JPS6358918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属の電着における改良に関する。
さらに詳しくは、本発明は金属の電解採取
（electrowinnig）法および電解精錬
（electrorefeining）法に関する。

アノードとカソードを用いる金属の電着法、た
とえば、亜鉛、銅、ニツケル、マンガン、カドミ
ウム、鉛および鉄のような金属の電解採取
（electrowinning）、および銅、鉛、ニツケル、
銀、金、ビスマスおよびアンチモンのような金属
の電気精錬において、普通に使用される電解槽は
細長い実質的に長方形の箱様構造である。電解槽
は電解液を含有し、そして一般に、連続的に循環
する電解液を出し入れするための適当な手段を一
般に備える。電極は電解槽中に、その長さに対し
て横方向に配置され、そして適当に支持される。
また、電極は電流を供給され、電源ヘブスバー、
接触棒または他の電流分配手段により接続されて
いる。一般に、電解槽中の電極のすべては等間隔
で配置されており、用いる精確な間隔はある数の
要因に依存する。電解槽の長さに沿つてこのよう
に等間隔で配置された電極を用いると、電解槽へ
供給される電流の量は電解槽中の電極間にほぼ等
しく分配されると、一般に考えられる。このよう
にして、電解槽中の電流密度の平均値は容易に計
算できる。

このような電解槽中の電極の整列は、かなり重
要である。電極が不適切に整列されると、電極の
ゆがみ、腐食およびシヨートのすべてが起こるこ
とがあり、その結果電極寿命が短かくなり、また
電流効率が損失する。電極を適切に間隔を置いて
配置すると同時に、適切に整列する多くの手段が
開発されてきた。このような手段はきわめて多く
の設計をもつ。典型的な例は、次の米国特許に記
載されている： 1206963、Robert L.Whitehead，1916年。

1206964、Robert L.Whitehead，1916年。

1206965、Robert L.Whitehead，1916年。

1276208、Julius H.Gillis，1918年。

2115004、William H.Bitner，1938年４月26
日。

2443112、Fernando Alfred Morin，1948年６
月８日。

3579431、Peter M.Jasberg，1971年５月18日。

3697404、Peter M.Paige，1972年10月10日。

3997421、Roland Perri，1976年12月14日。

4035280、Richard Deane et al，1977年５月
12日。

これらのうち最後の２件の特許において、スブ
ール形のノツチ付き接触棒と、アノードのスペー
サークリツプが記載されており、これらは、適当
な電極と組み合わせて使用すると、電解槽中にア
ノードとカソードの安定な三次元の列を形成す
る。

しかしながら、電極の整列および間隔の両方を
適切にするために十分に注意を払つたときでさ
え、電気的な困難をなお経験する。電極間のシヨ
ート、電極の過熱、電極のゆがみおよび他の必然
的な問題に直面し、これらは電流の効率および生
産性の両方を低下する。極端な場合において、シ
ヨートは電極を局部的に溶融することがある。

今回、電極の欠陥のはるかに大部分は普通の電
解槽の各端の端電極において、これらの電極がカ
ソード（電気精錬において）またはアノード（電
解採取において）のいかんにかかわらず、起こる
ことが観察された。さらに詳しくは、端電極と次
の隣接電極との間の電流は、端電極がカソード
（電気精錬において）またはアノード（電解採取
において）のいかんにかかわらず、電解槽中のす
べての電極間の平均電流よりも高いことが観測さ
れた。さらに、端電極と次の隣接電極との間の電
流とすべての電極間の平均電流との差は、かなり
大きく、10％以上から約30％以上までの範囲であ
ることが観測された。

平均電流よりも高いこの電流のため、端電極は
ゆがみおよびシヨートの傾向が平均よりも高い。
また、端電極の接触手段および絶縁手段は、シヨ
ートが起るとそれらの設計した電流負荷よりも必
然的に大きい電流負荷を受けるので、過熱する傾
向もある。こうして、電解槽中の端電極における
この平均よりも高い電流は、電解槽外で観測でき
る影響を与える。端電極の対の電極間の平均より
高い電流は、また電解槽において問題を起こす。
平均よりも高い電流は、これらの電極において電
流密度を平均よりも高くするため、端電極とそれ
らの直ぐ隣りの電極との間の電気シヨートの発生
を増大する。次いで、これらの問題は自己急増性
となる傾向がある：これらのシヨートは電着時間
を制限するばかりでなく、また、鎖接触（chain
contact）システムにおいて、電解槽端における
電流の量をさらに増加する。シヨートは、また、
このシステムにおける電圧低下に影響を及ぼし、
これにより電圧低下は端において電解槽の残部を
横切る電圧低下よりも少なくなり、これは再び端
における電流を増加し、こうしてシヨート、ゆが
み、および電解槽の効率の損失を促進する。

