JP2004530796A - 電気分解における電流効率の改善方法 - Google Patents

Abstract

本発明は電気分解における電流効率の改善方法に関するものである。本方法によれば、理論上の電解セル電圧をまず計算し、その電圧を計測した電圧と比較する。理論上のセル電圧と計測したセル電圧との間で累積していく差を定常的にモニタし、この差を電流効率に適合させ、電気分解工程の状態に関する情報を断続的に得ることが可能である。電流効率の低下は、電極間に短絡が生じたことを明らかに示すものであるから、本発明による方法によれば、短絡回避作業を、電気分解の電流効率を指標として、適切なセルグループに集中させることが可能である。

Description

【詳細な説明】
【０００１】
本発明は電気分解における電流効率の改善方法に関するものである。本方法によれば、理論上の電解セルの電圧をまず計算し、その電圧を計測した電圧と比較する。理論上のセル電圧と計測したセル電圧との間で累積していく差を定常的にモニタし、この差を電流効率に適合させれば、電気分解工程の状態に関する情報を断続的に得ることが可能である。電流効率の低下は、電極間に短絡が生じたことを明らかに示すものであるから、本発明による方法によれば、電気分解の電流効率を指標として、適切なセルグループに短絡回避作業を集中させることが可能である。
【０００２】
金属の電解処理では、所望の金属は、電極すなわち陰極の表面に析出する。電解処理は、電解セルにおける電流によって行なわれ、電解セルでは、導電性のある材料で作られた、複数のプレート状陽極および複数のプレート状陰極が列をなしていて、これらは液体すなわち電解液中に互い違いに浸されている。所望の金属は、電解処理では陰極に析出し、陽極としては、析出する金属と同じ金属で作られた溶融性のものが用いられるか、あるいは、非溶融性のものが用いられる。溶融性の陽極は、例えば銅の電解製錬に用いられ、非溶融性の陽極は、例えばニッケルまたは亜鉛の電解製錬に用いられる。
【０００３】
銅の電解製錬では、純粋でないいわゆる陽極銅が電流によって溶解する。溶解した銅は、極めて純粋な、いわゆる陰極銅として陰極プレート上に分解される。硫酸ベースの硫酸銅溶液が電解液として用いられる。電解工程の最初には、銅製の開始シート、あるいは、耐酸鋼またはチタニウム製の永久陰極を、陰極プレートとして用いてよく、１つ以上の整流器が電気分解における電源として用いられる。電気分解用の電流密度は、代表的には250〜320 A/m²であり、電流は直流（DC）である。電気分解は個別の電解セルごとに行なわれ、セル中の陽極−陰極ペアの数は電解設備ごとに変化させてよいが、代表的には30〜60ペアとする。電解セルの数は電解設備ごとに異なる。複数の陽極は典型的には14〜21日で溶解し、カソードサイクルは７〜10日である。
【０００４】
電気分解プラントの生産能力は、電解設備の電流の強さと、電解セルの数と、時間および電流効率とに左右される。電流効率は、電気分解プラントの電解セルが（電流によって）いかに時間あたりに効率的に用いられるか（電流オン時）、および、銅の析出において電流がいかに効率的に用いられるか、を記述したものである。電気分解プラントの生産能力は、電流密度を上昇させたり、より多くの電解セルを作ったり、あるいは電流効率を向上させたりすることによって、増大する。
【０００５】
電流効率は、銅の電気分解工程、その生産能力および経済効率を試験する場合に、重要なパラメータとなる。この電流効率という用語は、ある電流によって析出する銅の最大量を理論上計算したものに対する、実際に陰極に析出する銅の量の比を言う。実際上、陽極と陰極とに短絡が生じると、電流効率は最も端的に減少してしまう。短絡が起こると、電流は、電解液から銅を析出することなく、一方の電極から他方の電極へ直接流れる。したがって電流は無駄に流れてしまう。
【０００６】
従来技術では、米国特許第4,038,162号に、短絡を防止し除去することによって電流効率を高める方法が記載されている。この方法は、例えば磁場を利用して、電流全体の値を測定することに基づくものである。この後、自動陰極交換装置を配置して、この装置によって短絡した陰極を新しいものに交換する。
【０００７】
