JP6746890B2

JP6746890B2 - 比重分離装置

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Publication number: JP6746890B2
Application number: JP2015188780A
Authority: JP
Inventors: 浩隆樋口
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2020-08-26
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Description

本発明は、比重分離装置に関する。

比重の異なる粒子を分離する装置として比重分離装置がある。この比重分離装置としては、例えば、その上部より分離対象である混合物がスラリーとして供給され、中段部分から水が注入されて（なお、この水を「注入水」とよぶ）、その注入水の上昇流によってスラリーの比重分離が行われる方式のものを挙げることができる。具体的には、注入水による上昇流と沈降する粒子の沈降速度との差により、混合物に含まれる粒子が比重分離装置の上部あるいは下部に分離される。

比重分離装置の分離制御は、注入水の添加ラインの上部の壁面に設置された圧力計に対して底抜きのバルブの開度を調整することによって行う方法が一般的である。なお、バルブの種類としては、ピンチバルブやバタフライバルブが用いられる。

しかしながら、比重分離装置の内部では、例えば、乾式のホッパーで見られるような棚張りやフラッシングが発生し、比重分離装置の下部に分離された中間物（以下、「アンダーフロー」という）を次の処理工程に安定した流量で供給することが困難になることがあった。また、その分離されたアンダーフローの流量が制御可能範囲を超える場合には、そのアンダーフローのスラリーが比重分離装置に続けて設けられている受け槽（中継槽）から溢れてしまう、という問題もあった。

特許文献１には、高圧酸浸出法を用いてニッケル酸化鉱石からニッケルを回収する湿式製錬方法において、鉱石スラリーによる設備磨耗を抑制し、また最終中和残渣量を低減させるとともに、資源化するために不純物成分を分離回収する技術が開示されている。

具体的には、高圧酸浸出法に基づく湿式製錬方法において、Ａ工程：鉱石スラリー中のクロマイト粒子を、比重分離法を含む回収プロセスにより分離回収する工程と、Ｂ−１工程：Ｃｒ品位の下がった鉱石スラリーに対して浸出処理を施し、固液分離して得られた浸出液に対してＭｇ（ＯＨ）_２等のＭｇ系中和剤を用いて中和処理を施す工程、あるいは、Ｂ−２工程：Ｃｒ品位の下がった鉱石スラリーに対して浸出処理を施し、固液分離して得られた浸出残渣スラリーに対してＭｇ（ＯＨ）_２等のＭｇ系中和剤を用いて中和処理を施してヘマタイト粒子を回収する工程、から選ばれる少なくとも１つの工程を含む、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法が開示されている。

しかしならが、この特許文献１には、比重分離法を使用して得られた濃縮物を次の処理工程に所定量を安定的に供給することについては、何ら示されていない。

特開２００５−３５０７６６号公報

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、装置内部での棚張りやフラッシング等の発生を抑制し、比重分離して得られたアンダーフローの流量変動を最小限に抑えて安定的に排出させることができる比重分離装置を提供することを目的とする。

本発明者らによる鋭意検討の結果、比重分離装置において、比重により沈降分離したアンダーフローを排出させる排出配管に、バルブと、定量ポンプとを設けることで、上述した課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。

（１）本発明の第１の発明は、比重の異なる２種以上の粒子を含む混合物から、比重差を利用して、オーバーフローとアンダーフローとに分離する比重分離装置であって、上部に前記混合物のスラリーを供給する供給管を有し、該スラリーをオーバーフローとアンダーフローとに分離する分離部と、前記分離部の下方に位置し、沈降分離したアンダーフローが沈積する沈積部と、を備え、前記沈積部には、前記アンダーフローを排出する排出配管が接続されており、前記排出配管には、前記アンダーフローを排出するバルブと、該アンダーフローを定量的に排出させるための定量ポンプとが設けられていることを特徴とする比重分離装置である。

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記分離部には、内部の圧力を測定する圧力計が設けられており、前記定量ポンプは、前記圧力計による測定値に基づいて前記アンダーフローの排出量を制御する、比重分離装置である。

（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記混合物のスラリーが、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーである、比重分離装置である。

本発明に係る比重分離装置によれば、比重分離して得られたアンダーフローを安定的な流量で排出させることができ、装置内部での棚張りやフラッシング等の発生を効果的に抑制することができる。

