説明

含銅鉄物からの銅回収方法

【課題】 従来通り取扱い可能な板状の電気銅を含銅鉄物から効率よく作製する。
【解決手段】 含銅鉄物11からの銅の回収方法であって、塩化物を含有する塩酸酸性の浸出始液10に含銅鉄物11と酸化剤12を添加して浸出液13と浸出残渣14とを得る浸出工程1と、浸出液13に還元剤20を添加して浸出液13中の鉄イオンを還元する還元工程2と、還元工程2で得た還元液23に酸化剤30を添加し、脱鉄液32と鉄澱物31を得る脱鉄工程3と、有機溶媒からなる抽出剤40に脱鉄液32を混合し、脱鉄液32中の銅イオンを抽出して抽出有機41と抽残液42とを得、次に硫酸酸性溶液44に抽出有機41を混合し、逆抽出して逆抽出液45と逆抽出後有機46を得る溶媒抽出工程4と、逆抽出液45を電解採取し、電気銅50と電解廃液51を得る電解採取工程5とからなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄及び銅を含有する含銅鉄物から銅を回収する方法に関し、特に硫化銅鉱物から湿式法で銅を回収する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
銅の製錬は、一般的に硫化銅鉱物に浮遊選鉱などの処理を施して銅が濃縮された銅精鉱とし、この銅精鉱を自溶炉、転炉、精製炉等の炉を通して熔解して不純物を分離して粗銅とし、これをアノードに鋳造する一連の乾式製錬工程と、アノードを電解槽に装入して通電し、カソード上に銅を電着させて製品とする電解精製工程とを組み合わせた方法によって行うことが多い。
【0003】
この乾式製錬工程と電解精製工程とを組み合わせた方法は、大量の鉱石を効率よく処理するのに適した方法であるが、一方で、乾式製錬工程で発生する亜硫酸ガスを回収して処理しなければならないなど多大な設備投資と手間が必要であり、また、小規模な設備では効率が低下し不利となるという課題もあった。
【0004】
このような状況の下、近年、湿式法による銅の製錬方法が研究されている。湿式法を用いた銅の製錬方法としては、従来から酸化銅鉱物を含有する銅鉱石に硫酸を散布して銅を浸出し、これにより得られる浸出液を溶媒抽出などの方法によって処理して不純物を分離すると同時に銅を濃縮し、この銅の濃縮された液から不溶性アノードを用いた電解採取によって銅を回収する方法が広く知られている。しかし、銅鉱石の大部分を占める硫化鉱、特に黄銅鉱に上記の方法を適用しようとしても、硫酸による黄銅鉱中の銅の浸出速度は極めて遅いので工業的に実用化することは困難であった。
【0005】
このため、黄銅鉱を対象とした湿式法による銅精錬法が様々提案されてきた。例えば特許文献1では、銅鉱石又は銅精鉱を、制御された超微粉砕工程で処理して粒子サイズを25ミクロン未満に減少し、これを塩化物を含む硫酸溶液中で中程度温度で加圧酸化して浸出し、さらに得られた浸出生成液を溶媒抽出した後逆抽出し、これにより得られる第2銅イオンを含む逆抽出液から銅を電解採取する方法が提案されている。
【0006】
この特許文献1の方法は、金属を含有する材料から銅および他の金属を回収するのに有益であり、特に硫化銅鉱石やその濃縮物から銅および他の金属を抽出するのに有益である。この方法は、具体的には、銅含有物質を含む供給ストリームを提供する工程と、該供給ストリーム内の実質的に全ての粒子が圧力浸出の際に実質的に完全に反応するように、供給ストリームの粒子サイズを減少して入口ストリームとする制御された超微粉砕工程と、該入口ストリームを圧力浸出容器内で界面活性剤の存在下で約140℃〜約180℃の温度で圧力浸出して銅含有溶液を形成する工程と、該銅含有溶液から銅を回収する工程と、からなることを特徴としている。
【0007】
また、特許文献2では、黄銅鉱を主鉱物とする硫化銅鉱を塩素浸出して得た浸出液から、銅および鉄をそれぞれ電解銅および電解鉄として回収する方法が提案されている。この方法は、黄銅鉱を始めとする硫化銅鉱物を含む銅原料の湿式精錬法において、硫黄の酸化を抑制しながら高浸出率で銅を浸出して一価銅電解で回収し、また随伴する有価金属も回収して、浸出残渣などの廃棄物を可能な限り減少することができる精錬方法を提供するものである。
【0008】
