(57)【要約】【課題】ニッケルロスを低減できる炭酸ニッケルの製造設備、および製造方法を提供する。【解決手段】炭酸ニッケルの製造設備１は、塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とを撹拌する撹拌槽１０と、撹拌槽１０から排出された第１スラリーと炭酸塩とを反応させる反応槽２０と、反応槽２０から排出された第２スラリーを炭酸ニッケルと濾液とに固液分離する固液分離装置３０と、第２スラリーの固形物粒度を測定する粒度測定装置６０とを備える。撹拌槽１０は、固形物粒度が閾値以上の場合は撹拌速度を通常速度として運転し、固形物粒度が閾値未満の場合は撹拌速度を低速度として運転する。炭酸ニッケルの粒子の微細化を抑制でき、炭酸ニッケルの微粒子が濾液とともに排出され、ニッケルロスとなることを低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とを撹拌して、炭酸ニッケルの核を生成する撹拌槽と、
前記撹拌槽から排出された第１スラリーと、炭酸塩とを反応させて、炭酸ニッケルの粒子を成長させる反応槽と、
前記反応槽から排出された第２スラリーを、炭酸ニッケルと濾液とに固液分離する固液分離装置と、
前記第２スラリーの固形物粒度を測定する粒度測定装置と、を備え、
前記撹拌槽は、前記固形物粒度が閾値以上の場合は撹拌速度を通常速度として運転し、前記固形物粒度が閾値未満の場合は撹拌速度を低速度として運転する
ことを特徴とする炭酸ニッケルの製造設備。
【請求項２】
前記固液分離装置から排出された濾液が供給されるシックナーと、
前記シックナーのアンダーフローを前記撹拌槽に供給する戻り流路と、を備える
ことを特徴とする請求項１記載の炭酸ニッケルの製造設備。
【請求項３】
前記固液分離装置から排出された濾液が供給されるシックナーと、
塩化ニッケル水溶液と前記シックナーのアンダーフローとを混合し、混合液を前記撹拌槽に供給する混合槽と、を備える
ことを特徴とする請求項１記載の炭酸ニッケルの製造設備。
【請求項４】
前記混合槽は、塩化ニッケル水溶液と前記アンダーフローとの混合比を調整することで、前記混合液のｐＨを５．４以下に調整する
ことを特徴とする請求項３記載の炭酸ニッケルの製造設備。
【請求項５】
塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とを撹拌槽で撹拌して、炭酸ニッケルの核を生成し、
前記撹拌槽から排出された第１スラリーと、炭酸塩とを反応槽で反応させて、炭酸ニッケルの粒子を成長させ、
前記反応槽から排出された第２スラリーを、炭酸ニッケルと濾液とに固液分離し、
前記第２スラリーの固形物粒度を測定し、
前記固形物粒度が閾値以上の場合は、前記撹拌槽の撹拌速度を通常速度とし、
前記固形物粒度が閾値未満の場合は、前記撹拌槽の撹拌速度を低速度とする
ことを特徴とする炭酸ニッケルの製造方法。
【請求項６】
前記濾液をシックナーに供給し、
前記シックナーのアンダーフローを前記撹拌槽に供給する
ことを特徴とする請求項５記載の炭酸ニッケルの製造方法。
【請求項７】
前記濾液をシックナーに供給し、
塩化ニッケル水溶液と前記シックナーのアンダーフローとを混合し、混合液を前記撹拌槽に供給する
ことを特徴とする請求項５記載の炭酸ニッケルの製造方法。
【請求項８】
塩化ニッケル水溶液と前記アンダーフローとの混合比を調整することで、前記混合液のｐＨを５．４以下に調整する
ことを特徴とする請求項７記載の炭酸ニッケルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ニッケルの製造設備、および製造方法に関する。さらに詳しくは、塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とを反応させて炭酸ニッケルを製造する設備および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
