JP3327922B2 - 金属回収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属回収装置に関する。

本発明は、水性溶液から銅を電解採集する用途を有し
ており、図示目的のためにその用途に説明されるが限定
はしない。しかし、本発明は銀、あるいは他の金属、あ
るいはガス物質のような他の用途に使用され得ることを
理解されたい。

鉱石から金属を抽出する多くの方法は、鉱石中に小さ
いけれども有意義な割合の金属を残す。他の方法は、低
いグレードの鉱石に経済的に利用できない。処理された
鉱石から残っている金属を抽出するひとつの確立された
方法、あるいは低いグレードの鉱石から金属を抽出する
ひとつの確立された方法は、リーチング「leaching」と
して知られている。リーチングは抽出される金属が分解
する流体を鉱石中に通し、その流体を集め、そしてその
金属をその流体から分離する工程を含んでいる。銅の抽
出の場合において、典型的に使用される流体は硫化銅を
製造するために銅と反応する稀硫酸である。

硫化鉄と自由銅が形成される場合、銅は金属鉄、ある
いは鋼にそれを晒すことによって鉱物から流れる硫化銅
から除去される。

運悪くそのようにして製造された銅は有意義な不純物
を含んでおり、酸はそのプロセス中に使い果たされてし
まい、そのプロセスの経済性を低下させる。その代わり
に硫化銅溶液が電解セル中に通されても良く、これによ
って自由銅および硫酸の両方を回収する。しかし、従来
の電解セルは採集動作から得られる低い濃度の流体から
金属を直接採集する用途に経済的に適用できず、その流
体が電解される前に濃度を高めることが必要になる。

本発明は上に述べた問題点を無くし、信頼性があって
有効な金属抽出装置を提供することに目的がある。本発
明の他の目的および利点は、以下、明らかになる。

上に述べた目的および他の目的に鑑み、本発明はひと
つの特徴において以下の手段を含む金属回収セルにあ
る。

細長い内周の回りに設けられた導電性表面を有する細
長いハウジング、 前記ハウジングに伸びる電極、 前記ハウジングに対する流体インレット、 前記流体インレットから離れた前記ハウジングからの
流体のアウトレット、および、 前記電極および前記導電性表面に電気回路を接続する
ための電気端子。

好ましくは、細長いハウジングは端壁間に伸び、電極
は前記ハウジング内に設けられて前記端壁間に伸びる。
電極は電気陽極として利用され、導電性表面は陰極とし
て利用されることにより、ハウジング内で保持される液
体の電解によって製造される金属材料が導電性表面に堆
積されることが好ましい。勿論、希望されれば電極が陰
極として使用されても良く、そのときは金属材料はその
上に堆積される。希望されれば電極は流体中に渦巻きの
流れを促進するために突起、あるいはリブのような表面
処理を含むように形成されても良い。

適切にはハウジングは導電性材料から形成される細長
い円筒状の部分を含み、その導電性表面はそれと一体で
あっても良い。陰極および特に導電性材料は、堆積する
金属と同じになるように選択される。例えば、銅の電解
採集において、円筒状の部分は薄い壁の銅の形をとり、
その内部で銅の厚い層が堆積し、円筒状の部分が新たな
銅のチューブによって置換される。これによって、チュ
ーブから堆積された金属を剥がす難しいプロセスを実施
する必要性が無くなる。それに代えて、導電性材料がそ
の表面特性において導電性材料の上に作られる金属の層
がそれから従来の方法において分離される程度に電解採
集される金属と相違するように選択されても良い。適切
には分離された金属が導電性材料から分離した後に同じ
材料の層を継続して堆積するために「出発」チューブと
して利用される薄い壁のチューブの形であっても良い。
例えば、銅の電解採集において他のセルのために大量の
銅の出発チューブがステンレス鋼のチューブを使用する
比較的少数のセルから製造されても良い。

流体インレットと流体アウトレットは、ハウジングの
長さ方向の寸法に並列になるようなハウジングに対する
ある方向に設けられる。しかし、流体インレットはハウ
ジングの第１の端部に隣接し、細長いハウジングの軸に
実質的に垂直になり、かつ／あるいはハウジングと電極
との間に形成される環状の空洞に接するように配置さ
れ、それによって液体の環状の空洞を流れる螺旋状の流
れが誘起される。そのような螺旋状の流れは、電解採集
された金属の堆積をも促進すると考えられる。適切には
流体アウトレットは流体インレットと類似した形状で、
それから離れて設けられ、液体の螺旋状の流れが更に高
められる。

