JP4915176B2 - めっき液再生装置およびめっき液再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼帯に電気めっきを施すめっき槽で使用しためっき液を再利用可能にする再生装置および再生方法に関するものである。

鋼帯に電気めっき（たとえば電気錫めっき（いわゆるブリキ），電気クロムめっき，電気亜鉛めっき，電気銅めっき等）を施すめっき槽は、槽内に電解質の液体を貯留しており、その液体中を走行する鋼帯を陰極とし、鋼帯に対向して配置されるめっき金属（たとえば錫，クロム，亜鉛，銅等）を陽極として、鋼帯に電気めっきを施すものである。以下では、電気めっきを施した鋼帯を電気めっき鋼帯と記す。

電気めっきの操業では、めっき槽に貯留された電解質の液体（以下、めっき液という）にスラジが混入する。ここでスラジとは、めっき金属の酸化物がめっき液中に浮遊あるいは沈殿して凝集したもの（錫の場合はSn(OH)₄等）を指す。めっき液中のスラジが増加すると、スリ疵等の品質に関わる問題が発生する。
そこで、めっき液中のスラジを除去する技術が種々検討されている。

たとえば特許文献１には、遠心分離機を用いてスラジを分離除去する技術が記載されている。しかしスラジの粘度が高いので、スラジの分離を可能にするために強力な遠心分離機が必要になるばかりでなく、スラジの分離に長時間を要する。
また特許文献２には、沈殿タンクを用いてスラジを沈殿除去する技術が記載されている。しかしスラジの沈殿に長時間を要するので、多数の沈殿タンクを設置する必要がある。

しかもめっき液には、スラジのみならず、めっき金属イオンや鉄イオンが存在する。これらのイオンのうち、鋼帯表面にめっき層を形成するめっき金属イオン（たとえば錫イオン，クロムイオン，亜鉛イオン，銅イオン等）は、除去する必要はない。ところが鉄イオンは、鋼帯がめっき液の成分と反応して溶出するものであり、めっき液の電解特性を損なうので、鋼帯表面を被覆するめっき層の品質劣化を招く。特許文献１，２では、この鉄イオンの除去は考慮されていない。

鋼帯に電気めっきを施しながらめっき液を再生して再利用するためには、めっき液中のスラジのみならず鉄イオンも除去しなければならない。スラジと鉄イオンを単一の装置で同時に除去することは困難であるから、スラジを除去する工程と鉄イオンを除去する工程とに分け、それらの一連の工程を連続して行なう必要がある。そのためには、それぞれ専用の装置を直列に配置しかつ同時に稼動させて、めっき液を各々の装置に連続的に供給しなければならない。

このようにしてスラジを除去する装置と鉄イオンを除去する装置とを直列に配置してめっき液の再生を行なう場合は、いずれかの装置に故障が生じると、めっき液の再生処理全体を停止せざるを得なくなり、電気めっき鋼帯の生産性が低下する。
特開昭62-74486号公報 特開2004-59940号公報

本発明は、鋼帯に電気めっきを施すために使用しためっき液からスラジおよび鉄分を除去してめっき液を再利用可能にするとともに、電気めっき鋼帯の生産性を向上できるめっき液の再生装置および再生方法を提供することを目的とする。

本発明は、鋼帯に電気めっきを施すために使用しためっき液を再利用可能にするめっき液再生装置であって、めっき液を貯留する循環タンクと、循環タンクから供給されるめっき液中のスラジを除去するスラジ除去装置と、スラジ除去装置から供給されるめっき液を濃縮するめっき液濃縮装置と、めっき液濃縮装置から供給されるめっき液を冷却して鉄化合物を析出させる鉄分析出装置と、鉄分析出装置から供給されるめっき液から鉄化合物を分離して水に再溶解する鉄分分離装置と、鉄分分離装置から供給される再溶解液の鉄イオンをイオン交換樹脂によって除去する鉄分除去装置とを有し、かつ鉄分析出装置から循環タンクへめっき液を送給するめっき液流路変更装置および／または鉄分分離装置から循環タンクへ再溶解液を送給する再溶解液流路変更装置を有するめっき液再生装置である。

