JP2005163106A

JP2005163106A - 脱銅電解装置

Info

Publication number: JP2005163106A
Application number: JP2003403287A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Hayashi; 貴信林
Original assignee: Permelec Electrode Ltd
Current assignee: De Nora Permelec Ltd
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】従来の脱銅電解では鉛電極を電解槽の給電用銅板に電気的に接続するために複雑な構造が必要で、更にその構造が十分な耐久性を有し得なかったため、陽極の性能及び寿命とも不十分で満足できる銅回収ができなかった。
【解決手段】箱型の脱銅電解用電解槽11内に配列された陽極12を陽極用給電棒17により前記電解槽の給電用金属板14ａに接続する。これにより鉛電極を直接電解槽の給電用金属板に接続する従来の脱銅電解用電解槽と比較して、通電構造が簡略化するとともに、機械的強度も増して、低電力で高純度の銅を長期間に亘って得ることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、脱銅電解装置に関し、より詳細には構造が簡単で安定した操業を継続して高純度銅を回収できる脱銅電解装置に関する。

電解銅精錬の分野では、原料となる銅鉱石を約1300℃の高温で溶融した後に鋳型に注入して成形したものを陽極として電解を行い、その際陽極から溶出した銅を陰極薄板に析出させることにより、高純度の銅を生産している。しかし加えた電気量以上に陽極から銅が溶出するために、別電解で余分に溶出した銅を取り除く必要がある。この電解を一般的に脱銅電解又は銅の電解採取と呼んでいる。
この従来の脱銅電解では銅以外の陽極として鉛が利用されている。鉛板を陽極として脱銅電解を行うと、陽極鉛の表面から剥離した鉛が陰極で採取している銅の中に混入することが避けられない。鉛が混入した銅は商品としての価値が低いため、銅原料として再溶解される場合が多い。又鉛陽極の一般的な問題点として重量物であることが挙げられ、その取扱いが困難であることに加え、鉛陽極としての消耗が不均一であるために電解中に電流分布の不均一を起こし易く、このことによる陰極銅の析出不良が問題になる。更にＰｂ−Ｓｂ等の硬質鉛陽極は極板自体が厚く極間距離が取り難いことに加えて鉛電極は電解中に変形し易いために、陰極とのショート事故が問題になっていた。

このような従来の脱銅電解における鉛陽極による各種問題を解消するために、例えば特許文献１や特許文献２において、脱銅電解の陽極として不溶性電極を使用することが開示されているが、該不溶性電極の構成や給電方法に関する記載はない。
この不溶性陽極を使用する脱銅電解では、鉛陽極の問題点である浴中への鉛の溶出及び鉛の陰極銅への混入を解決し、更に長期的に安定した操業の実現が可能になると推測できるが、具体的な手段は不明である。

従来の脱銅電解として汎用されている鉛電極電解槽は例えば図３及び図４に示す構造を有している。図３は従来の脱銅電解用の鉛電極電解槽を例示する斜視図、図４ａは図３の鉛陽極の平面図、図４ｂは同じく正面図である。
この箱型電解槽１は、上面が開放され、その中に交互に配列された複数の鉛陽極２及び複数の陰極３を有している。この電解槽１の上面の長手方向の両側の縁部には、１対の給電用銅板４ａ、４ｂが接着され、両給電用銅板４ａ、４ｂは電解槽１外の電源５を介して接続されている。

前記陽極２は、上面中央に凹入部２ａが形成された比較的肉厚の鉛製の陽極板２ｂに、その上端両側から両側方に延びる１対の接続部２ｃ、２ｄを形成して成り、これらの両接続部２ｃ、２ｄのそれぞれの先端部下端が切り欠かれ、給電用銅２ｅ、２ｆが埋込まれている。前記接続部２ｃの給電用銅２ｅは一方が直接給電用銅板４ａに接触し、他方の給電用銅２ｆは給電用銅板４ｂ上の絶縁シート６ａに接触して該給電用銅板４ｂから絶縁されている。
前記陰極３は、平板状の陰極板３ａの上端縁が複数のビス３ｂにより給電棒３ｃに電気的に接続されている。前記給電棒３ｃの給電用銅板４ａ側の端部は絶縁シート６ｂに接触して該給電用銅板４ａから絶縁され、前記給電用銅板４ｂ側の端部は直接給電用銅板４ｂに接触している。

