説明

銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法

【課題】ヒ素と銅との分離性において、当該ヒ素浸出液中の銅濃度が<0.1g/Lと殆ど含まれない状態にまで分離可能であり、さらに薬剤コストが低廉で銅の早期回収を可能とする、非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法を提供する。
【解決手段】銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物と元素状硫黄とを混合したスラリーへ、浸出操作を施して銅を含む浸出残渣とヒ素を含む浸出液とを得る、銅とヒ素との分離方法であって、浸出操作は、前期浸出と後期浸出とを逐次的に行うものであり、前期浸出は、上記スラリーへ酸素または酸素含有ガスを吹き込みながら行う酸化浸出であり、後期浸出は、上記スラリーへSOガスまたはSO含有ガスを吹き込みながら行う還元浸出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
銅を始めとする金属元素と、ヒ素とを含有する非鉄製錬中間産物から、当該銅等とヒ素とを分離して回収する技術に関し、特には、銅とヒ素とを含有する非鉄製錬中間産物を湿式処理し、当該非鉄製錬中間産物に含有される銅とヒ素とを分離して回収する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
非鉄製錬、特には銅製錬において発生する銅とヒ素とを含む中間産物として、熔錬工場で発生する製錬煙灰、硫酸工場で発生する硫化ヒ素殿物、電解工場で発生する脱銅電解スライム等がある。これらの中間産物には、相当量の銅とヒ素とが含まれている。そして、銅は市場需要が旺盛な金属である為、これら中間産物から回収されることが望まれ、ヒ素は環境を汚染することが無い安定な化合物とすることが望まれる。しかしながら、当該中間産物において、銅とヒ素との分離は困難である。この為、特許文献1、2を始めとして、各種の銅とヒ素との分離方法が提案されている。
【0003】
特許文献1の提案は、非鉄製錬中間産物に含まれる砒素の処理、特には、脱銅電解スライムの様な金属間化合物形態の銅砒素化合物の処理方法であって、濾過性に優れ且つ安定な結晶性砒化鉄(以下、本明細書において「スコロダイト」と記載する場合がある。)を、煩雑な操作なしに簡便に生成する方法を提供するものである。その方法は、金属間化合物形態の銅砒素化合物を含む非鉄製錬中間産物から、硫黄粉(以下、本明細書において「S」、「元素状硫黄」、「単体硫黄」と記載する場合もある。)と酸化剤との共存下で砒素を浸出する浸出工程と、当該浸出液に酸化剤を添加して、3価砒素を5価砒素へ酸化する液調整工程と、当該調整液中の砒素をスコロダイト結晶へ転換する結晶化工程とにより、スコロダイトを製造するものである。
【0004】
特許文献2の提案は、オートクレーブ装置を用い、銅とヒ素とを含む産業副産物へ酸を添加し、硫黄粉とSOガスとにより、溶解した銅を硫化物として回収する方法である。尚、上記産業副産物として、銅を含みかつPb、Zn、Fe、As、AgまたはCdの1種または2種以上を含有するものを原料として、銅を分離回収する技術が開示されている。
当該提案によれば、下記(1)式に示す反応を、高温、高圧下において単体硫黄と亜硫酸ガス(SO)との添加により、行うものである。そして、非鉄製錬煙灰に含有される銅を固形の硫化銅とし、ヒ素を始めとする銅より硫化しにくいものを液に溶解させて分離し、それぞれ回収するものである。
Cu2++S+SO+2HO=CuS+SO2−+4H・・・(1)式
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2009−242221号公報
【特許文献2】特公昭61−54095号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1が開示する方法において、元素状硫黄添加のみによる脱銅反応の反応性は乏しい。この為、浸出液中には銅イオンが残留してしまう。この結果、浸出液において当該残留銅イオンを硫化銅として固定除去する為には、多量の元素状硫黄が必要となる。また、当該浸出液中に残留した銅イオンは、その濃度にもよるが次工程での酸化効率を悪化させる等の問題もある。さらに当該残留銅イオンは、結晶化工程にて酸化触媒として作用するため、スコロダイトの核発生の生成を促進し、当該スコロダイト結晶成長を抑制する。この為、生成するスコロダイト粒子が微細化しハンドリング性に支障をもたらす。そして、当該スコロダイト粒子の溶出特性も好ましいものではなくなる。さらに、当該方法では銅イオン濃度のバラツキが大きく変動する為、後工程である結晶化工程において、酸化条件等の標準化が難しくなる。