比重分離装置の構成の一例を示す図である。比重分離装置の分離部における比重の異なる２種以上の粒子の分離原理を説明ための図である。鉱石スラリーの処理方法の流れの一例を示す工程図である。ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスの流れの一例を示す工程図である。

以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。また、本明細書において、「ｘ〜ｙ」（ｘ、ｙは任意の数値）との表記は、特に断らない限り「ｘ以上ｙ以下」の意味である。

≪１．比重分離装置≫
本実施の形態に係る比重分離装置は、比重の異なる２種以上の粒子を含む混合物から、その比重差を利用して、比重の小さな粒子を含むオーバーフローと、比重の大きな粒子を含むアンダーフローとに分離する装置である。

図１は、比重分離装置の構成の一例を示す図である。図１に示すように、比重分離装置１は、比重の異なる２種以上の粒子を含む混合物のスラリーを比重差によってオーバーフローとアンダーフローとに分離する分離部１１と、分離部１１にて沈降分離したアンダーフローが沈積する沈積部１２とを備える。そして、この比重分離装置１では、沈積部１２において、沈降分離したアンダーフローを排出する排出配管２１が接続されており、その排出配管２１には、アンダーフローを排出するバルブ２２と、アンダーフローを定量的に排出させるための定量ポンプ２３とが設けられている。

このような比重分離装置１によれば、アンダーフローの排出に際し、排出配管２１に設けられたバルブ２２によって排出のＯＮ／ＯＦＦ制御ができ、しかも、定量ポンプが設けられているため、排出にあたってはアンダーフローを定量的に排出させることができ、所定の量を安定的に排出させることができる。

これにより、比重分離装置１内での棚張りやフラッシングといった不具合の発生を効果的に防止することができる。また、比重分離したアンダーフローを、続けて設けられている例えば中継槽等の槽に移送する場合でも、その槽が収容できる範囲で定量的に移送することができ、その槽から移送されたアンダーフローが溢れ出るといった事態の発生を防ぐことができる。

＜１−１．比重分離装置の構成について＞
［分離部］
分離部１１では、比重の異なる２種以上の粒子を含む混合物のスラリーを比重差によってオーバーフローとアンダーフローとに分離する。分離部１１は、比重分離装置１の胴体部を構成し、例えば筒状の形状よりなる。

分離部１１には、その上部に、２種以上の粒子を含む混合物のスラリーが供給される供給管１３が設けられている。また、分離部１１には、その中段付近に、注入水を供給する注入水供給管１４が設けられている。

ここで、図２は、分離部１１における比重の異なる２種以上の粒子の分離原理を説明するための図である。分離部１１では、図２に示すように、分離部１１の中段付近から供給した注入水が上昇して上昇流となり、その注入水の上昇流と沈降する粒子の沈降速度との差によって、スラリーに含まれる粒子の比重分離が行われる。具体的には、沈降速度が注入水の上昇流よりも速い大きな粒子が分離部１１の下方に分離され、一方で、沈降速度が注入水の上昇流よりも遅くなる小さな粒子が分離部１１の上方に分離される。

このようにして分離されて分離部１１の下方に移動した、比較的大きな粒子を含むスラリーは、分離部１１の下方に設けられている沈積部１２に沈降して堆積していく。

なお、分離部１１には、その側壁から、分離部１１内部の圧力を測定することができる圧力計１５を設けることができる。詳しくは後述するが、分離部１１での比重分離により得られたアンダーフローを、排出配管２１を介して排出させるに際しては、圧力計１５での圧力測定値に基づいて、定量ポンプ２３によるアンダーフロー排出量を決定し、定量的にアンダーフローを排出させる。

［沈積部］
沈積部１２では、上述したように、分離部１１の下方に位置し、沈降分離したアンダーフローが沈積する。沈積部１２は、分離部１１と連続して下方に設けられており、例えば周縁部１２ａよりも中央部１２ｂが低い位置となる逆錐状の形状に形成されている。

具体的に、沈積部１２には、分離部１１にて分離された比較的大きな粒子を含むスラリーが沈降して、徐々に堆積する。沈積部１２において、逆円錐状の形状の中央部１２ｂ、すなわち最も下方に位置する箇所には、沈積したスラリーがアンダーフローとなって排出されるアンダーフロー排出口１２Ｄが設けられている。そして、そのアンダーフロー排出口１２Ｄには、そのアンダーフローを排出して、比重分離装置１に連続して設けられる処理槽等に移送するための排出配管２１が接続されている。

