JPH07505443A - 金属の化合物からの金属の回収用の電気化学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属の化合物からの金属の回収用の電気化学系序論 本発明は電気化学系及び電気化学方法、更に詳しくは、多くの電気化学方法が商 用規模かつ連続基準で金属の天然または人工の化合物から金属を溶解し、回収す ることを可能にする系及び方法に関する。

従来技術の説明 乾式精錬法、例えば、キブセット（ＫＩＶＣＥＴＩ法及びイサスメルト（ＩＳＡ ＳＭＥＬＴＩ法及び湿式精錬法、例えば、溶媒抽出法；アンモニアを使用するア ルバイター（Ａｒｂｉｔｅｒｌ法；エイムコ（ＥＩＭＣＯＩ電気スラリー法並び にデクステック（ＤＥＸＴＥ（：］銅法が、とりわけ、金属鉱石からの金属の抽 出のためにこの３０年はどで導入された。これらの方法の殆どがエネルギーのか なりのインプットを必要とし、かなりの廃棄生成物を生成し、またはそれらの商 用の用途において制限される。

環境上の効果、低コスト並びに製品の良好な回収率及び品質に関して最も魅力的 なものは電解方法である。これらは、オーストラリアで開発されたデクスナック 調法に対する要求であった。この方法において、銅の電気化学的溶解及び沈殿が 単−電解槽中で行われ、そこでアノード部分中で空気及び電気を使用する微細な 硫化銅鉱石の溶解が隔膜によりカソード部分（そこで、銅が電気分解により析出 される）から分離される。小規模では、デクステック法は、最小の環ｊ肚の効果 で低いエネルギー及び試薬コストで簡単な工程で銅金属を製造する。しカルなが ら、デクステック法は下記の雑煮のために商用の規模の製造に適しないことが明 らかである。

１、反応の速度多才、隔膜バッグ中の銅イオンの移動の速度により調節されるこ とが明らかであり、おそらく商用の用途にはあまりに遅すぎる。

２、隔膜バッグ中の小開口部が小さい鉱石粒子またはスケール沈着により塞がれ ることから維持するという問題。

３、隔膜バッグの形状を維持し、それを支持することの困難なこと。

４、アノード部分で溶解した不純物が除去できず、しかもカソードで銅と共に沈 殿させられる。

本発明において提案された電気化学系は上記の通常の隔膜の欠点を解消し、しか もデクステック法と同様の電気化学反応が連続の商業規模で行われることを可能 にする。

発明の要約 それ故、一つの形態において、本発明は、金属鉱石のスラリーを含み、かつアノ ードをその中に浸漬させるためのアノードタンク、金属鉱石の新しいスラリーを アノードタンクに供給するための装置、カソード液を含み、かつカソードをその 中に浸漬させるためのカソードタン久カソードタンクとアノードタンクの間の電 気接続、電流をカソードとアノードの間に供給するための装置、反応したスラリ ーをアノードタンクから抜取り、それを液体固体分離室に移すための装置、及び 液体固体分離室中の反応したスラリーの液体部分をカソード液としてカソードタ ンクに移すための装置を含む連続法の金属回収用電解槽にあると言われる。

この装置により、アノードタンクとカソードタンクの間で、反応したスラリーが 抜き取られ、液体固体分離操作をそこで行わせ、次いで分離段階からの液体部分 が金属の析出用のカソードタンクに戻されるような配置が提供されることがわか るであろう。この分離段階により、カソードタンクへの不純物の移動の問題の多 くが除かれ、またアノードタンクとカソードタンクの間の隔膜の閉塞の問題がな いであろう。

分離された液体がカソードタンクに移される前に、分離された液体を精製するた めの一つ又は幾つかの精製段階が更に用意されてもよい。精製は、溶媒抽出、硫 化水素沈殿、炭酸化、セメンチージョンまたはその他の既知の精製方法を含み得 る。また、液体部分は、調節された温度及びｐＨの如き溶液条件を有していても よく、またその後の電気分解を改良するために添加された添加剤を有していても よい。

