JP5103023B2 - 液体と粉体の混合装置、金属回収システム、液体と粉体の混合方法、及び、金属回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体に対して粉体を混合させる装置及び方法、液体に粉体を混合させることで液体から金属元素を回収するシステム及び方法に関する。

従来、各種産業分野において、液体と粉体を混合させる混合装置が使用されている。即ち、液体と粉体を化学反応させて析出物を得るため、あるいは、液体に対して粉体を溶解させるため、液体と粉体との混合物を何らかの原料として用いるため等、様々な目的のために、液体と粉体の混合が行われる。

例えば金属元素を含有する液体（金属含有液）から金属元素を回収する方法の一つとして、イオン化傾向が大きい別の金属元素を含有する粉体（金属含有粉体）を添加して、液体に含有されている金属元素を置換析出させる方法が知られている（特許文献１、２参照）。かかる置換析出を行う場合に、粉体を液体に対して十分に混合させる必要がある。

特開２００２−６９５４４号公報 特開２００６−９７１０８号公報

上記のような液体と粉体を混合させる装置としては、例えば図４に示すようなものがある。図４に示す混合装置１００においては、液体Ｌを貯留する液体貯留部１０１の上方に、液体Ｌを供給する液体供給部１０２と、粉体Ｐを供給する粉体供給部１０３が設けられている。即ち、液体供給部１０２から液体貯留部１０１に対して液体Ｌを供給しながら、粉体供給部１０３の送出口１０３ａから粉体Ｐを供給し、液体貯留部１０１において液体Ｌに粉体Ｐを混合させ、貯留する構成になっている。粉体供給部１０３には、例えばスクリューフィーダ等の定量供給機構が設けられる。なお、粉体Ｐは吸湿すると、凝集して塊状になり、液体Ｌに混合させにくくなるおそれがある。そのため、定量供給機構において粉体Ｐを貯留するホッパー１０３ｂには、内部の粉体Ｐを外気から遮断するような密閉容器が用いられる。

また、例えば金属の置換析出を行う場合等は、液体貯留部１０１に貯留した液体Ｌを、温度調節器１０５によって所定温度に温度調節する。さらに、液体貯留部１０１の上方には、必要に応じて、液体貯留部１０１内を排気するための排気機構１０６が接続される。即ち、液体Ｌから例えば塩酸や硫酸等、人体や環境等に有害な蒸気が発生する場合、かかる蒸気が液体貯留部１０１の上部に滞留するので、これを排気機構１０６によって排気し、無害化した後、大気中に排出するようになっている。

しかしながら、従来の混合装置にあっては、粉体Ｐを分散性の良い状態（粉体Ｐの粒子同士が凝集（固着）していない状態）のままで供給することが難しく、液体Ｌと粉体Ｐを効率良く混合させにくい問題があった。即ち、粉体Ｐは、蒸気に接触すると凝集しやすく、例えば粉体供給部１０３から液面に落下するまでに蒸気に接触することで、一部の僅かな粉体Ｐの粒子同士が凝集して凝集体が形成されると、それが凝集体の成長の核となり、その凝集体に他の粒子が集まっていき、大きな凝集体、即ち、団子状あるいは粗い粒状の塊Ｐ’が成長しやすかった。このような塊Ｐ’は、液体Ｌ中で分解しにくく、塊Ｐ’のままで液体Ｌ中に存在することになるので、液体Ｌとの反応性が悪くなる。また、塊Ｐ’が形成されると、液体Ｌの操作性（ハンドリング）も悪化する。即ち、例えば粉体Ｐを混合した後の液体Ｌを液体貯留部１０１から取り出して、配管等で送液する際には、塊Ｐ’が詰まり、流路を閉塞するおそれがある。また、液体Ｌの流動性が悪くなり、ポンプ等の動力源の負荷が大きくなる、液体Ｌの流速が不安定になる等、工業上、様々な問題が発生するおそれがある。

さらに、排気機構１０６によって液体貯留部１０１の上部から排気を行うことにより、液体貯留部１０１内に上昇気流が形成されると、蒸気が粉体供給部１０３にも向かいやすくなり、そのため、塊Ｐ’も出来やすくなる問題があった。また、粉体供給部１０３の送出口１０３ａ等において塊Ｐ’が固形化し、付着したままになることがあった。そのため、粉体Ｐの供給を開始した直後は、正常に供給できても、暫くすると、粉体供給部１０３において粉体Ｐが詰まり、粉体Ｐの供給が塊Ｐ’によって妨げられることがあった。そのため、塊Ｐ’が粉体供給部１０３にあるか否かを確認する点検作業、塊Ｐ’を粉体供給部１０３から取り除くメンテナンス作業等を行う必要があり、粉体Ｐの供給を度々中断しなければならず、混合装置１００を長時間に亘って連続的に使用することが難しかった。また、そのような粉体供給部１０３の点検、メンテナンス作業等は、人手によって行うため、作業員の負担が大きかった。

なお、例えば定量供給機構のホッパー１０３ｂ等で、粉体Ｐに対して流体（液体Ｌ又は液体Ｌ以外の他の液体）を添加し、粉体Ｐをスラリー状にしてから、液体貯留部１０１に供給する方法も考えられる。しかしながら、この場合、粉体供給部１０３の構成が複雑化、大型化するおそれがある。また、粉体Ｐと液体Ｌに対する流体の化学反応等を考慮する必要があり、全体の反応制御も複雑化するおそれがある。そのため、このような方法を適用することが難しい場合も多く、適用は限定される。

