(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛アノードを用いた、スルファミン酸浴による鉛の電解精製方法において、
スルファミン酸浴におけるスルファミン酸濃度を、スルファミン酸浴における鉛濃度よりも、さらに２０〜６０ｇ／Ｌ高い濃度に調整し、且つスルファミン酸浴における電解液温度を１５〜３０℃に調整し、５日間以上、スルファミン酸の分解率を０．０６％／日以下に制御して、鉛濃度を６０〜８０ｇ／Ｌに維持しながら電解精製を行い、スルファミン酸浴による鉛の電解精製において発生する白色残渣の生成を抑制することを特徴とするスルファミン酸浴による鉛の電解精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スルファミン酸浴による鉛の電解精製方法に関し、特に、非鉄製錬、基盤や電子部品などリサイクル原料の溶融炉、及び産業廃棄物を溶融処理する乾式炉より発生する乾式煙灰中に含まれている鉛を回収するスルファミン酸浴による鉛の電解精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄製錬、基盤や電子部品などリサイクル原料の溶融炉、及び産業廃棄物を溶融処理する乾式炉より非鉄製錬の乾式煙灰中に含まれている鉛を回収するため、煙灰を硫酸浸出し、硫酸鉛にした後、電気炉で溶融還元を行う。溶融還元により分離されたメタルをソーダ処理し、その後、メタルをアノード鋳造した後、スルファミン酸浴中にて電解精製することで鉛を回収している。
【０００３】
このような鉛の電解精製技術として、例えば、特許文献１には、スルファミン酸浴での電解精製において、１段階目の電流密度を５０Ａ／ｍ2以下で電気分解を２時間以上行った後、２段階目として１００Ａ／ｍ2以下で電気分解を行うことで高純度の鉛を回収する鉛の電解方法が開示されている。そして、このような構成によれば、高Ｂｉ品位のアノードに対しても高純度の鉛を回収することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１６３９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のスルファミン酸浴による鉛の電解精製を実施すると、浴液中に白色の残渣が見られ、さらに電解液中の鉛濃度が低下する問題が生じていた。即ち、白色の残渣は電槽の底に堆積するが、ある程度堆積すると電槽から取り出す必要があり、そのために電解を中止することとなり、白色の残渣が多いとその頻度が多くなっていた。また、電解液中の鉛濃度の低下がみられると鉛の電着状況が悪くなる場合もあった。その原因は、以下の反応によってスルファミン酸浴による鉛の電解精製中のスルファミン酸が分解することであり、白色残渣は硫酸鉛として堆積し、電解液中の鉛濃度が低下していた。
ＳＯ3ＮＨ2-  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＳＯ42-  ＋  ＮＨ4+
Ｐｂ2+  ＋  ＳＯ42-  →  ＰｂＳＯ4↓
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記課題を解決するために研究を重ねたところ、スルファミン酸の分解率を所定値以下に制御することにより、スルファミン酸浴による鉛の電解精製において、白色残渣の生成を抑制し、電解液中の鉛濃度の低下を抑制することができることを見出した。
【０００７】
以上の知見を背景にして完成した本発明は一側面において、鉛アノードを用いた、スルファミン酸浴による鉛の電解精製方法において、スルファミン酸の分解率を０．０６％／日以下に制御して電解精製を行うスルファミン酸浴による鉛の電解精製方法である。
【０００８】
本発明のスルファミン酸浴による鉛の電解精製方法は一実施形態において、スルファミン酸浴におけるスルファミン酸濃度を、スルファミン酸浴における鉛濃度よりも、さらに２０〜６０ｇ／Ｌ高い濃度に調整しながら電解精製を行う。
【０００９】
本発明のスルファミン酸浴による鉛の電解精製方法は別の一実施形態において、スルファミン酸浴における電解液温度を１５〜３０℃に調整しながら電解精製を行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スルファミン酸浴による鉛の電解精製において、白色残渣の生成を抑制し、電解液中の鉛濃度の低下を抑制することができる。そして、白色残渣を電槽から取り出す頻度を抑えることができる。また、電解液中の鉛濃度の低下を抑えることで鉛濃度の管理が容易となり、良好な鉛の電着状況が得られるようになる。さらに、電解精製中のスルファミン酸の補充の頻度が少なくなる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実験例１のスルファミン酸濃度とスルファミン酸の分解率との関係を表すグラフである。
