JP2007500787A - 金属含有スラッジを処理する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属分離プロセスと関連して金属含有スラッジを処理するための方法に関する。本発明によれば、金属分離において生成されるスラッジ（１３）は、プロセスに関してみて、スラッジの予め定められた特性に基づいて適合物質部分（１５）と不適合物質部分（１７）に分類され、不適合物質部分（１７）はプロセスから除去され、適合物質部分（１５）はプロセスに戻される。

Description

本発明は、金属分離に関連して金属保持（含有）スラッジを処理するための、請求項１の前文（プリアンブル）において定義される通りの方法及び請求項１３の前文において定義される通りの装置に関する。

スラッジとは、それを本明細書において使用した場合、その乾物質内容がほぼ溶液状のものから固体まで変動しうる沈降物、沈積物、固形物豊富な溶液などを意味する。

例えば金属製造又は金属リサイクリングに関連して所望の金属を他の物質から分離するための多様な金属分離プロセスが先行技術において知られている。金属分離において、金属は、物質混合物から分離又は除去することができる。金属は、溶解、例えば適切な試薬を用いる沈殿形成、電解による硫化物又は酸化物などの化合物の生成、沈降、ろ過、蒸留又は抽出によって、又は対応する方法で、分離することができる。分離された金属は、溶液状、スラッジ状又は固体状態であり得る。いくつかの金属処理プロセスにおいて、金属含有スラッジは、分離の結果として形成される。この種のスラッジの少なくとも一部を利用することができる。一部においては、スラッジはそのまま利用することができず、スラッジの一部を利用するための適切な方法は知られていない。

先行技術においては、金属製造の分野において様々な金属分離及び金属除去方法が知られている。溶液相で行われる分離方法の例としては、亜鉛調製と関連した銅、コバルト及びニッケルの沈降法がある。所望の金属の沈降効率を上げるために、溶液は、活性化剤又は結晶核として少なくとも１種の金属化合物、及び多くの場合、プロセスにおいて沈降した金属も化合物として含有しなければならず、この化合物は金属製造プロセスにおいて再循環できることが望ましい。この金属化合物は、金属分離を活性化し、沈降する金属のための固形物表面として機能する。沈降した最終生成物又は沈降溶液におけるその特性は、金属の沈降速度を加速するために使用できることがしばしばである。再循環され沈降したスラッジの金属化合物粒子の表面は、プロセスにおいて適切な活性化剤として機能できるように精製されなければならない。しかし、スラッジ粒子は、金属分離プロセスにおいて通常非常に長い間循環又は残存するので、その表面にスラッジを不動態化する望ましくない不純物が沈着するか、又はこれが塊になってより大きな複合体を形成して、反応器の混合をより困難にすると言う問題がある。再循環され沈降したスラッジは一部であり、いわゆる活性部分の量は全体量に比べて小さく、活性部分の量が増大されれば、沈積物の総量も増加し、沈積物の量の増加は金属の沈降反応を遅くし、これを妨害する、という問題がある。さらに、先行技術のプロセスに伴う問題は、沈降反応器又は濃縮器の表面に沈降するスラッジはアンダーフローとして再循環され、それによって特に大きい粒子すなわちより不動態物質がプロセスに戻って再循環されるという点である。

特にコバルト除去において、スラッジは、長い間沈降反応器の中にあるので、硫酸カルシウムがスラッジ粒子の表面に沈着し始め、スラッジ粒子を不動態化して、そのサイズを大きくする。

本発明の目的は、上述の欠点を排除することである。本発明の1つの明確な目的は、反応に関してのものであり、再循環するための適合部分と反応器から排除するための不適合部分にスラッジを分割するための新しい分類方法及び装置を開示することである。本発明のさらなる目的は、金属分離プロセスを強化し改良するための新規の方法及び装置を開示することである。

