JP2001115291A

JP2001115291A - 金属の電解操業方法

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Publication number: JP2001115291A
Application number: JP29534099A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nishihara; 秀明西原; Koji Ando; 孝治安藤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】マスキングを施したカソードによる金属の電
解操業において、通電電流を下げることなく、極端な突
起の発生や添加金属元素の過不足などがない高品質の電
着物を、生産性よく製造する操業方法を提供する。【解決手段】電解槽内のカソードを同じ数からなる複
数のグループに分割し、所定の時間間隔毎に通電時間の
最も長いグループのカソードを順次電解槽から引き揚
げ、例えば必要な通電時間をグループの数に対応して分
けた等しい時間間隔毎に、その必要な通電時間に達した
グループのカソードを順次引き揚げ、同時に同数の未電
着カソードを電解槽に装入しながら、連続して電解操業
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カソード表面にマ
スキングを施して任意形状の金属電着物を得る電解操
業、特に電流の集中による偏った電析をなくし、平滑な
電着物を生産性よく製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】銅やニッケルなどの金属の精製に際して
は、アノードとカソードを電解槽に装入して通電する方
法、即ち電解精製ないし電解採取が一般に行われてい
る。この方法においては、カソードにステンレスやチタ
ンなどの繰り返して利用できる材質を使用し、その表面
を部分的に絶縁材料でマスキングを行うことにより、特
定の形状の電着物を得ることができる。

【０００３】このような特定の形状の電着物は、矩形や
円形などの小塊状とすることができるので、例えば電着
物をメッキ用のアノードとして使用したい場合や、合金
添加用などとして使用する場合に、電着物を切断する手
間を省いて簡単に製造できるというメリットがある。し
かし一方では、カソードの一部をマスキングすると電着
面積が減少するため、実電流密度が高くなるという問題
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、カソ
ードの一部分にマスキングを施すことにより実電流密度
が高くなると、電析の端部などに電流が集中し易くなる
ため、その部分に極端な突起が生じるなど平滑な電着物
が得にくくなる。このような電流の集中は、最悪の場合
ショートなどの原因となり、操業上のトラブルや電力ロ
スの増加をもたらす。また、電流密度が上昇し過ぎて部
分的に限界電流密度を越えると、カソード上で発生した
水素ガスにより気泡が生じ、この気泡への電解液のコン
タミや電着不良などが発生する恐れがある。

【０００５】更に、製品の用途によっては添加剤などを
用いて特定の元素を合金電析させたり、逆に特定の不純
物の共析を避けなければならない場合がある。例えばメ
ッキ用アノードとして用いるニッケルの電析において
は、電着物であるニッケル中に１％以下の微量のリンや
硫黄を共析させたり、ニッケルへの亜鉛や鉛の共析を防
止する場合である。このような場合では電流密度が高く
なるに従って、合金元素の過不足や不純物の共析が生じ
やすくなる。

【０００６】これらのトラブルを防止するためには、マ
スキングの面積を出来るだけ減らして、マスキングの無
い通常のカソードに近づければよい。しかし、マスキン
グの面積を減らすことで互いの電着部の間隔が狭くなり
過ぎると、隣接する電着物同士が接触してしまい不良品
となる恐れがある。

【０００７】他の方法として、マスキングを施したカソ
ードでも、マスキングの無い通常のカソードの電流密度
と同じ程度にまで通電電流を下げて操業することが考え
られる。しかし、電流の低下はそれだけ全体の生産性の
低下につながるうえ、高額な整流器をマスキングの有無
の違いだけで区別して２系統保有することは不経済であ
る。整流器を２系統に分けなくとも、２槽の電解槽を利
用して電流が半分になるように分割して給電する方法も
あるが、この方法ではマスキングしたカソードであって
も電流密度が低くなりすぎ、生産性を著しく低下させて
しまう。

【０００８】このため従来から、コスト引き上げの要因
となる製品品質や歩留りの低下を無視して、通電電流を
下げずに高い電流密度で操業するか、あるいは生産性の
低下を承知の上で、通電電流を低下させて低い電流密度
で操業するか、いずれかの操業方法を採用することが一
般的に行われていた。