【0007】
次に、特許文献2が開示する方法において、実施例の記載によると、浸出操作に用いる酸は強酸である。この為、浸出工程おいてオートクレーブ法によって反応性を向上させた上で銅を硫化しなければならない方法である。結局、特許文献2に開示の方法は、高温高圧反応が必要なことからエネルギーコストが高い方法である。さらに、オートクレーブ装置の導入には多額の初期投資が必要となる方法である。
【0008】
産業経済上、銅とヒ素とを分離して回収する技術に対しても、処理費用が廉価であること、操業条件が簡易であること、装置仕様が簡単であることが望まれる。具体的には、大気圧下で実施出来、オートクレーブなど特別な装置が不要こと、特殊な計測操作の追加が不要なこと、使用する薬剤の量やコストが低廉なことが望まれる。
さらに、被処理対象である非鉄製錬中間産物から、銅とヒ素とが十分に分離回収されることが望まれる。
【0009】
本発明は、上述の状況のもとでなされたものであり、その解決しようとする課題は、銅を始めとする各種金属と、ヒ素とを含んでいる非鉄製錬中間産物から、大気圧下においても、銅を始めとする各種金属と、ヒ素とを分離して回収可能な方法であって、銅は硫化銅として残渣とするものであり、ヒ素は浸出液中に浸出するものであり、その際、当該銅とヒ素との分離性において、当該ヒ素を含有する浸出液中の銅濃度が<0.1g/Lと、殆ど銅が含まれない状態にまで分離可能であり、さらに薬剤コストが低廉で銅の早期回収を可能とする、非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上述の課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を行った。その結果、当該非鉄製錬中間産物へ所定量の元素状硫黄を配合しスラリーとし、当該スラリーを用いて浸出工程を行うが、当該浸出工程の前半(以下、前期浸出工程と記載する。)においては酸性下で酸素ガスの吹き込み等の酸化浸出を行い、当該スラリーに含有される銅の大半を硫化銅(CuS)へ変換しながら、ヒ素を5価ヒ素イオン、3価ヒ素イオンとして浸出し、銅を銅イオンとして浸出する。次いで当該前期浸出工程の後、逐次的に実施する、浸出工程の後半の浸出(以下、後期浸出工程と言う。)では上記酸素ガス吹き込みを停止して、SOガスの吹き込みに切り替え、当該スラリーを所定pH値の範囲内に制御しながら、SOガスの所定量を反応させる。すると、当該スラリーに溶存する5価ヒ素イオンが3価ヒ素イオンへ還元することを50%以内に抑えながら、当該スラリーから銅を殆ど完全に除去出来ることに想到し、本発明を完成した。
【0011】
すなわち、上述の課題を解決するための第1の発明は、
銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物と元素状硫黄とを混合したスラリーへ、浸出操作を施して銅を含む浸出残渣とヒ素を含む浸出液とを得る、銅とヒ素との分離方法であって、
当該浸出操作は、前期浸出と後期浸出とを逐次的に行うものであり、
当該前期浸出は、上記スラリーへ酸素または酸素含有ガスを吹き込みながら行う酸化浸出であり、当該後期浸出は、上記スラリーへSOガスまたはSO含有ガスを吹き込みながら行う還元浸出であることを特徴とする銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0012】
第2の発明は、
上記前期浸出において、始めにスラリーのpH値を設定した後は成り行きとし、
上記後期浸出において、スラリーのpH値を所定範囲内に調整しながら行うことを特徴とする第1の発明に記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0013】
第3の発明は、
上記前期浸出において、始めにスラリーのpH値を3.0以下の値に設定した後は成り行きとし、