【図２】実験例２の電解液温度とスルファミン酸の分解率との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のスルファミン酸浴による鉛の電解精製方法は、スルファミン酸の分解率を０．０６％／日以下に制御して電解精製を行う。さらに、スルファミン酸浴におけるスルファミン酸濃度を、スルファミン酸浴における鉛濃度よりも、さらに２０〜６０ｇ／Ｌ高い濃度に調整しながら電解精製を行うことが好ましく、スルファミン酸浴における電解液温度を１５℃〜３０℃に調整しながら電解精製を行うことが好ましい。
【００１３】
スルファミン酸浴による鉛の電解精製におけるアノード反応及びカソード反応を以下に示す：
・アノード反応：Ｐｂ  ＋  ２ＳＯ3ＮＨ2-  →  Ｐｂ（ＳＯ3ＮＨ2）2  ＋  ２ｅ-
・カソード反応：Ｐｂ（ＳＯ3ＮＨ2）2  ＋  ２ｅ-  →  Ｐｂ  ＋  ２ＳＯ3ＮＨ2-
【００１４】
電解精製の対象となる原料（鉛含有物）としては、特に限定されないが、例えば、銅鉱石を自溶炉処理及び転炉処理した後、転炉ダストを硫酸処理した後の硫酸鉛を炭酸ナトリウムにより炭酸鉛にした後、電気炉で溶融還元を行い、分離したメタルをソーダ処理することで得られる鉛含有物等も挙げられる。電解精製の対象となる原料（鉛含有物）の成分としては、鉛が主成分で６０mass％以上あればよく、例えば、鉛７０〜９０mass％、錫０．０４mass％、ビスマス５〜３０mass％を含有する鉛含有物でも良い。
【００１５】
上記鉛含有物を用いてアノードの形状に鋳造し、アノードに用いて電解精製を行う。アノードのサイズとしては、カソードのサイズに比べ小さくすることで、エッジ効果を防ぐことができ、平滑で良好な電着鉛を回収することができる。
【００１６】
電解液中のスルファミン酸の分解率を０．０６％／日以下に制御することで、硫酸鉛の堆積を低減することができる。また、電解液中の鉛濃度の低下を抑制することができる。さらにスルファミン酸浴による鉛の電解精製中のスルファミン酸の劣化を良好に抑制し、スルファミン酸の補充の頻度を抑えることができる。一方、０．０６％／日を超えると硫酸鉛の発生が多くなり、アノードからの鉛の溶出が間に合わず、電解液中の鉛濃度の低下を招く。さらに、多量の硫酸鉛の発生は、電解精製を中止して電槽の底に堆積した硫酸鉛の取出しの頻度を多くする。また、スルファミン酸の分解が進むとスルファミン酸の所定の濃度を保持するためにスルファミン酸の補充が頻繁となる。スルファミン酸の分解率は、好ましくは、０．０４％／日以下、より好ましくは０．０２％／日以下である。
なお、スルファミン酸分解率（ｄ）は、以下の式で表される：
ｄ = Ａd／ Ａ0
・Ａd：分解したスルファミン酸量
Ａd＝残渣重量×Ｐｂ品位×（９７／２０７）
上記「９７」はスルファミン酸分子量、上記「２０７」はＰｂ原子量
・Ａ0：初期スルファミン酸量
本発明では１日あたりのスルファミン酸分解率としているが、分解したスルファミン酸量は、５日後の残渣重量から１日あたりを平均で算出することが望ましい。
【００１７】
電解液中のスルファミン酸濃度を、電解液中の鉛濃度（ｇ／Ｌ）よりも、さらに２０〜６０ｇ／Ｌ高い濃度（以下、超過分とも言う）に調整することが好ましい。例えば、本発明における電解液中のスルファミン酸濃度は、電解液中の鉛濃度が８０ｇ／Ｌの場合には、電解液中のスルファミン酸濃度を１００〜１４０ｇ／Ｌに調整することが好ましい。なお、正確には、スルファミン酸の濃度は、鉛のモル数に対するモル数の濃度と示すべきであるが、スルファミン酸の分子量と鉛の原子量が近いことから、実際は、スルファミン酸濃度をそのまま鉛の濃度と対比しても問題ない。
なお、電解液中のスルファミン酸濃度を、電解液中の鉛濃度（ｇ／Ｌ）の濃度よりも、さらに６０ｇ／Ｌより高い濃度とするとスルファミン酸の分解率が高くなり、０．０６％／日以下に制御することが困難となる。一方、２０ｇ／Ｌ未満では、スルファミン酸の添加の効果がなくなるおそれがある。電解中はスルファミン酸の分解が進み、濃度は低下していくので、必要に応じてスルファミン酸を添加することで２０ｇ／Ｌ以上を保持することができるが、スルファミン酸の分解率が０．０６％／日を超える場合には、添加の頻度が多くなり、硫酸鉛の堆積が多くなる。
【００１８】
スルファミン酸浴における電解液温度は１５℃〜３０℃とするのが好ましい。３０℃を超えると、スルファミン酸浴による鉛の電解精製中のスルファミン酸の分解が大きくなるおそれがあり、さらにスルファミン酸の分解が大きくなることにより硫酸鉛の堆積が増加し、電解液中の鉛濃度が低下するおそれがある。ただし、電解液温度が低すぎると、鉛の電着状況が悪くなるおそれがあるため、１５℃以上が好ましく、２０℃以上がより好ましい。
