説明

低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法

【課題】塩素及び水酸化第二ニッケルを含有するスラリーから塩素濃度が極めて低い硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造する。
【解決手段】ニッケル硫化物原料を塩素で浸出して得られる浸出液からコバルトが除去されてなる溶液から得られた、ニッケル水酸化物を含有するスラリーに、コバルトイオンを含有する水溶液を添加し、その後、このスラリーに硫酸を添加して溶解させることにより塩素分を除去する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、塩素及び水酸化第二ニッケルを含有するスラリーから塩素濃度が極めて低い硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造する低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
硫酸ニッケルは、一般電解めっき、ハードディスク用の無電解めっき等のめっき原料や、触媒、電池材料等の幅広い用途で使用されている。近年、硫酸ニッケルとしては、より高純度であるもの、特に不純物として鉄、銅、亜鉛等の金属や塩素等が含有されていないものが強く要請されている。
【0003】
従来より、硫酸ニッケルは、例えば次の方法で製造されている。すなわち、硫酸ニッケル製造用原料である混合金属水酸化物を硫酸に溶解し、得られる硫酸ニッケル/コバルト溶液に含有される鉄、銅、コバルト等の金属不純物を除去する。次に、金属不純物を除去した溶液を加熱濃縮し、冷却して硫酸ニッケル結晶を析出させ、遠心分離器等を用いて硫酸ニッケル結晶を得る。ここで、高純度な硫酸ニッケルを製造するためには、硫酸ニッケル/コバルト溶液が高純度であることが重要である。
【0004】
硫酸ニッケル製造用原料である混合金属水酸化物は、ニッケル製錬の浄液工程で生成されるものである。このニッケル製錬では、先ず、塩素浸出工程にて、原料であるニッケル硫化物を塩素で浸出して塩化ニッケルの浸出液を得る。そして、浄液工程にて、浸出液からコバルト、鉄、鉛等の金属不純物を除去する。この際、コバルトを塩化ニッケル溶液から分離回収するために、塩素ガスを用いてコバルトイオン及び鉄イオンを3価イオンとし、その過程で中和剤を添加し所定のpH値となるように調製しながら混合金属水酸化物の沈澱を含有するスラリーを得る酸化中和法が広く実施されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
酸化中和法において、コバルト、鉄は、それぞれ水酸化第二コバルト、水酸化第二鉄として沈澱する。溶液中の混合金属不純物を十分に沈澱分離できる条件で酸化及び中和を行うと、ニッケルの一部も酸化されて水酸化第二ニッケルとして共沈する。
【0006】
酸化中和法では、このような混合金属水酸化物を得る際に塩素ガスを使用する。これにより、一部の金属は、塩素を含有する化合物として沈澱し、さらには、塩素イオンを含有する母液が付着することもあり、得られる混合金属水酸化物を含有するスラリーは、高濃度で塩素を含有してしまう。
【0007】
この場合、これらの金属不純物は、混合金属水酸化物を硫酸で溶解するときにニッケルとともに溶解されるので、溶解後に金属不純物及び塩素イオンを完全に除去しなければ、高純度の硫酸ニッケル溶液を得ることができない。特に、塩素イオンをどの程度の量除去できるかが課題となる。
【0008】
例えば特許文献2には、次の方法で塩素イオンを除去することが記載されている。すなわち、硫酸ニッケル製造用原料として混合金属水酸化物を使用し、この混合水酸化物を水でレパルプ洗浄し、付着している塩素イオンの大部分を取り除く。次に、このように処理した溶液を硫酸ニッケル溶液と混合させて、濃度350〜450g/lのスラリーに調整する。その後、温度60℃以上で溶解液のpHが2.0以下となるように濃度70重量%の硫酸を添加して溶解させる(硫酸溶解工程)。この硫酸溶解工程では、下記の式(1)に示すように、塩素が溶解時に塩素ガスとして放出されて除去される。
(Ni,Co)(OH)+3H+Cl
→(Ni,Co)2++3HO+1/2Cl (1)
【0009】
式(1)の反応が良好に進行するためには、スラリーに水酸化第二コバルトが含有されていることが必要であり、水酸化第二コバルトが含有されていない場合、塩素濃度が十分に低濃度の硫酸ニッケル/コバルト溶液が得られない。
【0010】
例えば、ニッケル製錬において、特許文献1に記載の溶媒抽出法等によるコバルトの除去処理がなされる場合、水酸化第二コバルトの品位が低下し、溶解反応中に過剰な酸化雰囲気となり、塩化物イオンが次亜塩素酸イオン等にまで酸化されて水溶液中に溶存し、塩素ガスとして除去されなくなる。このため、酸化中和法による金属不純物の除去処理により生成される混合金属水酸化物のスラリーには、水酸化第二コバルトが殆ど含有されなくなる。この金属水酸化物のスラリーに対し、特許文献2に記載されているような塩素イオンの除去処理を実施しても、得られる硫酸ニッケル/コバルト水溶液の塩素濃度は、製品品質を満足できる程度にまで低濃度にならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開昭50−133921号公報
