JPS60500062A - 金属含有材料から金属を回収するための電解槽 - 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】 金属含有材料から金属を回収するだめの電解槽発明の分野 この発明け、鉱石および精鉱を処理するための電解槽て関するものである。

発明の背景 電解槽は、米国特許Ｎα４，０６１，５５２に述べられているように、銅含有鉱 石および精鉱からの銅の回収、および、米国特許Ｎα４，１４８，６９８および Ｎα４，３８１，２２５に述べられているように、鉛含有鉱石および精鉱からの 鉛の回収において特に重要性を有している。

これらのプロセスにおいて汀、電極および電解液が必要であるほか、金属含有材 料丑たけ精鉱および粒状金属製品という２０ツトの固体が必要である。反応を最 大限にして、その結果高い歩留シを得るために汀、従来、陽極と陰極とが厳密に 平行な関係にあることが必要であると信じられて来た。この一般的な確信を良く 表しているのにオーストラリア特許Ｎα２９２，２３５であって、同特許では、 平行関係を保つことにかなりの重点が置かれている。

また、従来の代表的な電解槽に、陰極を取り囲む隔膜バッグを使用したものであ る。清浄な金属が付着することが必要とされる陰極からスラリーヲ遠ざけるため に、複数の隔膜バッグが使用される。このような電解槽の操作においては、次に 述べるようにいくつかの問題点が認められる。

】）スラリーの均一な撹拌を維持するために、電解槽中で高い水圧勾配を用いな ければならない場合、粒子によって隔膜材の閉塞が生じる。

°２）大きな面積の布を、ねＬれないように平行な平面に保つことは困難であシ 、電解槽中で高い水圧勾配を使用する場合、この困難に特に著しい。はとんどの 場合、布が電極と接触することに好ましくない。

３）バッグ同志の間で鉱石を適正な懸濁状態に保つために、電解槽底部で撹拌を 行なう必要性から、エネルギー所要量が大きくなる。

その他の問題点としては、次のようなものがある。

金属粉が電極からにかれて、電解槽の底面上あるいはバッグ中に落ちた場合、金 属粉を回収するの汀困難であり、あるいは、金属粒が電極上に強く付着した場合 、その除去およびヌトリツピングが困難であり、しかも費用がかかる。

これらの問題点を克服するために、金属粉のデンドライトが陰極上で成長するこ とを抑制するための添加剤を、電解液中に導入する方法が知られている。さらに 、金属粉の簡単で有効な回収のためにご多くの試みがなされた。

しかし、陰極を平行関係に保つという構造自体が、回収を複雑なものにしている 。特に、従来に、複雑な配管やフラッシング技術を用いないで、特に隔膜セルを 用いて、集中回収システムを統合的に実現することは不可能であった。

この発明の目的に、上述した問題点を解決し、さらに、比較的安価で、寿命が長 く、操業能率を大巾に向上させることのできる電解槽を提供することにある。ま た、銅についてに米国特許Ｎ［ｌ　４．０６１，５５２、鉛についてに米国特許 Ｎ［Ｌ４，１４８，６９８およびＮｉｌ　４，３８１，２２５による金属粉生成 物などの生成物の回収のための装置も提供される。

米国特許随４，０６１，５５２および米国特許部４，１４８オ６９８および４， ３８１，２２５の主題たる方法およびこの葵許出願の装置は、電解液中の銅、鉛 、銀、亜鉛、ビスマス。

金、ニッケルおよびコバルト’に含む金属鉱物スラリーと、電解手段による電解 液から１つもしくけそれ以上の有価金属の抽出の独特の組合せを提供することに ４る。このシステムは、大気圧において、電解液の沸点以下の温度で、外国産も しぐは高価な試薬あるいけ鉱物を使用せず、厳しい許容範囲もなく、操作される 。

発明の要旨 多大の研究、開発を行なった結果、驚くべきことに、放射状に配置された陽極お よび陰極によって、広く用いられている平行電極方式に匹、斂−する反応効率が 得られることが分った。さらに、放射状の配置を利用することによって、粒状金 属の効率的かつ経済的な集中口−収が容易になることがわかった。

