JP6500709B2

JP6500709B2 - 脱塩素設備

Info

Publication number: JP6500709B2
Application number: JP2015173805A
Authority: JP
Inventors: 翔白井; 勝輝佐藤; 西川　勲; 勲西川
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: JP2017048436A

Description

本発明は、脱塩素設備に関する。さらに詳しくは、電解廃液に溶存する塩素を回収する脱塩素設備において、電解廃液から分離された塩素ガスに含まれる水蒸気を凝縮して得られる凝縮水のニッケル濃度を低減できる脱塩素設備に関する。

硫化物からニッケルやコバルトを回収する湿式製錬プロセスでは、原料であるニッケルマットやニッケル・コバルト混合硫化物（ＭＳ：ミックスサルファイド）を塩素浸出し、得られた浸出液から不純物を除去する浄液工程などを経て、電解工程で電気ニッケルや電気コバルトを製品として回収する。

電気ニッケルを製造する電解工程では、塩化ニッケル溶液中のニッケルイオンが電子を受け取りカソードに電析する反応（反応式（１））と、アノード表面において塩化ニッケル溶液中の塩素イオンが電子を放出して塩素ガスが発生する反応（反応式（２））とが生じる。
Ni²⁺ + 2e = Ni ・・・（１）
2Cl^- = Cl₂ + 2e ・・・（２）

アノードで発生した塩素ガスを回収するために、アノードはアノードボックスに収納されている。アノードボックス内の気相部には塩素ガスが存在し、液相部には飽和濃度の塩素が溶存する電解液（アノライト）が存在する。アノードボックスに接続された配管を通して、塩素ガスと電解液とが回収される。回収された電解液（電解廃液）は脱塩素設備において溶存する塩素が回収される。このようにして回収された塩素ガスは、塩素浸出工程などで再利用される。

脱塩素設備では、電解廃液を脱塩素塔に供給し、負圧下で溶存塩素を気化して、塩素ガスを排出する。脱塩素塔から排出された塩素ガスには水蒸気とミスト状の電解廃液とが含まれている。塩素ガスを熱交換器で冷却することにより、塩素ガスに含まれる水蒸気を凝縮水として除去する。また、凝縮水には電解廃液が取り込まれる。そのため凝縮水にはニッケルが含まれる。

ところで、湿式製錬プロセスでは水バランスを維持することが求められる。水バランスとは、系内への水の供給量と系外への水の排出量とのバランスを意味する。水の排出量に比べて供給量が多いと、系内の保有液量が徐々に増加する。そうすると、プロセス全体で見た場合に、目的金属であるニッケルの濃度が薄くなり、生産効率が低下する。この場合、水の排出量を増加させる必要がある。そこで、前記凝縮水を系外に排出することが行われる。

しかし、凝縮水にはニッケルが含まれているため、凝縮水を系外に排出するとニッケルのロスとなる。そこで、凝縮水のニッケル濃度が高い場合には、凝縮水を塩素浸出工程に繰り返し装入することが行われる（特許文献１）。凝縮水を系外に排出しつつニッケルロスを低減するには、凝縮水のニッケル濃度を低減することが求められる。

