(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製錬設備から排出されたスラリーが供給される第１沈殿池の上澄み水を第２沈殿池に排出する上澄み水排出装置であって、
前記第１沈殿池に設けられた水中ポンプと、
前記水中ポンプが納められる筐体と、
前記筐体に固定され、前記水中ポンプを前記第１沈殿池の水面に浮揚させる浮きと、
前記筐体の側部に設けられ、前記第１沈殿池の堆積物までの距離を測定する非接触式の距離センサと、
前記距離センサの測定値が距離閾値に達した場合に前記水中ポンプを停止させる制御装置と、を備える
ことを特徴とする上澄み水排出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上澄み水排出装置に関する。さらに詳しくは、例えばテーリングダムの上澄み水をリターンウォーターポンドに排出するための上澄み水排出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リモナイト鉱等に代表される低品位ニッケル酸化鉱石からニッケル、コバルト等の有価金属を回収する湿式製錬法として、硫酸を用いた高圧酸浸出法（HPAL: High Pressure Acid Leaching）である高温加圧硫酸浸出法が知られている。
【０００３】
高温加圧硫酸浸出法による湿式製錬では、製造工程で発生した系外に排出すべきスラリーをテーリングダム（鉱滓ダム）等の大型の沈殿池で処理する。テーリングダムではスラリー中の固形分を重力沈降させてダム底部に堆積させる。テーリングダムの上澄み水はリターンウォーターポンド（静置池）に排出して、さらに静置した上で系外に排出する。
【０００４】
ところで、スラリーを処理する装置としてシックナーが知られている。シックナーは円筒状の外枠と中心部が深くなった円錐状の底部とを有するシックナー本体と、シックナー本体の内部で回転するレーキとを備える。シックナー本体に供給されたスラリー中の固形分は、凝集剤の添加、重力沈降、レーキの撹拌作用により、凝集、沈殿、圧縮され、底部に堆積する。固形分は底部から抜き取られ、上澄み液はオーバーフローラインから抜き取られる。シックナーにより比較的短時間で効率よくスラリーの処理を行うことができる。
【０００５】
しかし、低品位ニッケル酸化鉱石（ニッケル品位が１重量％程度）を原料とする湿式製錬では、処理した鉱石の大部分を排出するため、スラリーが大量に発生し、上澄み水の排出量も非常に多くなる。このように大量のスラリーを処理するのにシックナーを用いると、設備コストが高くなる。
【０００６】
そのため、湿式製錬プラントは、計画段階から、例えば生産エリアとほぼ同程度の広さを有する谷状の地形を選定し、その谷の出口を堰き止めてテーリングダムを構築するとともに、テーリングダムに隣接するように製錬設備が建設される。そして、製錬設備から排出されたスラリーをテーリングダムで処理している。
【０００７】
テーリングダムはスラリー中の固形分を重力沈降のみで堆積させるため、十分な滞留時間が必要である。そのため、上澄み水の排出にはシックナーに用いられるようなオーバーフロー方式を採用することができない。テーリングダムの上澄み水をリターンウォーターポンドに排出するにはポンプが使用される。
【０００８】
しかし、テーリングダムの上澄み水をポンプで排出するには以下のような問題がある。
スラリー中の固形分はダム底部に徐々に堆積するため、堆積高さは徐々に上昇する。ポンプの吸込口に堆積物が接近すると、ポンプが固形分を吸引してしまい故障の原因となる。また、テーリングダムの水位は排水処理量によって常に変動する。水位が低下してポンプの吸引口が液面から出てしまうと、ポンプが空気を吸い込む空引き状態となり故障の原因となる。
【０００９】
これらの問題を回避するには、常にテーリングダムの水位や堆積高さを監視し、その変動に応じて吸引口の位置を変える必要があり、時間と労力がかかる。
【００１０】
