JP2003505598A - 溶液から粉末金属を電解抽出するための方法及び装置 - Google Patents

溶液から粉末金属を電解抽出するための方法及び装置

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JP2003505598A JP2001512949A JP2001512949A JP2003505598A JP 2003505598 A JP2003505598 A JP 2003505598A JP 2001512949 A JP2001512949 A JP 2001512949A JP 2001512949 A JP2001512949 A JP 2001512949A JP 2003505598 A JP2003505598 A JP 2003505598A
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Abstract

(57)【要約】 溶液から金属粉末を電解抽出するための電解槽(1)が開示される。電解槽(1)は、一端に入口(3)を有し他端に出口(4)を有するハウジング(2)を備えている。電解槽は、ハウジング(2)に沿って実質的に軸方向に延びている円筒状の陽極(6)と、陽極(6)を囲んで陽極(6)から外方に離間した陰極(7)を有している。陽極(6)と陰極(7)は、5〜25mmの間隙を有する流路(8)を画定する。使用に際して、電解槽は、底部に入口(3)を有し、頂部に出口(4)を有し、実質的に鉛直方向に配置されている。プロセス溶液が電解槽(1)を流れる間に金属粉末は陰極(7)上に析出する。周期的にプロセス溶液の流れが中断されて、フラッシング溶液が電解槽内を逆方向に流されて陰極(7)から金属粉末を除去する。各電解槽が主入口と主出口に対して平行に接続された、電解槽のバンクがまた開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属を含む溶液から金属を電解抽出するための方法及び装置に関す
る。本発明は特に、板状金属とは異なり、金属微粒子、例えば、粉末金属の製造
に関する。
【0002】 本発明は、銅を含む溶液、例えば、鉱山や鉱物処理現場でしばしば見られるよ
うな低級銅溶液から粉末状で銅を電解抽出するための方法及び装置に関するが、
これに限定されるものではなく、この実施例に基づいて本発明を説明するのが好
都合である。しかし、本発明は、他の金属、例えば、銀やニッケルやコバルトや
錫などにも応用しうることは明らかである。
【0003】
【発明の背景】
出願人は、以前に、水溶液から銅や錫のような金属を電解抽出するための電解
槽を設計した。その電解槽は、鉱物回収装置という名称の本出願人による国際出
願PCT/AU96/00332に開示されている。その国際出願の全内容は、
本願に含まれている。
【0004】 上記出願は、ハウジング底部に接線方向の入口とハウジング頂部に接線方向の
出口を有する電解槽を開示している。円筒形のハウジングの特定方向に向けて電
解槽内に溶液を導く入口の方向は、電解槽内に螺旋状の流れを誘導する。棒状の
陽極が電解槽と同軸にハウジングの長手方向に延びており、分割円筒状スリーブ
陰極がハウジングの壁を支持して、陽極との間に間隙を設けて陽極を囲むように
その外側に配置されている。使用時に陰極と陽極の間の流路に電位差が負荷され
て、電解抽出金属製造プロセスが実施される。入口から出口への電解槽内の螺旋
状の流れが陰極に銅イオンを供給して、低級溶液においても経済的且つ連続的に
銅をメッキする。
【0005】 このプロセスは、分割スリーブの内側に銅管をメッキする。銅板が約6〜8cm
(2.4〜3.14インチ)の厚さに達したとき、取り出される。これは、電解
槽の頂部キャップを除去し、電解槽の頂部を経て分割スリーブを持ち上げること
によって行われる。これは肉体への負荷が大きく、プロセスの他の特性に悪影響
を与える。
【0006】 上記プロセスを使う商業プラントは、文字通り何百もの電解槽のバンクを有し
ているので、上記のような電解槽からの取り出しは、肉体への負荷が大きい作業
である。さらに上記のような銅管の製造には、管の扱いと輸送に特別の手順が必
要であるという不利な点がある。もし、電解槽から銅を取り出すための容易な方
法が案出されれば、好都合である。
【0007】 さらに、上記電解槽は、陰極と陽極の間の間隙が大きいために、効率が低いと
いう欠点がある。その結果、陰極と陽極の間に高電圧を負荷しなければならず、
電流密度は相対的に低くなる。製造される金属量は陰極と陽極の間の電流密度に
比例するので、単位入力電力量あたりの電流密度はできる限り高い方が好ましい
【0008】
【発明の要約】
本発明の第一の形態に従って、溶液から粉末金属を電解抽出するための電解槽
であって、 一端側に入口と他端側に出口を有するハウジングと、 ハウジングを通って実質的に軸方向に延びる陽極と、 陽極と陰極との間に5〜25mmの間隙を有する流路を画定するように、陽極か
ら外側へ向かって間隔をおいて配置された、陽極を囲む陰極と、 陽極と陰極との間に電位差を負荷するための手段とを有している電解槽が提供
される。
【0009】 その電解槽は、銅管を製造するための電解抽出プレートセルまたは電解抽出円
筒状セルのいずれよりも、陰極と陽極の間の間隙が実質的に狭い。これは、特に
低電導度の溶液において、陰極と陽極の間の電流密度を増加するのに役立つ。
【0010】 その間隙は5〜20mmがより好ましく、10〜15mmがさらに好ましく、12
〜13mmが最も好ましい。
【0011】 典型的には、陽極と陰極は実質的に円筒状である。陰極は、ハウジングの壁に
よって形成するか、又は、ハウジングの壁に隣接して配置されたスリーブによっ
て形成することができる。陰極は、金属であるハウジングの壁によって形成する
のが好ましい。
【0012】 使用に際して、典型的には、電解槽の一端は相対的に上方を向いており、電解
槽の他端は相対的に下方を向いており、入口は下端に位置するか又は下端に隣接
しており、出口は上端に位置するか又は上端に隣接している。
【0013】 このように、使用に際して、電解抽出される金属イオンを含むプロセス溶液は
、入口から出口に向かって電解槽内を上昇し、金属が粉末として陰極上に析出す
る。周期的にフラッシング溶液が、析出した粉末金属を電解槽から取り出すため
に、電解槽内を逆方向に圧送される。電解抽出プロセスによって生成される気体
が電解槽内の上部領域から排出口を経て排出されるように、プロセス溶液が電解
槽内を移動するのが好ましい。重力がフラッシングプロセスに役立つように、フ
ラッシング溶液は電解槽内を下方に向けて移動するのが特に好ましい。典型的に
は、フラッシングは、金属粉末をばらばらにするのに役立つように、フラッシン
グ溶液の圧力を増すか、陰極上に気泡を通過させるというような手段によって助
けられる。
【0014】 入口は、実質的に軸方向に沿って電解槽内に溶液を導くのが好ましい。
【0015】 出口は、電解槽内を通過するフラッシング流体が出口を経て電解槽内を軸方向
に沿って逆方向に流出するような方向を向いているのが好ましい。
【0016】 入口は電解槽の一端において画定され、出口は電解槽の他端において画定され
るのが好ましい。
【0017】 入口の方向と流路の間隙は、流路に沿って流れるプロセス溶液に乱流が発生す
るのを容易にする。これは、電解槽内において入口から出口に向かう螺旋状のプ
ラグフローを誘導する従来の電解槽の接線方向の入口とは全く異なっている。プ
ラグフローは乱流とは基本的に異なる。乱流は、板状金属ではなく、粉末金属の
形成に役立つ。
【0018】 電解槽の出口を経て逆方向に流れるフラッシング溶液は、乱流を促進するよう
に電解槽内の軸方向に導かれるのが、同様に好ましい。このフラッシング溶液の
乱流は、陰極から粉末金属を除去するのに役立つ。
【0019】 フラッシングサイクル中に陰極が洗浄されて、電解槽から排出される入口に向
かって粉末を導入するためのハウジングの傾斜した内表面のような手段を電解槽
がさらに有するのが好ましい。
【0020】 これは電解槽の底部のデッドスペースに集められる金属粉末類を減少し、電解
槽から金属粉末を完全に排出するのに役立つ。
【0021】 電解槽は、陽極と陰極の間の金属微粒子の流路から金属板の障害物を除去する
ための清掃手段を有するのが好ましい。その清掃手段は流路に沿って物理的に移
動する機械式掃除機を備えているのが好ましい。
【0022】 当然、プロセス流体パラメータは、陰極上に析出する金属の樹枝状晶のような
固体金属類を減少するように設定される。それゆえ、出願人は、樹枝状晶のよう
な金属板の障害物が流路に形成されにくくなると信じる。しかしながら、商業プ
ラントで使用される場合にプロセス設備の信頼性を高めようとするならば、金属
の障害物をチェックし、除去する手段を備えることが必要である。
【0023】 陽極の端部は、陽極の周りに沿った環状の流路を経て流体を導くために閉じて
いるのが好ましい。一端は、フラッシング溶液を出口を経て流路に向けて導くた
めに、ほぼ円錐形状の流路形成部を有している。閉じた端部は陽極の周りの流路
に沿って溶液が流れるようにする。
【0024】 電解槽は、ハウジングの一端に装着されてハウジング内において実質的に軸方
向に突出している支持部材として陽極を支持するサポートを備えることができる
。支持部材は、陰極に揃えて鉛直方向の適当な位置において陽極を機械的に支持
し、陽極を電気回路に電気的に接続している。
【0025】 特に、ハウジングは、ステンレス鋼製の円筒体と該円筒体の各端部に非導電性
の材料からなる端部キャップを有し、各端部キャップは、陰極と陽極から外に向
かって軸方向にチャンバを画定するのが好ましい。チャンバの一つは、入口を通
って粉末金属を導入するために、上記のような傾斜した内表面を形成することが
できる。
【0026】 このようにして陰極を形成する円筒体は、支持部材および端部キャップの一つ
を通る陽極への電気的接続から絶縁されている。
【0027】 特に好ましい電解槽の形状は、陰極は7.5インチ(190mm)から8.5イ
ンチ(216mm)、好ましくは約8インチ(203mm)の直径であって、陽極は
6.5インチ(165mm)から7.5インチ(190mm)、好ましくは約7イン
チ(178mm)の直径であって、陽極と陰極の間の間隙は0.5インチから1.