本発明による方法及び装置は、特許請求の範囲に記載されているものであることを特徴とする。

本発明は、金属分離プロセスと関連して金属含有スラッジを処理するための方法に関する。本発明に従えば、金属分離において作られるスラッジは、プロセスに関してみて、スラッジの予め定められた特性に基づいて、適合物質部分(better substance fraction)と不適合物質部分(worse substance fraction)に分類され、不適合物質部分はプロセスから排除され、適合物質部分はプロセスに戻される。

本発明は、金属分離において作られるスラッジから、好ましくは遠心力に基づく装置を用いて分類することによって、所望の部分と所望しない部分を分離すると言う基本概念に基づいている。本発明による分類は、既に分離され、好ましくは沈降したスラッジについて行われる。金属分離プロセスにおいて再循環される固形物の量及び粒度は、望ましくない不動態化部分の大部分を反応器から除去し、適切な量の望ましい部分をプロセスに戻すことによって、制御され調整される。同時に、再循環される金属含有スラッジの表面活性特性を維持し強化することも試みられている。

本発明は、所望の活性物質をプロセスにおいて再循環させ、かつ望ましくなく多くの場合不動態である物質をプロセスから排除できるようにする。本発明は、プロセスの観点から見て適切であるように反応器の固形物含量を調節できるようにする。さらに、スラッジの望ましい特性を維持し、改良さえすることができる。

１つの実施態様において、反応器の固形物含量は、１０〜２００ｇ/ｌであることが望ましく、３０〜１００ｇ/ｌであることがより望ましい。この場合、沈降を加速し、導入される亜鉛末の消費量の減少に寄与する多くの活性反応表面が得られる。

本発明の1つの実施態様においては、スラッジは、金属分離に関連して分類前に沈降させられる。スラッジは、金属分離反応器のアンダーフローであっても濃縮器のアンダーフローであってもよい。

本発明の1つの好ましい実施態様において、分類は、スラッジ粒子の表面活性に基づいている。本発明の1つの実施態様において、分類は、スラッジを粗粒部分（ｃｏａｒｓｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）と細粒部分（ｆｉｎｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）に分割することにより、スラッジの粒度に基づいて行われる。適切な表面活性は、特に、再循環される部分における望ましい特性であるが、上述の通り、1つの実施態様において、表面活性は粒度に依存し、粒度に基づいて分類できるようにすることが望ましい。

本発明の1つの実施態様において、分類は、遠心力に基づく装置、例えばハイドロサイクロ（登録商標）ンなどを用いて行われる。1つの実施態様において、例えばＬａｋｏｓ-Ｌａｖａｌ社のＬａｋｏｓ分離器などのような遠心力に基づく分離器を分類装置として使用することができる。この場合、分類装置に導かれる大きな粒子がほぼ完全に集中せしめられるアンダーフローを得ることができる。

本発明の1つの実施態様において、分類装置のアンダーフローは、プロセスの観点からみて不適合部分である。アンダーフローがプロセスから完全に除去されるか、アンダーフローの所望の部分が除去される。1つの実施態様において、オーバーフローはプロセスの観点からみて適合部分である。オーバーフロー及びアンダーフローの量は、生産技術的変更を用いて調整することができる。分類の限界サイズは事前に決定され、基本粒子のサイズに近いことが望ましい。

代替的な実施態様において、アンダーフローは、プロセスの観点からみて適合部分であり、オーバーフローは不適合部分である。

本発明の1つの好ましい実施態様において、本発明の観点から、不適合部分は主に粗粒部分から成り、適合部分は主に細粒部分から成る。ただし、細粒部分は少量の粗い粒子を含有することができる。

本発明の実施態様は、本プロセスにおいて、望ましくかつ正確な固形物含量を得ることを可能にする。本発明は、大きい粒子は通常混合をより困難にし、金属分離に関しては不動態であるので、例えば、大きい粒子を工程から除去できるという利点を有する。