さらに、テーリングダムやリターンウォーターポンドは屋外に構築されるため、天候変動に大きな影響を受ける。雨季乾季のある地域では雨季にしばしば発生し、日本でも主に夏に発生するゲリラ豪雨（天気予報では予測が困難な集中豪雨）では、数百mm/時の降雨量が数時間継続する。集中豪雨が発生するとリターンウォーターポンドの水位が上昇して溢れ出し、周囲の設備が冠水する恐れがある。
【００１１】
特許文献１には、水中ポンプに浮揚部材を設けることで、水位低下に追従して水中ポンプを下降させる技術が開示されている。水中ポンプが水位に追従するので、水中ポンプの高さ調整を的確に行うことができる。
しかし、屋外に構築されるリターンウォーターポンドが集中豪雨により溢れ出すことは考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−００９０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記事情に鑑み、沈殿池が集中豪雨により溢れ出すことを防止できる上澄み水排出装置を提供することを目的とする。
また、固形分の吸引や空引きによるポンプの故障を防止できる上澄み水排出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１発明の上澄み水排出装置は、製錬設備から排出されたスラリーが供給される第１沈殿池の上澄み水を第２沈殿池に排出する上澄み水排出装置であって、前記第１沈殿池に設けられた水中ポンプと、前記水中ポンプが納められる筐体と、前記筐体に固定され、前記水中ポンプを前記第１沈殿池の水面に浮揚させる浮きと、前記筐体の側部に設けられ、前記第１沈殿池の堆積物までの距離を測定する非接触式の距離センサと、前記距離センサの測定値が距離閾値に達した場合に前記水中ポンプを停止させる制御装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明によれば、距離センサの測定値が距離閾値に達した場合に水中ポンプを停止させるので、水位の低下や堆積高さの上昇により水中ポンプに堆積物が接近すると水中ポンプを停止できる。そのため、固形分の吸引による水中ポンプの故障を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】テーリングダムおよびリターンウォーターポンドの説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る上澄み水排出装置の説明図である。
【図３】制御装置のブロック図である。
【図４】湿式製錬方法の全体工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜湿式製錬＞
まず、ニッケル酸化鉱石からニッケル・コバルト混合硫化物を得る湿式製錬を説明する。
リモナイト鉱等に代表される低品位ニッケル酸化鉱石からニッケル、コバルト等の有価金属を回収する湿式製錬法として、硫酸を用いた高圧酸浸出法（HPAL: High Pressure Acid Leaching）である高温加圧硫酸浸出法が知られている。
【００１８】
図４に示すように、高温加圧硫酸浸出法による湿式製錬には、前処理工程（１）と、高温加圧硫酸浸出工程（２）と、中和工程（３）と、不純物除去工程（４）と、硫化工程（５）と、最終中和工程（６）とが含まれる。
【００１９】
前処理工程（１）では、ニッケル酸化鉱石を解砕分級して鉱石スラリーを製造する。高温加圧硫酸浸出工程（２）では、前処理工程（１）で得られた鉱石スラリーに硫酸を添加し、220〜280℃で撹拌して高温加圧酸浸出し、浸出スラリーを得る。
【００２０】
中和工程（３）では、浸出スラリーを中和するとともに浸出残渣を排出する。不純物除去工程（４）では、中和工程（３）で得られた浸出液に硫化水素ガスを添加して亜鉛を硫化亜鉛として沈殿除去する等して不純物を不純物残渣として排出する。硫化工程（５）では、不純物除去工程（４）で得られた不純物除去後の浸出液に硫化剤を添加してニッケル・コバルト混合硫化物を得、ニッケル貧液を排出する。
【００２１】