［排出配管］
排出配管２１は、上述したように沈積部１２に沈積したアンダーフローが排出されるアンダーフロー排出口１２Ｄに接続され、アンダーフローを排出するとともに、比重分離装置１に続けて設けられている処理槽にアンダーフローを移送する経路となる。

排出配管２１には、アンダーフローを排出するためのバルブ２２が設けられている。バルブ２２は、アンダーフローの排出のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うものであり、例えば、ピンチバルブ、バタフライバルブ等から構成される。このバルブ２２は、比重分離装置１の運転停止時には完全な「閉」状態となっており、比重分離装置１からのアンダーフローの排出が停止されている。これにより、排出配管２１内の下流側にアンダーフローが入らないようになり、排出配管２１内でアンダーフローが固まって閉塞してしまうことを防ぐことができる。

また、この排出配管２１には、バルブ２２によって排出の有無が制御されたアンダーフローの排出量を制御し、所定の流量での排出を可能にする定量ポンプ２３が設けられている。定量ポンプは、上述のように定量的にアンダーフローを排出させることができ、例えば、ホースポンプ等から構成される。

具体的に、定量ポンプ２３は、分離部１１に設けられた圧力計１５による測定値に基づいて、アンダーフローの排出量を制御する。このように、圧力計１５の測定値に基づいてアンダーフローの排出量を制御することで、常時正確に一定量のアンダーフローを比重分離装置１から抜き出して排出させることができ、より効果的に棚張りやフラッシングの発生を防ぐことができる。なお、比重分離装置１には、圧力計１５にて測定された圧力測定値の信号を受信し、その測定値に基づいて所定のアンダーフローの排出量となるような回転数で運転させる指示信号を定量ポンプ２３に送信する制御部を別途設けてもよい。

比重分離装置１では、このように、アンダーフローを排出させるための排出配管２１において、排出のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うバルブ２２と、定量的な排出を可能にする定量ポンプ２３とを設け、沈降分離したアンダーフローを常時定量的に抜き出すようにすることで、装置内部での棚張りやフラッシングの発生を抑えることができる。

また、アンダーフローの定量的な排出が可能になるため、安定的な流量で、比重分離装置１に続けて設けられる処理槽や受け槽（中継槽）等を排出移送させることができ、その処理槽等の収容許容レベルに基づいて排出量を制御できる。これにより、処理槽等からアンダーフローが溢れ出てしまうような事態の発生を効果的に防ぐことができる。

また、排出配管２１は、バルブ（便宜的に「第１のバルブ」とする）２２と、定量ポンプ２３との間に、図示しないが第２のバルブを設けることがより好ましい。この第２のバルブとしては、例えば、ブローバルブ等により構成することができる。このようなブローバルブ等からなる第２のバルブを設けることによって、排出配管２１内に残存してしまったアンダーフローを排出させることができる。具体的には、排出配管２１内にアンダーフローが残存してしまった場合に、第１のバルブ２２を全閉の状態とし、第２のバルブを全開の状態とし、その上で、定量ポンプ２３を逆回転に運転させる。これにより、比重分離装置１に逆流することなく、第２のバルブを介してアンダーフローを効率的に排出させることができる。

なお、比重分離装置１としては、その前段に、凝集剤添加設備が設けられていないことが好ましい。例えばシックナー等の固液分離装置のように、その装置前段に凝集剤添加設備が設けられている場合、装置内には凝集剤が装入されることになる。比重分離装置１においては、上述したように注入水が供給されて、注入水の上昇流と粒子の沈降速度との差によりスラリー中の粒子の比重分離が行われるが、凝集剤が装入されるような態様では、凝集剤により粒子の凝集が生じてしまい、効果的に比重分離を行うことができない。

＜１−２．比重分離装置における処理対象スラリーについて＞
本実施の形態に係る比重分離装置１において、その処理対象であるスラリー、すなわち比重の異なる２種以上の粒子を含む混合物のスラリーとしては、特に限定されるものではないが、例えばニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーを挙げることができる。

