JP7024632B2 - 沈降槽およびその制御方法、並びに、固形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種ろ過工程から排出されるろ液に含有される漏れ固形物を回収するための沈降槽およびその制御方法に関する。また、本発明は、被処理液から該被処理液に含まれる固形物を抜き出すことによる固形物の製造方法に関する。

銅の電解精製においては、不純物を含有する粗銅板を陽極（アノード）とし、純銅、ステンレス、チタンなどの薄板を陰極（カソード）として、陽極と陰極とを交互に電解槽に装入し、一定範囲に温度管理された電解液を電解槽に供給しつつ通電し、陰極に所定の厚みの銅を電着させて、電気銅を得ている。

通電によって、陽極に含有されている銅が、銅イオンとして電解液中に溶出する。同時に、陽極に含有されている、ヒ素、ビスマス、アンチモン、ニッケルなどの不純物も電解液に溶出する。電解液中の銅イオンのみが陰極に電着し、高純度な電気銅が得られるが、不純物は電解液に残るため、その結果として、電解液の不純物濃度が上昇する。

電解精製の進行に伴って電解液の不純物濃度が高くなると、不純物が銅とともに共析して、電気銅の銅品位を低下させる、電解液の配管にスケールを生じさせて操業を阻害する、および、電解液の電気伝導度を低下させて電力コストを増加させるなどの問題が生じる。

このため、電解液の一部を浄液工程に送って、不純物を除去したうえで、電解槽へ再度供給することが行われている。浄液工程では、電解液を真空蒸発して濃縮し、急冷することで過飽和となった銅を粗硫酸銅として析出させて除去する、濃縮および冷却工程、次いで、粗硫酸銅を回収した後のろ液である粗母液から、残留した銅、ヒ素、ビスマス、アンチモンをカソード上に析出させるなどして除去する、脱銅電解工程、さらに、脱銅後の含ニッケル溶液である脱銅終液から、ニッケルを粗硫酸ニッケルとして分離回収する、脱ニッケル工程などが行われる。

脱ニッケル工程では、最初に、あらかじめ昇温された脱銅終液を、ニッケル濃縮槽に給液し、このニッケル濃縮槽において、脱銅終液に黒鉛電極を浸漬して通電し、この脱銅終液をジュール熱により加熱濃縮する。次に、加熱濃縮された濃縮液を、冷却結晶槽に送り、濃縮による硫酸濃度の上昇に伴う共通イオン効果と、冷却による溶解度の減少により、この濃縮液から粗硫酸ニッケルを析出させる。さらに、析出した粗硫酸ニッケルを含むスラリーを、冷却結晶槽ポンプによりろ過器に送り、ろ過により粗硫酸ニッケルを固形物として回収し、かつ、ろ液を真空ポンプにより吸引して、レシーバタンクに溜め、適宜払い出している。

このように、粗硫酸ニッケルの回収工程のみならず、一般的に溶解度の差を用いて固形化して固形物となった対象物を回収する工程では、加熱濃縮された濃縮液を、冷却結晶槽に送り、濃縮後の冷却による溶解度の減少により固形物を析出させ、この固形物が析出したスラリーを、ろ過工程に供給する。ろ過工程では、ろ布、ろ紙、メッシュスクリーンなどのろ材によって、スラリーを固形物（残渣）とろ液に分離する。特に、真空ろ過などの吸引ろ過では、ろ材よりろ液側を減圧することによってろ液を吸引することにより、分離を速やかに行うことが可能である。吸引したろ液は、レシーバタンクに溜め、適宜払い出している。

払い出されるろ液には、溶解度により溶解状態にある対象物とろ過器からろ過漏れした微細な固形物（脱ニッケル工程においては、微細な粗硫酸ニッケル）が含有されており、これらは、回収ロスの原因となっている。

ろ過漏れを低減するために、ろ材の目を細かくする方法が考えられるが、この方法ではろ過速度が低下するため、ろ過器の能力に余裕がない場合には、固形物の生産量が低下するという問題が生ずる。

特開２００９－１１４５２０号公報に記載の技術のように、ろ液の一部をレシーバタンクから冷却結晶槽に返送する方法もある。この方法では、ろ液を返送する量を増やすほど、ろ液漏れした微細な固形物を多く回収できるが、返送したろ液を再びろ過器で処理する必要があるため、ろ過器の能力に余裕がない場合には、固形物の生産量が低下するという問題が生ずる。また、ろ液の全体を返送するとろ過器で処理する量が時間とともに増え続けるため、レシーバタンクからろ液の一部だけしか返送することができない。このように、ろ過器からろ液漏れした微細な固形物を十分に回収することは困難である。

特開２００９－１１４５２０号公報

本発明の目的は、ろ過器からろ過漏れした微細な固形物を回収することにより、ろ過工程における固形物の回収率を向上させ、固形物の製造コストの低減を可能とする手段を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決するために種々検討した結果、ろ過器の下流側に沈降槽を設けて、ろ過器からろ過漏れした微細な固形物を含有するろ液を沈降分離させて、微細な固形物を沈殿させることにより、効率的に微細な固形物を回収できるとの知見を得た。

また、沈降槽の形状および制御についても種々検討した結果、沈降槽の底部の形状を工夫し、かつ、上澄みの抜き出しと固形物の底抜きを適切に制御することが可能な手段を設けることにより、より効率的にろ液漏れした微細な固形物を回収できるとの知見を得た。

本発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。

本発明の沈降槽は、槽本体と、底部と、ろ液受け入れ用インレットと、上澄み抜き出し用アウトレットと、前記底部に設けられた固形物底抜き用アウトレットと、前記上澄み抜き出し用アウトレットに接続される槽内配管と、前記ろ液受け入れ用インレットを介して、ろ液を供給する手段と、前記槽内配管および前記上澄み抜き出し用アウトレットを介して、前記ろ液の沈降分離で生じた上澄みを抜き出す手段と、前記固形物底抜き用アウトレットを介して、前記ろ液の沈降分離で沈殿している固形物を底抜きする手段と、を備える。