流体インレットは第２の金属抽出セルの流体アウトレ
ットに接続されても良く、それによって流体は両方のセ
ルを介して直列に通過し、流体からの金属の抽出を高め
る。抽出バッテリーが直列に接続された複数のセルによ
って形成されても良く、金属抽出が、ある持続時間にわ
たってある量の流体から生じ、それによって希望する金
属の全初期濃度の有意義な割合が抽出される。

抽出プロセスがガス状の副産物を発生する場合、ガス
分離装置がセルの間に設けられ、上流のセルで発生した
ガスが密度差の技術、あるいは、それに類似した技術に
よって下流のセルに入る前に液体から除去される。それ
に代えて、あるいは、それに加えてセルの上方端部は換
気用の開口を有しても良く、それによって発生したガス
は下流のセルに液体が入る前にセルから換気される。ガ
ス分離効果は液体アウトレットの上にガス分離室を設け
ることによって高められる。適切には希望するレベルの
有効性のために分離室は環状空洞の外径と略同じ直径で
あるべきであり、その直径の1/2に等しい最小の高さを
有する。

セルは希望する限度内において、流体速度と陰極電流
密度を含むセルの動作条件を調整することによって、特
殊な形で金属を電解採取するように適応させられ、電解
採取された少なくとも幾らかの金属は、陰極に堆積され
る代わりにセルを通って液体流により運ばれ、ハウジン
グの円筒状の部分から離れた便宜的な収集点において採
取されても良い。セルは金属採集手段を有しても良く、
それによって少なくとも幾らかの電解採取された金属が
電解採集プロセスに対する妨害を最小にして粒子として
セルから抽出される。それに加えて、あるいは代わりに
粒子収集手段は、直列に接続されたセルの間に設けられ
ても良く、ガス分離手段と一体に形成されても良い。粒
子収集手段は分離するために重量効果、あるいは遠心分
離効果を利用する分離手段を含んでも良く、かつ、収集
室、あるいはホッパーを含んでも良い。後者は外部弁手
段によって外部収集領域に選択的に接続でき、また、収
集室はセル、あるいは収集室から他の弁手段によって選
択的に分離され、それによって粒材料が開放した他の弁
手段を介して閉じた外部弁手段を有する収集室へ落下さ
せ、それから他の弁手段を閉じるとともに外部弁手段を
開くことによって抽出される。

他の実施例において、収集手段はセル、あるいは分離
室の下の収集位置とセルあるいは分離室から離れた放出
位置との間で移動可能な収集室を含む。適切には複数の
収集室が設けられ、回転マガジンの周りに配置され、後
者が回転して収集室が収集位置と放出位置の間で移動さ
せられる。

他の観点において、本発明は以下の工程を含む金属を
電解採取する方法にある。

内周に配置された導電性表面を有する細長いハウジン
グと、前記ハウジング内に設けられた細長い電極と、前
記ハウジングに対する流体インレットと前記流体インレ
ットから離れた前記ハウジングからの流体アウトレッ
ト、前記電極および前記導電性回路に電気回路を接続す
るための一対の電気終端を含む金属抽出装置を設ける工
程、 前記導電性表面および前記電極の間に電流源を接続す
る工程、および、 前記流体インレットおよび前記流体アウトレットの間
の前記ハウジングを介して金属の分解塩を含む流体を通
す工程。

この方法は、電解採取プロセスに濾出プロセスを加え
ても良く、その流体は電解採取される金属を含む鉱石微
粒子を含むことにより、金属粒子を分解するプロセスが
濾出と電解採取の別々のステップを必要とする代わりに
電解採取プロセスと同時に実施される。例えば、鉱石か
ら銅を電解採取するときに細かく粉砕された鉱石がセ
ル、あるいは複数のセルを通る硫酸の稀釈溶液に入れら
れる。銅は酸中で分解し、溶液から電解採取され、チュ
ーブ壁状に堆積し、その間硫酸は再生される。鉱石の残
りは分解されず、かつ、沈澱、濾過、あるいは遠心効果
によって液体から分離される。