具体的には、銅原料を塩素による浸出に付し、銅イオンを含む浸出生成液を得る塩素浸出工程と、前記浸出生成液に還元剤を添加し、第1銅イオンを含む還元生成液を得る銅イオン還元処理工程と、前記還元生成液を溶媒抽出に付し、銅を抽出した後に逆抽出を行って銅を含む逆抽出生成液と抽残液とを得る溶媒抽出工程と、前記逆抽出生成液を電解採取に付し、電着銅を得る銅電解採取工程と、前記溶媒抽出工程で得られる抽残液を浄液に付し、精製液を得る浄液工程と、前記精製液を鉄回収処理に付し、鉄含有固形物を得る鉄回収工程と、からなることを特徴としている。
【0009】
また、非特許文献1には塩酸溶液を用いて銅精鉱を浸出し、溶媒抽出を組み合わせて銅を回収する方法が提案されている。この方法は、塩酸溶液の液温を沸点近くまで上昇させ、2段の浸出槽を用いて銅精鉱を浸出することを特徴としている。しかし、この方法は塩酸溶液を沸点近くまで昇温させるため、多量のエネルギーを必要とし、蒸発する塩酸や水分を回収する手間も要する。さらに2段の浸出に6時間もの長時間を要するなど効率的な方法ではなかった。
【0010】
さらに、特許文献3に示すように、塩酸を用いた銅の湿式製錬方法も提案されている。この方法は、銅を含む鉱物に塩酸を添加して養生をした後、得られた養生物に水を加えるという簡単な操作によって銅を水中に浸出させることを特徴とする銅鉱石から銅を分離する方法である。しかし、この方法では高濃度の塩酸を使用するのでコストがかかる。さらに、養生に要する時間が長く、生産性が低い問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特表2004−504494号公報
【特許文献2】特開2005−60813号公報(第1〜3頁)
【特許文献3】特開平09−241770号公報
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】Demarthe,J.M.et.al.;“A New Hydrometallurgical Process for Copper”,in‘Extractive Metallurgy of Copper’,TMS,1976,p.825−848
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
上述したそれぞれの湿式法による銅の製錬方法は、上述した乾式製錬法に比べると処理温度が低いことからエネルギーが節約できる上、設備の稼動率を調整しやすく生産調整が容易である等の利点がある。しかし、硫化銅鉱物を、例えば硫酸浸出するには加圧浸出装置が必要となり、また例えば塩素ガスで浸出する場合には電解採取工程で発生する塩素ガスを回収する設備が必要となるなど設備コストと手間を要するという課題があった。
【0014】
また、硫酸を用いて加圧浸出する場合、硫化鉱物中の硫黄の酸化される割合が無視できなかった。硫黄が酸化されるとSO2−などの硫酸イオンを生成するが、硫酸イオンは後工程となる電解採取工程で用いられる不溶性アノードの劣化を促進したり、塩素ガスの回収効率を低下させたりする原因となることが知られており、硫化銅鉱物から銅を浸出する際には、硫黄の酸化を抑制する必要があった。
【0015】
さらに、銅を回収するための電解採取が塩酸や塩化物など塩化浴の電解液を用いて行われる場合には、硫酸浴からの電解採取を用いて板状の電気銅を得る場合とは異なり、電気銅は粉状や粒状などの形状として得られる。粉状や粒状の銅は取り扱いのための容器や設備が必要であり、酸化されやすく酸素品位の増加や発熱の恐れなどの課題がある。さらに、一般に銅の地金はカソードのままの板状やカソードを小さく切断した小片形状を標準として市場で取引されるため、粉状や粒状などの形をした銅は規格外の扱いとなり、販売上の制約となる課題もあった。
【0016】
塩化浴から平滑な電着を得ようとする検討も様々に行なわれてきたが、特別な装置や電解方法が必要となるなど手間とコストがかかり、さらに硫酸浴から得られる電気銅ほどには平滑な物を得るには至っておらず実用的な水準とは言い難いものが多かった。
【0017】
以上述べたように、低コストかつ効率的に銅鉱石などの含銅鉄物から銅を浸出し、しかも従来と同じように取り扱うことのできる板状の電気銅を得る方法が求められていた。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、銅の湿式精錬法において、難溶性の黄銅鉱などの含銅鉄物から効率良く銅を浸出し、従来と同様に販売可能な板状の電気銅を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0018】
