JP6757922B1 - 汚泥からの金属回収方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な工程と装置で、低コストで、亜鉛又は亜鉛化合物と易イオン化金属又はその化合物とを含む汚泥から、亜鉛と所定の易イオン化金属とを回収することを可能にする手段を提供する。【解決手段】金属回収装置Ｓは、カリウム・ナトリウム分除去装置１と、カルシウム分回収装置２と、カルシウム分除去装置３と、マグネシウム分回収装置４と、マグネシウム分除去装置５と、アルミニウム分回収装置６と、アルミニウム分除去装置７と、亜鉛分回収装置８とを備えている。金属回収装置Ｓは、亜鉛ないしはその化合物と、亜鉛よりイオン化傾向が大きいカリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム及びアルミニウムないしはこれらの化合物とを含む汚泥から、カルシウムとマグネシウムとアルミニウムと亜鉛とを、それぞれの塩化物水溶液の形態で回収する。【選択図】図１
Description
本発明は、亜鉛よりイオン化傾向が大きい金属（以下「易イオン化金属」という。）の難水溶性の化合物と、難水溶性の亜鉛化合物とを含む汚泥から、易イオン化金属を塩化物の形態で回収するとともに、亜鉛を塩化亜鉛の形態で回収するようにした金属回収方法に関するものである。
一般に、製鉄、非鉄金属製造、金属メッキ、無機化学品製造、窯業、印刷などに係る事業所で発生する汚泥ないしは廃物には、種々の金属又はその化合物が含まれている。このような汚泥ないしは廃物に含まれている金属又はその化合物のうちの一部のものは資源としての価値が高いので、汚泥ないしは廃物から特定の金属又はその化合物を回収する方法が種々提案されている。
とくに、リン酸製造、亜鉛クロムメッキ、溶融亜鉛メッキなどに係る事業所で発生する汚泥ないしは廃物には、資源としての価値が高い亜鉛又はその化合物が多く含まれているので、このような汚泥ないしは廃物から亜鉛又は亜鉛化合物を回収する方法が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特許文献１〜２に開示された亜鉛の回収方法では、亜鉛含有物（廃物）から亜鉛を回収するために金属亜鉛を使用するので、比較的低純度の亜鉛化合物を回収するために高純度の金属亜鉛を消費しなければならず、亜鉛回収の経済的効果が減殺されるといった問題がある。さらに、亜鉛含有物からの亜鉛の溶出にアンモニアを用いた後、アンモニアを回収して循環使用するようにしているので、アンモニアを循環させるための複雑な装置を必要とするといった問題がある。一方、特許文献３に開示されたメッキスラッジからの亜鉛化合物の回収方法では、亜鉛化合物の晶析に大量のエタノールを必要とするので、亜鉛回収のコストが非常に高くつくといった問題がある。また、特許文献１〜３に開示された亜鉛の回収方法では、亜鉛以外の金属、例えば易イオン化金属ないしはその化合物を回収することができないといった問題がある。
本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたものであって、比較的簡素な工程ないしは装置でもって、低コストで、亜鉛又は亜鉛化合物と易イオン化金属又はその化合物とを含む汚泥から、亜鉛ないしはその化合物と、所定の易イオン化金属ないしはその化合物とを回収することを可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。
前記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様に係る金属回収方法は、易イオン化金属（亜鉛よりイオン化傾向が大きい金属）の化合物である難水溶性の易イオン化金属化合物と難水溶性の亜鉛化合物とを含む汚泥から、易イオン化金属を塩化物の形態で回収するとともに亜鉛を塩化亜鉛の形態で回収するためのものである。なお、回収可能な易イオン化金属としては、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）などが挙げられる。
発明の第１の態様に係る金属回収方法は、次の各ステップを有する。
（１）易イオン化金属を回収する第１のステップ
（２）残留する易イオン化金属化合物を除去する第２のステップ
（３）亜鉛を回収する第３のステップ
（１）易イオン化金属を回収する第１のステップ
（２）残留する易イオン化金属化合物を除去する第２のステップ
（３）亜鉛を回収する第３のステップ
第１のステップは、次の各工程を有する。
・第１塩酸添加工程
・第１濾過工程
・易イオン化金属回収工程
・第１塩酸添加工程
