(57)【要約】  本発明は、硫酸塩溶液から亜鉛を電解採取するための方法及び装置に関する。本発明による亜鉛電解採取用電解槽は、給電バス（６）を備える槽−反応器（５）と、電解液を供給するための二本のパイプ（１）のパイプラインと、陰極（３）と、陽極（４）と、陽極（４）の高さ方向に沿って設けたプラスチック製ストリップ（８）と、電解液を重力によって排出するためのオーバーフロー（２）とを備える。陰極（３）の面積は３．５〜１０ｍ2である。電解槽の高さは、幅の少なくとも二倍大きく、電解槽の長さは電極の数による。電解槽の底部は、槽（５）長手方向の溝（１１）によって分割されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電バス（６）を備える槽−反応器（５）と、電解液を供給するための二本のパイプ（１）のパイプラインと、陰極（３）と、陽極（４）と、陽極（４）の高さ方向に沿って設けたプラスチック製ストリップ（８）と、電解液を重力によって排出するためのオーバーフロー（２）とを備える亜鉛電解採取用電解槽であって、陰極（３）の面積は３．５〜１０ｍ2であり、電解槽の高さは、幅の少なくとも二倍大きく、電解槽の長さは電極の数により、電解槽の底部は槽（５）長手方向の溝（１１）によって分割されている、亜鉛電解採取用電解槽。
【請求項２】
陽極（４）が０．３〜１．０％Ａｇと合金化した純鉛製である、請求項１に記載の電解槽。
【請求項３】
各陽極（４）の高さが、等しい二つの部分に分割され、その合計有効面積が陰極（３）の有効面積よりも大きく、陽極（４）の厚さが１２〜１８ｍｍである、請求項１及び２に記載の電解槽。
【請求項４】
給電バス（６）が銅製であり、該バスに銅製バー（７）が固定されている、先行する請求項のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項５】
陽極（４）の縁を高さの少なくとも８０％覆うようにプラスチック製ストリップ（８）が設けられ、陽極の中間部分及び下方部分では、陽極（４）と陰極（３）との間にプラスチック製ディスクワッシャ（１０）が固定されている、先行する請求項のいずれか１項に記載の電解槽。
【請求項６】
二個接続された請求項１〜５に記載の電解槽からなり、二つの槽間には、溶液が重力によって第一の槽を出て第二の槽の底部から上方へと入るように、サイフォン式オーバーフロー（９）が設けられる、亜鉛電解採取用電解槽。
【請求項７】
先行するいずれか１項の請求項に記載の装置による亜鉛電解採取方法であって、
−  亜鉛、約１２０〜２００ｇ／ｌの硫酸、及び任意に添加物を含有する処理電解液を、１．５〜２気圧の圧力で、入口において２５〜３２℃、出口において３６〜３８℃の温度で、パイプライン（１）を通して槽−反応器（５）へ供給し、バス（６）によって電力を供給する工程と、
−  電解液の循環速度を１．５〜３槽容積／時に維持して、電流密度２５０〜５００Ａ／ｍ2で電解を行う工程とを含み、陽極−陽極間距離が約８０〜８６ｍｍ、陰極サイクルの長さが７２時間（４８〜９６時間）、出口における電解液温度が３６〜３８℃である、亜鉛電解採取方法。
【請求項８】
処理電解液が硫酸１２０〜２００ｇ／ｌを含有する、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫酸塩溶液から亜鉛を電解採取するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気亜鉛を得るための様々な方法及び装置が知られており、その製造の９０％は湿式電気冶金によって行われている。従来の電解槽では、電流密度約４００〜６００Ａ／ｍ2、陰極表面約１．０〜１．６ｍ2、及び２４時間以内に陰極シートから亜鉛陰極を手動除去することによってプロセスが行われる。この方法は約２５年前にその使用が始まり、その新規な点は、いわゆるジャンボバス（Jumbo bath）であり、面積約２．６０〜３．４０ｍ2の電極で、各槽には約８０〜１２０本の陰極が装填されることにある。この技術は現在、現代的な電気亜鉛プラントで使用されており、亜鉛のストリッピングは、４８時間毎に約３１００〜３５００ｋＷｈ／ｔのエネルギー消費量で、様々な装置によって機械的に行われている。