上記の課題を解決するため、本発明が提供する含銅鉄物からの銅の回収方法は、(1)塩化物を含有する塩酸酸性の浸出始液に含銅鉄物と酸化剤を添加し、含銅鉄物中の銅と鉄を浸出させて浸出液と浸出残渣とを得る浸出工程と、(2)前記浸出液に還元剤を添加して浸出液中の3価の鉄イオンを2価の鉄イオンに還元する還元工程と、(3)前記還元工程で得た還元液に酸化剤を添加し、銅イオンを含有する脱鉄液と鉄澱物を得る脱鉄工程と、(4)有機溶媒からなる抽出剤に前記脱鉄液を混合し、脱鉄液中の銅イオンを有機溶媒中に抽出して抽出有機と抽残液とを得、次に硫酸酸性溶液に該抽出有機を混合し、抽出有機中の銅イオンを逆抽出して逆抽出液と逆抽出後有機を得る溶媒抽出工程と、(5)前記逆抽出液を電解採取し、電気銅と電解廃液を得る電解採取工程と、からなることを特徴としている。
【0019】
上記本発明の含銅鉄物からの銅の回収方法においては、前記浸出工程で浸出処理される前の含銅鉄物の少なくとも一部を前記還元剤として使用し、使用後は還元残渣として還元液から分離して浸出始液に添加することができる。また、前記塩化物は塩化第1銅または塩化第2銅であり、前記浸出始液中の銅イオン濃度が10g/L以上80g/L以下の範囲にあることが好ましい。さらに、前記抽出剤として酸性溶媒抽出剤またはキレート抽出剤を用いることが好ましい。
【0020】
また、上記本発明の含銅鉄物からの銅の回収方法においては、前記浸出液の酸化還元電位が、銀塩化銀電極を参照電極とした場合で500mV以上550mV以下の範囲に維持されるように浸出工程で添加する酸化剤の量を制御することが好ましい。また、前記脱鉄液の酸化還元電位が、銀塩化銀電極を参照電極とした場合で500mV以上800mV以下の範囲に維持されるように脱鉄工程で添加する酸化剤の量を制御することが好ましい。
【0021】
さらに、上記本発明の含銅鉄物からの銅の回収方法においては、前記抽残液を前記浸出始液として使用してもよい。また、前記含銅鉄物は、黄銅鉱、班銅鉱若しくは輝銅鉱を含む銅鉱石及び/又は銅精鉱、銅を含む金属スクラップ、金属精錬の中間原料のいずれか1種類以上のものであることが好ましい。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、そのままの状態で外販可能な表面平滑な板状電着の電気銅を得ることができる。また、加圧容器を必要とせずに含銅鉄物中の銅を室温で浸出でき、設備コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の銅の回収方法の一具体例を示す概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明における湿式の銅の回収方法は、以下の一連の工程で構成されるものである。すなわち、先ず銅精鉱などの含銅鉄物に含まれる銅および鉄を、塩化物を含んだ塩酸酸性の浸出始液を用いて浸出し(浸出工程)、得られた浸出液に含まれる3価の鉄イオンを銅精鉱などの還元剤を利用して2価の鉄イオンに還元する(還元工程)。次に、この還元された液から鉄を除去して銅イオンを含有する脱鉄液と鉄澱物を得る(脱鉄工程)。
【0025】
次に、脱鉄液中の銅イオンを溶媒抽出により抽出剤中に抽出し、得られた抽出有機中の銅イオンを硫酸で逆抽出して硫酸銅溶液からなる逆抽出液を得る(溶媒抽出工程)。最後に、この硫酸銅溶液からなる逆抽出液を電解採取して電気銅すなわち銅メタルを回収する(電解工程)。以下、これら一連の工程からなる本発明の銅の回収方法の一具体例について、図1を参照しながら各工程毎に詳細に説明する。
【0026】
(浸出工程1)
本発明の一具体例の銅の回収方法においては、先ず浸出工程1において、塩酸酸性溶液を用いた浸出始液10に含銅鉄物11を添加して含銅鉄物11に含まれる銅および鉄を浸出する。これにより、銅イオンと鉄イオンを含む浸出液13と、浸出残渣14とを得ることができる。ここで、含銅鉄物11とは、銅および鉄を共に含む被浸出物質であり、例えば、黄銅鉱、班銅鉱、輝銅鉱などの鉱物を含む銅鉱石や銅精鉱、銅を含む金属スクラップ、金属精錬の中間原料のいずれか1種類以上を含むものを挙げることができる。
【0027】
