JP3069520B2 - ヒ素硫化物含有製錬中間物からのヒ素の分離方法 - Google Patents

ヒ素硫化物含有製錬中間物からのヒ素の分離方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非鉄製錬プロセス
中で生ずるヒ素硫化物含有製錬中間物からのヒ素の改善
された分離方法に関する。より詳細には、本発明は、非
鉄製錬プロセス中で生ずるヒ素硫化物含有製錬中間物を
アルカリの存在下で酸化浸出工程に供してヒ素をヒ酸塩
として分離するヒ素硫化物含有製錬中間物からのヒ素の
改善された分離方法に関する。
【0002】
【従来の技術】乾式、湿式を問わず非鉄製錬プロセスに
おいては、煤灰や殿物といった各種製錬中間物が発生す
るが、それら製錬中間物には銅、亜鉛、ビスマス、アン
チモンと言った有価物が含まれており、通常は、経済的
観点から、回収され再循環により繰り返し製錬プロセス
に供される。この場合には、ヒ素を分離しないと製錬中
間物にヒ素が濃縮蓄積されてしまうので、ヒ素を分離・
除去することが求められる。しかしながら、硫化ヒ素を
随伴する硫化鉱石を処理した際に生ずる廃酸出硫化物の
ように、製錬中間物が有価物と共にヒ素を硫化物形態で
含む場合には、ヒ素のみを分離することは、長い間技術
的に困難であった。
【0003】最近に至り、技術的に実施可能な方法が提
案されているが、その一つに、製錬中間物を酸化バイ焼
し、ヒ素を亜ヒ酸として揮散させ、これを凝縮して微粉
状の亜ヒ酸として分離回収する方法がある。この方法は
実用化も既になされているが、比較的簡単なものである
反面、大気中へのヒ素の拡散を防止すべく大規模な設備
を必要とするという問題がある。
【0004】別に、浸出法を利用したものが特開昭54
−160590号公報において提案されているが、ヒ素
を含む硫化物形態の製錬中間物に空気を吹き込みながら
アルカリを添加してpHを5〜8に調節しつつ浸出処理
を行い、ヒ素を酸性ヒ酸塩として分離することを特徴と
するものであり、上述の方法と異なり、大規模な大気汚
染防止設備を必要としない反面、ヒ素の浸出速度が極め
て遅いことから大きな反応装置を必要とし、更には加温
のために蒸気等のエネルギーを多量に消費するという問
題がある。
【0005】そのため、銅の電解精錬プロセスで生じた
ヒ素と銅とを含む各種水溶液からヒ素を分離するために
一般的に使用されている方法は、まず硫化法により銅を
硫化物の形で回収し、その後にヒ素を硫化法により除去
するものである。容易に理解されるように、この方法は
銅硫化物用の固液分離工程と共にヒ素含有硫化物用の固
液分離工程とを必要としており、2回の固液分離工程が
処理コストを増す要因になっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明は、ヒ
素硫化物含有製錬中間物からのヒ素の効率的で且つ廉価
な分離方法を提供することを目的とする。
【0007】また、本発明は、ヒ素硫化物含有製錬中間
物をアルカリの存在下で酸化浸出工程に供して、ヒ素を
ヒ酸塩として分離するヒ素硫化物含有製錬中間物からの
ヒ素の改善された分離方法を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者は、空気
酸化等の酸化反応においては銅等の複数の価数を有する
金属の触媒作用を利用して浸出を促進できるとの知見に
基づき、この面からの上述の特開昭54−160590
号公報で提案された浸出方法の改善を試みた。銅の触媒
作用を期待した上述の方法の改善案は、ヒ素分だけを効
率良く分離するために、アルカリを介してヒ素を浸出し
ているため、必然的にスラリーのpHは上昇しており、
その結果として上述の金属も沈殿してしまい、結果とし
て期待された触媒作用は発揮させることは不可能となり
実現不可能と考えられていたが、発明者は、鋭意研究の
結果、ヒ素硫化物含有製錬中間物をアルカリの存在下で
酸化浸出工程に供してヒ素をヒ酸塩として分離するヒ素
硫化物含有製錬中間物からのヒ素の分離方法において、
驚くべきことに、該酸化浸出工程において、銅を銅硫化
物の形態で存在させることにより、銅の触媒機能が上首
尾に発揮され、結果としてヒ素の浸出液への浸出速度が
有意的に増大し更には同時に浸出率も増大することを見
いだし、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、ヒ
素硫化物含有製錬中間物をアルカリの存在下で酸化浸出
工程に供して、ヒ素をヒ酸塩として分離するヒ素硫化物
含有製錬中間物からのヒ素の分離方法において、該酸化
浸出工程を銅硫化物の存在下で行うことを特徴とする方
法である。
【0009】本発明では、銅硫化物はヒ素硫化物含有製
錬中間物由来のものでも、添加されたものでも、また、
それらの組み合わせでもよい。浸出工程で使用されるア
ルカリはpH調節のために添加されるものであり、原理
的にはあらゆるアルカリを使用できるが、水酸化カルシ