【０００９】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
通電電流を下げずに高い電流密度で通電操業しながら、
極端な突起の発生や添加合金元素の過不足及び不純物の
共析などを防止して、高品質の電着物を生産性よく製造
することができる金属の電解操業方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する金属の電解操業方法は、カソード
表面にマスキングを施して任意の形状の電着物を得る電
解操業において、電解槽内のカソードを同じ数からなる
複数のグループに分割し、所定の時間間隔毎に、通電時
間の最も長いグループのカソードを順次電解槽から引き
揚げ、同時に同数の未電着カソードを電解槽に装入しな
がら、連続して電解を行うことを特徴としている。

【００１１】また、上記本発明の金属の電解操業方法で
は、好ましくは、電解槽内のカソードを同じ数からなる
複数のグループに分割し、必要な通電時間をグループの
数に対応して分けた等しい時間間隔毎に、該必要な通電
時間に達したグループのカソードを順次電解槽から引き
揚げ、同時に同数の未電着カソードを電解槽に装入しな
がら、連続して電解を行う。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、マスキングを施し
たカソード上での金属の電着状況を詳細に検討した結
果、電着の進行による実電着面積の増加を利用すること
によって、通電電流を低下させることなく、電着物の品
質低下を防止できることを見出した。即ち、本発明にお
いては、電解槽内のカソードを複数のグループに分け、
通電時間の経過に伴って、電着が進行したグループのカ
ソードから順に未電着のカソードのグループと入れ替え
ることにより、実電流密度の極端な上昇を抑えて連続的
に電着操業を行うのである。

【００１３】更に具体的に説明すると、マスキングを施
したカソード上で電析を開始した金属は、電着部のマス
キングとの境界部分に電流が集中するので、その部分に
厚く電着すると共に、一部はマスキングの上にも電析が
広がっていく。この電着物の厚み増加とマスキング上へ
の広がりによって電着表面積も増加するので、電析の進
行に伴ってそれだけ実電流密度が低下していくことにな
る。

【００１４】試みに、直径１２ｍｍの円形の電着部を１
０個所設けて他の部分にはマスキングを施したカソード
１枚を使用し、１０２５ｍＡの電流を１２０時間まで通
電して、得られた電着物１個当たりの表面積について経
時変化を実測した。その結果を示す下記表１にから分か
るように、通電時間と共に電着物１個当たりの平均表面
積が増加し、その分だけ実電流密度が減少することが確
認できた。

【００１５】

【表１】通電時間 (hr) 0 24 48 72 96 120 平均表面積(mm^２) 113 373 475 551 613 666 電流密度(A／m^２) 906 275 216 186 167 154

【００１６】上記表１の結果から計算すると、例えば、
上記カソード５枚を電解槽に装入して５,１２５ｍＡ
（＝１,０２５ｍＡ×５枚）の通電電流で操業する場
合、通電初期のカソード５枚の電着部の全表面積は５,
６５０ｍｍ^２となり、その電流密度は９０６Ａ／ｍ^２で
ある。これが２４時間経過後には、全表面積が１８,６
５０ｍｍ^２に増え、電流密度は２７５Ａ／ｍ^２に低下す
る。更に１２０時間経過後においては、全表面積が３
３,３００ｍｍ^２に増加し、電流密度は１５４Ａ／ｍ^２
にまで低下する。

【００１７】そこで、２４時間毎にカソードを１枚づつ
入れ替えて連続的に操業を行うと、電解槽には上記表１
の０〜９６時間の各通電時間が経過したカソードが１枚
づつ装入されているので、各入替直後のカソード５枚の
全表面積は常に２１,２５０ｍｍ^２であり、平均電流密
度は２４１Ａ／ｍ^２になる。また、２４時間毎の引き揚
げ直前になると全表面積は２,６７８０ｍｍ^２に増加し
ており、平均電流密度は１９１Ａ／ｍ^２にまで低下す
る。尚、カソードの入れ替え中は電解槽内に４枚のカソ
ードしかないため、カソードの全表面積は２０,１２０
ｍｍ^２となり、平均電流密度は２５５Ａ／ｍ^２まで増加
するが、従来の方法による最高電流密度９０６Ａ／ｍ^２
に比較すると充分に低い値である。

