成果報告書詳細
管理番号20120000000882
タイトル平成21年度-平成23年度成果報告書 「省水型・環境調和型水循環プロジェクト/水循環要素技術研究開発/有用金属・有害物質の分離・回収技術の開発」 新抽出装置による金属回収技術
公開日2013/4/19
報告書年度2009 - 2011
委託先名独立行政法人日本原子力研究開発機構
プロジェクト番号P09011
部署名環境部
和文要約新抽出装置“エマルションフロー”により、無電解ニッケルめっき廃液からのニッケルを回収するための研究開発を行った。従来は、ミキサーセトラーと呼ばれる撹拌による2液混合と重力沈降による相分離を利用した溶媒抽出装置が用いられるが、ミキサーセトラーでは相分離が悪く排水に油分が混入する、装置の初期コストが大きく設置床面積が大きい、といった問題点があった。エマルションフローは、このような従来装置の問題点を解決する目的で試験・検討された。エマルションフローでは、撹拌などの機械的な外力を用いることなく2液相を混合する仕組みなので、装置本体に駆動部がないシンプルな構造かつ低コストであり、非常に高い相分離能力を持っていることから、油分の混入がなく、かつ処理スピードの大幅な向上が見込まれた。
 新方式のエマルションフロー装置について、性能、コスト、環境調和性などについて、従来装置(ミキサーセトラー)と比較した。その結果、上記の問題点(従来装置の持つ問題点)のすべてを解決することができ、本研究の目標は達成できた。具体的には、1)同じ大きさの装置で比較して、エマルションフローの処理スピードはミキサーセトラーの3倍であり、装置サイズを1/3にできること、2)ミキサーセトラーとは異なり、排水への油分の混入がなく油膜も発生しないこと、3)送液のみで撹拌などは不要なので、ミキサーセトラーの1/5にコストダウンできること、4)加えて、ニッケルの抽出率でもエマルションフローはミキサーセトラーに勝ること、などがわかった。また、3段式のエマルションフロー装置を用いることにより、アルカリ添加量を抑えるためにpHを低く設定した模擬廃液からでも96%の抽出率でニッケルを回収できることがわかった。
 また、実証試験でのスケールアップに向けて、ヘッド構造の改良などを行った。改良したヘッドを使ってエマルションの流れの発生試験を行った結果、実スケール(ラボスケールの20倍)でも良好なエマルションを発生させられることがわかった。
英文要約The recovery of nickel from electroless nickel plating waste solution has been studied and developed by using a new liquid-liquid extraction apparatus, “emulsion flow” extractor. Conventionally, a mixer-settler extractor, in which an aqueous phase and an organic phase are mixed by agitating with an impeller and then the two liquid phases are gravitationally separated, is used for such a solvent extraction. However, this popular extractor has some problems, that is to say, bad phase separation, organic constituents mixed into drainage water, high initial cost, and large installation area. In the present study, the emulsion flow extractor has been investigated in order to solve these problems. Since the new extractor has a mechanism for mixing two liquid phases without using any mechanical external forces such as agitation, the structure of the apparatus is quite simple, and thus, low-cost. In addition, almost no oil contamination of drainage and a drastic advancement in processing speed are expected because the new apparatus possesses excellent phase separating ability.
The performance, cost, and environmental sustainability have been compared between emulsion flow extractor of a new type and conventional mixer-settler extractor. As a result, all of the above-mentioned problems were solved and we met the goal of the present study. Specifically, 1) the processing speed of emulsion flow extractor is three times higher than that of mixer-settler extractor of the same size, and thus, it is possible to be downsized to one-third, 2) almost no oil contamination occurs and no oil film is formed, 3) it is possible to reduce costs to one-fifth of the mixer-settler costs, since no mechanical force except solution sending are needed, 5) additionally, the fact that the extractability of nickel by using an emulsion flow extractor is higher than the Ni extractability by using a mixer-settler extractor, and so on have been found. By using three-stage emulsion flow extractor, it was found that 96% of nickel was extracted from a model solution whose pH was adjusted to be a low value in order to reduce the amount of alkali added to the waste solution.
The structure of head has been improved in preparation for scale-up in the verification test. The generation of emulsion flow has been tested by using the improved head. As a result, even in a full-scale vessel (20 times larger than a laboratory-scale vessel), fine emulsion was found to be generated.
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