また、上記のような塊Ｐ’は、特に金属性の粉体Ｐにおいて発生し易く、例えば金属の置換析出を行う場合等は、置換析出が効率良く行われず、金属元素の回収効率が低下するおそれがあった。さらに、上記のような様々な問題が発生する傾向も大きかった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、液体と粉体を効率的に混合させることができる混合装置及び混合方法を提供することを目的とする。さらに、金属元素を含有する液体と粉体を確実に混合させることで、金属元素の置換析出を効率的に行うことができる金属回収システム及び金属回収方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明によれば、液体に対して粉体を混合させる装置であって、液体を供給する液体供給部と、粉体を供給する粉体供給部とを備え、前記液体供給部は、下方に向かうに従い内径が小さくなるように形成された漏斗状面と、前記漏斗状面の上縁部の周囲に、液体を前記漏斗状面の上縁部に沿って通過させる液体通過路と、前記液体通過路に対して液体を吐出する液体吐出口とを備え、前記液体通過路内の液体を前記漏斗状面の上縁部から前記漏斗状面に向かってオーバーフローさせ、前記漏斗状面の内側に沿って液体を渦状に回転させながら流下させ、前記漏斗状面の下縁部から流出させる構成とし、前記液体吐出口は、前記漏斗状面の上縁部の外周に沿った方向に液体を吐出し、前記漏斗状面の上方に設けられた前記粉体供給部は、前記粉体を前記漏斗状面の内側に向かって供給する構成とし、前記粉体供給部と、前記漏斗状面の下方に設けられた、液体を貯留する液体貯留部とは、前記漏斗状面の周囲において互いに遮断されており、前記液体貯留部の排気を行う液体貯留部排気機構を備えることを特徴とする、液体と粉体の混合装置が提供される。

また、前記液体吐出口は複数備えても良い。前記複数の液体吐出口は、前記漏斗状面の上縁部を中心として互いに同じ回転方向に沿った方向に液体を吐出する構成としても良い。

前記粉体供給部には、粉体を定量的に送出する定量供給機構を備えても良い。

さらに、前記液体貯留部に貯留されている液体を前記液体供給部に戻す液体循環路を備えても良い。

また、本発明によれば、上記のいずれかに記載の液体と粉体の混合装置によって、液体と粉体を混合することにより、液体から金属元素を置換析出させて回収することを特徴とする、金属回収システムが提供される。前記液体から置換析出される金属元素はインジウムであって、前記粉体は亜鉛粉であっても良い。

さらに、本発明によれば、液体に対して粉体を混合させる方法であって、下方に向かうに従い内径が小さくなるように形成された漏斗状面の周囲において、液体を前記漏斗状面の上縁部の外周に沿った方向に吐出して、前記漏斗状面の上縁部の周囲に供給することにより、前記漏斗状面の上縁部に沿って回転させながら前記漏斗状面の上縁部から前記漏斗状面に向かって液体をオーバーフローさせ、前記漏斗状面の内側に沿って液体を渦状に回転させながら流下させ、前記漏斗状面の上方に設けられた粉体供給部から前記漏斗状面の内側に向かって粉体を供給し、前記漏斗状面の内側に沿って渦状に回転しながら流下する液体に対して混合させ、前記漏斗状面の下方に設けられ、前記漏斗状面の周囲において前記粉体供給部と互いに遮断された液体貯留部に前記漏斗状面から落下した液体を貯留し、前記液体貯留部の排気を行うことを特徴とする、液体と粉体の混合方法が提供される。

前記貯留した液体を、再び前記漏斗状面に供給するようにしても良い。

また、本発明によれば、上記のいずれかに記載の液体と粉体の混合方法によって、液体と粉体を混合し、液体から金属元素を置換析出させて回収することを特徴とする、金属回収方法が提供される。前記液体から置換析出される金属元素はインジウムであって、前記粉体は亜鉛粉であっても良い。

本発明によれば、液体を渦状に回転させながら、粉体を供給することにより、液体の液流の勢いを利用して、粉体を液体に対して効率良く混合させることができる。例えば粉体が蒸気に接触して塊状になった場合であっても、液体の液流の勢いを利用して、粉体の塊を押し流して分解し、粉体を液体中に拡散させることができる。従って、液体に対して粉体をむらなく混合させることができる。ひいては、液体と粉体の反応性、粉体を混合させた後の液体の操作性等を向上させることができる。

また、粉体供給部を漏斗状面の上方に、液体貯留部を漏斗状面の下方に設け、漏斗状面の周囲において互いに遮断されている構成にすることで、液体貯留部において発生する蒸気が、粉体供給部に接触することを好適に防止できる。即ち、粉体供給部において粉体の塊が形成されることを防止できる。従って、粉体供給部の点検作業やメンテナンス作業等を省略でき、作業員の負担を軽減できる。

例えば液体から金属元素を置換析出させて回収する場合は、液体に対して粉体を確実に混合させ、金属元素を効率良く置換析出させることができる。

以下、本発明にかかる実施形態を、液体（金属含有液）としてのインジウム含有液Ｌから第一の金属元素としてのインジウム（Ｉｎ）を置換析出させて回収するための金属回収システム１に基づいて説明する。図１は、金属回収システム１（混合装置２）の縦断面図、図２は、金属回収システム１（混合装置２）の上部に設けられている液体供給部３の横断面図を示している。

図１に示すように、金属回収システム１は、インジウム含有液Ｌと亜鉛粉Ｐ（第二の金属元素としての亜鉛（Ｚｎ）の粉体）とを混合させる混合装置２を備えている。混合装置２は、インジウム含有液Ｌを供給する液体供給部３、亜鉛粉Ｐを供給する粉体供給部４、及び、液体供給部３から供給されたインジウム含有液Ｌを貯留する液体貯留部５（置換析出が行われる反応部）を備えている。なお、本実施形態で用いられる亜鉛粉Ｐは、直径が数μｍから数百μｍ程度の粒子からなる微小粉体である。

インジウム含有液Ｌは、例えば、インジウムを含有するインジウム含有物を塩酸（ＨＣｌ）に溶解させることにより生成された液体（塩化インジウム溶液）である。ここで、インジウム含有物とは、例えば、液晶表示装置の製造工程において発生するＩＴＯスパッタリングターゲット材の研磨粉、あるいは、半導体デバイスの製造工程において発生するＩｎＰスクラップ等であっても良い。