【特許文献2】特開2000−203848号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、原料であるニッケル硫化物を塩素で浸出して得られる浸出液からコバルトが除去されてなる溶液を使用して塩素濃度が極めて低い硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者らは、上記課題を解決するために、ニッケル硫化物原料を塩素で浸出して得られる浸出液からコバルトが除去されてなる溶液を使用して塩素濃度が極めて低い硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造する方法として、このコバルトが除去されてなる溶液から得られた、ニッケル水酸化物を含有するスラリーに、コバルトイオンを含有する水溶液を添加することで、硫酸添加による脱塩素処理において、塩素濃度が極めて低い硫酸ニッケル/コバルト溶液を得る方法を見出し、本発明を完成した。
【0014】
すなわち、本発明に係る低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法は、ニッケル硫化物原料を塩素で浸出して得られる浸出液からコバルトが除去されてなる溶液を使用して低塩素濃度の硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造する低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法において、コバルトが除去されてなる溶液から得られた、ニッケル水酸化物を含有するスラリーに、コバルトイオンを含有する水溶液を添加し、その後、このスラリーに硫酸を添加して溶解させることにより塩素分を除去することを特徴とする。
【0015】
ここで、コバルトイオンを含有する水溶液は、塩化コバルト水溶液であることを特徴とする。
【0016】
また、ニッケル水酸化物中のニッケルの当量に対し、ニッケル水酸化物に元来含有されるコバルト当量及びコバルトイオンを含有する水溶液中のコバルト当量の合計値が0.1当量以上1.0当量以下となるようにコバルトイオンを含有する水溶液を添加することを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係る低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法は、ニッケル水酸化物を含有するスラリーに、コバルトイオンを含有する水溶液を添加することのみで、製品品質を満足する塩素品位にまで硫酸ニッケル/コバルト溶液の塩素濃度を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法の処理工程の一例を説明するためのフロー図である。
【図2】硫酸溶解工程における溶解液のpHと酸化還元電位との関係を示す相関図である。
【図3】ニッケル水酸化物中のニッケル当量に対し、ニッケル水酸化物に元来含有されるコバルト当量及びコバルトイオンを含有する水溶液中のコバルト当量の合計値と、硫酸溶解液の塩素濃度(mg/l)との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本実施の形態における低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法の具体的な実施の形態(以下、「本実施の形態」と記す。)について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0020】
本実施の形態における低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法は、ニッケル酸化鉱から湿式精錬法でニッケル分をHSによって沈澱させたニッケル硫化物を原料とし(以下、これを「ニッケル硫化物原料」という。)、このニッケル硫化物原料を塩素で浸出して得られる浸出液からコバルトが除去されてなる溶液を使用して低塩素濃度の硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造するものである。この低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法は、コバルトが除去されてなる溶液から得られた、ニッケル水酸化物を含有するスラリーに、コバルトイオンを含有する水溶液を添加し、その後、このスラリーに硫酸を添加して溶解させることにより塩素分を除去することを特徴とする。
【0021】
このような低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法は、例えば、MCLE(Matte Chlorine Leach Electrowinning)工程にて電気ニッケルの製造を行うとともに、硫酸ニッケル製造工程にて硫酸ニッケルの製造を行うニッケル製錬の一部の工程にて行われるものである。図1は、本実施の形態における低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法の処理工程の一例を説明するためのフロー図である。
