(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液が供給される蒸発器と、
前記蒸発器に設けられ、前記原液を加熱する間接式加熱器と、
前記蒸発器内において発生した水蒸気を前記間接式加熱器の入口ヘッダに導く水蒸気ダクトと、
前記水蒸気ダクト内を流れる前記水蒸気に中和剤を散布する中和剤散布装置と、
前記間接式加熱器の出口ヘッダから排出された凝縮水を一時貯留する凝縮水タンクと、
前記凝縮水タンクから排出された前記凝縮水を大気圧下で貯留するモニタタンクと、
前記モニタタンクに設けられ、前記凝縮水のｐＨを測定するｐＨ計と、を備え、
前記中和剤散布装置から散布される前記中和剤の流量は、前記ｐＨ計の測定値に基づき調整される
ことを特徴とする蒸発濃縮装置。
【請求項２】
前記モニタタンクの液位を測定する液位計と、
前記モニタタンクから前記凝縮水を排出する排出配管と、
前記排出配管に設けられた制御弁と、
前記液位計の測定値が目標値を維持するように前記制御弁を制御する制御器と、を備える
ことを特徴とする請求項１記載の蒸発濃縮装置。
【請求項３】
前記モニタタンクから排出された前記凝縮水を前記出口ヘッダに導く排出配管を備える
ことを特徴とする請求項１または２記載の蒸発濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発濃縮装置に関する。さらに詳しくは、原液中の水分を蒸発させて濃縮液を得る蒸発濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル・コバルト湿式製錬の電解工程では、電解採取により、例えば塩化コバルト水溶液に含まれるコバルトを電気コバルトとして回収する。電解採取は、電解槽に電解始液として塩化コバルト水溶液を供給し、電解槽に挿入されたアノードとカソードとの間に電流を流すことにより行われる。電解槽から排出された電解廃液はコバルト濃度が低下した塩化コバルト水溶液である。この電解廃液は蒸発濃縮装置により所定のコバルト濃度まで濃縮された後、再び電解始液として電解槽に供給される。このプロセスはニッケルの電解採取においても同様である。
【０００３】
蒸発濃縮装置では、原液として電解廃液を蒸発器に供給し、低圧下で加熱することで水分を蒸発させ、所定の濃度まで濃縮した濃縮液を排出する。蒸発器内では塩化コバルト水溶液の水分が蒸発するとともに、原液に含まれる塩素の一部も気化される。塩素を含有する水蒸気は金属腐食性を有するため、蒸発器から排出された水蒸気が通るステンレス製の部材が腐食されるという問題がある。
【０００４】
特許文献１には、蒸発器において水蒸気とともに生成された酸性ガスを蒸気ダクト内においてアルカリ液散布装置から散布されるアルカリ液と接触させることにより中和し、除去することが開示されている。これにより、蒸気ダクトの腐食を防止している。また、アルカリ液散布装置から散布されるアルカリ液の流量は、凝縮水のｐＨ値が水汚濁防止法に規定されている排水規制値の範囲内となるように、揮発性酸液を含む水溶液の酸濃度に基づいて計算により求められることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０９８３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ｐＨ計は大気圧下で用いないと正確にｐＨを測定できない。また、ｐＨ計は測定対象液の液位が安定していないと測定値にバラつきが生じる。ところが、蒸発器内は低圧に維持されている。また、凝縮水は間欠的に排出されるため液位が安定しない。そのため、正確にｐＨを測定できず、中和剤の流量を適切に調整できないという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、凝縮水のｐＨに基づき中和剤の流量を適切に調整できる蒸発濃縮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】