・第１濾過工程
・易イオン化金属回収工程
第１塩酸添加工程では、難水溶性の易イオン化金属化合物及び亜鉛化合物を含む汚泥を濾過して生成したケークに、水と、該ケーク中の易イオン化金属化合物に対する当量より少量（例えば、当量の８５〜９５％）の塩酸とを添加し、易イオン化金属化合物の一部を易イオン化金属塩化物に変化（化学変化）させて水中に溶解させ、易イオン化金属塩化物と易イオン化金属化合物（塩化物以外）と亜鉛化合物とを含む第１スラリーを生成する。第１濾過工程では、第１スラリーを濾過し、易イオン化金属塩化物を含む第１濾液と、易イオン化金属化合物（塩化物以外）及び亜鉛化合物を含む第１ケークとを生成する。易イオン化金属回収工程では、第１濾液を加熱して水分を気化させることにより、易イオン化金属塩化物又は濃縮易イオン化金属塩化物水溶液を生成する。
第２のステップは、次の各工程を有する。
・第２塩酸添加工程
・第２濾過工程
・第２塩酸添加工程
・第２濾過工程
第２塩酸添加工程では、第１ケークに、水と、第１ケーク中の難水溶性の易イオン化金属化合物に対する当量より多量（例えば、当量の１０５〜１１０％）の塩酸とを添加し、易イオン化金属化合物を易イオン化金属塩化物に変化させて水中に溶解させ、易イオン化金属塩化物と、亜鉛化合物とを含む第２スラリーを生成する。第２濾過工程では、第２スラリーを濾過し、易イオン化金属塩化物を含む第２濾液と、難水溶性の亜鉛化合物を含む第２ケークとを生成する。
第３のステップは、次の各工程を有する。
・第３塩酸添加工程
・第３濾過工程
・亜鉛回収工程
・第３塩酸添加工程
・第３濾過工程
・亜鉛回収工程
第３塩酸添加工程では、第２ケークに、水と、第２ケーク中の難水溶性の亜鉛化合物に対する当量以上（例えば、当量の１００〜１２０％）の塩酸とを添加し、亜鉛化合物を塩化亜鉛に変化させて水中に溶解させ、塩化亜鉛を含む第３スラリーを生成する。第３濾過工程では、第３スラリーを濾過し、塩化亜鉛を含む第３濾液と、第３ケークとを生成する。亜鉛回収工程では、第３濾液を加熱して水分を気化させることにより、塩化亜鉛又は濃縮塩化亜鉛水溶液を生成する。
本発明の第２の態様に係る金属回収方法は、ｎ種（ｎ：２〜６の任意の整数）の難水溶性の易イオン化金属化合物を含むとともに難水溶性の亜鉛化合物を含む汚泥から、各易イオン化金属を塩化物の形態で回収するとともに亜鉛を塩化亜鉛の形態で回収するためのものである。ここで、第１〜第ｎ易イオン化金属化合物を構成する各易イオン化金属のイオン化傾向は、第１〜第ｎ易イオン化金属の順に小さくなっている。
本発明の第２の態様に係る金属回収方法は、次の各ステップを有する。ただし、ｎが２の場合は、「（３）第ｋ易イオン化金属を回収するステップ（群）」及び「（４）残留する第ｋ易イオン化金属化合物を除去するステップ（群）」は存在しない。
（１）第１易イオン化金属を回収するステップ
（２）ケーク中に残留する第１易イオン化金属化合物を除去するステップ
（３）第ｋ易イオン化金属を回収するステップ（群）（ｋ：２〜（ｎ−１）のいずれかの整数）
（４）ケーク中に残留する第ｋ易イオン化金属化合物を除去するステップ（群）
（５）第ｎ易イオン化金属を回収するステップ
（６）ケーク中に残留する第ｎ易イオン化金属化合物を除去するステップ
（７）亜鉛を回収するステップ
（１）第１易イオン化金属を回収するステップ
（２）ケーク中に残留する第１易イオン化金属化合物を除去するステップ
（３）第ｋ易イオン化金属を回収するステップ（群）（ｋ：２〜（ｎ−１）のいずれかの整数）
（４）ケーク中に残留する第ｋ易イオン化金属化合物を除去するステップ（群）
（５）第ｎ易イオン化金属を回収するステップ
（６）ケーク中に残留する第ｎ易イオン化金属化合物を除去するステップ
（７）亜鉛を回収するステップ
第１易イオン化金属を回収するステップは次の各工程を有する。
・第１塩酸添加工程
・第１濾過工程
・第１易イオン化金属回収工程
・第１塩酸添加工程
・第１濾過工程
・第１易イオン化金属回収工程
第１塩酸添加工程では、難水溶性の第１〜第ｎ易イオン化金属化合物及び難水溶性の亜鉛化合物を含む汚泥を濾過して生成したケークに、水と、該ケーク中の第１易イオン化金属化合物に対する当量より少量（例えば、当量の８５〜９５％）の塩酸とを添加し、第１易イオン化金属化合物の一部を水溶性の第１易イオン化金属塩化物に変化（化学変化）させて水中に溶解させ、第１易イオン化金属塩化物と、第１〜第ｎ易イオン化金属化合物（塩化物以外）と、亜鉛化合物とを含む第１スラリーを生成する。第１濾過工程では、第１スラリーを濾過し、第１易イオン化金属塩化物を含む第１濾液と、第１〜第ｎ易イオン化金属化合物（塩化物以外）及び亜鉛化合物を含む第１ケークとを生成する。第１易イオン化金属回収工程では、第１濾液を加熱して水分を気化させることにより、第１易イオン化金属塩化物又は濃縮第１易イオン化金属塩化物水溶液を生成する。
