(57)【要約】      （修正有）【課題】金属元素が溶解している液から電気分解によって金属を回収する電解回収装置において、より低濃度まで目的金属を取り切る電解回収装置を提供する。【解決手段】金属回収装置は、処理槽本体７内に、モータ１０によって軸４を中心にして回転する円筒状の陰極１と、該陰極１と対向するように配置された４枚の板状陽極２とを備えている。軸４は陰極１を取り外し可能に接続するため接続部４１と、陰極１に電解電流を給電するための給電部と、軸が直接処理液に接触しないように保護する、軸と電気的に絶縁された筒４２からなっており、さらに軸４をスムーズに回転させ、かつ軸４内への液の侵入を防止するためのベアリング部３を備えている。また、処理すべき液は蓄液槽９よりポンプ８を用いて処理槽７に供給され、処理槽７内での液面高さを陰極１が十分な浸漬面積を確保できるよう保持されながら、排出口から蓄液槽９に戻される。【選択図】図１
0003191315.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
有価金属元素が溶解している液から有価金属を電解回収する電解回収装置であって、筒状で側面に多数の貫通孔を有する陰極と、前記筒状の陰極を回転させる駆動手段とを有してなり、前記陰極側面の貫通孔内に前記陰極と電気的に導通している導電体が配置されていることを特徴とする電解回収装置
【請求項２】
有価金属元素が溶解している液から有価金属を電解回収する電解回収装置であって、筒状で側面に多数の貫通孔を有する陰極と、前記筒状の陰極を回転させる駆動手段とを有してなり、前記陰極側面の貫通孔の回転軸からみて外側に、前記陰極と電気的に導通している導電体が配置されていることを特徴とする電解回収装置
【請求項３】
前記導電体の前記筒状電極の回転軸から見た投影幅が２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の電解回収装置
【請求項４】
前記導電体の前記筒状電極の回転軸から見た投影幅が０．３〜０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１または２記載の電解回収装置
【請求項５】
前記貫通孔の側面全体に対する面積比率が２０〜７０％であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電解回収装置
【請求項６】
前記筒状陰極の内側面に、（当該筒の内面付近の液を拘束して、液の筒内面に対する相対速度を下げる機能を持つ）突起物が配されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電解回収装置
【請求項７】
前記突起物は、円周方向の寸法よりも、回転軸方向および半径方向の寸法が共に大きいことを特徴とする請求項６記載の電解回収装置
【請求項８】
前記筒状陰極の内側に、筒状陰極に接触しない、（陰極内側の液の回転方向の流れを回転軸から離れる方向に変換する機能を持つ）整流板が配されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電解回収装置
【請求項９】
前記整流板が、回転軸から外側に向かって配される平面もしくは曲面からなる板、またはその集合体からなることを特徴とする請求項８記載の電解回収装置
【請求項１０】
前記筒状陰極の外側に、筒状陰極に接触しない、（陰極内側の液の回転方向の流れを変換する機能を持つ）整流板が配されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電解回収装置
【請求項１１】
前記整流板が、陰極の回転方向と平行でなく、かつ、少なくとも１つの端部と回転陰極との再接近距離が２０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１０記載の電解回収装置
【請求項１２】
前記整流版が前記筒状電極の対極としての機能を持っていることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の電解回収装置
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、金属イオンを含有する廃液から、電解によって金属を回収する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等から排出される廃液（例えば、処理液など）には、例えば、ＡｕやＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、白金族元素等の金属を含有しているものがあり、これらの金属は廃液から回収して再利用される。廃液から金属を回収する方法として以前からよく用いられる方法として、例えば特許文献１に示すように電気分解法が知られている。電気分解法は設備の維持管理が容易であることや、ランニングコストが小さいことなどのメリットがある点で優れている。
【０００３】
