特開 2024-5316 塩化ニッケル水溶液の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024005316

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】塩化ニッケル水溶液の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01G 53/09 20060101AFI20240110BHJP

   C01G 53/00 20060101ALI20240110BHJP

   C22B 23/00 20060101ALI20240110BHJP

   C22B 3/04 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

C01G53/09

C01G53/00 B

C22B23/00 102

C22B3/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022105448

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001704

【氏名又は名称】弁理士法人山内特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永井 啓明

(72)【発明者】

【氏名】柴山 敬介

【テーマコード（参考）】

4G048

4K001

【Ｆターム（参考）】

4G048AA06

4G048AB02

4G048AB08

4G048AE05

4K001AA19

4K001BA23

4K001DB04

(57)【要約】

【課題】溶解効率を高く維持できる塩化ニッケル水溶液の製造方法を提供する。
【解決手段】塩化ニッケル水溶液の製造方法は、気密性を有する溶解槽１にニッケル原料Ｎを装入する原料装入工程と、溶解槽１に溶解始液を供給する給液工程と、溶解槽１に塩素ガスを供給する塩素ガス供給工程と、溶解槽１内のニッケル原料Ｎが規定量まで減少したときに、溶解槽１に新規のニッケル原料Ｎを装入する原料再装入工程とを備える。ニッケル原料Ｎが少なくなったタイミングで新規のニッケル原料Ｎを装入するので、ニッケル原料Ｎの溶解を高い効率で維持できる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニッケル原料を塩素浸出して塩化ニッケル水溶液を製造する方法であって、
気密性を有する溶解槽に前記ニッケル原料を装入する原料装入工程と、
前記溶解槽に溶解始液を供給する給液工程と、
前記溶解槽に塩素ガスを供給する塩素ガス供給工程と、
前記溶解槽内の前記ニッケル原料が規定量まで減少したときに、前記溶解槽に新規の前記ニッケル原料を装入する原料再装入工程と、を備える
ことを特徴とする塩化ニッケル水溶液の製造方法。

【請求項2】

前記原料再装入工程において、前記塩素ガスの積算供給量が基準値に達したときに、前記ニッケル原料が前記規定量まで減少したと判断する
ことを特徴とする請求項１記載の塩化ニッケル水溶液の製造方法。

【請求項3】

前記塩素ガス供給工程において、前記溶解槽内の気相部の圧力が一定となる量の前記塩素ガスを前記溶解槽に供給し、
前記原料再装入工程において、前記塩素ガスの供給量が基準値まで低下したときに、前記ニッケル原料が前記規定量まで減少したと判断する
ことを特徴とする請求項１記載の塩化ニッケル水溶液の製造方法。

【請求項4】

前記原料再装入工程において、前記溶解槽内の前記塩素ガスを脱ガスした後に、前記ニッケル原料を装入する
ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の塩化ニッケル水溶液の製造方法。

【請求項5】

前記ニッケル原料を装入するタイミングをずらしながら複数の前記溶解槽において前記ニッケル原料を塩素浸出して前記塩化ニッケル水溶液を得る
ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の塩化ニッケル水溶液の製造方法。

【請求項6】

前記ニッケル原料は電気ニッケルである
ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の塩化ニッケル水溶液の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、塩化ニッケル水溶液の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、ニッケル原料を塩素浸出して塩化ニッケル水溶液を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

塩化ニッケルはニッケルめっきに用いられる。また、塩化ニッケルは積層セラミックコンデンサの電極材料および導電ペースト用のニッケル粉の原料などとしても用いられる。上記塩化ニッケルとして、塩化ニッケル水溶液、または塩化ニッケル水溶液を晶析して得られる塩化ニッケル結晶が用いられる。

【0003】

特許文献１、２には、ニッケル原料を塩酸で溶解して塩化ニッケル水溶液を得る方法が開示されている。また、特許文献３には、ニッケル原料を塩素浸出して塩化ニッケル水溶液を得る方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１－１５２５９２号公報

【特許文献2】特表平７－５０７０３６号公報

【特許文献3】特開２０１６－１２１３７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

塩化ニッケル水溶液を製造する実操業においては、効率的な操業が求められるため、ニッケル原料の溶解効率を高く維持することが求められる。

【0006】

本発明は上記事情に鑑み、溶解効率を高く維持できる塩化ニッケル水溶液の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】