ウムのように浸出されたヒ素の不溶解塩を形成するよう
なアルカリは不適当である。好ましいアルカリは水酸化
ナトリウムである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態をいかに詳述
する。
【0011】本発明は、ヒ素硫化物含有製錬中間物をア
ルカリの存在下で酸化浸出工程に供してヒ素をヒ酸塩と
して分離するヒ素硫化物含有製錬中間物からのヒ素の分
離方法に関し、該酸化浸出工程を銅硫化物の存在下で行
うことを特徴とする方法である。製錬中間物には、乾式
製錬、湿式製錬、乾式精製、湿式精製といった一連の製
錬プロセスにおいて生ずる煤灰、残サイ、炉液、溢流、
電解尾液等が含まれるが、本発明では、ヒ素が硫化物の
形態で含まれる製錬中間物を処理の対象としている。ヒ
素は金属硫化鉱物に広く随伴するものであり、硫化ヒ素
を随伴する硫化鉱石を処理した際の煤灰に硫化物の形態
で含まれる場合が多いが、湿式プロセスにおいて生ずる
殿物、電解尾液、炉液、溢流中にも硫化物の形態で含ま
れる場合もあり、これらも本発明の処理対象になる。更
には、これらに予備処理を加えて、例えば水硫化ソーダ
(NaSH)を添加することにより、ヒ素を硫化物形態
に転化したものも、本発明の処理対象たる製錬中間物に
含まれる。
【0012】アルカリは、上述のようにpH調節のため
に使用されるものであり、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等を使用できる
が、好ましくは、水酸化ナトリウムである。pHは、好
ましくは6〜9に調節する。より好ましくは6.5〜
7.5に調節する。pHは9を超えてもヒ素の浸出率に
悪影響はないが、製錬中間物に含まれる硫黄分の酸化率
が高くなり、その結果として硫酸が生成されてしまい、
硫酸の中和にアルカリを追加添加する必要性がでてくる
こと、pHが6未満ではヒ素の浸出率が低下するだけで
なく、共存している他の有価物も相当量浸出してくるこ
とから、上述の範囲を実用的観点から定めた。
【0013】銅硫化物は、ヒ素硫化物含有製錬中間物由
来のものでも、添加されたものでもよい。ここで、「ヒ
素硫化物含有製錬中間物由来」とは、銅硫化物がヒ素硫
化物含有製錬中間物に含まれる場合を意味し、「添加さ
れた」とは、ヒ素硫化物含有製錬中間物以外から銅硫化
物が添加される場合を意味する。なお、本発明の方法で
は、両者の組み合わせでもよい。前者に含まれる典型的
な例としては、銅製錬において、硫化銅鉱をマット溶錬
や転炉製錬に供したときに出される排ガスに含まれる煤
灰や、電解採取により電気銅を得た後に電解尾液を更に
脱銅電解工程に供して得られる銅とヒ素とを含む電解尾
液を水硫化ソーダ(NaSH)を用いて硫化処理してな
るものがある。後者の例としては、例えば、本発明のよ
うなアルカリの存在下での酸化(通常、空気酸化)によ
る浸出更には固液分離によりヒ素を分離した後の銅硫化
物を含む残サイを添加する場合が挙げられる。銅硫化物
の量は、製錬中間物に含まれるヒ素の量との関係で定め
られる。好ましくは、Cu/Asモル比で0.1〜0.
5となるように調整する。なお、0.5を超えるように
調整することは可能であるが、それに対応して浸出残サ
イ中に含まれる銅の量は増大する。
【0014】酸化浸出工程を実施するためには、酸化剤
をヒ素硫化物含有製錬中間物に添加する必要があり、通
常は、酸化剤として空気を使用しこれを吹きかけたりす
るが、空気に限らず純酸素ガス、空気以外の酸素含有ガ
ス等をも使用できることは言うまでもない。本発明の方
法では、空気を使用した場合には、その吹き込み量は、
浸出速度及び浸出率並びに経済性を考慮すると、好まし
くは、浸出溶媒1リットル当たり0.5〜1.5m3
分であるが、この範囲を越えて設定することも可能であ
る。銅硫化物を使用しない場合と比較すると、本発明の
方法の場合には、空気吹き込み量を有意的に低減するこ
とが可能であり、その結果として反応設備を有利的に小
型化できる。
【0015】浸出液としては、通常水を使用するが、上
述のアルカリを溶かしてなる水溶液でもよい。浸出液の
温度は好ましくは50〜90℃である。反応が右に移行
し易いためである。
【0016】本発明の方法によれば、水酸化ナトリウム
(NaOH)を使用した場合には、代表的には、以下の
反応が進行すると想定される: As23+3/2O2+H2O→2HAsO2+3S (1) HAsO2+1/2O2+NaOH→NaH2AsO4 (2) HAsO2+1/2O2+2NaOH→Na2HAsO4+H2O (3) すなわち、まず、式(1)に従って、製錬中間物に含ま
れる硫化ヒ素(As23)は酸素と反応して亜ヒ酸(H
AsO2)が生成される。次に、式(2)及び/又は
(3)に従って、亜ヒ酸(HAsO2)が、添加された
アルカリ、ここでは水酸化ナトリウム(NaOH)と反
応して、ヒ酸塩(NaH2AsO4、Na2HAsO4)が
生成される。