一方、回収する対象が貴金属のような高価なものであったり、低濃度でも液中への残存が望ましくない有害元素である場合、電気分解法だけで液中の残存濃度が十分低くなるまで取り除くことは難しく、そのため、電気分解法で大部分を液からとった上で、更にこれら元素を取り除く為にイオン交換樹脂やキレート樹脂などの吸着手段、もしくは、沈殿反応や溶媒抽出などの化学的手段を併用するのが常法であった。これらの方法は設備の大型化に繋がっていた為、近年では、電解のみでより低濃度まで液中から回収する方法が望まれている。
【０００４】
電気分解法のみで目的とする金属の濃度を十分低くすることが困難な理由は、目的とする金属濃度が下がることにより、水の電気分解による水素の発生反応が競争的となり、金属を析出させる反応の電流効率が下がることにある。電流効率の低下を出来る限り避けるためには、電極表面への目的金属の供給効率を上げることが有効であり、そのためには、析出電極と液との間の相対速度を高めることが有効であることが知られている。液の速度を高めるために最も一般的な手段は高速の液流を発生させるポンプを使用することであるが、ポンプの発生させる圧力に耐える構造の電解機が必要であることとも合わせ、設備が大型化するきらいがあるため、特許文献２〜５に示すような、回収対象を析出させる電極をモータなどの手段で回転させて電極と電解液との間の相対速度を作り出すことのできる回転式電解回収装置が多く使用されている。回転式電解回収装置であれば、析出電極の回転速度を上げることで、ある程度まで残留する金属濃度を下げることが可能である。
【０００５】
しかしながら、回転速度を上げることによる残留金属濃度の低下の効果には限りがある。これは、電極表面にごく近い液が電極の回転に追随して動く為、相対速度を上げることが難しいことによると考えられる。これを解決する手段として特許文献６に示すような、遠心方向の流れの利用が考えられる。回転式電解回収装置においても、同様な形状をしたものは過去から存在しており、特許文献７においても示されているが、液と析出電極表面の相対速度が上がるのは穴の周囲のみに限られ、効果も限定的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３００６９２
【特許文献２】特開２００５−３１４７４２
【特許文献３】特開平１０−０１８０７４
【特許文献４】特開２０１３−２３６９５
【特許文献５】ＷＯ２００８−１５３００１
【特許文献６】特開２０１１−００５３４９
【特許文献７】特開２０１３−０７９４２７
【考案の概要】
【０００７】
本考案は、上記問題を解決する為に鋭意検討を行った結果、液の遠心方向の流れを有効に活用し、析出電極表面と液との間の相対速度を十分に確保し、かつ、より広い電極面積で効果を得られることにより、目的とする金属を液からより低い残留濃度まで取りきることが出来る方法を見出すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、金属元素が溶解している液から電気分解によって金属を回収する電解回収装置であって、軸を中心として回転する筒状で側面に開口部を有し、より好ましくは該開口部の側面全体に対する面積比率が２０〜７０％である析出電極と、前記筒状の電極を回転させる駆動手段と該筒状の電極の対極となる電極を有してなり、さらに前記筒状電極側面の開口部において、筒状電極から見て内面または外面に貼り付ける形、もしくは、開口部内に埋め込む形で、前記筒状電極と電気的に導通している導電体が筒状電極の回転軸から見た投影幅が２ｍｍ以下、より好ましくは０．３〜０．５ｍｍとなるように配置されていることを特徴とする電解回収装置である。
【０００９】
更には、筒状電極の回転によって発生する回転方向の液の流れを遠心方向の流れに変換する機能を持つ整流板が配されていることを特徴とする電解回収装置である。
【考案の詳細な説明】
【００１０】
本考案の電解機は、回転式電解回収装置において、筒型の析出電極側面に開口部を有し、その内面または外面に貼り付ける形、もしくは、開口部内に埋め込む形で網状、櫛状、コイル状などの導電体が接触していることを特徴とするものである。
【００１１】
側面開口部に前述のような導電体が存在することで、電極の回転に伴い、回転方向に垂直な、即ち遠心方向の流れが生じ、該導電体部への金属イオンの供給が改善されることで、より低濃度まで液から金属イオンを取り切ることが出来る。
【００１２】
開口部の面積は側面の全面積に対して２０〜７０％とするのが良い。ここで、開口部とは、後述する筒軸からの投影断面積が２ｍｍ以内の部材が存在する部分を除いて算出される面積と定義する。７０％よりも開口面積が大きいと、遠心力の効果を十分得ることが出来ず、２０％よりも開口面積が小さいと、遠心力の効果を得られる電極部分の面積が小さすぎるため、効果が不十分となる。
【００１３】