詳しくは後述するが、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおいては、原料のニッケル酸化鉱石を所定の分級点で分級してオーバーサイズの鉱石粒子を除去した後に、アンダーサイズの鉱石粒子に水を添加して鉱石スラリーとし、その鉱石スラリーに対して硫酸による浸出処理を施している。このとき、浸出処理の対象となる鉱石スラリーには、クロマイト等の低ニッケル品位のいわゆる脈石成分も含まれており、このような成分を予め除去しておくことにより、ニッケル品位の高いニッケル化合物を製錬することができる。

このとき、本実施の形態に係る比重分離装置１を用いて、鉱石スラリーに対する比重分離処理を施すことによって、粗粒部であるアンダーフローに、クロマイトを含む成分が濃縮されることになる。この比重分離装置１によれば、このような鉱石スラリーを処理対象とした場合でも装置内部での棚張りやフラッシング等の発生を抑制することができ、比重分離されたアンダーフローを安定的な流量で排出させることができる。

具体的に、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーは、鉱物学的には主としてラテライト鉱のスラリーであり、スラリーに含まれる鉱石粒子の粒径として、−２０００μｍ（２０００μｍ以下）の鉱石粒子の割合が１００％であり、−７５μｍ（７５μｍ以下）の鉱石粒子の割合が７０％〜９０％程度である。

特に、ラテライト鉱は、粘土質を含み、かつ、粒径が小さいため、比重分離装置内では棚張りが生じ易く、また棚張りが成長することによってフラッシングが発生し易くなる。このような鉱石スラリーを比重分離処理の対象とした場合であっても、比重分離装置１によれば、棚張りやフラッシングを効果的に防ぐことができる。

≪２．ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスについて≫
上述した比重分離装置１は、例えば、ニッケル酸化鉱石に対して浸出処理を施してニッケルを回収する湿式製錬プロセスにおける、浸出処理に供する鉱石スラリーを調製するための処理に用いることができる。

＜２−１．鉱石スラリーの処理方法の概要＞
ここで、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスにおいて処理される原料となるニッケル酸化鉱石は、主としてリモナイト鉱及びサプロライト鉱等のいわゆるラテライト鉱である。ラテライト鉱のニッケル含有量は、通常、０．８〜２．５重量％であり、ニッケルは水酸化物、又は含水ケイ苦土（ケイ酸マグネシウム）鉱物として含有されている。また、鉄の含有量は、１０〜５０重量％であり、主として３価の水酸化物（ゲーサイト）の形態であるが、一部２価の鉄が含水ケイ苦土鉱物等に含有される。さらに、ラテライト鉱においてはクロムが含まれており、そのクロム分の多くは、鉄又はマグネシウムを含むクロマイト鉱物として、例えば１〜５重量％程度含有されている。また、マグネシア分は、含水ケイ苦土鉱物のほか、未風化で硬度が高いニッケルをほとんど含有しないケイ苦土鉱物に含有される。珪酸分は、石英、クリストバライト（無定形シリカ）等のシリカ鉱物及び含水ケイ苦土鉱物に含有されている。

このように、ラテライト鉱において含有される、クロマイト鉱物、ケイ苦土鉱物、及びシリカ鉱物は、ニッケルをほとんど含有していない、いわゆる脈石成分である。

湿式製錬プロセスにおいて、原料のニッケル酸化鉱石は、鉱石粒度の調整が行われた後に水と混合されて鉱石スラリーとして調製されるが、ニッケル酸化鉱石には上述のようにクロマイトが含まれている。このことから、そのようなクロマイトを含有する鉱石スラリーを、酸浸出処理に供するために配管やポンプ等の設備を用いて移送すると、それら設備を著しく磨耗させることが知られている。

このことから、酸浸出処理に供する鉱石スラリーとしては、その酸浸出処理に先立ってクロマイト分を分離除去したものを用いることが望ましい。

具体的には、図３の工程図に示すように、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーに対してハイドロサイクロンを使用して分級処理を施し、オーバーフローとしてゲーサイトを含む混合物を分離し、アンダーフローとしてクロマイトを含む混合物を分離する分級工程Ｓ２１と、所定の比重分離装置を使用して、分級工程Ｓ２１にてアンダーフローとして分離したクロマイトを含む混合物に対して比重分離処理を行い、そのクロマイトを含む混合物に含まれるゲーサイトを分離してクロマイトを濃縮させた混合物を得る比重分離工程Ｓ２２とを有する。このような鉱石スラリーの処理方法において、比重分離処理を行ってクロマイトを濃縮させる比重分離工程Ｓ２２における処理に、上述した比重分離装置１を好適に用いることができる。

