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JP3724009B2 - リン酸トリブチル中の白金の逆抽出方法 - Google Patents
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JP3724009B2 - リン酸トリブチル中の白金の逆抽出方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、非鉄金属製錬工程や含白金触媒の処理工程等から得られる白金を、溶媒抽出法により分離、精製する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
非鉄金属製錬工程や含白金触媒の処理工程等において、酸により溶解された白金は、その水溶液中に他の金属と共に白金イオンとして含有されている。この水溶液からの白金の分離回収は、抽出剤であるリン酸トリブチル(以下TBPと略記する)を用いて抽出した後、通常は水による逆抽出法により行われる。
【0003】
しかし、この水による逆抽出工程においては、有機相であるTBPに抽出されていた酸が同時に水相中に溶出するため、白金イオンがTBPに再度抽出されてしまい、結果的に逆抽出が不完全になる。このような現象を防止するため、逆抽出時に水相に遊離した酸をアルカリで中和しながら、白金イオンを逆抽出する方法が知られている。
【0004】
一方、白金以外の元素については、抽出剤あるいはイオン交換樹脂中の溶出困難な金属イオンを、還元により低原子価のイオンにして溶離、回収する方法が知られている。例えば、リン酸ジ−2−エチルヘキシルに抽出されたFe3+イオンをSO2によりFe2+イオンに還元して溶離する方法や、陰イオン交換樹脂に吸着した[IrCl62-をSO2により「IrCl63-に還元して回収する方法が行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、TBPに抽出されH2[PtCl6]の形で含有される白金の分離回収には、アルカリを添加して酸を中和しながら、水により逆抽出する方法が知られている。しかしながら、この方法によっても、基本的にTBP中に付加物として存在している逆抽出されやすい形態の白金イオンしか逆抽出できず、逆抽出困難な形態の白金イオンはTBP中に残ってしまうという問題があった。特に、白金濃度が高くなる等の理由でTBP中に残存しやすい白金イオンの割合が増加すると、白金の完全な逆抽出は困難であった。
【0006】
一方、還元により回収する方法を白金に適用することも考えられる。しかし、イリジウムや鉄イオンのように還元により容易に金属にならないイオンに関しては問題ないが、通常取り扱われる白金(IV)イオンは還元により白金(II)イオンまでの原子価に止まらず、金属状態にまで還元されやすい。従って、ひとたび金属状態にまで還元されると、有機相と水相を全て濾過しなければ白金粉を完全に回収できなくなるため、この方法が採用されることはなかった。
【0007】
本発明は、かかる従来の事情に鑑み、TBP中の白金イオンを水により逆抽出するに際して、従来の方法では逆抽出困難な形態の白金イオンであっても、ほぼ完全に逆抽出できる方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供するリン酸トリブチル中の白金の逆抽出方法は、白金イオンを含有するリン酸トリブチルと水とを混合し、還元剤及びアルカリを添加して、得られた撹拌混合状態の液のpHを−0.5〜+7及び酸化還元電位を−300〜+500mV(対Ag/AgCl電極)に調整することにより、白金イオンを水相に逆抽出することを特徴とする。
【0009】
【作用】
一般的に、抽出剤により水相中の金属イオンを有機相に抽出する場合、金属イオンは抽出剤と化合物あるいは付加物を形成しやすい条件において有機相に抽出され、化合物や付加物が形成され難い条件では抽出も不完全になる。逆に有機相に抽出された金属イオンについては、抽出剤と化合物あるいは付加物を形成し難いような条件において水相中に金属イオンが放出されるが、このような条件にあっても有機相に金属イオンが残留し、水相中に目的とする金属イオンを完全に回収できないという現象がしばしば発生する。
【0010】