液体供給部３は、液体貯留部５の上方に設けられており、液体供給部筐体１０と、渦状の液流を形成させる漏斗状面１１ａを有する漏斗体１１を備えている。

液体供給部筐体１０は、上下両側の開口部が閉塞された略円筒状に形成されており、環状の側壁１０ａ、側壁１０ａの下側を閉塞する底板１０ｂ、側壁１０ａの上側を閉塞する天井板１０ｃを備えている。

漏斗体１１は、液体供給部筐体１０の底板１０ｂの中央部に設けられており、下方に向かうに従い内径及び外径が一定の減少率で次第に小さくなるように狭窄された、略円錐台面状の形状に形成されている。即ち、下方に向かうに従い内径が次第に小さくなるように漏斗状に形成された内面である漏斗状面１１ａを有している。このような漏斗状面１１ａを設けることで、後述する液体通過路１２から供給されるインジウム含有液Ｌの渦流を形成することができる。

漏斗体１１の上部開口、即ち、漏斗体１１（漏斗状面１１ａ）の上縁部１１ｂは、液体供給部筐体１０の内部に設けられており、側壁１０ａによって囲まれている。漏斗体１１の下部開口、即ち、漏斗体１１（漏斗状面１１ａ）の下縁部１１ｃは、液体供給部筐体１０の下方に設けられており、液体貯留部５の内部に挿入されている。この下縁部１１ｃからインジウム含有液Ｌを流出、落下させ、液体貯留部５に対して供給する構成となっている。なお、漏斗状面１１ａにおいてインジウム含有液Ｌの渦流を形成する際は、漏斗体１１の下縁部１１ｃが、液貯留部５に貯留されているインジウム含有液Ｌの液面から上方に離れた位置にあるようにすることが好ましい。このようにすると、漏斗状面１１ａで形成される渦流が、液貯留部５に貯留されているインジウム含有液Ｌの影響を受けることを防止でき、漏斗状面１１ａで形成される渦流の流速を制御し易くなり、渦流を良好に形成できる。

また、液体供給部３において、漏斗体１１の上縁部１１ｂの周囲には、インジウム含有液Ｌを漏斗体１１の上縁部１１ｂに沿って通過させる液体通過路１２が設けられている。即ち、液体供給部筐体１０の内部において、漏斗体１１の外面と側壁１０ａの内面との間には、略円環状の空間が形成されており（図２参照）、この略円環状の空間が、上縁部１１ｂを囲む液体通過路１２となっている。液体通過路１２の上部は、液体供給部筐体１０の内部において開口されており、液体通過路１２内のインジウム含有液Ｌを、上縁部１１ｂから漏斗状面１１ａに向かってオーバーフローさせることが可能な構成になっている。

さらに、液体供給部３には、液体通過路１２に対してインジウム含有液Ｌを吐出する複数の吐出口として、２つの液体吐出口１５Ａ、１５Ｂが設けられている。各液体吐出口１５Ａ、１５Ｂには、後述する供給流路５３、５４がそれぞれ接続されており、各供給流路５３、５４を通じて、液体供給部３の外部（後述する液体供給源７２）又は液体貯留部５内からインジウム含有液Ｌが供給されるように構成されている。

図２に示すように、各液体吐出口１５Ａ、１５Ｂは、漏斗体１１（上縁部１１ｂ）の外周に沿った方向（略水平方向）にインジウム含有液Ｌを吐出するように、また、漏斗体１１（上縁部１１ｂ）を中心として互いに同じ回転方向（図示の例では、上方からみた平面視において左回転方向）に沿った方向に向かってインジウム含有液Ｌを吐出するように指向している。即ち、各液体吐出口１５Ａ、１５Ｂから吐出されたインジウム含有液Ｌが、液体通過路１２に沿った円環状に、所定の回転方向に流れるように設けられている。特に、上縁部１１ｂに沿った接線方向にインジウム含有液Ｌを吐出する構成にすると、各液体吐出口１５Ａ、１５Ｂから吐出されたインジウム含有液Ｌが漏斗体１１に直に突き当たらず、インジウム含有液Ｌの流れを良好に形成できる。また、図示の例では、液体吐出口１５Ａと液体吐出口１５Ｂは、漏斗体１１を挟んで互いに反対側に対向する位置に設けられている。このようにすると、液体通過路１２の周方向全体に、インジウム含有液Ｌの流れを十分な流速で適切に形成でき、ひいては、漏斗状面１１ａにおいて形成されるインジウム含有液Ｌの渦流の速度も制御しやすくなり、渦流を良好に維持できるようになる。

即ち、前述した液体通過路１２は、液体吐出口１５Ａ、１５Ｂから吐出されるインジウム含有液Ｌを、上縁部１１ｂに沿って（図示の例では、上方からみた平面視において左回転方向に）回転させるように誘導しながら、上縁部１１ｂから漏斗状面１１ａにインジウム含有液Ｌを流入させるように形成されている。また、漏斗体１１は、上縁部１１ｂから回転しながら流入するインジウム含有液Ｌを、漏斗状面１１ａに沿って渦状（螺旋状）に回転させながら流下させる構造になっている。

なお、底板１０ｂに対する上縁部１１ｂの高さ（即ち、液体通過路１２の深さ）は、各液体吐出口１５Ａ、１５Ｂから液体通過路１２に対して吐出されるインジウム含有液Ｌの吐出流量等に基づいて設定すれば良い。また、図１に示した例では、液体吐出口１５Ａ、１５Ｂは、底板１０ｂの上面近傍において開口されているが、この液体吐出口１５Ａ、１５Ｂの高さも、インジウム含有液Ｌの吐出流量や、液体通過路１２の深さ等に基づいて、適宜設定すれば良い。

