JP6654758B2 - レアアースを含有する残渣の処理方法 - Google Patents
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Description
このような状況下において、太平洋の広範囲に分布しているレアアースを高含有率で含む深海の泥が、レアアースの新たな供給源として注目されている。
レアアースを高含有率で含む泥(例えば、太平洋の深海の泥)は、その資源量が膨大であること、希酸中に1〜3時間浸漬するという簡易な方法で抽出することができること、トリウムやウラン等の放射性元素をほとんど含まないこと、等の数々の利点を有している。
該酸性の残渣を、有用な物の原料として用いる技術として、特許文献1には、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣を含む焼成物製造用原料を加熱してなることを特徴とする焼成物が記載されている。
また、該酸性の残渣を、簡易に処理することができる方法として、特許文献2には、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣と、アルカリ性固化材を混合して、固化体を得ることを特徴とするレアアースを含有する残渣の固化処理方法が記載されている。
残渣の減容方法として、例えば、加熱乾燥等による脱水が挙げられる。しかし、脱水では減容化率が小さいという問題がある。また、脱水後の残渣を永続的に乾燥状態に保つことは難しく、乾燥後の残渣は雨水等を容易に吸収し、粘土状になってしまうという問題がある。
他の方法として、残渣を高温(例えば、1,500℃)で加熱して熔融する方法が挙げられる。しかし、該方法には多くのエネルギーが必要であり、燃料や設備等のコストが高くなるという問題がある。
本発明の目的は、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣の体積を小さくすることができ、かつ、低コストで処理することができる残渣の処理方法を提供することである。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[4]を提供するものである。
[1] レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣に、セメント、石灰、炭酸カルシウム含有物質、および高炉スラグ微粉末からなる群より選ばれる1種以上からなる成分調整材を添加して混合し、混合物を得る成分調整工程、および、上記混合物を1,200〜1,300℃で加熱して熔融した後、冷却して、土工資材を得る加熱工程、を含むレアアースを含有する残渣の処理方法。
[2] 上記残渣1m3に対する上記成分調整材の量が、50〜250kgである前記[1]に記載のレアアースを含有する残渣の処理方法。
[3] 上記加熱工程において、加熱前に比べて、上記混合物の体積が70%以上減少するまで、加熱を行う前記[1]又は[2]に記載のレアアースを含有する残渣の処理方法。
[4] 上記熔融が、太陽炉を用いて行われる前記[1]〜[3]のいずれかに記載のレアアースを含有する残渣の処理方法。
また、低い加熱温度(1,200〜1,300℃)で処理を行うことができるため、燃料等のコストを低減することができ、また、加熱手段として、例えば、太陽炉を用いることも可能である。
本工程は、レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣に、セメント、石灰、炭酸カルシウム含有物質、および高炉スラグ微粉末からなる群より選ばれる1種以上からなる成分調整材を添加して混合し、混合物を得る工程である。
本発明における処理の対象である酸性の残渣は、レアアースを含有する泥を酸(例えば、希塩酸)で処理して、レアアースを液中に抽出した後に発生する残渣である。
レアアースとは、周期律表の第3族のランタノイド(La(ランタン)〜Lu(ルテチウム)の計15種の元素)に、同じく第3族のSc(スカンジウム)とY(イットリウム)を加えた計17種の元素をいう。
レアアースを含有する泥の一例として、深海底(例えば、海の深さとして、3,500〜6,000mの領域)に層状(例えば、海底から、深さが数10m程度までの地盤)に分布する、レアアースの含有率が大きい泥が挙げられる。
本発明において、レアアースを含有する泥(乾燥状態のもの)の中のレアアースの含有率(質量基準)は、資源であるレアアースを採掘する際の経済性の観点から、好ましくは1,000ppm以上、より好ましくは2,000ppm以上である。
酸性の残渣の含水比が大きい場合等、本工程の前に酸性の残渣の含水比を低減させる工程を設けてもよい。含水比を低減させるには、泥をタンク等の容器に貯留して、泥の固形分を沈澱させ、その上澄みを回収する沈澱方式や、スクリューデカンター等の装置を用いる遠心分離方式や、フィルタープレス等の装置を用いる加圧脱水方式等の方法で脱水すればよい。
中でも、低コストで簡易に脱水することができる点で、沈澱方式及び遠心分離方式が好ましく、沈澱方式が、より好ましい。