上記後期浸出において、スラリーのpH値を1.0以上3.5以下の範囲内に調整しながら行うことを特徴とする第1または2の発明に記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0014】
第4の発明は、
上記SOガスまたはSO含有ガスを吹き込みながら行う還元浸出において、吹き込み途中で浸出液中の銅濃度を測定し、当該測定値から残余のSO含有ガス吹き込み量を算出し、当該残余の吹き込みを行ったときに後期浸出を終了することを特徴とする第1から第3の発明のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0015】
第5の発明は、
上記銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物が、金属形態の銅とヒ素とを含むものであることを特徴とする第1から第4の発明のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0016】
第6の発明は、
上記金属形態の銅とヒ素との一部または全部が、ヒ化銅であることを特徴とする第5の発明に記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0017】
第7の発明は、
上記銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物が、脱銅電解スライムであることを特徴とする第1から第6の発明のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0018】
第8の発明は、
上記銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物が、銅とヒ素とを含む溶液の還元処理により得られた還元析出物であることを特徴とする第1から第6の発明のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0019】
第9の発明は、
上記スラリーのpH値を調整するpH調整剤として、硫酸と、Caを含むアルカリおよび/またはMgを含むアルカリとを用いる、ことを特徴とする第1から第8の発明のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0020】
第10の発明は、
上記後期浸出の際のスラリー温度が、60℃以上100℃以下であることを特徴とする第1から第9の発明のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【0021】
第11の発明は、
上記後期浸出の工程終了後、得られる浸出液を結晶性ヒ酸鉄製造用の元液原料とし、得られる浸出残渣を銅製錬原料としリサイクルすることを特徴とする第1から第10の発明のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法である。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、銅とヒ素とを含んでいる非鉄製錬中間産物から、大気圧下において、銅とヒ素とを分離して回収出来る。さらに、薬剤コストが低廉で、銅の早期回収が可能となった。そして、当該ヒ素を含有する浸出液中の銅濃度が<0.1g/Lと、銅が殆ど含まれない状態にまで分離出来た。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係る非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明を実施するための形態について、銅を始めとする金属元素と、ヒ素とを含有する非鉄製錬の中間産物の一例として脱銅電解スライムを選択し、当該脱銅電解スライムから銅とヒ素とを分離して回収する方法について、分離方法を示すフロー図である図1を参照しながら、非鉄製錬の中間産物、スラリー、前期浸出工程、後期浸出工程、本発明に係る生成物の順に説明する。
【0025】
〈非鉄製錬の中間産物〉
本発明において非鉄製錬中間産物とは、金属形態の銅とヒ素とを含むものであり、金属間化合物形態のヒ化銅化合物を含むものである。