硫化物からニッケル、コバルトを回収する湿式製錬プロセスでは、原料であるニッケルマットやニッケル・コバルト混合硫化物を塩素浸出し、得られた浸出液から不純物を除去する浄液工程などを経て、電解工程で電気ニッケルや電気コバルトを回収する。
【０００３】
ニッケル電解工程では、塩化ニッケル水溶液を電解槽に給液し、電解採取により電気ニッケルを製造する。電解槽に供給される電解給液のニッケル濃度は約８０ｇ／Ｌである。これに対し、電解槽から排出される電解廃液（アノライトとも称される。）はニッケル濃度が約６５ｇ／Ｌである。
【０００４】
電解廃液は電解採取に必要なニッケル濃度を有しておらず、そのままでは電解採取に利用できない。しかし、電解廃液はニッケルが含まれているため、ニッケルを回収するために湿式製錬プロセスの他の工程で利用される。その一つとして、電解廃液を用いて炭酸ニッケルを製造し、炭酸ニッケルを湿式製錬プロセスの他の工程で中和剤として用いることが行われる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１４４８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
炭酸ニッケルの製造は、塩化ニッケル水溶液に炭酸ナトリウムを添加して、下記化学式１の反応を生じさせることにより行われる。より詳細には、塩化ニッケル水溶液と炭酸ナトリウムとを撹拌して炭酸ニッケルを生成し、得られたスラリーを固液分離して炭酸ニッケルを得る。
（化学式１）
ＮｉＣｌ2 ＋ Ｎａ2ＣＯ3 → ＮｉＣＯ3↓ ＋ ＮａＣｌ
【０００７】
固液分離により得られる濾液は廃水工程に移送され、廃水処理後に系外に排出される。しかし、実操業においては、濾液にニッケルが残留し、ニッケルロスが生じる場合がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、ニッケルロスを低減できる炭酸ニッケルの製造設備、および製造方法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】
【０００９】
第１発明の炭酸ニッケルの製造設備は、塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とを撹拌して、炭酸ニッケルの核を生成する撹拌槽と、前記撹拌槽から排出された第１スラリーと、炭酸塩とを反応させて、炭酸ニッケルの粒子を成長させる反応槽と、前記反応槽から排出された第２スラリーを、炭酸ニッケルと濾液とに固液分離する固液分離装置と、前記第２スラリーの固形物粒度を測定する粒度測定装置と、を備え、前記撹拌槽は、前記固形物粒度が閾値以上の場合は撹拌速度を通常速度として運転し、前記固形物粒度が閾値未満の場合は撹拌速度を低速度として運転することを特徴とする。
第２発明の炭酸ニッケルの製造設備は、第１発明において、前記固液分離装置から排出された濾液が供給されるシックナーと、前記シックナーのアンダーフローを前記撹拌槽に供給する戻り流路と、を備えることを特徴とする。
第３発明の炭酸ニッケルの製造設備は、第１発明において、前記固液分離装置から排出された濾液が供給されるシックナーと、塩化ニッケル水溶液と前記シックナーのアンダーフローとを混合し、混合液を前記撹拌槽に供給する混合槽と、を備えることを特徴とする。
第４発明の炭酸ニッケルの製造設備は、第３発明において、前記混合槽は、塩化ニッケル水溶液と前記アンダーフローとの混合比を調整することで、前記混合液のｐＨを５．４以下に調整することを特徴とする。
第５発明の炭酸ニッケルの製造方法は、塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とを撹拌槽で撹拌して、炭酸ニッケルの核を生成し、前記撹拌槽から排出された第１スラリーと、炭酸塩とを反応槽で反応させて、炭酸ニッケルの粒子を成長させ、前記反応槽から排出された第２スラリーを、炭酸ニッケルと濾液とに固液分離し、前記第２スラリーの固形物粒度を測定し、前記固形物粒度が閾値以上の場合は、前記撹拌槽の撹拌速度を通常速度とし、前記固形物粒度が閾値未満の場合は、前記撹拌槽の撹拌速度を低速度とすることを特徴とする。