5インチ、好ましくは約1インチ(25.4mm)であるのがよい。さらに最も好
ましい形状として、ハウジングは実質的に鉛直方向に延びており、入口は下端キ
ャップの端において画定され、出口は上端キャップの端において画定される。
【0028】 電解槽は、流路に沿って気体を泡立たせる手段を備えることができる。泡立た
せる手段は、例えば空気が通過するチャンバの底部に位置する孔付き管を備える
ことができる。
【0029】 本発明の別の形態に従って、平行に配置された、本発明の第一の形態に従って
上記のようにして特定される複数個の電解槽と、 電解槽を通って平行にプロセス溶液を導くためにバンク内の各電解槽の入口に
接続された主入口と、 電解槽からプロセス溶液を排出するために各電解槽の出口に接続された主出口
と、 必要なときに電解槽のバンクを通るプロセス溶液の流れを中断し、主出口を
通って逆方向にフラッシング溶液を流し、そのフラッシング溶液をバンク内の各
電解槽を通過させ、主入口を通ってそのフラッシング溶液を排出するための手段
を有している電解槽のバンクが提供される。
【0030】 使用に際して、プロセス溶液がバンクの各電解槽を平行に流れ、次いで、フラ
ッシング溶液は周期的または断続的に電解槽内を逆方向に平行に流れ、電解槽か
ら粉末金属を洗い流す。
【0031】 流れ逆転手段は、主入口へのプロセス溶液の流れを開放および閉鎖するための
プロセス溶液入口バルブ手段と、主出口から下流方向へのプロセス溶液の流れを
開放および閉鎖するためのプロセス溶液出口バルブ手段と、主出口へのフラッシ
ング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシング溶液入口バルブ手段と
、主入口からのフラッシング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシン
グ溶液出口バルブ手段を有しているのが好ましい。
【0032】 電解槽のバンクを通るプロセス溶液およびフラッシング溶液のそれぞれの流れ
の制御は、プロセス溶液およびフラッシング溶液の各々と結びついた主入口バル
ブ、主出口バルブおよび単一のバルブセットによって実行される。これは多数の
電解槽を有するバンクにとって、かなり単純な網状組織であり、単純なバルブ配
置である。各電解槽に対して別々のバルブ配置を有するより、ずっと単純である
【0033】 バンクは、あるとき、バンクを通ってフラッシング溶液またはプロセス溶液の
みが流れるようにバルブを制御する制御手段を備えることができる。多くの異な
る制御手段を使用できるが、PLCコントローラが特に有用である。
【0034】 バルブ手段の制御は、手の操作を含む様々な方法で実行できる。PLCコント
ローラは、プロセスを信頼性高く制御するために使用できる既製の実証済みの製
品である。
【0035】 典型的には、バンクは、バンク内の電解槽から電解抽出プロセスによって生成
される気体を排出するための手段を備えている。典型的には、排出手段は、主出
口に接続された排出口を有している。
【0036】 排出口は、商業プラントにおいて電解抽出プロセスによって生成される気体を
排出するために重要である。各電解槽の出口に作動可能に接続された主出口を有
することによって、単一の排出口をバンク内のすべての電解槽の排気のために使
用できる。それは、各電解槽に対して排出口を有するよりもかなり単純で安価で
ある。
【0037】 主入口は、各電解槽の下端に隣接しているのが好ましく、主出口は、電解槽の
上端に隣接しているのが好ましい。当然、主入口と主出口は、必要とされる管の
長さを最小にするように位置決めされる。
【0038】 さらに本発明の別の形態に従って、溶液から金属を電解抽出するための電解槽
を操作する方法が提供される。
【0039】 電解槽は、離間した入口および出口と、それらの間に流路を画定するように陽
極を囲む実質的に円筒状の陰極とを有しており、 その方法は、電圧が陰極と陽極の間に負荷されている間、溶液中の金属微粒子
を陰極上に析出させるように、金属含有プロセス溶液を入口から出口に向かって
流路に沿って流し、 電解槽を通る溶液の流れを周期的に中断して電解槽内を逆方向にフラッシング
溶液を流し、フラッシング溶液が陰極から金属粉末を除去して電解槽から、その
金属粉末を洗い流し、プラントの金属回収セクションに導入する工程を含んでい
る。
【0040】 その方法は、プラントの金属回収セクションのような、フラッシング溶液から
金属微粒子を回収する工程をさらに含むことができる。
【0041】 その方法は、金属微粒子または粉末金属が電解槽から除去されたとき、フラッ
シング溶液の流れを中断し、電解槽内に溶液の正常な流れを回復し、さらに銅を
析出する工程を含むのが好ましい。
【0042】 その方法は、電解槽内にプロセス溶液を1〜6時間、典型的には、2.5〜4
.5時間流した後、電解槽をフラッシングする工程を含むことができる。典型的
には、フラッシング溶液は、電解槽を15〜30秒、好ましくは、20〜25で
通過する。
【0043】 プロセス溶液は、1000〜3500リットル/時間、好ましくは、2000
〜3000リットル/時間の流量で電解槽内を通過するのがよい。フラッシング
溶液は、6000〜10000リットル/時間、好ましくは、7000〜900
0リットル/時間の流量で電解槽内を圧送されるのがよい。
【0044】 典型的には、フラッシング溶液は、プロセス溶液よりも高圧で電解槽内を圧送
される。この高圧は、陰極からの金属粉末の除去に役立つ。
【0045】 正常作動中の典型的な電解槽において、金属含有プロセス溶液は、電解槽内を
入口から出口に向かって移動し、フラッシング溶液は、電解槽内を逆方向に、出
口から入口に向かって移動する。このようにして重力に助けられて、陰極から粉
末金属を除去し、それを電解槽から洗い流す。
【0046】 その方法は、陰極上に析出する板状または他の固体樹枝状晶類を除去するため
に、流路内を周期的に通過する機械式掃除機を備えることができる。
【0047】 その方法は、プロセス溶液の流れが中断されてフラッシング溶液の流れが開始
される前に、陰極から金属粉末を除去するのに役立つように、電解槽の流路を通
って泡、例えば気泡を上昇させることができる。
【0048】 さらに、本発明の別の形態に従って、上記のような電解槽のバンクの複数個を
有する電解抽出プラントが提供される。電解抽出される金属含有プロセス溶液が
、連続するバンクのそれぞれを通過しうるようにバンクは接続されている。
【0049】 典型的には、フラッシング溶液は、電解槽のバンクを通って逆方向に流れる。
【0050】 典型的には、フラッシング溶液は、いつ何時でも、複数の電解槽の単一のバン
クのみを通過する。フラッシング溶液は、連続するすべてのバンクを逆方向に流
れることはない。
【0051】 プラントは、少なくとも3つの連続する電解槽のバンクを備えることができる
。特定の設備のためのバンクの正確な数は、電解槽の電流密度とともに、プロセ
ス溶液の初期の等級と製品溶液の目標等級に依存する。
【0052】 典型的には、いつ何時でも、複数の電解槽の一つのバンクのみが、フラッシン
グのために、そこを通るプロセス溶液の流れが中断される。このように、プラン