特開２０１３−１８９６７０号公報

本発明は上記事情に鑑み、凝縮水のニッケル濃度を低減できる脱塩素設備を提供することを目的とする。

第１発明の脱塩素設備は、ニッケルを含む電解廃液に溶存する塩素を負圧下で気化させて、塩素ガスと水蒸気とミスト状の電解廃液とを含む回収ガスを排出する脱塩素塔と、前記脱塩素塔から排出された前記回収ガスから電解廃液を除去し、塩素ガスと水蒸気とを含む脱電解廃液ガスを排出する気液分離装置と、前記気液分離装置から排出された前記脱電解廃液ガスを冷却して、凝縮水を生成する熱交換器と、を備えることを特徴とする。
第２発明の脱塩素設備は、第１発明において、前記気液分離装置の内部は負圧に維持されていることを特徴とする。
第３発明の脱塩素設備は、電解廃液に溶存する塩素を負圧下で気化させて、塩素ガスと水蒸気とミスト状の電解廃液とを含む回収ガスを排出する脱塩素塔と、前記回収ガスから電解廃液を除去し、塩素ガスと水蒸気とを含む脱電解廃液ガスを排出する気液分離装置と、前記脱電解廃液ガスを冷却して、凝縮水を生成する熱交換器と、を備え、前記気液分離装置は、前記回収ガスから除去された電解廃液が排出されるドレン排出口を有し、前記脱塩素塔は、前記ドレン排出口に配管を介して接続されたドレン供給口を有し、前記ドレン排出口は前記ドレン供給口よりも高所に配置されていることを特徴とする。

第１発明によれば、気液分離装置で回収ガスから電解廃液を除去した後に、熱交換器で凝縮水を生成するので、凝縮水に電解廃液が取り込まれることがなく、凝縮水のニッケル濃度を低減できる。
第２発明によれば、気液分離装置の内部が負圧に維持されているので、気液分離装置において水蒸気が凝縮することを抑制でき、水蒸気の多くを熱交換器に供給できる。その結果、凝縮水の回収効率が高くなる。
第３発明によれば、気液分離装置から排出された電解廃液は、ドレン排出口とドレン供給口との高低差により、脱塩素塔に送られる。そのため、簡易な設備で電解廃液を移送できる。

本発明の一実施形態に係る脱塩素設備Ａの説明図である。凝縮水発生量と凝縮水のニッケル濃度との関係を示すグラフである。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
前記湿式製錬プロセスのニッケル電解工程では、アノードがアノードボックスに収納されており、アノードボックスから塩素ガスと、電解液（アノライト）とが回収される。回収された電解液（以下、「電解廃液」と称する。）は脱塩素設備に供給される。脱塩素設備では、電解廃液に溶存する塩素を塩素ガスとして回収する。塩素ガスは塩素浸出工程などで再利用される。本発明の一実施形態に係る脱塩素設備Ａは、上記のように電解廃液に溶存する塩素を回収するのに用いられる。

図１に示すように、本実施形態の脱塩素設備Ａは、廃液貯槽１１と、脱塩素塔１２と、デミスター１３と、熱交換器１４と、凝縮水貯槽１５とを備えており、これらが配管で接続されて構成されている。

電解工程から排出された電解廃液は廃液貯槽１１に供給され一時的に貯留される。電解廃液はニッケル濃度が約70〜80g/Lの塩化ニッケル溶液である。また、電解廃液には飽和濃度の塩素が溶存している。

脱塩素塔１２は負圧に耐えうる減圧容器である。廃液貯槽１１と脱塩素塔１２とは配管２１で接続されている。配管２１の先端部は脱塩素塔１２の内部に導かれ、散水ノズル２２に接続している。廃液貯槽１１内の電解廃液は配管２１を介して脱塩素塔１２に供給される。電解廃液は脱塩素塔１２の内部の散水ノズル２２から散水される。

脱塩素塔１２の内部には電解廃液が貯留される。そのため、脱塩素塔１２は下部の液相部と上部の気相部とを有している。脱塩素塔１２の上部（気相部）には塩素ガス排出口１２ａが設けられており、下部（液相部）には電解廃液排出口１２ｂが設けられている。さらに、脱塩素塔１２の下部側壁にはドレン供給口１２ｃが設けられている。

デミスター１３は特許請求の範囲に記載の「気液分離装置」に相当する。デミスター１３は、ドラムの内部がメッシュ１３ａで上下に仕切られた構造を有する、いわゆるメッシュ式ドラムタイプである。デミスター１３の下部側壁にはガス供給口１３ｂが設けられており、底部にはドレン排出口１３ｃが設けられており、上部にはガス排出口１３ｄが設けられている。