したがって、この発明の特徴の１つに従って、下記からなる鉱石または精鉱から 金属を回収するための電解槽が提供される。

（ａ）　電解液と前記鉱石または精鉱とのスラリ　ｉ収容するのに適したタンク 、 （ｂ）　タンク中に設けられた、前記スラリーを撹拌するための機械的および／ または加圧ガス手段、（ｃ）　前記タンク中に放射状に配置された複数個の垂直 陽極、および （ｄ）　前記タンク中に放射状に配置され、がっ、前記陽極の間に設けられた複 数個の垂直陰極。

できれば、電解槽内の陰極から金属を回収するための手段、および、プロセス条 件によって、電解槽を大気温度よシも高い温度で操作することが必要な場合に、 前記スラリーまたは電解液を加熱するための手段が含まれることが望ましい。

また、乱流を促進するための乱流手段が含まれることが望ましい。銅含有スラリ ーの場合に、陽極表面の近くでスラリーを乱流状態にすることが望ましい。鉛含 有スラリーの場合に、陽極表面の周囲で、固体を含有しない溶液を乱流状態にす ることが望ましい。これによって、通常、陽極表面において誘発される分極効果 が低減される−ものと考えられる。先行技術においては、高い水圧勾配が用いら れる。これに対して、乱流手段は、陽極と陰極との間に配置された翼とすること ができる。どのような配置によって、これらの翼は、スラリーまたに固体を含有 しない溶液を絶えず陽極表面に衝突させる。これらのＲｎ、独立して位置させて もよく、あるいハ、隔膜バッグがある場合に、その外面の一部を形成するようＫ してもよい。同様に、乱流手段は、陽極そのものの表面上の突起としてもよい。

このような配置における不規則な陽極表面によって、スラリーが表面層流となる ことが防止され、新しいスラリーが反応することを可能にする。

この発明の別の望ましい実施態様においてに、多孔質隔膜バッグ手段が各陰極を 取り囲んで、スラリーを金属から分離させる。隔膜バッグが変形して陰極上に接 触すると、化学反応の効率が落ちることは良く知られている。

したがって、変形を防止するための、バッグ手段の内部に位置する複数個の垂直 フレーム部材にバッグ手段を取り付けることか望ましい。

この発明のさらに別の態様でに、粒状金属は、陰極がら落下して、隔膜バッグ手 段の底部に蓄積される。生成物の除去を容易にするために、バッグ手段の底部を 、バッグ手段全部の中央り位置する集中回収手段の方に向がって傾斜させること が望ましい。したがって、隔膜バッグ手段を放射状に配置することによって、バ ッグ手段がすべて、生成物を集中回収手段に送り込むようになった配置が可能と なる。回収手段への生成物の集積をいっそう促進するために、回収手段に斜面を 設けるようにしてもよい。この表面によって、生成物に１点に集積され、この個 所に金属回収手段を設けるこ、とができる。

陽＠に関しては、前述したように、陰極との平行関係が絶対に必要というもので はないことが分った。陽極の放射状配置によって、すぐれた生成物回収技術を適 用しながら、妥当な反応効率が得られる。ただし、希望する場合ＶＣ汀、上述し た平行関係を、くさび形状の陽＠を使用することによって、いっそう近似的に実 現することができる。もちろん、このくさぴ形状と汀、横断面形状がくさび形を なしているということである。同様に、陽極板とする必要がない場合は、陽極を 複数個の垂直陽極棒で構成してもよい。

陰極に関してに、どのような適宜の形状でもよく、代表的な場合、陰極は、複数 個の垂直陰極棒またに陰極管によって構成される。粒状金属粉が、高い電流密度 でこれらの陰極上に生じ、その結果、付着板上の生成の場合よシもやや高い陰極 電位となる。このやや高い電位によって、この高い電位と比べて、電解液中のＩ Ｒ低下がきわめて低いために、陽極板上に電流を均一に分布させることができる 。このさい、回収効率がさまたげられるおそれのある粒状金属のデンドライトが 過度に成長することのないように注意しなければならない。代表的な場合、この 現象げ、陰極を定期的に振動させ、かつ／丑たけ。

