JP2011162824A

JP2011162824A - 電解精製用カソードスペーサー

Info

Publication number: JP2011162824A
Application number: JP2010025712A
Authority: JP
Inventors: Tomonao Fukuie; 知尚福家
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】カソード板の歪により生じるカソード板とアノード板との接触を防ぎ、且つ切断時のプッシャー噛みこみの発生及びそれに伴うサイズ不良品の発生を抑えるためのカソードスペーサーを提供する。
【解決手段】カソードスペーサー２は、枠断面がＶ字状に形成され、且つスペーサー２に嵌込まれたカソード板１のカソード板面１ｃと、スペーサー２の枠面との角度が１０〜８０°になるように形成されている。また、スペーサー２は、カソード板１の両側１ａ又は底辺部１ｂ若しくはその両方を、その端部からカソード板１の高さ方向又は幅方向の全長に対して０．５〜５％が、スペーサー２で遮蔽されるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属の水溶液電解において使用されるカソードの歪によるアノードとの接触を防止するために設けられる電解精製用カソードスペーサーに関する。

ニッケル、コバルト等の金属の電解精製においては、周知のようにＳＳ（一般構造用圧延鋼材）、ＳＵＳ（Stainless Used Steel）、Ｔｉ等を母板として作製された薄い種板をカソード板として使用して、電解槽中に該カソード板とアノード板又はアノード隔膜で覆ったアノード板（以下、「アノード板」とする）とを交互に配置し、カソード板上に電解金属を電着させることによって精製が行われている。しかし、このような金属の電解精製において使用されるカソード板は、極めて薄肉であるため、電解操業中にカソード板への電着物の応力により歪を生ずる。

一般的に、電解精製においては、電解効率を高めるために、電極間の距離をできるだけ狭くするのが通例である。このため、上述したカソード板に歪が発生すると、この歪が発生したカソード板は、容易にアノード板と接触を起こし、電解効率の低下や電着金属の品質低下等を生ずる問題があった。

この問題を避けるために、電解終了後又は電解操業中において、カソード板を電解槽中から取り外して、ローラー又はプレス等を用いて歪を機械的に矯正する作業が行われる。しかし、この作業は、作業負荷が高い上に、十分に完全な歪矯正を行うことができない。そのため、歪矯正を行ったカソード板は、再使用に当たって、短時間で再びアノード板と接触を起こしてしまう可能性があった。

この問題を解決するために、例えば、特許文献１に記載の方法が実施されている。具体的には、図１に示すようなカソード板１００の両側と底辺を取り囲むような塩化ビニル等の絶縁体材料による枠材から成るスペーサー２００を使用することにより、カソード板１とアノード板（図示せず）との歪による接触を防止している。さらに、特許文献１に記載の方法では、スペーサー２００の枠断面をＶ字状に形成し、且つスペーサー２００に嵌込まれたカソード板面と、スペーサー枠面との角度を１０〜８０°になるように形成する。スペーサー２００の枠断面をＶ字状に形成するのは、カソード板１００がスペーサー２００の枠に接しても、電流を遮蔽せずにある程度回り込ませ得る容積を設け、且つカソード板１００の引揚げ、挿入作業を容易にするためである。これにより、カソード板１００が、スペーサー２００で遮蔽されている部分（以下、「遮蔽部」と呼ぶ）においても電着金属の析出が品質上問題ない程度の厚さになるようにし、且つ、遮蔽により高電流密度となるスペーサー２００の端部付近の電着金属の異常析出及び上述した析出部からの成長を起こりにくくしている。

しかしながら、スペーサー２００を用いた電解精製において、上述した遮蔽部は、カソード板１００がスペーサー２００で遮蔽されていない部分（以下、「非遮蔽部」とする）に比べ、回り込む電流量が少なくなる。そのため、カソード板１００の厚みは、遮蔽部の方が、非遮蔽部に比べて薄くなる。また、カソード板１００の非遮蔽部の厚みが厚くなりすぎると、カソード板１００とスペーサー２００とが接触し、接触部での電着金属の異常析出が発生する。そのため、スペーサー２００を用いた電解精製においては、ある程度の厚みになったところでカソード板１００を電解槽から引揚げ、新たなカソード板１００を電解槽に挿入後、通電し、再度電着を行う。