粉体供給部４は、図１に示すように、液体供給部３の上方に設けられており、亜鉛粉Ｐを漏斗状面１１ａの内側に向かって供給する構成となっている。また、亜鉛粉Ｐを連続的かつ定量的に（即ち、単位時間当たりに送出される亜鉛粉Ｐの重量が一定になるように）送出することが可能な定量供給機構２１を備えている。定量供給機構２１としては、例えばスクリューフィーダ等の、公知の定量供給機構を用いても良い。

定量供給機構２１は、亜鉛粉Ｐを貯留するホッパー２２と、ホッパー２２内に亜鉛粉Ｐを供給するための送入口２２ａと、定量供給機構２１からホッパー２２内の亜鉛粉Ｐを送出する送出口２３（即ち、液体供給部３に亜鉛粉Ｐを供給する粉体供給口）を備えている。ホッパー２２は、内部の粉体Ｐを外気から遮断するような密閉容器になっている。即ち、ホッパー２２の内部に貯留されている粉体Ｐが蒸気に接触することを防止し、これにより、粉体Ｐがホッパー２２の内部において凝集すること、塊状になることを防止するようになっている。送出口２３は、液体供給部筐体１０の天井板１０ｃに設けられた送出口用孔２４の内側に設けられている。

なお、送出口２３は、漏斗状面１１ａの上方に設けられており、図２に示すように、平面視において漏斗状面１１ａと重なる位置に配置されている。即ち、図３に示すように、亜鉛粉Ｐを漏斗状面１１ａ（漏斗状面１１ａに沿って流下するインジウム含有液Ｌ）に向かって上方から投下するように備えられている。

液体貯留部５は、図１に示すように、液体供給部３の下方（漏斗体１１の下方）に設けられている。また、貯留槽３１（反応槽）と、貯留槽３１の内部に貯留されているインジウム含有液Ｌの温度を調節するための温度調節器３２（例えば電気ヒータ等）とを備えている。即ち、液体貯留部５は、亜鉛粉Ｐが混合されたインジウム含有液Ｌを温度調節しながら貯留することで、インジウム含有液Ｌからインジウムを置換析出させるように構成されており、かかる置換析出反応が行われる反応部として機能するように構成されている。

貯留槽３１の上部は閉塞されており、貯留槽３１内の雰囲気、即ち、インジウム含有液Ｌから発生する蒸気が、貯留槽３１の外部に流出することを防止できるようになっている。

なお、液体貯留部５（貯留槽３１の内部空間）と液体供給部３（液体供給部筐体１０の内部空間）は、漏斗状面１１ａの内側の空間を通じて互いに連通しているが、漏斗状面１１ａの周囲（漏斗体１１の外側）においては、貯留槽３１の天井板や液体供給部筐体１０の底板１０ｂによって、互いに遮断されている。従って、液体貯留部５と粉体供給部４も、漏斗体１１の外側においては、貯留槽３１の天井板、液体供給部筐体１０の底板１０ｂ、液体通過路１２が配置されていることによって、互いに隔離されている。このような構成により、液体貯留部５内の雰囲気（インジウム含有液Ｌから発生する蒸気等）が、液体供給部３や粉体供給部４に向かって上昇することを抑制できる。

また、液体貯留部５には、貯留槽３１の内部空間を排気して減圧する液体貯留部排気機構３３（減圧機構）が設けられている。液体貯留部排気機構３３は、貯留槽３１の天井部に接続された排気路４１と、排気路４１内を強制的に排気する排気処理機４２を備えており、貯留槽３１内の雰囲気を上部から吸引して排気するように構成されている。

さらに、液体貯留部５の底部には、貯留槽３１内のインジウム含有液Ｌを排出させる排液路４５が設けられている。排液路４５には、開閉弁４６が設けられている。

また、貯留槽３１の下部には、貯留槽３１内に貯留されているインジウム含有液Ｌを貯留槽３１から送出する液体送出流路５１が接続されている。液体送出流路５１には、インジウム含有液Ｌを強制的に送出する動力を与えるポンプ５２が設けられている。液体送出流路５１の下流側には、３本の分岐流路、即ち、２本の供給流路５３、５４と、バイパス流路５５が接続されている。

供給流路５３の下流端は、前述した液体吐出口１５Ａに接続されている。供給流路５４の下流端は、前述した液体吐出口１５Ｂに接続されている。また、各供給流路５３、５４には、各供給流路５３、５４の連通及び遮断と、各供給流路５３、５４を通過するインジウム含有液Ｌの流量の調節を行う流量調節弁５６、５７がそれぞれ介設されている。なお、本実施の形態では、液体送出流路５１と供給流路５３、５４によって、インジウム含有液Ｌを液体貯留部５から液体供給部３に戻すための液体循環路６０が構成されている。

バイパス流路５５の下流端は、貯留槽３１の天井部に接続されている。また、バイパス流路５５には、バイパス流路５５の連通及び遮断と、バイパス流路５５を通過するインジウム含有液Ｌの流量の調節を行う流量調節弁６２が介設されている。即ち、流量調節弁６２を開くことにより、液体送出流路５１内のインジウム含有液Ｌを、液体供給部３に戻さず、バイパス流路５５を通じて、貯留槽３１に戻すことができるように構成されている。

また、液体貯留部５には、インジウム含有液Ｌを導入させる液体導入路７１が接続されている。液体導入路７１の上流側は、インジウム含有液Ｌの液体供給源７２に接続されている。液体導入路７１の途中には、液体導入路７１の連通及び遮断を行う開閉弁７３が設けられている。液体導入路７１の下流端は、例えば貯留槽３１の天井部に開口されている。

次に、以上のように構成された金属回収システム１を用いた金属回収方法について説明する。先ず、排液路４５の開閉弁４６を閉じた状態で、液体導入路７１の開閉弁７３を開き、金属回収システム１における処理が未だ行われていない未処理のインジウム含有液Ｌを、液体供給源７２から液体導入路７１を通じて貯留槽３１に導入させる。そして、貯留槽３１の底部から所定の液面高さＨ_１までインジウム含有液Ｌを貯留させたら、開閉弁７３を閉じ、インジウム含有液Ｌの導入を停止させる。なお、図示の例では、インジウム含有液Ｌの液面高さＨ_１は、下縁部１１ｃよりも低い位置に設定されている。