このような現象が起こる原因として最も考えられるのが、有機相中の金属イオンが抽出剤と反応してポリマーを形成することである。有機相中におけるポリマー形成反応は、有機相中の金属イオン濃度が高いほど、また金属イオンの塩基性が低いほど進行しやすい傾向があり、同一元素の場合ではイオンの価数が高いほど塩基性が低下するためポリマーを形成しやすくなる。従って、ポリマー中の金属イオンを還元し、低原子価のイオンにすることによって、ポリマーが不安定になるので、その金属イオンの逆抽出が行われやすくなる。
【0011】
TBP中にH2[PtCl6]の形で存在する白金イオンの一部も、ポリマーを形成して逆抽出困難な形態となっていると考えられるが、上記の原理に従えば、白金(IV)イオンを白金(II)イオンに還元することにより、逆抽出困難な形態となっていても逆抽出が可能となることが考えられる。しかし、白金イオンは容易に金属にまで還元されてしまうため、前記のごとく従来は還元により安定して白金(II)イオンとすることが出来なかったのである。
【0012】
本発明者らは、pH及び酸化還元電位によっては、従来不安定と考えられていた白金(II)イオンが安定して存在できる領域があることをつきとめ、この知見に基づいてpH及び酸化還元電位を一定の範囲内に制御管理することによって、金属の白金の析出を防止しつつ、白金イオンを水により完全に逆抽出する本発明方法を達成したものである。
【0013】
尚、逆抽出時に期待される反応は下記【化1】であり、金属の白金が析出する反応は下記【化2】である:
【化1】
[PtCl62-+2e-=[PtCl42-+2Cl-
【化2】
[PtCl42-+2e-=Pt+4Cl-
【0014】
本発明方法における逆抽出時のpHは、−0.5〜+7の範囲とすることが必要である。pHが−0.5未満では、多くの還元剤について還元速度が極めて緩慢になり、また酸濃度が高いため基本的に逆抽出されやすい形態の白金イオンの逆抽出も不完全になりやすい。仮に、このような強酸性でも作用する還元剤を使用したとすると、局部的に酸化還元電位が低下し、白金イオンが金属にまで還元されてしまうため、有機相と水相の全濾過が必要となる。一方、pHが+7を超えると、弱い還元剤を使用しても酸化還元電位が低下して白金が金属粉として析出しやすいうえ、塩基性塩の析出も起こりやすいため、相分離が悪化する。
【0015】
上記【化1】に示す逆抽出時に期待される反応の標準電極電位は480mV(対Ag/AgCl電極、以下同じ)であり、【化2】の反応については530mVであることが知られている。しかし、pHを上記範囲とする本発明方法における白金イオンの逆抽出反応においては、−200mV付近では白金の析出反応は進行せず、−300mVまで低下した時点で初めて粉状に白金が析出する。一方、【化1】の平衡電位を越えて500mVに達すると、還元反応は極めて緩慢になる。従って、本発明方法においては、酸化還元電位が−300〜+500mVの範囲となるように制御して、還元を行うことが必要である。
【0016】
しかしながら、実際問題として、還元剤の種類によっては上記pH及び酸化還元電位を安定的に維持させることが困難な場合も起こり得る。例えば、強還元剤を添加した場合は、平衡時には上記範囲内に納まっていても、一時的に酸化還元電位の低下が起こりやすく、白金が金属粉として析出しやすい。逆に弱還元剤を用いた場合には、添加量をいくら多くしても所望の還元電位まで低下しないため加熱や長期の反応を必要としたり、初期に高い電位を示していても徐々に還元電位が下がり続け、最終的には白金が金属粉として析出するまで電位が低下する場合がある。
【0017】
従って、目的とする酸化還元電位を安定的に維持するには、適切な還元力があり且つ活性化エネルギーが低い還元剤を用いることが望ましい。かかる条件を満たし、工業的に入手容易な還元剤としては、二酸化硫黄や亜硫酸塩、あるいはヒドラジニウム塩等がある。有機化合物系の還元剤であっても、好適な酸化還元電位を示すものがあるが、基本的に活性化エネルギーが高いものが多く、安定的に電位を維持することは困難である。
【0018】
好ましい還元剤の中で、二酸化硫黄や亜硫酸塩は、白金イオンとスルファイト錯イオンを形成することにより、逆抽出反応を促進し且つ金属の白金を析出しにくくするという長所がある。またヒドラジニウム塩は、pHにより−1000〜+500mVの広い範囲において、その範囲内のいずれの酸化還元電位についても安定的に電位を維持することができるという特徴がある。
【0019】
以上説明した逆抽出反応によりTBPから水で逆抽出された白金(II)イオン及び過剰の還元剤を含む水溶液は、有機相から分離した後、そのままpHを上昇させることにより、白金を金属粉として析出させて高い収率で回収することができる。