ところで、ニッケルやコバルトの電着板は、通常、その後の切断工程において２５ｍｍ〜１００ｍｍ角程度のサイズに切断され、出荷されている。この切断時において、電着板は、テーブル上で切断機に対し水平にされて装入位置セットされ、プッシャーと呼ばれる冶具により電着板端部を押され、切断位置に押し込まれる。この際、遮蔽部の厚さが、例えば、非遮蔽部の厚さに比べて２０％以下になると、プッシャーに押される際に、端部がプッシャーとテーブルとの間に噛みこみ、切断機が停止してしまうトラブル（以下、「プッシャー噛みこみ」とする）が発生しやすい。例えば、遮蔽部の厚さが非遮蔽部の厚さに比べて２０％以下になると、プッシャー噛みこみは、最大３０％程度発生する。このようなプッシャー噛みこみによるトラブルが発生すると、切断機の稼働率が低下するだけでなく、切断したピースの形状が大きく歪んでしまうため、サイズ不良が発生してしまう。

特許第２５８０９４５号公報

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、カソード板の歪により生じるカソード板とアノード板との接触を防ぎ、且つ切断時のプッシャー噛みこみの発生及びプッシャー噛みこみに伴うサイズ不良品の発生を抑えることができる電解精製用カソードスペーサーを提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る電解精製用カソードスペーサーは、枠状スペーサーの枠断面がＶ字状に形成され、且つ当該スペーサーに嵌込まれたカソード板の板面と、当該スペーサーの枠面との角度が１０〜８０°になるように形成され、上記カソード板の両側又は底辺部若しくはその両方を、その端部から該カソード板の高さ方向又は幅方向の全長に対して０．５〜５％が、当該スペーサーで遮蔽されるように形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る電解精製用カソードスペーサーは、上記カソード板の両側からの幅方向の遮蔽部分が、該カソード板の底辺部からの高さ方向の遮蔽部分よりも大きくなるように形成されていることが好ましい。

さらに、本発明に係る電解精製用カソードスペーサーは、上記カソード板の両側の端部から該カソード板の幅方向の全長に対して１〜２％が、当該スペーサーで遮蔽されるように形成されていることが好ましい。

本発明によれば、一般的な金属の電解精製において、電着物の応力ために生じるカソード板の歪によるカソード板とアノード板との接触を防ぎつつ、遮蔽部と非遮蔽部との厚み差がより小さなカソード板１を得ることができる。これにより、電着板の切断時におけるプッシャー噛みこみの発生を抑制し、切断機の稼働率の低下及び切断したピースの形状が大きく歪んでしまうのを抑制できるため、サイズ不良品の発生を抑えることができる。

本発明を適用したカソードスペーサーの一実施の形態を示す斜視図である。図１におけるＡ−Ａ断面を模式的に示す断面図である。本発明を適用したカソードスペーサーの他の実施形態を示す図２と同部位における模式的断面図である。本発明を適用したカソードスペーサーの他の実施形態を示す図２と同部位における模式的断面図である。本発明を適用したカソードスペーサーの一実施の形態を示す正面図である。本発明を適用したカソードスペーサーの一実施の形態を示す正面図である。

以下、本発明を適用した電解精製用カソードスペーサー（以下、単に「スペーサー」という。）の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本発明を適用したスペーサー２は、カソード板１の両側１ａ及び底辺部１ｂを拘束するように枠状に形成されている。カソード板１としては、例えば、その形状が、長さ１０００ｍｍ、幅８００ｍｍ、厚さ１ｍｍのものが用いられる。

スペーサー２は、加工が容易な電気絶縁材料で構成されることが好ましく、例えば、木製、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）、塩化ビニル等で構成されている。スペーサー２は、例えば、電解槽（図示せず）に予め設置されており、スペーサー２の上面開放部よりカソード板１が挿入される。スペーサー２の枠断面は、例えば、図１及び図２に示すようにＶ字状に形成されている。また、スペーサー２は、Ｖ字の枠面２ａと、挿入されたカソード板面１ｃとの角度（θ）が１０〜８０°、好ましくは１５〜５０°になるように形成されている。