別法によれば、粒度及び（又は）密度に基づく沈降、スクリーニングなどに基づいて分類を行うことができる。

分類は、部分的にはスラッジが金属分離反応器からバッチ式で除去されるか連続的に除去されるかに応じて、バッチ式であるいは連続的に行うことができる。

さらに、本発明は、１個又はそれ以上の金属分離反応器、金属分離反応器に原材料を導くための供給装置及び金属分離において作られるスラッジを反応器から除去するためのジャンクション・ラインを含む金属分離プロセスに関連して金属含有スラッジを分類するための装置に関する。本発明に従えば、この装置は、プロセスの観点からみて、金属分離反応器からのパイプと一緒に配置されかつ予め決められた特性に基づいて適合物質部分と不適合物質部分に分類するように配列される分類装置、及び適合物質部分を金属分離反応器に戻すための再循環手段、及び不適合物質部分を反応器から除去するための手段を含む。

本発明による装置は、構造が単純であり、従って実施する際に有利である。

さらに、本発明は、亜鉛含有鉱石が選鉱され、焙焼され、硫酸の中で溶解される湿式冶金亜鉛調製プロセスにおける本発明による方法及び装置の使用に関する。亜鉛の他に、銅、コバルト、ニッケル及びカドミウム並びにゲルマニウム及びアンチモンも溶解において放出される。これらの金属又は半金属すなわち不純物は、溶液精製工程において亜鉛末を用いる還元によって、溶液から除去される。これらの金属の分離は、１段階又はそれ以上の段階で亜鉛含有溶液から沈降させることによって行うことができる。本発明に従えば、沈降した金属は所望に応じて分類され、所望の部分は、金属の分離を容易にしかつ改良するためにプロセスに戻される。上記の金属が分離された後、亜鉛は硫酸亜鉛溶液から電解により還元される。亜鉛調製プロセスにおいて、亜鉛を還元するためにうまく効率よく電解を行うために、不純物を亜鉛含有物質から除去しなければならない。特に、イオングループの金属イオンＣｏ²⁺及びＮｉ²⁺は、電解において層化する結果電流の効率を下げる亜鉛の再溶解を促進する。

１つの好ましい実施態様において、本発明は、亜鉛調製と関連したコバルト除去プロセスにおける本発明による方法及び装置の使用に関する。コバルト除去プロセスに関連して、例えば、ニッケル、ゲルマニウム及びアンチモンを沈降させることも可能である。コバルト除去プロセスにおいて、亜鉛含有溶液からの金属の沈降を促進するために例えば酸化砒素など活性化剤が使用される。例えば、砒素があれば、コバルト及びニッケルを比較的速く、約１．５時間で沈降させて、砒化コバルト及び砒化ニッケルを形成することができる。砒素の他に、溶液は、コバルトの沈降を改良し加速する残留銅及び再循環され生成されるコバルト沈積物を含有することが望ましい。沈降したコバルトの沈積物は、本発明において示される通りに分離され、望ましい部分は、コバルトの沈降を改良するためにプロセスにおいて再循環される。

コバルト除去プロセスは、連続的であってよく、さもなければバッチ式であってもよい。不純物が表面に沈降する沈降プロセスにおいては、それを行うのに充分な固形物がなければならない。表面は、沈降を改良し活性化するために、精製金属銅又は砒化銅、コバルト又はニッケルでなければならない。塩基性硫酸亜鉛及び硫酸カルシウムなど粒子の表面に沈降する不純物は、沈積物を不動態化し、粒度を増大する。