また本発明は、鋼帯に電気めっきを施すために使用しためっき液を再利用可能にするめっき液再生方法において、循環タンクに貯留されためっき液をスラジ除去装置に供給してめっき液中のスラジを除去した後、めっき液をめっき液濃縮装置に供給してめっき液を濃縮し、次いでめっき液を鉄分析出装置に供給してめっき液中の鉄を鉄化合物として析出させ、さらにめっき液を鉄分分離装置に供給して鉄化合物を分離し、分離された鉄化合物を水に再溶解して再溶解液とし、再溶解液を鉄分除去装置に供給して鉄イオンをイオン交換樹脂によって除去しつつ、鉄分分離装置にて鉄化合物を除去しためっき液および鉄分除去装置にて鉄イオンを除去した再溶解液を循環タンクに送給する一方、鉄分分離装置または鉄分除去装置の稼動を停止するときには鉄分析出装置から循環タンクにめっき液を送給し、あるいは鉄分除去装置の稼動を停止するときには鉄分分離装置から循環タンクに再溶解液を送給するめっき液再生方法である。

本発明によれば、鋼帯に電気めっきを施すために使用しためっき液からスラジおよび鉄分を除去し、めっき液を再生するとともに、電気めっき鋼帯の生産性を向上することができる。

鋼帯に電気めっきを施す際に使用されるめっき液は、めっき金属イオンを含有し、電気伝導性を有している。電気めっきの操業に伴って、スラジや鉄イオンがめっき液に不可避的に混入する。スラジや鉄イオンがめっき液に混入すると、鋼帯表面の性状，めっき液の電解特性に悪影響を及ぼし、電気めっきの操業に支障をきたすので、めっき液からスラジや鉄イオンを除去する必要がある。

本発明は、錫めっき，クロムめっき，亜鉛めっき，銅めっき等の電気めっきに適用するものであるが、特にスラジや鉄イオンの問題が生じ易い錫めっきに適用することが好ましい。また錫めっきとしては、メタンスルホン酸浴，ハロゲン浴，フェノールスルホン酸浴等のめっき液に適用することが好ましい。特にメタンスルホン酸浴はpHが低く、鉄の溶解が生じ易いので、本発明はメタンスルホン酸浴に適用することが好ましい。以下、メタンスルホン酸錫めっき液に本発明を適用した場合について説明する。

本発明では、めっき槽に収容されためっき液を循環タンクに一旦貯留し、スラジや鉄イオンを除去する装置にめっき液を送給する。さらに、スラジや鉄イオンを除去して再生しためっき液を循環タンクに戻した後、めっき槽に循環させる。図１は、本発明を適用してスラジおよび鉄イオンを除去する手順を示すフロー図である。なお図１では、ポンプ９を循環タンク１の出側に配設する例を示したが、ポンプ９の位置や台数はめっき液10の流量あるいは後述する各装置の仕様等に応じて適宜設定すれば良い。また、めっき槽は図示を省略する。

めっき液10は循環タンク１からスラジ除去装置２へ供給される。スラジ除去装置２は、めっき液10中のスラジを除去するものであり、フィルター，フィルタープレス，遠心分離機等の従来から知られている機器を使用する。ただしスラジの粘度や粒度等を考慮すると、フィルタープレスを使用することが好ましい。
スラジ除去装置２にてスラジを除去されためっき液10は、めっき液濃縮装置３に供給される。めっき液濃縮装置３は、めっき液10を濃縮するものであり、加熱あるいは減圧蒸留して水を気化させることが可能な装置であることが好ましい。めっき液10の濃縮が不十分では、後述する鉄分析出装置にて鉄化合物を析出できない。一方、過剰に濃縮すると、熱エネルギーの消費量が増大してコストの上昇を招く。めっき液濃縮装置３にてめっき液10を濃縮する割合は、めっき液10の流量あるいは後述する各装置の仕様等に応じて適宜設定すれば良い。ただしメタンスルホン酸錫めっき液の場合は、スラジ除去装置２から供給されるめっき液10のメタンスルホン酸濃度に対して４倍程度に濃縮することが目安となる。