【０００３】
既知の全てのプロセス及び装置の欠点は、生産性の相対的増加の如何に関わらず、金属の電解採取効率の主な要因、つまり電気消費量にある。後者は、電極の管理、電解液の冷却、人件費、消耗品等と合わせて、亜鉛抽出の総処理費用の約７０％を占める。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明による方法及び装置の本質、つまり亜鉛電解採取のための新たな技術及び装置は、反応器の一種とみなされる新世代の電解槽を創造することにある。これは、電位、酸化還元機能、及び槽（反応器）が上下及び左右の対称的な区画に条件的に分割されている水−空気力学的環境の複合関数であるプロセスによって表わされる。この設計及びプロセスの各々は、電極電位、生産性、電極形状、陰極及び陽極の固定及び位置決め、その形成及び加工、電解液循環システム、及びその他の要因に従うものである。その上、分離した気体、つまり陽極における酸素及び陰極における水素は、特有の「流動床」を形成し、電極間において電解液が下から上へ、またその逆に、移動するのを助ける。さらに、新たな溶液を約１．５〜２．０気圧の圧力で加えること、廃液としてオーバーフローによって連行すること、及び陽極固定装置は、溶液の移動に良い影響を与える（図２ａ、図２ｂ）。
【０００５】
原理上、電解槽は、オーバーフローで接続され、共通の循環回路を装填した二つの槽によって長手方向に形成することができ、それにより、循環速度が倍になり、追加の陰極及び陽極を配置することができる（図５ａ、図５ｂ）。
【０００６】
本発明による新世代の亜鉛電解採取の方法及び装置の目的は、高い生産性を維持する一方で、エネルギーコストを約２０〜３０％、他の関連する加工コスト全体を、建設、機械、機材、及び設備（エンジニアリング）の投資コストに見合うように削減することによって、プロセス効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、従来の既存のものと比べて新たな設計の電解槽及びその中に装填した電極を導入することによって達成される。
【０００８】
ここで特徴的なのは、実務上一般に認められている電解槽の幅及び長さを比較的維持しながら、その高さを倍にする、つまり上記の上方及び下方区画が既に形成されている（図１）ことにある。これにより、一つの陰極について最低３．５ｍ2、最高約１０ｍ2まで電極の有効面積を増加させることができる。この変化は、プロセスの特徴、そのパラメータ等、「電解液の分散性」と一致している。このように、使用される最大５００Ａ／ｍ2の電流密度を２５０〜３００Ａ／ｍ2まで削減することができ、その結果、周期的析出時間４８〜９６時間での高性能に影響を与えることなく、電極電位及びエネルギー消費量をそれぞれ削減することができる。槽及び電極形状におけるこの変更が、他のパラメータの変化を決定し、これを添付図面に示す。
【０００９】
図１は、装置の外観全体を示し、図２ａは、プロセスに必要な、給電バス６及び電解液供給用のパイプライン１を備え、陰極３及び陽極４を装填した槽−反応器５を表わすその投影図である。電解採取は、パイプライン１を通して約１．５〜２気圧の圧力で処理溶液を供給し、バス６によって電力を供給することによって行う。電解液は、２本のパイプ１を通り、槽の上端及び中間部において、重力によって槽に入り（図２ａ）、その全幅に沿ったオーバーフロー２によって他端から反応器を出る（図２ｂ）。供給された電流は電極（陰極３（図２）及び陽極４（図２））間に流され、電流密度約２５０〜５００Ａ／ｍ2で電解採取のプロセスが行われる。槽入口における電解液温度は、約２５〜３０℃であり、出口における温度は約３６〜３８℃であり、硫酸含有量は約１２０〜２００ｇ／ｌである。電解液の循環速度は約１．５〜３槽容積／時、電極間距離は８０〜８６ｍｍに、それぞれ維持する。
【００１０】
使用した陽極４（図３a、図３ｂ）は、約０．５〜１．０％のＡｇを含む鉛製（鋳造又は圧延）で、対称的な二枚のシートと、槽内における支承及び電流の導通のための銅製バー７と、固定用のプラスチック製ストリップ８（線速度約０．１５〜０．３０ｍ／分）とから形成される。