脱塩素塔１２の電解廃液排出口１２ｂには配管２３が接続されている。脱塩素塔１２の塩素ガス排出口１２ａとデミスター１３のガス供給口１３ｂとは配管２４を介して接続されている。デミスター１３のドレン排出口１３ｃと脱塩素塔１２のドレン供給口１２ｃとは配管２５を介して接続されている。デミスター１３のガス排出口１３ｄには配管２６が接続されている。

配管２６の他端は熱交換器１４の入口に接続されている。熱交換器１４の出口は真空ポンプ１６の一次側に接続されている。したがって、脱塩素塔１２およびデミスター１３は配管２６および熱交換器１４を介して真空ポンプ１６に接続されている。真空ポンプ１６の駆動により、脱塩素塔１２およびデミスター１３の内部は負圧に維持されている。

脱塩素塔１２の電解廃液排出口１２ｂは、脱塩素塔１２に貯留されている電解廃液により液封されている。そのため、脱塩素塔１２の内部を負圧にしても、電解廃液排出口１２ｂからガスが逆流することはない。

脱塩素塔１２に供給される電解廃液の温度は50〜70℃である。この温度の電解廃液を脱塩素塔１２において負圧下で滞留させることで、電解廃液に溶存する塩素を気化させて塩素ガスを発生させる。電解廃液から分離された塩素ガスは配管２４を介して脱塩素塔１２から排出される。塩素が除去された電解廃液（「脱塩素電解廃液」と称する。）は、配管２３を介して脱塩素塔１２から排出される。

脱塩素塔１２から排出されるガスを「回収ガス」と称する。回収ガスには電解廃液から分離された塩素ガスのほか、水蒸気が含まれている。これは、脱塩素塔１２において電解廃液中の水分が蒸発し、水蒸気となって排出されるからである。また、脱塩素塔１２からは粒径が約3〜5μmのミスト状の電解廃液も排出される。すなわち、回収ガスには塩素ガスと水蒸気とミスト状の電解廃液とが含まれる。なお、回収ガスは、その約８割が水蒸気であり、残りが塩素ガスとミスト状の電解廃液である。

脱塩素塔１２から排出された回収ガスは、ガス供給口１３ｂからデミスター１３の内部に導入される。回収ガスはデミスター１３内を上昇し、メッシュ１３ａを通った後に、ガス排出口１３ｄから排出される。回収ガスがメッシュ１３ａを通過する際に、回収ガスに含まれるミスト状の電解廃液が捕捉され、液滴となって落下する。この作用により、回収ガスから電解廃液が除去される。電解廃液が除去された回収ガスを「脱電解廃液ガス」と称する。脱電解廃液ガスには塩素ガスと水蒸気とが含まれる。脱電解廃液ガスはガス排出口１３ｄから排出される。

回収ガスから除去された電解廃液はドレン排出口１３ｃから排出され、配管２５を通って脱塩素塔１２に移送される。デミスター１３のドレン排出口１３ｃは脱塩素塔１２のドレン供給口１２ｃよりも高所に配置されている。そのため、デミスター１３から排出された電解廃液は、ドレン排出口１３ｃとドレン供給口１２ｃとの高低差により、脱塩素塔１２に送られる。このように、配管２５などの簡易な設備で電解廃液を移送できる。

なお、脱塩素塔１２のドレン供給口１２ｃは液相部に設けられてもよいし、気相部に設けられてもよいが、液相部に設ける方が好ましい。ドレン供給口１２ｃを液相部に設ければ、配管２５が電解廃液により液封される。そうすると、脱塩素塔１２の内部のガスが配管２５を逆流してデミスター１３に送られることがなく、電解廃液の移送がスムーズになるからである。

デミスター１３から排出された脱電解廃液ガスは熱交換器１４で冷却される。例えば、約60℃の脱電解廃液ガスを約30℃まで冷却する。これにより、脱電解廃液ガスに含まれる水蒸気が凝縮水となる。