トを通るプロセス溶液の流れは連続しており、複数の電解槽の一つのバンクのみ
がいつ何時でも、フラッシングに供される。
【0053】
【詳細な説明】
本発明に従った装置と方法を様々な形で示す。添付図面を参照しながら本発明
の好ましい実施例を詳細に説明する。図面を提供する目的は、本発明の技術的事
項に関心のある人に本発明の実用的効果を指摘することにある。詳細な説明は、
より幅広い記載を妨げるものでないことは明らかである。
【0054】 図1と図2において、番号1は本発明の電解槽である。電解槽1は、下端に入
口3と上端に出口4を有するハウジング2を備えている。電解槽1は、軸方向に
延びる陽極6と陽極6から半径方向に離間した陰極7とを備えている。陽極6と
陰極7は、それらの間に流路8を画定し、その流路を通ってプロセス溶液が入口
3から出口4に流れる。電解槽は、陽極6と陰極7の間において電解槽を横切っ
て電位差を負荷するために電源と電気回路を備えている。使用時において、電解
槽は、図1に示すプロセス流体条件と図2に示すフラッシング流体条件が交互に
起こる。
【0055】 ハウジング2は、ステンレス鋼製の長く延びた環状円筒体10と、エンジニア
リングプラスチック材料製の端部キャップ11および12とを有している。端部
キャップ11と12は、円筒体10の各端部に装着されている。これは必要なこ
とではないが、典型的には、端部キャップ11と12は、円筒体10に恒久的に
装着されている。図示例では、円筒体の端部にはフランジが付けられて、端部キ
ャップは、そのフランジと端部キャップを貫通するボルトによって円筒体に装着
されている。
【0056】 好ましい形状としては、円筒体10は6インチ(152.4mm)または8イン
チ(203.2mm)の直径を有している。軸方向に延びる入口3がハウジング2
の底部の端部キャップ12において画定され、入口3はハウジング2内の軸方向
にプロセス溶液を導く。図示例において、入口3は中心からずれている。しかし
、入口の正確な位置は重要ではない。入口は、以下により詳細に記載する、中心
に位置する支持部材に対応するように、中心からずれた位置にある。
【0057】 入口3と出口4は、典型的には、35〜40mmの直径を有する。これによって
、正常なプロセス流体条件において電解槽内を約1000〜3500リットル/
時間の流量が流れることと、フラッシング流体条件において6000〜1000
0リットル/時間の流量が流れることを容易にする。
【0058】 出口4は、入口3と同じように、ハウジングの上部の端部キャップ11から軸
方向に離れるように延びている。出口4は、図示例では、中心に位置している。
粉末金属が電解槽から排出されるとき、以下により詳細に記載するように、出口
4はフラッシング溶液の入口として作用し、入口3はフラッシング溶液の出口と
して作用する。
【0059】 陰極7は、上記したように、電気導電性材料から作製されている円筒体10の
壁によって形成されている。
【0060】 陽極6は、比較的小さい間隙を残し、陽極6と陰極7の間に流路8を形成する
ような大きさの円筒体とされる。典型的には、流路の幅は、10〜15mmとされ
る。従って、陰極と陽極の直径の差は、典型的には約1インチ(25.4mm)で
ある。図示例では、陽極6の直径は7インチであり、陰極7の直径は8インチで
ある。
【0061】 陽極6は、ハウジング2の下部端部キャップ12から突出しているサポート1
5によって支持されている。部材15は、実質的に中心に位置しており、それが
入口3が中心からずれている理由である。部材15は、端部キャップ12と陽極
6の両方に取りつけられており、陰極にきちんと合わせて陽極を適正な鉛直方向
に支持する。
【0062】 当然ながら、陽極6の上端18と下端19は、陽極6の周りの流路8内に溶液
を導くように、閉じられている。陽極6の上端は、陽極6の周りに沿ってハウジ
ング2内にフラッシング溶液を導き、流路8に沿って流すように、円錐形状部2
0を有している。
【0063】 端部キャップ11と12は、入口3と出口4を陰極7と陽極6の端部から軸方
向に離している。これによって、入口3と出口4に隣接するチャンバ21と22
が画定される。図示例において、チャンバ22は、入口3に向かって端部キャッ
プ12の側面から内方に傾斜している流れ面23を有している。これは、陰極7
から粉末金属が除去されたとき、入口3に向かって粉末金属を導くのに役立つ。
【0064】 プロセス流体条件において、例えば、銅イオンのような電解抽出のための金属
イオンを含むプロセス溶液は、図1に示すように、入口3から出口4に向かって
電解槽内を上昇する。プロセス溶液が流路8内を流れるとき、陰極7から陽極6
にかけて流路を横切るように電圧が負荷される。これによって、金属微粒子また
は金属粉末の形態で陰極7上に金属を析出する。いくらかの時間の後、固体の銅
が流路8を少なくとも部分的に閉ざすと、電解槽1内のプロセス溶液の流れは中
断される。
【0065】 電解槽は、陰極上に粉末金属を析出させる。板状金属ではなくて粉末金属の形
成は、出願人の従来の技術に比べてプロセス溶液の流量と陰極上の溶液の速度を
減少する流路内の乱流によって促進され、電流密度を減少し且つ比較的低級の溶
液を扱いうる。あるプロセスパラメータは、プロセス溶液の等級に依存する粉末
金属を生成する。
【0066】 溶液内の金属の等級が低いほど、金属は粉末を製造しやすくなる。電解槽を通
る流体の速度と電流密度が低いほど、溶液は板状金属ではなくて粉末金属を製造
しやすくなる。さらに、プラグフローではなくて電解槽内の乱流は、粉末の生成
を促進する。
【0067】 その後、フラッシング溶液が、出口4から入口3に向かって、逆方向に又は下
方に流れる。フラッシング溶液は重力に助けられて、陰極7上に析出した粉末金
属を除去し、その粉末金属を入口3に向かって陰極7を降下させる。入口3は、
フラッシング流体条件においては、出口として作用する。
【0068】 端部キャップ12によって画定されるチャンバの先細壁は、出口3に向かって
粉末金属を導くのに役立つ。典型的には、フラッシング溶液の圧力は、フラッシ
ングプロセスに役立つように、プロセス溶液よりも高い。
【0069】 入口3から排出された粉末金属は、典型的には配管内のフラッシング溶液によ
って、下流の集積部または処理ポイントまで運搬される。
【0070】 フラッシング流体条件は、一般に、20〜25秒であるが、この時間は臨界的
ではない。金属が電解槽から排出された後、フラッシング溶液の流れが中断され
て、プロセス溶液の流れが回復される。
【0071】 図3において、番号30は、複数の電解槽のバンクを示す。各電解槽は図1お
よび2に示すとおりである。従って、図1および2の電解槽の構成要素と同じも
ものは、同一番号を使用する。
【0072】 電解槽のバンク30は、複数の電解槽、典型的には、平行に配置された5〜2
0の電解槽1を有している。主入口32は、各電解槽1の入口3に接続されてお
り、主出口34は、各電解槽1の出口4に接続されている。
【0073】 プロセス溶液入口管路36は、主入口32に接続されている。同様に、プロセ
ス溶液出口管路38は、主出口34に接続されている。プロセス溶液入口バルブ