第６発明の炭酸ニッケルの製造方法は、第５発明において、前記濾液をシックナーに供給し、前記シックナーのアンダーフローを前記撹拌槽に供給することを特徴とする。
第７発明の炭酸ニッケルの製造方法は、第５発明において、前記濾液をシックナーに供給し、塩化ニッケル水溶液と前記シックナーのアンダーフローとを混合し、混合液を前記撹拌槽に供給することを特徴とする。
第８発明の炭酸ニッケルの製造方法は、第７発明において、塩化ニッケル水溶液と前記アンダーフローとの混合比を調整することで、前記混合液のｐＨを５．４以下に調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、第２スラリーの固形物粒度が閾値未満の場合に、撹拌槽の撹拌速度を低速度とすることで、炭酸ニッケルの粒子の微細化を抑制でき、炭酸ニッケルの微粒子が濾液とともに排出され、ニッケルロスとなることを低減できる。
第２発明によれば、濾液に炭酸ニッケルの微粒子が含まれていても、シックナーのアンダーフローを撹拌槽に供給することで、炭酸ニッケルの微粒子が排出されることを抑制できる。
第３発明によれば、塩化ニッケル水溶液とシックナーのアンダーフローとを混合することで、アンダーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子が溶解する。その結果、シックナーのオーバーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子の量を低減でき、ニッケルロスを低減できる。
第４発明によれば、混合液のｐＨを５．４以下に調整することで、アンダーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子を十分に溶解できる。
第５発明によれば、第２スラリーの固形物粒度が閾値未満の場合に、撹拌槽の撹拌速度を低速度とすることで、炭酸ニッケルの粒子の微細化を抑制でき、炭酸ニッケルの微粒子が濾液とともに排出され、ニッケルロスとなることを低減できる。
第６発明によれば、濾液に炭酸ニッケルの微粒子が含まれていても、シックナーのアンダーフローを撹拌槽に供給することで、炭酸ニッケルの微粒子が排出されることを抑制できる。
第７発明によれば、塩化ニッケル水溶液とシックナーのアンダーフローとを混合することで、アンダーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子が溶解する。その結果、シックナーのオーバーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子の量を低減でき、ニッケルロスを低減できる。
第８発明によれば、混合液のｐＨを５．４以下に調整することで、アンダーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子を十分に溶解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る炭酸ニッケルの製造設備の説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る炭酸ニッケルの製造設備の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願発明者は、従来の炭酸ニッケルの製造設備で発生する濾液を分析したところ、炭酸ニッケルの微粒子が濾液に混入していることを確認した。炭酸ニッケルの微粒子の粒径（Ｄ５０）は１μｍであり、固液分離装置では分離できないものであることが分かった。
【００１３】
また、固液分離により得られた炭酸ニッケル、および濾液に含まれる炭酸ニッケルの微粒子をＸＲＤ解析したところ、ＮａＣｌのピークのみが現れ、ニッケル化合物のピークが確認できなかった。これより、従来の製造設備で得られる炭酸ニッケルは、そのほとんどが非晶質であることが分かった。本願発明者は、炭酸ニッケルが非晶質であるため、結晶に比べて脆弱であり、撹拌により微粒子となると推測した。