真空ポンプ１６の二次側からは、水蒸気および電解廃液が除去された乾いた塩素ガスが排出される。この塩素ガスは塩素浸出工程などに送られ再利用される。凝縮水は真空ポンプ１６のドレン排出口から排出され、凝縮水貯槽１５に一時的に貯留される。

凝縮水貯槽１５に貯留された凝縮水を系外に排出すれば、系内の保有液量を減少させることができる。そのため、水バランスの維持を維持するために、凝縮水を系外に排出することが行われる。

従来の脱塩素設備にはデミスター１３が設けられておらず、脱塩素塔１２から排出された回収ガスはそのまま熱交換器１４で冷却されていた。そのため、凝縮水には電解廃液が取り込まれ、凝縮水のニッケル濃度が高かった。凝縮水を系外に排出するとニッケルのロスとなっていた。

これに対して、本実施形態の脱塩素設備Ａによれば、デミスター１３で回収ガスから電解廃液を除去した後に、熱交換器１４で水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成するので、凝縮水に電解廃液が取り込まれることがなく、凝縮水のニッケル濃度を低減できる。そのため、凝縮水を系外に排出したとしてもニッケルロスを低減できる。

前述のごとく、デミスター１３の内部は負圧に維持されている。仮に、デミスター１３の内部の圧力が高いと、回収ガスに含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水となる。この凝縮水は補足された電解廃液とともに脱塩素塔１２に送られ、最終的には脱塩素電解廃液として排出される。すなわち、回収ガスに含まれる水蒸気の一部を凝縮水として回収できなくなる。これに対して、本実施形態ではデミスター１３の内部が負圧に維持されているので、デミスター１３において水蒸気が凝縮することを抑制できる。その結果、回収ガスに含まれる水蒸気の多くを熱交換器１４に供給でき、凝縮水の回収効率が高くなる。

デミスター１３の内部で水蒸気の温度が低下しても凝縮水が発生する。しかし、本実施形態のように、脱塩素塔１２の直後にデミスター１３を設ける構成とすれば、脱塩素塔１２の内部とデミスター１３の内部で水蒸気の温度はほとんど変わらない。そのため、デミスター１３において、水蒸気の温度低下によって凝縮水が発生することを抑制できる。

本実施形態では気液分離装置としてデミスター１３を用いたが、デミスター１３に代えて他の気液分離装置を用いてもよい。気液分離装置としては回収ガスからミスト状の電解廃液を分離できるものであればよい。例えば、サイクロンタイプの気液分離装置、気流経路に邪魔板を交互に設けたタイプの気液分離装置、簡易なタンクタイプの気液分離装置を用いることができる。メッシュ式ドラムタイプのデミスターであれば、全体がコンパクトであるため脱塩素塔１２の直後に設置しやすい。

得られた凝縮水のニッケル濃度を監視することが好ましい。凝縮水のニッケル濃度が基準値以下である場合に凝縮水を系外に排出し、基準値を上回る場合は湿式精錬プロセスの系内に凝縮水を戻し入れるようにしてもよい。基準値は、凝縮水を系外に排出してもニッケルロスが無視できるレベルに設定される。例えば、ニッケル濃度が0.01g/Lに設定される。凝縮水を系内に戻す場合には、例えば塩素浸出工程に戻せばよい。

また、凝縮水を系内に戻す場合には、脱塩素塔１２から排出された回収ガスをデミスター１３に通さなくてもよい。このような場合のために、脱塩素塔１２の塩素ガス排出口１２ａと熱交換器１４の入口とを接続するバイパス配管を設け、弁で切り替え可能としてもよい。

つぎに、実施例を説明する。
（実施例）
上記実施形態に係る脱塩素設備Ａを用いて、電解廃液に溶存する塩素を塩素ガスとして回収するとともに、凝縮水を生成した。脱塩素塔１２から排出された回収ガスは、温度が６０℃、流速が３〜５m/秒であった。また、回収ガスは全体の８５％が水蒸気であり、残りが塩素ガスとミスト状の電解廃液であった。