開口部に貼り付けられる、もしくは埋め込まれる導電体は、開口部を通過した液が十分接触することができ、かつ、開口部を通過する遠心方向流れを妨げすぎないように設置する。遠心力が働く方向に垂直な方向における幅が２ｍｍ以下であることが望ましい。２ｍｍ以上の部分があっても差し支えはないが、その部分は液の流れを制限する部分として非開口部とみなす。液の遠心方向流れを妨げない目的からは導電体の幅はより細いほうが好適であるが、あまり細いと電気抵抗の増大を招き導電体上での電気分解反応が不十分となるため、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とするのが好適である。導電体の形状は網状、櫛状、コイル状などが好適である。
開口による電極面積減を補うため、前記導電体の面積は、対極を筒外に配置する電解機においては、
（筒の開口部を減じない外側面総面積）≦（筒の開口部を減じた外側面総面積）＋（筒の中心軸から筒の開口部に投影された部分にかかる導電体の総面積）
とするのが良い。上記を満たすために例えば網状の導電体を複数層重ねて配しても良い。筒の開口部分に配された導電体は容易に電流が回り込むことが出来るため、筒の内面側/外面側を問わず算入することができる。
【００１４】
尚、対極が筒内に配される電解機の場合は上式の外側面を内側面と読みかえればよいし、対極が筒内と筒外の両方に配される電解機の場合には内外を問わず総面積で計算すればよい。
【００１５】
また、筒表面の流れは開口部を貫通する方向の流れだけでなく、筒の回転方向の流れも存在するので、筒の回転方向の流れによる物質交換を良くするためには、前記導電体は筒の表面より突出していたほうがより有利である。即ち、導電体が開口部に埋め込まれ、筒本体に凸部を有しない構造よりは、導電体が開口部の内面側もしくは外面側にかぶせるような形で貼り付けられ、筒本体から突出するようにすると、より効果的である。
【００１６】
本考案の電解機は、更に、上述の遠心方向の流れを有効に利用する為の仕組みを有することが出来る。即ち、析出電極回転体の内側に中央から析出電極方向に向かって伸びる板状の固定された若しくは析出電極回転体と異なる回転速度で動く整流体を有することが出来る。更に／または、析出電極回転体の内側面に析出電極内面近傍の流れを拘束する突起物もしくは整流板を有することが出来る。前者の整流体は、析出電極の回転方向に追随しようとする液の流れを遠心方向に変えることにより、本考案の効果を増幅させる。後者の整流体は、析出電極付近の液の流れを拘束することで、より回転方向に速度を高める為、液にかかる遠心力が大きくなり、その結果本考案の効果を増幅させる。
【００１７】
更に／または、析出電極回転体の外側に、析出電極の回転方向の液の流れを析出電極から離れる方向に変換する機能を持つ整流体を有することも出来る。この整流体は、析出電極の外側に陰圧を生じさせるため、液が析出電極筒の内側から外側へ開口部を通して流れることを促進する。
【００１８】
以下に、本考案の回転式電解機の実施形態の例を図面を用いて説明する。尚、本考案は以下の例に限定されるものではない。
図１は、円筒状の析出電極回転体を回転させる金属回収装置の断面図である。なお、本例では金属の一般的な析出反応を想定し、析出電極を陰極、対極を陽極として説明する。
【００１９】
図１に示す金属回収装置は、処理槽本体７内に、モータ１０によって軸４を中心にして回転する円筒状の陰極１と、該陰極１と対向するように配置された４枚の板状陽極２とを備えている。軸４は陰極１を取り外し可能に接続するため接続部４１と、陰極１に電解電流を給電するための給電部（図示せず）と、軸が直接処理液に接触しないように保護する、軸と電気的に絶縁された筒４２からなっており、さらに軸４をスムーズに回転させ、かつ軸４内への液の侵入を防止するためのベアリング部３を備えている。また、処理すべき液は蓄液槽９よりポンプ８を用いて処理槽７に供給され、処理槽７内での液面高さを陰極１が十分な浸漬面積を確保できるよう保持されながら、排出口６（図示せず）から蓄液槽９に戻される。
【００２０】
図２は、本考案の特徴の一つである、析出電極回転体の構造について示した断面図である。陰極となる回転体１はステンレス鋼やチタンなど、処理液に対する耐腐食性を持つ電気伝導性物質から形成され、開口部を持った本体１１とその開口部に貼り付けられた幅２ｍｍ以内の網状導電体１２からなる。貼り付けの手段は特に問わないが、本体１１と導電体１２は電気的に接続されている必要があるため、ロウ付けや溶接などの手段が好適に用いられる。導電体１２の材質も特に限定されないが、上記ロウ付けや溶接などの接続手段への適合性や、材質の差異に起因する局部腐食その他の予期せぬ不具合を防ぐため、本体１１と同じ材質とするのが望ましい。
【００２１】
図３および図４は、本考案のもう一つの特徴である、析出電極回転体によって生じる処理液の流れを制御する構造例について示したものであり、図３は陰極となる回転体１およびその内側部分の鳥瞰透視図、図４は断面図である。
軸筒４２の周囲に整流板５１が取り付けられている。整流板５１は陰極回転体１に触れないように設置する。電極回転体１が回転すると、それに伴って液が同じ方向に回転するが、整流板５１によって外向きの液の流れに変換される。なお、陽極を回転体１の内側に配するタイプの電解機であれば、整流板５１や軸筒４２に陽極としての機能を備えさせても良いし、別途陽極を配置しても良い。