40とプロセス溶液出口バルブ41は、主入口32と主出口34を通るプロセス
溶液の流れを開放および閉鎖するために設置されている。
【0074】 また、主出口34はフラッシング溶液入口管路42に接続されており、主入口
32はフラッシング溶液出口管路43に接続されている。これは、円錐形沈澱槽
につながる重力排水路である。これらの管路にも、バルブ40および41に類似
のバルブ44および45が備わっている。
【0075】 バンク30は、出口マニホールド34の上部領域から突出する空気圧バルブを
含む上昇管46の形態である気体排出手段を有している。これによって、必要な
ときに、電解抽出プロセスによって生成する気体をそのプロセスから排出するこ
とができる。さらに、電解槽の全体のバンク30に対して単一の排気孔を有する
ことによって効率的な排気が達成される。
【0076】 典型的には、バルブ40、41、44および45は、他のバルブを使用するこ
ともできるが、空気圧バルブである。
【0077】 バンク30は、また、プロセス流体条件とフラッシング流体条件の間でバンク
を変更するように、バルブを開放および閉鎖するためのPLCコントローラの形
態の制御手段を有している。各プロセス流体サイクルは、1ないし3時間、例え
ば2時間継続し、各フラッシング流体サイクルは、20ないし25秒継続する。
【0078】 使用に際して、プロセス溶液は、管路36を通り、バルブ40を経て主入口3
2に入る。それから、プロセス溶液は、各電解槽1を平行に流れる。電解槽を通
過中に、図1および2に関して説明したように、金属は電解抽出される。その溶
液は、電解槽1の出口4を出て、主出口34を通過し、管路38から排出される
。それから、そのプロセス溶液は、電解槽の次のバンクを通過する。
【0079】 バンクがプロセス流体条件からフラッシング流体条件に変更されるとき、バル
ブ40と41が閉じられて、バルブ44と45が開かれる。これによって、プロ
セス溶液の流れを閉鎖し、フラッシング溶液が電解槽内を逆方向に流れることが
できるようになる。
【0080】 上記のように、電解槽のバンクの利点は、比較的簡単なバルブシステムを有す
るということである。電解槽のバンクは、個々の電解槽を逆流する流れに対して
4個のバルブを有するだけでよい。これによって、プロセスの信頼性が高められ
、メンテナンスフリーとなる。また、設備がより安価になる。さらに、電解槽の
全バンクに対して単一の排気孔を使用するだけでよい。
【0081】 図4は、電解槽のバンクの複数個を有するプラントのフローシートである。各
バンクは図3に関して説明したとおりである。従って、図1〜3の電解槽の構成
要素と同じものは、同一番号を使用する。
【0082】 各バンク30の個々の電解槽は、平行に接続されており、各電解槽1の入口3
と出口4は、それぞれ主入口32と主出口34に接続されている。各バンクは、
直列に接続されている。このように、金属イオンを含むプロセス溶液は、各バン
クを通過する。金属イオンは各バンクを通過中に溶液からだんだんと除去される
。プラントで使用れるバンクの総数は、供給溶液の初期等級、希望する除去金属
の量および製品溶液の目標等級に依存する。
【0083】 一つのバンクのみが、ある時フラッシングされる。これによって、フラッシン
グされるバンクを単にバイパスするだけで、プロセス溶液はプラントを連続的に
流れる。バンクは、各電解槽を逆方向に平行に流れるフラッシング溶液によって
フラッシングされる。フラッシング溶液と金属粉は、主入口に集められ、それか
ら沈澱槽へ重力で導かれる。
【0084】 上記電解槽の重要な利点は、銅管とは異なり、扱いやすい金属粉を製造するこ
とである。それによって、手操作よりむしろプロセス配置によって自動的に金属
粉を得ることができる。従来の電解槽においては、周期的に電解槽を開放し、か
さばる銅管を物理的に除去し、それからプロセスを再開するために電解槽を閉鎖
することが必要である。本プロセスは、出願人が知っている唯一の非浸入型自動
電解槽である。これらの特性を有する結果、このプロセスは実用的であり、商業
プラントに適用できる。
【0085】 上記電解槽の利点は、金属粉を効率的に製造することができる点である。陰極
と陽極の間隙は比較的狭いので、電圧に対する電流密度が高くなり、金属製品の
生産性が高められる。
【0086】 上記プラントの別の利点は、単一の主入口と主出口と単一のバルブセットを、
金属粉を得るために電解槽のフラッシングを制御するのに使用できるという点で
ある。
【0087】 上記は、本発明を図示例によって説明したのであり、当業者にとって明らかな
すべての修正及び変形は本発明の技術的範囲に含まれることは分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 正常なプロセス流体条件にある本発明の電解槽の正面断面図である。
【図2】 フラッシング流体条件にある図1の電解槽の正面断面図である。
【図3】 お互いに作動可能に接続された図1の電解槽の複数個からなるバンクの正面図
である。
【図4】 図3の電解槽のバンクの複数個を有するプロセスのフローシートである。
【符号の説明】
1…電解槽 2…ハウジング 3…入口 4…出口 6…陽極 7…陰極 8…流路 10…円筒体 11、12…端部キャップ 15…サポート 18…陽極の上端 19…陽極の下端 20…円錐形状部 21、22…チャンバ 23…内方に傾斜している流れ面 32…主入口 34…主出口 36…プロセス溶液入口管路 38…プロセス溶液出口管路 40…プロセス溶液入口バルブ 41…プロセス溶液出口バルブ 42…フラッシング溶液入口管路 43…フラッシング溶液出口管路 44…フラッシング溶液入口バルブ 45…フラッシング溶液出口バルブ
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年8月6日(2001.8.6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】 本発明は、金属を含む溶液から金属を電解抽出するための方法及び装置に関す
る。本発明は特に、板状金属とは異なり、金属微粒子、例えば、粉末金属の製造
に関する。 本発明は、銅を含む溶液、例えば、鉱山や鉱物処理現場でしばしば見られるよ
うな低級銅溶液から粉末状で銅を電解抽出するための方法及び装置に関するが、
これに限定されるものではなく、この実施例に基づいて本発明を説明するのが好
都合である。しかし、本発明は、他の金属、例えば、銀やニッケルやコバルトや
錫などにも応用しうることは明らかである。
【発明の背景】 出願人は、以前に、水溶液から銅や錫のような金属を電解抽出するための電解
槽を設計した。その電解槽は、鉱物回収装置という名称の本出願人による国際出
願PCT/AU96/00332に開示されている。その国際出願の全内容は、
本願に含まれている。 上記出願は、ハウジング底部に接線方向の入口とハウジング頂部に接線方向の
出口を有する電解槽を開示している。円筒形のハウジングの特定方向に向けて電
解槽内に溶液を導く入口の方向は、電解槽内に螺旋状の流れを誘導する。棒状の
陽極が電解槽と同軸にハウジングの長手方向に延びており、分割円筒状スリーブ