本発明では、めっき液10中のスラジを除去した後、めっき液10を濃縮する。その理由は、スラジが混入したままのめっき液10をめっき液濃縮装置３へ供給すると、その後の鉄分の除去も困難になるからである。
めっき液濃縮装置３にて濃縮されためっき液10は、鉄分析出装置４に供給される。鉄分析出装置４では、めっき液10を冷却して鉄化合物（メタンスルホン酸錫めっき液の場合は、鉄イオンとメタンスルホン酸イオンとの化合物（すなわちメタンスルホン酸鉄））を析出させる。このとき、めっき金属イオン（すなわち錫イオン）はめっき液10に溶解した状態を維持しつつ、鉄化合物のみを析出させる。したがって鉄分析出装置４におけるめっき液10の冷却条件は、鉄化合物を析出する温度とめっき金属（すなわち）化合物を析出する温度との中間に設定する。たとえばメタンスルホン酸錫めっき液の場合には、メタンスルホン酸鉄の析出温度とメタンスルホン酸錫の析出温度との中間（−４℃程度）に設定する。

鉄分析出装置４の出側には、めっき液流路変換装置13としてバルブ13a，13bが配設される。後述する一連の装置が稼動するときは、バルブ13bを閉じ、バルブ13aを開く。したがって、めっき液10は鉄分析出装置４から鉄分分離装置５へ供給される。また図１にはめっき液流路変換装置13としてバルブ13a，13bを配設する例を示したが、本発明で使用するめっき液流路変換装置13はバルブに限定せず、従来から流体の流路を変更するために用いられている機器（たとえば弁開閉式の装置等）を使用できる。

鉄分分離装置５は、析出した鉄化合物（メタンスルホン酸錫めっき液の場合はメタンスルホン酸鉄）をめっき液10から分離して水に再溶解するものであり、鉄化合物分離装置６と再溶解装置７からなるものである。鉄化合物分離装置６としては、フィルター，遠心分離機等の従来から知られている機器を使用する。ただし、スラジは既に除去されており、めっき液10の粘度が低く、かつ鉄化合物（すなわちメタンスルホン酸鉄）の比重が比較的大きいことを考慮すると、遠心分離機を使用することが好ましい。

鉄化合物分離装置６にて鉄化合物11を分離されためっき液10は、循環タンク１に送給される。
一方、鉄化合物11は再溶解装置７に供給される。再溶解装置７は、鉄化合物（すなわちメタンスルホン酸鉄）11を水に溶解するものであり、水を貯留してある水槽等を使用する。ここで水とは、蒸留水，イオン交換水，水道水，工業用水等のメタンスルホン酸を含有しない水を指す。また以下では、鉄化合物（すなわちメタンスルホン酸鉄）11を溶解した水溶液を再溶解液と記す。

再溶解装置７の出側には、再溶解液流路変換装置14としてバルブ14a，14bが配設される。後述する鉄分除去装置が稼動するときは、バルブ14bを閉じ、バルブ14aを開く。したがって、再溶解液12は再溶解装置７から鉄分除去装置８へ供給される。また図１には再溶解液流路変換装置14としてバルブ14a，14bを配設する例を示したが、本発明で使用する再溶解液流路変換装置14はバルブに限定せず、従来から流体の流路を変更するために用いられている機器（たとえば弁開閉式の装置等）を使用できる。

また、めっき液流路変換装置13と再溶解液流路変換装置14は、いずれか片方を使用しても良いし、あるいは両方を併用しても良い。
鉄分除去装置８は、再溶解液12中の鉄イオンをイオン交換樹脂に吸着させることによって、再溶解液12から鉄イオンを除去するものである。鉄イオンを除去した再溶解液12にはメタンスルホン酸イオンが存在しており、その再溶解液12を循環タンク１に送給する。