特に、本発明の沈降槽は、該沈降槽の槽内における前記ろ液のレベルをセンシング可能に配置された非接触式レベルセンサと、タイマーと、をさらに備える。

前記底部は、前記固形物底抜き用アウトレットに向けて下傾している。該底部は、水平面からの傾斜角度が４０度以上の傾斜を有することが好ましい。

前記固形物底抜き用アウトレットは、前記底部の最底部に配置される。

前記槽内配管は、前記上澄み抜き出し用アウトレットから前記底部の水平方向中間部および高さ方向中間部まで伸長し、下端部に開口を備える。必要に応じて、前記槽内配管は、前記上澄み抜き出し用アウトレットと前記底部の上端部との間において、前記槽本体の横断面における、前記非接触式レベルセンサがセンシングする範囲と干渉しない位置に配置されることが好ましい。

前記非接触式レベルセンサは、前記ろ液のレベルが、前記槽内のろ液受け入れ上限に達するまで、前記ろ液を供給する手段を作動させ、かつ、該ろ液が沈降分離し、前記上澄みを抜き出す手段の作動後において、前記上澄みのレベルを検知する。

前記タイマーは、前記上澄みのレベルが前記底部の上端部に達した際に作動し、前記上澄みのレベルが前記槽内配管の前記開口に到達する以前の所定時間経過時に、前記上澄みを抜き出す手段の作動を停止し、かつ、前記固形物を底抜きする手段を作動させて、所定時間経過後に、前記固形物を底抜きする手段を停止させる。

前記ろ液を供給する手段、前記上澄みを抜き出す手段、および、前記固形物を底抜きする手段のそれぞれは、配管、および、真空ポンプ、定量ポンプ、ラインポンプ、その他の公知のポンプを含む公知の流体移送装置により構成される。

前記非接触式レベルセンサは、超音波式レベルセンサ、電波式レベルセンサ、および、レーザ式レベルセンサから選択される。

前記底部は、コーン型（円錐）もしくは臼状の形状を有することが好ましい。

本発明の沈降槽の制御方法は、上記の本発明の沈降槽を用いる。

特に、本発明の沈降槽の制御方法では、
前記ろ液を供給する手段により、ろ液を受け入れ、前記非接触式レベルセンサが前記槽内の前記ろ液受け入れ上限を検知すると、前記ろ液の受け入れを停止する工程、
該沈降槽内で前記ろ液を沈降分離させ、固形物を前記底部に沈殿させる工程、
前記上澄みを抜き出す手段により、上澄みの抜き出しを開始し、前記非接触式レベルセンサが該上澄みのレベルを検知し、かつ、前記タイマーが、前記上澄みのレベルが前記底部の上端部に達した際に作動し、前記上澄みのレベルが前記槽内配管の前記開口に到達する以前の所定時間経過時に、前記上澄みの抜き出しを停止する工程、
前記上澄みの抜き出しの停止と同時に、前記固形物を底抜きする手段により、前記固形物の底抜きを開始し、該固形物の底抜きの開始後の所定時間経過後、前記固形物の底抜きを停止する工程、
を備える。

本発明の固形物の製造方法は、
被処理液を加熱濃縮して濃縮液を得る濃縮工程と、
前記濃縮液を冷却して固形物を析出させて、該固形物を含むスラリーを得る冷却工程と、
前記スラリーをろ過して、前記固形物を回収するろ過工程と、
前記ろ過工程で得られ、ろ過漏れした固形物を含むろ液を、沈降槽に投入し、該ろ液中の固形物を前記沈降槽の底部に沈殿させ、かつ、前記沈降槽の底部に沈殿した固形物を抜き出して、前記冷却工程以前に繰り返す工程と、
を備える。

特に、本発明の固形物の回収方法では、前記沈降槽を用いた工程において、本発明の沈降槽の制御方法を用いる。

前記沈降槽を２基以上設け、該沈降槽のうちのいずれか１基への前記ろ液の投入と、前記沈降槽のうちの別の少なくとも１基での前記固形物の沈殿および／または抜き出しとを同時に行うことが好ましい。

本発明により、ろ過器からろ過漏れした微細な固形物を含有するろ液を、所定時間、沈降槽にて滞留させることで、沈降分離により微細な固形物を沈降槽の底部に沈殿させ、沈降槽の底部に沈殿した固形物を、冷却結晶槽または濃縮槽に繰り返して、粒成長を経て、再びろ過することにより、固形物が系外に排出されることを抑制し、効率的に固形物を回収することができる。よって、被処理液からの固形物の回収率を飛躍的に向上させ、固形物あたりの製造コストを低減させることが可能となる。

図１は、本発明の固形物の回収装置を示す、設備フロー図である。 図２は、本発明の沈降槽を示す概略断面図である。

本発明は、銅の電解精製における脱銅終液からニッケルを粗硫酸ニッケルとして分離回収する脱ニッケル工程など、被処理液から固形物を回収する工程に関する。このような被処理液から固形物を回収する工程では、図１に示すように、基本的には、被処理液６を加熱濃縮して濃縮液７を得るための濃縮槽１と、濃縮槽１から送られた濃縮液７を冷却して固形物９を析出させて、固形物９を含むスラリー８を得るための冷却結晶槽２と、スラリー８をろ過して、固形物９を回収するろ過器３とを備える。

濃縮槽１には、被処理液６の沸点以上の温度で被処理液６を加熱可能であれば、任意の濃縮槽を適用することができる。たとえば、電気蒸発槽が適用可能である。電気蒸発槽は、槽内に、通電可能で、かつ、被処理液に浸漬される黒鉛電極棒が挿入配置されており、この黒鉛電極棒を介して、被処理液６に通電し、被処理液６をジュール熱により加熱して水分を蒸発させて、濃縮液７を得る。加熱温度は、被処理液の種類に応じるが、脱銅終液の場合は、約１５０℃～２００℃の範囲にある温度とすることが好ましい。濃縮槽１としては、その他、重油バーナを用いて、被処理液を直接あるいは槽の周囲から間接的に加熱可能な構造も採り得る。

冷却結晶槽２についても、濃縮液７に含まれる溶質の種類に応じて、固形物９が十分に析出する温度、たとえば粗硫酸ニッケルの回収の場合には約５０℃まで、濃縮液７を冷却可能な任意の構造を採り得る。たとえば、槽の周囲あるいは槽内にジャケットや蛇管を設置して、これらに冷媒を通す構造が、冷却結晶槽２に適用可能である。