【0007】

第１発明の塩化ニッケル水溶液の製造方法は、ニッケル原料を塩素浸出して塩化ニッケル水溶液を製造する方法であって、気密性を有する溶解槽に前記ニッケル原料を装入する原料装入工程と、前記溶解槽に溶解始液を供給する給液工程と、前記溶解槽に塩素ガスを供給する塩素ガス供給工程と、前記溶解槽内の前記ニッケル原料が規定量まで減少したときに、前記溶解槽に新規の前記ニッケル原料を装入する原料再装入工程と、を備えることを特徴とする。
第２発明の塩化ニッケル水溶液の製造方法は、第１発明において、前記原料再装入工程において、前記塩素ガスの積算供給量が基準値に達したときに、前記ニッケル原料が前記規定量まで減少したと判断することを特徴とする。
第３発明の塩化ニッケル水溶液の製造方法は、第１発明において、前記塩素ガス供給工程において、前記溶解槽内の気相部の圧力が一定となる量の前記塩素ガスを前記溶解槽に供給し、前記原料再装入工程において、前記塩素ガスの供給量が基準値まで低下したときに、前記ニッケル原料が前記規定量まで減少したと判断することを特徴とする。
第４発明の塩化ニッケル水溶液の製造方法は、第１～第３発明のいずれかにおいて、前記原料再装入工程において、前記溶解槽内の前記塩素ガスを脱ガスした後に、前記ニッケル原料を装入することを特徴とする。
第５発明の塩化ニッケル水溶液の製造方法は、第１～第４発明のいずれかにおいて、前記ニッケル原料を装入するタイミングをずらしながら複数の前記溶解槽において前記ニッケル原料を塩素浸出して前記塩化ニッケル水溶液を得ることを特徴とする。
第６発明の塩化ニッケル水溶液の製造方法は、第１～第５発明のいずれかにおいて、前記ニッケル原料は電気ニッケルであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

第１発明によれば、ニッケル原料が少なくなったタイミングで新規のニッケル原料を装入するので、ニッケル原料の浸出反応、すなわちニッケル原料の溶解を高い効率で維持できる。
第２発明によれば、塩素ガスの積算供給量を指標とすることで、ニッケル原料を装入するタイミングを容易に判断できる。
第３発明によれば、塩素ガスの供給量を指標とすることで、ニッケル原料を装入するタイミングを容易に判断できる。
第４発明によれば、溶解槽内の塩素ガスを脱ガスするので、ニッケル原料の装入作業を安全に行なうことができる。
第５発明によれば、ニッケル原料を装入するタイミングをずらしながら複数の溶解槽を運転することにより、塩化ニッケル水溶液を連続的に生産できる。また、塩化ニッケル水溶液の生産速度を平準化することができる。
第６発明によれば、高純度の塩化ニッケル水溶液を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る製造設備の全体構成図である。

【図2】溶解槽の縦断面図である。

【図3】始液槽の縦断面図である。

【図4】（１）原料装入工程および（２）給液工程における溶解槽の状態を示す説明図である。

【図5】（３）減圧工程および（４）塩素ガス供給工程における溶解槽の状態を示す説明図である。

【図6】第２実施形態に係る製造設備の全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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実施形態に係る塩化ニッケル水溶液の製造方法は、ニッケル原料を塩素浸出して塩化ニッケル水溶液を製造する方法である。ニッケル原料はニッケルを含有するものであれば特に限定されない。ただし、ニッケル原料として電気ニッケルを用いれば、特段の浄液処理を行なわなくても高純度の塩化ニッケル水溶液を得ることができる。

【0011】

電気ニッケルは、例えば、ニッケルの湿式製錬により製造できる。ニッケルの湿式製錬では、ニッケルマット、ニッケル・コバルト混合硫化物などの原料を塩素浸出する。浸出液から不純物を除去する浄液処理を行ない、塩化ニッケル水溶液を得る。塩化ニッケル水溶液を電解液として用いて電解採取することにより電気ニッケルが得られる。

【0012】

溶解効率を高くするためには、電気ニッケルは小さいほうが好ましい。例えば、板状の電気ニッケルを１００ｍｍ×１００ｍｍ以下の寸法に切断したものを用いることが好ましい。また、ボタン形の電気ニッケルを用いてもよい。電気ニッケルの寸法が小さいほど塩化ニッケル水溶液との接触面積が大きくなるため、塩素浸出が効率的に進行する。

【0013】

（製造設備）
本実施形態の製造方法は図１に示す製造設備ＡＡを用いる。製造設備ＡＡは、溶解槽１、始液槽２、調整槽３、および終液槽４を有する。また、製造設備ＡＡは、各種の測定器から測定値を取得するとともに、各種の弁、ポンプなどの動作を制御する制御装置５を有する。制御装置５としてＰＬＣなどのコンピュータを用いることができる。

【0014】

図２に示すように、溶解槽１はニッケル原料Ｎを塩素浸出する槽である。溶解槽１は槽本体１０を有する。槽本体１０は気密性を有する槽である。槽本体１０の形状は特に限定されず円筒形でもよいし、角筒形でもよい。

【0015】

槽本体１０の天板の中央には装入口１２が設けられている。ニッケル原料Ｎは装入口１２から槽本体１０の内部に装入される。装入口１２は蓋１３で閉塞される。また、装入口１２と蓋１３との間を水封する水封部が設けられている。したがって、蓋１３で装入口１２を閉塞し、水封すれば、槽本体１０を気密にできる。

【0016】

槽本体１０の内部には簀子板１５が設けられている。簀子板１５は槽本体１０の上下中央付近において横断するよう水平に設けられている。槽本体１０の内部空間は簀子板１５により上下２つの空間に区画されている。簀子板１５として、パンチングプレート、ウェッジワイヤースクリーンなど、複数の孔またはスリットを有する板材が用いられる。装入口１２から装入されたニッケル原料Ｎは簀子板１５の上に載置される。一方、液は簀子板１５を通過して、槽本体１０の上部空間から下部空間に流下する。