【００１９】
電解液中の鉛濃度を６０〜８０ｇ／Ｌとするのが好ましい。このような構成により、電解精製によってカソードに電着した鉛の良好な電着状況が得られる。スルファミン酸の分解率が０．０６％／日を超える場合には、電解液中の鉛濃度の低下が見られるため、適正な範囲に制御することが困難になる。従って、０．０６％／日以下であれば、電解液中の鉛濃度を６０〜８０ｇ／Ｌとの狭い範囲に調整することが容易となる。電解液中の鉛濃度は、７０〜８０ｇ／Ｌとするのがより好ましい。
【００２０】
電解液中のその他の成分である平滑剤としては、ノイゲンＢＮ−１３９０（以下、「ノイゲン」は登録商標）又はノイゲンＢＮ−２５６０を１〜７００ｍｇ／Ｌ添加することが好ましい。これにより、より平滑で良好な電着鉛を回収することができる。なお、ノイゲンＢＮ−１３９０、ノイゲンＢＮ−２５６０は、ポリオキシエチレンモノナフチルエーテルを主成分とする非イオン界面活性剤であり、第一工業製薬の商品である。ノイゲンＢＮ−１３９０はポリオキシエチレンモノナフチルエーテルを９０％、残りは水の非イオン界面活性剤である。
【００２１】
電解の電流密度は、５０〜１００Ａ／ｍ2に制御することが好ましい。これにより、より平滑で良好な電着鉛を回収することができる。
【実施例】
【００２２】
以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【００２３】
（実験例１：スルファミン酸濃度の影響）
電解液の組成として、鉛濃度及びスルファミン酸濃度を表１に記載の濃度に調整した溶液に、平滑剤としてノイゲンＢＮ−１３９０を１０ｍｇ／Ｌになるように添加した。鉛含有物を鋳造して得られた鉛板をアノードとし、ステンレス板をカソードとして、交互に電槽に装入した。電極装入後、電槽内に上記電解液を補充し、電解液の電槽内滞留時間が１時間程度になるように給液することで、電槽内の濃度分布を均等にした。電解液の液温を表１に記載の温度に調整しながら、表１に記載の電流密度で通電して電解精製を５日間行い、電着鉛を回収した。また、例１−２、例１−３、例１−４、例１−５、では、５日間のスルファミン酸の分解率[％]を０．３％以下に制御した。
この結果、例１−１では、電着表面に荒れが顕著に現れ、例１−６、例１−７では、電解液中の鉛濃度の低下が抑制できなかった。また、例１−６ではスルファミン酸の分解率が０．４％、例１−７ではスルファミン酸の分解率が０．９％であった。一方、例１−２、例１−３、例１−４、例１−５、では、白色残渣の生成を抑制し、電解液中の鉛濃度の低下を抑制することができた。図１に、例１−３（スルファミン酸濃度の超過分３０ｇ／Ｌ）、例１−６（スルファミン酸濃度の超過分８０ｇ／Ｌ）、例１−７（スルファミン酸濃度の超過分１３０ｇ／Ｌ）の、スルファミン酸分解率を表すグラフを示す。なお、表１及び２において、「スルファミン酸濃度（超過分）」は、「電解液のスルファミン酸濃度（電解液中の鉛の濃度を超えた分）」を示す。
【００２４】
【表１】
0006453743.tif 000002
【００２５】
（実験例２：電解温度の影響）
電解液の組成として、鉛濃度及びスルファミン酸濃度を表２に記載の濃度に調整した溶液に、平滑剤としてノイゲンＢＮ−１３９０を１０ｍｇ／Ｌになるように添加した。鉛含有物を鋳造して得られた鉛板をアノードとし、ステンレス板をカソードとして、交互に電槽に装入した。電極装入後、電槽内に上記電解液を補充し、電解液の電槽内滞留時間が１時間程度になるように給液することで、電槽内の濃度分布を均等にした。電解液の液温を表２に記載の温度に調整しながら、表２に記載の電流密度で通電して電解精製を５日間行い、電着鉛を回収した。また、例２−２、例２−３では、５日間のスルファミン酸の分解率[％]を０．３％以下に制御した。
この結果、例２−１は鉛の電着が悪くなった。一方、例２−５、例２−６では、電解液中の鉛濃度の低下が抑制できなかった。また、例２−５ではスルファミン酸の分解率が３．５％を超え、例２−６ではスルファミン酸の分解率が７％を超えた。一方、例２−２、例２−３、例２−４では、白色残渣の生成を抑制し、電解液中の鉛濃度の低下を抑制することができた。図２に、例２−２（電解液温１５℃）、例２−４（電解液温３０℃）、例２−６（電解液温５０℃）の、スルファミン酸分解率を表すグラフを示す。
【００２６】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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