【００１４】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る炭酸ニッケルの製造設備および製造方法は、塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とを反応させて炭酸ニッケルを製造する。塩化ニッケル水溶液は特に限定されないが、ニッケル、コバルトを回収する湿式製錬プロセスのニッケル電解工程の電解廃液を用いることができる。湿式製錬プロセスにおいて炭酸ニッケルを中和剤として用いることで、電解廃液に含まれるニッケルを回収することができる。炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウムなどが用いられる。
【００１５】
図１に示すように、炭酸ニッケルの製造設備１は、撹拌槽１０、反応槽２０、固液分離装置３０、およびシックナー４０を備えている。
【００１６】
撹拌槽１０は撹拌装置１１を備えている。撹拌装置１１は撹拌羽と、撹拌羽を回転させるモータとからなる。塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とは撹拌槽１０に供給され、撹拌装置１１により撹拌される。これにより、塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とが反応し、炭酸ニッケルの核が生成される。
【００１７】
撹拌槽１０と反応槽２０とは第１流路５１で接続されている。撹拌槽１０から排出されたスラリー（以下、第１スラリーと称する。）は、第１流路５１を通って反応槽２０に供給される。
【００１８】
反応槽２０には、第１スラリーのほか、追加の炭酸塩が供給されている。反応槽２０において、第１スラリーと炭酸塩とを反応させて、炭酸ニッケルの粒子を成長させる。なお、反応槽２０には撹拌装置が設けられていない。
【００１９】
反応槽２０と固液分離装置３０とは第２流路５２で接続されている。反応槽２０から排出されたスラリー（以下、第２スラリーと称する。）は、第２流路５２を通って固液分離装置３０に供給される。
【００２０】
固液分離装置３０において、第２スラリーが炭酸ニッケルと濾液とに固液分離される。これにより、炭酸ニッケルが得られる。固液分離装置３０としては、特に限定されないが、デカンターなどの遠心分離機、オリバーフィルターなどの真空脱水機、フィルタープレスなどの加圧脱水機などを用いることができる。
【００２１】
なお、撹拌槽１０および反応槽２０における炭酸塩の供給量は、第２スラリーの液相分のｐＨが６〜９、好ましくは７となるよう調整される。このｐＨ領域では炭酸ニッケルが固形物として安定であり、炭酸ニッケルを効率よく生成できるからである。
【００２２】
固液分離装置３０から排出された濾液は第３流路５３を通ってシックナー４０に供給される。シックナー４０では濾液に含まれる炭酸ニッケルの微粒子を沈降させる。シックナー４０のオーバーフローは廃水として処理される。シックナー４０のアンダーフローは戻り流路５４を通って、撹拌槽１０に供給される。アンダーフローには炭酸ニッケルの微粒子が含まれており、この微粒子が撹拌槽１０に供給されることになる。
【００２３】
反応槽２０から排出された第２スラリーが流れる第２流路５２には粒度測定装置６０が設けられている。粒度測定装置６０により第２スラリーの固形物粒度を測定する。粒度測定装置６０としては、特に限定されないが、レーザー式粒度分布計などを用いることができる。
【００２４】
粒度測定装置６０で測定された固形物粒度に基づき、撹拌槽１０の撹拌速度を調整する。具体的には、固形物粒度が閾値以上の場合は、撹拌槽１０の撹拌速度を通常速度とする。また、固形物粒度が閾値未満の場合は、撹拌槽１０の撹拌速度を低速度とする。ここで、撹拌速度とは撹拌装置１１の撹拌羽の回転速度を意味する。
【００２５】
例えば、粒度測定装置６０で測定された固形物の粒度分布からＤ５０（メディアン径）を求める。そして、Ｄ５０の値と閾値とを比較する。閾値は、固液分離装置３０で炭酸ニッケルの粒子が十分に補足される値に設定される。閾値は固液分離装置３０の性能に依存するが、例えば９μｍに設定される。なお、固形物粒度の指標はＤ５０に限定されず、他の指標を用いてもよい。