【０００８】
第１発明の蒸発濃縮装置は、原液が供給される蒸発器と、前記蒸発器に設けられ、前記原液を加熱する間接式加熱器と、前記蒸発器内において発生した水蒸気を前記間接式加熱器の入口ヘッダに導く水蒸気ダクトと、前記水蒸気ダクト内を流れる前記水蒸気に中和剤を散布する中和剤散布装置と、前記間接式加熱器の出口ヘッダから排出された凝縮水を一時貯留する凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクから排出された前記凝縮水を大気圧下で貯留するモニタタンクと、前記モニタタンクに設けられ、前記凝縮水のｐＨを測定するｐＨ計と、を備え、前記中和剤散布装置から散布される前記中和剤の流量は、前記ｐＨ計の測定値に基づき調整されることを特徴とする。
第２発明の蒸発濃縮装置は、第１発明において、前記モニタタンクの液位を測定する液位計と、前記モニタタンクから前記凝縮水を排出する排出配管と、前記排出配管に設けられた制御弁と、前記液位計の測定値が目標値を維持するように前記制御弁を制御する制御器と、を備えることを特徴とする。
第３発明の蒸発濃縮装置は、第１または第２発明において、前記モニタタンクから排出された前記凝縮水を前記出口ヘッダに導く排出配管を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明によれば、凝縮水を大気圧下で貯留するモニタタンクにｐＨ計が設けられているので、凝縮水のｐＨを正確に測定できる。そのため、凝縮水のｐＨに基づき中和剤の流量を適切に調整できる。
第２発明によれば、モニタタンクの液位が安定するので、凝縮水のｐＨをバラつきなく測定できる。
第３発明によれば、凝縮水が凝縮水タンクとモニタタンクとの間を循環するので、凝縮水のｐＨを均一にでき、凝縮水のｐＨを正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る蒸発濃縮装置の説明図である。
【図２】遊離有効塩素の化学平衡とｐＨとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る蒸発濃縮装置１は蒸発器１０を備えている。蒸発器１０は気密性を有する容器であり、図示しない真空ポンプによりその内部は低圧（例えば、15〜20kPa）に維持されている。また、蒸発器１０には間接式加熱器２０が設けられており、その内部の温度は例えば58〜63℃に維持されている。蒸発器１０内に供給された原液を低圧下で加熱することにより、原液中の水分を蒸発させて濃縮液を得る。
【００１２】
蒸発濃縮装置１により電解廃液を濃縮する場合、原液は電解廃液である。例えば、塩化浴のコバルト電解採取工程から排出された電解廃液は塩化コバルト水溶液である。塩化浴のニッケル電解採取工程から排出された電解廃液は塩化ニッケル水溶液である。塩化コバルト水溶液や塩化ニッケル水溶液を濃縮する場合、金属濃度40〜70g/Lの原液（電解廃液）を濃縮して、金属濃度50〜80g/Lの濃縮液（電解始液）を得る。
【００１３】
蒸発器１０の上部には原液散布ノズル１１が設けられている。蒸発器１０の底部と原液散布ノズル１１とは、ポンプ１２を有する原液循環配管１３で接続されている。原液循環配管１３の途中には原液供給配管１４が接続されている。
【００１４】
原液供給配管１４から供給された新規の原液は原液散布ノズル１１により間接式加熱器２０に向かって散布される。原液が間接式加熱器２０により加熱されることで、原液中の水分が蒸発する。蒸発器１０内を流下した原液は蒸発器１０の底部に貯留される。蒸発器１０の底部に貯留された原液は、ポンプ１２の駆動により原液循環配管１３を流れ、再び原液散布ノズル１１に導かれる。このように原液は蒸発器１０内を循環し、その過程で水分が蒸発して濃縮液となる。