こうして貯留槽３１にインジウム含有液Ｌを貯留させたら、供給流路５３、５４の流量調節弁５６、５７を開き、ポンプ５２を作動させる。即ち、貯留槽３１内のインジウム含有液Ｌを液体送出流路５１によって送出させ、供給流路５３、５４を通じて、各液体吐出口１５Ａ、１５Ｂからそれぞれ吐出させる。インジウム含有液Ｌは、各液体吐出口１５Ａ、１５Ｂから漏斗体１１（上縁部１１ｂ）の外周に沿った吐出方向に向かって吐出され、液体通過路１２に導入される。そして、側壁１０ａの内周面及び漏斗体１１の外周面に沿って、所定の回転方向に沿って回転するように流れる。

さらに、液体通過路１２において、インジウム含有液Ｌが上縁部１１ｂの高さまで貯留されると、液体通過路１２内のインジウム含有液Ｌは、上縁部１１ｂに沿って回転しながら、上縁部１１ｂを越えて漏斗体１１の内側に流入する。こうして液体通過路１２から漏斗体１１の内側にオーバーフローしたインジウム含有液Ｌは、液体通過路１２における回転の慣性力により、漏斗体１１の内側においても、液体通過路１２における流れの回転方向と同様の回転方向に沿って回転しながら流下する。即ち、漏斗状面１１ａに沿って複数回回転しながら、渦状に流下する。そして、漏斗体１１の下部開口（下縁部１１ｃ）から落下して、液体貯留部５に供給され、下縁部１１ｃの下方において、貯留槽３１内に貯留される。

以上のように、液体循環路６０によってインジウム含有液Ｌを循環させながら、液体供給部３においてインジウム含有液Ｌの渦流を形成し、漏斗状面１１ａを覆う液面を形成する。なお、このようにインジウム含有液Ｌを循環させているとき、液体貯留部５における液面高さＨ_２は、インジウム含有液Ｌが液体貯留部５から液体供給部３に送液されることにより、最初の液面高さＨ_１よりも低い位置になる。この液面高さＨ_２（即ち、インジウム含有液Ｌを渦状に流下させているときの液面の位置）は、漏斗体１１の下縁部１１ｃよりも低い位置に維持されることが好ましい。このようにすると、インジウム含有液Ｌの流速を制御し易くなり、インジウム含有液Ｌの渦流を良好に形成できる。

こうしてインジウム含有液Ｌを循環させ、液体供給部３から液体貯留部５に供給する一方で、粉体供給部４から亜鉛粉Ｐを供給する。即ち、定量供給機構２１の送入口２２ａに、亜鉛粉Ｐを投入し、定量供給機構２１の作動によって、亜鉛粉Ｐを送出口２３から連続的かつ定量的に送出させる。

送出口２３から送出された亜鉛粉Ｐは、漏斗体１１の上部開口を通じて、漏斗体１１の内側に落下する（図３参照）。即ち、漏斗状面１１ａに沿って渦状に回転しながら流下するインジウム含有液Ｌに対して、上方から供給される。そして、漏斗状面１１ａにおいて、インジウム含有液Ｌによって押し流され、インジウム含有液Ｌ中に混合され、インジウム含有液Ｌと共に、漏斗状面１１ａに沿って回転しながら流下する。こうして、亜鉛粉Ｐが添加された状態のインジウム含有液Ｌが、液体貯留部５に供給される。

この場合、亜鉛粉Ｐは、渦状に勢い良く流れるインジウム含有液Ｌの液流によって、インジウム含有液Ｌに対して効率良く円滑に混合させられる。従って、液体貯留部５においては、インジウム含有液Ｌ中に亜鉛粉Ｐをむらなく均一に混合させた状態で、インジウム含有液Ｌを貯留できる。また、インジウム含有液Ｌの液流によって亜鉛粉Ｐを勢い良く押し流すことで、漏斗状面１１ａに亜鉛粉Ｐが付着したまま残留することを防止できる。従って、亜鉛粉Ｐやインジウム含有液Ｌの供給が妨げられることなく、円滑に行われる。

なお、送出口２３から送出された亜鉛粉Ｐの粒子は、大部分が漏斗状面１１ａ上に落下して、漏斗状面１１ａにおいてインジウム含有液Ｌに混合するが、一部の粒子（図３においてＰ”）は、漏斗状面１１ａ上に落下せず、インジウム含有液Ｌに混合しないまま、漏斗状面１１ａの下縁部１１ｃを通じて、貯留槽３１内に落下することもあると考えられる。そのような場合でも、下縁部１１ｃの下方においては、下縁部１１ｃからインジウムＬが勢い良く流出しており、貯留槽３１に貯留されているインジウム含有液Ｌにおいても、液流が活発に形成されているので、インジウム含有液Ｌに混合せずに下縁部１１ｃから落下した亜鉛粉Ｐ”を、インジウム含有液Ｌに対して効率的に混合させることができる。また、後述するように、貯留槽３１において液体貯留部排気機構３３による排気が行われることにより、亜鉛粉Ｐ”を貯留槽３１内に勢い良く吸い込み、インジウムＬに対して勢い良く混合させることができる。

液体貯留部５では、温度調節器３２を稼動させ、貯留槽３１内に貯留されたインジウム含有液Ｌを、所定温度（例えば約８０℃程度）に温度調節する。これにより、置換反応が促進される。即ち、インジウム含有液Ｌに添加された亜鉛は、インジウムよりもイオン化傾向が大きいため、酸化されて陽イオンとなり、インジウム含有液Ｌ中に溶解する。一方、インジウム含有液Ｌ中のインジウムは還元され、インジウムメタルとして置換析出され、貯留槽３１の底部に沈殿する。

