JP4342522B2 - 電解液の濃度均質化方法及び電解槽 - Google Patents

Description

本発明は、電解液の濃度均質化方法及び電解槽に関し、さらに詳しくは、金属の電解精錬における電解液中の金属イオン濃度の不均一化を防止するための電解液の濃度均質化方法及び電解槽に関する。

電解精錬は電極反応を利用した精錬法で、還元反応に必要なエネルギーを電気エネルギーの形で供給し、燃料、還元剤、酸化剤等を使用しないことから極めて純度の高い金属を得ることができる精錬法である。そして、陽極に粗金属を用い、アノード反応が目的金属の溶解反応である場合を電解精製という。電解精錬及び電解精製は、一般に、電解液が溜められた直方体形状の電解槽の中に複数の陰極種板（カソード板）及び耳付き型陽極（アノード板）を交互に平行になるようにして浸漬し、直流電流を流すことによって陽極側から目的金属を電解液中に溶解させ、陰極上に析出させることによって行われる。例えば、銅の精製の場合には、通常、陽極陰極共にそれぞれ２０枚から５０枚程度を１組として配置した電解槽を縦方向及び横方向に複数隣接して設置することにより行われ、電解槽の総数は数百槽にも及ぶ。

電解液中では、陽極表面近くの電解液は陽極から金属イオンが溶解してくるため金属イオンの濃度が高くなり液比重が大きくなって下降する。一方、陰極種板の表面近くの電解液は金属イオンが陰極種板上に析出してくるので金属イオンの濃度が薄くなり液比重が小さくなって上昇する。従って、電解液上層部の濃度が次第に低下すると共に下層部の濃度が次第に濃くなることから電解液の濃度が不均一になる傾向があった。そこで、電解液中や両電極表面上での電解条件が局所的に変化しないようにするため電解槽内の電解液はたえず循環させ、組成や温度の均一化を図ることが必要となる。そのため、電解槽内の電解液の一部を抜き取ってその組成を調整しつつ、再び電解槽内へ供給することを連続的に行っている。この電解液の排液と給液とが適切に行われないと電解槽内の電解液の組成や温度分布等に偏りが生じて電解液の条件が場所によって不均一になる。例えば、電解液を電解槽の一端側の上部から給液（上入れ）しつつ、それと反対側の端部の上部から排液（上抜き）すると、電解液は電解槽の上層部を流れるのみで、電解槽の底部の電解液は滞留したままになることから、従来は、電解液は電解槽の長手方向の一端側の下部から給液（下入れ）しつつ、それと反対側の端部の上部から排液（上抜き）が行われていた（例えば、特開平１０−１８３３８９号公報（特許文献１））。

電解液の濃度が均一でないと陰極種板に目的金属が均一に析出しないため高品位の金属を得ることができず製品とならない。また、陽極付近の金属イオンの濃度が濃くなると陽極表面に金属塩が析出し陽極からの金属イオンの溶解を阻害する等の問題も生じる。そのため、例えば、特開２００２−１０５６８４号公報（特許文献２）では、電解液を陰極板及び陽極板の平面と平行方向、且つ、上入れ下抜きの対角線方向へ吐出させて電解する電解方法を開示している。

特開平１０−１８３３８９号公報 特開２００２−１０５６８４号公報

電解槽の長手方向の端面下部側から電解液を給液し、それとは反対側の端面の上部から排液する下入れ上抜きの場合、給液側では電解液は主に電解槽の底部側を流れるために給液側の端面近傍の液表面付近の金属イオンの濃度は特に低下しやすい。
しかし、金属イオンの濃度を維持しようとして給液量を多くするとその液流によって電解槽底部に沈殿しているアノードスライムを巻き上げやすくなる。アノードスライムが陰極に付着してしまうと目的金属が汚染されて製品にならなくなる。
例えば、表１Ａ）のように、液表面の銅濃度が、２５〜３５ｇ/ｌと低下すると、電気銅のＡｓ、Ｓｂ、Ｂｉが、電気銅の平均的な通常の値に対し、２倍から１００倍以上の悪い値となる。
また、この対策として、給液量を増加し、流速を上げると表１のＢ）の如く、Ｐｂ，Ｓｅ，Ｔｅ等の不純物が、２倍から１０倍悪い値となる。これは、給液量の増加によるアノードスライムの巻き上げによるものと思われる。