隔膜バッグの底部に落下する前における過度の成長を抑制するような陰極の形状 を採用することによって避けることができる。

したがって、この発明のもう１つの実施態様においてば、複数個の陰極のうち少 なくとも１個は次のものからなっている。

（ａ）　導電部分、および、 （ｂｌ　導電部分の一部に重なっている非導電カバー。

非導電力ハーハ、穿孔焼ばめプラスチック管またはプラスチック網であって、焼 ばめによって導電部分に取付けられるようにしてもよい。この場合、焼ばめプラ スチック管またはプラスチック網で陰極を蔽い、これを加熱すると、陰極上に焼 ばめされる。かぐして、生成物は、陰極から生じ、生成物をスラリーとして汲み 上げるための希望する最大サイズを有する不連続な状態で落下する。

ガス手段は、直接、および／または１個もしくはそれ以上のガス分散装置によっ て加えられる。さらに、加圧ガスは、鉱石またげ精鉱を金属に変換するのに必要 とされる空気などの酸素を含有していてもよい。

上記の代りとして、加圧ガスは、添加された水蒸気を含有してもよく、これによ ってガス中の水蒸気をガスの導入点において、電解液と平衡に近い状態とする。

加圧ガスは、多孔質ガス分散装置によってスラリー中に導入することができる。

ガスは、撹拌装置の下側の開放管、たとえば半径流タービンを介して導入しても よい。

この発明の種々の望ましい実施態様全上述したが、次に、その一般的な構造上の 特徴を説明する。

１、　タンクに、通常の樹脂およびファイバー・グラス製とすることができ、隅 部における応力を避けるために、円形断面とすることができる。保存と輸送中に 積み重２　隔膜布け、市販のポリゾロピレン製でよく、できれば、メツ／ユ・サ イズの伸びやねじれ全防止するために、フェルト処理の織布層を有することが望 ましい。

３　隔膜バッグ全支持するために、軽さと強度をそなえた単純なフレームを、金 属、ファイバー・グラス、プラスチック、またはその他の材料で製造する。底部 上には、水平の構成要素汀ない。これに、金属生成物の底部への自由な沈降を阻 害し、あるいにスラリーの自由な流通をきまたけるからである。

４、　陽極汀黒鉛製であり、電流密度が低いため、はとんど摩耗を示さない。陽 極は、表面積を太きくし、金属粒と電極との間の接触を犬にしであるが、陽極の 表面にに、沈降あるいは流通をさまたげることのない傾斜面を設けるために、み ぞその他の成形をほどこしてもよい。

５　陰極灯、代表的な場合、銅製である。付着した金属に、陰極から落下するか 、もしくは振動で振り落され、バッグの底部中に回収される。必要な場合は、付 着金属を汀かれやすぐするために、陰極を定期的に振動させてもよい。

６　金属ば、電極表面上にメッキまたげ層として形成されるのではなぐ、容易に 汀かすことのできる晶子として成長するように、十分に高い電流密度で付着する 。

７　電極表面上に付着した金属が融着して、大きな断片となって落下する場合は 、非導電性格子を用いて電極表面を崩すことによってこれを防止することができ る。

この効果を達成する便利な方法は、前述したように、電極棒またＩ′ｉ電極管を 、穿孔焼ばめプラスチック管またはプラスチック網で蔽うことである。

８　反応剤として酸素含有ガスを必要とする鉱石まだは金属の場合は、通常、ス ラリーを電極に接触させることが必要である。このような場合、酸素含有ガスは 、ではなく、きわめて経済的に次のような諸機能を果す。

ａ）微細な気泡がスラリーと均一に、かつ密接に混合して、電極の表面における ガス、スラリー、および酸素の独特の反応を可能にする。空気からのきわめて効 率の高い酸素消費が達成されている（たとえば５０％　）。

ｂ）ガスは、均一かつ効果的なスラリーの懸濁と、スラリー中の均一な乱流を可 能にし、これによってエネルギー効率を高め、隔膜バッグをねじらせるおそれの ある、強い、あるいは不均一な乱流を防止する。