スペーサー２の枠面２ａをＶ字状に形成するのは、カソード板１がスペーサー２の枠に接しても電流を遮蔽することなく、ある程度回り込ませ得る容積を設け、且つカソード板１の挿入、引上げの作業を容易にするためである。これにより、カソード板１の遮蔽部においても電着金属の析出が品質上問題ない程度の厚さになるようにすることができる。また、スペーサー２の枠面２ａをＶ字状に形成することにより、遮蔽により高電流密度となるスペーサー２の端部付近の電着金属の異常析出及び析出部からの成長を起こりにくくすることができる。

スペーサー２のＶ字の枠面２ａと、カソード板１のカソード板面１ｃとの角度（θ）が１０°未満の場合には、電流が回り込み得る容積が小さくなり過ぎてしまう。これにより、カソード板１の両側１ａと底辺部１ｂにおける電着金属の厚みが極端に薄くなってしまう。また、スペーサー２のＶ字の枠面２ａと、カソード板１のカソード板面１ｃとの角度が１０°未満の場合には、スペーサー２のＶ字の幅が小さくなってしまい、カソード板１の挿入、引上げの作業の能率が悪くなってしまう。さらに、スペーサー２のＶ字の枠面２ａと、カソード板１のカソード板面１ｃとの角度が８０°を超えると、Ｖ字の高さが小さくなるため、カソード板１が歪によりスペーサー２から外れ易くなると共に、カソード板１の挿入、引上げの作業の能率が悪くなってしまう。また、スペーサー２の枠面２ａと、カソード板面１ｃとの角度が８０°を超えると、電解槽に挿入可能なカソード板１の枚数が減ってしまうため、電解の効率が悪くなってしまう。

スペーサー２の上端部には、図１に示すように、固定用補強鍔３が設けられている。固定用補強鍔３は、その一端側がＶ字形状となっている。固定用補強鍔３は、そのＶ字の部分がスペーサー２のＶ字の枠面２ａに固定されることで、スペーサー２を電解槽へ固定するとともに、スペーサー２を補強することができる。

スペーサー２は、カソード板１の両側１ａの端部からカソード板１の幅方向（水平方向）の全長に対してそれぞれ０．５〜５％、より好ましくは１〜２％を遮蔽するように形成されており、且つカソード板１の底辺部１ｂの端部からカソード板１の高さ方向（垂直方向）の全長に対して０．５〜５％、より好ましくは１〜２％を遮蔽するように形成されている。

カソード板１の両側１ａ又は底辺部１ｂ若しくはその両方について、カソード板１の高さ方向又は幅方向の全長の０．５％より小さく遮蔽した場合には、電着物の応力ために生じるカソード板１の歪により生じるカソード板１とアノード板（図示せず）との接触を十分に防ぐことができないからである。また、カソード板１の両側１ａ又は底辺部１ｂ若しくはその両方について、カソード板１の高さ方向又は幅方向の全長の５％より大きく遮蔽した場合は、スペーサー２によって遮蔽する部分が大きくなってしまう。このように、遮蔽する部分が大きくなってしまうと、スペーサー２が幅方向に広がってしまうため、電極間の距離が広くなり、電解精製における生産効率が低下してしまうためである。

本実施の形態に係るスペーサー２は、カソード板１の両側１ａ又は底辺部１ｂ若しくはその両方を、カソード板１の高さ方向又は幅方向の全長に対して０．５〜５％を遮蔽することにより、カソード板１の歪によるカソード板１と、アノード板（図示せず）との接触を防ぎつつ、電着板の切断時のプッシャー噛みこみの発生及び規格外品の発生を抑えることができる。これにより、一般的な金属の電解精製の生産効率を高めることができるため、従来の操業よりも金属の電解精製を効率良く行うことができる。カソード板１の遮蔽部の調整は、例えば、スペーサー２の枠面２ａの幅を調整することで行うことができる。

特に、本実施の形態においては、カソード板１の歪みを防止するために、カソード板１の両側１ａがスペーサー２によって遮蔽されるように、スペーサー２が形成されていることが好ましい。