浸出始液10には、前述したように塩酸酸性溶液を用いるが、塩酸のほかに塩化銅や塩化ナトリウムなどの塩化物が含まれている。特に、塩化物として塩化第1銅や塩化第2銅が共存することが望ましい。これにより、浸出速度の向上に大きな効果が得られる。これは、銅塩化物から生じる銅イオンは、2価に酸化されると銅精鉱などに接触したときに酸化剤として銅を浸出する働きを有するからである。なお、酸化剤として作用した2価の銅イオン自身は、1価の銅イオンに還元される。よって、より効率的に銅を浸出するために、空気などの酸化剤12を吹き込んで1価に還元された銅イオンを2価イオンに酸化することが好ましい。
【0028】
上記銅塩化物による浸出速度向上の効果を調べるために、以下の実験を行った。先ず、塩酸濃度3モル/Lの塩酸酸性溶液に、塩化物イオン(Cl)濃度が180g/Lとなるように試薬塩化第2銅を加えて調整した。このとき、銅イオン濃度は66g/Lとなる。次に、この塩化物を含有する塩酸酸性溶液を浸出始液として、スラリー濃度20g/Lとなるように黄銅鉱を主体とする銅精鉱を添加した。さらに、このスラリーを90℃の温度に維持して酸化還元電位を測定しながら空気を吹き込み、銅精鉱に含まれる銅がほぼ完全に浸出されるまでに要する時間を測定した。
【0029】
その結果、浸出始液に銅イオン濃度で66g/L程度となるように銅塩化物を含有させて浸出した場合、銅がほぼ完全に浸出するまでに要する時間は6時間程度であった。一方、浸出始液に銅イオンを生じる試薬塩化第2銅を添加しない以外は上記と同様にして黄銅鉱を主体とする銅精鉱を浸出した。その結果、浸出始液には銅精鉱から浸出する銅イオンが徐々に加わるので銅イオン濃度には上昇傾向が見られたものの、銅がほぼ完全に浸出するまでに13時間もの極端に長い時間が必要であった。
【0030】
このように、浸出始液10を調製して浸出工程1を開始する際に、当該浸出始液10に銅イオンが含まれていなくても、浸出工程1が進むにつれて徐々に銅精鉱などの含銅鉄物11から銅イオンが浸出され、さらに酸化されて2価の銅イオンとなる。従って、銅イオンが酸化され得る状況にある限り、所定濃度の2価の銅イオンが常に系内に存在して酸化剤として作用することになるので、ある程度浸出が進んだ後は効率よく含銅鉄物11の浸出を行うことができる。但し、ある程度系内に銅イオンが蓄積して効率よく含銅鉄物11の浸出が行われるようになるまでにはある程度時間がかかるため、この時間を短縮させたい場合は、浸出始液10を調製する際に銅塩化物を添加することが好ましい。
【0031】
浸出始液10に含まれる銅イオン濃度は、10g/Lよりも低いと効果が低くなるため、少なくとも10g/L以上であることが好ましい。なお、銅イオン濃度が20g/L以上になると、浸出速度はほとんど変わらなくなる。一方、銅イオン濃度が80g/Lよりも高濃度な浸出始液10を用いて浸出すると、銅が過飽和となって銅の浸出を妨げることがあるため好ましくない。従って、浸出始液10の銅イオン濃度は80g/L以下とすることが好ましい。より効率よく浸出反応を行うためには、浸出始液10の銅イオン濃度は20g/L以上60g/L以下が特に好ましい。
【0032】
浸出工程1においては、浸出液13の温度を60℃以上100℃以下の温度範囲に維持することが好ましく、70℃以上90℃以下が特に好ましい。これは、浸出工程1では、より高い反応温度で行ったほうが短時間に確実な浸出を行うことができるからである。すなわち、効率的な反応が期待できる60℃以上とすることが好ましく、反応性がより向上する70℃以上が特に好ましい。
【0033】
一方、浸出液13の温度が高すぎると、塩酸の揮発が促進されてロスが増えたり設備の腐食を促進したりすることがある。特に100℃を越えると水分の蒸発が激しくなり、突沸することもある。従って、余裕を見込んで90℃以下とすることが好ましい。このような温度範囲であれば、反応槽の材質として合成樹脂もしくは合成樹脂でライニングした容器を用いることができ、設備コストも低減できる。さらに、硫黄の融点以下の温度で浸出することができるため、硫化鉱物など硫黄が含まれる含銅鉄物の場合に、当該含有される硫黄の酸化を抑制することができるという利点も生ずる。
【0034】
ところで、浸出工程1での浸出液13の酸化還元電位を一定に維持して所定の時間浸出し、硫化鉱物に含有された銅が浸出液13中に浸出された割合(浸出度合い)を調査したところ、銀−塩化銀電極を参照電極とした場合での(以降の酸化還元電位も同様)酸化還元電位が500mV未満では浸出残渣14中に銅が残存し、浸出が十分に行われていなかった。したがって、酸化還元電位は500mV以上に維持することが望ましい。
