JP2013107042A - 電気蒸発槽の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】濃縮された処理溶液を効率よく排出できる電気蒸発槽の操業方法を提供する。
【解決手段】黒鉛電極棒１３が挿入され、側壁に排出口１４が設けられた電気蒸発槽１０の操業方法であって、電気蒸発槽１０に処理溶液Ｌを供給し、処理溶液Ｌを黒鉛電極棒１３による通電により加熱して水分を蒸発させて濃縮し、黒鉛電極棒１３の処理溶液Ｌへの挿入量を急増させて、処理溶液を急加熱するとともに液面を上昇させることにより、排出口１４から該処理溶液を排出する。処理溶液の対流が起こり電気蒸発槽の底に堆積した高濃度の処理溶液を攪拌することができる。液面を上昇させることにより、攪拌された処理溶液Ｌを排出口１４から排出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気蒸発槽の操業方法に関する。さらに詳しくは、黒鉛電極棒による通電により処理溶液を加熱して水分を蒸発させ濃縮するための電気蒸発槽の操業方法に関する。

電解精製や電解採取においては、電解液を満たした電解槽にアノードとカソードを挿入し、アノードとカソードとの間に通電して、カソード上に目的とする金属を析出させる。均一かつ高品質な電着を得るために、電解液は電解液循環系内を循環しており、電解槽から排出された電解液は浄液工程で不純物が除去され、再度電解槽に供給される。

例えば、銅の電解精製や電解採取において、電解液に含まれる代表的な不純物として、砒素、アンチモン、ビスマスなどのＶ族元素やニッケルが挙げられる。これらの不純物は図２に示すような浄液工程を経て電解液から除去される。
すなわち、電解槽から排出された電解液を真空蒸発して濃縮し急冷することで過飽和となった銅を粗硫酸銅として析出させて除去し、ついで脱銅電解により残留した銅、砒素、アンチモン、ビスマスをカソード上に析出または脱銅スライムとして除去し、得られた脱銅終液を電気蒸発槽で加熱して水分を蒸発させて濃縮し、ついで冷却することで粗硫酸ニッケルを析出させ、濾過により分離し除去する。そして、得られた脱ニッケル後液は再度電解槽に供給される（例えば、特許文献１）。

ここで、図３に示すように、脱銅終液を加熱する電気蒸発槽１０には、黒鉛電極棒１３が挿入されており、側壁には高さ方向の中央または上方に排出口１４が設けられている。そして、電気蒸発槽１０に供給された脱銅終液は黒鉛電極棒１３間の通電によるジュール熱で加熱され水分が蒸発して濃縮され、スラリーとなって排出口１４から排出される。

しかるに、高濃度のスラリーは比重差により電気蒸発槽１０の底に堆積する傾向があるため、排出口１４から排出され難いという問題がある。特にスラリー濃度が高くなると粘性が増し対流が起こりにくくなるため、この問題は顕著となる。
また、高濃度のスラリーが電気蒸発槽１０の底に堆積していると、電気蒸発槽１０に新たに供給される脱銅終液が比重差のためにスラリーと混合されずに、液面付近を流れて、濃縮されることなく排出口１４から排出されるという問題がある。
その結果、脱銅終液からニッケルの除去が十分に行われず、電解液中のニッケル濃度が上昇するという問題がある。

特開２００９−１１４５２０号公報

本発明は上記事情に鑑み、濃縮された処理溶液を効率よく排出できる電気蒸発槽の操業方法を提供することを目的とする。

第１発明の電気蒸発槽の操業方法は、黒鉛電極棒が挿入され、側壁に排出口が設けられた電気蒸発槽の操業方法であって、前記電気蒸発槽に処理溶液を供給し、該処理溶液を前記黒鉛電極棒による通電により加熱して水分を蒸発させて濃縮し、前記黒鉛電極棒の前記処理溶液への挿入量を急増させて、該処理溶液を急加熱するとともに液面を上昇させることにより、前記排出口から該処理溶液を排出することを特徴とする。
第２発明の電気蒸発槽の操業方法は、第１発明において、所定の時間間隔で、前記黒鉛電極棒の前記処理溶液への挿入量を急増させて、該処理溶液を急加熱するとともに液面を上昇させることにより、前記排出口から該処理溶液を排出することを特徴とする。
第３発明の電気蒸発槽の操業方法は、第１発明において、前記電気蒸発槽内の処理溶液中の溶質の濃度が所定の閾値を超えたときに、前記黒鉛電極棒の前記処理溶液への挿入量を急増させて、該処理溶液を急加熱するとともに液面を上昇させることにより、前記排出口から該処理溶液を排出することを特徴とする。
第４発明の電気蒸発槽の操業方法は、第１、第２または第３発明において、前記処理溶液が、銅の電解精製または電解採取に用いられた電解液から含有される銅を除去して得られた脱銅終液であることを特徴とする。

