JP3294181B2 - 砒酸カルシウムの製造方法 - Google Patents

砒酸カルシウムの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、元素状硫黄を含む
含砒素製錬中間物から砒酸カルシウム(Ca3(As
42)を製造する方法に係り、特に、硫黄の浸出を抑
制して砒酸カルシウムの生成効率を高める技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】非鉄製錬工程では各種の中間生成物が発
生するが、その中でも硫化物形態の中間生成物には、
銅、亜鉛、ビスマス等の有価物とともに砒素を含むこと
が特徴的である。製錬の中間生成物から各種有価物を回
収する場合には、これらを製錬プロセスに戻すことを繰
り返して高濃度にすることが一般的であるが、その場合
には、砒素が製錬プロセス系内に蓄積されないようにす
る必要があり、そのためには、中間生成物から砒素のみ
を分離して砒酸カルシウム等のような安定した砒素化合
物を製造することが極めて有効であると考えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、含砒素硫化
物をアルカリ浸出して得た浸出液中の砒素は3価(As
3+)の形態のものの割合が多く、これをそのまま砒酸カ
ルシウムの合成工程に導くと、不安定な亜砒酸カルシウ
ムを多く含むことになり、これが実用化の妨げとなって
いた。また、含砒素硫化物として特に単体硫黄を多量に
含む硫化物のみが処理対象となる場合には、アルカリ浸
出して得た浸出液中に硫黄がS2-の形態で溶解し、砒素
(As3+)の酸化反応を阻害するとともに、砒素の砒酸
カルシウムへの移行も妨げる。なお、特開昭57−16
0914号には、含砒素硫化物から砒素を回収する技術
が開示されているが、この技術は、硫酸銅水溶液中に浸
出した砒素(As3+)を銅イオンの存在下で酸化するも
のであるため、アルカリ水溶液での処理を前提とする砒
酸カルシウムの製造には適用困難であった。よって、本
発明は、含砒素製錬中間生成物から砒酸カルシウムを高
い収率で製造することができる砒酸カルシウムの製造方
法を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】一般に、3価の砒素と溶
解硫黄(S2-、HS-)とが混在する浸出液中に空気を
吹き込んで酸化処理を行うと、溶解硫黄が妨害してAs
3+の酸化反応が妨げられ、その結果、砒酸カルシウムの
生成が不充分となる。したがって、砒酸カルシウムをよ
り多く生成するためには、浸出工程での硫黄の浸出を抑
制する必要がある。本発明者は、硫黄の浸出は浸出温度
に影響されるのではないかという推論のもとに検討を重
ねた結果、図1に示すように、廃酸出硫化物単味の浸出
試験では、溶解の総硫黄(図中T.Sで示す)濃度は、
浸出温度60℃までは変化がないが、60℃を超えたと
ころから直線的に増加することを見い出した。
【0005】また、本発明者は、浸出温度が硫黄の浸出
率、砒素の浸出率および浸出液中砒素の酸化度にどのよ
うな影響を与えるかにつき検討を行った結果、図2に示
すように、砒素の浸出率は温度の影響を殆ど受けない
が、浸出温度が60℃を超えた時点から硫黄の浸出率の
増加に伴って砒素の酸化度が減少することを見い出し
た。図2の結果は、硫黄が多い程5価の砒素の生成が抑
制されることを裏付けるものである。
【0006】なお、表1は図1および図2の根拠となる
試験データを示したものである。
【表1】
【0007】さらに、本発明者は、浸出時間が経過する
につれ、浸出液中の溶解硫黄とAs3+の濃度が低減し、
As5+の濃度が増加することも見い出した。図3は、浸
出温度60℃における浸出液中の総砒素(図中T.As
で示す)濃度、As3+濃度および総硫黄(図中T.Sで
示す)濃度の時間的変化を示すものである。ただし、図
3から判るように、浸出開始直後から2時間程度までは
いずれの濃度も上昇し、2時間を超えたあたりからAs
3+濃度と総硫黄濃度が減少するが、溶解硫黄が多い間は
As3+濃度はなかなか低下しないことも明らかになっ
た。一方、浸出液中の総砒素濃度は、時間とともに増加
し続けているから、As3+以外の砒素(主としてAs5+
からなる)の濃度が時間とともに高くなっている。
【0008】また、図4は、上記と同様の試験を浸出温
度50℃で行った結果を示すものであり、図3と同様の
結果が得られることが判る。なお、図3および図4に示
す試験は、原料としてCu:33.2重量%、S:5
0.9重量%を含む廃酸出硫化物を用いるとともに、こ
れに30g/Lの濃度までNaOH溶液を添加し、スラ
リー1m3当たりに0.36Nm3/分の流速で空気を吹
き込んで、アルカリ浸出を行ったものである。