【0035】
また、浸出工程1では前述したように空気などの酸化剤12を併用すると反応を促進することができる。酸化剤12には空気の他、酸素、オゾン、過酸化水素などさまざまなものを用いることができるが、空気あるいは酸素を用いるのが安価で容易であるので好ましい。空気あるいは酸素を吹き込んで酸化を行った場合、酸化還元電位は概ね600mV程度まで上昇させることができるが、酸化還元電位が550mVを超える領域では、銅はほとんど浸出されており、これ以上酸化還元電位を上昇させても無駄なコストがかかるだけとなる。従って、酸化還元電位は550mV以下に維持することが望ましい。
【0036】
すなわち、浸出工程1では、浸出時の酸化還元電位を500mV以上550mV以下の範囲に維持することが好ましい。なお、酸化還元電位は、浸出が行われる反応槽内の酸化還元電位(ORP)を測定することによって制御できる。このように、本浸出工程1では、塩素ガスなどの有毒なガスを取り扱わないので、ハンドリングが安全かつ容易である。さらに、短時間の内に高い浸出率で銅を浸出できる特徴も有している。
【0037】
(還元工程2)
上記浸出工程1では含銅鉄物11中の銅と共に鉄も浸出される。上述の500以上550mV以下の酸化還元電位に維持した場合、浸出液13の中では鉄イオンの多くは3価の形態で存在すると考えられる。3価の鉄イオンは水酸化鉄を形成し沈殿しやすいが、このとき生成する水酸化鉄は微細で濾過性や沈降性が劣り、さらに後工程の溶媒抽出工程4に持ち込まれるとクラッドを生成するなどして操業を阻害する要因となる。従って、3価の鉄イオンが浸出液13中に存在するのは好ましくない。
【0038】
そこで、鉄を効果的に分離する方法の一つとして、比較的濾過性や沈降性の良い鉄化合物の一つであるゲーサイト(FeOOH)を生成することが考えられる。ここで、溶液中に含有する鉄イオンからゲーサイトを形成させるには、3価の鉄イオンから生成させるよりも、2価の鉄イオンを酸化剤などによって3価イオンに酸化する方が酸化の途中でゲーサイトの形成も促進され、溶液から鉄成分を効率よく分離できることが知られている。
【0039】
したがって、上記の浸出液13中の鉄イオンがほぼすべて2価となるように一旦還元することが望ましい。このため、本還元工程2では、浸出液13に還元剤20を添加して浸出液13中の3価の鉄イオンを2価の鉄イオンに還元し、還元液23を得ている。還元目標としては、酸化還元電位が480mV以下となる状態であればよい。なお、浸出液13中には銅イオンも存在するが、2価の形態で存在する銅イオンを1価にまで還元すると、銅の沈殿が生成しやすくなり、鉄と共に残渣に分配してロスとなる可能性がある。従って、酸化還元電位は銅イオンが2価で安定な300mV以上とすることが望ましい。
【0040】
上記還元剤20に使用する材料は、特に限定するものではないが、図1の点線21に示すように、上記浸出工程1で浸出処理される前の含銅鉄物11の少なくとも一部を還元剤20として用いることができる。還元剤20として使用した含銅鉄物11は、還元残渣22として還元液23から分離した後、図1の点線24に示すように、上記浸出工程1に送って含銅鉄物11として浸出始液10に添加するのが望ましい。これにより、浸出液13を還元する程度が緩くなり、還元に要するコストや手間を節約することができる。
【0041】
(脱鉄工程3)
脱鉄工程3では、前述の還元液23中に存在する2価の鉄イオンを、酸化剤30を用いて酸化してゲーサイトなどの鉄澱物31を生成する。生成した鉄澱物31は、銅イオンを含有する脱鉄液32から分離される。ここで使用する酸化剤30は、浸出工程1と同じように、空気、酸素、オゾン、過酸化水素などの少なくとも1種類以上を用いることができる。この中でも、制御が容易で過剰な酸化を防止しやすく且つ安価な、空気もしくは酸素を用いることが好ましい。
【0042】
鉄イオンを酸化し3価イオンの形態とするには、加える酸化剤30を調整して脱鉄液32の酸化還元電位を500mV以上に維持することが望ましく、550mV以上に維持することがより望ましく、600mV以上に維持するのが特に望ましい。一方、脱鉄液32の酸化還元電位が必要以上に高すぎると、後工程の溶媒抽出工程4において有機溶媒の劣化を促進する可能性がある。さらに、酸化剤30も余分に必要となりコストが増加し、装置の耐酸化性対策も必要となるなどの問題がある。よって、800mV以下に維持することが望ましい。