一方、引用文献２に示された給液方法は、これまでとは全く異なる位置に給液口及び排液口を改めて設置する必要があり生産を停止して大掛かりな改修を施さねばならずコストがかかり且つ面倒である。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決し、電解槽への給液を下入れ給液によって発生する給液側の電解液上層部付近における金属イオンの濃度低下を改善し、電解液の上層部に位置する陰極板への電着を良好とすることが可能な電解液の濃度均質化方法及び電解槽を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、電解槽内に貯えられた電解液中に、陰極板と陽極板が当該電解槽の両側壁に掛止された状態で交互に浸漬されている電解槽の長手方向の一端側の内壁面に配置され、上部側及び下部側が開放した内部空間を有すると共に、電解槽内の上層部側へ電解液を供給するために直径が１０〜３０ｍｍで、電解液面から３０〜７０ｍｍの深さに位置するようにして電解槽の幅方向に沿って複数箇所に設けられた孔部を有する給液ポケットの上部開口部から電解液を供給することにより孔部から給液量の３〜５％を電解液の上層部へ、それ以外を下部開口部から電解液の下層部へそれぞれ新たな電解液を供給しつつ、それとは反対側の端部近傍の液面上層部から排液することを特徴とする電解液の濃度均質化方法を提供する。

上記課題を解決するために請求項４に記載の本発明は、電解槽内に貯えられた電解液中に、陰極板と陽極板が当該電解槽の両側壁に掛止された状態で交互に浸漬されている電解槽の長手方向の一端側の内壁面に配置され、上部側及び下部側が開放した内部空間を有すると共に、電解槽内の上層部側へ電解液を供給するために直径が１０〜３０ｍｍで、電解液面から３０〜７０ｍｍの深さに位置するようにして電解槽の幅方向に沿って複数箇所に設けられた孔部を有する給液ポケットであって、上部開口部から電解液を供給することにより孔部から給液量の３〜５％を電解液の上層部へ、それ以外を下部開口部から電解液の下層部へそれぞれ新たな電解液を供給する給液ポケットを備えた給液手段と、そして、給液手段が設けられた側とは反対側の電解槽の端部側に配置され、電解液を液面上層部から排液する排液手段とを備えてなることを特徴とする電解槽を提供する。

本発明に係る電解液の濃度均質化方法及び電解槽によれば、電解槽の長手方向の一端部側から電解液の上層部と下層部のそれぞれへ電解液を給液することとしたのでこれまで金属イオンの濃度の低下が起こりやすかった電解槽の給液側端部付近の電解液上層部も給液濃度に近づけることができるという効果がある。これにより、電解液上層部の金属イオンの電着も良好となり目的金属の品質を向上させることができるという効果がある。

また、本発明に係る電解液の濃度均質化方法及び電解槽によれば、電解液の液面付近の金属イオン濃度の低下を防ぐために給液量を無理に増やす必要がないので電解槽底部に沈殿しているアノードスライムの巻き上げを防止でき、より高品位の金属を生産できるという効果がある。

以下、本発明に係る電解液の濃度均質化方法及び電解槽の好ましい一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係る電解液の濃度均質化方法を実施するための電解槽の一例を示す側面断面図、図２は平面図である。

図示された電解槽１は、上部が開放された直方体形状をなしており、外側にコンクリート製の外槽１ａと、その内側に合成樹脂製の内槽１ｂが配置されて構成されている。そして、電解槽１の内部には電解液３が蓄えられている。電解液３中には、陽極板Ａと陰極板Ｋが交互に平行になるように並べて配置されている。陽極板Ａは、例えば銅精製の場合、銅を鋳造することによって形成されており、上部側の左右の両端部に外側に突き出すようにして形成された図示しない耳部を備え、この両耳部を電解槽１の両側壁に掛止し、且つ、電解槽１の側壁上部に配線された図示しない電極に接触させるようにして電解液３中に浸漬されている。一方、陰極板Ｋは、例えば、長方形をした薄いＳＵＳ板の上部を図示しない金属製のリボンにより図示しない電極支持用竿に吊り下げられ、この図示しない電極支持用竿を電解槽１の両側壁に掛止すると共に、電解槽１の側壁上部に配線された図示しない電極に接触させるようにして電解液３中に浸漬されている。これにより、陽極板Ａ及び陽極に直流電流を流すことによって陽極板Ａ側から目的金属を電解液中に溶解させ、陰極板Ｋ上に析出させることによって目的金属の精製が行われる。

電解槽１の長手方向の一方側の端部１０（図１及び図２における左側の端部）には成分調整された電解液を給液するための給液手段である給液ポケット２０が配置されている。そして、それとは反対側の電解槽１の端部１２側には、図１に示すように、電解液３をその上層部から排液するための排液路３０が立設されている。

給液ポケット２０は、上部側及び下部側が開放した内部に空間部を有する四角筒形状をなしており、その一面が電解槽１の端部１０側の樹脂槽側の内槽１ｂに固定されている。そして、上部開口部２１側から電解液３を供給することにより下部開口部２２側から電解槽１内に新鮮な電解液３が給液されるようになっている。給液ポケット２０は、さらに図４に示すように、その表面に孔部２３が穿設されており、給液される電解液３の一部が孔部２３から流出するようになっており、この孔部２３からも電解槽１内に新たな電解液３が給液されるようになっている。これにより、電解液３の上層部にも給液された電解液３が流れるので液面近くの金属イオン濃度を給液濃度に近づけることができる。

