JP3677427B2 - 攪拌装置及びそれを用いた脱銅浸出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、攪拌装置及びそれを用いた脱銅浸出方法に関し、更に詳しくは、電解精錬により沈積したアノードスライムから有価金属を浸出する脱銅工程で使用される攪拌装置及びそれを用いた脱銅浸出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解精錬によって高品位の電気銅を得る際に、電解槽の底には陽極に含まれる不溶の不純物が泥状に沈積したアノードスライムが堆積する。このアノードスライムには銅の他、金、銀等の有用な貴金属が含まれているため、硫酸等により脱銅浸出した後、塩酸により塩化浸出を行い金、銀を回収することが行なわれている。参考として、アノードスライムの成分構成の一分析例を以下に示す。
Ａｕ：１．９０％、Ａｇ：１７．５０％、Ｃｕ：２５．７０％、Ｐｔ：０．０３％、Ｐｄ：０．２０％、Ａｓ：３．７０％、Ｂｉ：０．４０％、Ｓｂ：２．００％、Ｐｂ：４．７０％、Ｓｅ：８．４０％、Ｔｅ：４．５０％
【０００３】
「脱銅浸出」は、アノードスライムに約２５％含まれる銅を銅電解工程の硫酸溶液にて浸出除去し、その割合を１％以下にする作業であり、具体的には、アノードスライムを硫酸溶液でリパルプし、リパルプ後の硫酸溶液に空気を吹き込みながら攪拌し銅を硫酸銅として酸化浸出するものである。
また、この浸出時に鉄が存在する場合にはより有効に銅を溶解できる。すなわち、鉄は空気で酸化されて第二鉄となり、銅を酸化させる。このとき鉄は第一鉄に還元されるが、吹き込まれる空気中の酸素によって再び第二鉄に酸化され、反応が繰り返される。そして、この作業によりアノードスライムに含まれる銅品位を約２５％から約１％以下まで低下させて銅を回収する。これらの反応式を以下に示す。
Ｃｕ＋１／２Ｏ_２＋Ｈ_２ＳＯ_４→ＣｕＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ
Ｃｕ_２Ｓｅ＋Ｏ_２＋２Ｈ_２ＳＯ_４→２ＣｕＳＯ_４＋Ｓｅ＋２Ｈ_２Ｏ
４ＦｅＳＯ_４＋Ｏ_２＋２Ｈ_２ＳＯ_４→２Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３＋２Ｈ_２Ｏ
Ｃｕ_２Ｓｅ＋２Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３→２ＣｕＳＯ_４＋Ｓｅ＋４ＦｅＳＯ_４
尚、銅を浸出した溶液にはテルルも浸出されているため浸出溶液を直接銅電解工程へ戻すと電気銅の品質を低下させることとなる。従って、浸出液中のテルルを銅置換によって除去する。尚、アノードスライム中のＴｅは約５０％、Ａｓは約９４％溶出する。
【０００４】
この脱銅浸出は大気圧下で行なうことも可能であるが、反応時間の短縮、酸素消費量の低減を図るためにオートクレーブを用いて加圧下で作業が行なわれることがある。硫酸溶液が用いられる脱銅浸出に使用するオートクレーブは、強酸性に耐えられるように、耐酸レンガで内張りし、攪拌機、排出管、バルブなどはチタン等の耐酸性を有する材質が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電解製錬の設備の大型化に伴って処理すべきアノードスライムの量も増え、従って、浸出設備も次第に大型化する傾向にある。
また、空気を吹き込んで浸出する場合、反応に必要な酸素が充分に供給されないと浸出完了までに４８〜７２時間程度かかり、反応時間が長くなるという問題がある。