【００２２】
図５および図６は、析出電極回転体１によって生じる処理液の流れを制御する構造のもう一つの例について示したものであり、図５は析出電極回転体１およびその内側部分の鳥瞰透視図、図６は断面図である。
析出電極回転体１の内側に整流部材５２が取り付けられている。電極回転体１が回転すると、整流部材５２が一緒に回転し、液を同じ方向に強制的に回転させる。整流部材がないときよりも液の回転速度は高まり、その結果液は大きな遠心力を得るので、１の開口部を通して内側から外側への液の流れが加速する。液を強制的に回転させる効果を高めるためには、整流部材は図に示すような板状が望ましく、少なくとも、円周方向の寸法よりも、回転軸方向および半径方向の寸法が共に大きいことが望ましい。
【００２３】
図７は、析出電極回転体１によって生じる処理液の流れを制御する構造の更なる一例について示したものであり、図７は析出電極回転体１およびその外側近傍の断面図である。
析出電極回転体１の外側に、１に接触しないように整流板５３が取り付けられている。電極回転体１が回転すると、それに伴って液が同じ方向に回転するが、整流板５３によって外向きの液の流れに変換される。そのため、１の外周には陰圧が生じ、１の内側にある液が開口部を通して外側に移動する流れが加速する。なお、陽極を回転体１の外側に配するタイプの電解機であれば、陽極２の代わりに整流板５１に陽極としての機能を備えさせても良い。
【考案の効果】
【００２４】
本考案によれば、これまで回転式電解機では困難とされてきた、液中金属のより低濃度までの回収を簡易な設備で実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本考案の実施の一形態を表す金属回収装置の概略縦断面図である
【図２】析出電極回転体の例を表す断面図である。
【図３】析出電極回転体によって生じる処理液の流れを制御する構造の例を表す鳥瞰透視模式図である。
【図４】析出電極回転体によって生じる処理液の流れを制御する構造の例を表す断面模式図である。
【図５】析出電極回転体によって生じる処理液の流れを制御する構造の例を表す鳥瞰透視模式図である。
【図６】析出電極回転体によって生じる処理液の流れを制御する構造の例を表す断面模式図である。
【図７】析出電極回転体によって生じる処理液の流れを制御する構造の例を表す断面模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１           析出電極回転体
１１       本体
１２       開口部に配置する導電体
２           対極
３           ベアリング
４           回転軸
４１       電極接続部
４２       軸筒
５１       析出電極回転体内部の液流を遠心方向に向けるための整流体
５２       析出電極回転体内面近傍の液流を拘束するための整流体
５３       析出電極回転体外部の液流を遠心方向に向けるための整流体
６           液排出口（図示なし）
７           処理槽
８           ポンプ
９           蓄液槽
１０       モータ
【図２】
0003191315.tif 000003
【図３】
0003191315.tif 000004
【図４】
0003191315.tif 000005
【図５】
0003191315.tif 000006
【図６】
0003191315.tif 000007
【図７】
0003191315.tif 000008
【図１】
0003191315.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月11日(2014.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記筒状陰極の内側面に、当該筒の内面付近の液を拘束して、液の筒内面に対する相対速度を下げる機能を持つ突起物が配されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電解回収装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記筒状陰極の内側に、筒状陰極に接触しない、陰極内側の液の回転方向の流れを回転軸から離れる方向に変換する機能を持つ整流板が配されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電解回収装置
【手続補正３】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記筒状陰極の外側に、筒状陰極に接触しない、陰極内側の液の回転方向の流れを変換する機能を持つ整流板が配されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電解回収装置