【００１５】
原液循環配管１３は途中で濃縮液排出配管１５に分岐している。濃縮液排出配管１５にはポンプ１６が設けられている。蒸発器１０において所定の濃度まで濃縮された濃縮液は、ポンプ１６の駆動により濃縮液排出配管１５から排出される。
【００１６】
間接式加熱器２０は、蒸発器１０の内部に設けられた複数の加熱管２１と、加熱管２１の入口端に接続された入口ヘッダ２２と、加熱管２１の出口端に接続された出口ヘッダ２３とからなる。入口ヘッダ２２に供給された熱媒体は加熱管２１を通った後、出口ヘッダ２３から排出される。
【００１７】
蒸発器１０の上部には水蒸気ダクト２４の一端が接続されている。この水蒸気ダクト２４の他端は間接式加熱器２０の入口ヘッダ２２に接続されている。また、水蒸気ダクト２４の途中にはヒートポンプ２５が設けられている。蒸発器１０内において原液中の水分が蒸発して発生した水蒸気は水蒸気ダクト２４を介して入口ヘッダ２２に導かれる。その途中で水蒸気はヒートポンプ２５により圧縮され温度が上昇する（例えば5℃上昇する）。このように、蒸発器１０内において発生した水蒸気は間接式加熱器２０の熱媒体として利用される。
【００１８】
また、入口ヘッダ２２には水蒸気供給配管２６が接続されている。水蒸気供給配管２６からは新規の水蒸気が供給される。この水蒸気も間接式加熱器２０の熱媒体として利用される。
【００１９】
なお、ヒートポンプ２５に代えて蒸気エジェクタを用いてもよい。この場合、水蒸気供給配管２６から供給される高圧の水蒸気により、蒸発器１０内において発生した水蒸気を吸引し、蒸気エジェクタから吐出される水蒸気を入口ヘッダ２２に供給するよう構成すればよい。
【００２０】
出口ヘッダ２３には水蒸気排出配管２７および凝縮水排出配管２８が接続されている。入口ヘッダ２２に供給された水蒸気は加熱管２１を介して出口ヘッダ２３に導かれる。その後、水蒸気は水蒸気排出配管２７に設けられたポンプ２９により吸引され、系外に排出される。また、水蒸気は加熱管２１において原液と熱交換することにより一部が凝縮水となる。その凝縮水は出口ヘッダ２３に導かれた後、凝縮水排出配管２８から排出される。
【００２１】
ところで、塩化コバルト水溶液や塩化ニッケル水溶液など塩素を含有する水溶液を原液として用いる場合、蒸発器１０内では原液中の水分が蒸発するとともに、原液に含まれる塩素も気化される。そのため、蒸発器１０から排出される水蒸気には塩素が含まれる。
【００２２】
塩素を含有する水蒸気は金属腐食性を有する。この水蒸気から生じた凝縮水には塩素が次亜塩素酸の形態で含まれているため、凝縮水も金属腐食性を有する。ヒートポンプ２５や加熱管２１などのステンレス製の部材は塩素を含有する水蒸気や凝縮水により腐食される。特に、加熱管２１に孔食が生じると、蒸発器１０内の気圧が上昇して、蒸発器１０の効率が低下してしまう。
【００２３】
また、ステンレス製の部材が腐食されると凝縮水に鉄が溶出する。さらに、加熱管２１に孔食が生じると、鉄を含有する凝縮水が加熱管２１に形成された孔を介して蒸発器１０の内部に浸入する。そうすると、濃縮液に鉄が混入してしまう。
【００２４】
塩化コバルト水溶液を用いた電解採取においては、電解槽から排出された電解廃液を蒸発濃縮装置１により濃縮した後、再び電解始液として電解槽に供給することが行われる。上記のごとく濃縮液（電解始液）に鉄が混入すると、不純物である鉄が製品（電気コバルト）に電着するため、製品の品位が低下してしまう。
【００２５】