【0017】

槽本体１０の天板には給液口１６が設けられている。給液口１６は給液装置に接続されている。給液装置から供給された溶解始液は給液口１６から槽本体１０の内部に流入する。給液装置の詳細は後述する。

【0018】

槽本体１０の側壁には、上部にオーバーフロー口１７、下部に排液口１８が設けられている。オーバーフロー口１７は簀子板１５より上方であって、槽本体１０の天板に近い位置に設けられている。一方、排液口１８は簀子板１５より下方であって、簀子板１５に近い位置に設けられている。オーバーフロー口１７および排液口１８は、いずれも、槽本体１０内の液の排出に用いられる。

【0019】

槽本体１０の側壁には、さらに、抜出口１９が設けられている。抜出口１９は排液口１８より下方であって、槽本体１０の底に近い位置に設けられている。槽本体１０の天板には戻し口２０が設けられている。

【0020】

抜出口１９と戻し口２０とは小循環管５１で接続されている。小循環管５１には小循環ポンプ７１が設けられている。小循環ポンプ７１の吸込側は抜出口１９に接続されており、吐出側は戻し口２０に接続されている。したがって、小循環ポンプ７１を駆動させると、槽本体１０の下部から液が抜き出され、その液を槽本体１０の上部に戻すことができる。

【0021】

小循環管５１には熱交換器７３が設けられている。熱交換器７３は小循環管５１を流れる液を冷却する。したがって、槽本体１０から抜き出された液は、冷却された後に、槽本体１０に戻される。

【0022】

槽本体１０の内部には、天板の下面近くに、噴射部２１が設けられている。戻し口２０は噴射部２１に接続している。小循環管５１を循環した液は噴射部２１から噴射され、ニッケル原料Ｎを湿潤させる。

【0023】

噴射部２１は、同心状に配置された小環状管２１ａおよび大環状管２１ｂからなる。小環状管２１ａおよび大環状管２１ｂには、それぞれ、所定間隔で複数の孔が設けられており、その孔から液が噴射される。装入口１２は小環状管２１ａの内側に配置されている。したがって、ニッケル原料Ｎの装入時に噴射部２１が邪魔とならない。

【0024】

槽本体１０には塩素ガス供給管５２が接続されている。塩素ガス供給管５２の開口端は槽本体１０の内部であって、簀子板１５より下方に位置している。塩素ガス供給管５２の他方の端部は塩素ガス供給源７４に接続されている。塩素ガス供給源７４として液化塩素を封入したガスボンベなどを用いることができる。塩素ガス供給管５２には流量制御弁６１が設けられている。塩素ガス供給管５２により槽本体１０の内部に塩素ガスを供給できる。また、流量制御弁６１の開度を調整することで塩素ガスの供給量を調整できる。塩素ガス供給管５２、流量制御弁６１、および塩素ガス供給源７４は、溶解槽１に塩素ガスを供給する塩素ガス供給装置を構成する。

【0025】

槽本体１０の天板には圧力計２２が設けられている。圧力計２２により溶解槽１内の気相部の圧力を測定できる。

【0026】

槽本体１０の天板には環集口２３が設けられている。環集口２３には環集管５３が接続されている。また、環集管５３には排気弁６２が設けられている。排気弁６２を開けば槽本体１０内部のガスを排気できる。また、排気弁６２を閉じれば、槽本体１０を気密にできる。

【0027】

溶解槽１内の気相部は塩素ガス供給管５２から供給された塩素ガスで満たされる。また、ニッケル原料Ｎは噴射部２１から噴射された液によって湿潤する。これにより、塩素ガス雰囲気下でニッケル原料Ｎが液膜で覆われた状態となる。塩素ガスがニッケル原料Ｎを覆う液に吸収され、ニッケル原料Ｎの塩素浸出反応が進行し、塩化ニッケル水溶液が生成される。このように、溶解槽１内においてニッケル原料Ｎが塩素浸出されて塩化ニッケル水溶液が生成される。生成された塩化ニッケル水溶液は溶解槽１の下部に一時的に貯留され、排液口１８または抜出口１９から排出される。

【0028】

図３に示すように、始液槽２は溶解始液を貯留する槽である。溶解始液は塩化ニッケル水溶液または水である。溶解始液として用いられる水は純水が好ましい。そうすれば、高純度の塩化ニッケル水溶液を得ることができる。始液槽２の形状は特に限定されず円筒形でもよいし、角筒形でもよい。また、始液槽２には溶解槽１のような気密性は要求されない。ただし、定常操業時において溶解始液には塩素ガスが溶存していることから、始液槽２の気相部も環集されることが好ましい。

【0029】

始液槽２の下部には液出口３１および液入口３２が設けられている。また、始液槽２の天板には水添加口３３および塩酸添加口３４が設けられている。始液槽２は撹拌機３５を有する。撹拌機３５の駆動により溶解始液を撹拌できる。始液槽２にはｐＨ計３６が設けられている。ｐＨ計３６により溶解始液のｐＨを測定できる。始液槽２には液位計３７が設けられている。液位計３７により始液槽２内の液位を測定できる。