中和工程（３）で排出された浸出残渣、不純物除去工程（４）で排出された不純物残渣、および硫化工程（５）で排出されたニッケル貧液が混合されたスラリーは最終中和工程（６）に装入される。最終中和工程（６）ではスラリーを中和した後に最終スラリーとして排出する。
【００２２】
最終中和工程（６）から排出された最終スラリーはテーリングダムで固液分離される。テーリングダムでは最終スラリー中の固形分を重力沈降させてダム底部に堆積させる。テーリングダムの上澄み水はリターンウォーターポンドに排出して、さらに静置した上で系外に排出する。リターンウォーターポンドから排出された排水はリサイクル水として湿式製錬に繰り返ししたり、放流したりする。
【００２３】
＜テーリングダム、リターンウォーターポンド＞
つぎに、テーリングダムおよびリターンウォーターポンドを説明する。
図１に示すように、テーリングダムＤ（鉱滓ダムとも称される。）は、谷状の地形の出口を堰き止めて構築された大型の沈殿池である。製錬設備から排出されたスラリー（図４における最終スラリー）は、まずテーリングダムＤで処理される。テーリングダムＤではスラリー中の固形分を重力沈降させてダム底部に堆積させることにより、スラリーを堆積物Ｓと上澄み水Ｗとに固液分離する。ダム底部に堆積した堆積物Ｓは排出されないため、堆積物Ｓの高さ（堆積高さ）は徐々に上昇する。また、テーリングダムＤの水位は排水処理量（テーリングダムＤへのスラリー供給量、テーリングダムＤからの上澄み水排出量）によって常に変動する。
【００２４】
テーリングダムＤの上澄み水Ｗは上澄み水排出装置Ａにより排出され、リターンウォーターポンドＰに供給される。リターンウォーターポンドＰ（静置池とも称される。）は、屋外に構築された沈殿池である。上澄み水ＷはリターンウォーターポンプＰで静置された後に系外に排出される。
【００２５】
なお、テーリングダムＤおよびリターンウォーターポンドＰは、それぞれ特許請求の範囲に記載の「第１沈殿池」および「第２沈殿池」に相当する。第１沈殿池および第２沈殿池は、テーリングダムＤやリターンウォーターポンドＰに限定されず、重力沈降により固形分を沈殿させることで固液分離する沈殿池であればよい。
【００２６】
＜上澄み水排出装置＞
本発明の一実施形態に係る上澄み水排出装置Ａは、上記のようなテーリングダムＤの上澄み水ＷをリターンウォーターポンドＰに排出するのに好ましく適用される。
【００２７】
図１に示すように、上澄み水排出装置Ａは、テーリングダムＤに設けられた水中ポンプ１０と、水中ポンプ１０に接続されたフレキシブルホース２０とを備えている。水中ポンプ１０で吸引された上澄み水Ｗはフレキシブルホース２０で導かれ、テーリングダムＤの外に排出されてリターンウォーターポンドＰに供給される。
【００２８】
後述のごとく、水中ポンプ１０はテーリングダムＤの水位に追従して上下動する。水中ポンプ１０の上下動を許容するため、フレキシブルホース２０は硬質ビニル等の可撓性を有する材質からなる。
【００２９】
図２に示すように、水中ポンプ１０は、吸引口１１と、吐出管１２と、モータ１３とからなる。モータ１３を駆動させることにより、吸引口１１から上澄み水Ｗを吸引して吐出管１２から吐出できる。吐出管１２は接続管２１を介してフレキシブルホース２０の一端に接続されている。
【００３０】
（浮揚部材）
水中ポンプ１０は、浮揚部材３０が設けられており、テーリングダムＤの水面に浮揚されている。浮揚部材３０は、水中ポンプ１０が納められる筐体３１と、筐体３１に固定された浮き３２とからなる。筐体３１は金網等の液体が流入できる素材で構成されており、筐体３１の内部に上澄み水Ｗが流入するようになっている。浮き３２は所望の浮力が得られるものであれば特に限定されず、発泡スチロールや金属缶等が用いられる。浮き３２の形状も特に限定されず、円柱状であってもよいし、球状であってもよい。
【００３１】
浮揚部材３０は、少なくとも吸引口１１が水面下に位置するように水中ポンプ１０を浮揚させる浮力があればよい。吸引口１１を水面下に位置させることで上澄み水Ｗを吸引することができる。
【００３２】