そこで、水蒸気ダクト２４には中和剤散布装置３０が設けられている。中和剤散布装置３０は例えば水蒸気ダクト２４の内部に設けられた噴霧器である。中和剤散布装置３０により、水蒸気ダクト２４内を流れる水蒸気に中和剤を散布することで、水蒸気を中和する。これによりヒートポンプ２５や加熱管２１などのステンレス製の部材の腐食を防止できる。これにより、蒸発濃縮装置１の寿命を長くすることができる。ヒートポンプ２５や加熱管２１の素材として耐腐食性を有するチタンなどの高価な素材を採用する必要がなく、ステンレスなどの安価な素材を採用することができるので、設備コストを削減できる。
【００２６】
なお、中和剤散布装置３０の取り付け場所は水蒸気ダクト２４であれば特に限定されないが、ヒートポンプ２５の吸気口付近が好ましい。このような位置に中和剤散布装置３０を取り付ければ、稼働中のヒートポンプ２５に直接中和剤を散布でき、ヒートポンプ２５の腐食を十分に防止できるからである。
【００２７】
また、中和剤は水蒸気ダクト２４を流れる水蒸気の流れに沿って散布することが好ましい。中和剤を水蒸気の流れに逆らって散布すると、中和剤が蒸発器１０まで逆流して原液に混入する恐れがあるからである。
【００２８】
中和剤散布装置３０には中和剤を供給する中和剤供給部４０が接続されている。中和剤供給部４０は、中和剤を貯留する中和剤タンク４１と、中和剤タンク４１に接続された中和剤供給配管４２と、中和剤供給配管４２に設けられた中和剤ポンプ４３とからなる。中和剤供給配管４２は後述の凝縮水循環配管５１を介して中和剤散布装置３０に接続されている。中和剤ポンプ４３の駆動により中和剤が中和剤散布装置３０に供給され、中和剤が水蒸気ダクト２４内を流れる水蒸気に散布される。また、中和剤ポンプ４３の吐出量を調整することで、水蒸気に散布される中和剤の流量を調整できる。
【００２９】
中和剤としては特に限定されないが、塩素を中和する場合にはアルカリ液、特に水酸化ナトリウム水溶液が好適に用いられる。塩素を含有する水蒸気に散布される水酸化ナトリウム水溶液の濃度は0.2〜1.0%が好ましい。濃度が1.0%より高い場合、水蒸気中の塩素と水酸化ナトリウムとが反応して塩化ナトリウムや次亜塩素ナトリウムが生成される。これらが装置の内壁に付着すると孔食発生の起点となる。また、これらがヒートポンプ２５のファンに付着すると、動バランスが崩れてしまう。濃度が0.2%未満の場合、中和剤としての効果が不十分となる。
【００３０】
中和剤タンク４１に貯留された中和剤の濃度が前記濃度よりも高い場合には、中和剤を希釈してから中和剤散布装置３０に供給すればよい。本実施形態では、間接式加熱器２０から排出された凝縮水で中和剤を希釈する構成としている。
【００３１】
間接式加熱器２０の出口ヘッダ２３は凝縮水排出配管２８により凝縮水タンク５０に接続されている。したがって、出口ヘッダ２３から排出された凝縮水は凝縮水タンク５０に一時貯留される。凝縮水タンク５０は気密性を有する容器である。また、出口ヘッダ２３内の水蒸気はポンプ２９により吸引されているため、出口ヘッダ２３内および凝縮水タンク５０は負圧となっている。
【００３２】
凝縮水タンク５０には凝縮水循環配管５１の一端が接続されている。凝縮水循環配管５１の他端は中和剤散布装置３０に接続されている。凝縮水循環配管５１には凝縮水ポンプ５２が設けられている。凝縮水ポンプ５２の駆動により、凝縮水タンク５０に貯留された凝縮水が中和剤散布装置３０に導かれる。その途中で中和剤タンク４１から供給された中和剤と凝縮水とが混合され、希釈された中和剤が中和剤散布装置３０に供給される。また、凝縮水ポンプ５２の吐出量を調整することで、中和剤に対する凝縮水の混合比率を調整できる。
【００３３】
凝縮水タンク５０から排出された凝縮水のうち余剰分は凝縮水排出配管５４を介して系外に排出される。
【００３４】