【0030】

図１に示すように、始液槽２の液出口３１には給液管５４の一端が接続されている。給液管５４の他端は溶解槽１の給液口１６に接続されている。給液管５４には給液ポンプ７２が設けられている。給液ポンプ７２を駆動させると始液槽２内の溶解始液が溶解槽１に供給される。したがって、始液槽２、給液管５４、および給液ポンプ７２は、溶解槽１に溶解始液を供給する給液装置を構成する。

【0031】

始液槽２の液入口３２には排液管５５の一端が接続されている。排液管５５の他端は溶解槽１の排液口１８に接続されている。排液管５５には排液弁６３が設けられている。したがって、排液弁６３を開けば、溶解槽１で生成された塩化ニッケル水溶液が排液管５５を介して始液槽２に排出される。給液管５４および排液管５５は始液槽２と溶解槽１との間で液を循環させる大循環流路を構成する。

【0032】

溶解槽１のオーバーフロー口１７にはオーバーフロー管５６の一端が接続されている。オーバーフロー管５６の他端は排液管５５の排液弁６３より下流側（始液槽２側）に接続されている。溶解槽１のオーバーフロー口１７からオーバーフローした液はオーバーフロー管５６および排液管５５を介して始液槽２に排出される。

【0033】

図３に示すように、始液槽２には水添加装置が設けられる。水添加装置は水供給源７５、水供給管５７、および流量制御弁６４を有する。水供給源７５として水を貯留する槽、工場内のユーティリティー配管などを用いることができる。水供給管５７は水供給源７５と始液槽２の水添加口３３とを接続する。流量制御弁６４は水供給管５７に設けられ、始液槽２に対する水の供給量を制御する。

【0034】

水添加装置により始液槽２に水を添加することで、溶解槽１から始液槽２に戻ってきた塩化ニッケル水溶液に水を添加できる。水の添加により、塩化ニッケル水溶液の濃度を調整できる。ここで、撹拌機３５による撹拌によって、始液槽２内の塩化ニッケル水溶液の濃度を均一にできる。なお、添加する水として純水を用いれば、塩化ニッケル水溶液への不純物の混入を防止できる。

【0035】

始液槽２には塩酸添加装置が設けられる。塩酸添加装置は塩酸供給源７６、塩酸供給管５８、および流量制御弁６５を有する。塩酸供給源７６として塩酸を貯留する槽、工場内のユーティリティー配管などを用いることができる。塩酸供給管５８は塩酸供給源７６と始液槽２の塩酸添加口３４とを接続する。流量制御弁６５は塩酸供給管５８に設けられ、始液槽２に対する塩酸の供給量を制御する。

【0036】

塩酸添加装置により始液槽２に塩酸を添加することで、溶解槽１から始液槽２に戻ってきた塩化ニッケル水溶液に塩酸を添加できる。塩酸の添加により、塩化ニッケル水溶液のｐＨを調整できる。ここで、撹拌機３５による撹拌によって、始液槽２内の塩化ニッケル水溶液のｐＨを均一にできる。また、ｐＨ計３６により塩化ニッケル水溶液のｐＨを測定できる。

【0037】

図１に示すように、製造設備ＡＡは、生成された塩化ニッケル水溶液を排出する排液装置を有する。排液装置は払出管５９および流量制御弁６６を有する。払出管５９の一端は給液管５４の給液ポンプ７２より下流側（溶解槽１側）に接続されている。払出管５９の他端は終液槽４に接続されている。流量制御弁６６は払出管５９に設けられている。流量制御弁６６を開くと、給液管５４を流れる塩化ニッケル水溶液の一部が払出管５９を流れ、終液槽４に導かれる。

【0038】

払出管５９の途中には調整槽３が設けられている。調整槽３にはニッケル原料が充填されている。溶解槽１で生成された塩化ニッケル水溶液には塩素ガスが溶存している。この塩化ニッケル水溶液を調整槽３に通液すると、塩化ニッケル水溶液に溶存する塩素ガスにより調整槽３内のニッケル原料が浸出される。塩化ニッケル水溶液に溶存する塩素ガスがニッケル原料の浸出に消費されることで、塩化ニッケル水溶液から塩素ガスを除去できる。このようにすることで、還元剤などの薬剤を使用して溶存塩素ガスを除去する場合などと比較して、塩化ニッケル水溶液への不純物の混入を抑制できる。調整槽３に充填されるニッケル原料として電気ニッケルを用いることが好ましい。電気ニッケルは高純度なニッケルであるので、さらに塩化ニッケル水溶液への不純物の混入を抑制できる。調整槽３を通過した塩化ニッケル水溶液は終液槽４に貯留される。