Ｃ）隔膜バッグの側面と平行に移動する気泡は、表面に浴って流れ、スラリーに よるバッグの閉塞を防止するのに役立つ。

ｄ）スラリー区画中の気泡は、スラリーの比重と、隔膜の反対側にあるスラリー を含まない電解液の比重を等しくするのに役立つ。このようにして、バッグを介 して不必要な圧力が生じないようにすることができる。

９　ガスは撹拌装置軸からは独立して、あるいはその途中に設けられた１個もし くはそれ以上の管によって陰極バッグの下側に導入される。これらの管は、多孔 質織物で被覆された多孔管であってもよい。気泡は、バッグ同志の間および陽極 のまわりに均一な乱流を作り出す。

１０　酸素含有ガスを必要としない鉱物および金属については、スラリーを陽極 に接触させる必要はない。このような場合には、電解槽をもつと深くすることが でき、鉱石または精鉱のスラリーを、バッグの下側の区画中で撹拌して、電解液 との完全な混合と接触を達成する。

溶解物質を十分な速度で陽極を通過させるために、陽極電解液が乱流を生じるよ うにする。スラリーまたは電解液の均一な撹拌を可能とするために、窒素など、 別のガスを用いてもよい。

図面の簡単な説明 次に図面を参照して、この発明の種々の望ましい実施態様を説明する。

第１図は、隔膜電解槽の頂部を示す斜視図である。

第２図は、電解槽の一部横断面図である。

第３図は、電解槽の一部縦断面図である。

第４図は、この発明の別の実施態様にしたがって被覆した電極を示す図である。

第５図は、別の実施態様の陽極を示す部分横断面図である。

第６図は、電解槽中の乱流手段を示す斜視図である。

第７図は、第６図の乱流手段を示す側面図である。

第１図には、電解槽１の上面図が示されている。電解槽１はカバー２を備えてお り、カバー２を通じて陰極３が伸びている。陰極３は縦方向に電解槽１中に伸、 び、その中に放射状に配置されている。カバー２の上方において、陰極３は直立 した接続部材４を備えておシ、接続部材４は、カバー全体にわたって断片的な円 形を構成している。部材４には円形バスバー（図示せず〕が取り付けられていて 、陰極３への通電を可能にする。陰極３のそれぞれの間には陽極５（第３図に示 す）が配置され、カバー２を横切って、ホルダー６に取シ付けられている。

これらは、ボルト、あるいはピンなど、従来の手段を用いて取シ付けることがで きる。ホルダー６も放射状に配置され、円形バスパー７に接触していて、各陽極 の通電を容易にしている。

第２図は、電解槽１中における陽極５表陰極３の代表的な配置を示しだものであ る。陰極３は、適当な形状でよい。図示されているように、陰極３は、隔膜バッ グ８の中に収容された複数個の棒からなっている。これらのバッグ８は、処理す べきスラリーを、解放されて移動中の金属イオンから分離するのに用いられる。

陽極５と陰極３は正確に平行ではないが、この系の化学的効率はその影響を受け てはいない。しかし、もつと平行な配置を達成しようとする場合は、くさび形の 陽極を使用する。

第５図から、くさび形陽様９を使用した配置が明らかである。陽極９の表面は、 陰極３にほぼ平行である。

第３図は、特に、電解槽１の回収７ステムを示しだものである。前述したように 、隔膜バッグ８の中に２ける陰極３の放射状配置を採用することによって、各バ ッグは中央回収容器１０と連通ずることができる。容器１０に向かって傾斜する 底部１１を有するように隔膜バッグ８を設計することによって、底部１１上に落 下する粒状金属は、自重または振動によって容器１０中に移動する。

