JP3875548B2

JP3875548B2 - 電解液の浄液方法

Info

Publication number: JP3875548B2
Application number: JP2001379472A
Authority: JP
Inventors: 憲治拝生; 基美古田; 登中村; 康繁荒木
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: JP2003183869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅の電解精製に用いる電解液の浄液方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅の電解精製工程では、転炉→精製炉等の溶錬炉で産出した粗銅をアノードとし、種板槽で産出した銅種板をカソードとして一般電解槽内の電解液中に装入・通電し、粗銅から銅を溶出させて銅種板に電着させることにより、Cu純度99.99 ％の製品電気銅を生産する。このとき、粗銅から余剰分のCuとともに不純物（As,Sb,Bi）が溶出する。これらの不純物が電解液中で一定濃度以上になった場合には製品の外観の悪化（表面の荒れ、粒・瘤の発生）や製品品質の悪化を招く。
【０００３】
そこで、電解液を一般電解槽から一部抜き取って脱銅電解槽へ送り、電解採取により液中の銅を減量後、清浄電解槽へ送り、電解採取により不純物除去（すなわち送られてきた電解液を浄化（浄液））した後、一般電解槽に戻すことが行われる。前記電解採取では、不溶性陽極（通常はPbアノード）が用いられる。清浄電解槽に送られる電解液を「清浄給液（あるいは脱銅尾液）」、一般電解槽に戻される電解液を「清浄尾液（あるいは尾液）」という。
【０００４】
前記浄液工程においては、はじめに余剰溶出したCuが電着し、Cu濃度がある程度低下してからAs,Sb,Biが電着し、回収除去される。通常の浄液方法では、尾液のCu濃度を0.8g/L程度未満まで下げることにより全不純物を９割程度除去できる。この方法では、被処理液中濃度の高いものが良く採れることになる。この不純物を下げた液を一般電解槽へ戻すことにより電解液中の不純物濃度を一定値以下に保つことで、外観・品質とも問題のない製品電気銅を生産できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、Sb，Biを比較的多く含む種類の銅鉱石が多く使用される傾向にある。この種類の銅鉱石を原料として製造された粗銅ではSb，Biの含有量が高めとなる。この粗銅を一般電解槽のアノードとして用いた場合、電解液中へのSb，Biの溶出量は増加する。そのため浄液工程での不純物除去量を増加させないと一般電解槽内の電解液の不純物濃度が上昇して製品電気銅の外観・品質が劣化する虞がある。
【０００６】
浄液工程での不純物除去量を増大させるには、清浄電解槽の容量を大きくすればよいのであるが、そうするには大幅な設備改造が必要で、設備投資額が莫大なものとなるため現実的でない。
本発明は、前記従来技術の問題を解決し、大幅な設備改造を要さずに不純物とくにBi，Sbの除去量を増大させうる電解液の浄液方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、銅電解精製を行う一般電解槽から電解液を一部抜き取って脱銅電解槽に送り、電解採取により液中の銅を減量後、清浄給液として清浄電解槽に送り、電解採取により液中の不純物を除去して清浄尾液として前記一般電解槽に戻す電解液の浄液方法において、前記除去される不純物が As ， Sb ， Bi を含み、うち As を他よりも多く除去する場合は前記清浄尾液の Cu 濃度を 0.8g/L 未満とし、 Sb ， Bi を他よりも多く除去する場合は前記清浄尾液のCu濃度を0.8 〜3.0g/Lとすることを特徴とする電解液の浄液方法である。本発明では、前記清浄電解槽の少なくとも上流側の部分で電解採取されている電解液を攪拌することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