また、本実施形態のように、浮揚部材３０を水中ポンプ１０の全体が水面直下に位置するように浮揚させるよう構成することが好ましい。テーリングダムＤは屋外であるため水中ポンプ１０は日光に晒される。しかしこのような構成にすれば、水中ポンプ１０が水中に位置しているため、直射日光による温度上昇を抑えるとともに水冷することができ、水中ポンプ１０の故障を抑制できる。また、水中ポンプ１０に想定外の過熱現象が発生しても水冷されるため、水中ポンプ１０の故障を抑制できる。
【００３３】
前述のごとく、テーリングダムＤの水位は排水処理量によって常に変動する。しかし、水中ポンプ１０は浮揚部材３０によりテーリングダムＤの水面に浮揚されているので、テーリングダムＤの水位に追従して上下動する。そのため、吸引口１１が液面から出ることがなく、空引きによる水中ポンプ１０の故障を防止できる。
【００３４】
（距離センサ）
浮揚部材３０の筐体３１にはその底部付近に距離センサ４１が固定されている。すなわち、距離センサ４１は浮揚部材３０を介して水中ポンプ１０に固定されており、水中ポンプ１０とともに上下動する。なお、特許請求の範囲に記載の「水中ポンプに設けられ」は、距離センサ４１が水中ポンプ１０に直接的に設けられる形態のほかに、浮揚部材３０等の他の部材を介して間接的に設けられる形態も含まれる。
【００３５】
距離センサ４１の測定方向は下方を向いており、距離センサ４１によりテーリングダムＤの底部に堆積した堆積物Ｓまでの距離を測定できるよう構成されている。そのため、距離センサ４１により水中ポンプ１０と堆積物Ｓとの距離を測定することができる。
【００３６】
距離センサ４１は堆積物Ｓまでの距離を測定できれば、その種類は特に限定されず、光学式や音波式等の非接触式でもよいし、接触式でもよい。ただし非接触式の距離センサ４１を用いることが好ましい。低品位ニッケル酸化鉱石を原料とする湿式製錬においては、排出されたスラリー中の固形分が堆積して形成された堆積物Ｓは非常に微細な粘土状であり、堆積物Ｓの表面は非常に軟弱である。非接触式の距離センサ４１を用いれば、非常に軟弱な堆積物Ｓまでの距離を正確に測定できるからである。
【００３７】
水中ポンプ１０には制御装置５０が接続されており、モータ１３のオン／オフ、すなわち水中ポンプ１０の駆動／停止を制御できる。制御装置５０と距離センサ４１とは有線または無線で接続されており、制御装置５０に距離センサ４１の測定値が入力されている。
【００３８】
制御装置５０には水中ポンプ１０と堆積物Ｓとの距離の下限値（距離閾値）が記憶されている。制御装置５０は距離センサ４１の測定値が距離閾値に達した場合（距離閾値を下回る場合）に水中ポンプ１０を停止させる。そのため、水中ポンプ１０が堆積物Ｓに近づき過ぎた場合に水中ポンプ１０を停止させることができる。
【００３９】
前述のごとく、テーリングダムＤの水位は常に変動し、水中ポンプ１０はテーリングダムＤの水位に追従して上下動する。また、テーリングダムＤの底部に堆積した堆積物Ｓの高さ（堆積高さ）は徐々に上昇する。そのため、水位の低下や堆積高さの上昇により水中ポンプ１０が堆積物Ｓに近づき過ぎると、固形分を吸引してしまい故障の原因となる。
【００４０】
しかし、距離センサ４１の測定値が距離閾値に達した場合に水中ポンプ１０を停止させるので、水位の低下や堆積高さの上昇により水中ポンプ１０に堆積物Ｓが接近すると水中ポンプ１０を停止できる。そのため、固形分の吸引による水中ポンプ１０の故障を防止できる。
【００４１】
ここで、距離閾値は水中ポンプ１０が固形分を吸引しない十分な距離に設定される。例えば、水中ポンプ１０の吸引口１１から堆積物Ｓまでの距離として30cmと設定される。
【００４２】
なお、制御装置５０は、距離センサ４１の測定値が距離閾値を超える場合に水中ポンプ１０を駆動させる。
【００４３】
（気象観測装置）
浮揚部材３０の筐体３１にはその上部に風速計４２が設けられている。すなわち、風速計４２は浮揚部材３０を介して水中ポンプ１０に設けられている。なお、特許請求の範囲に記載の「水中ポンプに設けられ」は、風速計４２が水中ポンプ１０に直接的に設けられる形態のほかに、浮揚部材３０等の他の部材を介して間接的に設けられる形態も含まれる。