当該金属形態の銅とヒ素とを含み、ヒ化銅化合物を含む非鉄製錬中間産物としては、銅電解工場の浄液工程で発生する脱銅電解スライム、銅とヒ素とを含む溶液の還元処理により得られた還元析出物、湿式亜鉛製錬所の浄液工程で発生するヒ化銅殿物などが挙げられる。通常、これらの非鉄製錬中間産物には、銅、ヒ素以外に、Sb、Bi、Pb等が少量含まれている。勿論、銅とヒ素とが、必ずしも金属形態でなくても、本発明を適用することが出来る。具体的には、酸性下での浸出操作において、銅とヒ素とが溶解する性状を有する非鉄製錬中間産物であれば、本発明を適用することが出来る。
【0026】
〈スラリー〉
上述した非鉄製錬の中間産物と、水または工程液と、元素状硫黄(硫黄末)とを混合して、使用する撹拌機にて撹拌可能な状態のスラリーとする。尚、当該スラリー調製の際、まず非鉄製錬中間物に水等を加えてスラリーとし、ここへ元素状硫黄(硫黄末)を添加すると、元素状硫黄(硫黄末)はスラリー中へ混合し易くなり、好ましい。
【0027】
〈前期浸出工程〉
上述したように本発明に係る浸出工程は前期浸出工程と、当該前期浸出工程の後、逐次的に実施する後期浸出工程とを有している。まず、前期浸出工程について説明する。
前期浸出工程は、非鉄製錬中間産物である脱銅電解スライムへ水(工程水)を添加して得られた銅ヒ素化合物スラリーへ、元素状硫黄の存在下において、酸素や空気等の酸化剤を添加して、浸出を行う工程である。
【0028】
本発明に係る前期浸出工程では銅ヒ素化合物含有物質が水中に懸濁しているスラリーへ、元素状硫黄の存在下において、酸性下で酸化剤を添加し撹拌して、銅を銅イオンとして浸出し、ヒ素を5価ヒ素イオンや3価ヒ素イオンとして浸出するものである。そして、当該前期浸出工程において浸出された銅の大部分は、元素状硫黄と直接反応して硫化銅(CuS)となって固定され浸出残渣となり、一部分は銅イオンとしてスラリー中に残留する。一方、ヒ素は元素状硫黄と直接反応しない為、浸出液中に浸出され、その全量がスラリー中に残留する。
【0029】
上記元素状硫黄の供給量は、銅ヒ素化合物含有物質中の銅の総モル量に対して1倍モル量以上、好ましくは2倍モル量程度とする。
なお、酸化剤としては酸素を含むガス(例えば、大気、純酸素ガス、大気と純酸素ガスとの混合ガス)が使用できる。
【0030】
当該脱銅電解スライムは、前期浸出工程におけるスラリーのpH値が2〜3程度である酸性度が低いpH領域でも浸出は可能である。尤も、当該前期浸出工程において高浸出率と浸出時間短縮を重視するのであればスラリーのpH値は2.0以下が好ましい。
一方、pH値が2以下、特には1程度であれば浸出性が向上し、浸出時間の短縮を図れる利点がある。しかしこの場合、後工程における中和の際のアルカリ剤の増量が必要となる。
また、当該前期浸出工程では、浸出反応の進行に伴う酸の消費と、銅イオンの硫化に伴う酸の発生とがほぼバランスするので、前期浸出工程の進行によってもスラリーのpH値に大きな変動は起こらない。従って、当該前期浸出工程途中において、特にpH値を制御する必要はなく、成り行きで良い。すなわち、浸出開始時にpH値が3以下の所定pH値に調整・設定しておけば、浸出反応を開始して後のpH値は非保持のまま、成り行きとして行うことが出来る。
当該前期浸出工程の浸出時間は、当該スラリー濃度に対し酸化剤が十分供給されるのであれば、1.5〜2時間で良い。
【0031】
〈後期浸出工程〉
後期浸出工程は前期浸出工程の後、逐次的に実施され、SOガス共存下で還元浸出を行う工程である。
当該後期浸出工程は、前期浸出工程の反応が終了したスラリーへ、アルカリ剤等のpH調整剤を添加して当該スラリーのpH値を1以上とし、酸性度の低下を行うことで開始する。
これは、上述した(1)式の反応が、pH値1を境としてpH1未満であれば急激に反応速度が低下するという、本発明者等の知見による。さらに(1)式は、水素イオン発生型の反応であることから、pH値の変化を成り行きとすれば、(1)式反応の進行に伴いスラリーのpH値は低下していく。そこで、本発明に係る後期浸出工程においては、スラリーのpH値が1を割らないよう(pH1未満にならないよう)に、当該スラリーへアルカリ添加することでpH値を1以上3.5以下の範囲に維持調整しながら反応を進める。当該pH値を1以上に維持することで、銅を大気圧下の反応にて、ほぼ完全に硫化物とすることが可能になった。一方、pH値を3.5以下に維持することで、スラリー中の残留銅イオンとヒ素とが砒酸銅を形成することを回避出来る。
【0032】