【0022】
ステップS1では、ニッケル硫化物原料を、MCLE工程が有する電解採取工程や脱塩素工程(図示せず)等にて排出された塩素ガスによって塩素浸出し、液中に混合硫化物中の金属類を浸出させる(塩素浸出工程)。
【0023】
このステップS1の塩素浸出工程では、例えば、セメンテーション工程を介した塩素浸出工程により、ニッケル硫化物原料が含有する金属類を塩素ガスにより液中に浸出させる。この場合、セメンテーション工程では、塩素浸出液中の銅イオンを乾式製錬で製造されたニッケルマットのメタルニッケル等にて還元し、硫黄を用いて固定化する。続く塩素浸出工程では、セメンテーション工程にて固定化された硫酸銅を含有するセメンテーション残渣中の金属類を塩素ガスによって液中に浸出させる。
【0024】
ステップS2では、ステップS1の塩素浸出工程で得られた浸出液中のニッケル以外のコバルト、鉄、鉛、亜鉛等の金属不純物を除去する。これにより、金属不純物を含有しない塩化ニッケル溶液を得る(浄液工程)。このステップS2の浄液工程では、酸化中和法により、金属イオンを酸化及び中和することで水酸化物を生成して分離する。酸化中和法では、コバルトイオン及び鉄イオンを塩素ガスにより酸化してそれぞれ3価イオンとし、その過程で中和剤を添加し所定のpH値となるように調製しながら水酸化第二コバルト及び水酸化第二鉄として沈澱させる。ここで、浸出液中の金属不純物を十分に沈澱させることが可能な条件で処理を行うと、ニッケルの一部が酸化されて水酸化第二ニッケルとして共沈する。このように、ステップS2の浄化工程では、金属不純物を含有しない塩化ニッケル溶液を得るとともに、水酸化第二ニッケルを含有する金属水酸化物のスラリーを得る。
【0025】
このステップS2の浄液工程では、酸化中和法による処理を行う前に、溶媒抽出法等によって浸出液からコバルトイオンを除去する処理を行う。これにより、続く酸化中和法によって得られるスラリーには、水酸化第二コバルトが殆ど含有されない。その結果、仮に水酸化第二コバルトを殆ど含有しないスラリーを用いてニッケル製錬の後の工程で、金属水酸化物に対して塩素除去処理を行っても、得られる金属硫化物溶液中の塩素濃度は、製品品質を満足できる程度にまで低減されない。
【0026】
そこで、ステップS3では、ステップS2の浄化工程で得られたスラリーにコバルトイオンを含有する水溶液を添加する(コバルト添加工程)。塩素浸出された水酸化第二ニッケルを含有するスラリーに、コバルトイオンを含有する水溶液を添加すると、下記の式(2)に示すように、添加した水溶液中のコバルトイオンと水酸化物中のニッケルとが置換反応して水酸化第二コバルトを生成する。
Ni(OH)+Co2+→Co(OH)↓+Ni2+ (2)
【0027】
なお、塩素浸出されたスラリーには、元来微量のコバルトが含有されている。このため、コバルトイオンを含有する水溶液の添加量としては、ニッケル水酸化物中のニッケル当量に対し、ニッケル水酸化物に元来含有されるコバルト当量と、添加するコバルトイオンを含有する水溶液中のコバルト当量との合計値が0.1当量以上1.0当量以下となる量とすることが好ましく、0.2当量以上0.5当量以下となる量とすることが特に好ましい。
【0028】
この合計値が1.0当量を超えると、スラリー中の水酸化第二ニッケルの大半がコバルトイオンと置換してしまうため、硫酸ニッケルを製造するための原料としての意義が喪失してしまう。一方、この合計値が0.1当量未満であると、水酸化第二コバルトの生成が不十分となり、後の硫酸溶解処理において、溶液中の塩素を十分に除去できなくなる。
【0029】
また、この合計値が0.5当量以下であれば、スラリー中の水酸化第二ニッケルがコバルトイオンと必要以上に置換することを抑えることができるので、より好ましい。また、この合計量が0.2当量以上であれば、安定的に充分な水酸化第二コバルトが生成されるので、より好ましい。
【0030】
コバルトイオンを含有する水溶液としては、特に限定されるものではないが、非鉄金属製錬において、特にニッケル及びコバルトを有価金属成分として含有する原料の湿式製錬法によって産出される酸性水溶液であり、ニッケルとコバルトとを分離回収する際に得られるニッケルを分離した後の溶液を使用することができる。このような溶液としては、例えば塩化コバルト水溶液を挙げることができる。また、コバルトイオンを含有する水溶液の組成は、例えば、コバルト40〜120g/l、塩素10〜150g/lとすることができる。
【0031】
続くステップS4では、水酸化第二ニッケル及び水酸化第二コバルトに酸を添加することでスラリーを溶解させる。具体的に、このステップS4では、水酸化第二ニッケル及び水酸化第二コバルトを含有するスラリーに硫酸を添加してスラリーを溶解させる(硫酸溶解工程)。
【0032】
このステップS4の硫酸溶解工程では、スラリーを硫酸で溶解させると、水酸化第二ニッケル及び水酸化第二コバルトの酸化作用により、下記の式(3)に示す反応が進行し、ニッケル及びコバルトが硫酸溶液中に溶解されるとともに塩素ガスが発生する。