更に、金属回収用の電解槽は、分離前にスラリーに完全な反応を可能にするよう に液体固体分離段階の前に反応したスラリーを抜き取るための反応容器を含んで いてもよい、その反応部分は、幾つかのアノード反応が迅速であり得る時、また は液体固体分離段階がアノード反応を完結するのに充分な時間を与え得る時のみ に任意である。

カソードタンクとアノードタンクの間の電気接続は、二つのタンクの間に共通な 壁の少なくとも一部を含む多孔質隔膜により与えられてもよく、またはそれは夫 々のタンクに浸漬され、かつタンクの外部で電気接続された電気コンダクタ−を 含んでいてもよい。このような電気コンダクタ−はグラファイトまたは炭素棒で あってもよく、または炭素もしくはグラファイトからつ（られた共通の壁であっ てもよい。

アノードは、アノード反応が起こるのに充分な表面積を与えるための複数の炭素 棒な備えていてもよい。

好ましい形態において、カソードは回収すべき金属の純粋な金属電極を含んでい てもよい。

アノードタンク内にスラリーの攪拌をもたらし、酸化状態をもたらすために、ス ラリー中に空気をまき散らす手段を備えてもよい。アノードタンク中の適当な反 応温度を与え、かつ維持するために空気を加熱してもよい。

別の形態において、本発明は、電解槽のアノードを含むアノードタンク中の鉱石 のスラリーを反応させ、浸出スラリーをアノードタンクから抜取り、浸出スラリ ーの固体残渣から液体部分を分離し、そして液体部分を、電解（曹のカソードを 含むカソードタンクに通し、アノードとカソードの間に電気電流を与えて、カソ ードで金属を析出させる工程を含むことを特徴とする電解槽中の金属鉱石から金 属の電気化学的回収のための方法にあると言い得る。

好ましい態様においては、スラリーの攪拌をもたらし、アノードタンク中に酸化 状態をもたらずために、アノードタンクの底で泡の形で空気を導入する工程をさ らに含んでもよい、空気は、反応のための加熱をもたらすために所望の温度に加 熱してもよい。

反応が液体固体分離の的、アノードタンクからの浸出スラリーの除去後に反応容 器中で起こることを可能にする更なる工程が含まれていてもよい。

液体部分をカソードタンクに移す前に液体部分の精製の工程が更に含まれていて もよい。

アノードタンク中のスラリーは、岩塩−酸またはその他の適当な電解質溶液を含 んでいてもよい。カソードタンクからの古漬は更に別のスラリーをつくるための 補給液として使用でき、その後そのスラリーをアノードタンクに供給する。

アノードは複数の炭素棒またはグラファイト棒を含んでいてもよ（、またカソー ドは電解槽中で回収すべき金属と同じ金属の純粋な金属電極を含んでいてもよい 。

本発明の電解槽の主たる特徴は、金属がグラファイト電極の如き不活性電極を取 り付け、微細な金属化合物のスラリーを含むアノード部分中で溶解されるような 系であることがわかるであろう、Ｔ！１解質またはアノード液は、アノードタン クの底部からの熱空気の如き空気の加入により攪拌される。

アノード部分からの製品は液体固体分離段階中で連続的に処理され、好ましくは 分離液が精製され、その後、それは本発明の電解槽のカソード部分に戻され、そ こで主金属が電気分解により析出される。

本発明の電気化学方法により回収し得る金属として、銅、ニッケル、コバルト、 鉛、亜鉛、鉄、クロム、アルミニウム、チタン、金、銀、マンガン及びそれらの 化合物または鉱石からの同様の電気的性質を有するその他の金属が挙げられる。

本発明の重要な特徴は、アノード反応及びカソード反応の両方が同時に起こって いるが、隔膜または電気コンダクタ−壁により分離されることである。従来技術 の隔膜電解槽と異なり、本発明の電解槽中の隔膜はアノード液をカソード液と混 合することから防止するためのみに使用され、カソード反応が起こるために金属 イオンが隔膜を横切って移動することを必要としない。固体による隔膜の閉塞の 問題は、アノードタンクに対しカソードタンク中の若干の水圧ヘッド（ｈｙｄｒ ａｕｌｉｃ　ｈｅａｄｌ　を維持することにより解消し得る。