後期浸出工程において、スラリーからの銅の除去は、上述の構成に基づき実施出来た。一方、当該後期浸出工程において、スラリー中に存在する5価ヒ素の3価ヒ素への還元反応を抑制することが重要である。なぜなら、当該後期浸出工程で得られた浸出液をスコロダイト結晶化工程の元液とする場合、次工程となる酸化工程における過酸化水素等の酸化剤の使用量が削減できるからである。もし、スラリー中に存在する5価ヒ素の全てが3価ヒ素へ還元されれば、ヒ素の水への溶解度が大きく減じてしまい、三酸化二ヒ素(As)として晶出してしまう危険性が発生し、そのため濃厚なヒ素溶液を調製出来なくなる等の問題もある。なぜなら、当該後期浸出工程で得られた浸出液をスコロダイト結晶化工程の元液とする場合、生産性やエネルギーコストの観点から、元液中のヒ素濃度は、濃い程好ましいからである。尤も、当該ヒ素を硫化剤添加により硫化ヒ素として回収するのであればこの限りではない。
【0033】
すなわち、スラリー中の5価ヒ素濃度を保持しながら銅を除去することが、当該後期浸出工程において好ましい。一方、本発明者等の知見によれば、銅イオンと5価ヒ素イオンとが共存する水溶液であるスラリーにおいて、上述した(1)式で脱銅を実施しようとした場合、5価ヒ素の3価ヒ素への還元反応が優先してしまう。つまり、スラリーに含有される5価ヒ素が3価ヒ素まで還元された後、脱銅反応が進むとの知見を得ている。
【0034】
しかし、本発明に係る当該後期浸出工程では、5価ヒ素の3価ヒ素への還元を抑制(具体的には50%以下に抑制する。)しながら、銅をほぼ完全に除去することが出来る。具体的には、浸出液中の銅濃度を<0.1g/Lとすることが出来る。当該反応が実現出来た理由について、本発明者等は、前期浸出工程終了時の浸出液に混在する硫化銅(CuS)が5価ヒ素の還元抑制の触媒として作用しているものと考えている。
【0035】
ところが、本発明に係る当該後期浸出工程においても、スラリー中の残留銅イオンがCuSへ変換され、その銅イオン濃度が1g/Lを割った時点で(その銅イオン濃度が1g/Lを下まわった時点で)、5価ヒ素の3価ヒ素への還元反応が進行を開始する。さらに、スラリー中の残留銅イオンがほぼ失われた後は、5価ヒ素の3価ヒ素への還元反応が急速に進行する。従って、スラリー中の脱銅と5価ヒ素の還元抑制との両立を実現する為には、SOガス吹き込みの終了時点を正確に把握することが重要である。当該SOガス吹き込みの終了時点の正確な把握の為には、スラリーの液電位を尺度として用いることも可能である。しかし、さらに精度が高い方法として、後述する実施例にも示した様に、SOガス吹き込みの途中で、一旦、スラリー中の銅濃度を測定して把握し、残余のSOガス吹き込み量を事前に決定する方法が有効である。
【0036】
上述したように、当該後期浸出工程におけるスラリーのpH値を3.5以下とすることで、スラリー中の残留銅イオンとヒ素とが砒酸銅を形成して上述した(1)式の反応に支障を及ぼす危険性を回避出来る。さらに、当該砒酸銅の形成は、ヒ素の浸出率低下の原因にもなる。そこで、当該後期浸出工程の反応終了時点におけるpH値は1.0以上3.5以下、さらに好ましくは1.0以上2.0以下の範囲内とするのが良い。
【0037】
以上詳細に説明したように、本発明に係る浸出工程は、前期・後期の2つの浸出工程を設けて、スラリーのpH値領域と浸出雰囲気とが異なる当該2つの浸出工程を時間的に分離し、当該2つの浸出操作を逐次実施するものである。
また、2つの反応槽を用いて、前期・後期の2つの浸出工程を連続的に行う場合には、第1の反応槽にて前期浸出工程を実施し、その反応終了スラリーを第2の反応槽へ連続的に供給し、当該第2の反応槽にて後期浸出工程を実施すれば良い。
【0038】
本発明に係る浸出操作で用いるpH調整剤としてのアルカリには、アルカリ土類金属類の水酸化物や炭酸塩が好適に使用できる。中でも、Ca(OH)やCaCOおよびMg(OH)等は汎用的で入手が容易であり好ましい。
【0039】
本発明に係る浸出操作の好ましい反応温度(スラリー温度)に関しては、60℃前後から反応の進行が認められるが、実操業を前提に効率良く反応を進めるためには70℃以上が好ましい。尤も、操作を大気圧下で行う為、反応温度は100℃以下となる。
【0040】
本発明に係る浸出操作で用いるSOガスは、製錬炉排ガスを適用可能である。そして、当該製錬炉排ガスの適用により、コスト削減が達成される。当該SOガスの温度は、特に規定はなく常温で良いが、スラリー温度に合わせることが好ましい。
【0041】
