ストロンチウム含有汚泥からの高純度ストロンティアナイト及びヘマタイトのリサイクル

Recycling of High-Purity Strontianite and Hematite from Strontium-Bearing Sludge.

• Rui Bian
• Ting Su
• Yu Chen
• Zhan Qu
• Suiyi Zhu
• Xi Tian
• Yang Huo

抄録

Sr含有スラッジは、原子力発電所や鉱物精錬所などで発生する有害廃棄物である。本研究では、Sr含有スラッジを模擬した後、新規なヘマタイト沈殿法を用いて、ヘマタイトナノ粒子を副生成物として高純度ストロンティアナイトにリサイクルした。このスラッジには26.1%のFe, 3.5%のSr,及びSiの不純物が含まれていた。このスラッジを1.2M硝酸に溶解した後、グリコールを添加して水熱処理を行い、Feを効果的に析出させた。グリコール添加なしでは、52%のFeのみがヘマタイト凝集体の形で水熱処理により析出した。0.4の最適/モル比でグリコールを添加すると、ほぼ100%のFeが平均直径50nmのヘマタイトナノ粒子の形で除去されたが、浸出液中には98%以上のSrが保持された。生成したヘマタイトは、FeO含有率95.23%と高純度であった。Srは浸出液中に3.9g/Lの高濃度で存在し、NaCO添加により純度96.8%のストロンチアナイトとして析出した。3 次ブタノール（TeB）は、最適/モル比が 0.1 であるにもかかわらず、グリコールと同程度の Fe 除去率を示し、最適/モル比の約 4 分の 1 であった。鉄の除去は水熱条件下での自発的な鉄の加水分解であり、硝酸塩とグリコールおよび/またはTeBとの酸化還元反応のpHを上げることで促進されることがわかった。本報告の方法は、二次廃棄物を発生させることなく、高純度ストロンティアナイト及びヘマタイトを生成するためのSr含有スラッジの資源リサイクルに成功した。

Sr-bearing sludge is a hazardous waste that is commonly generated by nuclear power plants and mineral refining operations. In this work, Sr-bearing sludge was simulated and then cleanly recycled into high-purity strontianite with hematite nanoparticles as a byproduct via a novel hematite precipitation route. The sludge contained 26.1% Fe, 3.5% Sr, and Si impurities. After dissolution in 1.2 M nitric acid, the sludge was treated hydrothermally with the addition of glycol to precipitate Fe effectively. Without the addition of glycol, only 52% Fe was hydrothermally precipitated in the form of hematite aggregates. With the addition of glycol at the optimal / molar ratio of 0.4, nearly 100% Fe was removed in the form of hematite nanoparticles with an average diameter of 50 nm, whereas over 98% of Sr was retained in the leachate. The generated hematite was highly purified with an FeO content of 95.23%. Sr was present at a high concentration of 3.9 g/L in the treated leachate and further precipitated in the form of strontianite with a purity of 96.8% through NaCO addition. Tertiary butanol (TeB) exhibited a similar Fe removal rate as glycol even though its optimal / molar ratio was 0.1, which was approximately one-fourth the optimal / molar ratio. Fe removal involved spontaneous Fe hydrolysis under hydrothermal conditions and was promoted by increasing the pH of the redox reaction between nitrate and glycol and/or TeB. The method reported here successfully enabled the resource recycling of Sr-bearing sludge to generate high-purity strontianite and hematite products without producing any secondary waste.

Copyright © 2020 American Chemical Society.