【0009】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
もので、単体硫黄を含む含砒素製錬中間生成物をアルカ
リの存在下で酸化浸出して得た砒素を含む水溶液から砒
酸カルシウムを生成する砒酸カルシウムの製造方法にお
いて、浸出温度を硫黄の浸出を抑制可能な温度範囲で行
い、かつ、浸出して得た浸出液に、金属砒素および/ま
たは砒素酸化物を新たな砒素源として添加し、浸出液に
さらにアルカリを添加して砒素の浸出および酸化を行っ
て砒酸を生成し、上記新たな砒素源は、上記浸出液中に
含まれる硫黄に対してモル比で1.0以上の砒素を含む
金属砒素および/または砒素酸化物であることを特徴と
している。そして、上記した発明者の検討から明らかな
ように、浸出温度の設定で硫黄の浸出を抑制してAs
3+からAs5+への酸化を促進することができ、ま
た、総砒素量を増加することで硫黄およびAs3+の濃
度を低くすることができるから、As5+の濃度を高め
て砒酸カルシウムを効率的に製造することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】浸出温度は、硫黄の浸出を抑制可
能な温度であれば任意であるが、低すぎると浸出液の粘
性が増加して空気吹き込みによる撹拌が不充分になると
ともに、反応が遅くなる。この観点から、浸出温度は4
5℃以上であることが好ましく、50℃以上であればさ
らに好適である。また、図2から判るように、浸出温度
が65℃を超えたあたりから硫黄の浸出率および砒素の
酸化度の浸出指標が逆転している。すなわち、65℃を
上回ると砒素の酸化の度合いが低下するとともに硫黄の
浸出の度合いが高くなる。よって、浸出温度は65℃以
下であることが好ましく、60℃以下であればさらに好
適である。なお、「浸出指数」とは、浸出率と酸化度を
総称したものである。
【0011】含砒素製錬中間生成物は、銅製錬での硫酸
を製造する工程から排出される廃酸を硫化処理して得ら
れる廃酸出硫化物等が対象である。また、金属砒素およ
び砒素酸化物は、含砒素銅精鉱の製錬過程における電解
製錬の浄液工程で得られる電解沈殿銅を用いると好適で
ある。
【0012】また、アルカリによる最初の浸出は、pH
9以下で行うことで硫黄の浸出をさらに抑制することが
可能となる。さらに、新たな砒素源は、浸出液中に含ま
れる硫黄に対してモル比で1.0以上の金属砒素および
/または砒素酸化物であると、砒素の酸化度を向上させ
る効果を確実に得ることができる。なお、上記のように
して得た砒酸を含む浸出液に、消石灰等のカルシウムア
ルカリ塩を反応させることにより、砒酸カルシウムを得
ることができる。
【0013】
【実施例】以下、具体的な実施例により本発明を詳細に
説明する。 [実施例1] 第1工程:銅製錬の廃酸出硫化物3.8ton(乾燥重
量)に、NaOH0.7tonと所定量の水を添加し、そ
れを60℃に保持して11Nm3/分の流速で空気を吹
き込み、8時間アルカリ浸出を行った。こうして、浸出
液38m3と残さ2.1ton(乾燥重量)を得た。この浸
出液はpH7.0であった。第1工程における各成分の
組成を表2に示す。
【0014】
【表2】
【0015】第2工程:第1工程で得た浸出液38m
3に、銅製錬出の電解沈殿銅6.1ton、NaOH2.1
tonおよび所定量の水を添加し、それを60℃に保持し
て30Nm3/分の流速で空気を吹き込み、酸化処理を
8時間行った。こうして、処理液103m3と残さ3.
8ton(乾燥重量)を得た。この処理液はpH11.0
であり、処理液中に溶解した総硫黄に対する総砒素のモ
ル比は6.3であった。第2工程における各成分の組成
を表3に示す。
【0016】
【表3】
【0017】第3工程:第2工程で得た処理液103
3を60℃に保持し、これに消石灰(Ca(OH)2
6.2tonを添加して60分間処理した。こうして、カ
ルシウム塩9.7ton(乾燥重量)と後液95m3を得
た。第3工程における各成分の組成を表4に示す。
【0018】
【表4】
【0019】[実施例2] 第1工程:銅製錬の廃酸出硫化物4.9ton(乾燥重
量)に、NaOH0.9tonと所定量の水を添加し、そ
れを50℃に保持して40Nm3/分の流速で空気を吹
き込み、8時間アルカリ浸出を行った。こうして、浸出
液134m3と残さ2.4ton(乾燥重量)を得た。この
浸出液はpH7.3であった。第1工程における各成分
の組成を表5に示す。
【0020】
【表5】
【0021】第2工程:第1工程で得た浸出液134
3に銅製錬出の電解沈殿銅7.7ton、NaOH2.8
tonおよび所定量の水を添加し、それを60℃に保持し
て40Nm3/分の流速で空気を吹き込み、酸化処理を
6時間行った。こうして、処理液144m3と残さ5.