＜２−２．鉱石スラリーの処理方法を適用した湿式製錬プロセス＞
図４は、上述した鉱石スラリーの処理方法を適用した、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスの流れの一例を示す工程図である。このニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスは、例えば高圧酸浸出法（ＨＰＡＬ法）を用いて、ニッケル酸化鉱石からニッケルを浸出させて回収する製錬プロセスである。

図４の工程図に示すように、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プロセスは、ニッケル酸化鉱石をスラリー化する鉱石処理工程Ｓ１と、鉱石スラリーに硫酸を添加して高温高圧下で酸浸出処理を施す浸出工程Ｓ３と、得られた浸出スラリーを多段洗浄しながら残渣を分離してニッケルと共に不純物元素を含む浸出液を得る固液分離工程Ｓ４と、浸出液のｐＨを調整して不純物元素を含む中和澱物を分離しニッケルを含む中和終液を得る中和工程Ｓ５と、中和終液に硫化剤を添加することでニッケル及びコバルトを含む混合硫化物（ニッケル・コバルト混合硫化物）を生成させる硫化工程Ｓ６とを有する。さらに、この湿式製錬プロセスは、固液分離工程Ｓ４にて分離された浸出残渣スラリーや硫化工程Ｓ６にて排出された貧液を回収し、それらを無害化して最終中和残渣を生成する最終中和工程Ｓ７を有する。

そして、この湿式製錬プロセスにおいては、鉱石スラリーに対する硫酸による酸浸出処理を施すに先立ち、鉱石処理工程Ｓ１にてスラリー化した鉱石スラリーに対して、クロマイトを除去する処理を施す鉱石スラリー処理工程Ｓ２を有することを特徴としている。

（１）鉱石処理工程
鉱石処理工程Ｓ１では、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石に対して、所定の分級点で分級してオーバーサイズの鉱石粒子を除去した後に、アンダーサイズの鉱石粒子に水を添加して鉱石スラリーとする。

ニッケル酸化鉱石の分級方法については、所望とする粒径に基づいて鉱石を分級できるものであれば特に限定されず、例えば、グリズリーや振動篩等を用いた篩分けによって行うことができる。さらに、その分級点についても、特に限定されず、所望とする粒径値以下の鉱石粒子からなる鉱石スラリーを得るための分級点を適宜設定することができる。

（２）鉱石スラリー処理工程
本実施の形態においては、鉱石スラリーに対して浸出工程Ｓ３にて酸浸出処理を施すに先立ち、鉱石処理工程Ｓ１を経て得られた鉱石スラリーに対して、クロマイトを分離除去する処理を施すことを特徴としている。

具体的に、この鉱石スラリー処理工程Ｓ２は、鉱石スラリーに対してハイドロサイクロンを使用して分級処理を施し、オーバーフローとしてゲーサイトを含む混合物を分離し、アンダーフローとしてクロマイトを含む混合物を分離する分級工程Ｓ２１と、所定の比重分離装置を使用して、分級工程Ｓ２１にてアンダーフローとして分離したクロマイトを含む混合物に対して比重分離処理を行い、そのクロマイトを含む混合物に含まれるゲーサイトを分離してクロマイトを濃縮させた混合物を得る比重分離工程Ｓ２２とを有する。

このとき、比重分離工程Ｓ２２では、上述した比重分離装置１を用いて処理を行う。

また、鉱石スラリー処理工程Ｓ２は、比重分離工程Ｓ２２に続いて、比重分離されたクロマイトを含む混合物に対して、さらに比重分離装置を用いた第２の比重分離処理を行うことによって、アンダーフローとしてクロマイトを濃縮させるようにしてもよい。この第２の比重分離処理においても、上述した比重分離装置１を用いて行うことができる。

（分級工程）
分級工程Ｓ２１では、ニッケル酸化鉱石の鉱石スラリーに対し、ハイドロサイクロンを使用して分級処理を施し、オーバーフロー（Ｏ／Ｆ）としてゲーサイトを含む混合物を分離し、アンダーフロー（Ｕ／Ｆ）としてクロマイトを含む混合物を分離する。オンバーフローとして分級されたゲーサイトを含む混合物は、クロマイトが分離除去された鉱石スラリーであり、そのまま、湿式製錬プロセスのオートクレーブ等の加圧反応容器にて行われる酸浸出処理に供給する鉱石スラリーとなる。