上述の(1)式は銅のみならず、Sb、Bi、Pb等の除去に際しても、Sb、Bi、Pbに対し同様に作用するため、Sb、Bi、Pb等の含有濃度が低いヒ素を含有する浸出液の製造が可能となる。この結果、浸出液においてヒ素を5価ヒ素として保ちつつ、効率良く銅や他の金属(例えば、Sb、Bi、Pb等)の除去を達成することが出来ることが判明した。
【0042】
〈本発明に係る浸出操作による生成物〉
上述した、後期浸出工程終了後、生成物を固液分離して、浸出液と浸出残渣とを得る。
当該浸出残渣には、銅が硫化銅として含まれており銅製錬原料としては最適である。そこで、当該浸出残渣は銅製錬原料としてリサイクルすることが出来る。
一方、当該浸出液は、5価ヒ素を高濃度に溶解し、一方、銅は0.1g/L以下まで低減可能であり、且つBi、Sb、Pbの溶解は微量である。従って、当該浸出液は、直接にスコロダイト生成用の元液として安定的に供給が可能なものであった。その結果、スコロダイト製造工程を一層安定化することが出来た。
【実施例】
【0043】
(実施例1)
本実施例は、電解工場で発生した銅を48.5質量%ヒ素を37.2質量%含有する脱銅電解スライムを被処理対象とした。尚、当該脱銅電解スライムは、付着酸分や不純物を水洗浄した後、濾過して回収した湿潤状態(wet状態)のものであり、その水分は8.2質量%であった。
試験装置は500mLビーカー、4枚邪魔板付きの2段タービン羽を使用した。
本実施例に係るスラリーの調合は、当該脱銅電解スライム23wet・gへ、用水として純水298mLを加え、撹拌を行ってスラリー化したものである。すなわち、スラリー中の水量は約300mLである。
【0044】
〈前期浸出工程〉
当該スラリーの攪拌を継続しながら、元素状硫黄粉末10.3gを添加した。当該10.3gという量は、当該被処理対象の脱銅電解スライムに含有される銅の総モル量の2倍・モル量に相当するものである。
次いで、当該スラリーを80℃へ昇温し、試薬95%硫酸を添加してpH値を1.0に調整した。尚、このときの硫酸添加量は5.1gであった。
ここで、当該スラリーへの酸素ガス吹き込みを開始した。具体的には、当該酸素ガスを、上述したビーカー底部からガラス細管を介して100mL/分の流量で吹き込んだ。
当該前期浸出工程においては、酸素ガス吹き込み後におけるスラリーのpH制御は行わずに成り行きとした。当該酸素ガスの吹き込みは120分間行い、サンプルを少量採取(以下、サンプル1という。)し、前期浸出工程を完了した。尚、この時点でのスラリーのpH値は1.10を示した。
【0045】
〈後期浸出工程〉
上述した前期浸出工程に次いで、逐次的に後期浸出工程を実施した。
当該後期浸出工程では、スラリーへアルカリ剤として濃度200g/LのCa(OH)ミルクを添加し、スラリーのpH値を2.3まで中和して開始した。
ここで、当該スラリーへのSOガス吹き込みを開始した。具体的には、前期浸出工程で酸素ガス吹き込みに用いたガラス細管と同様のガラス管を介し(両者を共用しても良い。)100mL/分の流量で、SOガス吹き込みを開始した。
当該SOガスを4分間吹き込んだ時点で、一旦、吹き込みを停止し、3分間攪拌保持した後、少量サンプリングを行い、スラリー中の銅濃度を吸光光度法にて直ちに測定した結果1.98g/Lであることが判明した。
そして、当該銅濃度とスラリー量とから除去すべき銅量を求め、(1)式を基礎として、残余として吹き込むSOガス量を求めた。
【0046】
《残余として吹き込むSOガス量の計算方法》
Cu2++S+SO+2HO=CuS+SO2−+4H・・・(1)式
具体的には、除去すべき銅量が1.98g/L×0.3L=0.594g・Cuである。そこで、当該0.594g・Cuを除去するに必要な1倍当量のSOガス量は、0.594÷63.55(銅の原子量)×64.07(SOの分子量)÷2.67(25℃におけるSOガスの密度)=0.224Lと算出された。そこで、反応を完全に行うべく、実際のSO量は0.3L(残余のSOガス吹き込み時間として3分間)とした。
【0047】
当該残余のSOガス吹き込みを開始するに当たって、当該スラリーのpH値が1.39まで低下していた。そこで、当該スラリーへアルカリ剤を添加し、pH値を一旦、2.03まで上昇させた後、残余のSOガス吹き込みを開始した。