(Ni,Co)(OH)+3H+Cl
→(Ni,Co)2++3HO+1/2Cl (3)
【0033】
添加する硫酸の濃度は、特に限定されないが、高濃度ほど好ましく、70重量%以上の高濃度硫酸を使用することで、溶液中の塩素濃度を十分に低減させることができる。
【0034】
図2は、硫酸溶解工程における溶解液のpHと酸化還元電位との関係を示す相関図である。図2中、直線l1〜l5によってCo(OH),Co2+,Co(OH),Co夫々の存在領域が特定され、直線m1〜m3によってClO,Cl,Cl夫々の存在領域が特定され、直線n1〜n5によってNi(OH),Ni2+,Ni(OH),Ni夫々の存在領域が特定される。
【0035】
すなわち、図2に示す直線n1,n2,n3で囲まれる領域にはNi2+が存在し、直線l1,l2,l3で囲まれる領域にはCo2+が存在し、直線m1,m3で囲まれる領域にはClが存在する。この図2に示すように、溶解液のpHが2.5以下である直線l1,m3で囲まれる領域には、Ni2+、Co2+、Clが全て存在し、他の元素及び化合物は存在しない。したがって、溶解液のpHを2.5以下とすることにより、式(2)に示す反応において、ニッケルイオン及びコバルトイオンが生成するとともに塩素ガスが発生する右方向への反応を良好に進行させることができる。
【0036】
また、水溶液中の塩素の溶解度は、温度と相関関係にあり、水溶液の温度上昇に伴って減少する。したがって、高温度での沈澱物の溶解は、ニッケル及びコバルトの溶解速度を速め、回収率を増加させるだけでなく、生成した塩素を効率的に系外へ排出することができる。一方、低温では、溶液への塩素の溶解度が高いため、高濃度で残留し易い。そこで、溶解液の温度を60℃以上とすることで、安定的に塩素濃度を500mg/l以下とすることができる。一方、溶解液の温度が60℃未満である場合には、塩素濃度は、低下しない。
【0037】
このため、ステップS4の硫酸溶解工程では、溶解液の温度60℃以上でのpHが2.5以下となるように制御しながらスラリーを溶解させる。
【0038】
図3は、ニッケル水酸化物中のニッケル当量に対し、ニッケル水酸化物に元来含有されるコバルト当量及びコバルトイオンを含有する水溶液中のコバルト当量の合計値と、硫酸溶解液の塩素濃度(mg/l)との関係を示す図である。この図3に示すように、ニッケル水酸化物中のニッケル当量に対し、ニッケル水酸化物に元来含有されるコバルト当量及びコバルトイオンを含有する水溶液中のコバルト当量の合計値が0.1当量以上1.0当量以下では、溶解液の温度60℃以上でのpHが2.5以下となるように制御してスラリーを溶解させることで、硫酸溶解液の塩素濃度(mg/l)を、製品品質を満足する塩素品位である500mg/l以下とすることができる。
【0039】
このように、本実施の形態における低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法は、ニッケル硫化物原料を塩素で浸出して得られる浸出液からコバルトが除去されてなる溶液を使用して低塩素濃度の硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造する低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法において、コバルトが除去されてなる溶液から得られた、ニッケル水酸化物を含有するスラリーに、コバルトイオンを含有する水溶液を添加するのみで、その後、このスラリーに硫酸を添加して溶解させることにより塩素分を除去することができ、製品品質を満足する塩素品位にまで塩素濃度が低減された硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造することができる。このように、塩素濃度がきわめて低い高純度の硫酸ニッケル/コバルト溶液が得られることにより、後の工程で高純度な硫酸ニッケルを製造することができる。
【0040】
これにより、スラリー中のニッケル及びコバルトの含有量にかかわらず、常に最適な塩素除去条件に制御することができる。また、コバルトイオンを含有する水溶液の添加量の割合で反応を容易に制御できる。この結果、設備コストを抑制することができるとともに、従来塩素の除去処理に使用されていた酸化還元剤等の操業資材の使用量を極めて少なくすることができる。
【実施例】
【0041】
以下、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。
【0042】
(実施例1)
反応澱物として、組成がニッケル55重量%、コバルト0.1重量%である混合金属水酸化物のスラリーを準備した。また、反応始液として、コバルト80g/l、ニッケル0.0g/l、pH=1.6の塩化物水溶液を準備した。
【0043】