第１発明によれば、黒鉛電極棒の処理溶液への挿入量を急増させて処理溶液を急加熱することにより、処理溶液の対流が起こり電気蒸発槽の底に堆積した高濃度の処理溶液を攪拌することができる。そして、液面を上昇させることにより、攪拌された処理溶液を排出口から排出できる。そのため、濃縮された処理溶液を効率よく排出できる。
第２発明によれば、所定時間間隔で黒鉛電極棒の処理溶液への挿入量を急増させ処理溶液を排出するので、簡易な方法で、処理溶液の濃縮と排出を繰り返すことができる。
第３発明によれば、処理溶液中の溶質の濃度が所定の閾値を超えたときに黒鉛電極棒の処理溶液への挿入量を急増させ処理溶液を排出するので、目的の濃度まで濃縮した時点で処理溶液を排出でき、濃縮の処理効率が向上する。
第４発明によれば、十分に濃縮された脱銅終液を排出できるので、次工程において脱銅終液からニッケルを十分に除去することができる。そのため、電解液中のニッケル濃度の上昇を防止できる。

本発明の一実施形態に係る電気蒸発槽の操業方法の説明図である。 電解液の浄液工程の説明図である。 電気蒸発槽の説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、代表的な電気蒸発槽の構成について説明する。
図３に示すように、電気蒸発槽１０は円筒形の槽であり、その上部が蓋１１で覆われている。蓋１１には電気蒸発槽１０内に処理溶液を供給する供給口１２が形成されている。また、蓋１１には所定間隔を空けて３ヶ所に挿入孔が形成されており、それぞれに黒鉛電極棒１３が挿入され、電気蒸発槽１０内の処理溶液に浸漬されている。この黒鉛電極棒１３には、図示しない電線が接続されており、この電線を通じて黒鉛電極棒１３間に電流を流すことで、電気蒸発槽１０内の処理溶液に通電し、処理溶液をジュール熱により加熱して水分を蒸発させ濃縮できるようになっている。

ここで、黒鉛電極棒１３は通電に伴い消耗して徐々に短くなっていく。黒鉛電極棒１３が短くなることにより処理溶液への挿入量が減少すると、処理溶液への通電電流が減少し、処理溶液の加熱が遅くなる。そのため、黒鉛電極棒１３は消耗した分だけ引き下げられ、処理溶液への挿入量がほぼ一定になるように調整される。また、黒鉛電極棒１３は端部が他の黒鉛電極棒に連結できる形状になっており、先端の黒鉛電極棒１３が短くなりすぎた場合には、新たな黒鉛電極棒を連結することにより黒鉛電極棒１３の長さが維持される。

このような操作をするために、黒鉛電極棒１３は電気蒸発槽１０に対して上下動可能となっている。より詳細には、黒鉛電極棒１３は、その上端に図示しないワイヤの一端が連結されており、そのワイヤにより吊り下げられている。また、ワイヤの他端にはウインチが設けられており、このウインチの動作により黒鉛電極棒１３を電気蒸発槽１０に対して上下動できるようになっている。

電気蒸発槽１０の側壁には、その高さ方向の中央より上方寄りに排出口１４が設けられており、その排出口１４には電気蒸発槽１０の外側に向かって樋１５が取り付けられている。濃縮された処理溶液は、この排出口１４から排出され樋１５により次工程の装置に導かれる。

なお、図３に示す電気蒸発槽１０は、三相交流電源用であるため３本の黒鉛電極棒１３が挿入されているが、挿入される黒鉛電極棒１３の数は３本より少なくても良いし、多くてもよい。例えば、二相交流電源用として２本の黒鉛電極棒１３が挿入されてもよいし、２セットの３相交流電源が接続されるように６本の黒鉛電極棒１３が挿入されてもよい。
さらになお、黒鉛電極棒１３の寸法に特に制限はないが、電気蒸発槽１０に挿入される一般的な黒鉛電極棒１３の直径は100〜500mmである。

