JP5700029B2 - 硫化水素を含む貧液の処理方法及び処理装置 - Google Patents

硫化水素を含む貧液の処理方法及び処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、ニッケル酸化鉱石プラントの硫化処理後における工程液等の、硫化水素を含む貧液の処理方法及び処理装置に関する。
従来、リモナイト鉱等に代表される低ニッケル含有量のニッケル酸化鉱石からニッケル、コバルト等の有価金属を回収する湿式製錬法として、硫酸を用いた高温加圧酸浸出法（ＨＰＡＬ：Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈｉｎｇ）法が知られている。
例えば、ニッケル・コバルト混合硫化物を得るための高圧酸浸出法では、図４に示すように、前処理工程（１）と、浸出工程（２）と、固液分離工程（３）と、中和工程（４）と、脱亜鉛工程（５）と、硫化工程（６）と、無害化工程（７）とを含む（例えば、特許文献１参照）。
前処理工程（１）では、ニッケル酸化鉱石を解砕分級してスラリーとする。
浸出工程（２）では、前処理工程（１）で得られたスラリーに硫酸を添加し、２２０〜２８０℃で撹拌して高温加圧酸浸出し、浸出スラリーを得る。
固液分離工程（３）では、浸出工程（２）で得られた浸出スラリーを固液分離して、ニッケル及びコバルトを含む浸出液（以下、「粗硫酸ニッケル水溶液」という。）と浸出残渣とを得る。
中和工程（４）では、固液分離工程（３）で得られた粗硫酸ニッケル水溶液を中和する。
脱亜鉛工程（５）では、中和工程（４）で中和した粗硫酸ニッケル水溶液に硫化水素ガスを添加して亜鉛を硫化亜鉛として沈殿除去する。
硫化工程（６）では、脱亜鉛工程（５）で得られた脱亜鉛終液に硫化水素ガスを添加してニッケル・コバルト複合硫化物とニッケル貧液を得る。無害化工程（７）では、最終中和処理により重金属を水酸化物として固体化させて除去することにより、固液分離工程（３）で発生した浸出残渣と、硫化工程（６）で発生したニッケル貧液とを無害化する。
一般的に、ニッケル酸化鉱石には多種類の重金属が含まれており、硫酸を用いて高温高圧条件で溶解し、その後、化学処理を行って不純物を除去した後、硫化工程にてニッケル等の必要な金属を回収する。硫化反応には、硫化水素ガスや、硫化水素ナトリウムや硫化ナトリウム等の塩が使用されるが、硫化工程後には未反応の硫化物が残存している。
硫化反応に硫化水素ガスを使用した場合は、反応後の液に未反応の硫化水素ガスが溶存しており、硫化水素ナトリウムや硫化ナトリウム等の塩を使用した場合においても、溶液の状態によっては硫化水素ガスが発生する。硫化後の溶液は、工程内で再利用あるいは排水処理される（例えば、特許文献２参照）。
これらの工程で硫化水素ガスが発生すると、作業衛生面、環境面から望ましくない。
従来、硫化反応後の溶液中（貧液）の溶存硫化水素の除去方法として、浸出後のニッケル酸化鉱スラリーを硫化後の貧液に添加することで、浸出後のニッケル酸化鉱スラリー中に多量に存在する３価の鉄による還元作用を利用して、硫化水素を硫黄に酸化させて溶存硫化水素濃度を低下させる方法が知られている。
しかしながら、上述した方法を利用した場合、酸の添加や浸出後のスラリーを繰り返す必要があり、また反応後の溶液には依然として溶存硫化水素が存在していることから、溶存硫化水素の更なる低減が要請されている。
特開２０１１−２２５９０８号公報 特開２００５−３５０７６６号公報 特開平０８−０７１５８５号公報 特開平１０−２５８２２２号公報
本発明はこのような状況を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、例えばニッケル酸化鉱石の湿式製錬処理における硫化処理後の工程液等の硫化水素ガスを含む溶液において、その溶存硫化水素ガスを効果的に低減させることを可能にする貧液の処理方法及び処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
本発明では、縦型円筒形の反応容器内の底部に多数の吹出口を有する円環状のエアレーション管を設け、反応容器内で硫化水素を含む貧液を撹拌しながら、円環状のエアレーション管の多数の吹出口から曝気用の気体を吹き込む簡便なエアレーション装置を用いてエアレーションすることにより、貧液から硫化水素を除去する。
