシンとを１：１の容量比で混合したもの）の逆抽出を行い（逆抽出剤量と抽出剤量は一定）、逆抽出剤中に逆抽出されたホウ素量と、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨとの関係を調べ、結果を図２に示した。
【００３３】
図２より、逆抽出前のｐＨが一定であっても、逆抽出したホウ素量によって逆抽出後の逆抽出剤のｐＨは大きく変わること、即ち、逆抽出前の逆抽出剤のｐＨを一定、抽出剤及び逆抽出剤の流量を一定とした運転において、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨは抽出剤中のホウ素濃度によって変動することがわかる。
【００３４】
実施例１
図１に示す逆抽出、晶析装置を用いてホウ素の逆抽出及び晶析を行った。
【００３５】
逆抽出塔としては、ミキサー部容量９Ｌ、セトラー部容量４８Ｌの抽出塔を１塔用い、ホウ素を抽出した抽出剤（２−エチルヘキサノールとケロシンとを１：１の容量比で混合したもの）を４０Ｌ／ｈｒで連続的に供給すると共に、逆抽出剤としてｐＨ１３．２にｐＨ調整したＮａＯＨ水溶液（ホウ素濃度２１０００ｍｇ／Ｌ）を流した。なお逆抽出塔のミキサー部の温度は２５℃、晶析槽の温度は１０℃であった。
【００３６】
このとき、逆抽出後の逆抽出剤の設定ｐＨを１２．２とし、図３に示す流量制御基準に基き、逆抽出塔へ供給する逆抽出剤の流量を調節した。
【００３７】
即ち、逆抽出剤流量１３．３Ｌ／ｈｒで逆抽出していたときに、抽出剤中のホウ素濃度が下がって、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが１２．５４となったため、逆抽出剤流量を約０．８倍の１０Ｌ／ｈｒに低減させた。その結果、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨは１２．２に下がった。
【００３８】
また、逆抽出剤流量１２Ｌ／ｈｒで逆抽出していたときに、やはり、抽出剤中のホウ素濃度が下がって、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが１２．６となったため、逆抽出剤流量を約０．７５倍の９Ｌ／ｈｒに低減させた。その結果、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨは１２．２に下がった。
【００３９】
また、逆抽出剤流量９Ｌ／ｈｒで逆抽出していたときに、抽出剤のホウ素濃度が上って、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが１２．０となったため、逆抽出剤流量を約１．１倍の１０Ｌ／ｈｒに増加させたところ、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨは１２．２に上がった。
【００４０】
このように、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが１２．２で一定となるように、逆抽出剤の流量を制御したところ、逆抽出剤中には、２１０００ｍｇ／Ｌに加えて約１６００ｍｇ／Ｌのホウ素が逆抽出され、この逆抽出された約１６００ｍｇ／Ｌのホウ素は、そのほぼ全量が晶析槽にて析出し、結晶として回収された。
【００４１】
実施例２
実施例１において、逆抽出後の逆抽出剤の設定ｐＨを１２．５としたこと以外は、全く同様にして逆抽出及び晶析を行った。
【００４２】
逆抽出剤流量２０Ｌ／ｈｒで逆抽出していたときに、抽出剤中のホウ素濃度が下がり、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが１２．８４となったため、逆抽出剤流量を約０．６５倍の１３．３Ｌ／ｈｒに低減させた。その結果、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨは１２．５に下がった。
【００４３】
また、逆抽出剤流量１０Ｌ／ｈｒで逆抽出していたときに、抽出剤のホウ素濃度が上って、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが１２．０となったため、逆抽出剤流量を約１．４倍の１４Ｌ／ｈｒに増加させたところ、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨは１２．５に上がった。
【００４４】
このように逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが１２．５で一定となるように、逆抽出剤の流量を制御したところ、逆抽出剤中には、２１０００ｍｇ／Ｌに加えて約１３００ｍｇ／Ｌのホウ素が逆抽出され、この逆抽出された約１３００ｍｇ／Ｌのホウ素は、そのほぼ全量が晶析槽にて析出し、結晶として回収された。
【００４５】
比較例１
実施例２において、逆抽出剤流量２０Ｌ／ｈｒで逆抽出を行っている際、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨが１２．８４となった後も逆抽出剤の流量を変えずに、そのまま運転を継続したところ、逆抽出後のｐＨの高い逆抽出剤が晶析槽に流入したことで、晶析槽内の結晶がすべて溶解した。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のホウ素の抽出方法によれば、ホウ素を含有する抽出剤の逆抽出に当り、逆抽出後の逆抽出剤のｐＨを適正に制御することにより、安定かつ効率的な逆抽出を行うことができ、この結果、逆抽出剤からのホウ素化合物の晶析や抽出剤による抽出をも安定かつ効率的に行うことが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホウ素の抽出方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】逆抽出前の逆抽出剤のｐＨを一定とした場合の、ホウ素の逆抽出量と逆抽出後の逆抽出剤のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図３】逆抽出後の逆抽出剤のｐＨに対する逆抽出剤流量の変更倍数を示すグラフである。
【符号の説明】
１逆抽出塔
２逆抽出剤槽
３晶析槽
４，５ｐＨ計
Ｐ₁，Ｐ₂ ポンプ

Claims

ホウ素を含む抽出剤と逆抽出剤とを逆抽出塔に供給し、該逆抽出塔内で抽出剤と逆抽出剤とを接触させてホウ素を逆抽出剤中に移行させ、該逆抽出塔でホウ素を逆抽出した逆抽出剤を晶析槽に導入して逆抽出剤中のホウ素を晶析させるホウ素の抽出方法において、該逆抽出塔に供給する逆抽出剤として、該晶析槽から該逆抽出塔に返送される逆抽出剤にアルカリを添加して特定のｐＨ値に調整したものを用いるとともに、該晶析槽に送給される、抽出剤と接触した後の逆抽出剤のｐＨを測定し、その値に応じて該逆抽出塔に供給される逆抽出剤の供給量を制御することを特徴とするホウ素の抽出方法。
請求項１の方法において、抽出剤と接触した後の逆抽出剤のｐＨが予め定めたｐＨよりも低い場合には逆抽出剤の供給量を増加させ、このｐＨが予め定めたｐＨよりも高い場合には逆抽出剤の供給量を減少させることを特徴とするホウ素の抽出方法。