この場合、オートクレーブを使用すれば反応時間の短縮、酸素消費量の低減を図ることができるが、オートクレーブ自体が高価であることに加えて、使用するべき材質が限られるためさらに設備が高価になるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明では、かかる問題を解消し、溶液中に充分な気体を吹き込み可能な攪拌装置を提供すると共に、大型で特別な設備を設けなくとも効率的に浸出作業を行なうことが可能な攪拌装置及びそれを用いた脱銅浸出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、溶液が貯えられる槽内に立設される円筒状の筒体と、筒体の内部に挿通され、回転駆動機構により回転する回転軸と、そして、筒体の内部に気体を吹き込む気体吹込管とを含み構成され、筒体の側面には筒体内に滞留する気体を外部に排出するために槽内に蓄えられた溶液の液面より離れた位置に設けられた排出口と、槽内に貯えられた上層部の溶液を筒体内に取り込むための取入口が設けられ、筒体の下部側には筒体の内側面から中心方向に向かって突設された複数の固定羽根が配置され、回転軸には、回転軸の回転に伴って回転する複数の回転羽根が放射方向に固定羽根とほぼ同じ高さ位置に取着され、気体吹込管の先端部は回転羽根近傍に位置するように配置して形成され、固定羽根及び回転羽根の下部に位置する回転軸の下端部には回転軸の回転に伴って回転して槽の底部に沈殿する不溶解物を巻き上げて分散させるエッジパドルが取着されていることを特徴とする攪拌機を提供する。
【０００８】
上記課題を解決するために請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の攪拌装置において、気体吹込管の先端部は水平方向に対して略４５度の角度をもって回転羽根に向かって気体を噴出するように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するために請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の攪拌装置において、固定羽根と回転羽根の間のクリアランスが３０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決するために請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の攪拌機において、回転軸、回転羽根、固定羽根及びエッジパドルはチタン等の耐酸性を有する材質により形成されていることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の攪拌機を用いて槽内に貯えられた溶液により金、銀等の貴金属を含むアノードスライムから銅を浸出除去する脱銅浸出方法において、溶液が硫酸溶液であって、浸出開始時の濃度が３５０〜４５０ｇ／ l であり、硫酸溶液に対するアノードスライムの混合割合が１００〜２５０ｇ／ l であり、浸出開始時の硫酸溶液の温度が６０〜９０°Ｃであることを特徴とする脱銅浸出方法を提供する。
【００１２】
上記課題を解決するために請求項６に記載の脱銅浸出方法において、空気吹込管から供給される気体量は、前記槽内に貯えられた前記溶液の体積が１３ｍ ^３ である場合に、毎分０．７〜１．５Ｎｍ ^３ （０．７〜１．５Ｎｍ ^３ ／ｍｉｎ／１３ｍ ^３ ）であることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の脱銅浸出方法において、回転軸の回転数が２５０〜３５０ｒｐｍであることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の脱銅浸出方法において、回転軸を停止させた状態で槽内に溶液を取入口が没するまで貯え、そして、回転軸を回転させて浸出を開始したときにその回転により回転する溶液の中心部付近の液面を取入口の途中に位置するまで下げることにより該取入口から空気を抱き込むようにして溶液を筒体内に引き込んだのち、筒体の下部から排出して槽内を循環させることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る攪拌装置及びそれを用いた脱銅浸出方法について図面に示された好ましい一実施形態に基づいて更に詳しく説明する。
まず、本発明に係る攪拌装置１は、図１に示すように、溶液が貯えられる槽５内に立設される円筒状の筒体１０と、筒体１０の内部に挿通された回転駆動機構７により回転する回転軸２０と、筒体１０の内部に気体を吹き込む気体吹込管３０とにより構成されている。