ケーク中に残留する第１易イオン化金属化合物を除去するステップは、次の各工程を有する。
・第２塩酸添加工程
・第２濾過工程
・第２塩酸添加工程
・第２濾過工程
第２塩酸添加工程では、第１ケークに、水と、第１ケーク中の難水溶性の第１易イオン化金属化合物に対する当量より多量（例えば、当量の１０５〜１１０％）の塩酸とを添加し、第１易イオン化金属化合物を第１易イオン化金属塩化物に変化させて水中に溶解させ、第１易イオン化金属塩化物と、第２〜第ｎ易イオン化金属化合物と、亜鉛化合物とを含む第２スラリーを生成する。第２濾過工程では、第２スラリーを濾過し、第１易イオン化金属塩化物を含む第２濾液と、第２〜第ｎ易イオン化金属化合物及び亜鉛化合物を含む第２ケークとを生成する。
第ｋ易イオン化金属を回収するステップ（ｎ＝３の場合）又はステップ群（ｎ＝４〜６の場合）は、ｋを２から（ｎ−１）まで１ずつ増加させながら実施する（ｎ−２）個のステップ又はステップ群で構成される。ただし、ｎが２の場合はこのステップは存在しない。このステップ又はステップ群を構成する各ステップは次の各工程を有する。
・第（２ｋ−１）塩酸添加工程
・第（２ｋ−１）濾過工程
・第ｋ易イオン化金属回収工程
・第（２ｋ−１）塩酸添加工程
・第（２ｋ−１）濾過工程
・第ｋ易イオン化金属回収工程
第（２ｋ−１）塩酸添加工程（第３、・・・第（２ｎ−３）塩酸添加工程）では、第（２ｋ−２）濾過工程で生成された難水溶性の第ｋ〜第ｎ易イオン化金属化合物及び亜鉛化合物を含む第（２ｋ−２）ケークに、水と、第（２ｋ−２）ケーク中の第ｋ易イオン化金属化合物に対する当量より少量（例えば、当量の８５〜９５％）の塩酸とを添加し、第ｋ易イオン化金属化合物の一部を水溶性の第ｋ易イオン化金属塩化物に変化させて水に溶解させ、第ｋ易イオン化金属塩化物と、第ｋ〜第ｎ易イオン化金属化合物（塩化物以外）と、亜鉛化合物とを含む第（２ｋ−１）スラリーを生成する。第（２ｋ−１）濾過工程では、第（２ｋ−１）スラリーを濾過し、第ｋ易イオン化金属塩化物を含む第（２ｋ−１）濾液と、第ｋ〜第ｎ易イオン化金属化合物（塩化物以外）及び亜鉛化合物を含む第（２ｋ−１）ケークとを生成する。第ｋ易イオン化金属回収工程では、第（２ｋ−１）濾液を加熱して水分を気化させることにより、第ｋ易イオン化金属塩化物又は濃縮第ｋ易イオン化金属塩化物水溶液を生成する。
ケーク中に残留する第ｋ易イオン化金属化合物を除去するステップ（ｎ＝３の場合）又はステップ群（ｎ＝４〜６の場合）は、ｋを２から（ｎ−１）まで１ずつ増加させながら実施される（ｎ−２）個のステップ又はステップ群で構成される。ただし、ｎが２の場合はこのステップは存在しない。このステップ又はステップ群を構成する各ステップは次の各工程を有する。
・第２ｋ塩酸添加工程
・第２ｋ濾過工程
・第２ｋ塩酸添加工程
・第２ｋ濾過工程
第２ｋ塩酸添加工程（第４、・・・第（２ｎ−２）塩酸添加工程）では、第（２ｋ−１）ケークに、水と、第（２ｋ−１）ケーク中の難水溶性の第ｋ易イオン化金属化合物に対する当量より多量（例えば、当量の１０５〜１１０％）の塩酸とを添加し、第ｋ易イオン化金属化合物を第ｋ易イオン化金属塩化物に変化させて水中に溶解させ、第ｋ易イオン化金属塩化物と、第（ｋ＋１）〜第ｎ易イオン化金属化合物と、亜鉛化合物とを含む第２ｋスラリーを生成する。第２ｋ濾過工程では、第２ｋスラリーを濾過し、第ｋ易イオン化金属塩化物を含む第２ｋ濾液と、第（ｋ＋１）〜第ｎ易イオン化金属化合物及び亜鉛化合物を含む第２ｋケークとを生成する。
第ｎ易イオン化金属を回収するステップは次の各工程を有する。
・第（２ｎ−１）塩酸添加工程
・第（２ｎ−１）濾過工程
・第ｎ易イオン化金属回収工程
・第（２ｎ−１）塩酸添加工程
・第（２ｎ−１）濾過工程
・第ｎ易イオン化金属回収工程
第（２ｎ−１）塩酸添加工程では、第（２ｎ−２）濾過工程で生成された難水溶性の第ｎ易イオン化金属化合物及び難水溶性の亜鉛化合物を含む第（２ｎ−２）ケークに、水と、第（２ｎ−２）ケーク中の第ｎ易イオン化金属化合物に対する当量より少量（例えば、当量の８５〜９５％）の塩酸とを添加し、第ｎ易イオン化金属化合物の一部を水溶性の第ｎ易イオン化金属塩化物に変化させて水に溶解させ、第ｎ易イオン化金属塩化物と、第ｎ易イオン化金属化合物（塩化物以外）と、亜鉛化合物とを含む第（２ｎ−１）スラリーを生成する。第（２ｎ−１）濾過工程では、第（２ｎ−１）スラリーを濾過し、第ｎ易イオン化金属塩化物を含む第（２ｎ−１）濾液と、第ｎ易イオン化金属化合物（塩化物以外）及び亜鉛化合物を含む第（２ｎ−１）ケークとを生成する。第ｎ易イオン化金属回収工程では、第（２ｎ−１）濾液を加熱して水分を気化させることにより、第ｎ易イオン化金属塩化物又は濃縮第ｎ易イオン化金属塩化物水溶液を生成する。