【００１１】
図４は、プラスチック製ストリップを二つの投影図で示す。ストリップは、陽極の両端に沿って固定され、槽内で陽極を正確に位置決めする助けとなる。さらに、陽極は、表面が垂直方向に波形となっている（図３ｂ）ため、その有効面積が高さと共に増加するように形成されている。陽極の厚さは約１２〜１８ｍｍである。
【００１２】
本発明によって提供される装置の一態様として、双電解槽、つまり共通のシステム中に接続された二つの槽（図５ａ、図５ｂ）がある。この場合、電解液は槽の上端に設けられた二本のパイプ１によって槽内に入る、つまりパイプの総数は４本（図５）であり、双槽の二つの容積に別個のバスで電力が供給され、使用後の溶液は、第一の槽からその頂部の全幅に沿って重力によって出て、サイフォン式オーバーフローによって、第二の槽の底部から上方へ入る（符号９、図５）。
【００１３】
電解槽の底部（図２ａ）は、溝１１によって槽の長手方向に分割されており、この溝は、電極スラッジ（相対的重さ約５ｇ／ｃｍ3）を沈殿させ、周期的に除去できるようにするものであり、一方、陽極表面は、適切な処理（硫化第一鉄溶液を含む）によって、槽の外で洗浄され、スラッジ（ＭｎＯ2６０％超）が集められて酸化剤として使用される。陽極の洗浄は、硫化第一鉄溶液中で行われ、次いで回転ブラシによる処理及び加圧水シャワーが行われる。陽極シートは、必要時にのみ、適切な「プレス処理」によって矯正される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の装置の概略図である。
【図２ａ】本発明の装置を、三つの投影図で示す。
【図２ｂ】本発明の電解液オーバーフローを示す。
【図３ａ】本発明の亜鉛電解採取のための鉛製陽極を示す。
【図３ｂ】本発明の亜鉛電解採取のための鉛製陽極を示す。
【図４】本発明の電極を固定するためのプラスチック（ＰＶＣ、ＰＰＬ等）製ストリップ−クランプを示す。
【図５ａ】本発明の別形態の双槽を示す。
【図５ｂ】本発明の別形態の双槽を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施例１
容積約３０ｍ3、高さ３．５ｍ、幅１．６ｍの電解槽に、それぞれ面積が約６ｍ2の陰極３を６０個配設して、電解採取を行う。供給電流の密度は約３００Ａ／ｍ2である。電解液は、二本の（拡散）パイプ１を通して、約５００〜７００ｌ／分の速度で槽−反応器５に入り、槽の短辺全長に沿って、オーバーフロー２を通って排出される。鉛製陽極４は対称的な二つのパーツで形成され、その表面は段付溝のように成形され、下方がテーパーしており、陽極４の少なくとも８０％はプラスチック製ストリップで固定されている。このストリップには、陽極４の中間部及び下端において、プラスチック製ワッシャ１０が追加されている。温度約３０℃（出口では約３７℃）で亜鉛７０ｇ／ｌ及び硫酸１８０ｇ／ｌ、並びに必要な添加物を含有する混合電解液が反応器に入る。収率９０％、エネルギー消費量約２６００Ｋｗｈ／ｔ亜鉛である。
陰極サイクルの長さは約７２時間、金属純度は９９．９９５％Ｚｎである。
【００１６】
実施例２
全幅に沿ってサイフォンで接続された中間壁を有する二つの槽からなる双電解槽でプロセスを行う。各槽にはそれぞれ面積約６ｍ2の陰極を６２個、つまり１２４個の陰極を装填し、循環を、槽上部及び中間部における４本のパイプ−拡散管（各入口に２本）で行い、その間でオーバーフローを上から下に約８００〜１２００ｌ／分の速度で行う。陽極形状及び固定具は実施例１と同様である。電流密度は約３００Ａ／ｍ2、亜鉛析出サイクルは７２時間である。同じ電解液で、収率約９０％、エネルギー消費量約２７００Ｋｗｈ、純度約９９．９９５％Ｚｎである。約３０日で効果的なスラッジ除去を行った。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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