【0043】
(溶媒抽出工程4)
脱鉄工程3で処理されてゲーサイトが取り除かれた脱鉄液32は、次に溶媒抽出工程4で処理される。溶媒抽出工程4では先ず抽出剤40に脱鉄液32を混合して互いに接触させ、銅イオンを選択的に抽出剤40中に抽出して抽出有機41を得る。抽出剤40には、例えば酸性溶媒抽出剤もしくはキレート抽出剤などの有機溶媒を用いることができる。
【0044】
これらの抽出剤40を用いて銅イオンを抽出すると、下記式1に示すように、抽出に伴って抽出後の抽残液42中に塩酸が生成する。この抽残液42は、図1の点線43に示すように、浸出工程1に繰り返して浸出始液10として再利用することができる。なお、当該抽残液42には平衡等の制約によりある程度銅イオンが残留するが、この銅イオンは前述の脱鉄工程3によって2価で存在しているため、そのまま酸化剤として用いることができる。
【0045】
[式1]
2R−H+CuCl→2R−Cu+2HCl (R:抽出剤の官能基)
【0046】
次に、銅イオンを抽出した抽出有機41を硫酸酸性溶液44に混合して互いに接触させ、銅イオンを硫酸銅の形態として抽出有機41から硫酸酸性溶液44中に逆抽出し逆抽出液45を得る。逆抽出後有機46は、前述の抽出剤40として再利用される。このように、溶媒抽出工程4では塩酸酸性の溶液中の銅イオンを、硫酸酸性の溶液中の銅イオンとして回収することを特徴としている。銅イオンを硫酸塩の溶液中の銅イオンとして抽出有機41から分離することによって、後工程の電解採取工程5において、平滑な板状の電析を得ることができる。
【0047】
なお、溶媒抽出を行った後の抽残液42には抽出されなかった亜鉛、ニッケル等の不純物が含まれていることがある。このため、抽残液42を一部抜き出して、例えば炭酸カルシウムや水酸化カルシウムで中和したり、硫化水素によって硫化したりしてこれら不純物を抽残液42から分離することが好ましい。これにより、抽残液42の繰り返しに伴う系内での不純物の蓄積を抑制できる。
【0048】
(電解採取工程5)
上述の溶媒抽出工程4の逆抽出によって得られた逆抽出液45は、次に電解始液として電解採取工程5に送られる。ここで電解採取によって銅イオンは電気銅50、すなわち銅メタルとしてカソード上に電着され、よって銅の回収が行われる。電解条件は従来から用いられてきた条件をそのまま適用することができる。例えばアノードを鉛、カソードをステンレスとし、液温を60℃前後に維持して電流密度を300A/mとすれば、240時間通電した後に、厚さが9mm程度に電着した銅を得ることができる。
【0049】
この電解採取工程5では、電解液として硫酸性の溶液を用いるので、前述したように、カソード上に電析する銅は、硫酸浴の電解精製で得られる電気銅と同様に表面が平滑な板状の形状となる。よって、販売上の制約なく取り扱うことができる。なお、銅を回収した後の電解廃液51は、図1の点線52に示すように、上記の溶媒抽出工程4に繰り返し、硫酸酸性溶液44として銅イオンを逆抽出する用途に再利用することもできる。
【実施例】
【0050】
以下、本発明の実施例及び比較例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、酸化還元電位はすべて銀−塩化銀電極を参照電極として測定した。また、金属成分は蛍光X線分析法またはICPを用いて分析した。
【0051】
[実施例1]
浸出始液として、塩酸濃度3モル/Lの塩酸酸性溶液に、試薬塩化第2銅を添加して銅イオン濃度65g/Lとなるように調整した。このとき、塩化物イオン(Cl)濃度は、約180g/Lとなる。この塩化物を含有する塩酸酸性溶液に、スラリー濃度が20g/Lになるように黄銅鉱を主体とする下記表1に示す組成の平均粒径30μmの銅精鉱を加えた。このスラリー2リットルを容量3リットルのガラス製反応容器に入れて90℃の液温に維持し、スターラーで攪拌しながら毎分2リットルの空気を吹き込みつつ浸出を行った。
【0052】
【表1】

【0053】
浸出開始から1時間後に酸化還元電位が520mVに達したので空気の吹き込みを止め、さらに2時間攪拌を継続すると酸化還元電位は480mVに低下した。スラリーを濾過して浸出残渣と浸出液とに分離し、それぞれの銅含有量を分析した。その結果、銅精鉱に含まれていた銅の98%以上が浸出液中に浸出していた。