中和剤散布装置３０から散布する中和剤の流量は凝縮水のｐＨに基づき調整される。塩素を中和する場合には、凝縮水がｐＨ１０以上となるように中和剤の流量を調整することが好ましい。図２に示すように、塩素を含む水溶液はｐＨに依存してCl2、HClO、ClO-の各形態が所定の比率で存在する。ｐＨ５から７の領域では次亜塩素酸態濃度が高い。ｐＨ７以上では有効塩素存在率が低下し、特にｐＨ１０以上の領域では次亜塩素酸がなくなるため、金属腐食性が著しく低下する。そのため、凝縮水がｐＨ１０以上であれば、ヒートポンプ２５や加熱管２１などのステンレス製の部材の腐食を十分に防止できる。
【００３５】
本実施形態は凝縮水のｐＨを測定するためにモニタタンク６０を設けたところに特徴を有する。
前記凝縮水循環配管５１には凝縮水ポンプ５２の下流に採取配管６１の一端が接続されている。採取配管６１の他端はモニタタンク６０に接続されている。凝縮水タンク５０から排出された凝縮水の一部が採取配管６１を介してモニタタンク６０に供給される。モニタタンク６０は上部が開放されたタンクである。そのため、モニタタンク６０では凝縮水が大気圧下で貯留される。
【００３６】
モニタタンク６０には凝縮水のｐＨを測定するｐＨ計６２が設けられている。このｐＨ計６２の測定値に基づき中和剤の流量を調整できる。
【００３７】
モニタタンク６０には排出配管６３の一端が接続されている。排出配管６３の他端は間接式加熱器２０の出口ヘッダ２３に接続されている。モニタタンク６０に貯留された凝縮水は排出配管６３を介して排出される。排出された凝縮水は排出配管６３により出口ヘッダ２３に導かれ、再び凝縮水タンク５０に排出される。
【００３８】
排出配管６３には制御弁６４が設けられている。制御弁６４には制御弁６４の開閉を制御する制御部６５が接続されている。制御部６５はＣＰＵやメモリなどで構成されたコンピュータで構成されてもよいし、単純な電子回路で構成されてもよい。前述のごとく、出口ヘッダ２３内は負圧となっている。そのため、制御弁６４を開にすると、モニタタンク６０内の凝縮水はその負圧により出口ヘッダ２３に吸引される。
【００３９】
モニタタンク６０には凝縮水の液位を測定する液位計６６が設けられている。液位計６６の測定値は制御部６５に入力されている。制御部６５は液位計６６の測定値が目標値を維持するように制御弁６４の開閉を制御する。
【００４０】
制御部６５は例えば以下のように制御弁６４を制御する。液位計６６の測定値が上限値に達すると制御部６５は制御弁６４を開とする。そうすると、モニタタンク６０から凝縮水が排出され、液位が下がる。液位計６６の測定値が下限値に達すると、制御部６５は制御弁６４を閉とする。そうすると、採取配管６１から供給される凝縮水によりモニタタンク６０の液位が上がる。このようにして、モニタタンク６０の液位が一定に維持される。なお、上記例のように液位の目標値を上限値と下限値とからなる幅で設定してもよいし、ただ１つの値として定めてもよい。
【００４１】
ｐＨ計６２はその構造上負圧下では正確にｐＨを測定できない。これに対して、本実施形態では凝縮水を大気圧下で貯留するモニタタンク６０にｐＨ計６２が設けられているので、凝縮水のｐＨを正確に測定できる。
【００４２】
また、ｐＨ計６２は測定対象液の液位が安定しないと測定値にバラつきが生じる。出口ヘッダ２３からは凝縮水が間欠的に排出されるため、この凝縮水のｐＨをそのまま測定しようとすると測定値にバラつきが生じる。これに対して、本実施形態では出口ヘッダ２３から排出された凝縮水を一度凝縮水タンク５０に貯留した後、モニタタンク６０に供給している。凝縮水タンク５０とモニタタンク６０の二段構成とすることで、モニタタンク６０には凝縮水が連続的に静かに供給される。また、モニタタンク６０の液位は、制御弁６４、制御部６５および液位計６６が協働することで一定に維持される。そのため、モニタタンク６０の液位が安定するので、凝縮水のｐＨをバラつきなく測定できる。