電解液の浄液工程では、理論電解電位が貴のものほど先に電解採取される。理論電解電位はCu＞Bi＞Sb＞Asであるから、まずCuが析出し、次いでBi，Sb，Asの順に析出する。Biは単体、Sb，AsはCuとの金属間化合物（Cu₃Sb ，Cu₃As ）の形態で析出する。しかしながら、それらの詳細な量的関係については知られていなかった。そこで、本発明者らは、種々の電解採取条件について尾液の成分組成を分析調査し、その結果、尾液のAs，Sb，Bi濃度とCu濃度との間に図１に示すような関係があることが判明した。なお、給液の不純物濃度は、As：８ｇ/L，Sb：0.45ｇ/L，Bi：0.15ｇ/Lである。
【０００９】
図１の関係によれば、尾液のCu濃度が0.5g/Lとなるような条件で電解採取を行った場合、尾液不純物濃度はAs：1.0g/L，Sb：0.01ｇ/L，Bi：0.01ｇ/Lとなる（なお、Bi分析下限値が 0.01g/Lである。）から、不純物除去率（＝１−尾液不純物濃度／給液不純物濃度）は、As：87.5％，Sb：97.8％，Bi：93.3％である。ここで、給液流量は 140ｍ³/day であり、不純物除去量（＝給液流量×給液不純物濃度×不純物除去率）は、As：980kg/day 、Sb：61.6kg/day、Bi：19.6kg/dayである。不純物除去率は清浄電解槽の設備能力によってほぼ決まるので、不純物除去量（除去量＝電解採取量）を増やすためには、給液不純物濃度を上げるか又は給液流量を増やす必要がある。しかし給液不純物濃度は、一般電解槽側の上限規制があって上げることはできない。また、給液流量を増やすと、例えば図２に示すような給液流量と尾液Cu濃度との関係から、尾液Cu濃度が0.8g/L以上になるため、尾液Cu濃度の管理値を0.8g/L未満とする限り、給液流量を増やすこともできない。
【００１０】
これに対し、本発明では、除去される不純物が As ， Sb ， Bi を含み、うち As を他よりも多く除去する場合は尾液の Cu 濃度を 0.8g/L 未満とし、 Sb ， Bi を他よりも多く除去する場合は尾液のCu濃度を0.8 〜3.0g/Lの範囲に管理するものとした。図３は、図１及び図２から導出した尾液Cu濃度と不純物除去量との関係を示すグラフである。図３において縦軸の不純物除去量は、尾液Cu濃度＝0.7g/Lでの従来値に対する比を 100倍した相対値で示した。図３に示すように、As を Sb ， Bi よりも多く除去する場合は尾液 Cu 濃度を 0.8g/L 未満（図３のＡ域）に管理し、 Sb ， Bi を As よりも多く除去する場合は尾液Cu濃度を0.8 〜3.0g/L（図３のＢ域）、好ましくは1.2 〜2.5g/L、に管理することにより、給液流量を増加させてSb，Biの除去量（電解採取量）を増加させることができる。よって、設備の大幅な改造を行わずとも、粗銅アノードのSb，Bi濃度上昇に適応することができる。例えば粗銅アノードのBi濃度が78ppm から87ppm へ上昇しても製品電気銅の外観の悪化（例：表面の荒れ、粒・瘤の発生）や品質の悪化（例：ＬＭＥ規格（As≦５ppm ，Sb≦４ppm ，Bi≦2.0ppm）外れ）を生じないレベルまで電解液中の不純物を除去することができるようになる。なお、Asの除去量は従来の７割程度に減るが、液中As濃度が一定値以下であるので製品電気銅の外観・品質に問題を生じるほどの影響はない。
【００１１】