今回、端電極間の過剰の電流、または電流密度
を排除した場合、電解槽の端電極のシヨートおよ
び欠陥の大部分、合計の90％程度に多くを排除で
きることが、発見された。さらに、この過剰の電
流は端電極とそれらの直ぐ隣りの電極との間の間
隔を増加するという簡単な手段により排除できる
ことが、また発見された。

こうして、本発明によれば、電解液を含有し、
該電解液中に、交互に、実質的に等間隔で配置さ
れたアノードおよびカソードから成る多数の電極
が浸漬されており、該アノードおよび該カソード
は、それぞれ、電源に独立に接続されている、電
解槽を使用し；少なくとも一方の端電極とその直
ぐ隣りの電極との間の電流を、該端電極とその直
ぐ隣りの電極との間の間隔を電解槽中の残りの電
極間の間隔よりも大きい値に増加することによ
り、所望値に制御する、金属の電着法、が提供さ
れる。

好ましくは、両方の端電極およびそれらの直ぐ
隣りの電極との間の電流は、両方の端電極とそれ
らの直ぐ隣りの電極との間の間隔を電解槽中の電
極の残部の間の間隔よりも大きい値に増加するこ
とにより、所望値に制御し；好適には、間隔の増
大は電解槽の両端において同一である。

より好ましくは、直ぐ隣りの電極に関する端電
極の間隔は、電極の残部間の間隔の値の２倍であ
る値に増加する。

別の態様において、直ぐ隣りの電極に関する端
電極の間隔は、端電極とそれらの直ぐ隣りの電極
との間の電流の値が電解槽中のすべての電極間の
電流の平均値より大きくなく、好ましくはそれよ
り小さい値になるまで増加する。

この簡単な手段により、端電極間の電流、それ
ゆえ、電流密度を、ゆがみ、シヨートおよび過熱
による電極の欠陥が電解槽のいかなる場所よりも
電解槽の端においてひんぱんに起こらない値に、
制御することができる。

端電極と直ぐ隣りの電極との間の間隔の増加
は、いくつかの方法で実施できる。電解槽の寸法
が許す場合、最初の電極と最後の電極をそれらの
直ぐ隣りの電極から横方向に単に動かして、所望
の広い間隔とする。別法として、空間の制限が横
方向の動きを許さない場合、要求される間隔は少
なくとも１対の電極（すなわち、少なくとも１つ
のアノードおよび少なくとも１つのカソード）を
列から除去することによつて得ることができる。
この列を電解槽の中央に再配置すること、所望の
増大した間隔を得るために十分な空間が電解槽の
端に残るであろう。電解槽中の電極の数の減少は
生産性をかならずしも低下しないことに注意すべ
きである：この電極の除去から理論的に生ずる損
失は、この少ない数の電極で可能となる電解槽の
効率の実際の増加により補われるよりも一般に多
い。一般に、電解槽はより高い電流密度で運転で
きることがわかるであろう。

ほとんどの電解採取ブラントおよび電気精錬ブ
ラントにおいて、前述のように、電極の間隔およ
び整列は、電極が電解槽中で支持されるような方
法で決定される。１つの典型的な場合は、前述の
米国特許4035280に記載されているスプール様接
触棒である。この性質の装置を使用するとき、接
触棒などを広範に変更せずには、端電極とその直
ぐ隣りの電極との間の間を小さい量で変えること
は可能でない。さらに、電解槽装置のこのような
変更は、一般に、非常に実際的または実施可能で
はない。こうして、なすことができる実際的な、
通常唯一つの有効な増加は、端電極とその直ぐ隣
りの電極との間の間隔を電極の残部に使用する間
隔単位の倍数で変えることである。すなわち、電
極の大部分が4.5cmの間隔で配置されているとき、
端電極の有効間隔は4.5cm、９cm、13.5cm……と
なる。間隔を２倍にすると、端電極とその隣りの
電極との間の電流は電解槽中のすべての電極間の
電流についての平均値よりも小さくなることがわ
かつた。こうして、普通に使用される装置につい
てほとんどなされる、この間隔の２倍は、本発明
の利益を達成する１つの簡単な方法である。