【0020】
【実施例】
実施例1
[PtCl]の形で白金を62.7g/l含有するTBPを、相比O/A=1/1にて二塩化ヒドラジニウムNClの5%水溶液と撹拌混合し、得られた撹拌混合状態の液のpHが1.05になるまで炭酸水素ナトリウムNaHCOを添加してpHを上昇させ、pH値が変化しないことを確認後、撹拌混合状態の液の酸化還元電位を測定したところ133mVであった。
【0021】
水相と有機相を分離した後、有機相を濾紙で濾過して濾液を分析したところ、0.023g/lの白金が残留していた。従って、この逆抽出率は99.96%であり、ほぼ完全に白金を逆抽出できたことが判った。尚、分離された水相は、そのままpHを上昇させることにより、金属粉として白金を完全に回収することができた。
【0022】
実施例2
実施例1と同じ白金を62.7g/l含有するTBPを、相比O/A=1/1にて二酸化硫黄SOの5%水溶液と撹拌混合し、得られた撹拌混合状態の液のpHが0.94になるまでNaHCOを添加してpHを上昇させ、pH値が変化しないことを確認後、撹拌混合状態の液の酸化還元電位を測定したところ313mVであった。
【0023】
水相と有機相を分離した後、有機相を濾紙で濾過して濾液を分析したところ、0.005g/lの白金が残留していた。従って、この逆抽出率は99.99%であり、完全に白金を逆抽出できたことが判った。尚、実施例1よりも高い電位であるが、亜硫酸イオンが白金イオンと錯イオンを形成することにより、逆抽出率が改善されたものと考えられる。
【0024】
比較例1
実施例1と同じ白金を62.7g/l含有するTBPを、相比O/A=1/1にて水と撹拌混合し、得られた撹拌混合状態の液のpHを測定したところ−0.54であった。この時点での有機相は濃黄色で、逆抽出は極めて不完全であった。
【0025】
そこで、撹拌混合状態の液のpHが1.04になるまでNaHCOを添加してpHを上昇させ、pH値が変化しないことを確認後、撹拌混合状態の液の酸化還元電位を測定したところ558mVであった。
【0026】
水相と有機相を分離した後、有機相を濾紙で濾過して濾液を分析したところ、0.69g/lの白金が残留していた。従って、この逆抽出率は98.9%であって、極めて不完全な逆抽出であることが判る。
【0027】
比較例2
実施例1と同じ白金を62.7g/l含有するTBPを、相比O/A=1/1にて水と撹拌混合し、水酸化ナトリウムNaOHと水和ヒドラジンN・HOを添加して撹拌混合状態の液のpHを上昇させつつ、酸化還元電位を低下させた。この時、撹拌混合状態の液のpH5.61及び酸化還元電位−220mVにおいては、全く金属粉の析出は認められなかった。
【0028】
ところが、NaOHで撹拌混合状態の液のpHを7.14まで上昇させると、−515mVまで電位が低下した時点で黒色の沈澱が析出した。更に、pHを11.05まで上昇させたところ、酸化還元電位は−820mVに達し、これ以上NaOHを添加しても電位は低下しなかった。
【0029】
水相と有機相を分離した後、有機相を濾紙で濾過して濾液を分析したところ、0.001g/lの白金が残留しており、逆抽出率は99.998%であった。しかし、全ての白金が金属粉として有機相、水相、及びその界面に分布しており、全てを濾過しなければ回収困難な状態であった。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、TBP中に含有され通常は一部が逆抽出困難な形態で存在する白金イオンを、金属粉として析出させることなく、一段の操作で99.9%以上を水相に逆抽出することができる。従って、本発明方法は、貴金属の分離、精製分野における白金族の系内での滞留低減、抽出容量の低下防止等に対して極めて有効なものである。

Claims (2)

  1. 白金イオンを含有するリン酸トリブチルと水とを混合し、還元剤及びアルカリを添加して、得られた撹拌混合状態の液のpHを−0.5〜+7及び酸化還元電位を−300〜+500mV(対Ag/AgCl電極)に調整することにより、白金イオンを水相に逆抽出することを特徴とするリン酸トリブチル中の白金の逆抽出方法。
  2. 還元剤として、二酸化硫黄、亜硫酸塩、ヒドラジニウム塩のいずれかを使用することを特徴とする、請求項1に記載のリン酸トリブチル中の白金の逆抽出方法。
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