【００１８】電解槽に新たに装入するカソードは電着し
ていないため、表面はチタンやステンレスなどのカソー
ド材質のままである。一般に、これら未電着のカソード
上での電着初期には、カソード材質とは異種の金属が成
長を開始するために、粒の発生や合金電析にならないな
どの不良が発生しやすい。

【００１９】しかし、本発明によれば、新たに装入した
カソード以外では電着が既に進行しているため、入れ替
えた未電着のカソードよりも電着が進行しているカソー
ドの方が重くなっている。多数のカソードに並列に給電
する電解槽では、カソードの重量が電気接点との接触抵
抗に影響し、軽いカソードには少ない電流しか流れない
ことが知られている。このため、新たに装入したカソー
ドに流れる電流は相対的に少なくなり、実電流密度は一
層低くなるものと予想されるので、電着初期における上
記不良の発生を避けることが容易になる。

【００２０】尚、電着の進行に伴って表面積が増加して
いくことを利用するならば、通電初期に通電電流を下
げ、電着の進行とともに順次電流を増加する方法も考え
られるが、同一の整流器に接続した他の一般の電解槽の
生産性が低下したり、専用の整流器を用意することによ
る設備投資の増加などの問題があるため、現実には採用
できない。

【００２１】また、仮に専用の整流器が利用できたとし
ても、従来の操業方法では通電初期の高電流密度のとき
に上昇する槽電圧に対応出来るだけの高い電圧定格を持
った整流器が必要であるのに対して、本発明の方法では
高電流密度の槽電圧はほぼ一定で推移することが予想さ
れるため、平均電流密度に応じた比較的低い電圧定格の
整流器を使用でき、設備投資の節減を図ることができ
る。

【００２２】

【実施例】ニッケル電解液にチオ硫酸ナトリウム（ハイ
ポ）を添加し、硫黄を共析したニッケルの電析を行っ
た。即ち、幅１２０ｍｍ、長さ６００ｍｍ、深さ３００
ｍｍの電解槽を２槽用意し、電解槽Ａで本発明方法を、
電解槽Ｂでは従来の方法を実施した。電解液のＮｉ濃度
は１１０ｇ／ｌとし、ハイポは濃度１５ｍｇ／ｌとなる
ように給液から連続して添加し、液温は６４℃に保持し
た。また、電解液は貯液槽から定量ポンプで１０ｍｌ／
分づつ給液し、オーバーフローした排液は系外に払い出
した。

【００２３】アノードには、幅１００ｍｍ、長さ２５０
ｍｍ、１０ｍｍ厚のニッケル板を各槽６枚使用した。カ
ソードとしては幅１００ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚さ５
ｍｍのチタン板を使用し、各カソード上に等間隔になる
ように直径１２ｍｍの円形の電着部を１０個づつ設け、
それ以外の部分はマスキングを行った。また、通電電流
は１０.２５Ａ（一定）とし、各カソード及びアノード
に並列に給電した。尚、接点での接触抵抗の影響を防止
するため、それぞれの接続は金メッキしたミノムシクリ
ップを使用した。

【００２４】本発明方法に従って、電解槽Ａでは、上記
の条件で各々２４、４８、７２、９６時間だけ通電した
電着済みの各カソードを予め用意した。これらのカソー
ド合計４枚と未電着カソード１枚を電解槽Ａに装入して
通電し、２４時間経過毎に１２０時間の通電が終了した
カソードを引き揚げ、その場所へ新たな未電着カソード
を装入する操作を行いながら、連続的に操業を続けた。
引き揚げたカソードは直ちに電着物を剥ぎ取り、新たな
未電着カソードとして繰り返し使用した。この操作を繰
り返し、全てのカソードが１２０時間の通電を２回り実
施した時点で停電した。