【００１７】
筒体１０は、内部が空洞の円筒形状を有しており、その上端部側にはフランジ部１５ａが形成され、回転駆動機構７側に設けられたフランジ部１５ｂと連結されるようになっている。筒体１０の側面の上部には、筒体１０内に滞留する気体を筒体１０外に排出するための排出口１３が形成されている。排出口１３を設けるのは、後述するように、気体吹込管３０から筒体１０内に吹き込まれて蓄積された気体が抜けるときに回転軸２０を振動させ、その振動により固定羽根１７及び回転羽根２７が接触して破損させるおそれがあるのでそれを回避するために設けられている。尚、この排出口１３は液面上部の離れた位置に設けることが好ましい。
【００１８】
また、筒体１０の側面の排出口１３下には、槽５内に貯えられた上層部の溶液を筒体１０内に取り込むための取入口１１が設けられている。取入口１１は筒体１０の側面周囲の同じ高さ位置に複数設けてもよい。尚、同様に排出口１３も筒体１０の側面周囲の同じ高さ位置に複数設けてもよい。
【００１９】
回転駆動機構７は、駆動原であるモータ７ａから供給される動力をプーリ７ｃを介して回転軸２０に伝えて回転軸２０を回転させるものである。回転軸２０はベアリング７ｂにより回転可能に支持され且つ垂直に立設されると共に、槽５のほぼ中心に配置される。
【００２０】
筒体１０の下部側には、図３に示すように、筒体１０の内側面から中心方向に向かって突設された複数の固定羽根１７、１７が配置されている。本実施形態において固定羽根１７は、１２枚設けられているが、これに限られるものではなく、１０〜１４枚若しくはそれ以外の枚数を設けてもよい。また、硫酸を用いた脱銅浸出においては固定羽根１７が強酸性下に曝されるので耐酸性を有する材質であるチタンにより形成されている。
【００２１】
回転軸２０は、筒体１０の内部に挿通されており、固定羽根１７とほぼ同じ高さ位置に回転軸２０の回転に伴って回転する回転羽根２７が取着されている。回転羽根２７は、回転軸２０の中心から放射方向に向かって複数枚配置されており、本実施形態においては固定羽根１７と同じ１２枚設けられている。もちろん、これに限られるものではなく、１０〜１４枚若しくはそれ以外の枚数を設けてもよい。また、固定羽根１７の下部と回転羽根２７下部の高さ位置はほぼ同じ位置になるように配置されている。
【００２２】
固定羽根１７と回転羽根２７の間は３０ｍｍ〜５０ｍｍのクリアランスが設けられている。これは、後述する気体吹込管３０から供給される空気を回転羽根２７に吹き付けたときにその吹込み圧により回転軸２０が偏りを起こし、固定羽根１７と接触して破損するおそれがあるのでそれを回避するために適当なクリアランスを設ける必要があるが、逆にクリアランスを広く設けすぎると気体を細かく分散させることが出来なくなる。そこで、固定羽根１７と回転羽根２７の接触を回避しつつ、気体を細かく分散させるためには３０ｍｍ〜５０ｍｍのクリアランスを設けることが好ましい。尚、硫酸を用いた脱銅浸出においては強酸性下にさらされるので固定羽根１７と同様に回転軸２０及び回転羽根２７も耐酸性を有する材質であるチタンにより形成されている。
【００２３】
回転軸２０の下端部には槽５の底部に沈殿する不溶解物を巻き上げて溶液中に分散させるエッジパドル２５が取着されている。エッジパドル２５は、図４に示すように、回転軸２０を中心として３つのパドル２５ａ、２５ａがそれぞれ三方向に伸びるように形成されている。これにより回転軸２０の回転に伴って槽５の底部に沈殿する不溶解物を巻き上げ、溶液中に分散させる。
【００２４】
気体吹込管３０は、槽５の外部から筒体１０の内部に挿入され、その先端部３１は回転羽根２７の近傍に位置するように配置されている。気体吹込管３０から吹き込まれる気体の気泡のサイズをあまり大きくしないようにするため気体吹込管３０の先端部３１は水平方向に対して略４５度の角度にカットされている。この場合、気体吹込管３０の端面をカットせずに、先端部３１を屈曲させて水平方向に対して略４５度の角度に配置させてもよい。