一般的に、クロマイトの比重はゲーサイト等の水酸化鉄の比重よりも大きい。そのため、分級装置としてハイドロサイクロンを使用することによって、その鉱石スラリーを粒度に基づき、アンダーフローとしてクロマイトを含む混合物を、オーバーフローとしてゲーサイトを含む混合物を、精度良く分離することができる。また、ハイドロサイクロンは、大量の鉱石スラリーの処理に適しており、また、オーバーフローへの分配が多い場合の処理に適している。なお、ハイドロサイクロンは、１段のみでもよく、２段以上の複数段を備えるようにしてもよい。

（比重分離工程）
比重分離工程Ｓ２２では、分級工程Ｓ２１にてアンダーフローとして分離したクロマイトを含む混合物に対して、所定の比重分離装置を使用して比重分離処理を行い、そのクロマイトを含む混合物に含まれるゲーサイトを分離してクロマイトを濃縮させた混合物を得る。このとき、比重分離装置として、上述した比重分離装置１を使用することができる。

分級工程Ｓ２１にてアンダーフローとして分級分離したクロマイトを含む混合物には、主として、クロマイトが含まれているが、一部ゲーサイトも含まれている。比重分離工程Ｓ２２では、このようなクロマイトを含む混合物に対して比重分離処理を施すことによって、さらにゲーサイトとクロマイトとを効果的に分離することができる。言い換えると、クロマイトをさらに濃縮することができる。一方、比重分離させたゲーサイトを含む混合物は、湿式製錬プロセスの酸浸出処理に供給する鉱石スラリーとすることができる。

このような比重分離処理を施すことよって、クロマイトを有効に除去することができ、酸浸出処理に供給する鉱石スラリーによる配管やポンプ等の設備の磨耗を抑制することができる。また、湿式製錬プロセスにおける最終中和工程から産出される最終中和残渣中のＣｒ_２Ｏ_３品位を有効に低下させ、その残渣量も効果的に低減させることができる。

また、この比重分離処理により比重分離装置から排出されるアンダーフローは、クロマイトが濃縮されたものである。そのようなクロマイトが濃縮したアンダーフローを生成させ、それを次の処理槽に移送させる上で、比重分離装置１を用いることによって、得られたアンダーフローを定量的に、処理槽に供給することができる。

（３）浸出工程
浸出工程Ｓ３では、鉱石スラリー処理工程Ｓ２を経てクロマイトが分離除去された後の鉱石スラリーに対して、例えば高圧酸浸出法を用いた酸浸出処理を施す。具体的には、オートクレーブ等の加圧反応容器内で、原料となる鉱石スラリーに硫酸を添加し、２２０〜２８０℃、好ましくは２４０〜２７０℃の高温の温度条件下で加圧しながら鉱石スラリーを攪拌し、浸出液と浸出残渣とからなる浸出スラリーを生成させる。

（４）固液分離工程
固液分離工程Ｓ４では、浸出工程Ｓ３を経て得られた浸出スラリーを多段で洗浄しながら、ニッケル及びコバルトのほか不純物元素を含む浸出液と、浸出残渣とを分離する。固液分離工程Ｓ４では、例えば、浸出スラリーと洗浄液とを混合した後、シックナー等の固液分離設備により固液分離処理を施す。

（５）中和工程
中和工程Ｓ５では、固液分離工程Ｓ４にて分離された浸出液のｐＨを調整し、不純物元素を含む中和澱物を分離して、ニッケルやコバルトを含む中和終液を得る。具体的に、中和工程Ｓ５では、分離された浸出液の酸化を抑制しながら、得られる中和終液のｐＨが４以下、好ましくは３．０〜３．５、より好ましくは３．１〜３．２になるように、その浸出液に炭酸カルシウム等の中和剤を添加して、中和終液と不純物元素として３価の鉄やアルミニウム等を含む中和澱物スラリーとを生成させる。中和工程Ｓ５では、このようにして不純物を中和澱物として除去し、ニッケル及びコバルト回収用の母液となる中和終液を生成させる。

（６）硫化工程
硫化工程Ｓ６では、ニッケル及びコバルト回収用母液である中和終液を硫化反応始液として、その硫化反応始液に対して硫化剤としての硫化水素ガスを吹き込むことによって硫化反応を生じさせ、不純物成分の少ないニッケル及びコバルトの混合硫化物（ニッケル・コバルト混合硫化物）と、ニッケル及びコバルトの濃度を低い水準で安定させた貧液とを生成させる。