【0039】

（製造方法）
つぎに、本実施形態の塩化ニッケル水溶液の製造方法を説明する。

【0040】

（１）原料装入工程
溶解槽１ではバッチ処理によりニッケル原料Ｎを塩素浸出して塩化ニッケル水溶液を生成する。図４の（１）に示すように、バッチ処理開始時に、溶解槽１の蓋１３を取り外して、装入口１２からニッケル原料Ｎを装入する。ニッケル原料Ｎは簀子板１５の上に積み上げられた状態となる。ニッケル原料Ｎの装入後、装入口１２を蓋１３で閉塞する。そして、装入口１２と蓋１３との間を水封する。

【0041】

（２）給液工程
つぎに、図４の（２）に示すように、環集管５３の排気弁６２を開く。給液ポンプ７２を駆動させ、始液槽２内の溶解始液を溶解槽１に供給する（図１参照）。なお、製造設備ＡＡを初めて稼働させる時など、塩化ニッケル水溶液が全く残留していないときは、始液槽２内の溶解始液は水、好ましくは純水である。バッチ処理を繰り返し行なっている定常操業時は、始液槽２内の溶解始液は前回のバッチ処理で生成された塩化ニッケル水溶液である。

【0042】

溶解始液は給液口１６から溶解槽１に供給される。溶解始液の供給により、溶解槽１内の液位が徐々に上昇する。これに伴い、溶解槽１内の気相部の空気が環集管５３から排気される。溶解槽１内の液位がオーバーフロー口１７の高さに達すると、溶解始液はオーバーフロー口１７から排出される。この時点で溶解槽１内に存在していた空気はその大部分が排気される。オーバーフロー口１７から排出された溶解始液はオーバーフロー管５６および排液管５５を介して始液槽２に戻される（図１参照）。なお、給液口１６からの溶解始液の供給はバッチ処理が終了するまで継続する。

【0043】

また、小循環ポンプ７１を駆動させ、抜出口１９から液を抜き出し、噴射部２１から噴射する。この液の循環もバッチ処理が終了するまで継続する。

【0044】

（３）減圧工程
つぎに、図５の（３）に示すように、環集管５３の排気弁６２を閉じて、溶解槽１を密閉状態とする。そして、排液弁６３を開いて、排液管５５を介して溶解槽１内の溶解始液を始液槽２に戻す（図１参照）。排液管５５の排液弁６３を開くと、溶解始液は溶解槽１の下部に位置する排液口１８から排出される。そのため、溶解槽１内の液位が徐々に低下する。溶解槽１は密閉状態であるため、液位の低下に伴い気相部の圧力が徐々に低下し、負圧となる。このように、溶解槽１を溶解始液で満たした後、溶解槽１を密閉状態として溶解始液の液位を下げることで、溶解槽１の内部を負圧にする。

【0045】

（４）塩素ガス供給工程
排液管５５の排液弁６３を開くと同時に、またはその直後に、溶解槽１への塩素ガスの供給を開始する。図５の（４）に示すように、塩素ガスの供給は塩素ガス供給管５２の流量制御弁６１を開くことで行なわれる。溶解槽１内の液位の低下とともに、塩素ガスを供給することにより、溶解槽１内の気相部が塩素ガス雰囲気となる。塩素ガスの供給はバッチ処理が終了するまで継続する。

【0046】

ここで、塩素ガスの供給量は溶解槽１内の気相部の圧力が予め定められた圧力で一定となる量に制御することが好ましい。溶解槽１内の気相部の圧力は圧力計２２により測定できる。制御装置５は圧力計２２から測定値を取得し、その測定値が予め定められた圧力で一定となるように流量制御弁６１の開度を制御し、塩素ガスの供給量を調整する。例えば、制御装置５は溶解槽１内の気相部の圧力を制御量、塩素ガスの供給量を操作量としたフィードバック制御を行なう。溶解槽１内の気相部の圧力の目標値は、例えば－１～－３ｋＰａの間で定められる。

【0047】

溶解槽１内の液位は排液口１８の高さまで低下して、この液位で一定になる。この際、塩素ガス供給管５２の開口端（塩素ガスの排出部）の位置は、液面より高くてもよいし、液面と同じでもよいし、液面より低くてもよい。すなわち、塩素ガスは溶解槽１内の気相部に直接供給されてもよいし、溶解槽１内の液中に供給されてもよい。

【0048】

（５）浸出工程
塩素ガスの供給を開始すると、ニッケル原料Ｎの塩素浸出反応が開始される。溶解槽１内の気相部は塩素ガスで満たされた状態である。また、ニッケル原料Ｎは噴射部２１から噴射された液によって湿潤している。これにより、塩素ガス雰囲気下でニッケル原料Ｎが液膜で覆われた状態となる。塩素ガスがニッケル原料Ｎを覆う液に吸収され、ニッケル原料Ｎの塩素浸出反応が進行し、塩化ニッケル水溶液が生成される。生成された塩化ニッケル水溶液は溶解槽１の下部に一時的に貯留される。この塩化ニッケル水溶液は一部が排液口１８から排出され、大循環流路５５、５４を介して、溶解槽１と始液槽２との間を循環する。また、塩化ニッケル水溶液の他の一部は小循環管５１を循環して噴射部２１から噴射される。