すなわち、本発明は、硫化水素を含む貧液の処理方法であって、縦型円筒形状の反応容器と、上記反応容器内に設けられた撹拌羽根と、上記反応容器内の底部に設けられた多数の吹出口を有する円環状のエアレーション管とを備える曝気槽内で、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおける硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む貧液に対して、浸出工程より得られた浸出後のスラリーを一部添加し、上記撹拌羽根の回転により撹拌しながら、上記エアレーション管の多数の吹出口から上記反応容器内に曝気用の気体を導入してエアレーションすることにより、無害化工程の前段に設けた硫化水素除去工程において上記貧液から硫化水素を除去することを特徴とする。
また、本発明は、硫化水素を含む貧液の処理装置であって、縦型円筒形状の反応容器と、上記反応容器内に設けられた撹拌羽根と、上記反応容器内の底部に設けられた多数の空気吹出口を有する円環状のエアレーション管とを備える曝気槽からなり、上記曝気槽内で、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおける硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む貧液に対して、浸出工程より得られた浸出後のスラリーを一部添加し、上記撹拌羽根の回転により撹拌しながら、上記エアレーション管の多数の吹出口から上記反応容器内に曝気用の気体を導入してエアレーションすることにより、無害化工程の前段に設けた硫化水素除去工程において上記貧液から硫化水素を除去することを特徴とする。
本発明において、上記硫化水素を除去した貧液を固液分離工程に戻して洗浄液として再利用することができる。
また、本発明では、上記反応容器の直径の７０〜９０％のサイズの円環状に形成された上記エアレーション管によりエアレーションを行うものとすることができる。
また、本発明では、直径が１０〜２０ｍｍの円形に形成された上記吹出口からエアレーションを行うものとすることができる。
また、本発明では、上記吹出口として上記エアレーション管に等間隔に設置された１０乃至２０個の短管パイプエアレーションを行うものとすることができる。
また、本発明において、曝気用の気体は、空気とすることができる。
さらに、本発明では、上記曝気槽でエアレーションすることで、硫化後溶液を再利用する工程、又は排水処理工程で発生する硫化水素ガスを低減することができる。
本発明によれば、縦型円筒形の反応容器内の底部に多数の吹出口を有する円環状のエアレーション管を設け、反応容器内で硫化水素を含む貧液を撹拌しながら、円環状のエアレーション管の多数の吹出口から曝気用の気体を吹き込む簡便なエアレーション装置を用いて効果的にエアレーションすることにより、貧液から硫化水素を効率よく曝気して除去することができる。
また、本発明においては、特に、ニッケル酸化鉱石の湿式処理プラントの硫化工程から得られる貧液に浸出後スラリーを添加する撹拌翼付の反応槽を曝気槽として好適に使用でき、硫化後溶液を再利用する工程や、その後の排水処理工程で発生する硫化水素ガスを効果的に低減させることができる。
本発明を適用した貧液処理装置の構成例の要部構成を透視して示した斜視図である。 貧液処理装置が用いられるニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントの工程図である。 貧液処理装置におけるエアレーション管に設けられる吹出口の構成例を示す斜視図である。 高圧酸浸出法によるニッケル酸化鉱石プラントの工程図である。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態に係る貧液の処理方法は、例えば図１に示すような構成の貧液処理装置１００により実施される。
この貧液処理装置１００は、縦型円筒形状の反応容器１１０と、反応容器１１０内に設けられた撹拌羽根１２０と、反応容器１１０内の底部に設けられた多数の空気吹出口１３１を有する円環状のエアレーション管１３０とを備える曝気槽である。なお、この縦型円筒形状の反応容器１１０内には、３枚のバッフル板１５１が配設されている。
本実施の形態に係る貧液の処理方法では、縦型円筒形の反応容器１１０内で、硫化水素を含む貧液を撹拌羽根１２０の回転により撹拌しながら、エアレーション管１３０の多数の吹出口１３１から反応容器１１０内に曝気用の気体を導入してエアレーションすることにより、その貧液から硫化水素を除去する。