本発明がもっと簡単に理解され、実用的にされるため
に本発明の実施例を示す添付した図面が参照される。

図１は、本発明による電解採取セルの断面側面図であ
る。

図２は、図１に示された電解採取セルの断面平面図で
ある。

図３は、本発明の他の実施例の断面側面図である。

図４は、本発明による分離装置の断面側面図である。

図１および２に示された電解セル10は、金属チューブ
12を含むハウジング組立体11を含み、その外周に対して
上方端部キャップ13および下方端部キャップ14がシーリ
ングリング15によってシールされている。ハウジング組
立体11は、端部キャップ13および14において形成された
フランジ17にクランプされた貫通ボルト16によって一緒
に保持されている。

シーリンググランド20は端部キャップ13および14にお
いて中心に形成され、円筒状電極21がそれを通ってい
る。希望されればひとつだけのシーリンググランドが設
けられても良く、電極21が端部キャップから内方へ突出
するチューブ状のリセス内に、あるいは、ボスの周りに
他の端部において終端させられても良く、チューブ状電
極21はボスあるいはリセスにシーリング手段によってシ
ールされるか、あるいは電極21を通る流体の損失を最小
にするようにブロックされる。液体アウトレット22が上
方端部キャップ13に形成され、液体インレット23が下方
端部キャップ14に形成されている。アウトレット22とイ
ンレット23はハウジング組立体11の軸に垂直で、ハウジ
ング組立体11と電極21の間に形成された環状空洞24に接
した軸と一線になっている。下方端部キャップ14にイン
レット23を位置させることによって誘導される液体の上
方の流れは上方端部キャップ13に形成されたガス換器32
に向かって電極21の上に堆積するガスを取り除く傾向が
あり、そのガス流は液体の流れを高めて外部のポンプの
要件を減らすために泡のポンプとして動作する。勿論、
希望されればインレット23は上方端部キャップ13に形成
されても良く、アウトレット22は下方の液体の流れを誘
導するために下方端部キャップ14に形成されても良い。

インレット22とチューブ12の下方端部の間の領域にお
いて、下方端部キャップ14の内径はチューブ12の内径に
密接して整合するように形成され、その結果、比較的平
滑な円筒状表面が入って来る液体の螺旋の流れを高める
ために設けられる。同じプロセスの直径の整合が上方端
部キャップ13と環状空洞24の平滑な螺旋状の流れを更に
高めるために、チューブ12に適用される。

端部キャップ13と14のそれぞれは、フランジアダプタ
ー25、ある長さのパイプ26、パイプキャップ27、圧縮フ
ィッティング30およびある長さの小さな直径のパイプ31
を含むポリ塩化ビニール（PVC）、プラスチックパイプ
フィッティングの組立体から形成され、これらの要素は
一体に溶接されるか、あるいはにかわでくっつけられ
る。勿論、希望されれば端部キャップはプラスチックモ
ールドプロセスによって一体に形成されても良い。希望
されればガス換器32はガスが上方端部キャップ13に収集
されたときに開き、ガスが換気された後に閉じるフロー
ト弁、あるいはそれらの同等のものを有しても良い。

硫酸と硫化銅を含む液体から電解銅を採取することが
要求されれば、銅チューブが金属チューブ12として利用
され、チューブ状の電極21が表面被覆の貴金属酸化物を
有するチタニウム（寸法的に安定な陽極として知られ
る）、あるいは鉛アンチモン合金のような動作条件下に
おいて酸に溶けず、かつ、特性が変化しない他の材料か
ら形成されても良い。その代わりに金属チューブ12は、
沈着材料が容易に除去されるステンレス鋼のような不活
性材料から形成されても良い。

使用において、直流電力源チューブ状電極21に接合さ
れる正の端子を有するセル10に接続され、それは陽極と
なり、金属チューブ12に接合される負の端子を有するセ
ル10に接続され、それは陰極となり、ハウジング12の組
立および分解および特に取外しと取替えを容易にするた
め、クリップオンコネクターが使用されることが好まし
い。電極21とチューブ12の間を通る電流はチューブ12の
上に銅を堆積し、そのプロセスによって溶液から放出さ
れる酸素はガス換器32を経て大気へ換気される。銅の希
望した厚さがチューブ12の内側に形成されると、精錬さ
れた銅として販売のために、あるいは電気ブスバーとし
て使用のために除去され、新しいチューブと取り替えら
れる。