【0049】

ニッケル原料Ｎの塩素浸出反応により塩素ガスが消費され、その分溶解槽１内の気相部の圧力が低下する。しかし、溶解槽１内の気相部の圧力に基づき塩素ガスの供給量を制御する場合には、溶解槽１内の気相部の圧力が一定となる量の塩素ガスが供給される。すなわち、塩素浸出反応に消費された量の塩素ガスが新たに供給される。

【0050】

（６）温度調整工程
ニッケル原料Ｎの塩素浸出反応は発熱反応である。したがって、そのままでは塩素浸出反応の進行にともない、溶解槽１内の塩化ニッケル水溶液の温度が上昇する。しかし、図２に示すように、塩化ニッケル水溶液が循環する小循環管５１には熱交換器７３が設けられている。熱交換器７３により塩化ニッケル水溶液を冷却できる。熱交換器７３により塩化ニッケル水溶液を設備保護の観点から適した温度、例えば５０～６０℃に調整する。そうすれば、反応熱による温度上昇を抑えることができ、設備を保護できる。

【0051】

（７）水添加工程
溶解槽１内ではニッケル原料Ｎの塩素浸出反応が連続的に進行する。そのため、塩化ニッケル水溶液のニッケル濃度が徐々に上昇する。そこで、塩化ニッケル水溶液に水、好ましくは純水を添加して塩化ニッケル水溶液のニッケル濃度を調整することが好ましい。

【0052】

本実施形態では、図３に示すように、始液槽２に水を添加する。これにより、溶解槽１から始液槽２に戻ってきた塩化ニッケル水溶液に水を添加する。ここで、制御装置５は、塩化ニッケル水溶液への水の添加量を、溶解槽１への塩素ガスの供給量に基づき定めた量に調整することが好ましい。

【0053】

塩素浸出反応に消費される塩素ガスの量と浸出されるニッケルの量との比率は既知である。したがって、水の添加量は塩素ガスの供給量に比例させればよい。具体的には、制御装置５は、塩素ガスの供給量に所定の係数を掛けた値を目標値とし、水の添加量がその目標値となるように水供給管５７の流量制御弁６４の開度を調整する。

【0054】

水の添加により塩化ニッケル水溶液のニッケル濃度を所望の濃度に調整する。例えば、塩化ニッケル水溶液のニッケル濃度は１３０～１６０ｇ／Ｌの間で定められた値に調整される。なお、比重計などを用いて塩化ニッケル水溶液のニッケル濃度を定期的に測定し、水の添加量を求めるために塩素ガスの供給量に乗じられる係数を必要に応じて調整してもよい。

【0055】

（８）ｐＨ調整工程
塩化ニッケル水溶液に塩酸を添加してｐＨを調整することが好ましい。本実施形態では、図３に示すように、始液槽２に塩酸を添加する。ここで、塩化ニッケル水溶液のｐＨを１～３に調整することが好ましい。始液槽２内の塩化ニッケル水溶液のｐＨはｐＨ計３６により測定できる。制御装置５はｐＨ計３６から測定値を取得し、その測定値が予め定められた目標値となるように塩酸供給管５８の流量制御弁６５の開度を制御し、塩酸の供給量を調整する。例えば、制御装置５は塩化ニッケル水溶液のｐＨを制御量、塩酸の供給量を操作量としたフィードバック制御を行なう。

【0056】

塩化ニッケル水溶液のｐＨを１～３に維持すれば、塩化ニッケル水溶液の酸化中和反応が生じることがない。そのため、酸化中和反応により水酸化物および酸化物が生成することを抑制できる。

【0057】

（９）排液工程
水および塩酸の添加により始液槽２内の液位が上昇する。また、始液槽２内にはニッケル濃度およびｐＨが調整された塩化ニッケル水溶液が貯留された状態となる。この調整済みの塩化ニッケル水溶液を始液槽２から排出する。塩化ニッケル水溶液の排出は排液装置により行なわれる。

【0058】

図１に示すように、排液装置は払出管５９および流量制御弁６６を有する。給液管５４には調整済みの塩化ニッケル水溶液が流れている。流量制御弁６６を開くことで、給液管５４を流れる塩化ニッケル水溶液の一部を払出管５９に流し、終液槽４に導く。

【0059】

ここで、制御装置５は、始液槽２の液位が一定となるように、塩化ニッケル水溶液の排出量を調整することが好ましい。具体的には、始液槽２の液位は液位計３７により測定できる。制御装置５は液位計３７から測定値を取得し、その測定値が予め定められた値で一定となるように払出管５９の流量制御弁６６の開度を制御し、塩化ニッケル水溶液の排出量を調整する。例えば、制御装置５は始液槽２の液位を制御量、塩化ニッケル水溶液の排出量を操作量としたフィードバック制御を行なう。このような制御を行なうことにより、生成された量の塩化ニッケル水溶液を排出できる。