ろ過器３についても、自然ろ過、減圧ろ過、加圧ろ過、遠心ろ過などを用いたろ過器を用いることができる。また、ろ過器３に用いられるろ材としては、ろ布、ろ紙、メッシュスクリーンなどを用いることができる。ろ過器３としては、たとえば、真空ろ過器、遠心分離機、遠心沈降機などを用いることができるが、粗硫酸ニッケルの回収の場合には、通常、ろ過器３として、真空ろ過器が適用されている。

真空ろ過器の場合、ろ過器３において粗硫酸ニッケルなどの固形物９が回収され、ろ液１０は、真空ポンプに吸引されて、通常はレシーバタンク４に貯留されて、適宜払い出される。

本発明は、従来の装置に設けられていた、レシーバタンク４に代替して、あるいは、レシーバタンク４に追加して、沈降槽５が設けられている点に特徴がある。ろ過器３からろ過漏れした微細な固形物９ａを含有するろ液１０を、直接あるいはレシーバタンク４を介して、沈降槽５に投入し、微細な固形物９ａを沈降槽５の底部１４に沈殿させて、沈降槽５の底部１４に沈殿した固形物９ａを、底抜きして冷却結晶槽２または濃縮槽１に繰り返す。

従来、ろ過器３から送られたろ液１０は、レシーバタンク４に貯留され、適宜、ろ液１０を全量払い出すか、あるいはその一部をそのまま冷却結晶槽２に返送していた。これに対して本発明では、沈降槽５においてろ液１０を十分な時間保持して、微細な固形物９ａを沈殿させ、沈殿した固形物９ａを底抜きして、冷却結晶槽２または濃縮槽１に返送し、固形物９ａの沈殿により生じた上澄み１１のみを系外に一旦払い出して、電解液に添加して酸濃度の調整などに使用することができる。これにより、冷却結晶槽２または濃縮槽１への供給量を過剰にすることなく、主として微細な固形物９ａを、系内循環により効果的に回収することができ、被処理液６からの固形物の回収率を飛躍的に向上させている。

本発明の実施形態の一例に係る沈降槽５の基本的な構造は、図２に示すように、槽本体１３と、微細な固形物９ａが沈殿する底部１４と、ろ過器３あるいはレシーバタンク４などの上流側からろ液１０を受け入れるためのろ液受け入れ用インレット１５と、上澄み抜き出し用アウトレット１６と、底部１４に設けられた固形物底抜き用アウトレット１７と、上澄み抜き出し用アウトレット１６に接続される槽内配管１８と、ろ液受け入れ用インレット１５にろ液を供給する手段２０と、上澄み抜き出し用アウトレット１６からろ液１０の沈降分離後の上澄み１１を抜き出す手段２１と、固形物底抜き用アウトレット１７から沈殿した固形物９ａを底抜きする手段１２と、を備える。

沈降槽５の全体的な形状および大きさは、その底部１４が、固形物底抜き用アウトレット１７に向けて下傾している限り、基本的には周囲の設備などに応じた大きさでよく、任意である。固形物底抜き用アウトレット１７に向けて下傾している底部１４は、下へ行くほど狭まる形状である。このような底部１４の形状は、底部１４の容積のうち固形物底抜き用アウトレット１７の真上部分の占める容積の割合が高まるので、沈殿した固形物９ａを固形物底抜き用アウトレット１７から抜き出すのに有利である。

沈降槽５の底部１４の傾斜は、水平面からの傾斜角度を４０度以上、好ましくは４５度以上とすることにより、底部１４に沈殿した固形物９ａを速やかに底部１４の最底部に寄せることができ、沈殿した固形物９ａをスムーズに底抜きすることが可能となる。一方、底部１４の傾斜について、水平面からの傾斜角度が４０度未満では、底部１４に沈殿した固形物９ａが、底部１４の最底部に流動するのに時間を要し、沈殿した固形物９ａの粒子形状によっては底部１４の底面に堆積してしまう可能性がある。沈降槽５の底部１４に固形物９ａの堆積が生じると、槽容量が減少して、ろ液１０の滞留時間が短縮される、固形物９ａが沈降槽５の内面に固着する、抜き取りラインが詰まるなどの問題が発生する原因となる。底部１４の傾斜についての水平面からの傾斜角度の上限は、特にないが、沈降槽５の容積を確保する観点から６０度以下とすることが好ましい。

沈降槽５の槽本体１３の形状が円筒形である場合には、底部１４の形状は、コーン型（円錐）もしくは臼状の形状を有することができる。このような形状により、底部１４の中央部に最底部が配置され、底部１４の中央部に沈殿した固形物９ａが偏りなく集約され、底部１４の中央部から固形物９ａを底抜きすることが容易に可能となる。

ろ液受け入れ用インレット１５は、槽本体１３の気相部に配置することにより、固形物９ａによる閉塞を抑制することができる。具体的には、ろ液受け入れ用インレット１５は、槽本体１３の上端部あるいは天井部の任意の位置に設けられるが、槽本体１３が天井部を有さない場合には、槽本体１３の開口がろ液受け入れ用インレット１５に相当する。ろ液１０の受け入れ上限は、ろ液受け入れ用インレット１５よりも下方に設定するのが適切である。

ろ液受け入れ用インレット１５は、ろ過器３あるいはレシーバタンク４などの上流側からろ液１０を移送するための、ろ液供給手段２０に接続される。ろ液供給手段２０は、配管、および、真空ポンプ、定量ポンプ、ラインポンプ、その他の公知のポンプを含む流体移送装置により構成される。本例では、真空ろ過を行うために、レシーバタンク４に設けられた真空ポンプ（ＶＰ）により、ろ過器３からろ液１０が引き抜かれ、レシーバタンク４に貯留したろ液１０を適宜、配管を通じて沈降槽５に移送している。このため、実質的に、レシーバタンク４に設けられた真空ポンプ（ＶＰ）が流体移送装置として機能する。なお、本発明において、ろ液供給手段２０の配管の下流側一端部が、槽本体１３の開口内または開口の鉛直上方に配置されている場合にも、ろ液供給手段２０とろ液受け入れ用インレット１５が接続しているものと解釈される。