希望されればアレイ状のセル10が作られても良く、か
つ、液体が直列の複数のセルを通してポンプされ、液体
の銅の量が前進的に減少させられる。勿論、アレイ状の
セルの間の直列かつ並列の希望する形状の流れが形成さ
れ、それによってセルにおける流れの状態が最適にさせ
られる。同じようにセルに対する電源が所望の直列、並
列あるいは直並列の形で構成され、それによってセル電
流と電圧を利用可能な電源に整合させる。

図３に示される電解セル40は、形状において図１およ
び図２に示されるものに類似しているが、上方端部キャ
ップ41においてチューブ42の内径の半分より大なる垂直
ギャップが液体アウトレット43とガス換器44の間に残さ
れ、チューブ42を介して立ち上がる流体に含まれるガス
は、後者がセル40から取り出される前に液体から分離さ
れても良い。下方端部キャップ45もまた、液体インレッ
ト46の底部と下方端部キャップ45のベース47の間でチュ
ーブ42の内径の半分より大きな垂直ギャップを有するよ
うに形成される。陽極50は液体インレット46の上で終端
するが、円筒状の形状はベース47に取り付けられた導電
性でない陽極マウント51によって液体インレット46を超
えて下方まで続いており、インレットの流れのパターン
は目立つ程には妨害されない。これらの特徴は、セル40
の底部に落ちる金属粒子の穏やかな形成によりインレッ
ト46を介した液体の流れを阻害しないか、あるいは陽極
50とチューブ42の間の電気的ショートを作らないように
することを保証する。

下方端部キャップ45とチューブ42の下方端部の間の円
周状の接合は、少なくともインレット46の頂部を超えて
チューブ42の内径の半分にわたって設けられ、インレッ
トの近くの攪乱された流れの状態におけるチューブ42の
端部の腐蝕が最小にさせられる。上方端部キャップ41と
チューブ42の上方端の間の円周状の接合は、同じように
形状を与えられ、螺旋状の出口の流れの平滑さが高めら
れ、かつ、チューブ42の上方端の腐蝕が最小にさせられ
る。

図４に示された分離装置60は、セル10に形成された金
属粒子を除去するために利用されるが、陰極の上には堆
積されず、この目的のために垂直バッフル62によってふ
たつの部分に分けられ、頂部において閉じられた垂直の
チューブ状の分離室61を含み、後者はアウトレットパイ
プ64からインレットパイプ63を分離する。希望されれば
フロート弁を含んでも良いガス換器65は、分離室61の上
方部に形成されている。その下方端において分離室61は
円錐状に内側に向かってテーパーを有しており、上方弁
66において終端し、その下方面がチューブ状収集室67に
取り付けられている。後者は下方弁70によってその下方
端部において終端させられている。

使用において、ガスの泡と金属の粒子を運ぶ液体は、
インレットパイプ63を介してセル10の液体アウトレット
22から分離装置60へ入っても良い。分離室61の容量はセ
ル10の容量の多数倍にさせられ、液体は比較的長い対流
時間を分離室61において有する。バッフル62はインレッ
ト63からアウトレット64へ直接、液体の短絡的流れが生
じるのを防ぐ。ガスは液体71から出てガス換器65を介し
て逃げ、一方、金属粒子は液体71と開いた上方弁66を介
して収集室67へ落下し、閉じた下方弁70の上に置かれ
る。

蓄積した金属粒子を集めることが必要であるとき上方
弁66が閉じられ、圧力をかけられた液体の流れのループ
が動作中継続し、一方、下方弁70は金属粒子が落下する
ように開かれる。希望されれば検出電極は収集室67の側
壁に沿って間隔を持った関係で配置されても良く、ま
た、抵抗メーターのような遠隔検出手段が利用され、金
属粒子のレベルが希望した収集レベルに到達するときを
掲出する。