例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントでは、上述の如く無害化工程において、最終中和処理により重金属を水酸化物として固体化させて除去することにより、固液分離工程で発生した浸出残渣と、硫化工程で発生したニッケル貧液とを無害化して廃棄する。このとき、本実施の形態では、例えば図２の工程図に示すように、無害化工程の前段に硫化水素除去工程を設け、この硫化水素除去工程において、上述した貧液処理装置１００を用いて、硫化処理後の工程液（硫化後液）として得られる貧液から硫化水素を除去する。
つまり、無害化工程の前段において硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む貧液から硫化水素を除去するための反応槽に、多数の空気吹出口１３１を有する円環状のエアレーション管１３０を設けることにより、この反応槽を上述した貧液処理装置１００として用いる。
具体的に、この反応槽である貧液処理装置１００では、硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む貧液が、その縦型円筒形の反応容器１１０に装入され、その反応容器１１０内において、撹拌羽根１２０の回転により硫化水素を含む貧液が撹拌される。そして、反応容器１００内では、貧液に対してエアレーション管１３０の多数の吹出口１３１から曝気用の気体としての空気が導入されエアレーションされることにより、貧液中の残留硫化水素の硫黄分が硫黄に還元され、その貧液から硫化水素が除去される。
また、このニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおいては、硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む貧液に対して、浸出工程より得られた浸出後のスラリーが一部添加される。そのため、この硫化水素除去工程では、添加したスラリーに含有されるＦｅ３＋の還元力によって、貧液中の一部の残留硫化水素の硫黄分が硫黄に還元されるようになるため、より効果的に、その貧液から硫化水素を除去することができる。
すなわち、本実施の形態に係る貧液の処理方法を実施する貧液処理装置１００は、縦型円筒形状の反応容器１１０と、反応容器１１０内に設けられた撹拌羽根１２０と、反応容器１１０内の底部に設けられた多数の空気吹出口１３１を有する円環状のエアレーション管１３０とを備える曝気槽からなり、曝気槽内で、硫化水素を含む貧液を撹拌羽根１２０の回転により撹拌しながら、エアレーション管１３０の多数の吹出口１３１から反応容器１１０内に曝気用の気体を導入してエアレーションすることにより、その貧液から硫化水素を除去する。
上述したように、貧液処理装置１００では、反応容器１１０、すなわち曝気槽内で、硫化水素を含む貧液を撹拌羽根１２０の回転により均一に撹拌するだけでなく、反応容器１１０に曝気用気体を吹き込む。これにより、撹拌された貧液から残留硫化水素が曝気により追い出され、硫化水素の残留濃度が低下する。
しかも、この貧液処理装置１００では、反応容器１１０内の底部に設けられた多数の空気吹出口１３１を有する円環状のエアレーション管１３０を介してエアレーションを行い、反応容器１１０内に流入させる気泡を小さく分裂させて気泡の総面積を大きくするようにしている。このことにより、反応容器１１０内で均一に撹拌させた硫化水素を含む貧液に対して多くの気泡に接触させることができ、高いエアレーション効果を得ることができる。すなわち、反応容器１１０内に供給された曝気用の気体は、供給された直後から曝気槽底面に分散された状態となるため、貧液の全体に亘って効率よく曝気することができる。
通常、撹拌反応装置における反応の設定時間は、一般的な曝気装置による充分な曝気時間より短いのが一般的である。しかしながら、この貧液処理装置１００によれば、反応容器１１０に曝気機能を持たせることにより、反応容器１１０内での滞留時間が前提となるので、必ずしも充分な曝気時間が確保しなくても、上述の如く効率よく曝気を行うことができ、硫化水素を効果的に低減させることができる。
貧液処理装置１００により硫化水素を除去した貧液は、図２の工程図に示すように、固液分離工程に戻して洗浄水として再利用することができる。