このシステムを、モータ２５によって駆動される軸１６、　を介して振動させて もよい。軸１６は、中央管１７に取り付けられた管２２の中に収容されており、 間隔をあけたベアリング２３中でジャーナル接合されている。ベアリング２３の 間で軸１６に取シ付けられた偏心部材２４は、軸１６に片寄り回転を与えて、シ ステム中に必要な振動を与える。容器１０の中には斜面１２が設けられていて、 進入する粒状金属すべてを、生成物回収管１３の方へ導ひく。粒状金属生成物は 、電解液とのスラリーとして汲み出され、分離工程に送られる。分離は、沈降あ るいはその他の従来の方法で行なうことができ、その後。

電解液は電解槽１中へ再循環される。

電解槽１の中央に配置された中央撹拌装置は、軸方向シャフト１５によって駆動 モーター（図示せず）に接続された羽根１４からなっている。この撹拌装置は、 鉱物と電解液を配送して、スラリーを流れ過ぎさせ、また必要があれば、陽極５ と接触させる。酸素が必要な場合は、ガスを羽根１４の下側に導入することがで きる。できれば、陽極表面に対して、たえずスラリーの乱流が移動するようにす ることが望ましい。中央撹拌装置は、スラリーに上向きの運動を与え、るが、隔 膜・くソゲ８と陰極５との間に所望の運動を生゛じさせようとすると、相当量の 追加のエネルギーが必要である。′このため、第６図および第７図に宗すように 、上向きに移動するスラリーを陽極表面の方向に転向させるために、乱流手段１ ８が設けられる。乱流手段１８はそれぞれ独立したそらせ板として図示されてい るが、隔膜バッグ８上にそらせ板を設けることによシ、あるいは陽極５に不規則 な表面、たとえば突起を設けることによって、所望の乱流が得られることは明ら かである。これによって、分極を生じさせる可能性のある陽極表面上での積層流 を実質的に破壊するという目的も達成される。

第４図は、容易にはぎ取ることのできるような形で生成物を付着させるだめの電 極表面を示したものである。

導電性電極Ｊ９は、その一部が非導電性材料２０によって蔽われており、これに よって、電極１゛９からの生成物は、一定の区域２１内でのみ成長することがで きる。この効果を達成するための最も便利な方法の１つは、穿孔焼ばめシラスチ ック管またはプラスチック網で電極棒または電極管を蔽う方法である。次に、シ ラスチック管または網を加熱し、棒または管上に焼ばめする。これによって、生 成物は小さなばらばらの形で電極から成長し、これらの小片は容易に電極からは がれて（電極を定期的に振動させる場合もある）容易にスラリー表して汲み出さ れる。

電解槽の構造の機械的な利点について上述した。以下に、このような電解槽の構 造の化学的な効果を説明する。

実施例 銅２３％および鉄２３．２％を含有する銅精鉱４０ｋｒを、前述したようにして 、銅（合計銅イオン）　３５　ｙ／ｌ、第２銅６．４ｆ／ｌおよび鉄帆５７／ｌ を含有する電解液１．５００　ｔの入った電解槽中に添加した。空気１３５ｔ／ ｍｉｎを用いてこの混合物に通気し、１．ＯＶの電圧で７００　Ａｍｐの電流を 通した。１５〜３０分ごとに陰極を軽くたたき、ファイバーグラス・フレームに 小さな振動を与えて、銅粉がアームに沿って下降し、中央容器の傾斜底部中に落 下するようにした。中央容器の最低点から、必要に応じて垂直管を介して、スラ リー状の銅粉を引き出して、沈降室に導き、ここで銅粉は電解液から分離され、 電解液は遠心ポンダに送られて、電解槽へ還流される。陽極液区画中の混合物の ｐＨは、試験の全期間を通じて２．２〜３．０に保たれ、電解槽に導入される空 気の量を調整することによって、わずかに変動させることができた。電解槽に導 入される空気の量を減少させることによって、ｐＨを２，０〜２．５の望ましい 範囲にまで下げることができた。このような操作を１０時間続けた後、空気と電 流の供給を止め、スラリーを濾過し、フィルター・ケーキを洗滌し、乾燥した。