ケーク中に残留する第ｎ易イオン化金属化合物を除去するステップは次の各工程を有する。
・第２ｎ塩酸添加工程
・第２ｎ濾過工程
・第２ｎ塩酸添加工程
・第２ｎ濾過工程
第２ｎ塩酸添加工程では、第（２ｎ−１）ケークに、水と、第（２ｎ−１）ケーク中の難水溶性の第ｎ易イオン化金属化合物に対する当量より多量（例えば、当量の１０５〜１１０％）の塩酸とを添加し、第ｎ易イオン化金属化合物を第ｎ易イオン化金属塩化物に変化させて水中に溶解させ、第ｎ易イオン化金属塩化物と、亜鉛化合物（塩化亜鉛以外）とを含む第２ｎスラリーを生成する。第２ｎ濾過工程では、第２ｎスラリーを濾過し、第ｎ易イオン化金属塩化物を含む第２ｎ濾液と、亜鉛化合物（塩化亜鉛以外）を含む第２ｎケークとを生成する。
亜鉛を回収するステップは次の各工程を有する。
・第（２ｎ＋１）塩酸添加工程
・第（２ｎ＋１）濾過工程
・亜鉛回収工程
・第（２ｎ＋１）塩酸添加工程
・第（２ｎ＋１）濾過工程
・亜鉛回収工程
第（２ｎ＋１）塩酸添加工程では、亜鉛化合物を含む第２ｎケークに、水と、第２ｎケーク中の難水溶性の亜鉛化合物に対する当量以上（例えば、当量の１００〜１２０％）の塩酸とを添加し、亜鉛化合物を塩化亜鉛に変化させて水に溶解させ、塩化亜鉛を含む第（２ｎ＋１）スラリーを生成する。第（２ｎ＋１）濾過工程では、第（２ｎ＋１）スラリーを濾過し、塩化亜鉛を含む第（２ｎ＋１）濾液と、第（２ｎ＋１）ケークとを生成する。亜鉛回収工程では、第（２ｎ＋１）濾液を加熱して水分を気化させることにより、塩化亜鉛又は濃縮塩化亜鉛水溶液を生成する。
本発明に係る金属回収方法によれば、比較的簡素な工程ないしは装置でもって、低コストで、亜鉛ないしは亜鉛化合物と易イオン化金属ないしはその化合物とを含む汚泥から、亜鉛及び所定の易イオン化金属を、それぞれ塩化亜鉛及び易イオン化金属塩化物の形態で回収することができる。
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を具体的に説明する。この実施形態は、本発明の第２の態様に係る金属回収方法において、ｎが３であって、第１〜第３易イオン化金属がそれぞれカルシウム、マグネシウム及びアルミニウムである場合に該当するものである。この実施形態における汚泥は、例えば製鉄、非鉄金属製造、金属メッキ、無機化学品製造、窯業、印刷などに係る事業所で発生する汚泥であり、第１〜第３易イオン化金属（カルシウム、マグネシウム、アルミニウム）のイオンないしは化合物のほかに、カリウム及びナトリウム（易イオン化金属）のイオンないしは化合物も含んでいる。なお、汚泥中の第１〜第３易イオン化金属の化合物は、大半が難水溶性（ほぼ非水溶性）であるが、これらの塩化物は水溶性である。一方、カリウム及びナトリウムの化合物はすべて水溶性である。
図１は、本発明の実施形態に係る金属回収装置Ｓの全体構成を示している。この金属回収装置Ｓは、亜鉛のイオンないしは化合物（以下「亜鉛分」という。）と、亜鉛よりイオン化傾向が大きいカリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム及びアルミニウムのイオンないしは化合物（以下、それぞれ「カリウム分」、「カルシウム分」、「ナトリウム分」、「マグネシウム分」及び「アルミニウム分」という。）とを含む汚泥から、カルシウムとマグネシウムとアルミニウムと亜鉛とを、それぞれの塩化物水溶液（濃縮液）の形態で回収するものである。なお、金属回収装置Ｓでは、カリウム分及びナトリウム分を含む水溶液（混合物）は、カリウム分とナトリウム分の分離が煩瑣であるので、回収されずに処分ないしは廃棄される。
図１に示すように、金属回収装置Ｓは、カリウム・ナトリウム分除去装置１（以下「Ｋ・Ｎａ除去装置１」という。）と、カルシウム分回収装置２（以下「Ｃａ回収装置２」という。）と、残留カルシウム分除去装置３（以下「Ｃａ除去装置３」という。）と、マグネシウム分回収装置４（以下「Ｍｇ回収装置４」という。）と、残留マグネシウム分除去装置５（以下「Ｍｇ除去装置５」という。）と、アルミニウム分回収装置６（以下「Ａｌ回収装置６」という。）と、残留アルミニウム分除去装置７（以下「Ａｌ除去装置７」という。）と、亜鉛分回収装置８（以下「Ｚｎ回収装置８」という。）とを備えている。