【００４３】
さらに、モニタタンク６０から排出された凝縮水は出口ヘッダ２３に戻される。これにより、凝縮水が凝縮水タンク５０とモニタタンク６０との間を循環するので、凝縮水の局所的な濃淡が少なくなり凝縮水のｐＨを均一にできる。その結果、凝縮水のｐＨを正確に測定できる。
【００４４】
以上のように、凝縮水のｐＨを正確に測定できるため、凝縮水のｐＨに基づき中和剤の流量を適切に調整できる。また、凝縮水のｐＨに基づき中和剤の流量を調整することで、原液の溶存塩素負荷が変動する場合にも、その変動に追従して中和剤の流量を適切に増減できる。
【００４５】
中和剤の流量調整は、ｐＨ計６２の測定値を監視し、測定値の上下動に合わせて中和剤ポンプ４３の吐出量を増減させることにより行われる。塩素を中和する場合、ｐＨ計６２の測定値がｐＨ１０以上となるように中和剤の流量を調整すれば、ヒートポンプ２５や加熱管２１などのステンレス製の部材の腐食を十分に防止できる。
【００４６】
中和剤の流量調整は作業員が手動で行ってもよい。この場合、作業員がｐＨ計６２の測定値を監視し、その測定値に基づいて中和剤ポンプ４３の吐出量を調整する。これに代えて、制御装置により自動で中和剤の流量調整を行ってもよい。この場合、制御装置はｐＨ計６２の測定値に基づいて中和剤ポンプ４３の吐出量を制御するよう構成される。このような構成とすれば人員コストを削減できる。
【００４７】
また、中和剤の濃度を調整することもできる。例えば、凝縮水ポンプ５２の吐出量を一定として凝縮水の流量を一定とする。一方で中和剤ポンプ４３の吐出量を調整することで中和剤の流量を調整する。これにより中和剤と凝縮水との混合比率を調整することで中和剤の濃度を調整できる。中和剤ポンプ４３の吐出量を一定として凝縮水ポンプ５２の吐出量を調整してもよいし、中和剤ポンプ４３と凝縮水ポンプ５２の両方の吐出量を調整してもよい。中和剤として水酸化ナトリウム水溶液を用いる場合、希釈した後の水酸化ナトリウム水溶液の濃度が0.2〜1.0%となるように、中和剤と凝縮水との混合比率を調整すればよい。
【実施例】
【００４８】
つぎに、実施例を説明する。
（実施例）
上記実施形態の蒸発濃縮装置１を用いて、電解廃液（塩化コバルト水溶液）の濃縮を行った。中和剤としては水酸化ナトリウム水溶液を用いた。ｐＨ計６２の測定値に基づき、凝縮液のｐＨが１０となるように中和剤の流量を調整した。
【００４９】
実施例における運転状況は表１に示す通りである。
【表１】
0006341877.tif 000002
【００５０】
凝縮水のｐＨが１０以上であることから、凝縮水の金属腐食性は低くなっていることが分かる。６ヶ月ごとに装置の点検を行ったが、孔食の発生は確認されなかった。
【００５１】
（比較例）
上記実施形態の蒸発濃縮装置１において、中和剤の散布を行わずに運転を行った。比較例における運転状況は表２に示す通りである。
【表２】
0006341877.tif 000003
【００５２】
凝縮水のｐＨが上記の領域では、凝縮水中の塩素は遊離塩素を含む次亜塩素酸であり金属腐食性を有する。そのため、装置を長期間運転した場合にはステンレス製の部材は凝縮水により腐食される。発生した孔食を溶接して補修する作業が２ヶ月ごとに必要であった。
【符号の説明】
【００５３】
１    蒸発濃縮装置
１０  蒸発器
２０  間接式加熱器
２１  加熱管
２２  入口ヘッダ
２３  出口ヘッダ
２４  水蒸気ダクト
２５  ヒートポンプ
３０  中和剤散布装置
４０  中和剤供給部
５０  凝縮水タンク
６０  モニタタンク
６１  採取配管
６２  ｐＨ計
６３  排出配管
６４  制御弁
６５  制御部
６６  液位計
【図１】
0006341877.tif 000004
【図２】
0006341877.tif 000005