そして、気体吹込管３０は図示しない気体供給ポンプにより供給される気体を回転する回転羽根２７に吹き付けると共に、固定羽根１７にも吹き付けることによってより微細な気泡を作り、溶液中に効率よく分散させる。
【００２５】
次に、上述した攪拌装置１を用いた脱銅浸出方法について説明すると共に、攪拌装置１の動作を説明する。
まず、攪拌装置１が設置された槽５内に硫酸溶液とアノードスライムを収容する（ステップＳ１）。槽５は直径が約２．４ｍで、その中に硫酸溶液を槽５の底部から約２．８〜２．９ｍの高さ位置まで貯えられる。従って、貯えられた溶液の体積は１３ｍ^３となる。このとき、硫酸濃度を３５０〜４５０ｇ／lに調整すると共に、硫酸溶液に対するアノードスライムの混合割合を１００〜２５０ｇ／lとなるように調製する。また、硫酸溶液の温度を高くすることにより銅と硫酸の反応が促進されるため、硫酸溶液の温度が６０〜９０°Ｃとなるように図示しないヒータあるいは蒸気等による熱交換器により加温する（ステップＳ２）。
【００２６】
液温が所定の温度に上昇した後、モータ７ａを駆動させ回転軸２０を回転させて浸出を開始する（ステップＳ３）。このときの回転軸２０の回転数は２５０〜３５０ｒｐｍとするのが好ましい。回転数が少ないと攪拌が充分に行なわれず、一方、回転数が大きいと回転軸２０の振動や溶液の液流の影響等により固定羽根１７と回転羽根２７が接触し破損するおそれがあるからである。
回転軸２０の回転によりパドル２５ａ、２５ａも同時に回転し、槽５の底部に沈殿する不溶解物を巻き上げて溶液内に分散させる。
【００２７】
回転軸２０を回転させて浸出を開始すると、回転羽根２７の回転により筒体１０内の硫酸溶液表面の中心部付近が渦の中心となると共に、硫酸溶液は取入口１１から筒体１０に引き込まれ、そして、筒体１０の下部から固定羽根１７と回転羽根２７の間から排出され槽５内を循環する。
【００２８】
一方、回転軸２０の回転に伴って回転している回転羽根２７に向けて気体吹込管３０の先端部３１からから空気を吹き込む（ステップＳ４）。吹き込まれた空気は回転羽根２７及び固定羽根１７にぶつかり高い剪断力を受けて微細な気泡となって硫酸溶液中に分散する。このときの空気の吹き込み量は、図７に示すように、銅の浸出時間に影響し、より時間あたりの吹き込み量を多くすれば浸出時間も短くなるが、上述したように固定羽根１７と回転羽根２７が接触して破損するおそれがあることから毎分０．７〜１．５Ｎｍ^３（０．７〜１．５Ｎｍ^３／ｍｉｎ／１３ｍ^３）とするのが好ましい。そして、図７に示すように、約２０時間保持（ステップＳ５）して銅の含有量が１．０％以下となったらその時点で作業を終了させる（ステップＳ６）。ここで、本発明に係る脱銅浸出方法を用いて処理した後のアノードスライムの一分析例を示すと、Ａｕ：３．８３％、Ａｇ：３１．４０％、Ｃｕ：０．３６％、Ｓｅ：２０．９０％、Ｔｅ：５．１１％であり、確実に脱銅されていることが確認できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る攪拌装置によれば、槽内に貯えられる溶液に気体を充分に分散させることができるという効果を有する。また、本発明に係る攪拌装置を用いた脱銅浸出方法によれば、硫酸と銅との反応に必要な空気を充分に供給することが可能となるので反応時間をより短縮することが可能となり作業の効率化を図ることができるという効果を有する。そして、鉄を添加しなくても浸出時間を短縮することができるという効果がある。
また、設備を大型化することなく、さらに、オートクレーブを使用しなくともより効率のよい浸出作業を行なうことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る攪拌装置の一実施形態の側面図である。
【図２】図１に示す攪拌装置の主要部を示す側面断面図である。
【図３】固定羽根及び回転羽根を示す平面図である。
【図４】エッジパドルの平面図である。
【図５】攪拌装置の使用状態を説明するための側面図である。
【図６】本発明に係る攪拌装置を用いた脱銅浸出方法のフローチャートである。