【0054】
上記浸出処理で得た浸出液2リットルを容量3リットルのガラス製ビーカーに入れ、上記表1に示すものと同じ組成の銅精鉱200gを加えて液温を95℃に維持し、4時間攪拌した。酸化還元電位は継続して測定した。なお、攪拌中に空気を巻き込まないように、ビーカーの表面はラップで覆った。所定時間経過後、酸化還元電位は420mVまで低下したので、攪拌を止め濾過し還元液と還元残渣とに分離した。
【0055】
上記で得た還元液の液温を約80℃に維持し、毎分1リットルの流量で空気を6時間吹き込んだ。沈殿の生成が終了した時のpHは0.9であった。その後、濾過して濾液と澱物とに分離した。これら濾液と澱物とを分析すると、下記表2に示すように、還元液に含まれていた鉄のほぼ1/3を鉄澱物として分離することができることが分かった。この鉄殿物をX回折で同定したところ、ゲーサイトであることが確かめられた。
【0056】
【表2】

【0057】
上記の浸出・還元・脱鉄の一連の工程を経て得られた脱鉄液に抽出剤を混合し銅イオンを抽出した。抽出剤にはキレート系の抽出剤であるCognis社製の商品名LIX860iを用い、これを炭化水素系希釈剤(ジャパンエナジー社製、商品名EMクリーン3000)を用いて濃度を30%に希釈して使用した。
【0058】
次に、抽出済みの抽出有機を、硫酸濃度3モル/L、銅イオン濃度20g/Lの硫酸銅を含む逆抽出用の硫酸酸性溶液と接触混合させて逆抽出を行い、逆抽出液を得た。このとき、逆抽出液内の鉄イオン濃度は0.6g/L、塩化物イオン濃度は0.1g/L未満であり、銅イオンは、鉄イオンや塩化物イオンから良好に分離されていることが分かった。
【0059】
上記溶媒抽出及び逆抽出で得られた各溶液中に含まれる銅イオン、鉄イオン、硫黄イオン、塩化物イオンの濃度(g/L)を下記表3に示す。この表3から分かるように、脱鉄液に含有していた銅イオンの35%を抽出することができた。一方、鉄イオンは5%未満しか抽出しておらず、良好な銅イオン抽出特性が得られていることが分かった。
【0060】
【表3】

【0061】
上記逆抽出で得た逆抽出液を電解液として、容量2リットルの塩ビ製電解槽に入れ液温を60℃に維持した。この中に60×60mmのサイズの鉛製のアノード1枚と、カソードとして同サイズで裏面をマスキングテープで覆ったステンレス板1枚とを面間が30mmとなるように対面させて装入した。電解槽内の電解液はスターラーで攪拌した。アノードとカソード間に1.1Aの電流を流した。この状態で20時間通電した後、通電を停止して、カソードを引揚げて電着板を引き剥がし、水で洗浄し、空気を吹き付けて乾燥した。電着物は表面が平滑で、分析すると銅品位は99%以上であった。
【0062】
[実施例2]
浸出始液としての塩化物を含有する塩酸酸性溶液中の銅イオン濃度を90g/Lにした以外は実施例1と同様の条件で酸化還元電位が520mVになるまで連続して浸出を行った。浸出完了後に浸出残渣中に残った銅から計算すると、銅精鉱中の銅の浸出率は98%以上であり、十分な浸出が行われていた。しかし、過飽和で銅の結晶が析出し、閉塞などを考えると上記実施例1ほどには好ましくはなかった。なお、酸化還元電位は、浸出を開始してから2.5時間後に520mVに到達した。
【0063】
[実施例3]
浸出始液としての塩化物を含有する塩酸酸性溶液中の銅イオン濃度を9g/Lにした以外は実施例1と同様の条件で酸化還元電位が520mVになるまで連続して浸出した。なお、実施例1と同じ塩化物イオン濃度となるように、試薬塩化第2銅に加えて塩化ナトリウムを加えた。酸化還元電位が520mVに到達するのに9時間を要したが、銅精鉱中の銅の98%以上を浸出することができた。
【0064】
[比較例1]
浸出工程において空気を吹き込まなかった以外は実施例1と同じ条件とした。その結果、浸出開始から3時間が経過しても、酸化還元電位は406mVまでしか上がらず、銅精鉱中の銅の浸出率も10%にとどまった。
【0065】
[実施例4]
浸出始液としての塩化物を含有する塩酸酸性溶液中の銅イオン濃度を0g/Lとした以外は実施例1と同様の条件で酸化還元電位が520mVになるまで連続して浸出を行った。なお、実施例1と同じ塩化物イオン濃度となるように銅の代わりに塩化ナトリウムを加えた。銅精鉱中の銅の浸出率は95%以上となったが、520mVに達するのに14時間を要した。