【００２６】
撹拌槽１０の撹拌速度の調整は、撹拌装置１１のモータの回転数を制御することにより行われる。「通常速度」は、撹拌槽１０において塩化ニッケル水溶液と炭酸塩とが十分に反応するよう設定される。「低速度」は、通常速度よりも低い速度であり、炭酸ニッケルの粒子の微細化を抑制できる速度に設定される。例えば、低速度は通常速度の８０％に設定される。
【００２７】
撹拌槽１０の撹拌速度の調整は手動で行ってもよいし、自動で行ってもよい。手動の場合には、粒度測定装置６０を用いた固形物粒度の測定を、所定の頻度（例えば、１回／日）で行い、測定結果と閾値とを比較して、必要に応じて撹拌槽１０の撹拌速度の調整を行えばよい。自動の場合には、別途制御装置を設け、制御装置に粒度測定装置６０の測定結果を入力し、制御装置が撹拌装置１１を制御するよう構成すればよい。
【００２８】
以上のように、第２スラリーの固形物粒度が閾値未満の場合に、撹拌槽１０の撹拌速度を低速度とすることで、炭酸ニッケルの粒子の微細化を抑制できる。そのため、炭酸ニッケルの微粒子が濾液とともに排出され、ニッケルロスとなることを低減できる。
【００２９】
また、濾液に炭酸ニッケルの微粒子が含まれていても、シックナー４０のアンダーフローを撹拌槽１０に供給することで、炭酸ニッケルの微粒子が排出されることを抑制できる。撹拌槽１０に戻された炭酸ニッケルに微粒子は、撹拌槽１０および反応槽２０において成長し、固液分離装置３０で回収可能となる。
【００３０】
以上の処理により、廃水の炭酸ニッケルの含有量が低減されるので、ニッケルロスを低減できる。
【００３１】
〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係る炭酸ニッケルの製造設備２を説明する。
図２に示すように、本実施形態の製造設備２は、第１実施形態の製造設備１において、さらに混合槽７０を備える構成である。なお、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
本実施形態では、新規の塩化ニッケル水溶液は混合槽７０に供給されている。なお、新規の塩化ニッケル水溶液は混合槽７０にのみ供給してもよいし、混合槽７０と撹拌槽１０の両方に供給してもよい。シックナー４０のアンダーフローを送液する戻り流路５４は混合槽７０に接続している。したがって、混合槽７０では塩化ニッケル水溶液とシックナー４０のアンダーフローとが混合される。混合槽７０から排出された塩化ニッケル水溶液とシックナー４０のアンダーフローとの混合液は第４流路５５を通って撹拌槽１０に供給される。
【００３３】
新規の塩化ニッケル水溶液のｐＨは約２であり、シックナー４０のアンダーフローのｐＨは約７である。塩化ニッケル水溶液とアンダーフローとを混合すると、混合液のｐＨは２〜７の間で調整される。炭酸ニッケルの固形物として安定なｐＨ領域は７付近である。塩化ニッケル水溶液を混合することによりｐＨが下がり、上記の安定領域から外れることで、炭酸ニッケルの微粒子が溶解する。
【００３４】
なお、第１実施形態のごとく、塩化ニッケル水溶液とアンダーフローとともに炭酸塩を混合すると、ｐＨが十分に低下しない。この場合、アンダーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子が溶解する効果は限定的である。
【００３５】
塩化ニッケル水溶液とシックナー４０のアンダーフローとを混合することで、アンダーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子が溶解する。その結果、固液分離装置３０から排出された濾液に含まれる炭酸ニッケルの微粒子の量を低減できるし、シックナー４０のオーバーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子の量も低減できる。そのため、ニッケルロスを低減できる。
【００３６】
混合槽７０において、塩化ニッケル水溶液とシックナー４０のアンダーフローとの混合比を調整することで、混合液のｐＨを５．４以下、好ましくは５．２以下に調整することが好ましい。ｐＨ調整は、例えば、混合槽７０に設けられたｐＨ計７１で混合液のｐＨを測定し、測定結果に基づき、塩化ニッケル水溶液の供給量、シックナー４０のアンダーフローの供給量を調整することで行われる。