ところで、貯留槽３１内では、インジウム含有液Ｌが常温よりも高い温度に昇温されることにより、インジウム含有液Ｌから蒸気が発生する。このような蒸気が、粉体供給部４からインジウム含有液Ｌに供給される前の亜鉛粉Ｐに接触してしまうと、亜鉛粉Ｐの粒子同士が凝集（固着）して、亜鉛粉Ｐが塊状になるおそれがある。しかしながら、本実施形態の金属回収装置１においては、粉体供給部４は、貯留槽３１から離隔した位置（液体供給部３を挟んで上方に離隔した位置）に設けられているため、貯留槽３１内のインジウム含有液Ｌから発生する蒸気が粉体供給部４に上昇しにくい構成になっている。従って、粉体供給部４からインジウム含有液Ｌに供給される前の亜鉛粉Ｐに蒸気が接触することを、好適に防止できる。即ち、亜鉛粉Ｐを細かい粉体状のまま、分散性の良い状態で落下させ、漏斗状面１１ａ上のインジウム含有液Ｌに対して円滑に混合させることができる。また、例えば粉体供給部４の送出口２３などで、亜鉛粉Ｐが塊状に付着すること、亜鉛粉Ｐの送出が亜鉛粉Ｐの付着によって妨げられることを防止できる。従って、亜鉛粉Ｐの供給量が変動することを防止でき、亜鉛粉Ｐの定量供給を所望の供給量で確実に行うことができる。

なお、インジウム含有液Ｌから発生した蒸気が亜鉛粉Ｐに接触し、亜鉛粉Ｐが塊状になって供給されてしまった場合であっても、液体供給部３においては、インジウム含有液Ｌの渦流の勢いを利用して、亜鉛粉Ｐの塊を押し流して分解し、インジウム含有液Ｌ中に拡散させることができる。従って、この場合も、亜鉛粉Ｐをインジウム含有液Ｌに対して確実に混合させることができる。

また、インジウム含有液Ｌから発生する蒸気は、人体や環境等に有害な環境負荷の高い気体であるが、この蒸気は、液体貯留部排気機構３３の作動によって強制的に吸引され、貯留槽３１から排出される。そして、排気処理機４２等において処理され、無害化された後、大気中に安全に排出される。

このように、貯留槽３１内の雰囲気が液体貯留部排気機構３３によって吸引されることにより、貯留槽３１は減圧され、貯留槽３１の外部の圧力に対して陰圧に維持される。そして、混合装置２内には、液体供給部３から液体貯留部５に向かう下降気流、即ち、液体供給部３の外部から例えば送出口用孔２４等を通じて液体供給部筐体１０内（液体通過路１２の上方の空間）に流入し、液体供給部筐体１０内からから漏斗状面１１ａの内側を通じて貯留槽３１内に向かう気流が形成される（図１において一点鎖線）。この場合、貯留槽３１内の蒸気は、液体貯留部排気機構３３によって貯留槽３１内で回収される。従って、漏斗状面１１ａの内側、即ち液体供給部３内に貯留槽３１内の蒸気が上昇することを、より効果的に防止できる。さらに、液体供給部３内において、液体通過路１２内や漏斗状面１１ａ上のインジウム含有液Ｌから蒸気が発生しても、かかる液体供給部３内の蒸気は、漏斗状面１１ａの内側を通じて下降させられ、貯留槽３１内に引き込まれ、液体貯留部排気機構３３によって回収される。従って、液体供給部３内の蒸気が粉体供給部４に上昇することも防止できる。

即ち、液体貯留部排気機構３３を作動させ、漏斗状面１１ａの下方、即ち、粉体供給部４や液体供給部３よりも下方において排気を行うことにより、液体貯留部５や液体供給部３において発生した蒸気が粉体供給部４に向かうことを、効果的に防止できる。従って、粉体供給部４から供給される亜鉛粉Ｐが吸湿すること、塊状になることを、さらに効果的に防止できる。

また、液体貯留部排気機構３３を作動させることにより、漏斗状面１１ａに沿って流下するインジウム含有液Ｌは、下降気流によって誘導され、貯留槽３１内に吸い込まれるようにして、さらに勢い良く渦状に流下させられる。即ち、漏斗状面１１ａの下方において排気を行い、貯留槽３１を減圧することで、インジウム含有液Ｌの液流をより確実に形成できる。これにより、亜鉛粉Ｐとインジウム含有液Ｌをさらに効率良く確実に混合させることができる。

さらに、液体貯留部排気機構３３を作動させることにより、送出口２３から送出された亜鉛粉Ｐは、下降気流によって誘導され、漏斗状面１１ａの内側に円滑かつ確実に供給される。即ち、送出口２３から送出された亜鉛粉Ｐは、分散しやすい状態になっているため、上昇気流（上昇蒸気、熱気流等）が存在すると、気流に運ばれてしまい、漏斗状面１１ａの外側（上縁部１１ｂの外側）に向かって分散したり、落下速度が遅くなったりするおそれがある。しかしながら、液体貯留部排気機構３３を作動させると、上昇気流の発生が抑制され、亜鉛粉Ｐが漏斗状面１１ａの内側に向かって勢い良く吸引される。従って、亜鉛粉Ｐを迅速かつ確実に下降させ、漏斗状面１１ａの内側に落下させることができる。

また、インジウム含有液Ｌを液体循環路６０によって液体供給部３と液体貯留部５の間で繰り返し循環させることで、貯留槽３１内のインジウム含有液Ｌを掻き混ぜることができる。即ち、下縁部１１ｃの真下から外側に広がる液流や、上側から下側（液体送出流路５１側）に向かう液流を形成できる。これにより、インジウム含有液Ｌ中の亜鉛粉Ｐを十分に拡散させ、置換析出を好適に促進させることができる。従って、インジウムの回収効率の向上を図ることができる。また、温度調節器３２によって与えられる熱量を拡散させ、貯留槽３１内の温度分布を均一化させ、インジウム含有液Ｌを効率的に温調することができる。従って、インジウム含有液Ｌ全体からインジウムをむらなく置換析出させることができる。そして、インジウム含有液Ｌを循環させながら、亜鉛粉Ｐをさらに追加することで、十分な量の亜鉛粉Ｐを添加し、インジウムを十分に置換析出させることができる。