なお、脱水の程度は、沈澱方式、遠心分離方式、加圧脱水方式の順に大きくなる。
石灰としては、生石灰、消石灰等が挙げられる。
炭酸カルシウム含有物質としては、石灰石、珊瑚、貝殻等が挙げられる。
高炉スラグ微粉末としては、高炉で銑鉄を製造する際に副生する溶融状態のスラグを、水で急冷・破砕して得られる水砕スラグの粉砕物や、徐冷・破砕して得られる徐冷スラグの粉砕物等が挙げられる。
本工程において、セメント等を成分調整材として添加することで、残渣の熔融温度を低下することができる。
本工程は、成分調整工程で得られた混合物を1,200〜1,300℃で加熱して熔融した後、冷却して、土工資材を得る工程である。
加熱手段としては、特に限定されるものではなく、連続式の手段とバッチ式の手段のいずれも用いることができる。
連続式の加熱手段としては、例えば、ロータリーキルン、太陽炉等が挙げられる。
バッチ式の加熱手段としては、例えば、焼却炉(ガス等を燃料として用いるもの)、電気炉、マイクロ波加熱装置、太陽炉等が挙げられる。
中でも、処理の効率を高める観点からは、ロータリーキルンが好ましく、エネルギーコスト低減の観点からは、太陽炉が好ましい。
ここで、太陽炉とは、レンズや反射鏡等を用いて太陽光を集光することで高温を作り出すことができる装置である。
本工程において、混合物の体積が70%以上、好ましくは75%以上減少するまで、加熱を行うことが好ましい。該体積が70%以上減少するまで加熱を行うことで、酸性の残渣の減容の目的が十分に達せられ、残渣の運搬等の負担を軽減したり、埋め立て地での処分可能な残渣の量を増大させることができる。
また、加熱温度が低いことから、太陽炉を用いても十分な加熱、熔融を行うことができるため化石エネルギーを使用しなくてもよい。また、加熱手段の設備において、より安価な耐熱容器を使用することができ、コストをより低減することができる。例えば、太陽炉を用いて熔融を行う場合、坩堝として一般的な耐火レンガからなるものを使用することができる。
冷却方法は、特に限定されるものではなく、自然冷却でも強制冷却でもよい。
冷却後に得られた土工資材は、埋め立て資材、人工骨材、徐冷スラグ、急冷水砕スラグ、レンガの原料、漁礁等として利用することができる。
使用した試料は、レアアースを含有する泥を、酸で処理し、レアアースを回収した後に得た酸性の残渣(泥)である。該残渣の化学組成を表1に示す。なお、残渣の含水比は204質量%であった。
残渣74ミリリットルに、成分調整材として普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)を表2に示す量で添加して混合した。混合は、残渣と成分調整材をポリ袋に入れて、手で十分に揉むことで行った。次いで、得られた混合物を、電気炉を用いて加熱した。加熱は、温度が1,250℃となるまでは、上昇温度が5℃/分となるように行い、1,250℃に達した後、該温度を20分間維持することで行った。該加熱によって、残渣は完全に熔融した。
加熱後、下降温度が20℃/分となるようにして、常温(約25℃)になるまで冷却を行った。
冷却した熔融後の混合物の含水比、及び、体積(残渣の体積を100体積%とした場合の体積%)を測定した。
成分調整材の添加量を表2に示す量にした以外は、実施例1と同様にして、加熱等を行った。冷却した熔融後の混合物の含水比、及び、体積を測定した。
なお、実施例1と同様に加熱によって、残渣は完全に熔融した。
加熱を行わない残渣の含水比を表2に示す。また、加熱を行わない残渣の体積を100体積%とした。
[比較例2]
残渣を、乾燥機を用いて、105℃の条件下で24時間静置する乾燥脱水を行った。乾燥脱水後の含水比、及び、体積を測定した。
[比較例3]
成分調整材を使用しない以外は、実施例1と同様にして、加熱等を行った。冷却した熔融後の混合物の含水比、及び、体積を測定した。
なお、加熱によって残渣は熔融したが、得られた熔融物は、実施例1〜2で得られた熔融物と比較して、粘性が高いものであり、また、残渣が熔融物になる際の体積の減少率は、小さかった。
結果を表2に示す。
一方、酸性の残渣を乾燥脱水した場合(比較例2)や、成分調整材を添加せずに1,250℃で加熱した場合(比較例3)には、酸性の残渣の体積の減少量は、実施例1〜2と比べて小さいことがわかる。
Claims (3)
- レアアースを含有する泥を酸で処理した後に発生する酸性の残渣に、セメントからなる成分調整材を、上記残渣1m 3 に対して50〜100kgとなる量で添加して混合し、混合物を得る成分調整工程、および、
上記混合物を1,220〜1,280℃で、かつ、加熱前に比べて、上記混合物の体積が70%以上減少するまで、加熱して熔融した後、冷却して、土工資材を得る加熱工程、
を含むレアアースを含有する残渣の処理方法。 - 上記残渣の含水比が300質量%以下である請求項1に記載のレアアースを含有する残渣の処理方法。
- 上記熔融が、太陽炉を用いて行われる請求項1又は2に記載のレアアースを含有する残渣の処理方法。
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