Ｋ・Ｎａ除去装置１は、金属回収装置Ｓに導入された汚泥から、カリウム分及びナトリウム分を除去する。Ｃａ回収装置２は、Ｋ・Ｎａ除去装置１で生成されたケークからカルシウムを塩化カルシウム水溶液の形態で回収する。Ｃａ除去装置３は、Ｃａ回収装置２で生成されたケークに残留しているカルシウム化合物（塩化カルシウム以外）を除去する。Ｍｇ回収装置４は、Ｃａ除去装置３で生成されたケークからマグネシウムを塩化マグネシウム水溶液の形態で回収する。Ｍｇ除去装置５は、Ｍｇ回収装置４で生成されたケークに残留しているマグネシウム化合物（塩化マグネシウム以外）を除去する。Ａｌ回収装置６は、Ｍｇ除去装置５で生成されたケークからアルミニウムを塩化アルミニウム水溶液の形態で回収する。Ａｌ除去装置７は、Ａｌ回収装置６で生成されたケークに残留しているアルミニウム化合物（塩化アルミニウム以外）を除去する。Ｚｎ回収装置８は、Ａｌ除去装置７で生成されたケークから亜鉛を塩化亜鉛水溶液の形態で回収する。
Ｃａ回収装置２に対しては、該Ｃａ回収装置２で生成された塩化カルシウム水溶液を、スチーム又は熱媒で加熱し、水分を気化させて濃縮する濃縮器１０と、濃縮器１０で発生した水蒸気を冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器１１と、濃縮器１０で濃縮された塩化カルシウム水溶液を貯留する貯槽１２とが付設されている。なお、凝縮器１１の凝縮水（蒸留水）の一部又は全部はＣａ回収装置２に返送される。
同様に、Ｍｇ回収装置４に対しては、塩化マグネシウム水溶液を濃縮する濃縮器１３と、凝縮器１４と、濃縮された塩化マグネシウム水溶液を貯留する貯槽１５とが付設されている。Ａｌ回収装置６に対しては、塩化アルミニウム水溶液を濃縮する濃縮器１６と、凝縮器１７と、濃縮された塩化アルミニウム水溶液を貯留する貯槽１８とが付設されている。Ｚｎ回収装置８に対しては、塩化亜鉛水溶液を濃縮する濃縮器１９と、凝縮器２０と、濃縮された塩化亜鉛水溶液を貯留する貯槽２１とが付設されている。なお、３つの凝縮器１４、１７、２０の凝縮水（蒸留水）の一部又は全部は、それぞれ、Ｍｇ回収装置４、Ａｌ回収装置６及びＺｎ回収装置８に返送される。
図２に示すように、Ｋ・Ｎａ除去装置１は、金属回収装置Ｓに導入された汚泥を濾過する汚泥濾過装置２３を備えている。汚泥濾過装置２３は、スラリー槽２４内に配置された円筒形の吸引ドラム２５を備えた連続式の真空回転円筒型濾過器（例えば、オリバーフィルタ）である。汚泥は、水と、カリウム分と、カルシウム分と、ナトリウム分と、マグネシウム分と、アルミニウム分と、亜鉛分と、難水溶性金属化合物以外の無機性の固形成分（例えば、細粒土）と、有機性の固形成分とを含み、その含水率は例えば９０〜９５％である。そして、汚泥濾過装置２３は、汚泥を濾過により固液分離して濾液とケークとを生成する
真空吸引されて吸引ドラム２５（濾布）の外周面に付着しているケークは、吸引ドラム２５の空気中に露出した外周面上で、散水機２６から噴射される洗浄水で洗浄される。その結果、ケーク中の水に溶解しているカリウム分及びナトリウム分がケークから除去される。なお、ケーク中の水に溶解しているその他の水溶性物質も洗浄水で洗浄されてケークから除去される。
かくして、Ｋ・Ｎａ除去装置１（汚泥濾過装置２３）では、難水溶性のカルシウム化合物、マグネシウム化合物、アルミニウム化合物及び亜鉛化合物を含むケーク（例えば、含水率７０〜８５％）と、カリウム分及びナトリウム分を含む濾液とが生成される。ここで、ケークはＣａ回収装置２（図１参照）に導入され、濾液は処分場（図示せず）に導入されて適切に処分又は処理される。なお、金属回収装置Ｓに導入される汚泥の含水率が低く（例えば、８０〜９０％）、スラリー槽２４内で汚泥を円滑に流動させるのが困難な場合は、予め混合槽（図示せず）に汚泥と適量の水とを投入し、撹拌機（図示せず）で攪拌して、含水率が９０〜９５％のスラリーを生成し、このスラリーを汚泥濾過装置２３に供給すればよい。
図３に示すように、Ｃａ回収装置２は、Ｋ・Ｎａ除去装置１の汚泥濾過装置２３（図１、図２参照）で生成されたケークと水とを混合してスラリー（例えば、含水率９０％以上）を生成する混合槽３１を備えている。なお、凝縮器１１（図１参照）の凝縮水の一部又は全部は、混合槽３１でケークと混合する水として利用される。
混合槽３１には、攪拌機３２と、攪拌機３２を回転駆動するモータ３３とが付設されている。混合槽３１で生成されたスラリーは、スラリーポンプ３４によって塩酸添加槽３５に輸送される。塩酸添加槽３５には、攪拌機３６と、攪拌機３６を回転駆動するモータ３７とが付設されている。塩酸添加槽３５では、混合槽３１で生成されたスラリーに塩酸が添加される。塩酸添加槽３５内のスラリーは、反応槽３８に導入される。反応槽３８には、攪拌機３９と、攪拌機３９を回転駆動するモータ４０とが付設されている。