陰極がハウジングの壁を支持して、陽極との間に間隙を設けて陽極を囲むように
その外側に配置されている。使用時に陰極と陽極の間の流路に電位差が負荷され
て、電解抽出金属製造プロセスが実施される。入口から出口への電解槽内の螺旋
状の流れが陰極に銅イオンを供給して、低級溶液においても経済的且つ連続的に
銅をメッキする。 このプロセスは、分割スリーブの内側に銅管をメッキする。銅板が約6〜8cm
(2.4〜3.14インチ)の厚さに達したとき、取り出される。これは、電解
槽の頂部キャップを除去し、電解槽の頂部を経て分割スリーブを持ち上げること
によって行われる。これは肉体への負荷が大きく、プロセスの他の特性に悪影響
を与える。 上記プロセスを使う商業プラントは、文字通り何百もの電解槽のバンクを有し
ているので、上記のような電解槽からの取り出しは、肉体への負荷が大きい作業
である。さらに上記のような銅管の製造には、管の扱いと輸送に特別の手順が必
要であるという不利な点がある。もし、電解槽から銅を取り出すための容易な方
法が案出されれば、好都合である。 さらに、上記電解槽は、陰極と陽極の間の間隙が大きいために、効率が低いと
いう欠点がある。その結果、陰極と陽極の間に高電圧を負荷しなければならず、
電流密度は相対的に低くなる。製造される金属量は陰極と陽極の間の電流密度に
比例するので、単位入力電力量あたりの電流密度はできる限り高い方が好ましい
【発明の要約】 本発明の第一の形態に従って、溶液から粉末金属を電解抽出するための電解槽
であって、 一端側に入口と他端側に出口を有するハウジングと、 ハウジングを通って実質的に軸方向に延びる陽極と、 陽極と陰極との間に5〜25mmの間隙を有する流路を画定するように、陽極か
ら外側へ向かって間隔をおいて配置された、陽極を囲む陰極と、 陽極と陰極との間に電位差を負荷するための手段とを有している電解槽が提供
される。 その電解槽は、銅管を製造するための電解抽出プレートセルまたは電解抽出円
筒状セルのいずれよりも、陰極と陽極の間の間隙が実質的に狭い。これは、特に
低電導度の溶液において、陰極と陽極の間の電流密度を増加するのに役立つ。 典型的には、ハウジングはハウジング内の溶液を移すための機械的手段をハウ ジング内に欠いている。ハウジングは、また、金属が析出した陰極から、その金 属を機械的に剥離するための機械的剥離手段を欠いている。 その間隙は5〜20mmがより好ましく、10〜15mmがさらに好ましく、12
〜13mmが最も好ましい。 典型的には、陽極と陰極は実質的に円筒状である。陰極は、ハウジングの壁に
よって形成するか、又は、ハウジングの壁に隣接して配置されたスリーブによっ
て形成することができる。陰極は、金属であるハウジングの壁によって形成する
のが好ましい。 使用に際して、典型的には、電解槽の一端は相対的に上方を向いており、電解
槽の他端は相対的に下方を向いており、入口は下端に位置するか又は下端に隣接
しており、出口は上端に位置するか又は上端に隣接している。 このように、使用に際して、電解抽出される金属イオンを含むプロセス溶液は
、入口から出口に向かって電解槽内を上昇し、金属が粉末として陰極上に析出す
る。周期的にフラッシング溶液が、析出した粉末金属を電解槽から取り出すため
に、電解槽内を逆方向に圧送される。電解抽出プロセスによって生成される気体
が電解槽内の上部領域から排出口を経て排出されるように、プロセス溶液が電解
槽内を移動するのが好ましい。重力がフラッシングプロセスに役立つように、フ
ラッシング溶液は電解槽内を下方に向けて移動するのが特に好ましい。典型的に
は、フラッシングは、金属粉末をばらばらにするのに役立つように、フラッシン
グ溶液の圧力を増すか、陰極上に気泡を通過させるというような手段によって助
けられる。 入口は、実質的に軸方向に沿って電解槽内に溶液を導くのが好ましい。 出口は、電解槽内を通過するフラッシング流体が出口を経て電解槽内を軸方向
に沿って逆方向に流出するような方向を向いているのが好ましい。 入口は電解槽の一端において画定され、出口は電解槽の他端において画定され
るのが好ましい。 入口の方向と流路の間隙は、流路に沿って流れるプロセス溶液に乱流が発生す
るのを容易にする。これは、電解槽内において入口から出口に向かう螺旋状のプ
ラグフローを誘導する従来の電解槽の接線方向の入口とは全く異なっている。プ
ラグフローは乱流とは基本的に異なる電解槽の出口を経て逆方向に流れるフラッシング溶液は、乱流を促進するよう
に電解槽内の軸方向に導かれるのが、同様に好ましい。このフラッシング溶液の
乱流は、陰極から粉末金属を除去するのに役立つ。 フラッシングサイクル中に陰極が洗浄されて、電解槽から排出される入口に向
かって粉末を導入するための手段を電解槽がさらに有するのが好ましい。その導 入手段は、入口に向かって下方内側に傾斜するハウジングの内表面によって形成 することができる。 これは電解槽の底部のデッドスペースに集められる金属粉末類を減少し、電解
槽から金属粉末を完全に排出するのに役立つ。 電解槽は、陽極と陰極の間の流路に形成された金属の樹枝状晶を破壊するため の機械的清掃手段を有するのが好ましい。他の清掃手段を使用することもできる けれども、機械的清掃手段は、流路に沿って物理的に移動する機械式掃除機を有 することができる。 当然、プロセス流体パラメータは、陰極上に析出する金属の樹枝状晶のような
固体金属類を減少するように設定される。出願人は、樹枝状晶のような金属板の
障害物が流路に形成されにくくなると信じる一方、商業プラントで使用される場
合にプロセス設備の信頼性を高めようとするならば、金属の障害物をチェックし
、除去する手段を備えることが必要である。 陽極の端部は、陽極の周りに沿った環状の流路を経て流体を導くために閉じて
いるのが好ましい。一端は、フラッシング溶液を出口を経て流路に向けて導くた
めに、ほぼ円錐形状の流路形成部を有している。閉じた端部は陽極の周りの流路
に沿って溶液が流れるようにする。 電解槽は、ハウジングの一端に装着されてハウジング内において実質的に軸方
向に突出している支持部材として陽極を支持するサポートを備えることができる
。支持部材は、陰極に揃えて鉛直方向の適当な位置において陽極を機械的に支持
し、陽極を電気回路に電気的に接続している。 特に、ハウジングは、ステンレス鋼製の円筒体と該円筒体の各端部に非導電性
の材料からなる端部キャップを有し、各端部キャップは、陰極と陽極から外に向
かって軸方向にチャンバを画定するのが好ましい。チャンバの一つは、入口を通
って粉末金属を導入するために、上記のような傾斜した内表面を形成することが
できる。 このようにして陰極を形成する円筒体は、支持部材および端部キャップの一つ
を通る陽極への電気的接続から絶縁されている。 陽極および流れ形成部は、溶液が陽極の周りの流路内を流れることを確実にす る。支持部材は、陰極の向きに一致させて陽極を適正な鉛直方向に機械的に支持 し、陽極を電気回路に電気的に接続する。 特に好ましい電解槽の形状は、陰極は7.5インチから8.5インチ、好まし
くは約8インチの直径であって、陽極は6.5インチから7.5インチ、好まし
くは約7インチの直径であって、陽極と陰極の間の間隙は0.5インチから1.
