銅アノードスライムには大量の金および銀が含まれていますが、湿式塩素化による回収では、化学的な精確性と環境面での厳格な管理との両立が求められます。
これらの銅電解精製残渣から金、銀、白金族金属、およびその他の副産物を回収するために、完全な湿式冶金プロセスが開発されました。
本稿では、スライム処理における持続可能な技術開発を紹介し、特に貴金属およびセレンの浸出プロセス最適化に焦点を当てています。連続インライン酸化還元電位 (ORP)モニタリング活用することで、浸出反応の正確な終点を把握できます。この高い精確性により、高価な試薬の使用量削減、回収率の向上、およびプロセス全体の効率改善を実現できます。
持続可能な開発は、現代の鉱物処理に不可欠な要素となっています。競争力を維持するため、鉱山企業は資源回収率の最大化と、収益性、安全性、操業効率を高める技術革新の導入に注力する必要があります。このような改善における重要な分野の一つが、電解精錬で発生する不溶性残渣である銅アノードスライムの処理です。これらのスライムは、銅、金、銀、セレン、テルル、白金族金属からなる複雑な混合物です。従来の回収方法は、湿式塩素化のような高度な湿式製錬ルートに置き換えられつつありような高度な湿式冶金プロセスへ移行しつつあり、これは元素状塩素ガスに代わる、より安全で制御性の高い選択肢を提供します。
本稿では、 Dr. Shijie Wang が Rio Tinto Kennecott Copper Refinery で開発したプロセス化学および技術革新について説明し、より効率的で生産性の高い金浸出操業を実現する方法を紹介します。
図1：貴金属プラントにおけるスライム処理のプロセスフロー図
現代の鉱物処理は、「総資源回収」の追求によって方向付けられています。一次銅生産にとどまらず、金やセレンのような高付加価値元素を効率的に分離・回収できるかどうかが、製錬所の長期的な収益性と環境負荷を左右します。この文脈における持続可能な開発は、次の点に重点を置いています：
これまで残渣として失われていた微量の白金族金属（PGM）やセレンを回収する
タンクの発泡や過剰塩素処理などのボトルネックを解消する
より安全な酸化剤代替品を活用し、化学廃液を削減する
電解精製プロセスでは、不溶性物質であるスライムがセルの底部に蓄積します。これらのスライムには、Au、Ag、Se、Te、Pb、および白金族金属（PGM）がさまざまな濃度で含まれています。現代の最適化された回収プロセスは、通常、次の段階で構成されています。
湿式塩素化は、金/銀比が高いスライムに適しています。このプロセスでは、塩酸（HCl）中のスライムスラリーに過酸化水素（H₂O₂）を制御しながら添加します。
反応系では、鉛硫酸塩を塩化物へ変換するとともに、金およびセレンを酸化・溶解します。ただし、適切に監視されない場合、副反応によって試薬の触媒分解が進行する可能性があります。主な化学反応は次のとおりです。
急激な発泡（反応5における酸素発生によって生じることが多い）などの操業上のボトルネックを防ぎ、塩素ガスの発生を最小限に抑えるためには、リアルタイムデータに基づいて試薬の添加量を慎重に制御する必要があります。
図2：湿式塩素化プロセスの制御フロー図
湿式塩素化工程は、貴金属プラントにおける主要な価値創出工程です。この反応は発熱性が非常に高く、急激なガス発生を伴いやすいため、安全性と効率性を維持するうえで手動サンプリングだけでは十分ではありません。高価値の金が固体残渣中に残留する浸出不足と、過剰な試薬コストや危険な塩素ガスの発生を招く過剰塩素化という二つの極端な状態を防ぐためには、精密なプロセス制御が必要です。
ORP監視は、溶液の酸化状態を連続かつリアルタイムで示す指標を提供します。塩素化環境では、「酸化力」は溶存酸化剤の濃度および金属溶解の進行度と直接相関します。
測定にはpH/ORP複合センサが用いられます。pHガラス電極が酸性度を監視する一方で、白金（Pt）測定電極は電子の供与体または受容体として機能します。
酸化環境では、溶液が白金から電子を引き抜き、正のミリボルト（mV）電位を生じます。
安定した比較電極に対するこの電位差により、H₂O₂供給を自動制御するために必要な詳細データが得られます。金が溶解するにつれてmV値は予測可能に変化し、浸出サイクルのデジタル化された「指紋」を形成します。
湿式塩素化タンク内は、繊細な計測機器にとって非常に過酷な環境です。高濃度の塩酸、研磨性のある懸濁固形物、さらに塩化鉛によるスケール形成により、センサーの汚染や比較電極の液絡部の被毒が短期間で発生する可能性があります。24時間365日の信頼性の高い測定を、継続的な手動介入なしに実現するため、最新の設備では自動センサー保守システムが活用されています。
図4は、EasyClean™洗浄システムが測定点に統合された構成を示しています。図5には、ORP測定値とH₂O₂添加量のリアルタイム記録を示します。
図4：ORP測定システムの構成図
インライン監視の最終的な目的は、反応の速度論的終点を特定することです。H2O2が添加されると、ORP値は上昇します。mV曲線が横ばいになると、通常は700mV以上で観測され、金が完全にHAuCl4として錯化されたことを示します。
この曲線をリアルタイムで追跡することで、オペレーターは完了と同時に「終了確認」段階へ移行できます。
このデータ駆動型のアプローチにより、薬品の過剰添加という「安全余裕」が不要になり、試薬コストを大幅に削減しながら、ラフィネート中の金損失を絶対的な最小限に抑えられます。
図5：ORPのインライン測定
経済面 | 運用面 | 環境面 |
| H₂O₂やHClなどの高価な試薬の消費を大幅に削減しながら、金、銀、およびPGMの収率を最大化。 | デジタル化されたロジックと予測診断により、槽内の発泡や手動サンプリングの遅延といったプロセスのボトルネックを解消。 | 液体酸化剤の使用と化学物質負荷の低減により安全性を向上させ、製錬性能を世界的な持続可能性の枠組みに整合。 |
最終的に、データ駆動型の湿式製錬への移行は、変動するコモディティ価格と厳格化する規制環境の中でも、製錬所の競争力維持を可能にします。これらのインテリジェントなセンサシステムの導入により、「Total Resource Recovery」は概念的な目標から現実の運用へと移行し、貴金属生産の持続可能で収益性の高い未来を実現します。