このようにして、循環タンク１に貯留しためっき液10からスラジと鉄イオンを除去して、再び循環タンク１に戻し、さらに循環タンク１からめっき槽に循環して使用する。
ただし、鉄分分離装置５，鉄分除去装置８の設備故障や定期点検等の理由で、その稼動を停止するときには、めっき液流路変換装置13として配設されるバルブ13bを開き、バルブ13aを閉じる。その結果、めっき液10は鉄分析出装置４から循環タンク１に送給される。つまり鉄化合物の除去に関わる一連の装置（あるいはその一部）が稼動を停止するときは、スラジ除去装置２でめっき液10からスラジを除去し、めっき液濃縮装置３でめっき液を濃縮した後、鉄化合物を析出させためっき液10を循環タンク１に送給することによって、電気めっきの操業停止を防止する。その場合、鉄化合物の析出物が循環タンク１内のめっき液に混入するが、循環タンク１内で溶解するので、電気めっきの操業に支障はない。

あるいは、鉄分除去装置８の設備故障や定期点検等の理由で、その稼動を停止するときには、再溶解液流路変換装置14として配設されるバルブ14bを開き、バルブ14aを閉じる。その結果、再溶解液12は再溶解装置７から循環タンク１に送給される。つまり鉄分除去装置８が稼動を停止するときは、スラジ除去装置２でめっき液10からスラジを除去し、鉄化合物を析出させた後、鉄化合物を水に溶解させた再溶解液12を循環タンク１に送給することによって、電気めっきの操業停止を防止する。

以上に説明した通り、本発明によれば、電気めっきで使用しためっき液からスラジと鉄分を除去し循環タンクに貯留して再利用を可能にするとともに、鉄分の除去に関わる装置が稼動を停止するときにはスラジを除去しためっき液を循環タンクに貯留することによって、スラジ除去装置の稼動率を高めることができる。したがって、電気めっきの操業停止を抑制でき、電気めっき鋼帯の生産性向上を達成できる。

なお、以上の説明はメタンスルホン酸錫めっき液の場合に関する本発明の実施形態の一例を示したにすぎず、めっき金属の種類やめっき液の成分に応じて種々の変更を加えることができる。

ブリキ鋼帯の製造ラインに設置されためっき槽で使用しためっき液を循環タンクに一旦貯留した。めっき液はメタンスルホン酸錫めっき液であり、ブリキ鋼帯の製造に伴ってスラジや鉄イオン，錫イオンがめっき液に不可避的に混入している。そのめっき液を図１に示す手順で再生した。
図１に示すように、めっき液10を循環タンク１からスラジ除去装置２へ供給して、スラジを除去した。スラジ除去装置２はフィルタープレスを使用した。通常の操業では、鉄分析出装置４の出側に配設されたバルブ13bを閉じ、バルブ13aを開いて、めっき液10を鉄分析出装置４から鉄分分離装置５へ供給した。めっき液濃縮装置３ではめっき液10を減圧蒸留して水を気化させ、スラジ除去装置２から供給されるめっき液10のメタンスルホン酸濃度に対して４倍になるように濃縮した。めっき液濃縮装置３にて濃縮されためっき液10を鉄分析出装置４に供給して−４℃に冷却し、メタンスルホン酸鉄を析出させた。次に、めっき液10を鉄分分離装置５へ供給した。鉄分分離装置５内の鉄化合物分離装置６でメタンスルホン酸鉄をめっき液10から分離した。鉄分分離装置６は遠心分離機等を使用した。鉄分分離装置６にてメタンスルホン酸鉄11を分離しためっき液10を循環タンク１に送給する一方、メタンスルホン酸鉄11を再溶解装置７に供給してメタンスルホン酸鉄11を工業用水に溶解した。通常の操業では、鉄分分離装置５の出側に配設されたバルブ14bを閉じ、バルブ14aを開いて、再溶解液12を鉄分分離装置５から鉄分除去装置８へ供給した。鉄分除去装置８では鉄イオンをイオン交換樹脂に吸着させた。鉄イオンを除去した再溶解液12を循環タンク１に送給した。