図面の簡単な説明 これは本発明を概説するが、理解を助けるべきであり、本発明の装置の好ましい 実施態様及び実施例を示す添付図面が参照されるであろう。

図中、 図１は本発明の電解槽の第一の実施態様を示し、図２は本発明の電解を曹の別の 実施態様を示し、そして図３は多段階処理を含む本発明の商用規模の電気化学方 法を示す。

図面の簡単な説明 見るべき図面を更に近くで見ると、特に図１に関して、この系の電解槽は、その 中にアノード２を有するアノードタンク１と、その中にカソード４を有するカソ ードタンク３とを含む。アノードタンク１は、その底端部に空気の供給管５を含 み、また空気の気泡がアノードタンク中のスラリーを通過することを可能にする ための適当な多孔質材料またはスバージング、ノズル６を含む０反応したスラリ ーは配管７を通して任意の反応容器８に抜き取られる。充分な反応時間後に、ス ラリーが配管９を通して液体固体分離段階１０に送られる。この段階において、 固体浸出残渣１１が生成され、また液体部分１２が生成される。液体部分は配管 １２を通して溶液精製段階１３に送られる。精製された溶液が配管１４を通して カソードタンク３に送られ、金属がカソード４で析出され、希薄液が配管１５を 通して抜き取られる。ＤＣＩＷ源１６が電力をアノード及びカソードに与えるの に使用される。カソードタンクとアノードタンクの間の壁１７はカソードタンク とアノードタンクの間の溶液接触を与えるように多孔質であり、またはアノード タンクとカソードタンクの間の溶液接触を可能にするように導電性である。

カソードタンク中で製造された金属製品は、低電流密度が使用される場合にはカ ソードに析出されたプレート形態、また高電流密度がカソード中で使用される場 合には粉末形態であり得ることが注目し得る。

図２を見ると、カソード部分の両側に二つのアノード部分が用意されている電解 槽の別の実施態様が見られるであろう。この実施態様において、アノード液の流 れはカソード液の流れに向流であることが示されているが、その流れは並流また は向流のいずれであってもよい。

スラリーはスラリー調製段階２５中で調製され、アノード３０を含む二つのアノ ード部分２０及び２１に流入される０反応したスラリーは任意の反応部分２６に 流入され、そして充分な反応時間後に液体固体段階２７に流入される。液体固体 分離からの液体が溶液精製段階２８（これはその他の性質、例えば、ｐＨの調節 を含み得る）に流入され、そして純粋なものに富む液体がカソード部分２２に流 入される。カソード２９への、またはカソードセルの底部への粉末としてのカソ ード部分中の金属の析出後に、ＳＭ＋４が配？？３２を通して再使用のためのス ラリー調製段階に抜き取られる。導電性壁２３がカソード部分２２の両側に用意 されてアノードタンク２０とカソードタンク２２の間に溶液接触を与える。アノ ード及びカソードへの電力は電力供給装置３１により与えられる。

図３は、三つの段階プロセスが使用される本発明の電気化学系の別の実施態様を 示す。

スラリーは、微細に粉砕された金属鉱石５９、酸及び試薬６０並びに溶液貯蔵タ ンク５６からの液体を添加することによりスラリー調製段階４０で調製され、次 いで第一アノード部分４１に流入される。反応後に、浸出スラリーが第一シック ナー４２に流入され、そこから液体が溶液精製段階４３に流入され、その後、第 一段階４４のカソード部分に戻される。カソード４４からの希薄液及びシックナ ー４２からの濃縮スラリーが混合段階４５（これは酸及び試薬の添加を含み得る ）に流入され、その後、第二段階のアノード部分４６に流入される。