5インチ、好ましくは約1インチであるのがよい。さらに最も好ましい形状とし
て、ハウジングは実質的に鉛直方向に延びており、入口は下端キャップの端にお
いて画定され、出口は上端キャップの端において画定される本発明の別の形態に従って、平行に配置された、請求項1記載のように特定さ れる 複数個の電解槽と、 電解槽を通って平行にプロセス溶液を導くためにバンク内の各電解槽の入口に
接続された主入口と、 電解槽からプロセス溶液を排出するために各電解槽の出口に接続された主出口
と、 必要なときに電解槽のバンクを通るプロセス溶液の流れを中断し、主出口を
通って逆方向にフラッシング溶液を流し、そのフラッシング溶液をバンク内の各
電解槽を通過させ、主入口を通ってそのフラッシング溶液を排出するための手段
を有している電解槽のバンクが提供される。 使用に際して、プロセス溶液がバンクの各電解槽を平行に流れ、次いで、フラ
ッシング溶液は周期的または断続的に電解槽内を逆方向に平行に流れ、電解槽か
ら粉末金属を洗い流す。 流れ逆転手段は、主入口へのプロセス溶液の流れを開放および閉鎖するための
プロセス溶液入口バルブ手段と、主出口から下流方向へのプロセス溶液の流れを
開放および閉鎖するためのプロセス溶液出口バルブ手段と、主出口へのフラッシ
ング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシング溶液入口バルブ手段と
、主入口からのフラッシング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシン
グ溶液出口バルブ手段を有しているのが好ましい。 電解槽のバンクを通るプロセス溶液およびフラッシング溶液のそれぞれの流れ
の制御は、プロセス溶液およびフラッシング溶液の各々と結びついた主入口バル
ブ、主出口バルブおよび単一のバルブセットによって実行される。これは多数の
電解槽を有するバンクにとって、かなり単純な網状組織であり、単純なバルブ配
置である。各電解槽に対して別々のバルブ配置を有するより、ずっと単純である
。 バンクは、あるとき、バンクを通ってフラッシング溶液またはプロセス溶液の
みが流れるようにバルブを制御する制御手段を備えることができる。多くの異な
る制御手段を使用できるが、PLCコントローラが特に有用である。 バルブ手段の制御は、手の操作を含む様々な方法で実行できる。PLCコント
ローラは、プロセスを信頼性高く制御するために使用できる既製の実証済みの製
品である。 典型的には、バンクは、バンク内の電解槽から電解抽出プロセスによって生成
される気体を排出するための手段を備えている。典型的には、排出手段は、主出
口に接続された排出口を有している。 排出口は、商業プラントにおいて電解抽出プロセスによって生成される気体を
排出するために重要である。各電解槽の出口に作動可能に接続された主出口を有
することによって、単一の排出口をバンク内のすべての電解槽の排気のために使
用できる。それは、各電解槽に対して排出口を有するよりもかなり単純で安価で
ある。 主入口は、各電解槽の下端に隣接しているのが好ましく、主出口は、電解槽の
上端に隣接しているのが好ましい。当然、主入口と主出口は、必要とされる管の
長さを最小にするように位置決めされる。 さらに本発明の別の形態に従って、溶液から金属を電解抽出するための電解槽
を操作する方法が提供される。 電解槽は、離間した入口および出口と、それらの間に流路を画定するように陽
極を囲む実質的に円筒状の陰極とを有しており、 その方法は、電圧が陰極と陽極の間に負荷されている間、溶液中の金属微粒子
を陰極上に析出させるように、金属含有プロセス溶液を入口から出口に向かって
流路に沿って流し、 電解槽を通る溶液の流れを周期的に中断して電解槽内を逆方向にフラッシング
溶液を流し、フラッシング溶液が陰極から金属粉末を除去して電解槽から、その
金属粉末を洗い流し、プラントの金属回収セクションに導入する工程を含んでい
る。 その方法は、プラントの金属回収セクションのような、フラッシング溶液から
金属微粒子を回収する工程をさらに含むことができる。 その方法は、金属微粒子または粉末金属が電解槽から除去されたとき、フラッ
シング溶液の流れを中断し、電解槽内に溶液の正常な流れを回復し、さらに銅を
析出する工程を含むのが好ましい。 その方法は、電解槽内にプロセス溶液を1〜6時間、典型的には、2.5〜4
.5時間流した後、電解槽をフラッシングする工程を含むことができる。典型的
には、フラッシング溶液は、電解槽を15〜30秒、好ましくは、20〜25で
通過する。 プロセス溶液は、1000〜3500リットル/時間、好ましくは、2000
〜3000リットル/時間の流量で電解槽内を通過するのがよい。フラッシング
溶液は、6000〜10000リットル/時間、好ましくは、7000〜900
0リットル/時間の流量で電解槽内を圧送されるのがよい。 典型的には、フラッシング溶液は、プロセス溶液よりも高圧で電解槽内を圧送
される。この高圧は、陰極からの金属粉末の除去に役立つ。 正常作動中の典型的な電解槽において、金属含有プロセス溶液は、電解槽内を
入口から出口に向かって移動し、フラッシング溶液は、電解槽内を逆方向に、出
口から入口に向かって移動する。このようにして重力に助けられて、陰極から粉
末金属を除去し、それを電解槽から洗い流す。 その方法は、陰極上に析出する板状または他の固体樹枝状晶類を除去するため
に、流路内を周期的に通過する機械式掃除機を備えることができる。 その方法は、プロセス溶液の流れが中断されてフラッシング溶液の流れが開始
される前に、陰極から金属粉末を除去するのに役立つように、電解槽の流路を通
って泡、例えば気泡を上昇させることができる。 さらに、本発明の別の形態に従って、上記のような電解槽のバンクの複数個を
有する電解抽出プラントが提供される。電解抽出される金属含有プロセス溶液が
、連続するバンクのそれぞれを通過しうるようにバンクは接続されている。 典型的には、フラッシング溶液は、電解槽のバンクを通って逆方向に流れる。 典型的には、フラッシング溶液は、いつ何時でも、複数の電解槽の単一のバン
クのみを通過する。フラッシング溶液は、連続するすべてのバンクを逆方向に流
れることはない。 プラントは、少なくとも3つの連続する電解槽のバンクを備えることができる
。特定の設備のためのバンクの正確な数は、電解槽の電流密度とともに、プロセ
ス溶液の初期の等級と製品溶液の目標等級に依存する。 典型的には、いつ何時でも、複数の電解槽の一つのバンクのみが、フラッシン
グのために、そこを通るプロセス溶液の流れが中断される。このように、プラン
トを通るプロセス溶液の流れは連続しており、複数の電解槽の一つのバンクのみ
がいつ何時でも、フラッシングに供される。
【詳細な説明】 本発明に従った装置と方法を様々な形で示す。添付図面を参照しながら本発明
の好ましい実施例を詳細に説明する。図面を提供する目的は、本発明の技術的事
項に関心のある人に本発明の実用的効果を指摘することにある。詳細な説明は、
より幅広い記載を妨げるものでないことは明らかである。 図1と図2において、番号1は本発明の電解槽である。電解槽1は、下端に入
口3と上端に出口4を有するハウジング2を備えている。電解槽1は、軸方向に
延びる陽極6と陽極6から半径方向に離間した陰極7とを備えている。陽極6と
陰極7は、それらの間に流路8を画定し、その流路を通ってプロセス溶液が入口
3から出口4に流れる。電解槽は、陽極6と陰極7の間において電解槽を横切っ
て電位差を負荷するために電源と電気回路を備えている。使用時において、電解
槽は、図1に示すプロセス流体条件と図2に示すフラッシング流体条件が交互に
起こる。 ハウジング2は、ステンレス鋼製の長く延びた環状円筒体10と、エンジニア
リングプラスチック材料製の端部キャップ11および12とを有している。端部
キャップ11と12は、円筒体10の各端部に装着されている。これは必要なこ
とではないが、典型的には、端部キャップ11と12は、円筒体10に恒久的に
装着されている。図示例では、円筒体の端部にはフランジが付けられて、端部キ
ャップは、そのフランジと端部キャップを貫通するボルトによって円筒体に装着
されている。 好ましい形状としては、円筒体10は6インチ(152.4mm)または8イン
チ(203.2mm)の直径を有している。軸方向に延びる入口3がハウジング2
の底部の端部キャップ12において画定され、入口3はハウジング2内の軸方向
にプロセス溶液を導く。図示例において、入口3は中心からずれている。しかし
、入口の正確な位置は重要ではない。入口は、以下により詳細に記載する、中心
に位置する支持部材に対応するように、中心からずれた位置にある。 入口3と出口4は、典型的には、35〜40mmの直径を有する。これによって