残余のSOガス吹き込みの開始と共に、スラリーのpH値が低下し、反応途中においてpH値が1.38まで低下したので、当該SOガスの吹き込みは継続しながら、アルカリ剤の添加を行ってpH値を2.01まで上昇させ、その後は成り行きとして3分間の残余のSOガス吹き込みを終了した。
次いで、3分間攪拌を継続し、少量サンプリング(以下、サンプル2という。)を行った後、後期浸出工程を終了して、浸出液と浸出残渣とを得た。この時点での当該浸出液のpH値は1.68であった。
【0048】
上述したサンプル1とサンプル2との液組成を表1に示す。尚、表1には5価ヒ素の混在比率も示した。
【0049】
【表1】

【0050】
表1より、実施例1に係る脱銅電解スライム中に含有されたヒ素の前記浸出液への浸出率は、サンプル1、2中のヒ素濃度と液量のバランス(途中のサンプル1、2の液量も考慮した。)から、約95%と推算された。
一方、サンプル1の組成は、従来方法(当該原料に硫黄を添加して酸化浸出する方法)にて回収される浸出液組成に相当するとも考えられる。当該観点からサンプル1の組成を検討してみると、当該従来方法では、サンプル1の組成を有する浸出液から銅を除去することが困難であることが解る。
これに対し、サンプル2の組成は、実施例1に係る方法にて回収される浸出液の組成である。当該浸出液組成を検討すると、前期浸出工程後・後期浸出工程前(サンプル1)に存在した5価ヒ素の約44%が3価ヒ素へ還元されたものの、銅をほぼ完全に除去することが出来た。さらに、当該浸出液は付随するSb、Bi、Pbも低濃度であり、スコロダイトの生成用の元液として好適に適用できることが理解された。
【0051】
実施例1に係る浸出液からスコロダイトを製造する、好ましい方法例について説明する。
実施例1に係る浸出液へ過酸化水素を添加し、80℃前後に加熱して混在する3価ヒ素を5価ヒ素へ酸化する酸化処理を実施する。次いで、硫酸第1鉄(2価鉄塩)を、当該ヒ素量の総モル量の1.3〜1.5倍モル量をもって添加・溶解させる。そして当該浸出液のpH値を1.5以下の酸性とし、90〜95℃下での酸素ガスの吹き込みにより、生成させることが出来た。
【0052】
上述のサンプル1に相当する液を、スコロダイト生成の元液と考えた場合、当該液中に存在する銅イオンがスコロダイト結晶生成時の酸化触媒となり、核発生を優先し結晶成長を阻害する元素として作用し、微細なスコロダイトが生成しまう等の為、好ましいものではない。また、銅は少量ではあるが生成するスコロダイト結晶に取り込まれ、銅ロスの観点からも好ましくない。
以上より、サンプル2に相当する実施例1に係る浸出液は、サンプル1に相当する液より、スコロダイト生成の元液として好ましいものであり、スコロダイト結晶生成工程の安定化を達成するものである。
【0053】
(実施例2)
後期浸出工程におけるSOガスの全吹き込み時間を30分間とした以外は、実施例1と同じ原料、配合を用い、同様の操作を行った。実施例2に係る方法にて回収される浸出液の組成を表2に示す。尚、表2には5価ヒ素の混在比率も示した。
【0054】
【表2】

【0055】
表2より、実施例2に係る浸出液は、銅と5価ヒ素とを殆ど含まないヒ素溶液であることが判明した。即ち、当該浸出液中のヒ素は、殆ど全てが3価ヒ素である。そこで、当該浸出液をスコロダイト生成用の元液とする場合には、実施例1で説明した酸化処理における過酸化水素の使用量が多くなることが理解される。
一方、当該浸出液へ、例えばNaSH等の硫化剤を添加し、含有されるヒ素を硫化ヒ素として回収する場合であれば、当該硫化剤が銅の硫化や、5価ヒ素の3価ヒ素への還元に消費されることが無いので、効率良く硫化ヒ素の回収が可能である。
【0056】
(比較例1)
実施例1と同様の原料スラリーを準備し、実施例1と同様の試験装置へ設置した。
スラリー温度を80℃とし、95%硫酸を添加してpH値を1.0〜1.1に制御しながら、酸素ガスを100mL/分で吹き込みながら120分間酸化浸出を行って浸出液と浸出残渣とを得た。
得られた比較例1に係る浸出液の組成を表3に示す。尚、表3には5価ヒ素の混在比率も示した。
【0057】
【表3】

【0058】
表3より、比較例1に係る脱銅電解スライム中に含有されたヒ素および銅の前記浸出液への浸出率は、それぞれ約95%と推算された。