デミスター１３のメッシュ１３ａとして、関西金網株式会社製ＳＫ−１９２を用いた。このメッシュ１３ａは、材質がチタン、線径が0.25mm、空間率が97.5％であり、３μm以上のミストを以下の効率で捕捉できる。
・気流速度１〜６m/秒の場合、９９％以上
・気流速度１m/秒以下の場合、９０％以上

２ヶ月間の操業を行い、凝縮水の発生量とニッケル濃度を毎日測定した。その結果を図２に示す。図２中の「○」が実施例の測定結果である。なお、脱塩素塔１２の内部の圧力を下げることで凝縮水の発生量を増加させることができる。２ヶ月間の操業の間、脱塩素塔１２の内部の圧力を種々の値に設定し、凝縮水発生量を変化させた。

（比較例）
上記実施形態に係る脱塩素設備Ａにおいてデミスター１３を設けず、脱塩素塔１２から排出された回収ガスを直接熱交換器１４に供給した状態で操業を行った。２ヶ月間の操業を行い、凝縮水の発生量とニッケル濃度を毎日測定した。その結果を図２に示す。図２中の「◇」が比較例の測定結果である。２ヶ月間の操業の間、脱塩素塔１２の内部の圧力を種々の値に設定し、凝縮水発生量を変化させた。

図２から分かるように、デミスター１３を設置しなかった比較例では、凝縮水のニッケル濃度が常に0.01g/Lを超えている。また、凝縮水発生量を多くするほど、ニッケル濃度が高くなることが分かる。凝縮水に含まれるニッケルは、脱塩素塔１２から排出されたミスト状の電解廃液に起因する。凝縮水発生量を多くするために脱塩素塔１２の圧力を低下させると、ミスト状の電解廃液が排出されやすくなることが原因と考えられる。

一方、デミスター１３を設置した実施例では、凝縮水のニッケル濃度を0.01g/L以下に抑制できることがわかる。しかも、凝縮水発生量を多くしても、ニッケル濃度が高くなることがない。

以上より、デミスター１３を設置すれば、凝縮水のニッケル濃度を低減できることが確認された。また、凝縮水発生量を多くしても、ニッケル濃度が高くならないため、水バランスの調整のために、凝縮水発生量を多くすることも可能であることが分かった。

Ａ脱塩素設備
１１廃液貯槽
１２脱塩素塔
１３デミスター
１４熱交換器
１５凝縮水貯槽
１６真空ポンプ

Claims

ニッケルを含む電解廃液に溶存する塩素を負圧下で気化させて、塩素ガスと水蒸気とミスト状の電解廃液とを含む回収ガスを排出する脱塩素塔と、
前記脱塩素塔から排出された前記回収ガスから電解廃液を除去し、塩素ガスと水蒸気とを含む脱電解廃液ガスを排出する気液分離装置と、
前記気液分離装置から排出された前記脱電解廃液ガスを冷却して、凝縮水を生成する熱交換器と、を備える
ことを特徴とする脱塩素設備。
前記気液分離装置の内部は負圧に維持されている
ことを特徴とする請求項１記載の脱塩素設備。
電解廃液に溶存する塩素を負圧下で気化させて、塩素ガスと水蒸気とミスト状の電解廃液とを含む回収ガスを排出する脱塩素塔と、
前記回収ガスから電解廃液を除去し、塩素ガスと水蒸気とを含む脱電解廃液ガスを排出する気液分離装置と、
前記脱電解廃液ガスを冷却して、凝縮水を生成する熱交換器と、を備え、
前記気液分離装置は、前記回収ガスから除去された電解廃液が排出されるドレン排出口を有し、
前記脱塩素塔は、前記ドレン排出口に配管を介して接続されたドレン供給口を有し、
前記ドレン排出口は前記ドレン供給口よりも高所に配置されている
ことを特徴とする脱塩素設備。