、正常なプロセス流体条件において電解槽内を約1000〜3500リットル/
時間の流量が流れることと、フラッシング流体条件において6000〜1000
0リットル/時間の流量が流れることを容易にする。 出口4は、入口3と同じように、ハウジングの上部の端部キャップ11から軸
方向に離れるように延びている。出口4は、図示例では、中心に位置している。
粉末金属が電解槽から排出されるとき、以下により詳細に記載するように、出口
4はフラッシング溶液の入口として作用し、入口3はフラッシング溶液の出口と
して作用する。 陰極7は、上記したように、電気導電性材料から作製されている円筒体10の
壁によって形成されている。 陽極6は、比較的小さい間隙を残し、陽極6と陰極7の間に流路8を形成する
ような大きさの円筒体とされる。典型的には、流路の幅は、10〜15mmとされ
る。従って、陰極と陽極の直径の差は、典型的には約1インチ(25.4mm)で
ある。図示例では、陽極6の直径は7インチであり、陰極7の直径は8インチで
ある。 陽極6は、ハウジング2の下部端部キャップ12から突出しているサポート1
5によって支持されている。部材15は、実質的に中心に位置しており、それが
入口3が中心からずれている理由である。部材15は、端部キャップ12と陽極
6の両方に取りつけられており、陰極にきちんと合わせて陽極を適正な鉛直方向
に支持する。 当然ながら、陽極6の上端18と下端19は、陽極6の周りの流路8内に溶液
を導くように、閉じられている。陽極6の上端は、陽極6の周りに沿ってハウジ
ング2内にフラッシング溶液を導き、流路8に沿って流すように、円錐形状部2
0を有している。 端部キャップ11と12は、入口3と出口4を陰極7と陽極6の端部から軸方
向に離している。これによって、入口3と出口4に隣接するチャンバ21と22
が画定される。図示例において、チャンバ22は、入口3に向かって端部キャッ
プ12の側面から内方に傾斜している流れ面23を有している。これは、陰極7
から粉末金属が除去されたとき、入口3に向かって粉末金属を導くのに役立つ。 プロセス流体条件において、例えば、銅イオンのような電解抽出のための金属
イオンを含むプロセス溶液は、図1に示すように、入口3から出口4に向かって
電解槽内を上昇する。プロセス溶液が流路8内を流れるとき、陰極7から陽極6
にかけて流路を横切るように電圧が負荷される。これによって、金属微粒子また
は金属粉末の形態で陰極7上に金属を析出する。いくらかの時間の後、固体の銅
が流路8を少なくとも部分的に閉ざすと、電解槽1内のプロセス溶液の流れは中
断される。 電解槽は、陰極上に粉末金属を析出させる。板状金属ではなくて粉末金属の形
成は、出願人の従来の技術に比べてプロセス溶液の流量と陰極上の溶液の速度を
減少する流路内の乱流によって促進され、電流密度を減少し且つ比較的低級の溶
液を扱いうる。あるプロセスパラメータは、プロセス溶液の等級に依存する粉末
金属を生成する。 溶液内の金属の等級が低いほど、金属は粉末を製造しやすくなる。電解槽を通
る流体の速度と電流密度が低いほど、溶液は板状金属ではなくて粉末金属を製造
しやすくなる。さらに、プラグフローではなくて電解槽内の乱流は、粉末の生成
を促進する。 その後、フラッシング溶液が、出口4から入口3に向かって、逆方向に又は下
方に流れる。フラッシング溶液は重力に助けられて、陰極7上に析出した粉末金
属を除去し、その粉末金属を入口3に向かって陰極7を降下させる。入口3は、
フラッシング流体条件においては、出口として作用する。 端部キャップ12によって画定されるチャンバの先細壁は、出口3に向かって
粉末金属を導くのに役立つ。典型的には、フラッシング溶液の圧力は、フラッシ
ングプロセスに役立つように、プロセス溶液よりも高い。 入口3から排出された粉末金属は、典型的には配管内のフラッシング溶液によ
って、下流の集積部または処理ポイントまで運搬される。 フラッシング流体条件は、一般に、20〜25秒であるが、この時間は臨界的
ではない。金属が電解槽から排出された後、フラッシング溶液の流れが中断され
て、プロセス溶液の流れが回復される。 図3において、番号30は、複数の電解槽のバンクを示す。各電解槽は図1お
よび2に示すとおりである。従って、図1および2の電解槽の構成要素と同じも
ものは、同一番号を使用する。 電解槽のバンク30は、複数の電解槽、典型的には、平行に配置された5〜2
0の電解槽1を有している。主入口32は、各電解槽1の入口3に接続されてお
り、主出口34は、各電解槽1の出口4に接続されている。 プロセス溶液入口管路36は、主入口32に接続されている。同様に、プロセ
ス溶液出口管路38は、主出口34に接続されている。プロセス溶液入口バルブ
40とプロセス溶液出口バルブ41は、主入口32と主出口34を通るプロセス
溶液の流れを開放および閉鎖するために設置されている。 また、主出口34はフラッシング溶液入口管路42に接続されており、主入口
32はフラッシング溶液出口管路43に接続されている。これは、円錐形沈澱槽
につながる重力排水路である。これらの管路にも、バルブ40および41に類似
のバルブ44および45が備わっている。 バンク30は、出口マニホールド34の上部領域から突出する空気圧バルブを
含む上昇管46の形態である気体排出手段を有している。これによって、必要な
ときに、電解抽出プロセスによって生成する気体をそのプロセスから排出するこ
とができる。さらに、電解槽の全体のバンク30に対して単一の排気孔を有する
ことによって効率的な排気が達成される。 典型的には、バルブ40、41、44および45は、他のバルブを使用するこ
ともできるが、空気圧バルブである。 バンク30は、また、プロセス流体条件とフラッシング流体条件の間でバンク
を変更するように、バルブを開放および閉鎖するためのPLCコントローラの形
態の制御手段を有している。各プロセス流体サイクルは、1ないし3時間、例え
ば2時間継続し、各フラッシング流体サイクルは、20ないし25秒継続する。 使用に際して、プロセス溶液は、管路36を通り、バルブ40を経て主入口3
2に入る。それから、プロセス溶液は、各電解槽1を平行に流れる。電解槽を通
過中に、図1および2に関して説明したように、金属は電解抽出される。その溶
液は、電解槽1の出口4を出て、主出口34を通過し、管路38から排出される
。それから、そのプロセス溶液は、電解槽の次のバンクを通過する。 バンクがプロセス流体条件からフラッシング流体条件に変更されるとき、バル
ブ40と41が閉じられて、バルブ44と45が開かれる。これによって、プロ
セス溶液の流れを閉鎖し、フラッシング溶液が電解槽内を逆方向に流れることが
できるようになる。 上記のように、電解槽のバンクの利点は、比較的簡単なバルブシステムを有す
るということである。電解槽のバンクは、個々の電解槽を逆流する流れに対して
4個のバルブを有するだけでよい。これによって、プロセスの信頼性が高められ
、メンテナンスフリーとなる。また、設備がより安価になる。さらに、電解槽の
全バンクに対して単一の排気孔を使用するだけでよい。 図4は、電解槽のバンクの複数個を有するプラントのフローシートである。各
バンクは図3に関して説明したとおりである。従って、図1〜3の電解槽の構成
要素と同じものは、同一番号を使用する。 各バンク30の個々の電解槽は、平行に接続されており、各電解槽1の入口3
と出口4は、それぞれ主入口32と主出口34に接続されている。各バンクは、
直列に接続されている。このように、金属イオンを含むプロセス溶液は、各バン
クを通過する。金属イオンは各バンクを通過中に溶液からだんだんと除去される
。プラントで使用れるバンクの総数は、供給溶液の初期等級、希望する除去金属
の量および製品溶液の目標等級に依存する。 一つのバンクのみが、ある時フラッシングされる。これによって、フラッシン
グされるバンクを単にバイパスするだけで、プロセス溶液はプラントを連続的に
流れる。バンクは、各電解槽を逆方向に平行に流れるフラッシング溶液によって
フラッシングされる。フラッシング溶液と金属粉は、主入口に集められ、それか
ら沈澱槽へ重力で導かれる。 上記電解槽の重要な利点は、銅管とは異なり、扱いやすい金属粉を製造するこ
とである。それによって、手操作よりむしろプロセス配置によって自動的に金属
粉を得ることができる。従来の電解槽においては、周期的に電解槽を開放し、か
さばる銅管を物理的に除去し、それからプロセスを再開するために電解槽を閉鎖
することが必要である。本プロセスは、出願人が知っている唯一の非浸入型自動
電解槽である。これらの特性を有する結果、このプロセスは実用的であり、商業
プラントに適用できる。 上記電解槽の利点は、金属粉を効率的に製造することができる点である。陰極