【００４４】
風速計４２により水中ポンプ１０の周囲の風速（風力）を測定できる。テーリングダムＤやリターンウォーターポンドＰの周辺地域に集中豪雨が発生する予兆として、風速の増加が挙げられる。また、集中豪雨が発生すると風速が増加する。そのため、風速計４２により集中豪雨の発生を予測できる。
【００４５】
制御装置５０と風速計４２とは有線または無線で接続されており、制御装置５０に風速計４２の測定値が入力されている。制御装置５０には風速の上限値（風速閾値）が記憶されている。制御装置５０は風速計４２の測定値が風速閾値に達した場合（風速閾値を超える場合）に水中ポンプ１０を停止させる。そのため、集中豪雨が予測される場合に予め水中ポンプ１０を停止させることができる。
【００４６】
テーリングダムＤやリターンウォーターポンドＰは屋外に構築されるため、集中豪雨が発生すると雨水が流れこんで水位が上昇する。特にリターンウォーターポンドＰはできるだけ滞留時間を長くするため、水位が高い状態で管理されている。そのため、集中豪雨によりリターンウォーターポンドＰの水位が上昇すると、水が溢れ出し周囲の設備が冠水する恐れがある。
【００４７】
しかし、風速計４２の測定値が風速閾値に達した場合に水中ポンプ１０を停止させるので、集中豪雨を予測してリターンウォーターポンドＰへの上澄み水Ｗの排出を停止できる。そのため、リターンウォーターポンドＰが集中豪雨により溢れ出すことを防止できる。
【００４８】
ここで、風速閾値は集中豪雨時に吹くとされている風力、例えば風速15m/秒に設定される。
【００４９】
なお、制御装置５０は、風速計４２の測定値が風速閾値を下回る場合に水中ポンプ１０を駆動させる。
【００５０】
風速計４２および風速閾値は、それぞれ特許請求の範囲に記載の「気象観測装置」および「気象閾値」に相当する。気象観測装置としては、風速計４２の他に、湿度計、温度計、雨量計等を用いてもよい。
【００５１】
気象観測装置として湿度計を用いる場合には、湿度の上昇が集中豪雨が発生する予兆として利用される。この場合、制御装置５０には湿度の上限値（湿度閾値）が記憶される。制御装置５０は湿度計の測定値が湿度閾値に達した場合（湿度閾値を超える場合）に水中ポンプ１０を停止させる。
【００５２】
気象観測装置として温度計を用いる場合には、温度の低下が集中豪雨が発生する予兆として利用される。この場合、制御装置５０には温度の下限値（温度閾値）が記憶される。制御装置５０は温度計の測定値が温度閾値に達した場合（温度閾値を下回る場合）に水中ポンプ１０を停止させる。
【００５３】
気象観測装置として雨量計を用いる場合には、雨量の急激な増加が集中豪雨の判断基準として利用される。この場合、制御装置５０には雨量の上限（雨量閾値）が記憶される。制御装置５０は雨量計の測定値が雨量閾値に達した場合（雨量閾値を超える場合）に水中ポンプ１０を停止させる。
【００５４】
なお、気象観測装置として風速計４２、湿度計、温度計、雨量計をそれぞれ単独で用いてもよいし、これらのうちの複数を組合せて用いてもよい。
【００５５】
気象観測装置は、テーリングダムＤやリターンウォーターポンドＰの近くに設けられればよく、例えばテーリングダムＤの堤防などに設けてもよい。本実施形態のように水中ポンプ１０に設ければ、気象観測装置と水中ポンプ１０が一体になっているので、取り扱いが容易である。ただし、気象観測装置を水中ポンプ１０に設ける場合には、気象観測装置として風速計４２を用いることが好ましい、湿度計や温度計、雨量計を水面の近くに設置すると、誤作動の恐れがあるからである。
【００５６】
（水位センサ）
図１に示すように、リターンウォーターポンドＰにはその水位を測定する水位センサ４３が設けられている。水位センサ４３はリターンウォーターポンドＰの水位を測定できれば、その種類は特に限定されない。
【００５７】
制御装置５０と水位センサ４３とは有線または無線で接続されており、制御装置５０に水位センサ４３の測定値が入力されている。制御装置５０にはリターンウォーターポンドＰの水位の上限値（水位上限値）が記憶されている。なお、「水位上限値」が特許請求の範囲に記載の「水位閾値」に相当する。制御装置５０は水位センサ４３の測定値が水位上限値に達した場合（水位上限値を超える場合）に水中ポンプ１０を停止させる。
