JP7309123B2

JP7309123B2 - 電解精製用電解槽への電解液の給液方法

Info

Publication number: JP7309123B2
Application number: JP2019021889A
Authority: JP
Inventors: 智暁米山; 洋平山口; 和己竹中
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2039-02-08
Also published as: JP2020128580A

Description

本発明は、非鉄金属を電解精製もしくは電解採取する工程において、不純物の混入を低減する電解液の給液方法に関する。

銅などの金属の電解精製では、電解槽に陰極板（以下、カソードと称す）と、陽極板（以下、アノードと称す）の各極板を交互に配置し、電解槽内に装入し、所定量の電解液で槽内を満たして通電する。この際に用いられる電解槽は、特許文献１及び特許文献２に記載されたような、電極表面に対し直交方向の電解槽側壁の一方に給液する方法が一般的である。また、アノードの表面近傍の電解液は、通電により銅濃度が高くなり、したがって比重が大きくなり、アノードの表面近傍から電解液の下降流が発生する。これに伴い、電解槽底部には高銅濃度の電解液が蓄積しやすく正常な通電を妨げる。そこで、電解液成分を均一化するために、特許文献１～３に記載の方法のように効率的に液循環する方法が開発されてきた。

このような液循環に伴う負の効果は、スライムなどの固形物の巻き込みが電解精製中に発生しがちなことである。特許文献１及び特許文献２に記載されるように、一カ所から大量の電解液を流すと、給液口付近からカソード付近までスライムを巻き上げてカソード（電気銅など）に不純物として取り込ませる恐れ（巻き込みリスク）が増大する。一方、特許文献３にように、複数個所から給液を行うと、一カ所当たりの流量が小さくなりスライム巻き込みリスクは低減するが、給液口の小経化により配管が閉塞する恐れが高まることから、スライムの巻き上げを抑制しながらも、液循環を維持する手法が求められていた。

特開平１０－１８３３８９号公報特許６０６５７０６号公報特開２０１７－０５７５０８号公報

本発明は上記の問題点を鑑み、大掛かりな設備改造を必要とせずに、液循環を実施した場合でも、電解槽への給液による固形物の巻き上げを低減する給液方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の発明は非鉄金属の電解精製用電解槽への電解液の給液方法であって、前記電解精製用電解槽内に、複数の電極を平行に配置し、前記電極の表面における法線方向に敷設された給液配管に、少なくとも２口の開口部である給液口を有し、前記給液口の一つが前記給液配管の先端部に設けられる開口部で、残りの給液口が、前記電解槽底に平行な方向に電解液を給液する開口部であり、且つ、
前記少なくとも２口の給液口が、前記電極の表面における法線方向にある電解槽壁の一方側から他方の電解槽壁の下部まで電解槽底に沿って敷設された給液配管の先端部に設けられた開口部である給液口と、前記給液配管の中間部から分岐し、前記給液配管と平行に敷設された給液配管の先端部に設けられた開口部である給液口を含むことを特徴とする電解精製用電解槽への電解液の給液方法である。

本発明の第２の発明は、第１の発明における全ての給液口が、前記電解液を同じ方向に給液するように設けられた開口部であることを特徴とする電解槽への給液方法である。

本発明によれば、銅の電解精製を行う際に、液循環を実施した場合でも電解槽への給液による固形物の巻き上げを低減することを可能とする。

電解槽給液箇所を示す模式図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は図１（ａ）の「ａ－ａ´線」における断面図である。給液部Ｐの実施態様の一つを示す外観図である。同一方向に給液を行なう給液部Ｐの実施態様を示す外観図で、（ａ）は給液配管の敷設方向に対して直角な方向に給液を行なう例で、（ｂ）は給液配管の敷設方向に給液を行なう例である。実施例と比較例での分岐給液口１０Ｂ付近における電解槽中のＳＳ濃度の測定結果である。実施例と比較例での給液口１０Ａ付近における電解槽中のＳＳ濃度の測定結果である。

本実施の形態の実施例に係る電解槽は、電解槽内に複数の電極を平行に配置し、その電極の表面における法線方向へと敷設された給液配管が、開口部として少なくとも２口の給液口を有することを特徴とする。