【0060】

（１０）脱塩素ガス工程
始液槽２から排出された塩化ニッケル水溶液は調整槽３に供給される。調整槽３にはニッケル原料が充填されている。溶解槽１で生成された塩化ニッケル水溶液には塩素ガスが溶存している。この塩化ニッケル水溶液を調整槽３に通液すると、塩化ニッケル水溶液とニッケル原料とが接触し、塩化ニッケル水溶液に溶存する塩素ガスによりニッケル原料が浸出される。塩化ニッケル水溶液に溶存する塩素ガスがニッケル原料の浸出に消費されることで、塩化ニッケル水溶液から塩素ガスを除去できる。調整槽３を通過して溶存塩素ガスが除去された塩化ニッケル水溶液は終液槽４に貯留される。

【0061】

なお、（４）塩素ガス供給工程から（１０）脱塩素ガス工程までの各工程は、同時並行で行なわれる。すなわち、ニッケル原料Ｎの塩素浸出反応の進行とともに、生成された塩化ニッケル水溶液の調整を行ない、生成された分だけ塩化ニッケル水溶液を排出する。

【0062】

（１１）原料再装入工程
塩素浸出反応の進行とともに溶解槽１内のニッケル原料Ｎが減少する。ニッケル原料Ｎが減少すると塩化ニッケル水溶液との接触面積が小さくなり溶解速度が小さくなる。そこで、溶解槽１内のニッケル原料Ｎが完全に消費される前に、ある程度のニッケル原料Ｎが残された状態でバッチ処理を終了して、ニッケル原料Ｎを再装入することが好ましい。こうすることで、ニッケル原料Ｎの溶解速度を高く維持でき、塩化ニッケル水溶液の単位時間当たり生産量を向上できる。一方、ニッケル原料Ｎを再装入するには、溶解槽１内の残留ガスを排出してニッケル原料Ｎを追装入する作業が発生し、この間は設備の休止時間となる。溶解速度を高く維持するためにニッケル原料Ｎが多く残された状態を維持しようとすると、再装入の頻度が高くなる。そうすると、設備の休止時間が増え、設備稼働時間率が低下する。

【0063】

そこで、溶解槽１内のニッケル原料Ｎが規定量まで減少したときに、溶解槽１に新規のニッケル原料Ｎを装入する。ここで、「規定量」とは、ニッケル原料Ｎを再装入するタイミングを決定する指標であり、予め定められたニッケル原料Ｎの残留量を意味する。規定量は、ニッケル原料Ｎの溶解速度と設備稼働時間率とのバランスを考慮して、塩化ニッケル水溶液の生産効率が最も高くなるように設定することが好ましい。このように、ニッケル原料Ｎが少なくなったタイミングで新規のニッケル原料Ｎを装入すれば、ニッケル原料Ｎの浸出反応、すなわちニッケル原料Ｎの溶解を高い効率で維持できる。

【0064】

ニッケル原料Ｎが規定量まで減少したときにバッチ処理を終了する。ここで、バッチ処理開始時に溶解槽１に装入されたニッケルの量はニッケル原料Ｎの装入量から特定できる。また、塩素浸出反応に消費されたニッケルの量は塩素ガスの消費量から特定できる。したがって、バッチ処理開始時から溶解槽１に供給された塩素ガスの総量（積算供給量）からニッケル原料Ｎの残量を推定できる。そこで、塩素ガスの積算供給量が基準値に達したときに、ニッケル原料Ｎが規定量まで減少したと判断すればよい。ここで、基準値はバッチ処理開始時に溶解槽１に装入されたニッケルの量の所定割合（例えば、４割）が消費されるときの塩素ガスの積算供給量として定められる。

【0065】

溶解槽１内のニッケル原料Ｎが少なくなると、ニッケル原料Ｎと塩化ニッケル水溶液との接触面積が小さくなる。言い換えれば、塩素浸出反応に関与する固液界面の面積が小さくなる。そうすると、塩素浸出反応が進みにくくなり、塩素ガスの消費量も少なくなる。溶解槽１内の気相部の圧力に基づき塩素ガスの供給量を制御する場合には、塩素ガスの消費量は塩素ガスの供給量から知ることができる。そこで、塩素ガスの供給量が基準値まで低下したときに、ニッケル原料Ｎが規定量まで減少したと判断してもよい。

【0066】

バッチ処理中の溶解槽１は密閉状態であるため、ニッケル原料Ｎの残量を視認することは困難である。しかし、以上のように、塩素ガスの積算供給量または塩素ガスの供給量を指標とすることで、ニッケル原料Ｎを装入するタイミングを容易に判断できる。

【0067】

ニッケル原料Ｎが規定量まで減少したときに、バッチ処理を終了し、溶解槽１に新規のニッケル原料Ｎを装入する。具体的には、塩素ガス供給管５２の流量制御弁６１を閉じて塩素ガスの供給を停止する。つぎに、環集管５３の排気弁６２を開いて溶解槽１内の塩素ガスを脱ガスする。環集管５３から排出された塩素ガスは除害塔に導かれ、除害処理が行なわれる。また、小循環ポンプ７１を停止して溶解槽１内の塩化ニッケル水溶液の循環を停止するとともに、給液管５４から溶解槽１への溶解始液の供給を停止する。