別法によれば、本発明による方法及び装置を金属の製造、再循環及びその他の金属分離プロセスにおいて他の金属の分離及び除去のために使用することもできる。

以下に、添付図面を参照しながら本発明の詳細な実施態様を説明する。

図１は、湿式冶金亜鉛調製プロセスを示している。湿式冶金亜鉛調製プロセスにおいて、亜鉛鉱石はまず選鉱１され、亜鉛精鉱が焙焼２される。焙焼２の目的は、硫化亜鉛を可溶性酸化物の形にすることである。焙焼２の後、１つ又はそれ以上の相（段階）３で亜鉛焙焼鉱は硫酸に溶解され、それによって亜鉛酸化物が反応して、硫酸亜鉛を形成する。溶解段階３において、鉄は塩基性硫酸すなわちジャロサイト沈降物として沈降する。溶解段階３において溶解した不純物、例えば銅、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン及びカドミウムは、溶液精製４において硫酸亜鉛溶液から除去される。溶液精製は、３つの段階６、７、８で行われることが望ましい。最初の段階６において、亜鉛末９を用いて銅が除去される。第二の段階７において、金属砒素として亜鉛末９及び三酸化砒素１０を用いて、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン及び銅の残りが溶液から除去される。亜鉛は還元剤として機能する。第三の段階８において、亜鉛末９を用いてカドミウムが除去される。精製された亜鉛溶液は冷却を経て電解５に導かれ、ここで、循環電解液と混合される。電解５において、亜鉛は陰極によって還元される。焙焼、溶解及び電解は、この技術分野において既知の方法で行われるので、本明細書においてはより詳細に説明しない。

図２に示されるコバルト除去において、反応器１１、１２において多くの段階で、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン及び残留銅が、硫酸亜鉛溶液１８から沈降する。反応器の容量は、例えば２００〜３００ｍ³である。沈降反応器１１及び（又は）１２において形成されるコバルト沈積物１３は、本発明による分類装置１４を用いて分類され、プロセスの観点から望ましい部分１５は、プロセスの第一の反応器１１に戻されて再循環される。

コバルトの沈降において、亜鉛末、銅イオン及び好ましくは三酸化砒素が使用される。別法によれば、三酸化砒素の代わりに例えば三酸化アンチモン、酒石酸カリウムアンチモンを使用することができる。銅イオンは、残留銅がコバルト除去のための試薬として機能するために硫酸亜鉛溶液内に残される銅除去段階から派生する。溶液中に残される残留銅の量は、５０〜３００ｍｇ/ｌの範囲であることが好ましい。残留銅は、亜鉛末の還元作用によって砒化銅として砒素と一緒に沈降する。砒化銅は、亜鉛末の存在により溶液内でコバルト及びニッケルと反応して、砒化コバルト及び砒化ニッケルを形成する。亜鉛末及び三酸化砒素は、この技術分野においてそれ自体は既知の供給装置によって第一のコバルト除去反応器１１に導かれる。不所望の副作用が生じるので、亜鉛末の過剰な化学量を使用することは好ましくない。過剰な亜鉛は沈降速度を増すことはない。さらに、コバルト除去において、沈降したコバルト沈積物のうち望ましい部分１５は、コバルト除去において再循環され、また、望ましい部分は、亜鉛末及び三酸化砒素の他に反応を活性化する物質として反応器において機能する。コバルト除去において、温度及び沈降面積は沈降速度に影響を及ぼす。沈降面積は、沈積物内容の一次関数ではないが、部分的に沈積物の粒子の表面の精製度に少なくとも部分的に起因するので、実用的には沈積物内容に依存する。沈積物の比表面積は、ほぼ吸収又は吸収能力特性すなわち沈積物の表面活性を説明する先行技術の方法である。沈降速度は、反応器内の沈積物の量及び（又は）沈積物の質を上げることによって、また反応器内の温度を高めることによって、上昇させることができる。

