JPH07145494A - 重金属電気精練法 - Google Patents

重金属電気精練法

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JPH07145494A
JPH07145494A JP6127951A JP12795194A JPH07145494A JP H07145494 A JPH07145494 A JP H07145494A JP 6127951 A JP6127951 A JP 6127951A JP 12795194 A JP12795194 A JP 12795194A JP H07145494 A JPH07145494 A JP H07145494A
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の簡便化、低コスト化に加え、製造され
る金属の単位当りのエネルギー消費を減少させる電気精
練方法を提供すること。 【構成】 金属Meを電気精練するに際し、対応する水
溶性アミノ錯体Me(NHClを形成し、この
錯体をアノード区分室及びカソード区分室間に分離手段
のないセル中で電解する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は重金属の精練法及びその
装置に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】一般的に、塩化物の水溶
液の電解においては、下記の反応によって、アノードで
は塩素が発生し、カソード側の反応はアルカリ性物質の
生成を伴った水素の発生、あるいは電気化学ポテンシャ
ルの系列に従って金属が析出する。アノード反応
【0003】
【化3】
【0004】カソード反応
【0005】
【化4】
【0006】あるいは
【0007】
【化5】
【0008】酸性のpH値において、塩素ガスは発生す
る。中性又はアルカリ性pHの下では、それの水溶性が
増加するため、塩素は次亜塩素酸塩及び塩素酸塩や過塩
素酸塩のような酸素含有化合物を生成する。
【0009】アルカリ金属の塩化物の場合、pH<4
で、塩素が、そしてそれ以上のpHでは、アルカリ金属
の次亜塩素酸塩が生成され、アノードポテンシャルが高
い場合には、アルカリ金属の塩素酸塩及び過塩素酸塩が
生成される。多くの化学生成物がこの方法によって製造
されている。
【0010】重金属(Cu、Co、Ni、Zn、Cd、
Pb等)の塩化物の場合には、比較的酸性pHにおい
て、カソードに金属が析出し、アノードに塩素が発生す
る。
【0011】セルのアノード区分室は半透過性隔壁(ダ
イヤフラム)やメンブランによってカソード区分室から
分離されていなければならず、該アノード区分室は、純
粋な塩素を収集することを可能にするために、すなわ
ち、第一には、その有毒ガスが環境に分散するのを防
ぎ、そして更には、拡散によって、塩素が析出した金属
と接触し、それを溶解するのを防ぐために、閉じられる
べきである。
【0012】分離しているセルは(その使用は、これら
の種類のプロセスにとって必須であるが)、電解装置を
相当に複雑なものとし、区分室を分離するためにイオン
膜が使用される場合には、装置はかなりコスト高になっ
てしまう。
【0013】金属の生成に対応した塩素の生成は、金属
を生成するための塩化物の電解の使用に対して別の制限
を構成する、なぜならば、同じ方法が、それによって生
成された塩素を使用できることが必要とされるからであ
る。
【0014】例えば、ファルコンブリッジ法(Falc
onbridge process)が、このケースで
あり、それは、塩化物の水溶液から電解によってニッケ
ルを製造し、その金属を酸化するために塩素を使用す
る。
【0015】一般的に、従来技術による、重金属の塩化
物水溶液の電解は、塩素発生のアノードポテンシャルが
酸素のそれより低いことによる利点だけでなく、塩化物
溶液の高導電率によるエネルギー面での利点による応用
という重要な産業上の応用を享受していない。
【0016】これまでに、採用されたアノードの塩素発
生に対する代替溶液は、例えば、Fe2+のFe3+
の酸化、又はCuのCu2+への酸化があり、それら
は、塩素発生反応よりも低いポテンシャルで起こること
によって、塩素の生成を避け、セルのポテンシャルの点
での利点を提供している。一例はクリアー法(Clea
r Process)であり、それによれば、カソード
区分室において、Cuが析出し、アノードにおいて、鉄
と銅が酸化される;そしてこれらは今度は自ら硫化物を
硫黄元素に変換しながら、そして銅を溶解しながら、黄
銅鉱を酸化するために使用される。
【0017】他に採用された溶液は、アノード区分室で
使用される、例えば硫酸のような酸素酸の溶液である。
この場合にはカソード区分室からアノード区分室を分離
するためにイオン膜を用い、アノードの反応が水の酸化
反応となっている。
【0018】
【化6】
【0019】アノードでは、酸素が発生し、その膜を通
過したHイオンがカソード区分室に達する。
【0020】塩化物溶液からの金属の電気精練の技術の
現状をまとめると、代替アノード反応の場合と同様に、
塩素生成の場合にも、半透過性隔壁あるいはイオン膜に
よって分離されたセルが常に使用されており、そのよう
な構造によって、装置の複雑化や高コスト化という問題
が生じている。
【0021】本発明は、水溶液から電解によって金属を
製造する方法において、上述の従来技術の欠点を克服す
ることを目的としている。
【0022】
【課題を解決するための手段】その目的は、本発明の金
属Meを電気精練するに際し、対応する水溶性アミノ錯
体Me(NHClを形成し、この錯体を水溶液
中で、アノード区分室及びカソード区分室間に分離手段
のないセル中で電解することを特徴とする電気精練法に
よって達成される。
【0023】装置の簡便化及び操作の容易化に加えて、
本発明の方法によれば、電流効率を向上させ、セルの電
圧を下げ、そして結果として、生成される金属の単位当
りのエネルギー消費において、注目に値する減少をを達
成することが可能となる。
【0024】本発明によれば、これらの注目すべき利点
及び改善が、アンモニアと錯体を形成し、且つイオンの
