成果報告書詳細
管理番号20140000000476
タイトル平成21年度-平成25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 抽出法による有価金属回収、汚泥削減技術開発
公開日2014/8/15
報告書年度2009 - 2013
委託先名日本カニゼン株式会社
プロジェクト番号P09011
部署名環境部
和文要約無電解ニッケルめっき液について、長寿命化および使用済み液からのニッケル回収における効率向上を目指し、含浸抽出法およびエマルションフロー法の研究開発を行った。
(1) 長寿命化では、含浸抽出法として、酸性有機リン抽出剤を多孔性樹脂に含浸した吸着剤を無電解ニッケル液用に最適化した。この含浸樹脂で、不純物の亜鉛を除去しながら連続めっき試験をした結果、従来の5倍の3.5ターンまで長寿命化できた。この結果を基に、他の抽出技術であるミキサーセトラー法・エマルションフロー法と経済的優位性を比較した結果、エマルションフロー法が優れていることがわかった。そこで、エマルションフロー法で亜鉛除去率を測定した結果、90%以上となり、めっき液の長寿命化に本法が適用できることを確認した。
(2) リサイクル技術では、使用済み無電解ニッケルめっき液を対象として不純物除去後にニッケル回収するために、基礎・改良研究と新規エマルションフロー装置を開発し実証試験した。
 産業技術総合研究所では、液中に不純物として存在する鉛、ビスマス、亜鉛、ナトリウム、カルシウムについて、PC88Aによる抽出挙動を各元素の単独溶液、模擬液および実液を用いて調べた。その結果、PC88Aによる抽出のされやすさは、Bi(III) > Zn(II) > Pb(II) > Ca(II) > Na(I)の順であった。乳酸系めっき液では、不純物除去工程でのpH(4-5)においてビスマス、亜鉛、鉛はほとんど除去できる一方で、リンゴ酸系めっき液では、亜鉛は除去できるが鉛は除去できないこともわかった。液中に含まれる乳酸およびリンゴ酸がLIX84Iによるニッケルの抽出平衡に及ぼす影響も検討した。有機酸濃度の増加に伴う抽出抑制現象が認められた。実験データを解析し、ニッケルイオンと有機酸陰イオンとの錯生成定数を求めた。これらの錯生成定数は抽出挙動を定量的に再現できた。ニッケルの抽出速度に及ぼす乳酸、リンゴ酸、亜リン酸の各イオン濃度の影響を定界面積セルによって調べた結果、これら成分の増加により抽出速度は減少することがわかった。簡略化した抽出平衡の計算法を使用して多段連続抽出-逆抽出プロセスのシミュレーション方法も確立した。
 日本原子力研究開発機構では、使用済み液からのニッケル回収、不純物除去に用いる溶媒抽出装置として、実用に向けたエマルションフロー装置の改良を行った。これによって、処理速度の大きさと相分離能の高さが両立する新たな装置の開発、およびそのスケールアップに成功した。また、不純物除去/Ni回収一貫システムの設計および電子制御装置の設計を行い、日本カニゼンでの実証プラントに反映させた。
 日本カニゼンでは、全自動エマルションフロー抽出装置を開発した。本実証試験機において、50%希釈の使用済み液の場合に24時間稼動にて0.85t/day、Ni抽出率約90%を達成した。ここで得られたニッケルを原料とした補給液を製造し、実ライン投入し、工業製品として遜色ない品質であることを実証した。6ヶ月間連続稼動し固定費を含まないランニングコストを集計し、工場内リサイクルにおいて経済的に成り立つことを確認した。更に、本法は、ミキサーセトラー法と比較し、設置床面積、溶媒使用量を70%以上削減でき、ランニングコストも削減できた。
英文要約With respect to electroless nickel plating (EN) baths, solvent impregnated resin (SIR) extraction and emulsion flow extraction have been studied for bath life extension and nickel recovery from the spent baths.
(1) As for bath life extension, SIR in which an acidic organophosphorous extractant was impregnated into the porous resin was optimized for in order to effectively remove zinc present in the EN baths as an impurity. The result of the continuous plating test using the treated bath revealed that the bath life was extended up to 3.5 turns (five times longer than the present one). Comparison of economic aspects among the SIR extraction method and mixer-settler and emulsion flow extractors showed that the emulsion flow extractor is the most advantageous. The zinc removal efficiency using the emulsion flow extractor was confirmed to be 90% or more; thus, this method can be applied to the bath life extension.
(2) As for recycling nickel, we have studied the metal extraction behavior and developed a new emulsion flow extractor.
 Extraction behavior of the impurity metals of lead, bismuth, zinc, sodium, and calcium in the spent EN baths with PC88A as the extractant was studied using the single metal solutions and model and real spent baths. As a result, the extent of the extraction is in the order: Bi(III) > Zn(II) > Pb(II) > Ca(II) > Na(I). The effect of lactate, malate, and phosphite ions on the nickel extraction rate was measured using a constant-interfacial-area cell. A computer simulation method for the multistage continuous extraction - stripping process was established using a simplified prediction method of the batch extraction.
 A series of emulsion flow extractors were developed toward its practical application to the nickel recovery from the spent EN baths and the impurity removal from the EN baths. We have succeeded in developing the emulsion flow extractor which satisfies both high processing speed and high phase-separating ability and in its scale-up. Also, an emulsion flow plant integrating the impurity removal and nickel recovery with an automatic controlling system was constructed in JAPAN KANIGEN Co., Ltd.
 This demonstration plant achieved nickel recovery efficiency of 90% with a throughput of 0.85 t-spent EN bath/day at 24-hour operation when the spent EN baths was diluted two times. The quality of the replenisher prepared from the recovered nickel sulfate was found to be comparable with that from the purchased reagents. The running cost based on the data during the campaign for six months has revealed that this system is economically feasible for in-plant recycling. Further, this system can reduce both the floor area and the amount of organic solvent by 70% in comparison with the mixer-settler system.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る