つぎに、本発明の一実施形態に係る電気蒸発槽の操業方法について説明する。
まず、供給口１２から電気蒸発槽１０内に処理溶液を供給する。電気蒸発槽１０には、処理溶液を常に流入させるようにしてもよいし、間欠的に流入させるようにしてもよい。
ここで、銅の電解精製または電解採取に用いられる電解液の浄液工程の一部に電気蒸発槽１０を設ける場合には、処理溶液として電解液から含有される銅を除去して得られた脱銅終液が電気蒸発槽１０内に供給される。より詳細には、銅の電解精製または電解採取の電解槽から排出された電解液を真空蒸発して濃縮し急冷することで過飽和となった銅を粗硫酸銅として析出させて除去し、ついで脱銅電解により残留した銅、砒素、アンチモン、ビスマスをカソード上に析出または脱銅スライムとして除去し、得られた脱銅終液が電気蒸発槽１０内に供給される。
処理溶液は上記脱銅終液の他、濃縮が必要な液体であれば特に限定されないが、以下、脱銅終液の場合を例に説明する。なお、脱銅終液にはニッケルが含有されており、このニッケルが特許請求の範囲に記載の溶質に相当する。

図１（ａ）に示すように、電気蒸発槽１０内の脱銅終液Ｌに３本の黒鉛電極棒１３を所定の挿入量で浸漬する。そして、黒鉛電極棒１３間に電流を流すことで脱銅終液Ｌに通電し、脱銅終液Ｌをジュール熱により加熱して水分を蒸発させ濃縮する。
一般に、脱銅終液Ｌは沸点が高いため、十分な蒸発速度を確保するためには、液温を150〜200℃の範囲に維持する必要がある。そのため、この液温が維持できるように黒鉛電極棒１３の挿入量が調整される。また、黒鉛電極棒１３が消耗して短くなった場合には、黒鉛電極棒１３を引き下げて、脱銅終液Ｌへの挿入量がほぼ一定になるように調整する。

図１（ｂ）に示すように、脱銅終液Ｌの濃縮が進むと、対流が起こりにくくなり、液面付近に比べて底の方が高濃度となる。さらには、スラリーとなって電気蒸発槽１０の底に堆積して泥層を形成する。

そこで、図１（ｃ）に示すように、黒鉛電極棒１３を一気に引き下げ、濃縮液（濃縮後の脱銅終液）Ｌへの挿入量を急増させる。具体的には、黒鉛電極棒１３を吊り下げているワイヤに設けられたウインチを動作させ、ワイヤを一気に伸ばすことで、自重で黒鉛電極棒１３を引き下げる。
ここで、黒鉛電極棒１３の引き下げは、黒鉛電極棒１３の消耗に伴う通常の引き下げに比べて速く、かつ濃縮液Ｌへの挿入量が大幅に増加するように行われる。

このように、黒鉛電極棒１３の濃縮液Ｌへの挿入量を急増させると、濃縮液Ｌへの通電電流が急増し濃縮液Ｌを急加熱することができる。これにより、濃縮液Ｌの対流が起こり電気蒸発槽１０の底に堆積したスラリーや高濃度の濃縮液Ｌを攪拌することができる。また、濃縮液Ｌが沸騰して発生する気泡によっても電気蒸発槽１０の底に堆積したスラリーや高濃度の濃縮液Ｌを攪拌することができる。なお、突沸が起こると、通常の沸騰に比べてより濃縮液Ｌを攪拌することができる。そのため、突沸が起こるように黒鉛電極棒１３の引き下げを行なってもよい。ただし、濃縮液Ｌの飛散や排気ガス負荷など、安全面や設備面におけるリスクに注意しながら操作する必要がある。

また、黒鉛電極棒１３の濃縮液Ｌへの挿入量を急増させると、挿入された黒鉛電極棒１３の体積分だけ液面が上昇するため、攪拌された濃縮液Ｌを排出口１４から排出できる。そのため、濃縮された濃縮液Ｌを効率よく排出できる。
なお、電気蒸発槽１０に脱銅終液Ｌを常に流入させている場合には、黒鉛電極棒１３の濃縮液Ｌへの挿入量を急増させたとき以外のときでも、排出口１４から濃縮液Ｌが徐々に排出される。このときには、黒鉛電極棒１３の通常の加熱により起こる対流により攪拌された濃縮液Ｌが排出される。