【００３７】
混合液のｐＨを５．４以下に調整することで、シックナー４０のアンダーフローに含まれる炭酸ニッケルの微粒子を十分に溶解できる。その結果、廃水の炭酸ニッケルの含有量が低減され、ニッケルロスを低減できる。
【００３８】
なお、シックナー４０のアンダーフローの供給量は、シックナー４０の固液分離条件により調整できる。また、一般に、シックナー４０のアンダーフローの発生量は塩化ニッケル水溶液の供給量に比べて十分に少ない。したがって、シックナー４０で発生したアンダーフローの全量を混合槽７０に供給するとともに、必要量（混合液のｐＨを５．４以下に調整できる量）の塩化ニッケル水溶液を混合槽７０に供給すればよい。また、余剰分の塩化ニッケル水溶液を撹拌槽１０に供給すればよい。このような構成にすることにより、混合槽７０の容量を最小化でき、設備コストを低減できる。
【実施例】
【００３９】
つぎに、実施例を説明する。
（撹拌速度試験）
図１に示す製造設備１を用いて炭酸ニッケルを製造する操業を行った。
撹拌槽１０に供給される塩化ニッケル水溶液は、ニッケル、コバルトを回収する湿式製錬プロセスのニッケル電解工程の電解廃液であり、ニッケル濃度が６５ｇ／Ｌである。塩化ニッケル水溶液の流量は４００ｍ3／日である。撹拌槽１０は容量１５ｍ3のタンクであり、撹拌装置が設けられている。反応槽２０は容量１５ｍ3のタンクであり、撹拌装置が設けられていない。固液分離装置３０はデカンター（巴工業株式会社製  ＰＴＭ３４型）である。粒度測定装置６０はレーザー式粒度分布計（マイクロトラック・ベル株式会社製  ＭＴ３３００）である。
【００４０】
（実施例１）
粒度測定装置６０で測定されたＤ５０が９μｍ以上の場合、撹拌槽１０の撹拌速度を通常速度とし、Ｄ５０が９μｍ未満の場合、撹拌槽１０の撹拌速度を低速度（通常速度の８０％）とした。３０日間の操業後、シックナー４０のオーバーフローのニッケル濃度をＩＣＰ分析により測定したところ、０．１０ｇ／Ｌであった。
【００４１】
（比較例１）
撹拌槽１０の撹拌速度を常に通常速度とした。３０日間の操業後、シックナー４０のオーバーフローのニッケル濃度をＩＣＰ分析により測定したところ、０．２５ｇ／Ｌであった。
【００４２】
以上のように、実施例１は比較例１に比べてニッケルロスを低減できることが確認された。
【００４３】
（ｐＨ試験）
図２に示す製造設備２を用いて炭酸ニッケルを製造する操業を行った。
混合槽７０に供給される塩化ニッケル水溶液は、ニッケル、コバルトを回収する湿式製錬プロセスのニッケル電解工程の電解廃液であり、ニッケル濃度が６５ｇ／Ｌである。混合槽７０に供給される塩化ニッケル水溶液の供給量、シックナー４０のアンダーフローの供給量を種々のパターンで調整した。各パターンにおいて定常状態となった後に、混合液のｐＨをｐＨ計７１で測定するとともに、混合槽７０から排出される混合液に残留する固形物の様子を観察した
【００４４】
その結果を表１に示す。混合液のｐＨを５．４とすれば炭酸ニッケルの微粒子を十分に溶解できることが確認された。また、混合液のｐＨを５．２以下とすれば、炭酸ニッケルの微粒子を実質的に全て溶解できることが確認された。
【表１】
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【００４５】
以上より、混合液のｐＨを５．４以下、好ましくは５．２以下に調整することで、廃水の炭酸ニッケルの含有量が低減され、ニッケルロスを低減できることが分かった。
【符号の説明】
【００４６】
１、２  製造設備
１０  撹拌槽
２０  反応槽
３０  固液分離装置
４０  シックナー
６０  粒度測定装置
７０  混合槽
【図１】
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【図２】
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