沈降反応器１１及び（又は）１２において、生成される砒化コバルト沈積物は、反応器の底部に沈降し、底部からアンダーフローとしてジャンクション・ライン１２及びポンプ２０を通じてバッチごとに又は連続的に分類装置１４に導かれる。分類装置は、この実施態様においては、ハイドロサイクロ（登録商標）ン・タイプのＬａｋｏｓ分離器である。分類装置に導かれる砒化コバルト沈積物は、例えば１５０〜２００ｇ/ｌの固形物を含有する。分離装置１４によって、砒化コバルト沈積物１３は、プロセスの観点から、沈積物粒子の表面活性に基づき適合部分１５と不適合部分１７にバッチ式で分離される。適合部分１５は、分離装置１４のオーバーフローとして得られ、主により細粒の沈積物粒子及び多少の粗い粒子を含有する。不適合部分１７はアンダーフローとして得られ、主に粗い沈積物粒子を含有する。オーバーフロー及びアンダーフローの分布及び粒度は、所望に応じて調整することができる。適合部分１５は主として完全にコバルト沈降１１に戻されて再循環される。コバルト沈積物は、コバルト除去反応器の固形物含量が約１０〜２００ｇ/ｌ、望ましくは３０〜１００ｇ/ｌであるように再循環される。望ましい場合又は必要な場合、適合部分の一部１６をプロセスから外すことができる。不適合部分１７はバッチごとに分類装置１４及びプロセスから除去される。オーバーフローの除去密度は、所望に応じて調整することができる。

沈降させる金属の量に応じて、コバルト除去反応器におけるコバルト沈積物の適合部分の遅延時間は、約１〜２ヶ月である。

別法によれば、砒化コバルト沈積物の一部を第一の反応器１１に導くか、例えばプロセス不良に関連して反応器のオーバーフロー２２としてプロセスから外すことができる。

実施例１
このテストにおいて、コバルト除去後フィルタから収集された細粒コバルト沈積物、三酸化砒素及び亜鉛末が焙焼され、コバルト沈降反応器に入れられた。銅除去段階から得られるコバルト、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン及び残留銅（約１５０ｍｇ/ｌ）を含有する硫酸亜鉛溶液の形の供給物が反応器に導かれた。

上述の金属不純物は良好に沈降し、反応器の混合は十分に機能した。

実施例２
このテストにおいて、コバルト沈積物がコバルト除去反応器から分類装置に連続的に１８〜２０ｍ³/ｈの流量で導かれた。供給物の固形物含量は約１５０〜２００ｇ/ｌであった。

分類装置のオーバーフローとして、１４００ｇ/ｌの固形物含量を有するスラッジが得られた。オーバーフローの流量は０．５〜０．６ｍ³/ｈであり、平均粒度ｄ（０．５）は９３．７μｍであった。オーバーフローのｄ（０．５）値は７５．５μｍであった。アンダーフローは、６０μｍより小さい粒子を約３．５％しか含有せず、オーバーフローは６０μｍより小さい粒子を約３３％含有した。オーバーフローとアンダーフローの平均粒度にはあまり大きな相違はなかったが、細粒物質のオーバーフローへの分類はほぼ完璧であった。

実施例３
このテストにおいて、コバルト沈積物は、実施例２とは異なるコバルト除去反応器から連続的に１８〜２０ｍ³/ｈの流量で分類装置に導かれた。供給物の固形物含量は約１５０〜２００ｇ/ｌであった。

分類装置のアンダーフローとして、９００ｇ/ｌの固形物含量を有するスラッジが得られた。アンダーフローの流量は０．５〜０．６ｍ³/ｈであり、平均粒度ｄ（０．５）は、８８．５μｍであった。オーバーフローのｄ（０．５）値は１７．４μｍであった。アンダーフローは６０μｍより小さい粒子を約１８％含有し、オーバーフローはこれを約９３％含有した。ただし、アンダーフローの流量はオーバーフローの流量に比べて小さく、細粒物質のほとんどがオーバーフローとして分類された。

実施例４
このテストにおいて、コバルト沈積物は、実施例２及び実施例３とは異なるコバルト除去反応器から連続的に１８〜２０ｍ³/ｈの流量で分類装置に導かれた。供給物の固形物含量は約約１５０〜２００ｇ/ｌであった。