このように、無害化工程の前段に硫化水素除去工程を設け、この硫化水素除去工程において、上述した貧液処理装置１００を用いてエアレーションすることで残留硫化水素を効果的に低減させることができるため、硫化後溶液を再利用する工程、又は排水処理工程における硫化水素ガスの発生を抑制することができる。
曝気用の気体としては、液中で気泡を維持し、すなわち液中に容易には溶け込まない気体であれば特に限定されるものではないが、空気を用いることがコスト面で好ましい。
また、エアレーション管の形状としては、特に限定されないが、反応溶液１２０の直径に対して７０〜９０％のサイズの円環状に形成することが好ましい。
ここで、エアレーション管１３０の形状に関して、表１に、反応容器１１０の直径に対してエアレーション管１３０の直径を変更させていった場合における、そのエアレーション管１３０の直径とエアレーション効果との関係を観察した結果を示す。
表１に示す観測結果から明らかなように、貧液処理装置１００におけるエアレーション管１３０は、その形状を、反応容器１１０の直径に対して７０〜９０％のサイズの円環状に形成することにより、高いエアレーション効果を得ることができることが分かる。
貧液処理装置１００の反応容器１１０内における流れを安定にするためには、槽壁に沿って空気を上昇させる必要がある。この点において、貧液処理装置１００におけるエアレーション管１３０を、反応容器１１０の直径の７０〜９０％のサイズの円環状に形成することにより、槽壁に沿って効率よく空気を上昇させることができる。
また、エアレーション管に形成される空気吹出口１３１は、特に限定されないが、その直径が１０〜２０ｍｍである円形に形成することが好ましい。
ここで、エアレーション管に形成される空気吹出口１３１に関して、表２、その空気吹出口１３１を円形としてその口径を変更させていった場合における、空気吹出口１３１の口径とエアレーション効果との関係を観察した結果を示す。
表２に示す観測結果から明らかなように、貧液処理装置１００におけるエアレーション管１３０の空気吹出口１３１は、その直径が１０〜２０ｍｍである円形に形成することにより、高いエアレーション効果を得ることができることが分かる。
貧液の密度や流動特性には最適な気泡サイズがあると推測され、１０ｍｍ未満であると、貧液中における気泡の上昇速度が遅すぎ、一方で２０ｍｍより大きくなると、速くなりすぎると考えられる。
また、その空気吹出口１３１の数は、特に限定されず、エアレーション管の円周の長さによって適宜決定することが好ましいが、例えば、１０個程度とすることが好ましく、２０個とすることがより好ましい。
ここで、空気吹出口１３１の数に関して、表３に、空気吹出口１３１の数を変更させていった場合における、空気吹出口１３１の数とエアレーション効果との関係を観察した結果を示す。
表３に示す観測結果から明らかなように、貧液処理装置１００におけるエアレーション管１３０の空気吹出口１３１は、その数を１０個とすることにより、高いエアレーション効果を得ることができ、２０個形成することにより、より一層に高いエアレーション効果を得ることができることが分かる。
エアレーション管１３０においては、空気吹出口１３１の数を増やした方が空気の上昇流が弱くなり、曝気槽中での空気の滞留時間が増加することから、エアレーション効率は増加する。空気吹出口１３１の数が１０個より少ないと、曝気効果が不充分となり、順次その数を増やせば効果は増大するものの、２０個より多くなると、それ以上に曝気効果は殆ど向上しない。
さらに、空気吹出口１３１は、単なる孔ではなく、設けた孔に短い管（吹出口）を取り付けたものの方が気体の流れが整流化され、気泡サイズが安定するため好ましい。また、その吹出口の数は、１０〜２０個程度とすることが好ましい。
すなわち、エアレーション管１３０は、例えば図３に示すように、吹出口１３１として等間隔に設置された１０〜２０個程度の短管パイプ１３１Ａによりエアレーションを行うことにより、より一層に高いエアレーション効果を得ることができる。
以下に、本発明についての実施例を説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
本実施例では、ニッケル酸化鉱石に湿式製錬プラントにおける無害化工程の前段に設けた硫化水素除去工程において、上述した貧液処理装置１００を用いた貧液処理を行った。
表４に、エアレーションの有無での貧液中の溶存硫化水素濃度を測定して得られた結果を示す。