勿論、上記の説明は本発明の例によって行われたが、
全てのそのような、および他の修正およびそれに対する
変更が、当該技術分野において通常の知識を有する者に
とって明らかであるとして、本発明の範囲に含まれるも
のとして以下の請求項に定義されることを理解されるべ
きである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デ ディナス，ロバート・ネピア オーストラリア、クイーンズランド州 4570、ギンピー、サウス サイド、ウー ルガー ロード 23 (72)発明者 トレジャー，パトリック・アンソニー オーストラリア、クイーンズランド州 4210、オクセンフォード、リバースデー ル ドライブ 23 (56)参考文献 特開 昭55−145189（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−501951（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25C 1/00 - 7/08

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体溶液から金属を電解採取するための電
   解採取セル組立体であって、 一方の端部にインレットを有しその反対側の端部にアウ
   トレットを有するハウジングと、 ハウジング内を縦方向に伸びる陽極と、 陽極の周囲を囲む導電性表面を有し、陰極と陽極の間に
   実質的な環状空洞の範囲を形成するように陽極から外側
   へ放射状に間隔をあけて配置された陰極を含んで構成さ
   れ、溶液から回収される金属が陰極上に堆積する、電解
   採取セル組立体。
2. 【請求項２】ハウジングの各端部に取り外し可能に設け
   られた密閉部材および陰極と陽極を電力源に電気接続す
   るための電気終端を含み、陽極は前記密閉部材を通って
   ハウジングへと伸びる請求項１記載の電解採取セル集合
   体。
3. 【請求項３】前記陰極が堆積される金属と同じ材料で作
   られている請求項１あるいは請求項２記載の電解採取セ
   ル集合体。
4. 【請求項４】密閉部材はハウジングの端部に取り外し可
   能に設けられた端部キャップであり、端部キャップは前
   記陰極と絶縁されている請求項２に記載の電解採取セル
   集合体。
5. 【請求項５】前記陽極は縦の長さが陰極より短い導電性
   部分を有し、また非導電性部分は導電性部分と同軸であ
   り導電性部分の各端より外側へ突出している、請求項４
   に記載の電解採取セル集合体。
6. 【請求項６】陽極は端部キャップ間に伸び、また端部キ
   ャップによって支持される、請求項５に記載された電解
   採取セル集合体。
7. 【請求項７】インレットは溶液が環状空洞に接触する方
   向へと向けられるように前記環状空洞に接触するように
   配置され、またアウトレットも環状空洞に接触するよう
   に配置される請求項１より６のいずれかひとつに記載さ
   れた電解採取セル集合体。
8. 【請求項８】前記セル組立体が直列に動作的に連結され
   ている請求項１より７のいずれかひとつに記載された電
   解採取セル集合体が複数である金属抽出装置。
9. 【請求項９】前記セル組立体に動作的に連結されている
   ガス分離装置を含む請求項８に記載の金属抽出装置。
10. 【請求項１０】前記陰極に堆積された金属が流体溶液に
    よって導電性表面から腐蝕され、また前記流体溶液によ
    ってセル組立体から外へ運ばれる請求項８または９に記
    載された金属抽出装置。
11. 【請求項１１】更に、隣接するセル組立体の間に設けら
    れた粒子金属収集手段を含む請求項10に記載された金属
    抽出装置。
12. 【請求項１２】請求項１に記載された電解採取セル組立
    体を備え、 金属を含んだ溶液を、インレフトからアウトレットへ環
    状空洞内を実質的にらせん状に流れるような方向にイン
    レットを介して環状空洞内へ導入し、 溶液から金属を陰極上に電解析出させるために陰極と陽
    極の間に電位差を印加する、 各工程を含む、溶液から金属を電解採取する方法。
13. 【請求項１３】溶液が、ハウジングの縦軸から外れた方
    向において、インレットを介して環状空洞内に導入され
    る請求項12に記載された方法。
14. 【請求項１４】溶液が、実質的にハウジングに対する接
    線方向において、インレットを介して環状空洞内に導入
    される請求項13に記載された方法。
15. 【請求項１５】セル組立体を分解し、堆積された金属を
    有する導電性表面を取り外すことによってセル組立体か
    ら金属を回収する段階を含む請求項12より14のいずれか
    ひとつに記載された方法。