さらに、本実施の形態に係るスペーサー２は、カソード板１の両側からの幅方向の遮蔽部分が、カソード板１の底辺部からの高さ方向の遮蔽部分よりも大きくなるように形成されていることが好ましい。これにより、遮蔽部と非遮蔽部との厚み差がより小さなカソード板１を得ることができるため、プッシャー噛みこみ回数をより減少させることができ、さらに、サイズ不良品の発生率をより少なくすることができる。

また、図３に示すように、スペーサー２の底辺部には、カソード板１を挿入しやすくするための長さを有する平面底部４を形成してもよい。また、図４に示すように、スペーサー２は、カソード板１の電着応力によって先端部が広がらないようにするために、スペーサー２の外側を補強板５によって補強するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係るスペーサー２は、枠断面がＶ字状に形成され、且つスペーサー２に嵌込まれたカソード板１のカソード板面１ｃと、スペーサー２の枠面２ａとの角度が１０〜８０°になるように形成されている。また、スペーサー２は、カソード板１の両側１ａ又は底辺部１ｂ若しくはその両方を、その端部からカソード板１の高さ方向又は幅方向の全長に対して０．５〜５％が、スペーサーで遮蔽されるように形成されている。これにより、電着物の応力ために生じるカソード板１の歪によるカソード板１とアノード板との接触を防ぎつつ、遮蔽部と非遮蔽部との厚み差が小さなカソード板１を得ることができる。したがって、本実施の形態に係るスペーサー２によれば、電着板の切断時におけるプッシャー噛みこみの発生を抑制し、切断機の稼働率の低下及び切断したピースの形状が大きく歪んでしまうのを抑制できるため、サイズ不良品の発生を抑えることができる。

また、本実施の形態に係るスペーサー２は、カソード板１の両側１ａからの幅方向の遮蔽部分が、カソード板１の底辺部１ｂからの高さ方向の遮蔽部分よりも大きくなるように形成されている。これにより、切断したピースの形状における歪の発生を効果的に防止できるとともに、遮蔽部と非遮蔽部との厚み差がより小さなカソード板１を得ることができるため、プッシャー噛みこみ回数をより減少させることができる。さらに、カソード板１の両側１ａからの幅方向の遮蔽部分が、カソード板１の底辺部１ｂからの高さ方向の遮蔽部分よりも大きくなるように形成されていることで、サイズ不良品の発生率をより少なくすることができる。

また、本実施の形態に係るスペーサー２は、カソード板１の両側１ａが、その端部からカソード板１の幅方向の全長に対して１〜２％がスペーサー２で遮蔽されるように形成されている。これにより、カソード板１の歪によるカソード板１と、アノード板との接触を防ぎつつ、電着板の切断時のプッシャー噛みこみの発生及び規格外品の発生をより効果的に抑えることができる。

続いて、本発明に係るスペーサー２を使用して電解精製を行う方法の一例について説明する。電解精製を開始する前に、上述の如くカソード板１の両側１ａ又は底辺部１ｂ若しくはその両方を、その端部からカソード板１の高さ方向又は幅方向の０．５〜５％を遮蔽するように形成したスペーサー２を電解槽に挿入する。続いて、歪を矯正したカソード板１をスペーサー２に挿入し、例えば、ニッケル含有液又はコバルト含有液を電解液として用いて電解精製を行う。

なお、スペーサー２は、上述したようにカソード板１の歪によるカソード板１とアノード板との接触を防ぎつつ、電着板の切断時のプッシャー噛みこみの発生及び規格外品の発生を抑えることができれば、以下のように構成されていてもよい。例えば、スペーサー２は、カソード板１の両側１ａのみが、その端部からカソード板１の幅方向の全長に対して、それぞれ０．５〜５％、より好ましくは１〜２％を遮蔽するように形成されていてもよい。また、スペーサー２は、例えば、カソード板１の底辺部１ｂのみが、その端部からカソード板１の高さ方向の全長に対して、０．５〜５％、より好ましくは１〜２％を遮蔽するように形成されていてもよい。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、下記のいずれかの実施例に本発明の範囲が限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１では、図５に示すように、カソード板１の両側１ａが、その端部からカソード板１の幅方向の全長に対して３．８％、底辺部１ｂがその端部からカソード板１の高さ方向の全長に対して３％が遮蔽されるように構成されたスペーサー２（高さ１０６５ｍｍ、幅８３０ｍｍ、厚さ５５ｍｍ）を電解槽に挿入した。このスペーサー２は、枠面２ａが図３に示すような形状をしており、且つスペーサー２に嵌込まれたカソード板面１ｃと、スペーサー２の枠面２ａとの角度が２０°となるようにした。レベラー及びローラーにて歪を矯正したコバルトカソード板（高さ１０００ｍｍ、幅８００ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を、上述したスペーサー２に挿入し、コバルト含有液を電解液として用いて、電流密度１８６Ａ／ｍ^２で常法によるコバルトの電解精製を１０日間行った。