分類装置のアンダーフローとして、固形物含量６００−７００ｇ/ｌを有するスラッジが得られた。アンダーフローの流量は０．５〜０．６ｍ³/ｈであり、平均粒度ｄ（０．５）は３６．３μｍであった。オーバーフローのｄ（０．５）値は１３．７μｍであった。アンダーフローは３０μｍより小さい粒子を約４６％含有し、オーバーフローはこれを約８６％含有した。本例において、導き入れられるコバルト沈積物は、実施例２及び実施例３より細粒であった。

本発明による方法及び装置は、様々な実施態様において各種のプロセスにおける各種の金属スラッジの分類に応用できる。

本発明の実施態様は、上述の実施例に限定されるものではなく、その代わりに、特許請求の範囲内において変更可能である。

湿式冶金亜鉛調製プロセスを示したブロック図である。 コバルト除去プロセスにおける本発明による１装置態様を示したブロック図である。

Claims (21)

1. 金属分離プロセスに関連して金属含有スラッジを処理するための方法であって、
   前記金属分離プロセスにおいて生成されるスラッジが、プロセスに関してみて、スラッジの予め定められた特性に基づいて適合物質部分と不適合物質部分に分類され、前記不適合部分が前記プロセスから除去され、かつ前記適合部分が前記プロセスに戻されることを特徴とする、金属含有スラッジを処理する方法。
2. 前記金属含有スラッジが、沈降プロセスの産物であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属含有スラッジが、前記分類前に金属分離反応器において沈降せしめられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記分類が、スラッジ粒子の表面活性に基づくことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記分類が、前記スラッジを粗粒部分と細粒部分に分割することによって、前記スラッジ粒子の粒度に基づいて行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記分類が、遠心力に基づく装置を用いて行われることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記分類が、ハイドロサイクロン又はこれと同様の装置を用いて行われることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記分類装置のアンダーフローが、前記プロセスの観点から不適合部分であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記分類装置のオーバーフローが、本発明の観点から適合部分であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記プロセスの観点から不適合である部分が、主に粗粒部分を含有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 本発明の観点から適合である部分が、主に細粒部分を含有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記分類がバッチ式で行われるかもしくは連続的に行われることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. １つ又はそれ以上の金属分離反応器（１１、１２）、原材料を前記金属分離反応器（１１、１２）に導くための供給装置（１８）及び金属分離において生成されたスラッジを前記反応器（１１、１２）から除去するためのジャンクション・ライン（１９）を含む金属分離プロセスに関連して金属含有スラッジを処理するための装置であって、該装置が、
    前記金属分離反応器（１１、１２）から伸びるパイプに関連して配置されかつ前記プロセスに関してみて、予め定められた特性に基づいて前記スラッジ（１３）を適合物質部分（１５）と不適合物質部分（１７）に分類するように配列された分類装置（１４）と、
    前記適合物質部分を前記金属分離反応器（１１、１２）に戻すための再循環手段（１５）と、
    前記不適合物質部分（１７）を前記反応器から除去するための手段と、
    を含むことを特徴とする、金属含有スラッジを処理する装置。
14. 前記分類装置（１４）が、前記金属分離反応器（１１、１２）の底部に沈降した前記スラッジをその底部から除去するために前記金属分離反応器（１１、１２）と実質的に関連して配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 前記分類装置（１４）が、遠心力に基づくことを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の装置。
16. 前記分類装置（１４）が、ハイドロサイクロン又はこれと同様の装置であることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. 前記分類装置（１４）が、その装置のアンダーフロー（１７）が前記プロセスの観点からみて前記不適合部分であるように機能するように配列されていることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記分類装置（１４）が、その装置のオーバーフロー（１５）が前記プロセスの観点からみて前記適合部分であるように機能するように配列されていることを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記分類装置（１４）が、バッチごとに又は連続的に機能するように配列されていることを特徴とする、請求項１３〜1８のいずれか１項に記載の装置。
20. 請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の装置の亜鉛調製プロセスにおける使用。
21. 請求項２０に記載の装置のコバルト除去プロセスにおける使用。

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