図１に本実施例に係る電解精製中における電解槽１の模式図を示す。（ａ）は上面図で、（ｂ）は図１（ａ）の「ａ－ａ´線」における断面図である。１は本実施例に係る電解槽、３はアノード、４はカソード、５はカソードとアノードで構成される電極で、右側がカソード表面、左側がアノード表面とする配置の電極、及び右側がアノード表面、左側がカソード表面とする配置の電極で構成され、１０Ａは給液口、１０Ｂは分岐給液口、１０ａは給液配管、１０ｂは給液配管１０ａから分岐し、給液配管１０ａと並列になるように設置された分岐給液配管、１１は上部排液口、１５は分岐部、ｗ_１、ｗ_２は電解槽壁（電極面の法線方向の槽壁）である。

図１において、給液部を構成する給液配管１０ａは、電極の表面における法線方向の電解槽壁の一方側ｗ_１の槽内側に、電解液の液面より上方から電解槽壁ｗ_１に沿って電解液に浸漬、電解槽底部Ｂｏ、若しくはその近傍で、電解槽底部Ｂｏに沿って他方側の電解槽壁ｗ_２に向かって敷設されている。さらに、給液配管１０ａが電解槽底部Ｂｏに沿っている途中で（図では電解槽の中央部付近で）、その給液配管１０ａから分岐、好ましくは、給液配管と分岐した給液配管とが同じ高さになるように敷設された分岐給液配管１０ｂを有し、その先端部に給液配管１０ａの開口部である給液口１０Ａと同一方向、若しくは槽底に平行な方向に設けられる分岐給液口１０Ｂ、さらに、給液口１０Ａや分岐給液口１０Ｂは槽底に降り積もってくるスライムによる配管詰まりの防止策を施した上で、電解液液面方向に開口していても良い。

給液口が一カ所のみであると、電解液の電解槽への供給時の生産性を考慮する場合、その吐出流量を大きくせざるを得ず、そのため、それまでの電解精製により発生（アノードから剥離あるいは電解液中で析出したもの）し、電解槽底に泥状に貯まっていたスライムの巻き上がりを助長する結果となり、電着時にスライムが電気銅中に巻き込まれ、電気銅の純度が低下するリスクがある。

そこで、本実施例では電解槽への電解液の供給は、電極表面の法線方向の電解槽壁付近で電解槽底部付近に設けた給液口１０Ａと、その給液口１０Ａを備える給液配管１０ａから分岐し、給液配管１０ａの途中（たとえば分岐１ヶ所の場合は、電解槽中央付近）から並列に分岐させた給液配管１０ｂとその端部の開口部である分岐給液口１０Ｂの２口の給液口、即ち、同一配管から分岐させた給液口を設置する事で、大きな設備改造なく一カ所当たりの給液口の流量を低減できる。

本実施例で設けた２口の給液口は、図１（ａ）で見られるように同一方向への給液を行なうものであるが、その際に電解槽内の液流れが不均一に陥らないように給液流量が適時調整可能なような流量調節機構（例えば、電磁弁などの制御可能なもの）を備えることが望ましい。

さらに、本実施例における給液部の代表例を図２と図３に示す。図２は給液部Ｐにおける２口の給液口１０Ａと分岐給液口１０Ｂが、異なる方向に電解液を給液する形式のものであり、分岐部１５において、内部に流量弁を設け、給液口１０Ａへの流量と分岐給液口１０Ｂへの流量を各々制御可能にしても良い。
又、図３には、同一方向に給液する形式の給液部Ｐを示している。（ａ）は分岐部１５において分岐給液配管を設置せずに、分岐部１５が分岐給液配管を兼ねて分岐部側方に分岐給液口１０Ｂを備えることで、給液配管１０ａの先端部側方に開口された給液口１０Ａと同一方向への給液を可能としている。

一方、図３（ｂ）に示す給液部Ｐは、分岐部１５で分岐した分岐給液配管１０ｂが給液配管１０ａと並列になるように設置され、給液口１０Ａと同一方向に給液する分岐給液口１０Ｂを先端に備える形式となっている。