【0068】

環集管５３の排気弁６２を開いてから一定時間経過すると、脱ガスが完了する。その後、溶解槽１の蓋１３を取り外して、装入口１２から新規のニッケル原料Ｎを装入する。溶解槽１内の塩素ガスを脱ガスするので、ニッケル原料Ｎの装入作業を安全に行なうことができる。以降は、新たなバッチ処理が行なわれる。すなわち、（２）給液工程から（１０）脱塩素ガス工程までの各工程が、繰返し実行される。

【0069】

〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係る塩化ニッケル水溶液の製造方法を説明する。

【0070】

（製造設備）
本実施形態の製造方法は図６に示す製造設備ＢＢを用いる。製造設備ＢＢは複数（図示の例では３つ）の溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃを有する。なお、溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃの数は特に限定されず、２つでもよいし、４つ以上でもよい。各溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃの構成は第１実施形態の溶解槽１と同様である。

【0071】

製造設備ＢＢは１つの始液槽２を有する。始液槽２の構成は第１実施形態と同様である。複数の溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、それぞれ、始液槽２と大循環流路で接続されている。すなわち、製造設備ＢＢは複数（溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃと同数）の大循環流路を有する。

【0072】

具体的には、給液管５４は途中で複数の支管５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃに分岐している。複数の支管５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃは、それぞれ、対応する溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃの給液口１６に接続されている。また、各支管５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃには流量制御弁６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃが設けられている。流量制御弁６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃの開度により、溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃへの溶解始液の流量を調整できる。

【0073】

各溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃの排液口１８には排液管５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃの一端が接続されている。排液管５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃの他端は、全て、始液槽２の液入口３２に接続されている。また、各溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃのオーバーフロー口１７にはオーバーフロー管５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃの一端が接続されている。オーバーフロー管５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃの他端は対応する排液管５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃに接続されている。

【0074】

上記の大循環流路を介して、溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃのそれぞれと始液槽２との間で液が循環する。

【0075】

給液管５４には払出管５９が接続されている。流量制御弁６６を開くと、給液管５４を流れる塩化ニッケル水溶液の一部が払出管５９を流れ、終液槽４に導かれる。

【0076】

（製造方法）
つぎに、本実施形態の塩化ニッケル水溶液の製造方法を説明する。
溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃはそれぞれ第１実施形態と同様の手順でバッチ処理を行なう。すなわち、（１）原料装入工程から（１０）脱塩素ガス工程までを行ない、ニッケル原料Ｎが減少すれば再びニッケル原料Ｎを装入する。ここで、（１）原料装入工程から（３）減圧工程までの間および（１１）原料再装入工程では、塩化ニッケル水溶液が生成されない。これらの工程は、バッチ処理の間の準備工程といえる。

【0077】

そこで、複数の溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいて、ニッケル原料Ｎを装入するタイミングをずらしながらバッチ処理を行なう。そうすると、製造設備ＢＢの操業期間中はいずれかの溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃで塩化ニッケル水溶液が生成されることとなる。すなわち、ニッケル原料Ｎを装入するタイミングをずらしながら複数の溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃを運転することにより、塩化ニッケル水溶液を連続的に生産できる。また、塩化ニッケル水溶液の生産速度を平準化することができる。

【0078】

なお、始液槽２および調整槽３は、溶解槽１Ａ、１Ｂ、１Ｃに対して共通であるので、（７）水添加工程から（１０）脱塩素ガス工程までの各工程は、共通に行なわれる。

【0079】

〔その他の実施形態〕
上述の実施形態では、溶解槽１内の塩化ニッケル水溶液を小循環管５１に循環させ、噴射部２１からニッケル原料Ｎに噴射している。これに代えて、溶解槽１と始液槽２との間の大循環流路を循環する塩化ニッケル水溶液を噴射部２１から噴射してもよい。この場合、小循環管５１はなくてもよい。また、塩化ニッケル水溶液の温度調整は大循環流路に設けられた熱交換器で行なってもよい。

【0080】

上述の実施形態では、溶解槽１は負圧下で塩素浸出しているが、正圧下で塩素浸出してもよい。いずれの場合でも溶解槽１は気密に維持される。塩素浸出反応が進行している間は、溶解槽１から塩素ガスが排出されることがない。そのため、大規模な塩素ガスの除害装置が不要である。

【0081】

溶解槽１に水を添加して塩化ニッケル水溶液のニッケル濃度を調整してもよい。また、溶解槽１に塩酸を添加して塩化ニッケル水溶液のｐＨを調整してもよい。すなわち、溶解槽１において塩化ニッケル水溶液の調整を行ない、溶解槽１から調整済みの塩化ニッケル水溶液を排出してもよい。この場合、始液槽２はなくてもよい。

【符号の説明】

【0082】

ＡＡ、ＢＢ 製造設備
１ 溶解槽
１２ 装入口
１５ 簀子板
２ 始液槽
３ 調整槽
４ 終液槽
５ 制御装置
５２ 塩素ガス供給管
５４ 給液管
５５ 排液管
５６ オーバーフロー管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】