なお、図１（ｃ）においては、１本の黒鉛電極棒１３のみを引き下げているが、引き下げる黒鉛電極棒１３はいずれの黒鉛電極棒１３でもよい。また、２本または３本の黒鉛電極棒１３を一度に引き下げてもよい。
１本の黒鉛電極棒１３のみを引き下げる場合には、複数本の黒鉛電極棒１３を一度に引き下げる場合に比べて、通電電流の増加を抑えることができるので、黒鉛電極棒１３を電気蒸発槽１０の底の近くまで深く浸漬することができる。そのため、電気蒸発槽１０の底に堆積したスラリーや濃縮液Ｌを攪拌することができる。一方、複数本の黒鉛電極棒１３を一度に引き下げれば、電気蒸発槽１０の広い範囲において濃縮液Ｌの液温を上昇させ全体的に対流を起こすことができるので、まんべんなく濃縮液Ｌを攪拌することができる。

濃縮液Ｌが排出された後は、引き下げた黒鉛電極棒１３を元の挿入量に戻し、新たな脱銅終液Ｌを電気蒸発槽１０内に供給することで、脱銅終液Ｌの濃縮が繰り返される。

ここで、黒鉛電極棒１３の引き下げは、所定の時間間隔で繰り返し行えばよい。予め、電気蒸発槽１０に供給された脱銅終液Ｌが目的の濃度まで濃縮される時間を求めておけば、その時間間隔で黒鉛電極棒１３の引き下げを行うことで、簡易な方法で、脱銅終液Ｌの濃縮と排出を繰り返すことができる。

また、電気蒸発槽１０内の濃縮液Ｌのニッケル濃度が所定の閾値を超えたときに、黒鉛電極棒１３の引き下げを行なってもよい。このようにすれば、目的の濃度まで濃縮した時点で濃縮液Ｌを排出できるので、濃縮の処理効率が向上する。
なお、電気蒸発槽１０内の濃縮液Ｌのニッケル濃度は、樋１５を流れる濃縮液Ｌを柄杓ですくい、その濃度を測定するなどして求められる。

排出口１４から排出された濃縮液Ｌは、樋１５により次工程の装置に導かれる。次工程の装置においては、濃縮液Ｌを冷却することで粗硫酸ニッケルを析出させ、濾過により分離し除去する。そして、得られた脱ニッケル後液は電解液として、再度銅の電解精製または電解採取の電解槽に供給される。
上記のように、電気蒸発槽１０において十分に濃縮された濃縮液Ｌを排出できるので、次工程において濃縮液Ｌからニッケルを十分に除去することができる。そのため、電解液中のニッケル濃度の上昇を防止できる。

実施例として上記電気蒸発槽１０に脱銅終液Ｌを供給し、所定時間間隔で黒鉛電極棒１３の引き下げを行った場合と、比較例として黒鉛電極棒１３の引き下げを行わなかった場合とで、樋１５を流れる濃縮後の脱銅終液Ｌのニッケルおよび硫酸の濃度を測定した。

その結果表１に示すように、比較例においては、ニッケル濃度が38g/L、硫酸濃度が860g/Lであるのに対し、実施例においては、ニッケル濃度が185g/L、硫酸濃度が800g/Lであり、実施例の方が、比較例に比べて濃縮された脱銅終液Ｌを効率よく排出できており、ニッケルの除去に有用であることが確認された。

１０ 電気蒸発槽
１１ 蓋
１２ 供給口
１３ 黒鉛電極棒
１４ 排出口
１５ 樋

Claims (4)

1. 黒鉛電極棒が挿入され、側壁に排出口が設けられた電気蒸発槽の操業方法であって、
   前記電気蒸発槽に処理溶液を供給し、
   該処理溶液を前記黒鉛電極棒による通電により加熱して水分を蒸発させて濃縮し、
   前記黒鉛電極棒の前記処理溶液への挿入量を急増させて、該処理溶液を急加熱するとともに液面を上昇させることにより、前記排出口から該処理溶液を排出する
   ことを特徴とする電気蒸発槽の操業方法。
2. 所定の時間間隔で、前記黒鉛電極棒の前記処理溶液への挿入量を急増させて、該処理溶液を急加熱するとともに液面を上昇させることにより、前記排出口から該処理溶液を排出する
   ことを特徴とする請求項１記載の電気蒸発槽の操業方法。
3. 前記電気蒸発槽内の処理溶液中の溶質の濃度が所定の閾値を超えたときに、前記黒鉛電極棒の前記処理溶液への挿入量を急増させて、該処理溶液を急加熱するとともに液面を上昇させることにより、前記排出口から該処理溶液を排出する
   ことを特徴とする請求項１記載の電気蒸発槽の操業方法。
4. 前記処理溶液が、銅の電解精製または電解採取に用いられた電解液から含有される銅を除去して得られた脱銅終液である
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の電気蒸発槽の操業方法。

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