【0066】
[実施例5]
浸出の目標の酸化還元電位を500mVとした以外は実施例1と同じ条件で、浸出試験を行った。このときの銅浸出率は約80%にとどまった。
【0067】
[比較例2]
上記実施例1と同様にして得られた浸出液250mLをビーカーに入れ、実施例1における還元工程を経ずに、液温を70℃に維持しながら毎分0.5リットルの空気を吹き込んだ。空気を吹き込み始める前での液の酸化還元電位は523mVで、3時間経過しても酸化還元電位は537mVまでしか上昇せず、下記表4に示すように、浸出液に含有した鉄の4%程度しか分離して除去することはできなかった。
【0068】
【表4】

【符号の説明】
【0069】
1 浸出工程
2 還元工程
3 脱鉄工程
4 溶媒抽出工程
5 電解採取工程

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(1)塩化物を含有する塩酸酸性の浸出始液に含銅鉄物と酸化剤を添加し、含銅鉄物中の銅と鉄を浸出させて浸出液と浸出残渣とを得る浸出工程と、
(2)前記浸出液に還元剤を添加して浸出液中の3価の鉄イオンを2価の鉄イオンに還元する還元工程と、
(3)前記還元工程で得た還元液に酸化剤を添加し、銅イオンを含有する脱鉄液と鉄澱物を得る脱鉄工程と、
(4)有機溶媒からなる抽出剤に前記脱鉄液を混合し、脱鉄液中の銅イオンを有機溶媒中に抽出して抽出有機と抽残液とを得、次に硫酸酸性溶液に該抽出有機を混合し、抽出有機中の銅イオンを逆抽出して逆抽出液と逆抽出後有機を得る溶媒抽出工程と、
(5)前記逆抽出液を電解採取し、電気銅と電解廃液を得る電解採取工程と、からなることを特徴とする含銅鉄物からの銅の回収方法。
【請求項2】
前記浸出工程で浸出処理される前の含銅鉄物の少なくとも一部を前記還元剤として使用し、使用後は還元残渣として還元液から分離して浸出始液に添加することを特徴とする、請求項1に記載の含銅鉄からの銅の回収方法。
【請求項3】
前記塩化物が塩化第1銅または塩化第2銅であり、前記浸出始液中の銅イオン濃度が10g/L以上80g/L以下の範囲にあることを特徴とする、請求項1又は2に記載の含銅鉄からの銅の回収方法。
【請求項4】
前記抽出剤として酸性溶媒抽出剤またはキレート抽出剤を用いることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の含銅鉄からの銅の回収方法。
【請求項5】
前記浸出液の酸化還元電位が、銀塩化銀電極を参照電極にした場合で500mV以上550mV以下の範囲に維持されるように浸出工程で添加する酸化剤の量を制御することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の含銅鉄からの銅の回収方法。
【請求項6】
前記脱鉄液の酸化還元電位が、銀塩化銀電極を参照電極とした場合で500mV以上800mV以下の範囲に維持されるように前記脱鉄工程で添加する酸化剤の量を制御することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の含銅鉄からの銅の回収方法。
【請求項7】
前記抽残液を前記浸出始液として使用することを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の含銅鉄からの銅の回収方法。
【請求項8】
前記含銅鉄物が、黄銅鉱、班銅鉱若しくは輝銅鉱を含む銅鉱石及び/又は銅精鉱、銅を含む金属スクラップ、金属精錬の中間原料のいずれか1種類以上のものであることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の含銅鉄からの銅の回収方法。

【図1】
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【公開番号】特開2011−21219(P2011−21219A)
【公開日】平成23年2月3日(2011.2.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−166006(P2009−166006)
【出願日】平成21年7月14日(2009.7.14)
【出願人】(000183303)住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Fターム(参考)】