浸出スラリーはシックナー４７にもう一度流入される。シックナー４７からの液 体が溶液精製段階４８に流入され、そして第二段階カソード部分４９に流入され る。カソード４９からの希薄溶液が、必要とされる酸または試薬を含むミキサー ５０中でシックナー４７からの濃縮スラリーと混合され、この混合スラリーが第 三段階のアノード部分５１に流入される。

第三段階の浸出スラリーがシックナー５２に流入され、この段階からの液体が溶 液精製５３に流入され、その後、第三段階５４のカソード部分に流入される。

カソード部分５４からの希薄溶液が配管５５により温液貯蔵５６に流入され、続 いてスラリー調製段階４０中の新しいスラリー調製に使用される。シックナー５ ２からのスラリーアンダーフローが洗浄段階５８で洗浄され、残渣が廃棄さｔ） る。洗浄液は、若干の水を除去してプロセス水バランスを維持するために１９． ＋ｑ階６２で若干の蒸発を必要とすることがあり、その後、それは更なる使用Ｓ たｒに温液貯蔵５６に移される。

成る量の古漬は、望ましくない塩の蓄積を防止するために廃棄し得る。

金属製品は第一段階、第二段階及び第三段階のカソード部分から製造さＩ’＋、 ：の多段階系が単一金属の更に良好な回収を得、または数種の金属Ｓ拮二毛・； ・組１゜るのに使用し得ることが注目されるであろう。

実施例 微細な銅鉱石と、アノード液（これはほぼ飽和した岩塩、約１２ｇ／リットルの 銅、及びｐＨを約２〜２．５に保つための硫酸を含む）の混合物を本発明の電解 槽のアノード部分（そこには、グラファイト電極が浸漬される）に導入する。

熱空気をアノード部分の底部にある分散装置により導入してスラリーに攪拌を与 え、アノードで酸化反応に酸素を与え、そして加熱してスラリー温度を８５〜９ ５℃に保つ。

低電流密度で低電圧をグラファイトアノードに適用し、そこで銅及びその他の金 属が電子の除去により溶解する。溶解した鉄を酸化鉄沈殿に変換し、硫黄が元素 硫黄として残る。

溶解金属を含む電気浸出スラリーを反応部分に移してアノード部分からの酸化反 応を完結させてカソード反応の妨害を避ける。この反応は任意である。何となれ ば、一部のアノード反応が充分に迅速であることがあり、また液体固体分禽江程 がアノード反応を完結させることがあるからである。

浸出残渣を液体固体分能工程（これは濃縮、その後の濾過及び洗浄、または洗浄 を伴う向流デカントからなっていてもよい）でアノード液から分離する。洗浄は 、プロセス水バランスを維持するために回路に戻す前に多段階蒸発を必要とし得 る。固体は廃棄してもよく、または更に別の貴重な金属もしくは硫黄の回収にか けられてもよい。

次いで浸出液は不純物、例えば、銀、亜鉛、鉄、等の除去のための溶液精製にか けられてもよい（これらが必要量の銅金属析出を妨害する場合）。また、溶媒抽 出が適用されて不純物を除去し、または不純物から銅を回収することが可能であ り、次いで銅を含む逆抽出液を銅の電気分解による回収のためのカソード部分に 移す。

通常の場合、精製された銅溶液を本発明の電解槽のカソード部分に供給し、そこ で銅を電子の付加により銅電極に析出させる。成る種の試薬を添加して析出され る銅の純度を改良し、またはデンドライトの成長の如き問題を防止し得る。高電 流密度を使用する場合には、銅をカソード部分の底部から粉末として回収でき、 また低電流密度を使用する場合には、銅スターターシート上で銅のシートとして 回収できる。スチームをカソード部分に注入して加熱及び攪拌を与えてもよい。

カソード部分の水圧勾配をアノード部分の水圧勾配の丁度上に保って最小の流れ をカソード部分から隔膜を通してアノード部分に与えて隔膜の目詰まりを防止す る。

アノード部分とカソード部分の間の隔膜を使用してアノード部分とカソード部分 の間の溶液接触を維持するが、アノード液とカソード液の混合を防止する。成る 実施態様において、グラファイト棒を使用してアノード部分とカソード部分の間 の溶液接触を与え得るが、成る種の添加のもとではグラファイト棒のスケール付 着がその接触を壊すことがある。隔膜またはグラファイトの如き導電性材料がア ノード部分とカソード部分の間の溶液接触を与え得る。