【0017】また、CuSは上述の反応の促進に寄与す
る触媒作用を発揮すると共に、自身は以下の反応を繰り
返すものと想定される: CuS → Cu2S → CuS 本発明の方法によれば、銅の触媒作用を利用することに
より、酸化剤、通常は空気中の酸素の利用率が増加し、
結果としてヒ素の浸出速度及び浸出率が増大するものと
想定される。
【0018】ヒ酸塩(アルカリとして水酸化ナトリウム
を使用した場合には、NaH2AsO4、Na2HAs
4)は水溶性であることから、結果的にヒ素が製錬中
間物から浸出したことになる。その後、ヒ素を含有する
使用済み浸出液と浸出残サイとを固液分離し、更に場合
により濾過及び/又は洗浄を行うことにより、ヒ酸塩の
溶解してなる清澄液を得、その清澄液に、例えば水酸化
カルシウムを添加することにより、安定な殿物形態のヒ
酸カルシウムとしてヒ素を回収することができる。
【0019】浸出残サイは、銅、亜鉛、ビスマスなどの
有価物が硫化物形態で濃縮されてなる固形物であり、再
循環して製錬プロセスに再び供することができる。ま
た、銅が硫化物形態で浸出残サイに留まるので、該浸出
残サイを銅硫化物として、本発明のヒ素の分離方法にお
いて再利用することもできる。
【0020】
【実施例】実施例1 銅の電解精製液を脱銅電解して得られたヒ素及び銅を含
む溶液に、水硫化ソーダ(NaSH)を用いて、脱銅・
脱ヒ素処理を施し、ヒ素硫化物を得た。なお、ヒ素及び
銅を含む溶液の組成は表1に示す通りであり、得られた
ヒ素硫化物(硫化銅としての銅分は、36.3%と極め
て多い)の組成は、表2に示す通りであった。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】次に、反応槽に、このヒ素硫化物163k
gを入れ、更にはNaOH16.8kgを溶解してなる
水溶液1.3m3を入れた。そして、空気を1m3/分の
流量で吹き込むと同時に濃度が200g/Lの水酸化ナ
トリウム溶液を適当に添加して、pHを6.5〜7.5
に保持しながら、6時間にわたって酸化浸出工程を実施
した。なお、浸出工程中、浸出液の温度は60℃に保持
された。
【0024】その後、固液分離し、不溶残サイと清澄液
とに分離した。得られた清澄液の組成は表3に示す通り
であった。
【0025】
【表3】
【0026】また、ヒ素の浸出率は、91.9%であっ
た。液中に硫化銅としての銅が多かったため、60℃と
いう低温であっても、ヒ素の浸出率は90%以上という
高い値であった。
【0027】比較例1 実施例1で得られたヒ素と銅とを含む溶液から、硫化に
より銅のみを予め除き、更に硫化してヒ素硫化物(硫化
銅としての銅分は、4.5%と極めて少ない)を得た。
得られたヒ素硫化物の組成は表4に示す通りであった。
【0028】
【表4】
【0029】このヒ素硫化物を、浸出工程の時間を6時
間、浸出工程中浸出液の温度を60℃に保持した以外は
実施例1と同様に処理した。反応液中に硫化銅が極めて
少なかったため、ヒ素の浸出率は61.6%とあまり高
い値ではなかった。
【0030】
【発明の効果】本発明の方法によれば、ヒ素硫化物含有
製錬中間物からのヒ素の効率的で且つ廉価な分離方法が
提供される。また、本発明の方法によれば、ヒ素を含む
製錬中間物がヒ素と銅とを含む銅製錬プロセスから得ら
れたものである場合には、予め分別硫化により銅を取り
除く必要がなく、固液分離の工程が省略でき、硫化工程
の管理が比較的容易にできるようになるなど、工程の簡
略化等によるコスト節減の観点からも有利な方法が提供
されることになる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−160590(JP,A) 特開 昭62−77431(JP,A) 特開 昭51−136523(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 28/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヒ素硫化物含有製錬中間物をアルカリの
    存在下で酸化浸出工程に供してヒ素を浸出液中にヒ酸塩
    として分離する際に、アルカリとして水酸化ナトリウム
    を使用して浸出液のpHを6.5−7.5に調整し、且
    つ浸出液の温度を50−90℃に保持することにより、
    ヒ素硫化物含有製錬中間物からのヒ素の分離方法におい
    て、 該酸化浸出工程を銅硫化物の存在下で行い、その際の銅
    硫化物の量をCu/Asモル比で0.5を超えるように
    調整することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 該銅硫化物は該ヒ素硫化物含有製錬中間
    物由来のものを含むことを特徴とする請求項1に記載の
    方法。
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