上澄み抜き出し用アウトレット１６は、槽本体１３のうち、ろ液１０の受け入れ上限と、底部１４の上端部（槽本体１３と底部１４との境界）との間の任意の箇所に設けられる。上澄み抜き出し用アウトレット１６は、上澄み抜き出し手段２１に接続されている。

槽本体１３の内部では、槽内配管１８の下流側の端部（上端部）が上澄み抜き出し用アウトレット１６に接続されている。槽内配管１８の上流側の端部（下端部）は、底部１４の水平方向中間部かつ高さ方向中間部に配置される。すなわち、槽内配管１８の下端部開口を、底部１４内の当該位置に配置することで上澄みを下から一度に回収でき、かつ、ろ液１０の沈降分離後に壁面に堆積している固形物９ａを避けて上澄みを回収できる。具体的には、槽内配管１８の配置は、底部１４の形状や一回の処理により生じる固形物９ａの量などに応じて適宜設定される。槽内配管１８により、上澄み抜き出し用アウトレット１６と底部１４の水平方向中間部かつ高さ方向中間部との間が連通され、上澄み１１のみが、上澄み抜き出し手段２１により系外に抜き出されることが可能となっている。なお、後述するように、非接触式レベルセンサの種類に応じて、必要により、槽内配管１８は、上澄み抜き出し用アウトレット１６と底部１４の上端部との間において、槽本体１３の横断面における、非接触式レベルセンサ１９がセンシングする範囲と干渉しない位置に配置される。

固形物底抜き用アウトレット１７を、底部１４の最底部に設けることによって、固形物９ａを最大限に底抜きすることが可能となっている。底部１４がコーン型（円錐）もしくは臼状の形状を有する場合には、固形物底抜き用アウトレット１７は、底部１４の径方向中央部に設けられる。固形物底抜き用アウトレット１７は、固形物底抜き手段１２に接続されている。ろ液１０の沈降分離で沈殿している固形物９ａは、上澄み１１の抜き出し後に、固形物底抜き用アウトレット１７および固形物底抜き手段１２を介して、冷却結晶槽２または濃縮槽１に繰り返される。

なお、上澄み抜き出し手段２１および固形物底抜き手段１２についても、ろ液供給手段２０と同様に、配管、および、真空ポンプ、定量ポンプ、ラインポンプ、その他の公知のポンプを含む流体移送装置により構成される。

本発明において、上澄み抜き出し手段２１または固形物底抜き手段１２を構成する流体移送装置としては、被搬送物や搬送高さなどに応じて適宜選択可能であるが、特に、定量ポンプ２３を用いることが好ましい。定量ポンプ２３としては、歯車ポンプ、ベローズダイヤフラムを用いた容積式ポンプであるベローズポンプ、プランジャを往復動させて液体を吸い込み側から吐出側に押し出す容積式ポンプであるプランジャポンプ、回転数比例で定量性のあるホースポンプなどを用いることができる。定量ポンプを適用することにより、沈殿した固形物９ａの粒度、水分率などによっては、流量が若干変化した場合でも、流量を一定に保つことができる。

本発明の実施形態の一例に係る沈降槽５は、非接触式レベルセンサ１９と、タイマー２２をさらに備える。

非接触式レベルセンサ１９は、超音波式レベルセンサ、電波式レベルセンサ、および、レーザ式レベルセンサから選択可能である。これらの非接触式レベルセンサ１９は、超音波、電波、あるいはレーザが、液面から反射して戻ってくる時間を測定することで、沈降槽５内のろ液のレベルを判定する。非接触式で測定できるため、液体の種類に依存することなく、かつ、ろ液などによる腐食にも強いという特徴を有する。

ただし、超音波式レベルセンサおよび電波式レベルセンサは、スポット径が比較的大きいため、沈降槽５の内面の形状や障害物の影響を受けやすい。このため、非接触式レベルセンサ１９として、超音波式レベルセンサあるいは電波式レベルセンサを用いる場合には、非接触式レベルセンサ１９を、沈降槽５のうち、槽内のセンシング可能な範囲と最上部に設けた不感帯とを、を避けるように槽内配管１８を配置する必要がある。

具体的には、槽内配管１８のうち、底部１４の上端部よりも上側に配置される部分については、槽本体１３の内周面に沿って配置し、底部１４に配置される部分については、沈殿した固形物９ａの表面近傍に配置することが好ましい。この場合、非接触式レベルセンサ１９は、沈降槽５の天井部あるいは開口部のうち、中心から径方向に外れた位置に配置して、槽内配管１８が非接触式レベルセンサ１９のセンシング範囲に入らないようにすることが好ましい。槽内配管１８のうち、底部１４に配置される部分は、沈殿した固形物９ａに近づくほど非接触式レベルセンサ１９がセンシングする範囲に入る可能性が小さくなる一方で、沈殿した固形物９ａから遠ざかるほど沈殿した固形物９ａに埋没する可能性が小さくなる。そこで、槽内配管１８のうち、底部１４に配置される部分は、非接触式レベルセンサ１９がセンシングする範囲と干渉せず、かつ、沈殿した固形物９ａに隙間なく埋没することを防止できる位置に配置される。

一方、非接触式レベルセンサ１９として、レーザ式レベルセンサを用いる場合には、レーザ式レベルセンサのスポット径が小さいため、槽内配管１８と非接触式レベルセンサ１９の配置上の制約は緩和されるが、管理コストも含めて高コストであるため、その適用は限定される可能性がある。

なお、レベルセンサには、浮きなどを利用したフロート式レベルセンサ、電極間に電圧を印加して液体の有無による電流の流れを検知する電極式レベルセンサなどの、接触式レベルセンサもあるが、ろ液中の固形物の固着による影響が生じる。たとえば、電極式レベルセンサでは、電極棒の先端部に沈殿した固形物が固着して、短絡した状態となって、正確な検知ができない場合がある。よって、本発明では、これらの接触式レベルセンサを用いることは実質的に困難である。