なお、中和終液中に亜鉛が含まれる場合には、硫化物としてニッケルやコバルトを分離するに先立って、亜鉛を硫化物として選択的に分離することができる。

硫化工程Ｓ６における硫化処理は、硫化反応槽等を用いて行うことができ、硫化反応槽に装入した硫化反応始液に対して、その反応槽内の気相部分に硫化水素ガスを吹き込み、溶液中に硫化水素ガスを溶解させることで硫化反応を生じさせる。この硫化処理により、硫化反応始液中に含まれるニッケル及びコバルトを混合硫化物として固定化する。硫化反応の終了後、得られたニッケル・コバルト混合硫化物を含むスラリーをシックナー等の固液分離装置に装入して沈降分離処理を施し、その混合硫化物のみをシックナーの底部より分離回収する。

なお、硫化工程Ｓ６を経て分離された水溶液成分は、シックナーの上部からオーバーフローさせて貧液として回収する。回収した貧液は、ニッケル等の有価金属濃度の極めて低い溶液であり、硫化されずに残留した鉄、マグネシウム、マンガン等の不純物元素を含む。この貧液は、最終中和工程Ｓ７に移送されて無害化処理される。

（７）最終中和工程
最終中和工程Ｓ７では、上述した固液分離工程Ｓ４における固液分離処理により分離された浸出残渣や、硫化工程Ｓ６にて回収された、鉄、マグネシウム、マンガン等の不純物元素を含む貧液等に対して、排出基準を満たす所定のｐＨ範囲に調整する中和処理（無害化処理）が施される。ｐＨの調整方法としては、特に限定されないが、例えば炭酸カルシウム等の中和剤を添加することによって所定の範囲に調整することができる。このような中和剤を用いた中和処理によって、最終中和残渣が生成され、テーリングダムに貯留される。一方で、中和処理後の溶液は、排出基準を満たすものとなり、系外に排出される。

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１］
図４に示す工程図からなるニッケル酸化鉱石の湿式製錬処理を行った。すなわち、ニッケル酸化鉱の鉱石スラリーの処理工程として、下記表１に示す組成を有するニッケル酸化鉱石をスラリー化して得られた鉱石スラリーを、ハイドロサイクロン（ソルターサイクロン社製，ＳＣ１０３０−Ｐ型）へ供給して分級分離処理を施した。

続いて、比重分離装置としてデンシティーセパレーターを使用し、ハイドロサイクロンから排出されたアンダーフローを、そのデンシティーセパレーターに供給して比重分離処理を施した。このとき、デンシティーセパレーターとしては、図１に例示するような構成のものを用い、底部にアンダーフローを排出させる排出配管において、アンダーフローの排出をＯＮ／ＯＦＦ制御するバタフライバルブと、定量ポンプであるホースポンプ（ブレーデル社製，ＢＲＤ−８０型）を設けた。また、デンシティーセパレーターの分離部には、その壁面から圧力計を装入設置して、内部の圧力を測定可能にした。

このような比重分離装置を用いて比重分離処理を行ったのち、オーバーフローの鉱石スラリーは湿式製錬プロセスにおける浸出処理に供し、一方で、クロマイトを濃縮させたアンダーフローのスラリーは、次の処理槽に移送させた。処理槽へのアンダーフローの移送に際しては、デンシティーセパレーターに設けた圧力計の測定値に基づいて、その移送量を、比重分離装置内の密度が１．３５ｇ／ｃｍ^３となるように移送させた。なお、密度は、圧力計が設けられている箇所よりも上方の部分の密度をいう。

その結果、比重分離装置からは、流量の変動なく安定的にスラリーを移送させることができた。また、流量が安定した結果、アンダーフローの移送先の受け槽（中継槽）からそのアンダーフローが溢れ出てしまう事態は全く生じなかった。さらに、定期的な見廻り以外に作業者が監視する必要もなく、効率的な操業を行うことができた。

［比較例１］
比較例１では、比重分離装置であるデンシティーセパレーターとして、アンダーフローの排出配管に定量ポンプを設けないものを使用したこと以外は、実施例１と同様にして操業を行った。なお、アンダーフローの移送に際しては、デンシティーセパレーターの壁面に備えられた圧力計の測定値に基づき、その移送量を、比重分離装置内の密度が１．３５ｇ／ｃｍ^３となるようにバタフライバルブの開度を制御させて行った。