【００２５】上記のごとく１２０時間の通電を終了した
各カソードから電着物を剥離し、その表面を純水で洗浄
して乾燥した。得られた電着物の外観には極端な突起は
なく偏平に近い形状であり、表面に気泡などは見られな
かった。また、電着物の化学分析の結果、硫黄は２００
ｐｐｍと均一に分散していた。更に、得られた電着物を
アノードとして、塩化ニッケル：４５ｇ／ｌ、硼酸：３
０ｇ／ｌ、硫酸ニッケル：２５０ｇ／ｌ、ｐＨ４、液温
５０℃、電流密度４００Ａ／ｍ^２の浴内で電解し、溶解
性を評価したところ溶け残りも無く溶解し、メッキ用ア
ノードとして使用できることが確認された。

【００２６】一方、従来方法による電解槽Ｂでは、５枚
全てのカソードに未電着カソードを使用した。この時、
カソードの初期実電流密度は９０６Ａ／ｍ^２に相当す
る。その他の条件は上記電解槽Ａの場合と同一とし、一
斉に通電を開始して１２０時間の通電終了後、電着物を
剥ぎ取って洗浄及び乾燥した。

【００２７】得られた電着物は極端な突起が生じている
ものが多く、重量の大きなものには気泡も認められた。
化学分析による硫黄品位も１００ｐｐｍと不足であっ
た。また、電解槽Ａの場合と同様に電解溶解試験を実施
したが、不溶解な部分が生じ、メッキ用アノードとして
の使用には問題となることが確認された。

【００２８】尚、上記本発明方法ではカソードを２４時
間毎に入れ替えたが、実槽で数十枚単位のカソードを使
用する場合には、カソードのグループ数を倍又はそれ以
上に分割し且つ入れ替えの時間間隔を更に短くしてもよ
いし、あるいは１枚づつ等しい時間間隔毎に連続して入
れ替えを行っても、同様な効果が得られることは言うま
でもない。また、カソードの入れ替えを行っている間は
電解槽内に１グループ分のカソードが無いために電流密
度が若干上昇するが、分割するカソードのグループ数が
多いほど入れ替え時の一時的な電流密度の上昇幅が抑え
られ、より一層安定した操業が可能となる。

【００２９】グループ分けしたカソードを、例えば最初
の２４時間のような短い間隔で入れ替えてしまい、後の
数日間は入れ替えなしとするような操業も考えられる
が、本発明においては電着物の表面積が広がるまでの時
間を確保することが重要であるから、このような操業で
は品質上の問題を生じる恐れが強い。また、最低でも未
電着カソードの表面が電着金属で覆われた状態で入れ替
えないと、電着ムラなどが発生する原因となる。

【００３０】また、本発明方法においては、製品の品質
を維持できる上限の電流密度になるまで、通電電流を上
げることもできるから、従来よりも更なる生産性の向上
が期待できる。例えば、９０６Ａ／ｍ^２の電流密度でも
十分な製品が得られる電解液などの条件を確定すれば、
上記実施例での入れ替え時の最高電流密度２５５Ａ／ｍ
^２では充分すぎるゆとりがあり、その分だけ通電電流を
更に増加させて、生産性をより一層向上させることが可
能となる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、マスキングを施したカ
ソードを用いる金属の電解操業において、通電電流を下
げることなく、極端な突起の発生や添加金属元素の過不
足などのない、高品質の電着製品を優れた生産性で得る
ことができる。また、連続操業が可能であり、電解槽の
停電操作が必要ないので、電解の稼働率も向上させるこ
とができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソード表面にマスキングを施して任意
の形状の電着物を得る電解操業において、電解槽内のカ
ソードを同じ数からなる複数のグループに分割し、所定
の時間間隔毎に、通電時間の最も長いグループのカソー
ドを順次電解槽から引き揚げ、同時に同数の未電着カソ
ードを電解槽に装入しながら、連続して電解を行うこと
を特徴とする金属の電解操業方法。
【請求項２】電解槽内のカソードを同じ数からなる複
数のグループに分割し、必要な通電時間をグループの数
に対応して分けた等しい時間間隔毎に、該必要な通電時
間に達したグループのカソードを順次電解槽から引き揚
げ、同時に同数の未電着カソードを電解槽に装入しなが
ら、連続して電解を行うことを特徴とする、請求項１に
記載の金属の電解操業方法。