なお、貯留槽３１においてインジウム含有液Ｌが加熱されている場合、液体供給部３に戻されたインジウム含有液Ｌからも蒸気が発生しやすくなり、液体供給部３内の蒸気発生量が増加するおそれがあるが、かかる液体供給部３内の蒸気を液体貯留部排気機構３３によって吸引することにより、蒸気が粉体供給部４に向かうこと、即ち、粉体供給部４から供給される亜鉛粉Ｐが塊状になること等を効果的に防止できる。

以上のような置換析出処理が終了したら、ポンプ５２の作動を停止させ、各液体吐出口１５Ａ、１５Ｂによるインジウム含有液Ｌの吐出を停止させる。そして、排液路４５の開閉弁４６を開く。即ち、貯留槽３１内に貯留されている置換析出処理後のインジウム含有液Ｌを、排液路４５を通じて貯留槽３１の外部に排出させる。この置換析出処理後のインジウム含有液Ｌを、公知の濾過装置等によって濾過することにより、インジウム含有液Ｌからインジウムを含有した残渣を取り出すことができる。

以上説明したように、かかる金属回収システム１によれば、インジウム含有液Ｌを渦状に回転させながら、亜鉛粉Ｐを供給することにより、インジウム含有液Ｌの液流の勢いを利用して亜鉛粉Ｐを押し流し、インジウム含有液Ｌに対して円滑かつ確実に、効率良く混合させることができる。従って、液体貯留部５においては、インジウム含有液Ｌに対して亜鉛粉Ｐをむらなく均一に混合させた状態で、インジウム含有液Ｌを貯留させることができる。これにより、インジウム含有液Ｌ中のインジウムを、効率良く確実に置換析出させることができる。

さらに、粉体供給部４を漏斗状面１１ａの上方に設け、液体貯留部５を漏斗状面１１ａの下方に設け、漏斗状面１１ａの周囲においては粉体供給部４と液体貯留部５が互いに遮断されている構成にすることで、液体貯留部５内のインジウム含有液Ｌから発生する蒸気が、粉体供給部４に接触することを好適に防止できる。即ち、粉体供給部４からインジウム含有液Ｌに供給する前の亜鉛粉Ｐに蒸気が接触して亜鉛粉Ｐの塊が形成されることを防止でき、例えば送出口２３から亜鉛粉Ｐが塊状に落下すること、あるいは、送出口２３付近において亜鉛粉Ｐが付着したままになることを防止できる。従って、亜鉛粉Ｐをインジウム含有液Ｌに対して粉体状のままで供給し、インジウム含有液Ｌに対して円滑に混合させることができる。また、送出口２３からの亜鉛粉Ｐの送出が亜鉛粉Ｐの付着によって妨げられることを防止でき、亜鉛粉Ｐを所望の供給量で正常に供給できる。さらに、粉体供給部４（定量供給機構２１）に亜鉛粉Ｐが付着しているか否かを確認する点検作業、粉体供給部４から亜鉛粉Ｐを取り除くメンテナンス作業等を省略できる。従って、点検作業やメンテナンス作業のために金属含有粉体Ｐの供給やインジウム含有液Ｌの供給を中断する必要がなくなり、金属回収システム１（混合装置２）を長時間に亘って連続的に稼動することが可能になり、処理効率が向上する。また、点検作業やメンテナンス作業を行う作業員の負担を軽減できる。

特に、液体貯留部排気機構３３を液体貯留部５に接続し、液体貯留部５や液体供給部３内の雰囲気を排気することにより、下降気流を形成でき、液体供給部３や液体貯留部５において発生した蒸気が粉体供給部４に上昇することを、より効果的に防止できる。また、漏斗状面１１ａにおけるインジウム含有液Ｌの渦流を、より確実に形成できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば以上の実施形態では、インジウム含有液Ｌを液体通過路１２に吐出する液体吐出口としては、２つの液体吐出口１５Ａ、１５Ｂが設けられているとしたが、かかる液体吐出口の個数は２つに限定されず、１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。また、液体吐出口の配置も、実施の形態に示したものには限定されない。

以上の実施形態では、液体供給源７２から供給されるインジウム含有液Ｌは、液体導入路７１を通じて液体貯留部５に対して導入させるとしたが、例えば液体導入路７１をバイパス流路５５に接続し、液体供給源７２から供給されるインジウム含有液Ｌを、液体導入路７１とバイパス流路５５を通じて、液体貯留部５に対して導入させる構成としても良い。

亜鉛粉Ｐの供給は、連続的かつ定量的に行う場合には限定されず、断続的に行っても良いし、供給量を一定にせず、適宜調節しながら行っても良い。この場合も、インジウム含有液Ｌを渦状に流下させることにより、亜鉛粉Ｐを効率良く混合させることができる。

以上の実施形態では、インジウム含有液Ｌを液体循環路６０によって循環させながら亜鉛粉Ｐを供給するとしたが、インジウム含有液Ｌは必ずしも循環させなくても良い。例えば液体供給源７２から供給流路５３、５４を通じて液体通過路１２にインジウム含有液Ｌを導入させる構成とし、インジウム含有液Ｌを漏斗状面１１ａにおいて渦状に流下させ、亜鉛粉Ｐを供給しながら、液体貯留部５に貯留させていくようにしても良い。

液体（金属含有液）は、インジウム含有物を塩酸によって溶解させることにより生成された溶液であるとしたが、かかるものには限定されず、例えば硫酸等によってインジウム含有物を溶解させた溶液であっても良い。また、インジウム含有物の溶液から公知の処理方法によってインジウム以外の他の金属元素等（例えば錫（Ｓｎ）、リン（Ｐ）等）を除去した後に得られる溶液等であっても良い。粉体（金属含有粉）は、亜鉛粉Ｐであるとしたが、亜鉛以外の物質を含む粉粒体であっても良く、例えば亜鉛合金を粉体状にしたものでも良い。