フィルター・ケーキの組成は銅帆８％、鉄２４％で、生成銅１　ｋｇあたり約０ ．７５ＫＷＨの電解用電力消費で、鉱石から９７％の率で銅を回収することがで きた。黄銅鉱精鉱中の硫黄は０、はとんど完全に元素状態に変換され、鉄は酸化 物に変換され、はぼ残留物中に残っていた。この実施例に示されるように、単一 のステツチで銅精鉱を高純度金属と元素状態の硫黄に変換することができ、２酸 化硫黄による大気汚染を避け、大気圧、および普通の温度で、エネルギー消費は きわめて少ない。

Ｆ′ｌｌ：ｙ、２ 国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　鉱石または精鉱から金属を回収するための電解槽であって、 （ａｌ　電解液と前記鉱石または精鉱のスラリーを収容するのに適したタンクと 、 （′ｂ）前記タンク中に設けられた、前記スラリーを攪拌するだめの機械的手段 および／または加圧ガス手段と、（ｃ）　前記タンク中に放射状に配置された複 数個の垂直陽極と、 （ｄｌ　前記タンク中に放射状に配置され、かつ、前記陽極の間に設けられた複 数個の垂直陰極とからなっていることを特徴とする電解槽。 ２、　更に、電解槽を大気温度よシも高い温度で操作することが必要なプロセス 条件の場合に、前記スラリーまだは電解液を加熱するだめの手段を含んでいるこ とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 ３　更に、電解槽内の前記陰極からの金属を除去するための手段を含んでいるこ とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 ４　更に、前記陽極のうちの少なくとも１個の表面において、前記スラリーの乱 流を促進するだめの乱流手段を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第１ 項に記載の電解槽。 ５　前記乱流手段が、前記陽極および前記陰極の間に配置された複数個の翼から なっていることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の電解槽。 ６　前記乱流手段が、前記表面上の複数個の突起部からなっていることを特徴と する特許請求の範囲第４項に記載の電解槽。 ７　多孔質隔膜バッグ手段が、前記放射状に配置された陰極群をとり囲んでおり 、前記陰極を陽極電解液スラリーから遮断していることを特徴とする特許請求の 範囲第１項に記載の電解槽。 ８　前記多孔質隔膜バッグ手段の底部が、中央の回収手段に向って傾斜している ことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の電解槽。 ９　前記回収手段が、前記多孔質隔膜バッグ手段から金属除去のだめの前記手段 に向かって放出される金属の移動を促進するだめの斜面を有する受容器からなっ ていることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の電解槽。 １０　前記多孔質隔膜バッグ手段が、前記バッグ手段の動きを制約するため、お よび、前記バッグ手段の下部以外の個所に金属が付着することを防止するため、 前記バッグ手段の内部に位置する複数個の垂直フレーム部材に取り付けられてい ることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の電解槽。 １■　前記陽極のうちの少なくとも１個が、くさび形状の横断面を有しているこ とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 １２　前記陽極のうちの少なくとも１個が、陽極板がらなっていることを特徴と する特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 １３　前記陽極のうちの少なくとも１個が、複数個の垂直陽極棒からなっている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 １４　前記陰極のうちの少なくとも１個が、複数個の垂直陰極棒からなっている ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 １５　前記ガス手段が、直接、および／または］個もしくは２個以上のガス分散 装置によって加えられることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽 。 １６　前記加圧ガスが、陽極および／または槽内で生ずる化学反応に必要とされ る酸素を含有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 １７　前記加圧ガスが水蒸気を含有していて、ガスの１つの導入点または複数の 導入点において、ガス中の水蒸気が電解液と平衡に近い状態となるようになって いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 １８　前記加圧ガスが、多孔質ガス分散装置によって、スラリー中に導入される ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 １９　前記機械的手段が、半径流タービンを含んでいるこ２０　前記複数個の陰 極のうちの少なくとも１個が（ａ）　導電部分、および、 （ｂ）　前記導電部分の一部に重なっている非導電カバからなっていることを特 徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電解槽− ２１前記非導電カバーが、穿孔焼はめシラスチック管まだは７°ラスチツク網で あって、焼ばめによって前記導電部分に取り付けられていることを特徴とする特 許請求の範囲第２０項に記載の電解槽。