このスラリーに、反応始液(塩化コバルト水溶液(反応澱物中のニッケルに対して元来澱物に含有されているコバルト当量と、添加する塩化コバルト水溶液中のコバルト当量の合計量が0.19当量となる量))を添加して水酸化第二コバルトを含有するスラリーを形成した。この形成したスラリーを濾過及び洗浄し、得られた澱物(サンプルA)に水を添加して再度スラリー状とした。この得られたスラリーに、70重量%硫酸を一括して添加し、温度95℃で溶液pHが1.5となるように制御して溶解させた。溶解後濾過して濾液として硫酸ニッケル/コバルト溶液を得た(サンプルB)。サンプルA及びサンプルBに対して蛍光X線分析を行い、サンプルAのNi、Co、Cl品位及びサンプルBのCl濃度を測定した。測定結果を[表1]に示す。
【0044】
(実施例2)
反応澱物として、組成がニッケル53重量%、コバルト1.6重量%である混合金属水酸化物のスラリーを準備した。また、反応始液として、コバルト80g/l、ニッケル0.0g/l、pH=1.6の塩化物水溶液を準備した。
【0045】
このスラリーに、反応始液(塩化コバルト水溶液(反応澱物中のニッケルに対して元来澱物に含有されているコバルト当量と、添加する塩化コバルト水溶液中のコバルト当量の合計量が0.36当量となる量))を添加して水酸化第二コバルトを含有するスラリーを形成した。この形成したスラリーを濾過及び洗浄し、得られた澱物(サンプルC)に水を添加して再度スラリー状とした。この得られたスラリーに、70重量%硫酸を一括して添加し、温度95℃で溶液pHが0.7となるように制御して溶解させた。溶解後、濾過して濾液として硫酸ニッケル/コバルト溶液を得た(サンプルD)。サンプルC及びサンプルDに対して蛍光X線分析を行い、サンプルCのNi、Co、Cl品位及びサンプルDのCl濃度を測定した。測定結果を[表1]に示す。
【0046】
(比較例1)
反応澱物として、組成がニッケル55重量%、コバルト0.1重量%である混合金属水酸化物のスラリーを準備した。このスラリーに対しては、コバルトを含有する水溶液の添加を行わなかった。
【0047】
スラリーを濾過、洗浄した後、澱物(サンプルE)に水を添加して再度スラリー状とした。この得られたスラリーに、70重量%硫酸を一括して添加し、温度95℃で溶液pHが0.5となるように制御して溶解させた。溶解後、濾液として硫酸ニッケル/コバルト溶液を得た(サンプルF)。サンプルEのNi、Co、Cl品位及びサンプルFのCl濃度を[表1]に示す。
【0048】
【表1】

【0049】
[表1]に示すように、実施例1及び実施例2では、塩素及び水酸化第二ニッケルを含有するスラリーに、塩化コバルト水溶液を添加して水酸化第二コバルトを生成したため、得られた硫酸ニッケル/コバルト溶液の塩素濃度(mg/l)は、製品品質を満足する塩素品位とすることができた。一方、比較例1では、塩素を含有する水酸化第二ニッケルを含有するスラリーに、塩化コバルト水溶液を添加しなかったため、得られた硫酸ニッケル/コバルト溶液の塩素濃度は、製品品質を満足する塩素品位とすることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【0050】
本実施の形態における低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法は、非鉄金属製錬において、特にニッケル及びコバルトを有価金属成分として含有する原料の湿式製錬法で産出される高次金属水酸化物から低コストで塩素を除去する方法として好適である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ニッケル硫化物原料を塩素で浸出して得られる浸出液からコバルトが除去されてなる溶液を使用して低塩素濃度の硫酸ニッケル/コバルト溶液を製造する低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法において、
前記コバルトが除去されてなる溶液から得られた、ニッケル水酸化物を含有するスラリーに、コバルトイオンを含有する水溶液を添加し、その後、該スラリーに硫酸を添加して溶解させることにより塩素分を除去することを特徴とする低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法。
【請求項2】
前記コバルトイオンを含有する水溶液は、塩化コバルト水溶液であることを特徴とする請求項1記載の低塩素硫酸ニッケル/コバルト溶液の製造方法。
【請求項3】
前記ニッケル水酸化物中のニッケルの当量に対し、該ニッケル水酸化物に元来含有されるコバルト当量及び前記コバルトイオンを含有する水溶液中の該コバルト当量の合計値が0.1当量以上1.0当量以下となるように前記コバルトイオンを含有する水溶液を添加することを特徴とする請求項1又は2記載の低塩素ニッケル/コバルト溶液の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−1414(P2012−1414A)
【公開日】平成24年1月5日(2012.1.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−140750(P2010−140750)
【出願日】平成22年6月21日(2010.6.21)
【出願人】(000183303)住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Fターム(参考)】