【図７】空気吹込み量に対する銅含有量の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 攪拌装置
５ 槽
７ 回転駆動機構
７ａ モータ
７ｂ ベアリング
７ｃ プーリ
１０ 筒体
１１ 取入口
１３ 排出口
１５ａ フランジ部
１５ｂ フランジ部
１７ 固定羽根
２０ 回転軸
２５ エッジパドル
２５ａ パドル
２７ 回転羽根２７
３０ 気体吹込管
３１ 先端部

Claims (8)

1. 溶液が貯えられる槽内に立設される円筒状の筒体と、
   前記筒体の内部に挿通され、回転駆動機構により回転する回転軸と、そして、
   前記筒体の内部に気体を吹き込む気体吹込管とを含み構成され、
   前記筒体の側面には該筒体内に滞留する気体を外部に排出するために前記槽内に蓄えられた溶液の液面より離れた位置に設けられた排出口と、前記槽内に貯えられた上層部の溶液を該筒体内に取り込むための取入口が設けられ、
   前記筒体の下部側には該筒体の内側面から中心方向に向かって突設された複数の固定羽根が配置され、
   前記回転軸には、該回転軸の回転に伴って回転する複数の回転羽根が放射方向に前記固定羽根とほぼ同じ高さ位置に取着され、
   前記気体吹込管の先端部は前記回転羽根近傍に位置するように配置して形成され、
   前記固定羽根及び前記回転羽根の下部に位置する前記回転軸の下端部には前記回転軸の回転に伴って回転して前記槽の底部に沈殿する不溶解物を巻き上げて分散させるエッジパドルが取着されていることを特徴とする攪拌機。
2. 請求項１に記載の攪拌装置において、
   前記気体吹込管の先端部は水平方向に対して略４５度の角度をもって前記回転羽根に向かって気体を噴出するように形成されていることを特徴とする攪拌装置。
3. 請求項１又は２に記載の攪拌装置において、
   前記固定羽根と前記回転羽根の間のクリアランスが３０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする攪拌機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の攪拌機において、
   前記回転軸、前記回転羽根、前記固定羽根及び前記エッジパドルはチタン等の耐酸性を有する材質により形成されていることを特徴とする攪拌装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の攪拌機を用いて前記槽内に貯えられた溶液により金、銀等の貴金属を含むアノードスライムから銅を浸出除去する脱銅浸出方法において、
   前記溶液が硫酸溶液であって、浸出開始時の濃度が３５０〜４５０ｇ／ l であり、
   前記硫酸溶液に対するアノードスライムの混合割合が１００〜２５０ｇ／ l であり、
   浸出開始時の前記硫酸溶液の温度が６０〜９０°Ｃであることを特徴とする脱銅浸出方法。
6. 請求項５に記載の脱銅浸出方法において、
   前記空気吹込管から供給される気体量は、前記槽内に貯えられた前記溶液の体積が１３ｍ ^３ である場合に、毎分０．７〜１．５Ｎｍ ^３ （０．７〜１．５Ｎｍ ^３ ／ｍｉｎ／１３ｍ ^３ ）であることを特徴とする脱銅浸出方法。
7. 請求項５又は６に記載の脱銅浸出方法において、
   前記回転軸の回転数が２５０〜３５０ｒｐｍであることを特徴とする脱銅浸出方法。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の脱銅浸出方法において、
   前記回転軸を停止させた状態で前記槽内に前記溶液を前記取入口が没するまで貯え、そして、前記回転軸を回転させて浸出を開始したときにその回転により回転する前記溶液の中心部付近の液面を前記取入口の途中に位置するまで下げることにより該取入口から空気を抱き込むようにして前記溶液を前記筒体内に引き込んだのち、前記筒体の下部から排出して前記槽内を循環させることを特徴とする脱銅浸出方法。

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