0ton(乾燥重量)を得た。この処理液はpH11.0
で、処理液中の総硫黄に対する総砒素のモル比は5.1
であった。第2工程における各成分の組成を表6に示
す。
【0022】
【表6】
【0023】第3工程:第2工程で得た処理液144
3を60℃に保持し、これに消石灰(Ca(OH)2
4.0tonを添加して60分間処理しした。こうして、
カルシウム塩12ton(乾燥重量)と後液128m3を得
た。第3工程における各成分の組成を表7に示す。
【0024】
【表7】
【0025】[比較例] 第1工程:銅製錬の廃酸出硫化物4.4ton(乾燥重
量)に、NaOH0.9tonと所定量の水を添加し、そ
れを80℃に保持して15Nm3/分の流速で空気を吹
き込み、8時間アルカリ浸出を行った。こうして、浸出
液51m3と残さ1.6ton(乾燥重量)を得た。この浸
出液はpH7.3であった。第1工程における各成分の
組成を表8に示す。
【0026】
【表8】
【0027】第2工程:第1工程で得た浸出液51m
3に銅製錬出の電解沈殿銅0.7ton、NaOH2.2to
nおよび所定量の水を添加し、それを80℃に保持して
15Nm3/分の流速で空気を吹き込み、酸化処理を8
時間行った。こうして、処理液48m3と残さ0.4ton
(乾燥重量)を得た。この処理液はpH11.0であ
り、処理液中に溶解している総硫黄に対する総砒素のモ
ル比は0.2であった。第2工程における各成分の組成
を表9に示す。
【0028】
【表9】
【0029】第3工程:第2工程で得た処理液48m
3を60℃に保持し、これに消石灰(Ca(OH)2
1.7tonを添加して60分間処理しした。こうして、
カルシウム塩3.4ton(乾燥重量)と後液41m3を得
た。第3工程における各成分の組成を表10に示す。
【0030】
【表10】
【0031】以上の実施例1,2および比較例の結果を
表11にまとめた。
【表11】
【0032】表11から判るように、第1、第2実施例
では浸出温度が60℃以下であり、しかも電解沈殿銅の
添加量が多いために、後液中の砒素および硫黄が完全に
回収され、カルシウム塩の生産量が比較例に較べて格段
に多い。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、浸
出温度を硫黄の浸出を抑制可能な温度範囲で行うととも
に、浸出液に新たな砒素源を添加するから、含砒素製錬
中間生成物から砒酸カルシウムを高い収率で製造するこ
とができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 浸出温度と浸出液中に溶解した総硫黄濃度と
の関係を示す線図である。
【図2】 浸出温度と砒素浸出率、砒素酸化度、硫黄浸
出率の関係を示す線図である。
【図3】 浸出温度60℃における浸出時間と砒素等の
濃度との関係を示す線図である。
【図4】 浸出温度50℃における浸出時間と砒素等の
濃度との関係を示す線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−315819(JP,A) 特開 昭54−160590(JP,A) 特開 平9−263408(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 25/00 - 57/00 WPI(DIALOG) JICSTファイル(JOIS)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単体硫黄を含む含砒素製錬中間生成物を
    アルカリの存在下で酸化浸出して得た砒素を含む水溶液
    から砒酸カルシウムを生成する製造方法において、浸出
    温度を硫黄の浸出を抑制可能な温度範囲で行い、かつ、
    浸出して得た浸出液に、金属砒素および/または砒素酸
    化物を新たな砒素源として添加し、上記浸出液にさらに
    アルカリを添加して砒素の浸出および酸化を行って砒酸
    を生成し、上記新たな砒素源は、上記浸出液中に含まれ
    る硫黄に対してモル比で1.0以上の砒素を含む金属砒
    素および/または砒素酸化物であることを特徴とする砒
    酸カルシウムの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記浸出温度を45〜65℃とすること
    により硫黄の浸出を抑制することを特徴とする請求項1
    に記載の砒酸カルシウムの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記含砒素製錬中間生成物は、銅製錬で
    の硫酸製造工程から排出される廃酸を硫化処理して得ら
    れる廃酸出硫化物であることを特徴とする請求項1また
    は2に記載の砒酸カルシウムの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記アルカリによる最初の浸出は、pH
    9以下で行うことにより硫黄の浸出を抑制することを特
    徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の砒酸カルシウ
    ムの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記金属砒素および砒素酸化物は、含砒
    素銅精鉱の製錬過程における電解製錬の浄液工程で得ら
    れる電解沈殿銅であることを特徴とする請求項1〜4の
    いずれかに記載の砒酸カルシウムの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記砒酸を含む浸出液にカルシウムアル
    カリ塩を反応させて砒酸カルシウムを得ることを特徴と
    する請求項1〜のいずれかに記載の砒酸カルシウムの
    製造方法。
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