形態において、その使用されるポテンシャル範囲内で、
安定な酸化状態を示す、全ての重金属(例えばZn、C
o、Ni、Cd等)の塩化物に対して得られる。
【0025】金属の水酸化物の沈殿を防ぐMe(N
Clタイプのアミノ錯体を形成するために、
生成されるべき金属の塩化物を含んだ溶液に、アンモニ
ア及び/又は塩化アンモニウムが加えられる。
【0026】そのクロロ−アミノ錯体は解離して、〔M
e(NHm+とmClになる。
【0027】このようにして得られた溶液が電解される
と、カソードでは金属が析出し、そしてアンモニアが錯
体から遊離する。アノードでは塩化物が塩素に酸化され
る。しかし、その結果生じた塩素は下記の反応によっ
て、アノード域から離れ、拡散しているアンモニアと同
じアノードの近くで反応し、それを窒素に酸化する。
【0028】
【化7】
【0029】あるいは
【0030】
【化8】
【0031】このように、塩素の代わりに、窒素元素が
生じる。アンモニア又はアンモニウムイオンから窒素へ
の酸化反応は、塩化物から塩素への酸化電位より低い電
気化学ポテンシャルを示し、アノードの電圧は、塩素ガ
スの発生を伴う塩化物の電解において認められるものよ
りも低い値で安定する。アノードの電圧におけるその減
少は、塩化物溶液の高導電率と相まって、従来技術であ
る、酸性溶液中での金属の硫酸塩の電解と比較して、セ
ルの電圧を30%程減少させることを可能とする。
【0032】その電圧における効果を最大限にするた
め、そして、クロロ−アミノ錯体の十分な溶解性を達成
するために、セルの作動温度は40℃〜80℃とすべき
であり、好ましくは60℃である。
【0033】窒素単体へ酸化されるアンモニアは補充さ
れなければならず、その添加量は、中性値近傍で一定で
あるべきであるpH値によってコントロールされる。
【0034】約7のpH値で電解を起こす、この方法の
他の特徴は、電流効率における利点も伴って、水素を生
じる代替反応よりも競争的なポテンシャル条件の下で金
属の析出が起こる。
【0035】セルの電圧の減少及び電流効率の向上は、
金属精練におけるエネルギー消費の減少に寄与する。
【0036】本発明の他の目的は、上述の方法を実現す
るための、非分離セル、例えばアノード及びカソードが
両区分室間に半透過性隔壁やメンブランのような分離手
段を与えられていないものから成る適当な装置である。
【0037】本発明の特徴と利点を、より詳しく説明す
るために、本発明の実施態様を挙げて説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。
【0038】
【実施例】工業的純度を有する500gの酸化亜鉛が温
度60℃で、250g/lのNHCl水溶液10lに
溶解された。
【0039】全ての酸化物が溶解した反応の終わりに、
酸化物中少量含まれているCu、Pb及びCdの不純物
を固めるために亜鉛パウダーが添加された。
【0040】精製された溶液は、それから、2つの不溶
性のグラファイトアノード間に、チタンプレートからな
るカソードを入れた非分離セルの中へ、60℃で循環さ
れ、そこで該溶液は、カソードの下のエアーブローによ
って活発に攪拌され続けた。
【0041】初期電圧2.7V(定常状態では、2.8
5V)の電圧で20Aの電流を10時間流すことによ
り、229.6gの純亜鉛が析出し、31%の水溶液1
29gとして添加された40gのNHが消費された。
【0042】溶液は、最終的に、pH値6.9であり、
溶液中に18.5g/lで亜鉛を含んでいた。
【0043】該溶液は、リサイクルしたとき、225g
の酸化亜鉛を抽出する能力があった。
【0044】その析出に対するカソード電流効率は9
7.1%であり、電解に限定したエネルギー消費は、直
流として供給されている電力で、亜鉛について2.41
kWh/kgであった。
【0045】100%と考えられるNHの消費は、得
られた亜鉛の重量と比較して、重量で17.1%であっ
た。
【0046】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の方法に
よれば、従来技術と比較して、装置の簡便化及び低コス
ト化に加えて、電流効率を向上させ、セルの電圧を下
げ、その結果として、製造される金属の単位当りのエネ
ルギー消費の減少を達成することができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 亜鉛、ニッケル、カドミウム及びコバル
    トから選ばれた金属Meを電気精練するに際し、対応す
    る水溶性アミノ錯体Me(NHClを形成し、
    この錯体を水溶液中で、アノード区分室及びカソード区
    分室間に分離手段のないセル中で電解することを特徴と
    する電気精練法。
  2. 【請求項2】 水溶液中の該アミノ錯体Me(NH
    Clが、直接、電解することを特徴とする請求項1
    の方法。
  3. 【請求項3】 該金属の適当な化合物を水酸化アンモニ
    ウムあるいは、塩化アンモニウムと反応させることによ
    って、該アミノ錯体を形成し、その得られたアミノ錯体
    を電解することを特徴とする請求項1の方法。
  4. 【請求項4】 該電解のカソードにおいては、該金属M
    eがNHの遊離と共に析出し、アノードにおいては、
    塩化物がClに酸化され、そのClが反応式 【化1】 あるいは 【化2】 によって、カソードで遊離し、アノード域へ拡散した該
    アンモニアと反応して、アノードでNを発生すること
    を特徴とする請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 pH値が常に約6から8の範囲内に構成
    されるようにコントロールすることによって、窒素ガス
    に酸化された該アンモニアが電解液中に復帰することを
    特徴とする請求項4の方法。
  6. 【請求項6】 アノードとカソードとの間に分離手段を
    有していないセルから成ることを特徴とする請求項1か
    ら5のいずれか1つあるいは2以上による方法を実現す
    るための装置。
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