JP2012193439A

JP2012193439A - 金属マンガン電解採取のための電解槽設備

Info

Publication number: JP2012193439A
Application number: JP2011059955A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Yamaoka; 利至山岡; Yasuo Nakamura; 秦夫中村; Keitaro Koga; 敬太郎古賀
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】金属マンガン電解採取のための電解槽設備において、工業的に電解条件の維持、設備コストやメンテナンス性を向上させた金属マンガン電解採取のための電解槽設備を提供する。
【解決手段】アノライト及びアノード９と、カソライト及びカソード１０とが隔膜４を使用してボックス状に仕切られており、アノライトの給液及び排液と、カソライトの給液及び排液とが別系統であることを特徴とする金属マンガン電解採取のための電解槽設備。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業的にマンガンを電解採取する電解槽設備に関するものである。

金属マンガンを電解採取する方法は、一般的に硫酸浴や塩酸浴からの電解採取法が知られており、電解条件についても種々検討が行われている。しかしながら、金属マンガンの電解採取を行う電解槽については、電解条件が他の金属の電解採取に比べて特殊であるにもかかわらず、その条件を安定的に維持するための設備構造について述べられているものはほとんどない。

一方、アメリカ合衆国における特許では、例えば、ＵＳ特許２，４５６，１９６（特許文献１）、ＵＳ特許２，７３９，１１６（特許文献２）のように、金属マンガン電解採取のための電解槽について提出されている特許もある。しかし、総じて電解槽の構造が複雑で、設備コストやメンテナンス性の面からも十分であるとは言い難い。

ＵＳ特許２，４５６，１９６号ＵＳ特許２，７３９，１１６号

本発明は、上記のような金属マンガン電解採取のための電解槽設備においてその問題点を解決するものであり、工業的に電解条件の維持、設備コストやメンテナンス性を向上させた金属マンガン電解採取のための電解槽設備を提供するものである。

そこで以下の発明を提案する。
（１）アノライト及びアノードと、カソライト及びカソードとが隔膜を使用してボックス状に仕切られており、前記アノライトの給液及び排液と、前記カソライトの給液及び排液とが別系統である金属マンガン電解採取のための電解槽設備。
（２）上記（１）の電解槽設備において、前記アノライトと前記カソライトを仕切る前記隔膜の通気度が０．１〜１．０ｃｃ／ｃｍ^２・ｓｅｃとする電解槽設備。
（３）上記（１）又は（２）の電解槽設備において、前記カソライトの給液が電解槽上部又は電解槽下部から２〜６本のノズルで供給される電解槽設備。

上記の電解槽設備を用いて金属マンガンの電解採取を行うことにより、以下の効果が得られる。
（１）アノライトとカソライトの混合を防ぎ電解液のｐＨを安定した状態で、金属マンガンの電解採取を行うことができる。また、設備コスト及びメンテナンス性が向上する。
（２）さらに安定した状態で、金属マンガンの電解採取を行うことができる。
（３）電解反応に伴うカソード表面の微視的な変化を緩和することができる。

図１（ａ）は、本発明に係る金属マンガン電解採取のための電解槽設備の一態様である模式図を示す。図１（ｂ）は、本発明に係る金属マンガン電解採取のための電解槽設備の別の一態様である模式図を示す。図１（ｂ）の電解槽設備において、アノライト供給ノズル、アノライト排液口、及びカソライト供給ノズルを取り除いた模式図を示す。アノードボックスの型枠の一例を表す模式図を示す。アノードボックスにろ布を被せた態様の一例を現す模式図である。本発明に係る金属マンガン電解採取のための電解槽設備の一態様であるろ布の通気度の違いによるカソライト電位と電着状態を示す。

本発明の一例を示す基本的な電解槽の模式図を図１（ａ）から図４に挙げ、以下本発明について具体的に説明する。図１（ｂ）は、電解槽の別の例を示す模式図である。図中の実線の矢印はカソライトの流れ、黒塗りの矢印はアノライトの流れを表す。なお図１（ａ）及び図１（ｂ）においてはろ布４を透視しているが、実際にはろ布４がアノードボックス２に被せられている。

図１（ａ）に示すように、電解槽には、例えば、FRP（Fiber Reinforced Plastics：繊維強化プラスチック）製の電解槽１を使用し、構造としてアノードボックス２を採用している。アノライトは、電解槽１の上部に設けられたアノライト供給ノズル５から供給され、アノライト排液口６から排出される。カソライトは、電解槽１の下部に設けられたカソライト供給ノズル７から供給され、カソライト排液口８から排出される。なお図１（ｂ）の例のように、カソライト供給ノズル７は、電解槽１の上部に設けられてもよい。またカソライト供給ノズル７の数は６本としているが、２〜６本の間で変更可能である。アノライト排液口６に設けられたポンプ１３は、アノライトを電解槽１の外部に汲み出す。

図２は、図１（ｂ）において、アノライト供給ノズル５、アノライト排液口６、及びカソライト供給ノズル７を取り除いた電解槽を例示する模式図である。図１（ｂ）及び図２に示すように、電解槽１の上部からアノード９及びカソード１０が、電解槽１の下部に向けて延びている。アノード９の周囲にはアノードバックを保持するリテーラ（押さえ）１１が配置されている。