また、置換析出される第一の金属元素はインジウムとし、金属含有液に添加され第一の金属元素を置換析出させる第二の金属元素は、亜鉛であるとしたが、これらの金属元素は、かかるものに限定されない。即ち、本実施形態は、様々な金属元素を置換析出によって回収するシステム及び方法に応用することが可能である。

さらに、以上の実施形態に示した液体と粉体の混合装置２の構成は、金属回収システム１以外の他の混合装置にも適用できる。即ち、混合装置２は、置換析出のために行われる混合処理には限定されず、様々な混合処理を行うことができ、例えば、液体に粉体を溶解させることを目的とした混合処理、食品の製造工程において液体と粉体を混合する処理、メッキ液の製造工程において行われる混合処理、排水処理工程において行われる混合処理等にも適用できる。これらのような混合処理に混合装置２の構成を適用する場合も、液体と粉体を効率的に混合させることができる。ひいては、液体と粉体の反応性、粉体を混合させた後の液体の操作性等を向上させることができる。即ち、液体中に粉体の塊ができたままになることを防止でき、液体の流動性を良好にすることができる。従って、例えば粉体を混合させた後の液体を送液する配管内で粉体の塊が詰まること、液体の流速が不安定になること等を防止できる。

本発明は、各種の産業分野において使用される液体と粉体の混合装置及び混合方法に適用できる。例えば、金属含有液から金属元素を置換析出させて回収する金属回収システム及び金属回収方法等に適用できる。

本実施形態にかかる金属回収システムの概略縦断面図である。 図１におけるＩ−Ｉ線による液体供給部の横断面図である。 亜鉛粉を漏斗状面の内側において液体に供給する状態を示した説明図である。 従来の液体と粉体の混合装置の構成を説明する縦断面図である。

符号の説明

Ｌ インジウム含有液（液体）
Ｐ 亜鉛粉（粉体）
１ 金属回収システム
２ 混合装置
３ 液体供給部
４ 粉体供給部
５ 液体貯留部
１１ 漏斗体
１１ａ 漏斗状面
１１ｂ 上縁部
１２ 液体通過路
１５Ａ、１５Ｂ 吐出口
２１ 定量供給機構
３３ 液体貯留部排気機構
６０ 液体循環路

Claims (10)

1. 液体に対して粉体を混合させる装置であって、
   液体を供給する液体供給部と、粉体を供給する粉体供給部とを備え、
   前記液体供給部は、下方に向かうに従い内径が小さくなるように形成された漏斗状面と、前記漏斗状面の上縁部の周囲に、液体を前記漏斗状面の上縁部に沿って通過させる液体通過路と、前記液体通過路に対して液体を吐出する液体吐出口とを備え、前記液体通過路内の液体を前記漏斗状面の上縁部から前記漏斗状面に向かってオーバーフローさせ、前記漏斗状面の内側に沿って液体を渦状に回転させながら流下させ、前記漏斗状面の下縁部から流出させる構成とし、
   前記液体吐出口は、前記漏斗状面の上縁部の外周に沿った方向に液体を吐出し、
   前記漏斗状面の上方に設けられた前記粉体供給部は、前記粉体を前記漏斗状面の内側に向かって供給する構成とし、
   前記粉体供給部と、前記漏斗状面の下方に設けられた、液体を貯留する液体貯留部とは、前記漏斗状面の周囲において互いに遮断されており、
   前記液体貯留部の排気を行う液体貯留部排気機構を備えることを特徴とする、液体と粉体の混合装置。
2. 前記液体吐出口を複数備え、
   前記複数の液体吐出口は、前記漏斗状面の上縁部を中心として互いに同じ回転方向に沿った方向に液体を吐出することを特徴とする、請求項１に記載の液体と粉体の混合装置。
3. 前記粉体供給部は、粉体を定量的に送出する定量供給機構を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液体と粉体の混合装置。
4. 前記液体貯留部に貯留されている液体を前記液体供給部に戻す液体循環路を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の液体と粉体の混合装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の液体と粉体の混合装置によって、液体と粉体を混合することにより、液体から金属元素を置換析出させて回収することを特徴とする、金属回収システム。
6. 前記液体から置換析出される金属元素はインジウムであって、
   前記粉体は亜鉛粉であることを特徴とする、請求項５に記載の金属回収システム。
7. 液体に対して粉体を混合させる方法であって、
   下方に向かうに従い内径が小さくなるように形成された漏斗状面の周囲において、液体を前記漏斗状面の上縁部の外周に沿った方向に吐出して、前記漏斗状面の上縁部の周囲に供給することにより、前記漏斗状面の上縁部に沿って回転させながら前記漏斗状面の上縁部から前記漏斗状面に向かって液体をオーバーフローさせ、前記漏斗状面の内側に沿って液体を渦状に回転させながら流下させ、
   前記漏斗状面の上方に設けられた粉体供給部から前記漏斗状面の内側に向かって粉体を供給し、前記漏斗状面の内側に沿って渦状に回転しながら流下する液体に対して混合させ、
   前記漏斗状面の下方に設けられ、前記漏斗状面の周囲において前記粉体供給部と互いに遮断された液体貯留部に前記漏斗状面から落下した液体を貯留し、
   前記液体貯留部の排気を行うことを特徴とする、液体と粉体の混合方法。
8. 前記貯留した液体を、再び前記漏斗状面に供給することを特徴とする、請求項７に記載の液体と粉体の混合方法。
9. 請求項７又は８に記載の液体と粉体の混合方法によって、液体と粉体を混合し、液体から金属元素を置換析出させて回収することを特徴とする、金属回収方法。
10. 前記液体から置換析出される金属元素はインジウムであって、
    前記粉体は亜鉛粉であることを特徴とする、請求項９に記載の金属回収方法。

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