当該比較例1では、浸出液のヒ素がほぼ完全に5価ヒ素であるという利点があった。しかし、当該浸出液中には銅が大量に溶解・残留するだけではなく、付随するSb、Bi、Pbも大量に溶解していた。この為、比較例1に係る浸出液は、スコロダイト生成用の元液として使用不可と判断された。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物と元素状硫黄とを混合したスラリーへ、浸出操作を施して銅を含む浸出残渣とヒ素を含む浸出液とを得る、銅とヒ素との分離方法であって、
当該浸出操作は、前期浸出と後期浸出とを逐次的に行うものであり、
当該前期浸出は、上記スラリーへ酸素または酸素含有ガスを吹き込みながら行う酸化浸出であり、当該後期浸出は、上記スラリーへSOガスまたはSO含有ガスを吹き込みながら行う還元浸出であることを特徴とする銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項2】
上記前期浸出において、始めにスラリーのpH値を設定した後は成り行きとし、
上記後期浸出において、スラリーのpH値を所定範囲内に調整しながら行うことを特徴とする請求項1に記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項3】
上記前期浸出において、始めにスラリーのpH値を3.0以下の値に設定した後は成り行きとし、
上記後期浸出において、スラリーのpH値を1.0以上3.5以下の範囲内に調整しながら行うことを特徴とする請求項1または2に記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項4】
上記SOガスまたはSO含有ガスを吹き込みながら行う還元浸出において、吹き込み途中で浸出液中の銅濃度を測定し、当該測定値から残余のSO含有ガス吹き込み量を算出し、当該残余の吹き込みを行ったときに後期浸出を終了することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項5】
上記銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物が、金属形態の銅とヒ素とを含むものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項6】
上記金属形態の銅とヒ素との一部または全部が、ヒ化銅であることを特徴とする請求項5に記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項7】
上記銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物が、脱銅電解スライムであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項8】
上記銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物が、銅とヒ素とを含む溶液の還元処理により得られた還元析出物であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項9】
上記スラリーのpH値を調整するpH調整剤として、硫酸と、Caを含むアルカリおよび/またはMgを含むアルカリとを用いる、ことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項10】
上記後期浸出の際のスラリー温度が、60℃以上100℃以下であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。
【請求項11】
上記後期浸出の工程終了後、得られる浸出液を結晶性ヒ酸鉄製造用の元液原料とし、得られる浸出残渣を銅製錬原料としリサイクルすることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の銅とヒ素とを含む非鉄製錬中間産物からの銅とヒ素との分離方法。

【図1】
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【公開番号】特開2012−67361(P2012−67361A)
【公開日】平成24年4月5日(2012.4.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−213624(P2010−213624)
【出願日】平成22年9月24日(2010.9.24)
【出願人】(306039131)DOWAメタルマイン株式会社 (92)
【Fターム(参考)】