カソード部分から排出された希薄溶液をアノード部分のためのスラリー供給原料 調製または溶液貯蔵タンクに移し得る。この希薄溶液の部分は、廃棄され、また は望ましくない塩の蓄積を防止するために処理されることが必要とされることが ある。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成６年９月３０日

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．金属鉱石のスラリーを含み、かつアノードをその中に浸漬させるためのアノ ードタンク、 カソード液を含み、かつカソードをその中に浸漬させるためのカソードタンク、 カソードタンクとアノードタンクの間の電気接続、電流をカソードとアノードの 間に供給するための装置、反応したスラリーをアノードタンクから抜取り、それ を液体／固体分離室に移すための装置、及び 液体／固体分離室中の反応したスラリーの液体部分をカソード液としてカソード タンクに移すための装置 を含む金属回収用電解槽。
2. ２．分離された液体部分をカソードタンクに移す前にそれを精製するための精製 タンクを更に含む請求の範囲第１項に記載の金属回収用電解槽。
3. ３．分離前のスラリーの完全な反応を可能にするように液体／固体分離室の前に 抜き取られた反応スラリーのための反応容器を更に含む請求の範囲第１項に記載 の金属回収用電解槽。
4. ４．カソードタンクとアノードタンクの間の電気接続が、２つのタンク間の多孔 質隔膜により与えられる請求の範囲第１項に記載の金属回収用電解槽。
5. ５．アノードが複数の炭素棒またはグラファイト棒により用意される請求の範囲 第１項に記載の金属回収用電解槽。
6. ６．カソードが回収すべき金属を含む請求の範囲第１項に記載の金属回収用電解 槽。
7. ７．アノードタンクが、該アノードタンク内にスラリーの撹拌をもたらし、そし て酸化状態をもたらすために、スラリー中に微細なノズルまたは多孔質材料を通 して空気散布をもたらすための手段を含む請求の範囲第１項に記載の金属回収用 電解槽。
8. ８．スラリーにスパージする前の空気を加熱してアノードタンク中で反応熱を与 える装置がある請求の範囲第１項に記載の金属回収用電解槽。
9. ９．添付図面を参照して実質的に記載され、そして示されている請求の範囲第１ 項に記載の金属回収用電解槽。
10. １０．電解槽のアノードを含むアノードタンク中の鉱石のスラリーを反応させて 、 浸出スラリーをアノードタンクから抜き取り、浸出スラリーの固体残渣から液体 部分を分離し、そして 液体部分を、電解槽のカソードを含むカソードタンクに通し、アノードとカソー ドの間に電流を与えて、カソードで金属を析出させる工程を含むことを特徴とす る金属鉱石から金属の電気化学的回収のための方法。
11. １１．アノードタンク内にスラリーの撹拌をもたらし、そして酸化状態をもたら すために、アノードタンクの底で泡の形で空気を導入する工程をさらに含む請求 の範囲第１０項に記載の方法。
12. １２．空気を加熱してアノードタンク中の反応に加熱を与える請求の範囲第１１ 項に記載の方法。
13. １３．液体／固体分離前に反応容器中で反応を起こさせる工程を更に含む請求の 範囲第１０項に記載の方法。
14. １４．液体部分をカソードタンクに移す前に液体部分の精製の工程を更に含む請 求の範囲第１０項に記載の方法。
15. １５．アノードが複数の炭素棒またはグラファイト棒を含む請求の範囲第１０項 に記載の方法。
16. １６．カソードが電解槽中で回収される金属と同じ金属を含む請求の範囲第８項 に記載の方法。
17. １７．実施例及び図面を参照して実質的に記載されている金属鉱石から金属の電 気化学的回収のための方法。