具体的には、塩酸添加槽３５では、難水溶性のカルシウム化合物、マグネシウム化合物、アルミニウム化合物及び亜鉛化合物を含むスラリーに、スラリー中のカルシウム化合物に対する当量より少量（例えば、当量の８５〜９５％）の塩酸が添加される。なお、カルシウム化合物の大半（例えば、９５〜９９ｗｔ％）は炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）である。マグネシウム化合物の大半（例えば、９５〜９９ｗｔ％）は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）である。アルミニウム化合物の大半（例えば、９５〜９９ｗｔ％）は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。亜鉛化合物の大半（例えば、９５〜９９ｗｔ％）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。
一般に、複数種の難水溶性の易イオン化金属化合物を含むスラリーに、比較的少量の塩酸を添加した場合、塩酸は、スラリー中でイオン化傾向が最も大きい易イオン化金属（以下「最大易イオン化金属」という。）の化合物と優先的ないしは選択的に反応して最大易イオン化金属塩化物を生成する。したがって、このようなスラリーに、最大易イオン化金属化合物に対する当量の塩酸を添加した場合、塩酸の大半が最大易イオン化金属化合物と反応して最大易イオン化金属塩化物を生成する一方、一部の少量の塩酸が、最大易イオン化金属の次にイオン化傾向が大きい易イオン化金属（以下「次易イオン化金属」という。）の化合物と反応して少量の次易イオン化金属塩化物を生成する。したがって、最大易イオン化金属化合物に対する当量の塩酸を添加した場合、スラリーを濾過して得られる濾液（最大易イオン化金属塩化物水溶液）には、少量の次易イオン化金属塩化物が不純物として存在することになる。
そこで、Ｃａ回収装置２では、難水溶性のカルシウム化合物、マグネシウム化合物、アルミニウム化合物及び亜鉛化合物を含むスラリーに、スラリー中のカルシウム化合物に対する当量より少量（例えば、当量の８５〜９５％）の塩酸を添加することにより、難水溶性のマグネシウム化合物等が水溶性の塩化物に変化するのを防止し、スラリーを濾過して得られる濾液（塩化カルシウム水溶液）に塩化マグネシウム等の不純物が混在するのを防止するようにしている。この場合、スラリーを濾過して得られるケークには難水溶性のカルシウム化合物が残留するが、このカルシウム化合物は、後で説明するようにＣａ除去装置３で除去される。
かくして、塩酸添加槽３５ないし反応槽３８では、難水溶性のカルシウム化合物の大部分（例えば、８５〜９５％）が塩酸によって水溶性の塩化カルシウムに変化（化学変化）させられ、塩化カルシウムは水に溶解する。なお、残りのカルシウム化合物（塩化カルシウム以外）は変化せず、水には溶解しない。一方、塩酸の量が比較的少ないので、スラリー中の難水溶性のマグネシウム化合物、アルミニウム化合物及び亜鉛化合物は変化せず、水には溶解しない。したがって、塩酸添加槽３５ないし反応槽３８では、水溶性の塩化カルシウムと、難水溶性のカルシウム化合物と、難水溶性のマグネシウム化合物と、難水溶性のアルミニウム化合物と、難水溶性の亜鉛化合物とを含むスラリーが生成される。なお、混合槽３１に供給される水の量は、混合槽３１、塩酸添加槽３５あるいは反応槽３８内のスラリーが、ポンプで輸送することが可能な程度の流動性を有すように（例えば、スラリーの含水率が９０〜９５％となるように）好ましく調整される。
反応槽３８内のスラリーは、スラリーポンプ４１によってフィルタプレス４２に圧送される。フィルタプレス４２ではスラリーが濾過され、塩化カルシウムを含み不純物をほとんど含まない濾液と、カルシウム化合物（塩化カルシウム以外）、マグネシウム化合物、アルミニウム化合物及び亜鉛化合物を含むケークとが生成される。濾液すなわち塩化カルシウム水溶液は濃縮器１０に導入され、ケークはＣａ除去装置３に導入される。
濃縮器１０には、塩化カルシウム水溶液を収容する蒸発缶４４と蒸発缶４４内の塩化カルシウム水溶液を高圧スチームで加熱して水分を気化させる加熱器４５と、加熱器４５内のドレン（凝縮水）を排出するドレントラップ４６とが設けられている。濃縮器１０では、水分の気化により塩化カルシウム水溶液が所定の濃度（例えば、３０〜５０ｗｔ％）まで濃縮され、濃縮された塩化カルシウム水溶液は貯槽１２に導入され、一時的に貯留される。蒸発缶４４で発生する水蒸気は凝縮器１１によって凝縮され、凝縮水（蒸留水）の一部又は全部はＣａ回収装置２に返送される。なお、加熱器４５は、高圧スチームではなく高温の熱媒、例えばダウサム（登録商標）を用いるものであってもよい。