電解槽１内の上層部側への給液量は、全体の給液量に対して約３〜５％となるようにすることが好ましい。そのため、給液ポケット２０に設ける孔部２３は、少なくとも１箇所、好ましくは電解槽１の幅方向に沿って複数個所に設けるのがよい。そして、孔部２３は、電解槽１内に蓄えられた電解液３の液面から約３０〜７０ｍｍの深さに位置するように配置することが好ましい。また、孔部２３のサイズは直径約１０〜３０ｍｍ程度が好ましい。孔部２３をこのように形成することにより給液量の３〜５％を電解槽１の上層部側に給液することが可能となる。

以上のような構成を備えた電解槽１により銅の精製を行った結果を図５に示す。これは、給液ポケット２０側から順に配設された陽極板Ａ（アノード）の数とその位置における電解液３の上層部の銅濃度との関係について示したグラフである。本発明に係る電解液の濃度均質化方法及び電解槽の実施前（改善前）に比べて実施後（改善後）における銅濃度がいずれの場所でも高くなっているが、給液ポケット２０に近い側において銅濃度の上昇率が高くなっており、濃度の不均衡が改善されていることがわかる。また、電解液３は、陽極板Ａ及び陰極板Ｋの両側（図２に示された矢印）方向からも流れることから、従来は、あまり幅広の電極板を使用するとその流れを阻害してしまい更なる濃度不均一を招くおそれがあるため使用できなかったが、本発明によればそのような電解液３の濃度風均一化を防止できるので幅広の電極板を使用することができ、これまでより増産を図ることが可能となる。

外槽１ａの幅サイズ：１，１１０ｍｍ
内槽１ｂの幅サイズ：１，０６０ｍｍ
陰極板Ｋのサイズ ：１０５０ｍｍ×９６０ｍｍ
上記の条件において銅の電解精製を行い、そのときの給液ポケット２０に設ける孔部２３と液面からの深さ約２０〜３０ｍｍの液面上層部の銅濃度との関係について実験により確かめた。その結果を以下に示す。尚、孔部２３の直径はいずれも２０ｍｍとした。

孔の数（給液量（％）） 給液側上部のＣｕ（ｇ／ｌ）
０ ３１．８ 比較例１
１(1%) ３６．０ 本発明１
２(2%) ３７．７ 本発明２
３(3%) ４２．４ 本発明３

上記の如く、孔を空けると、給液側上部の銅濃度が、上昇し、特に本発明３に示すように、３個開けた場合、給液量が３％となり、望ましい銅濃度４０ｇ/ｌ以上と成った。

以上のように、孔部２３を電解槽１の幅方向に沿って複数設けることにより電解液３の上層部における銅濃度の低下が防止されることが分かる。

本発明に係る電解槽の一実施形態を示す側面断面図である。 図１に示した電解槽の平面図である。 給液ポケットの正面図である。 給液ポケットの斜視図である。 電解液上層部における孔部と銅濃度の関係を示したグラフである。

符号の説明

１ 電解槽
１ａ 外槽
１ｂ 内槽
３ 電解液
１０ 電解槽端部
１２ 電解槽端部
２０ 給液ポケット
２１ 上部開口部
２３ 孔部
３０ 排液路
Ａ 陽極板
Ｋ 陰極板

Claims (2)

1. 電解槽内に貯えられた電解液中に、陰極板と陽極板が当該電解槽の両側壁に掛止された状態で交互に浸漬されている当該電解槽の長手方向の一端側の内壁面に配置され、上部側及び下部側が開放した内部空間を有すると共に、電解槽内の上層部側へ電解液を供給するために直径が１０〜３０ｍｍで、電解液面から３０〜７０ｍｍの深さに位置するようにして電解槽の幅方向に沿って複数箇所に設けられた孔部を有する給液ポケットの上部開口部から電解液を供給することにより前記孔部から給液量の３〜５％を前記電解液の上層部へ、それ以外を下部開口部から前記電解液の下層部へそれぞれ新たな電解液を供給しつつ、それとは反対側の端部近傍の液面上層部から排液することを特徴とする電解液の濃度均質化方法。
2. 電解槽内に貯えられた電解液中に、陰極板と陽極板が当該電解槽の両側壁に掛止された状態で交互に浸漬されている当該電解槽の長手方向の一端側の内壁面に配置され、上部側及び下部側が開放した内部空間を有すると共に、電解槽内の上層部側へ電解液を供給するために直径が１０〜３０ｍｍで、電解液面から３０〜７０ｍｍの深さに位置するようにして電解槽の幅方向に沿って複数箇所に設けられた孔部を有する給液ポケットであって、上部開口部から電解液を供給することにより前記孔部から給液量の３〜５％を前記電解液の上層部へ、それ以外を下部開口部から前記電解液の下層部へそれぞれ新たな電解液を供給する給液ポケットを備えた給液手段と、そして、
   前記給液手段が設けられた側とは反対側の前記電解槽の端部側に配置され、電解液を液面上層部から排液する排液手段と、
   を備えてなることを特徴とする電解槽。

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