非接触式レベルセンサ１９によるろ液１０のレベルのセンシングは、センシング可能な範囲が沈降槽５の底部１４の上端部から上方向に広がっている。これは、本発明の実施形態の一例では、底部が水平面から４０度以上の傾斜角度を有するように傾斜しているため、ろ液１０のレベルが底部１４の上端部の高さ位置を下回ると、適切なセンシングができないためである。特に、底部１４の形状がコーン型（円錐）もしくは臼状の形状を有する場合、底部１４が非接触式レベルセンサ１９の検知距離および検知角内にあると、非接触式レベルセンサ１９が誤指示を行う可能性が高い。このため、非接触式レベルセンサ１９は、ろ液１０のレベルが底部１４の上端部の高さに達すると同時に、そのセンシングを終了するように設定する、あるいは、次述するタイマー２２を作動させて、タイマー２２を用いた工程管理に移行するようにすることが望ましい。

本発明の実施形態の一例では、非接触式レベルセンサ１９に加えて、タイマー２２を設置している。本例では、底部１４におけるろ液１０のレベルを測定するかわりに、タイマー２２を用いて、底部１４に存在する上澄み１１の抜き取り時間と固形物９ａの底抜き時間を制御している。

すなわち、タイマー２２が、ろ液１０のレベルが、底部１４のうち、沈殿した固形物９ａが存在する領域の高さよりわずかに上方の位置、言い換えると、槽内配管１８の上流側の端部（下端部）の開口が存在する高さ位置に到達するまでを、時間によって制御して、上澄み抜き出し手段２１を構成するポンプが空転する前にその作動を停止させる。このように、タイマー２２は、ろ液１０のレベルが所定の位置となった時点で、たとえば非接触式レベルセンサ１９によるセンシングにより、ろ液１０のレベルが底部１４の上端部に達した時点で時間測定を開始して、ろ液１０のレベルが槽内配管１８の下端部に到達する頃（直前）である所定時間経過時に、上澄み抜き出し手段２１の作動を停止する。

タイマー２２は、次に、固形物底抜き手段１２を作動させて、固形物９ａの底抜きを開始し、固形物９ａの底抜きの開始後の所定時間経過後、すなわち、固形物９ａが十分に底抜きされるが、固形物底抜き手段１２を構成するポンプが空転により過熱する前に、固形物底抜き手段１２の作動を停止する。

タイマーの作動時間については、上澄み抜き出し手段２１あるいは固形物底抜き手段１２を構成する流体移送装置の構成に応じて、沈殿した固形物９ａと上澄み１１を抜き出すのに要する時間をそれぞれ調べることにより、適宜決定される。特に、流体移送装置として、定量ポンプを用いた場合には、ろ液１０の容量として、ろ液１０のレベルが所定の位置（底部１４の上端部）にある時点から槽内配管１８の下端部までの容量、並びに、槽内配管１８の下端部から底部１４の最底部までの容量は計算により求めることができるから、タイマーの作動時間を決めるための予備試験は不要となる。

非接触式レベルセンサ１９およびタイマー２２による、ろ液供給手段２０、上澄み抜き出し手段２１、および、固形物底抜き手段１２の作動の管理については、非接触式レベルセンサ１９およびタイマー２２が有するスイッチ機構を利用することができる。あるいは、コンピュータ、制御機器などを別に設けて、これらを介して、非接触式レベルセンサ１９、タイマー２２、ろ液供給手段２０、上澄み抜き出し手段２１、および、固形物底抜き手段１２の全体の作動を管理および制御することもできる。

本発明の沈降槽は、以下のように制御される。

まず、ろ液供給手段２０により、ろ液１０を受け入れ、非接触式レベルセンサ１９が、ろ液受け入れ上限まで、ろ液１０のレベルが到達したことを検知すると、ろ液供給手段２０の作動を停止して、ろ液１０の受け入れを終了する。非接触式レベルセンサ１９は、少なくとも槽本体１３におけるろ液１０のレベルを検知できるように配置される。非接触式レベルセンサ１９の種類に応じて、センシング範囲に不感帯が存在する場合には、少なくとも、槽本体１３の最上部に存在する不感帯の最低レベルと底部１４の上端部との高さ方向範囲についてセンシング可能に配置される。なお、この場合、ろ液受け入れ上限は、不感帯の最低レベルよりも下方の位置、好ましくは不感帯の最低レベルのわずか下方の位置に設定される。

その後、ろ液１０の所定の滞留時間を設けて、沈降槽５内でろ液１０を沈降分離させ、固形物９ａを沈殿させる。

所定の滞留時間経過後、上澄み抜き出し手段２１により、沈降分離によって生じた上澄み１１の抜き出しを開始し、非接触式レベルセンサ１９が、少なくとも、そのセンシングに関する高さ方向範囲の下限、すなわち、底部１４の最上部まで、ろ液１０のレベルのセンシングを継続する。

非接触式レベルセンサ１９によるセンシングの停止と同時あるいはろ液１０のレベルが所定の位置となった時点において、タイマー２２が始動し、上澄み１１の抜き出しを継続し、ろ液１０のレベルが槽内配管１８の下端部に到達する頃（直前）である所定時間経過後に、上澄み抜き出し手段２１の作動を停止し、上澄み１１の抜き出しを終了する。

上澄みの抜き出しの停止と実質的に同時に、固形物底抜き手段１２が作動し、固形物底抜き手段１２が、タイマー２２が停止するまで、所定時間、固形物９ａの底抜きを継続する。

このようにして、固形物底抜き手段１２によって、沈降槽５内で沈殿濃縮された固形物９ａをスラリー状態のまま、前工程の所定の場所、すなわち、冷却結晶槽２あるいは濃縮槽１に繰り返す。固形物９ａの全量を抜き終えた後、上述のように、タイマー２２が停止して、固形物底抜き手段１２の作動を停止させて、ろ液１０の沈降分離並びに上澄み１１と固形物９ａの抜き出しの１サイクルを完了させる。

本発明において、沈降槽５において、粗硫酸ニッケルなどの微細な固形物９ａの沈殿を得るためには、微細な固形物を含有するろ液１０を、所定の時間沈降させることが重要である。沈降槽５に送られたろ液１０から微細な固形物９ａを沈降させて、固形物９ａの沈殿を十分に得るためには、沈降槽５へのろ液１０の投入を停止してからの沈降槽５での滞留時間を１５分以上とすることが好ましく、固形物９ａの９０％以上を確実に沈殿させるためには、沈降槽５での滞留時間を２０分以上確保することが好ましい。