図４に示すように、Ｃａ除去装置３は、Ｃａ回収装置２のフィルタプレス４２（図３参照）で生成されたケークと、水と、塩酸とを混合してスラリー（例えば、含水率９０％以上）を生成する混合槽５１を備えている。混合槽５１には、攪拌機５２と、攪拌機５２を回転駆動するモータ５３とが付設されている。
具体的には、混合槽５１で、Ｃａ回収装置２から供給されたケークに、該ケーク中の難水溶性のカルシウム化合物（残留分）に対する当量より多量（例えば、当量の１０５〜１１０％）の塩酸と、適量の水とが添加され、攪拌・混合される。これにより、カルシウム化合物（残留分）が塩酸によって塩化カルシウムに変化させられ、水に溶解する。このとき、カルシウム化合物に対して塩酸が過剰であるので、該ケークに含まれていた難水溶性のマグネシウム化合物の一部（少量）が塩化マグネシウムとなって水に溶解する。このため、マグネシウムの回収率はその分だけ目減りすることになる。なお、混合槽５１に供給される水の量は、混合槽５１内のスラリーが、ポンプで輸送することが可能な程度の流動性を有すように（例えば、スラリーの含水率が９０〜９５％となるように）好ましく調整される。
かくして、混合槽５１では、塩化カルシウムと、塩化マグネシウムと、マグネシウム化合物（塩化マグネシウム以外）と、アルミニウム化合物と、亜鉛化合物とを含むスラリーが生成される。混合槽５１内のスラリーは、スラリーポンプ５４によってフィルタプレス５５に圧送される。フィルタプレス５５ではスラリーが濾過され、塩化カルシウム及び塩化マグネシウムを含む濾液と、マグネシウム化合物（塩化マグネシウム以外）、アルミニウム化合物及び亜鉛化合物を含むケークとが生成される。濾液は複数種の塩化物が混在する水溶液であり資源としての価値が低いので、処分場に排出されて処分又は処理される。ケークはＭｇ回収装置４（図１参照）に導入される。
再び図１に示すように、Ｍｇ回収装置４では、基本的にはＣａ回収装置２の場合と同様の装置及び処理手法により、塩化マグネシウム水溶液が生成されるととともに、難水溶性のマグネシウム化合物、アルミニウム化合物及び亜鉛化合物を含むケークが生成される。塩化マグネシウム水溶液は、基本的には塩化カルシウム水溶液と同様の装置と処理手法により、濃縮器１３で濃縮された後、貯槽１５に貯留される。ケークは、Ｍｇ除去装置５に導入される。なお、Ｍｇ回収装置４の構成は、基本的には図３に示すＣａ回収装置２の構成と同様であるので、図示を省略する。
Ｍｇ除去装置５では、基本的にはＣａ除去装置３の場合と同様の装置及び処理手法により、塩化マグネシウム及び塩化アルミニウム（少量）を含む濾液と、難水溶性のアルミニウム化合物（塩化アルミニウム以外）及び亜鉛化合物を含むケークとが生成される。濾液は複数の塩化物が混在する水溶液であり資源としての価値が低いので、処分場に排出され処分又は処理される。ケークはＡｌ回収装置６に導入される。なお、Ｍｇ除去装置５の構成は、基本的には図４に示すＣａ除去装置３の構成と同様であるので、図示を省略する。
Ａｌ回収装置６では、基本的にはＣａ回収装置２の場合と同様の装置及び処理手法により、塩化アルミニウム水溶液が生成されるととともに、難水溶性のアルミニウム化合物及び亜鉛化合物を含むケークが生成される。塩化アルミニウム水溶液は、基本的には塩化カルシウム水溶液と同様の装置と処理手法により、濃縮器１６で濃縮された後、貯槽１８に貯留される。ケークは、Ａｌ除去装置７に導入される。なお、Ａｌ回収装置６の構成は、基本的には図３に示すＣａ回収装置２の構成と同様であるので、図示を省略する。
Ａｌ除去装置７では、基本的にはＣａ除去装置３の場合と同様の装置及び処理手法により、塩化アルミニウム及び塩化亜鉛（少量）を含む濾液と、亜鉛化合物（塩化亜鉛以外）を含むケークとが生成される。濾液は複数の塩化物が混在する水溶液であり資源としての価値が低いので、処分場に排出され処分又は処理される。ケークはＺｎ回収装置８に導入される。なお、Ａｌ除去装置７の構成は、基本的には図４に示すＣａ除去装置３の構成と同様であるので、図示を省略する。
Ｚｎ回収装置８では、基本的にはＣａ回収装置２の場合と同様の装置及び処理手法により、塩化亜鉛水溶液とケークとが生成される。塩化亜鉛水溶液は、基本的には塩化カルシウム水溶液と同様の装置と処理手法により、濃縮器１９で濃縮された後、貯槽２１に貯留される。ケークは処分場に排出され、処分ないしは処理される。なお、Ｚｎ回収装置８の構成は、基本的には図３に示すＣａ回収装置２の構成と同様であるので、図示を省略する。