本実施態様において用いる電解槽及び給液部について、図１で示す給液部Ｐは、単一の給液配管を用いた例を挙げて説明してきたが、電解槽の大きさによっては、２箇所以上の給液部を備えることが可能である。その場合、個々の給液部を流れる電解液の流量を、個々に又は併せて調節、制御して給液する。

以下、実施例により本実施の形態をさらに説明する。

長さ５６００ｍｍ×幅１２６０ｍｍ×深さ１５３０ｍｍの図１に示す電解槽１を用い、図３（ｂ）に示す給液部Ｐを、その電解槽１の電解槽壁ｗ_１の幅方向中央に電解槽１の上方から槽底Ｂｏ方向に向かって電解槽壁ｗ_１の内側に沿って、先端に給液口１０Ａが位置するＬ字型の給液配管１０ａを設置した。その給液配管１０ａの中間部に設けた分岐部１５に分岐給液配管１０ｂを、分岐給液口１０Ｂが給液配管１０ａと並列になるように設置し、給液口一カ所当たりの給液量を小さく、かつ同一流量となるよう設置した。

電解槽１に精製アノード５６枚とステンレスカソード５５枚を、交互に表面の電極面が向かい合うように電極を構成して装入した。その電極が装入、設置された電解槽１に、電解液を満たし、さらに電解液を給液しながら通電した。なお、電解液の組成は銅４５～５０ｇ／Ｌ、硫酸１８０～１９０ｇ／Ｌ、液温６０～６５℃とし、給液量は３０Ｌ／分とした。
通電開始７日後に、２カ所の給液口付近（図１（ｂ）の破線丸で示すサンプリング位置Ｘ、Ｍ）の電解槽液面からの高さ５００ｍｍ、９００ｍｍから電解液をサンプリングし、ＳＳ濃度（採取した体積に占める浮遊固形物の質量）を測定した。
図４、図５にその測定結果を示し、各測定点とも３回ずつの測定値の平均を示した。

（比較例）
図１と同じ大きさの電解槽において、給液部が電解槽壁ｗ_２の一カ所のみに給液口１０Ａを備えたこと以外は、実施例１と同じ条件で電解を行った。
その結果を図４、図５に示す。

図５の結果から判るように、分岐給液配管１０ｂと分岐給液口１０Ｂを設置した場合は、設置していない比較例と比較して給液口１０Ａ付近の電解槽壁側のＳＳ濃度が大きく低減していることが判る。
一方、図４の結果から判るように、分岐給液口１０Ｂが設置されたサンプリング位置Ｍ（位置は図１（ｂ）参照）付近のＳＳ濃度に大きな変化はなく、分岐配管設置からの悪影響は見られなかった。
以上の結果から、本実施例を用いることで、槽底に積もったスライムを巻き上げずに、電解槽への電解液の供給が可能である。

１電解槽
２電解液
２ａ電解液液面
３アノード
４カソード
５電極
１０Ａ給液口
１０Ｂ分岐給液口
１０ａ給液配管
１０ｂ分岐給液配管
１１上部排液口
１５分岐部
Ｂｏ電解槽底部
Ｐ給液部
ｗ_１、ｗ_２電解槽壁（電極面の法線方向の槽壁）

Claims

非鉄金属の電解精製用電解槽への電解液の給液方法であって、
前記電解精製用電解槽内に、複数の電極を平行に配置し、
前記電極の表面における法線方向へ敷設された給液配管が、開口部として少なくとも２口の給液口を有し、
前記給液口の一つが前記給液配管の先端部に設けられる開口部で、残りの給液口が、前記電解槽底に平行な方向に電解液を給液する開口部であり、且つ、
前記少なくとも２口の給液口が、前記電極の表面における法線方向にある電解槽壁の一方側から他方の電解槽壁の下部まで電解槽底に沿って敷設された給液配管の先端部に設けられた開口部である給液口と、
前記給液配管の中間部から分岐し、前記給液配管と平行に敷設された給液配管の先端部に設けられた開口部である給液口を含むことを特徴とする電解精製用電解槽への電解液の給液方法。
全ての給液口が、前記電解液を同じ方向に給液するように設けられた開口部であることを特徴とする請求項１に記載の電解精製用電解槽への電解液の給液方法。