と陽極の間隙は比較的狭いので、電圧に対する電流密度が高くなり、金属製品の
生産性が高められる。 上記プラントの別の利点は、単一の主入口と主出口と単一のバルブセットを、
金属粉を得るために電解槽のフラッシングを制御するのに使用できるという点で
ある。 上記は、本発明を図示例によって説明したのであり、当業者にとって明らかな
すべての修正及び変形は本発明の技術的範囲に含まれることは分かる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 タラント, デーヴィッド ブルース オーストラリア 4210 クイーンズランド パークウッド ヘンリー コットン ド ライブ 118 Fターム(参考) 4K058 BA17 BA21 BA23 BA28 BA37 BB04 DD05 EA02 EB01 EB14 ED01 FA06 GA12

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶液から粉末金属を電解抽出するための電解槽であって、 一端側に入口と他端側に出口を有するハウジングと、 ハウジングを通って実質的に軸方向に延びる陽極と、 陽極と陰極との間に5〜25mmの間隙を有する流路を画定するように、陽極か
    ら外側へ向かって間隔をおいて配置された、陽極を囲む陰極と、 陽極と陰極との間に電位差を負荷するための手段とを有する電解槽。
  2. 【請求項2】 陽極と陰極は実質的に円筒状である請求項1記載の電解槽。
  3. 【請求項3】 陰極は、ハウジングの壁によって形成されているか、又は、
    ハウジングの壁に隣接して配置されたスリーブによって形成されている請求項1
    または2記載の電解槽。
  4. 【請求項4】 陽極と陰極の間の間隙は、10〜15mmである請求項1ない
    し3のいずれか1項に記載の電解槽。
  5. 【請求項5】 使用に際して、電解槽の一端は相対的に上方を向いており、
    電解槽の他端は相対的に下方を向いており、入口は下端に位置するか又は下端に
    隣接しており、出口は上端に位置するか又は上端に隣接している請求項1ないし
    4のいずれか1項に記載の電解槽。
  6. 【請求項6】 入口は、実質的に軸方向に沿って電解槽内に溶液を導く請求
    項1ないし5のいずれか1項に記載の電解槽。
  7. 【請求項7】 出口は、電解槽内を通過するフラッシング流体が電解槽内を
    軸方向に沿って逆方向に流出するような方向を向いている請求項1ないし6のい
    ずれか1項に記載の電解槽。
  8. 【請求項8】 入口は電解槽の一端において画定され、出口は電解槽の他端
    において画定される請求項7記載の電解槽。
  9. 【請求項9】 電解槽は、フラッシングサイクル中に陰極が洗浄されて、電
    解槽から排出される入口に向かって粉末を導入するための手段をさらに有してい
    る請求項8記載の電解槽。
  10. 【請求項10】 粉末導入手段は、ハウジングの傾斜した内表面によって形
    成される請求項9記載の電解槽。
  11. 【請求項11】 金属微粒子の陽極と陰極の間の流路を物理的に清掃するた
    めの清掃手段を有し、その清掃手段は流路に沿って物理的に移動する機械式掃除
    機を備えている請求項1ないし10のいずれか1項に記載の電解槽。
  12. 【請求項12】 陽極の端部は、陽極の周りに沿う環状の流路を経て流体を
    導くために閉じている請求項1ないし11のいずれか1項に記載の電解槽。
  13. 【請求項13】 ハウジング内の陽極を支持するためのサポートをさらに有
    している請求項12記載の電解槽。
  14. 【請求項14】 サポートは、ハウジングの一端に装着されて陽極を支持す
    る場所であるハウジング内において実質的に軸方向に突出している支持部材を有
    している請求項13記載の電解槽。
  15. 【請求項15】 陰極と陽極の間の流路に向けて出口を経て電解槽にフラッ
    シング溶液を導くために円錐形状の流れ形成部を有している請求項12ないし1
    4のいずれか1項に記載の電解槽。
  16. 【請求項16】 ハウジングは、ステンレス鋼製の円筒体と非導電性の材料
    からなる端部キャップを有し、各端部キャップは、陰極と陽極から外に向かって
    軸方向にチャンバを画定する請求項1ないし15のいずれか1項に記載の電解槽
  17. 【請求項17】 陰極は7.5インチ(190.5mm)から8.5インチ(
    215.9mm)の直径を有し、陽極は6.5インチ(165.1mm)から7.5
    インチ(190.5mm)の直径を有し、陽極と陰極の間の直径の差は0.5イン
    チ(12.7mm)から1.5インチ(38.1mm)である請求項16記載の電解
    槽。
  18. 【請求項18】 陰極から金属粉末を除去するときに役立つように、陰極と
    陽極の間の流路に沿って上方に向かって気体を泡立たせる手段をさらに有してい
    る請求項1ないし17のいずれか1項に記載の電解槽。
  19. 【請求項19】 ハウジングは実質的に鉛直方向に延びており、入口は電解
    槽の底部において画定され、出口は電解槽の頂部において画定され、陰極と陽極
    は10〜15mmの間隙を有している請求項1ないし18のいずれか1項に記載の
    電解槽。
  20. 【請求項20】 電解槽のバンクであって、 平行に配置された請求項1記載の複数個の電解槽と、 電解槽を通って平行にプロセス溶液を導くためにバンク内の各電解槽の入口に
    接続された主入口と、 電解槽からプロセス溶液を排出するために各電解槽の出口に接続された主出口
    と、 必要なときに電解槽のバンクを通るプロセス溶液の流れを中断し、主出口を
    通って逆方向にフラッシング溶液を流し、そのフラッシング溶液をバンク内の各
    電解槽を通過させ、主入口を通ってそのフラッシング溶液を排出するための手段
    を有している電解槽のバンク。
  21. 【請求項21】 流れ逆転手段は、主入口へのプロセス溶液の流れを開放お
    よび閉鎖するためのプロセス溶液入口バルブ手段と、主出口から下流方向へのプ
    ロセス溶液の流れを開放および閉鎖するためのプロセス溶液出口バルブ手段を有
    している請求項20記載の電解槽のバンク。
  22. 【請求項22】 流れ逆転手段は、主出口へのフラッシング溶液の流れを開
    放および閉鎖するためのフラッシング溶液入口バルブ手段と、主入口からのフラ
    ッシング溶液の流れを開放および閉鎖するためのフラッシング溶液出口バルブ手
    段を有している請求項21記載の電解槽のバンク。
  23. 【請求項23】 プロセス溶液入口バルブ手段および出口バルブ手段の開放
    および閉鎖と、フラッシング溶液入口バルブ手段および出口バルブ手段の開放お
    よび閉鎖をそれぞれ制御するための制御手段をさらに有している請求項22記載
    の電解槽のバンク。
  24. 【請求項24】 制御手段のみが、プロセス溶液入口バルブ手段および出口
    バルブ手段が閉じているとき、フラッシング溶液入口バルブ手段および出口バル
    ブ手段を開放する請求項23記載の電解槽のバンク。
  25. 【請求項25】 制御手段のみが、フラッシング溶液入口バルブ手段および
    出口バルブ手段が閉じているとき、プロセス溶液入口バルブ手段および出口バル
    ブ手段を開放する請求項24記載の電解槽のバンク。
  26. 【請求項26】 制御手段はPLCコントローラである請求項23ないし2
    5のいずれか1項に記載の電解槽のバンク。
  27. 【請求項27】 バンク内の各電解槽から気体を排出するための手段をさら
    に有している請求項20ないし26のいずれか1項に記載の電解槽のバンク。
  28. 【請求項28】 気体排出手段が、主出口に作動可能に接続された排出口を
    有している請求項27記載の電解槽のバンク。
  29. 【請求項29】 主入口は、各電解槽の下端に隣接しているか又は下端に非
    常に近い所にある請求項20ないし28のいずれか1項に記載の電解槽のバンク
  30. 【請求項30】 主出口は、電解槽の上端に隣接しているか又は上端に非常
    に近い所にある請求項29記載の電解槽のバンク。
  31. 【請求項31】 主入口は電解槽の下端から直下に僅かな距離だけ離れてお
    り、主出口は各電解槽の上端から直上に僅かな距離だけ離れている請求項30記
    載の電解槽のバンク。
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