以上、本発明に係る金属回収方法によれば、比較的簡素な工程ないしは装置でもって、低コストで、亜鉛ないしは亜鉛化合物と易イオン化金属ないしはその化合物とを含む汚泥から、亜鉛及び所定の易イオン化金属を、それぞれ純度が高く不純物をほとんど含まない塩化亜鉛水溶液及び易イオン化金属塩化物水溶液の形態で回収することができる。
Ｓ 金属回収装置、１ カリウム・ナトリウム分除去装置（Ｋ・Ｎａ除去装置）、２ カルシウム分回収装置（Ｃａ回収装置）、３ カルシウム分除去装置（Ｃａ除去装置）、４ マグネシウム分回収装置（Ｍｇ回収装置）、５ マグネシウム分除去装置（Ｍｇ除去装置）、６ アルミニウム分回収装置（Ａｌ回収装置）、７ アルミニウム分除去装置（Ａｌ除去装置）、８ 亜鉛分回収装置（Ｚｎ回収装置）、１０ 濃縮器、１１ 凝縮器、１２ 貯槽、１３ 濃縮器、１４ 凝縮器、１５ 貯槽、１６ 濃縮器、１７ 凝縮器、１８ 貯槽、１９ 濃縮器、２０ 凝縮器、２１ 貯槽、２３ 汚泥濾過装置、２４ スラリー槽、２５ 吸引ドラム、２６ 散水機、３１ 混合槽、３２ 攪拌機、３３ モータ、３４ スラリーポンプ、３５ 塩酸添加槽、３６攪拌機、３７ モータ、３８ 反応槽、３９ 攪拌機、４０ モータ、４１ スラリーポンプ、４２ フィルタプレス、４４ 蒸発缶、４５ 加熱器、４６ ドレントラップ、５１ 混合槽、５２ 攪拌機、５３ モータ、５４ スラリーポンプ、５５ フィルタプレス。
Claims (1)
- 金属メッキ、亜鉛クロムメッキ、溶融亜鉛メッキ又はリン酸製造に係る事業所で発生し、水溶性カリウム化合物と、水溶性ナトリウム化合物と、炭酸カルシウムと、酸化亜鉛と、前記４種の金属化合物以外の無機性固形成分と、有機性固形成分とを含む含水率が９０〜９５％のスラリー状の汚泥から、カルシウム及び亜鉛を、それぞれ濃縮塩化カルシウム水溶液及び濃縮塩化亜鉛水溶液の形態で回収するようにした金属回収方法であって、
該金属回収方法は、水溶性カリウム化合物と水溶性ナトリウム化合物とを除去するカリウム・ナトリウム除去ステップと、カルシウムを回収するカルシウム回収ステップと、残留する炭酸カルシウムを除去する残留カルシウム除去ステップと、亜鉛を回収する亜鉛回収ステップとを有し、
前記カリウム・ナトリウム除去ステップでは、前記汚泥を連続式真空回転円筒型濾過器で濾過し、炭酸カルシウムと酸化亜鉛と前記無機性固形成分と前記有機性固形成分とを含むケークを生成する一方、水溶性カリウム化合物と水溶性ナトリウム化合物とを含む濾液を除去し、
前記カルシウム回収ステップは、
前記カリウム・ナトリウム除去ステップで生成した前記ケークに水を混合し攪拌してスラリー化した上で、該ケーク中の炭酸カルシウムに対する当量の８５〜９５％の塩酸を添加し、炭酸カルシウムの一部を塩化カルシウムに変化させて水中に溶解させ、塩化カルシウムと炭酸カルシウムと酸化亜鉛と前記無機性固形成分と前記有機性固形成分とを含む含水率が９０〜９５％の第１スラリーを生成する第１塩酸添加工程と、
第１スラリーをフィルタプレスで濾過し、塩化カルシウムを含む第１濾液と、炭酸カルシウムと酸化亜鉛と前記無機性固形成分と前記有機性固形成分とを含む第１ケークとを生成する第１濾過工程と、
第１濾液を加熱して水分を気化させることにより濃縮し、濃縮塩化カルシウム水溶液を生成するカルシウム回収工程とを有し、
前記残留カルシウム除去ステップは、
第１ケークに水を混合し攪拌してスラリー化した上で、第１ケーク中の炭酸カルシウムに対する当量の１０５〜１１０％の塩酸を添加し、炭酸カルシウムを塩化カルシウムに変化させて水中に溶解させ、塩化カルシウムと酸化亜鉛と前記無機性固形成分と前記有機性固形成分とを含む含水率が９０〜９５％の第２スラリーを生成する第２塩酸添加工程と、
第２スラリーをフィルタプレスで濾過し、塩化カルシウムを含む第２濾液と、酸化亜 鉛と前記無機性固形成分と前記有機性固形成分とを含む第２ケークとを生成する第２濾過工程とを有し、
前記亜鉛回収ステップは、
第２ケークに水を混合し攪拌してスラリー化した上で、第２ケーク中の酸化亜鉛に対する当量の１００〜１２０％の塩酸を添加し、酸化亜鉛を塩化亜鉛に変化させて水中に溶解させ、塩化亜鉛と前記無機性固形成分と前記有機性固形成分とを含む含水率が９０〜９５％の第３スラリーを生成する第３塩酸添加工程と、
第３スラリーを濾過し、塩化亜鉛を含む第３濾液と、第３ケークとを生成する第３濾過工程と、
第３濾液を加熱して水分を気化させることにより濃縮し、濃縮塩化亜鉛水溶液を生成する亜鉛回収工程とを有することを特徴とする金属回収方法。
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