ところで、尾液Cu濃度管理値を 0.8g/L未満から 0.8 〜3.0g/Lに上げると、通常用いられている直列カスケード結合型の清浄電解槽では、とくにその上流側で高さ（深さ）方向に電解液のCu濃度偏析が生じやすくなり、例えば10ｇ/L以上濃度差が発生することがある。そうなると尾液Cu濃度のばらつきが発生するうえ、電解採取銅の電析状態が悪化（カソードに粒・瘤が生成・肥大化）してショートが発生し電解採取効率が低下する不具合を生じる。かかる不具合をなくすために、清浄電解槽においては少なくとも上流側の部分すなわちCu濃度が高い（例えば５ｇ/L以上の）清浄電解槽部で電解採取されている電解液を攪拌することが好ましい。この攪拌を行う手段としては、ポンプによる液循環、エアバブリング等が好ましく用いうる。これにより、上流側の清浄電解槽で電解液の深さ方向のCu濃度分布を均一（濃度差１ｇ/L以下）にすることができ、尾液Cu濃度の管理精度を十分高位に確保できるとともに、電解採取銅の電析状態を良好に維持することができる。
【００１２】
【実施例】
カソード電着総面積38ｍ²の規模の電解槽を６槽直列にカスケード結合してなる清浄電解槽を用いて電解採取により給液の不純物を除去する浄液工程に本発明を適用した。この浄液工程では、従来、給液送給元（＝尾液戻し先）の一般電解槽で用いられている粗銅アノードの不純物品位が、As≦1350ppm ，Sb≦220ppm，Bi≦78ppm の場合に適合して尾液Cu濃度が0.8g/L未満となるように操業していた。この条件では給液流量（＝尾液流量）の上限は140 ｍ³/day であり、不純物除去量は、As：980kg/day ，Sb：61.6kg/day，Bi：19.6kg/dayであった。
【００１３】
しかし、ある時期から粗銅アノードの不純物品位が、As≦1250ppm ，Sb≦240ppm，Bi≦87ppm に変更されることになり、それに応じて浄液工程のBi，Sb除去能力を10％程度以上増強する必要が生じた。そうしないと一般電解槽で生産される製品電気銅の表面に粒や瘤が多発し、また、製品電気銅のBi品位がＬＭＥ規格上限の2.0ppmを超えてしまうことが実験的に確かめられている。
【００１４】
そこで、本発明に従い、尾液Cu濃度の管理値を2.0g/Lに変更した。その結果、清浄電解槽の増強改造を伴わずに給液流量を 180ｍ³程度に増やすことができ（図２参照）、Bi除去能力を20％以上増強することができた（図３参照）。これにより、一般電解槽での液中Bi，Sb濃度の上昇を抑えることができた。
なお、本発明実施当初は、清浄電解槽のうちの上流側の槽で深さ方向のCu濃度偏析（最大濃度差10ｇ/L程度）が認められ、電流効率が従来に比べてやや低下気味であったので、本発明の好適形態に従い、上流側の第１〜５槽内部にエアレーション配管を設置してエアバブリングすることにより同槽内の電解液を攪拌するようにしたところ、前記偏析は濃度差１ｇ/L未満へとほとんど解消し、電流効率は60〜70％の高位に安定的に推移している。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、浄液設備の大幅改造を伴わずに給液中のSb, Biの電解採取量（除去量）を増大させることが可能になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】尾液のAs，Sb，Bi濃度とCu濃度との関係を示すグラフである。
【図２】給液流量と尾液Cu濃度との関係を示すグラフである。
【図３】尾液Cu濃度と不純物除去量との関係を示すグラフである。

Claims

銅電解精製を行う一般電解槽から電解液を一部抜き取って脱銅電解槽に送り、電解採取により液中の銅を減量後、清浄給液として清浄電解槽に送り、電解採取により液中の不純物を除去して清浄尾液として前記一般電解槽に戻す電解液の浄液方法において、前記除去される不純物が As 、 Sb 、 Bi を含み、うち As を他よりも多く除去する場合は前記清浄尾液の Cu 濃度を 0.8g/L 未満とし、 Sb 、 Bi を他よりも多く除去する場合は前記清浄尾液のCu濃度を0.8 〜3.0g/Lとすることを特徴とする電解液の浄液方法。
前記清浄電解槽の少なくとも上流側の部分で電解採取されている電解液を攪拌することを特徴とする請求項１記載の電解液の浄液方法。