電解精製後、電解槽から引き揚げた電着コバルト板の遮蔽部及び非遮蔽部の厚みを、一般的な厚み測定器で測定した。また、引揚げた電着コバルト板を合計１００枚、切断機にて２５ｍｍ角のピースに切断し、プッシャー噛みこみの発生回数を調査した。さらに、１枚の電着板から得られた合格品と規格外品との割合（サイズ不良品発生率）を調査した。

［実施例２］
実施例２では、図６に示すように、カソード板１の底辺部１ｂが、その端部からカソード板高さ方向の全長に対して１．５％遮蔽されるようにスペーサー２を構成した以外は、実施例１と同様の条件で電解操業を行った。

実施例２では、電解槽から引き揚げた電着コバルト板の遮蔽部及び非遮蔽部の厚みを、実施例１と同様に一般的な厚み測定器で測定した。また、実施例２では、実施例１と同様に、引揚げた電着コバルト板を合計１００枚、切断機にて２５ｍｍ角のピースに切断し、プッシャー噛みこみの発生回数を調査した。さらに、実施例２では、実施例１と同様に、１枚の電着板から得られた合格品と規格外品との割合（サイズ不良品発生率）を調査した。

以下に、実施例１及び実施例２の結果をまとめたものを表１に示す。

実施例１において、カソード板１の遮蔽部の厚みは３．５ｍｍ、非遮蔽部の厚みは１３．７ｍｍであった。また、実施例１において、カソード板１の遮蔽部の厚さは、非遮蔽部の厚さに比べて２６％であった。また、実施例１において、プッシャー噛みこみ発生率は、２０％であった。また、実施例１において、サイズ不良品の発生率は、カソード板の面積比で７．４％であった。

実施例２において、カソード板１の遮蔽部の厚みは、９．５ｍｍであり、非遮蔽部の厚みは、１３．３ｍｍであった。また、実施例２において、カソード板１の遮蔽部の厚さは、非遮蔽部の厚さに比べて７１％であった。また、実施例２において、プッシャー噛みこみ発生率は、０％であった。また、実施例２において、サイズ不良品の発生率は、カソード板の面積比で５％であった。

このように、実施例１においては、遮蔽部と非遮蔽部との厚み差が小さいカソード板１が得られ、また、プッシャー噛みこみ回数が少なく、さらに、サイズ不良品の発生率を少なくすることができた。また、実施例２においては、実施例１よりも遮蔽部と非遮蔽部との厚み差が小さいカソード板１が得られ、また、実施例１よりもプッシャー噛みこみ回数を減少させることができ、さらに、実施例１よりもサイズ不良品の発生率を低下させることができた。

１，１００カソード板、２，２００カソードスペーサー、３固定用補強鍔、４平面底部、５補強板

Claims

枠状スペーサーの枠断面がＶ字状に形成され、且つ当該スペーサーに嵌込まれたカソード板の板面と、当該スペーサーの枠面との角度が１０〜８０°になるように形成され、
上記カソード板の両側又は底辺部若しくはその両方を、その端部から該カソード板の高さ方向又は幅方向の全長に対して０．５〜５％が、当該スペーサーで遮蔽されるように形成されていることを特徴とする電解精製用カソードスペーサー。
上記カソード板の両側からの幅方向の遮蔽部分が、該カソード板の底辺部からの高さ方向の遮蔽部分よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の電解精製用カソードスペーサー。
上記カソード板の両側の端部から該カソード板の幅方向の全長に対して１〜２％が、当該スペーサーで遮蔽されるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電解精製用カソードスペーサー。