表４に示す測定結果から明らかなように、エアレーションを行わない場合、溶存硫化水素濃度は曝気槽入口で２０ｐｐｍ、出口で１５ｐｐｍであったのに対し、エアレーションを行った場合では、曝気槽出口の硫化水素濃度は５ｐｐｍにまで大幅に低下し、エアレーションにより貧液中の溶存硫化水素を効果的に低減させることができた。このように、貧液処理装置１００を用いて貧液を処理することによって、そのエアレーションの作用により、貧液中の溶存硫化水素濃度を効果的に低減させることができることが分かった。
１００，２００ 重金属除去装置、１１０ 反応容器、１２０ 撹拌羽根、１３０ エアレーション管、１３１ 空気吹出口、１３１Ａ 短管パイプ、１５１ バッフル板

Claims (12)

  1. 縦型円筒形状の反応容器と、上記反応容器内に設けられた撹拌羽根と、上記反応容器内の底部に設けられた多数の吹出口を有する円環状のエアレーション管とを備える曝気槽内で、
    ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおける硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む貧液に対して、浸出工程より得られた浸出後のスラリーを一部添加し、上記撹拌羽根の回転により撹拌しながら、上記エアレーション管の多数の吹出口から上記反応容器内に曝気用の気体を導入してエアレーションすることにより、無害化工程の前段に設けた硫化水素除去工程において上記貧液から硫化水素を除去することを特徴とする硫化水素を含む貧液の処理方法。
  2. 上記硫化水素を除去した貧液を固液分離工程に戻して洗浄液として再利用することを特徴とする請求項１に記載の硫化水素を含む貧液の処理方法。
  3. 上記反応容器の直径の７０〜９０％のサイズの円環状に形成された上記エアレーション管によりエアレーションを行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の硫化水素を含む貧液の処理方法。
  4. 直径が１０〜２０ｍｍの円形に形成された上記吹出口からエアレーションを行うことを特徴とする請求項３に記載の硫化水素を含む貧液の処理方法。
  5. 上記吹出口として上記エアレーション管に等間隔に設置された１０乃至２０個の短管パ
    イプを介してエアレーションを行うことを特徴とする請求項４に記載の硫化水素を含む貧
    液の処理方法。
  6. 上記曝気用の気体は空気であることを特徴とする請求項５に記載の硫化水素を含む貧液
    の処理方法。
  7. 縦型円筒形状の反応容器と、上記反応容器内に設けられた撹拌羽根と、上記反応容器内の底部に設けられた多数の空気吹出口を有する円環状のエアレーション管とを備える曝気槽からなり、
    上記曝気槽内で、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおける硫化処理後の工程液として得られる硫化水素を含む貧液に対して、浸出工程より得られた浸出後のスラリーを一部添加し、上記撹拌羽根の回転により撹拌しながら、上記エアレーション管の多数の吹出口から上記反応容器内に曝気用の気体を導入してエアレーションすることにより、無害化工程の前段に設けた硫化水素除去工程において上記貧液から硫化水素を除去することを特徴とする硫化水素を含む貧液の処理装置。
  8. 上記硫化水素を除去した貧液を固液分離工程に戻して洗浄液として再利用することを特徴とする請求項７に記載の硫化水素を含む貧液の処理装置。
  9. 上記反応容器の直径の７０〜９０％のサイズの円環状に形成された上記エアレーション管によりエアレーションを行うことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の硫化水素を含む貧液の処理装置。
  10. 直径が１０〜２０ｍｍの円形に形成された上記吹出口からエアレーションを行うことを特徴とする請求項９に記載の硫化水素を含む貧液の処理装置。
  11. 上記吹出口として上記エアレーション管に等間隔に設置された１０乃至２０個の短管パイプを介してエアレーションを行うことを特徴とする請求項１０に記載の硫化水素を含む貧液の処理装置。
  12. 上記曝気用の気体は空気であることを特徴とする請求項１１に記載の硫化水素を含む貧液の処理装置。
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