この滞留時間は、１５分以上、好ましくは２０分以上であれば上限は限定されないが、この滞留時間が長くなるほど時間当たり処理液量が低下する。よって、ろ過器３から送り出されたろ液１０の保有に大型の沈降槽５が必要とされる。これらの事情を勘案すると、滞留時間は５０分以下、好ましくは、４０分以下とすることが望ましい。

また、本発明においては、沈降槽５へのろ液１０の受け入れと、固形物９ａの沈降および底抜きとを明確に区別して行うこと、すなわち、沈降槽５へのろ液１０の投入を停止した後で、固形物９ａの沈降および底抜きを行うことが重要である。本発明を効果的に実施するためには、ろ過器３でろ過されたろ液１０を、レシーバタンク４を介して間欠的に沈降槽５に送ることがよい。これによって、ろ過器３でろ過を連続的に行いつつ、すなわち、ろ過器３への通液量を大きく保った状態で、沈降槽５において、ろ液１０の受け入れと、固形物９ａの沈降および底抜きを時間的に区別して行うことが可能となる。

さらに、本発明では、沈降槽５は、ろ液１０の受け入れ後、あるいは、固形物９ａの底抜きおよび上澄み１１の抜き出しの前に、ろ液１０の沈降分離のみを行う待機時間を設ける機能を有する。沈降槽５のこのような機能が確保できる限り、沈降槽５は１基設置すれば十分である。ただし、十分な滞留時間を確保するには、沈降槽５を２基以上設置することが有効である。たとえば、図１に示すように沈降槽５を２基設けて、第１の工程として、このうちの１基でろ液１０の受け入れを行い、別の１基で固形物９ａの沈殿および底抜き、並びに、上澄み１１の抜き出しを行い、第２の工程として、ろ液１０の受け入れを行っていた１基を固形物９ａの沈殿および底抜き、並びに、上澄み１１の抜き出しに切り替えて、これらを行い、固形物９ａの沈殿および底抜き、並びに、上澄み１１の抜き出しを行っていた別の１基では、これらの代わりにろ液１０の受け入れを行うようにして、第１の工程と第２の工程とをそれぞれ交互に行うことが好ましい。これにより、ろ液１０の受け入れ後、あるいは、固形物９ａの底抜きおよび上澄み１１の抜き出しの前に、ろ液１０の沈降分離のみを行う待機時間を十分に設けることが可能となり、固形物９ａの沈降および底抜きの時間的な区別が確実になされる。２基以上の沈降槽５へ液を振り分けるには、三方弁を沈降槽５の上流に配置すれよいが、この態様に限らない。

ろ液１０の滞留時間を十分に確保でき、かつ、ろ液１０の受け入れと、固形物９ａの沈降および底抜き、並びに、上澄み１１の抜き出しとが明確に区別され、かつ、固形物９ａの沈降および底抜きが時間的に区別して行われる限り、レシーバタンク４を省略することが可能である。たとえば、ろ液１０の滞留時間と、固形物９ａの底抜きおよび上澄み１１の抜き出しの時間との合計が、ろ液１０の受け入れ時間より短い場合は、レシーバタンク４を省略しても、２基の沈降槽５を切り替えながら、ろ過器３から連続的にろ液１０を送り出すことができる。

沈降槽５からの固形物９ａの底抜きおよび上澄み１１の抜き出しを行う工程では、沈降槽５の下部から、固形物底抜き手段１２に設けた定量ポンプ２３により、固形物９ａの沈殿を底抜きして、冷却結晶槽２または濃縮槽１（図１の例では、冷却結晶槽２）への繰り返し、および、上澄み１１の沈降槽５の上部からの払い出しを行う。上澄み１１は、硫酸を多く含むため、電解液に添加して酸濃度の調整に使うことができる。

ろ過器３からのろ液１０に粒度の大きい固形物９ａの粒子が含まれている場合は、この粒子は沈降槽５に到達する前にレシーバタンク４内で沈殿することがある。このため、レシーバタンク４でのろ液１０の滞留時間を適切に調整することによって、固形物９ａの粒子のほぼ全量を沈降槽５に送ることが好ましい。

以下、実施例により、本発明についてさらに詳細に説明する。実施例においては、被処理液として銅の電解精製において生ずる脱銅終液、固形物として、脱銅終液からの脱ニッケル工程において析出および回収される粗硫酸ニッケルを取り扱うが、本発明は以下の実施例に限定されることはない。

（実施例１）
図１および図２に示す、濃縮槽１、冷却結晶槽２、ろ過器３、レシーバタンク４、および、２基の沈降槽５（いずれも、容積８００Ｌ、内径１ｍ、槽本体１３の高さ０．９ｍ、底部１４の高さ０．５ｍ）により構成される、粗硫酸ニッケルの回収装置を用いた。

沈降槽５としては、槽本体１３と、底部１４を備え、底部１４は、コーン型の形状を有し、水平面からの傾斜角度が４５度となるように、底部１４の径方向中心部にある最底部に向けて傾斜している、沈降槽を用いた。

槽本体１３の天井部の一部に、ろ液受け入れ用インレット１５を、槽本体１３の側壁の上部に、上澄み抜き出し用アウトレット１６を、底部１４の最底部に固形物底抜き用アウトレット１７をそれぞれ設けた。ろ液受け入れ用インレット１５に、レシーバタンク４からろ液１０を供給するためのろ液供給手段２０を、上澄み抜き出し用アウトレット１６に、槽内から上澄み１１を系外に抜き出すための上澄み抜き出し手段２１を、固形物底抜き用アウトレット１７に、固形物９ａを槽内から底抜きし、冷却結晶槽２に戻すための固形物底抜き手段１２をそれぞれ接続した。ろ液供給手段２０、上澄み抜き出し手段２１、固形物底抜き手段１２は、いずれも配管と定量ポンプにより構成した。

槽内配管１８の下流側の端部（上端部）を上澄み抜き出し用アウトレット１６に接続した。槽内配管１８の上端部から中間部までを、槽本体１３（円筒部）と底部１４の境界まで、内周面に沿って、内周面の近傍に配置した。槽内配管１８を中間部で屈曲させて、槽内配管１８の上流側の端部（下端部）を槽本体１３の内周面近傍から径方向中心部に向けて突出させ、底部１４の高さ方向中間部で径方向中心部に槽内配管１８の下端部開口を開口させた。