アノードボックス２は、例えば、図３のようなポリプロピレン（Polypropylene:PP）製の型枠３を有する。さらに、図４に示すように、型枠３にポリエステル製、ナイロン製、ポリプロピレン製、テトロン製などのろ布４を袋状に被せるといった構造を取る。このように、ろ布４を被せたアノードボックス２を電解槽１に収納し、さらに電解槽１にカソライトを供給する。なお、ろ布４は型枠３に密着するように、型枠３を覆うとしてもよい。
一般的に知られている硫酸浴中でのマンガンの電解採取における電槽構造は、カソードボックスという形、又はアノードスライムを抜き出すための２重構造などの複雑な工夫がされている。これに対し、図１（ａ）から図４に示した態様では、複数のアノード９を１つのアノードボックス２に集約することができる。このため、複雑な構造を取ることなく、安価で取り出しや取り扱いを簡単することができる。従って、電解槽設備のコスト及びメンテナンス性は向上する。

またアノードボックス２を採用することにより、電解槽１において複数のアノード９が占有する容積を小さくすることができる。従って、電解槽１内のカソライト保有液量を多くすることができ、電解に影響を与えるpH、ORP、濃度などのカソライトの組成や条件の変動を少なくし、安定した条件で電解することができる。

上記のようなアノードボックス２に、ろ布４を被せることで、アノード９及びアノライトと、カソード１０及びカソライトとを、隔膜であるろ布４によって仕切られた構造とする。

使用する隔膜には、ポリエステル製、ナイロン製、ポリプロピレン製、テトロン製などのろ布を使用し、その通気度は０．１〜１．０ｃｃ／ｃｍ^２・ｓｅｃ、好ましくは０．１ｃｃ／ｃｍ^２・ｓｅｃであるろ布４を使用する。隔膜の通気度を小さくすることで、アノライトとカソライトの混合を防ぎ、電解液の組成や条件の変動を少なくし安定した条件で電解することができる。

さらにアノライトとカソライトのそれぞれの給液（アノライト供給ノズル５、カソライト供給ノズル７）および排液（アノライト排液口６、カソライト排液口８）をそれぞれ別系統にすることで、電解液（アノライト及びカソライト）が混合し組成の変動を少なく安定した条件で電解することができる。

上記の給排液系統で、カソライトの給液方法は電解槽１上部または電解槽１下部から２〜６本のカソライト供給ノズル７で供給することで、電解液の液循環も含め、より均一で理想的な条件で電解を行うことができる。従って、電解反応に伴うカソード表面な微視的な変化も緩和することができる。
カソライトの給液速度は、カソード１枚あたり１０〜６０Ｌ／ｍｉｎの流速であり、望ましくは、６０Ｌ／ｍｉｎ／カソードの流速で供給するとよい。

本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。

（実施例１）
硫酸浴中でのマンガン電解において、電解中のカソライトの酸化還元電位の維持は重要である。電解中のカソライト酸化還元電位の上昇はアノライト電解液の浸み出しが原因であり、隔膜の通気度により浸み出しを抑えることができる。
図５に、ろ布の通気度の違いによるカソライト電位と電着状態を示す。図５の下欄では、マンガンが電着するカソードを符号１０、電着したマンガンを符号１２で図示した。
図５の中央の欄に示すように、隔膜の通気度が１．０ｃｃ／ｃｍ^２・ｓｅｃのろ布を使用した場合は、カソライトORPが上昇する傾向があり、亜硫酸ソーダあるいは亜硫酸ガスを添加してORPを下げていたが、場合によってはカソード１０に電着したマンガン１２が再溶解し、図５の中央下欄に示すような不完全な電着状態になる。
しかし、図５の右側の欄に示すように、隔膜の通気度が０．１ｃｃ／ｃｍ^２・ｓｅｃのろ布を使用した場合、ORPが減少する傾向になり、図５の右下欄に示すように完全な状態で電着した金属マンガン１２を得ることができる。ろ布の通気度を変えることで、カソライトの酸化還元電位を保ち、マンガン電解において安定した運転条件を維持することができる。また電解工程により、スライムと呼ばれる不純物及び有価金属（金（Au）、銀（Ag）、白金（Pt）、パラジウム（Pd）等の白金族）が生じることがある。このように電解液に溶け出さないスライムはろ布４に溜まるため、スライムによる電解液の汚染は抑制される。従って、高純度のマンガン１２を得ることができる。

（実施例２）
上記のような構造的な特徴をもつ電解槽設備を使用することで、例えばアノード側で発生する、二酸化マンガンなどのアノードスラッジの抜き出しやメンテナンスが簡単にできた。
例えば、アノードボックス２ごと引上げ、袋状のろ布を引き抜くことで簡単にろ布の交換ができ、アノードスラッジはろ布を裏返すことで回収できた。
このような構造を取ることで、隔膜であるろ布の交換やアノードスラッジの回収等メンテナンス性を向上させることができた。

１電解槽
２アノードボックス
３型枠
４ろ布（隔膜）
５アノライト供給ノズル
６アノライト排液口
７カソライト供給ノズル
８カソライト排液口
９アノード
１０カソード
１１リテーラ（押さえ）
１２マンガン

Claims

アノライト及びアノードと、カソライト及びカソードとが隔膜を使用してボックス状に仕切られており、前記アノライトの給液及び排液と、前記カソライトの給液及び排液とが別系統であることを特徴とする金属マンガン電解採取のための電解槽設備。
前記アノライトと前記カソライトを仕切る前記隔膜の通気度が０．１〜１．０ｃｃ／ｃｍ^２・ｓｅｃであることを特徴とする請求項１に記載の金属マンガン電解採取のための電解槽設備。
前記カソライトの給液が電解槽上部又は電解槽下部から２〜６本のノズルで供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属マンガン電解採取のための電解槽設備。