電流分布、電解液の不純さ、および陽極の性質など、電気分解工程におけるいくつかの様々な要因が、短絡の発生に影響を与える。電解工程で生じる障害は、短絡の増加として容易に観察可能である。日々の電気分解工程における短絡の発生回数は、電気分解工程の状態のよい指標と考えられる。現在のところ、短絡は人手によって観察され除去されていて、これにより実際上、毎日、多大な労力を要している。
【０００８】
本発明では、電流効率を改善する継続的な方法を開発した。これによれば、複数の電解セルグループのセル電圧を断続的に計測し、そのセル電圧を計算上のセル電圧と比較し、それらの間で累積していく電圧差を電流効率に適合させることによって、短絡回避作業を、電流効率が最低のセルグループに集中させる。したがって、この方法は、電気分解工程から得られる様々な測定データからの情報と、この情報の利用とに基づくものである。この方法を実施すれば、もはや人手によって各セルグループを個別に調査することは要さず、作業を、最も危機的なセルグループにのみ集中させることができ、したがって、電気分解設備全体の電流効率を増大させることが可能である。本発明の不可欠な構成要件は、特許請求の範囲に記載されている。
【０００９】
開発した方法では、まず理論上のセル電圧を、工程測定値および変数に基づいて計算する。用いられる工程測定値は、温度、電解液の組成および用いられる電流の値である。変数とは、電極の間隔や、セル電圧計測ポイント間にあるセルの数である。理論上のセル電圧を計測電圧値と比較する時、セルグループの短絡状態に関する情報を得ることが可能である。実際上は、ハーフグループごとの電気分解におけるセル電圧を計測することが有効である。陽極は一般に、ハーフグループごとに変更され、セル電圧もこれに従って変化するからである。「セルグループ」なる用語は、以下、ハーフグループその他の実体をも意味し、セルグループごとに陽極も変更される。計測された電圧と、理論上のセルグループ電圧との差が大きくなるほど、当該グループにおける短絡の発生回数は増化する。したがって、セルグループの状態についての価値ある付加的な情報が得られ、工程制御および短絡回避作業の制御の両方に役立てることが可能である。危機的なセルグループに作業を集中させれば、順調に動作しているセルグループに対しては定期的な検査が必要ないため、損傷を与えることがない。短絡状態の全体像も、従前より明らかになる。
【００１０】
電流効率を予測するため、一連のカソードサイクルから成るモデルを用いる。一連の計測から、各カソードサイクルについて、理論上のセル電圧と計測されたセル電圧との間で累積していく差を計算し、これを得られた電流効率に適合させる。実行した試験の結果によれば、累積差と達成された電流効率との間には、明らかに線形な関係が認められた。実際上、本方法によれば、実現される電流効率を±１％の精度で予測可能であることが認められた。
【００１１】
このように、実際上、セル電圧はオンライン方式で計測する。換言すれば、連続的にセルグループにおいて計測する。理論上のセル電圧と計算したセル電圧との差から、当該グループまたはハーフグループの電流効率を推論可能である。電流効率が最低のセルグループにおける短絡は、最初に処理される。これにより、順調に動作しているグループに生じる障害を回避し、当座のところ注意が必要なグループにのみ注意を集中させることができる。本方法によれば、伝統的な人手による作業に比較して、電気分解設備全体の電流効率を改善することが可能である。また、労働コストも削減可能である。

Claims (3)

1. 電気分解における電流効率の改善方法において、電気分解工程から測定した変数によって電解セルについて計算した理論上のセル電圧を、計測した実際のセル電圧と断続的に比較し、累積していく電圧差を電流効率に適合させることによって、短絡回避作業を電流効率が最低のセルグループに集中させることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、温度、電解液の組成、電極の間隔、電解セルの数および電流は、前記理論上のセル電圧を計算するのに使用する前記変数であることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記理論上のセル電圧と計測したセル電圧との間で累積していく電圧差は、実現された電流効率に対して、線形な関係にあることを特徴とする方法。