端電極の間隔を増加すると、予測される全部で
はないが、次の利点が得られることがわかつた： １ 電解槽の電流効率の増大。

２ 損傷電極およびゆがんだ電極の数の実質的な
減少。

３ 電解槽の電着時間を増大し、その結果生産性
を高めることができること。

４ 電極接触手段および絶縁手段への損傷の実質
的減少。

５ 電解液冷却系の熱負荷の有意の減少。

６ 析出金属の品質、不純物に関する多少の改
良。

７ 電極間のシヨートの数の実質的減少。

さて、本発明を次の非制限的比較例によりさら
に説明する。これらの例において、硫酸亜鉛の電
解液から亜鉛を電解採取するために使用する電解
槽を使用した。これらの比較おいて、電解液は普
通の方式で電解槽に連続的に供給し、それから抜
き出す。電極は、米国特許4035280に記載される
ように接触棒上に支持して、電極中心間で測定し
た、電極間の間隔単位距離を4.5cmにする。アノ
ードは鉛銀合金であり、そしてアルミニウムのカ
ソードと出発板を使用した。48000Aの電流を各
電解槽へ供給し、そして電解槽の運転を６カ月に
わたつて観測した。

例Ａ 〔すべての電極は等間隔〕 49のアノードと48のカソードの列を、各電解槽
中に配置した。これは、電解槽全体にわたつて、
カソード面につき500Aの平均電流を与える。実
際に電解槽の電流を測定すると、最初のカソード
と最後のカソードが運ぶ実際の電流は550Aと
650Aとの間で変化することが示された：これは
電解槽の平均値よりも10％〜約30％高い。すべて
の電解槽のシヨートおよび損傷された電極の位置
を記録すると、50％以上が電解槽中の端電極の２
対に存在することが示された。析出した亜鉛を分
析すると、鉛含量は20ppm〜40ppmであり、平均
30ppmであることが示された。電解液に炭酸バリ
ウムを析出する亜鉛１トン当り2.3Kgの速度で連
続的に加えると、鉛含量は15ppm〜20ppmの範囲
に減少する。

例Ｂ 〔広い間隔の端電極〕 47のアノードと46のカソードの列をド各電解槽
中に配置し、電極の数を減少して、端電極をそれ
らの直ぐ隣りの電極から遠くに設置できるように
した。この場合において、間隔を２倍にして、端
電極の間隔が9.0cmであり、残りが4.5cmであるよ
うにした。この列は522Aのカソード面当りの平
均電流を与え、例Ａよりの増加はカソードの数を
減少したためである。実際の電解槽電流を測定す
ると、最初のカソードと最後のカソードにより運
ばれる電流は350Aであり、電解槽全体について
の522Aの平均値より30％低かつた。電解槽中の
シヨートおよび損傷した電極の位置を記録する
と、シヨートおよび端電極の欠陥の90％の減少を
示した：すなわち、端電極の欠陥はすべての欠陥
の約５％となり、こうしてこれらの端電極の欠陥
の頻度は、電解槽中のほぼ100の電極が存在する
ので、すべての他の電極とだいだい同じになつ
た。析出した亜鉛を分析すると、鉛の含量は10〜
15ppmであることが示された。析出する亜鉛１ト
ン当り１Kgより少ない炭酸バリウムを不連続に加
えると、この範囲に鉛含量は十分に維持されるこ
とがわかつた。

こうして、本発明の方法によると、有意の運転
効率が得られることが、明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電解液を含有し、該電解液中に、交互に、実
   質的に等間隔で配置されたアノードおよびカソー
   ドから成る多数の電極が浸漬されており、該アノ
   ードおよび該カソードは、それぞれ、電源に独立
   に接続されている、電解槽を使用し；少なくとも
   一方の端電極とその直ぐ隣りの電極との間の電流
   を、該端電極とその直ぐ隣りの電極との間の間隔
   を電解槽中の残りの電極の間の間隔よりも大きい
   値に増加することにより、所望値に制御する、金
   属の電着法。 ２ 酸性硫酸亜鉛の電解液を含有し、該電解液中
   に、交互に、実質的に等間隔で配置されたアノー
   ドおよびカソードから成る多数の電極が浸漬され
   ており、該アノードおよび該カソードは、それぞ
   れ、電源に独立に接続されている、電解槽を使用
   し；少なくとも一方の端電極とその直ぐ隣りの電
   極との間の電流を、該端電極とその直ぐ隣りの電
   極との間の間隔を電解槽中の残りの電極の間の間
   隔よりも大きい値に増加することにより、所望値
   に制御する、亜鉛の電解採取法である特許請求の
   範囲第１項記載の電着法。 ３ 金属の電着のためのセルであつて；電解液を
   含有し、該電解液の中に交互に実質的に等間隔で
   配置されたアノード及びカソードから成る多数の
   電極が浸漬されている電解槽を有してなり、該ア
   ノード及び該カソードは夫々電源に独立に接続さ
   れており；ここで少なくとも一方の端電極とその
   直ぐ隣りの電極との間の間隔が電解槽中の残りの
   電極相互間の間隔より大きいセル。