槽本体１３の天井部で径方向中心部から外れた位置で、槽内配管１８と径方向反対側の箇所に、超音波式レベルセンサである非接触式レベルセンサ１９（横河電機株式会社製、ＳＵＮ６１）を設置した。

このように構成された沈降槽５を組み込んだ、粗硫酸ニッケルの回収装置を以下のように操業した。

最初に、銅０ｇ／Ｌ、ニッケル３０ｇ／Ｌ～４０ｇ／Ｌの脱銅終液である被処理液６を濃縮槽１に供給した。濃縮槽１の液温は、黒鉛電極のジュール熱により１５０℃～１７０℃の範囲内の温度を維持した。

濃縮槽１からオーバーフローにより濃縮液７を冷却結晶槽２に払い出し、冷却結晶槽２での液温が６０℃以下となるように、強制冷却した。この冷却は、冷却結晶槽２内に設けた蛇管に工業用水を流入させることで行った。

生成した粗硫酸ニッケルを含有するスラリー８は、レシーバタンク４に設けられた真空ポンプ（ＶＰ）を用い、冷却結晶槽２の液位を一定に保つように、連続的に真空ろ過器であるろ過器３に供給し、粗硫酸ニッケルである固形物９を回収した。ろ過漏れした残留粗硫酸ニッケルを含むろ液１０を、レシーバタンク４に供給した。

ろ液供給手段２０および非接触式レベルセンサ１９である超音波式レベルセンサを作動させ、ろ液供給手段２０を介して、レシーバタンク４から沈降槽５のうちの１基へのろ液１０の送液を開始し、ろ液１０のレベルが受け入れ上限まで到達したことを非接触式レベルセンサ１９が検知すると、ろ液供給手段２０の作動を停止して、ろ液１０の受け入れを停止した。

沈降槽５内におけるろ液１０の滞留時間を４０分として、ろ液１０を沈降分離させ、残留粗硫酸ニッケルである固形物９ａを底部１４に沈殿させた。本例では、２つの沈降槽５のうちの別の１基は稼働させず、次のろ液１０の受け入れまで、レシーバタンク４からろ液１０を系外に排出した。

上澄み抜き出し手段２１および非接触式レベルセンサ１９を作動させて、上澄み抜き出し手段２１により、沈降分離で生じた上澄みを抜き出しながら、非接触式レベルセンサ１９が、ろ液１０のレベルのセンシングを行い、ろ液１０のレベルが底部１４の最上部まで到達した時点で、タイマー２２を作動させると同時に、センシングを停止した。

タイマー２２は、作動してから１２０秒が経過した時点で、上澄み抜き出し手段２１を停止すると同時に、固形物底抜き手段１２を作動させて固形物９ａを冷却結晶槽２に返送した。タイマー２２は、固形物底抜き手段１２の作動から１８０秒後に、固形物底抜き手段１２の作動を停止させた。なお、上澄みは電解液の一部として電解槽に送って使用した。

レシーバタンク４から系外に排出した液量は、沈降槽５へ送った液量とほぼ同じであった。すなわち本例では、ろ液１０の沈降槽５での処理率は、実質的に５０％であった。以上の試験操業を３ヶ月間行い、月ごとの粗硫酸ニッケルの回収率を求めた。その結果、粗硫酸ニッケルの回収率は、平均して８３％であった。

（実施例２）
実施例１とは異なり、２基の沈降槽５を使用した。レシーバタンク４から沈降槽５のうちの１基（第１槽）に、沈降槽５内のろ液１０が受け入れ上限になるまで供給し、供給停止後に、ろ液１０の供給先を沈降槽５の別の１基（第２槽）に切り替え、同様にろ液１０の供給を行った。第２槽にろ液１０を供給している間は、第１槽におけるろ液１０の滞留時間を４０分とした後、第１槽から上澄み１１の抜き出しと固形物（残留粗硫酸ニッケル）９ａの底抜きを行った。底抜きの完了後、第１槽へろ液１０の供給を再開した。第１槽にろ液１０を供給している間は、第２槽についても同様に、ろ液１０の滞留時間４０分の後、上澄み１１の抜き出しと固形物９ａの底抜きを行った。底抜きの完了後、第２槽へろ液１０の供給を再開した。２基の沈降槽５の制御については、実施例１と同様に行った。これらの工程を順次繰り返して、粗硫酸ニッケルの回収を操業した。

なお、レシーバタンク４の液量が少ない場合は、液量が一定以上に達してからレシーバタンク４から沈降槽５への送液を行った。

本例では、ろ液１０の全量を沈降槽５で処理でき、沈降槽５での処理率は、実質的に１００％であった。以上の試験操業を３ヶ月間行い、月ごとの粗硫酸ニッケルの回収率を求めた。その結果、粗硫酸ニッケルの回収率は、平均して８７％であった。

（比較例１）
沈降槽５を用いずに、真空ろ過器であるろ過器３でろ過されレシーバタンク４に溜められたろ液１０をそのまま払い出したこと以外は、実施例１と同様に、試験操業を３ヶ月間行って、月ごとの粗硫酸ニッケルの回収率を求めた。その結果、粗硫酸ニッケルの回収率は８０％であった。

（比較例２）
超音波式レベルセンサ（非接触式レベルセンサ１９）およびタイマーに代替して、接触式レベルセンサである電極式レベルセンサを用い、電極式レベルセンサの電極棒の先端が、槽内配管１８の下端部と同じ高さに配されるように、電極式レベルセンサを設置したこと以外は、実施例1と同様に試験操業を行った。

ろ液１０の受け入れから固形物９ａの底抜きの完了までを数日繰り返した時点で、電極式レベルセンサによる上澄み１１の抜き出しの下限が検出できなくなり、上澄み抜き出し手段２１のポンプが長時間空転する事態が発生した。沈降槽５を開けて中を確認したところ、残留粗硫酸ニッケルが電極棒とその間に固着していた。電極棒から粗硫酸ニッケルを取り除いたところ、電極棒に変色や亀裂が見られた。ろ液１０の受け入れの際に、電極棒の周りでろ液の流れが悪くなって、電極棒の周囲に沈降した残留粗硫酸ニッケルが堆積するとともに粗硫酸ニッケルが新たに析出して、短絡したことが原因であると考えられる。