また、鉄分分離装置５の稼動を停止するときには、バルブ13bを開き、バルブ13aを閉じて、めっき液10を鉄分析出装置４から循環タンク１へ送給した。鉄分除去装置８の稼動を停止するときには、バルブ14bを開き、バルブ14aを閉じて、再溶解液12を鉄分分離装置５から循環タンク１へ送給した。これを発明例とする。
一方、比較例として、めっき液を図２に示す手順で再生した。この手順は、発明例の通常の操業と同じであるから説明を省略する。ただし、鉄分析出装置４，鉄分分離装置５，鉄分除去装置８の稼動を停止するときには、めっき液10の再生処理全体を停止した。

発明例と比較例について、それぞれ12ケ月間にわたってブリキ鋼帯の製造ラインを稼動させ、スラジ除去装置２と鉄分析出装置４の稼動率を調査した。その結果、スラジ除去装置２の稼働率は、発明例では100％であったのに対して、比較例では50％であった。また、鉄分析出装置４の稼働率は、発明例が90％であったのに対して、比較例では40％であった。したがって発明例では、比較例に比べて、ブリキ鋼帯の生産性が向上した。

本発明を適用してスラジおよび鉄イオンを除去する手順を示すフロー図である。 比較のために行なった手順を示すフロー図である。

符号の説明

１ 循環タンク
２ スラジ除去装置
３ めっき液濃縮装置
４ 鉄分析出装置
５ 鉄分分離装置
６ 鉄化合物分離装置
７ 再溶解装置
８ 鉄分除去装置
９ ポンプ
10 めっき液
11 鉄化合物
12 再溶解液
13 めっき液流路変更装置
13a バルブ
13b バルブ
14 再溶解液流路変更装置
14a バルブ
14b バルブ

Claims (2)

1. 鋼帯に電気めっきを施すために使用しためっき液を再利用可能にするめっき液再生装置であって、前記めっき液を貯留する循環タンクと、前記循環タンクから供給される前記めっき液中のスラジを除去するスラジ除去装置と、前記スラジ除去装置から供給される前記めっき液を濃縮するめっき液濃縮装置と、前記めっき液濃縮装置から供給される前記めっき液を冷却して鉄化合物を析出させる鉄分析出装置と、前記鉄分析出装置から供給される前記めっき液から前記鉄化合物を分離して水に再溶解する鉄分分離装置と、前記鉄分分離装置から供給される再溶解液の鉄イオンをイオン交換樹脂によって除去する鉄分除去装置とを有し、かつ前記鉄分析出装置から前記循環タンクへ前記めっき液を送給するめっき液流路変更装置および／または前記鉄分分離装置から前記循環タンクへ前記再溶解液を送給する再溶解液流路変更装置を有することを特徴とするめっき液再生装置。
2. 鋼帯に電気めっきを施すために使用しためっき液を再利用可能にするめっき液再生方法において、循環タンクに貯留された前記めっき液をスラジ除去装置に供給して前記めっき液中のスラジを除去した後、前記めっき液をめっき液濃縮装置に供給して前記めっき液を濃縮し、次いで前記めっき液を鉄分析出装置に供給して前記めっき液中の鉄を鉄化合物として析出させ、さらに前記めっき液を鉄分分離装置に供給して前記鉄化合物を分離し、分離された前記鉄化合物を水に再溶解して再溶解液とし、前記再溶解液を鉄分除去装置に供給して鉄イオンをイオン交換樹脂によって除去しつつ、前記鉄分分離装置にて前記鉄化合物を除去した前記めっき液および前記鉄分除去装置にて前記鉄イオンを除去した前記再溶解液を前記循環タンクに送給する一方、前記鉄分分離装置または前記鉄分除去装置の稼動を停止するときには前記鉄分析出装置から前記循環タンクに前記めっき液を送給し、あるいは前記鉄分除去装置の稼動を停止するときには前記鉄分分離装置から前記循環タンクに前記再溶解液を送給することを特徴とするめっき液再生方法。

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