【００５８】
水位上限値をリターンウォーターポンドＰの上端（水が溢れだす上限）より低い水位に設定することで、水位の上昇に対して余裕をもたせた状態で管理することができる。
【００５９】
前述のごとく、集中豪雨が発生するとリターンウォーターポンドＰに雨水が流れこんで水位が上昇し、水が溢れ出す恐れがある。しかし、水位センサ４３の測定値が水位上限値に達した場合に水中ポンプ１０を停止させるので、平常時（通常の天候時）では水位の上昇に対して余裕をもたせた状態にでき、集中豪雨によりリターンウォーターポンドＰの水位が上昇しても溢れ出すことを防止できる。
【００６０】
例えば、集中豪雨において最大降雨量250mm/時が最大４時間継続すると想定される場合、最大上昇水位が1mと想定される。この場合、水位上限値はリターンウォーターポンドＰの上端（水が溢れだす上限）より最大上昇水位（1m）だけ低い水位に設定される。そうすると、平常時ではリターンウォーターポンドＰの上端まで余裕のある水位で維持されるので、集中豪雨が発生して水位が上昇しても水が溢れだすことを防止できる。
【００６１】
なお、停止している水中ポンプ１０を再び駆動させるには、制御装置５０にリターンウォーターポンドＰの水位の下限値（水位下限値）を記憶しておき、水位センサ４３の測定値が水位下限値に達した場合（水位下限値を下回る場合）に水中ポンプ１０を駆動させればよい。
【００６２】
ここで、水位下限値は水位上限値よりも低い水位に設定される。また、水位下限値はリターンウォーターポンドＰの滞留時間を長くするために、なるべく高い水位に設定される。このように、水位上限値と水位下限値を設定することで、リターンウォーターポンドＰの水位を水位上限値と水位下限値の間で維持できる。水位上限値および水位下限値の設定値は特に限定されず、テーリングダムＤやリターンウォーターポンドＰの規模や、その周辺地域の気候を勘案して定めればよい。例えば、水位上限値および水位上限値を、それぞれリターンウォーターポンドＰの容量の９０％および８０％に設定すればよい。
【００６３】
（制御装置）
以上のように、制御装置５０は、距離センサ４１、風速計４２、水位センサ４３の測定値を元に、水中ポンプ１０の駆動／停止を制御する。制御装置５０は、ＣＰＵなどの電子回路等で構成されており、各センサ４１、４２、４３からの入力部、および水中ポンプ１０への出力部を備える。
【００６４】
図３に示すように、制御装置５０には、距離センサ４１、風速計４２、および水位センサ４３の測定値が入力されている。制御装置５０は、距離センサ４１、風速計４２、および水位センサ４３の測定値の全てが、水中ポンプ１０を駆動してもよい値である場合に、水中ポンプ１０を駆動させる。また、制御装置５０は、距離センサ４１、風速計４２、および水位センサ４３の測定値のいずれかが、水中ポンプ１０を停止すべき値である場合に、水中ポンプ１０を停止させる。すなわち、制御装置５０はＡＮＤ演算の結果により水中ポンプ１０の駆動／停止を制御する。このように構成することで、固形分の吸引や空引きによるポンプの故障、および集中豪雨によるリターンウォーターポンドＰが溢れ出すことを防止できる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｄ    テーリングダム
Ｐ    リターンウォーターポンド
Ａ    上澄み水排出装置
１０  水中ポンプ
１１  吸引口
１２  吐出管
１３  モータ
２０  フレキシブルホース
２１  接続管
３０  浮揚部材
３１  筐体
３２  浮き
４１  距離センサ
４２  風速計
４３  水位センサ
５０  制御装置
【図１】
0005843037.tif 000002
【図２】
0005843037.tif 000003
【図３】
0005843037.tif 000004
【図４】
0005843037.tif 000005