その結果、比較例１の比重分離装置の構成では、１時間に２回〜３回の頻度でフラッシングが発生してしまい、また安定的な流量でアンダーフローを排出移送させることができず、アンダーフローが受け槽から溢れ出る事態が６０回／日の頻度で発生した。またそれにより、都度、清掃の必要が生じてしまい、専属で人員を配置する必要があった。

［比較例２］
比較例２では、比重分離装置であるデンシティーセパレーターとして、アンダーフローの排出配管に定量ポンプを設けないものを使用し、デンシティーセパレーターの壁面に備えられた圧力計の測定値に基づき、その移送量を、比重分離装置内の密度が１．４５ｇ／ｃｍ^３となるようにバタフライバルブの開度を制御させて行った。

その結果、比較例２では、フラッシングが発生する頻度は一時的に減少したものの、デンシティーセパレーター内に固形物が濃縮し棚張りが発生した。そのことにより、圧力計の指示が急に上昇し、底抜きバルブの開度が大きくなって、急激にアンダーフローの流量が増加した。そして、安定的な流量でアンダーフローを移送できなかったことにより、アンダーフローが受け槽から溢れ出る事態が、１時間に２回〜３回、１日平均では６０回／日の頻度で発生した。

［比較例３］
比較例３では、比重分離装置であるデンシティーセパレーターとして、アンダーフローの排出配管に定量ポンプを設けないものを使用し、デンシティーセパレーターの壁面に備えられた圧力計の測定値に基づき、その移送量を、比重分離装置内の密度が１．４５ｇ／ｃｍ^３となるようにバタフライバルブの開度を制御させて行った。さらに、監視要員を配置し、フラッシングが発生した場合には、手動操作に切り替えてバタフライバルブの開度を減じるようにし、フラッシングが収まった後に自動制御に切り替える操作を行った。

その結果、比較例３では、フラッシングの影響を抑えることはできたものの、それでも１時間に１回の頻度、１日平均では２４回／日の頻度で、アンダーフローが受け槽から溢れる事態が発生した。なお、監視要員を配置したことにより、当然に効率的な操業を行うことはできなかった。

１比重分離装置
１１分離部
１２沈積部
２１排出配管
２２バルブ（ＯＮ／ＯＦＦバルブ）
２３定量ポンプ

Claims

比重の異なる２種以上の鉱石粒子を含むラテライト鉱のスラリーから、比重差を利用して、オーバーフローとアンダーフローとに分離する比重分離装置であって、
前記ラテライト鉱のスラリーに含まれる前記鉱石粒子の粒径は、２０００μｍ以下の鉱石粒子の割合が１００％であり、７５μｍ以下の鉱石粒子の割合が７０％〜９０％であり、
上部に設けられた前記ラテライト鉱のスラリーを供給する供給管と、内部の圧力を測定する圧力計と、前記供給管より下方に設けられた注入水供給管と、を有し、該スラリーをオーバーフローとアンダーフローとに分離する分離部と、
前記分離部の下方に位置し、沈降分離したアンダーフローが沈積する沈積部と、
制御部と、
を備え、
前記分離部は、前記比重分離装置の胴体部を構成する筒状であり、前記注入水供給管から供給された注入水が上昇して上昇流となり、その注入水の上昇流と沈降する鉱石粒子の沈降速度との差によって、ラテライト鉱のスラリーに含まれる鉱石粒子の比重分離が行われるように構成されており、
前記沈積部には、前記アンダーフローを排出する排出配管が接続されており、
前記排出配管には、前記アンダーフローを排出するバルブと、該アンダーフローを定量的に排出させるための定量ポンプとが設けられているのとともに、前記バルブと、前記定量ポンプとの間に、第２のバルブが設けられており、かつ
前記定量ポンプは、前記圧力計による内部の圧力の測定値に基づいて、前記制御部を介して、前記アンダーフローの排出量を制御し、
前記制御部は、前記圧力計にて測定された圧力測定値の信号を受信し、その測定値に基づいて所定のアンダーフローの排出量となるような回転数で運転させる指示信号を前記定量ポンプに送信するように構成されている
ことを特徴とする比重分離装置。