（考察）
粗硫酸ニッケルの回収率は、ろ過器３から回収したニッケルの量を、濃縮槽１へのニッケルの供給量（被処理液６に含まれていたニッケルの全体量）で割って求めている。沈降槽５を非使用の比較例１に対して、沈降槽５を使用した実施例１では、ろ過漏れした残留粗硫酸ニッケルが回収され、３％の粗硫酸ニッケルの回収率の向上が見られたことになる。また、ろ液１０の全量を沈降槽５で処理した実施例２では、ろ過漏れした残留粗硫酸ニッケルがより多く回収され、７％の粗硫酸ニッケルの回収率の向上が見られたことになる。これら回収率の向上はろ過漏れを回収したことに起因するため、上澄み１１に溶存したままの硫酸ニッケルの量にかかわらず、安定して回収率を向上させることができる。

１ 濃縮槽
２ 冷却結晶槽
３ ろ過器
４ レシーバタンク
５ 沈降槽
６ 被処理液（脱銅終液）
７ 濃縮液
８ スラリー
９ 固形物（粗硫酸ニッケル）
１０ ろ液
１１ 上澄み
１２ 固形物底抜き手段
１３ 槽本体（円筒部側）
１４ 底部
１５ ろ液受け入れ用インレット
１６ 上澄み抜き出し用アウトレット
１７ 固形物底抜き用アウトレット
１８ 槽内配管
１９ 非接触式レベルセンサ（超音波式レベルセンサ）
２０ ろ液供給手段
２１ 上澄み抜き出し手段
２２ タイマー
２３ 定量ポンプ

Claims (8)

1. 槽本体と、底部と、ろ液受け入れ用インレットと、上澄み抜き出し用アウトレットと、前記底部に設けられた固形物底抜き用アウトレットと、前記上澄み抜き出し用アウトレットに接続される槽内配管と、前記ろ液受け入れ用インレットを介して、ろ液を供給する手段と、前記槽内配管および前記上澄み抜き出し用アウトレットを介して、前記ろ液の沈降分離で生じた上澄みを抜き出す手段と、前記固形物底抜き用アウトレットを介して、前記ろ液の沈降分離で沈殿している固形物を底抜きする手段と、を備えた沈降槽であって、
   該沈降槽は、該沈降槽の槽内における前記ろ液のレベルをセンシング可能に配置された非接触式レベルセンサと、タイマーと、をさらに備え、
   前記底部は、前記固形物底抜き用アウトレットに向けて下傾しており、
   前記固形物底抜き用アウトレットは、前記底部の最底部に配置されており、
   前記槽内配管は、前記上澄み抜き出し用アウトレットから前記底部の水平方向中間部および高さ方向中間部まで伸長し、下端部に開口を備えており、
   前記非接触式レベルセンサは、前記ろ液のレベルが、前記槽内のろ液受け入れ上限に達するまで、前記ろ液を供給する手段を作動させ、かつ、該ろ液が沈降分離し、前記上澄みを抜き出す手段の作動後において、前記上澄みのレベルを検知し、および、
   前記タイマーは、前記上澄みのレベルが前記底部の上端部に達した際に作動し、前記上澄みのレベルが前記槽内配管の前記開口に到達する以前の所定時間経過時に、前記上澄みを抜き出す手段の作動を停止し、かつ、前記固形物を底抜きする手段を作動させて、所定時間経過後に、前記固形物を底抜きする手段を停止させる、
   沈降槽。
2. 前記非接触式レベルセンサは、超音波式レベルセンサ、電波式レベルセンサ、および、レーザ式レベルセンサから選択される、請求項１に記載の沈降槽。
3. 前記底部は、コーン型もしくは臼状の形状を有する、請求項１または２に記載の沈降槽。
4. 前記底部は、水平面からの傾斜角度が４０度以上の傾斜を有する、請求項１～３のいずれかに記載の沈降槽。
5. 前記槽内配管は、前記上澄み抜き出し用アウトレットと前記底部の上端部との間において、前記槽本体の横断面における、前記非接触式レベルセンサがセンシングする範囲と干渉しない位置に配置されている、請求項１～４のいずれかに記載の沈降槽。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の沈降槽を用い、
   前記ろ液を供給する手段により、ろ液を受け入れ、前記非接触式レベルセンサが前記槽内の前記ろ液受け入れ上限を検知すると、前記ろ液の受け入れを停止する工程、
   該沈降槽内で前記ろ液を沈降分離させて固形物を前記底部に沈殿させる工程、
   前記上澄みを抜き出す手段により、上澄みの抜き出しを開始し、前記非接触式レベルセンサが該上澄みのレベルを検知し、かつ、前記タイマーが、前記上澄みのレベルが前記底部の上端部に達した際に作動し、前記上澄みのレベルが前記槽内配管の前記開口に到達する以前の所定時間経過時に、前記上澄みの抜き出しを停止する工程、
   前記上澄みの抜き出しの停止と同時に、前記固形物を底抜きする手段により、前記固形物の底抜きを開始し、該固形物の底抜きの開始後の所定時間経過後、前記固形物の底抜きを停止する工程、
   を備える、
   沈降槽の制御方法。
7. 被処理液を加熱濃縮して濃縮液を得る濃縮工程と、
   前記濃縮液を冷却して固形物を析出させて、該固形物を含むスラリーを得る冷却工程と、
   前記スラリーをろ過して、前記固形物を回収するろ過工程と、
   前記ろ過工程で得られ、ろ過漏れした固形物を含むろ液を、沈降槽に投入し、該ろ液中の固形物を前記沈降槽の底部に沈殿させ、かつ、前記沈降槽の底部に沈殿した固形物を抜き出して、前記冷却工程以前に繰り返す工程と、
   を備え、
   前記沈降槽を用いた工程において、請求項６に記載の沈降槽の制御方法を用いる、
   固形物の製造方法。
8. 前記沈降槽を２基以上設け、該沈降槽のうちのいずれか１基への前記ろ液の投入と、前記沈降槽のうちの別の少なくとも１基での前記固形物の沈殿および／または抜き出しとを同時に行う、請求項７に記載の固形物の製造方法。

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