前記給電用銅板４ａには前記電源５により正の電位が印加され、該給電用銅板４ａから給電用銅２ｅを通して鉛陽極２に給電され、陽極板２ｂから銅イオンが溶解した電解液中を通って陰極板３ａに達し、電解液中の前記銅イオンを還元して金属銅を陰極板３ａ表面に析出させて給電棒３ｃから給電用銅板４ｂへ流出する。

特開２００１−２６２３８９公報特開２００１−１１５２８８公報

このような構成から成る従来の脱銅電解槽１は、鉛陽極２を使用しているため、材料である鉛の表面に通電によって硫酸鉛が生成して通電不良を招き易くなる。従って図示の通り、鉛陽極２の接続部２ｃの給電用銅板４ａとの接触部に切り欠きを形成し、この切り欠きに給電用銅２ｅを埋め込んで硫酸鉛の生成及びこれに伴う通電不良を防止している。
しかしながらこの鉛陽極２の製造時に切り欠きの形成と給電用銅２ｅの埋め込みを行うことは、その操作が非常に煩雑で単に製造工程数が増える以上の負担が生じ、製造設備の設置や大幅な製造コスト増といった問題点が発生する。

本発明は、このような従来の脱銅電解における欠点を解消し、特に簡単な構成の陽極を使用して、従来以上の電解効率を達成できる脱銅電解装置を提供することを目的とする。

本発明は、箱型の電解槽と、該電解槽内に交互に配列された複数の陽極及び複数の陰極と、前記電解槽の開放された長手方向の両側の上縁部に設けた給電用金属板を含んで成り、該給電用金属板より前記陽極及び陰極に通電して脱銅電解する脱銅電解装置において、前記陽極及び陰極のそれぞれの上端部に着脱自在に固定した給電棒を前記給電用金属板と接触させたことを特徴とする脱銅電解装置である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、従来の脱銅電解用電解槽の陽極の構造を修正して製造が容易で通電効率にも優れた電解槽を提供する。
本発明では、従来の脱銅電解用電解槽のように、陽極を直接給電用金属板に接続して通電するのではなく、陽極を該陽極に着脱自在に固定した給電棒を介して前記給電用金属板と接触させるように構成している。

これにより、陽極としてどのような材質を使用しても給電棒の材質を特定することで給電棒と給電用金属板間における通電不良を回避し、従来のように給電用銅板との接触部に切り欠きの形成と給電用銅の埋め込みを行うことが不要になる。
更に陽極として、チタン等の皮膜形成金属よりなる基体の表面に白金族金属酸化物、例えば酸化イリジウムを含有する皮膜を被覆した不溶性電極（ＤＳＥ）を使用すると、機械的強度が十分でかつ電解液中への溶解が実質的に起こらないため、交換を行うことなく長期間操業を継続できる。

更にＤＳＥは触媒物質の溶出が起こらず、形状が安定化しているため、比較的長期間例えば１年間の継続運転を行っても電極間でショートが起こることがない。又前述の溶出が起こらないことは回収される銅の純度が向上することを意味し、高品位の回収銅をより商品価値の高い商品として提供できる。
前記給電棒の材質は、通電により不良導体を形成しない任意の材質から選択でき、例えば、チタン、銅、鉄及びジルコニウム等の金属やこれらの合金又は複合材料とすることが望ましい。

本発明の電解槽自体の構造は従来の電解槽と同様で良く、上面が開放され、その中に交互に配列された複数の陽極及び複数の陰極を有し、前記開放された上面の長手方向の両側の上縁部に設けた給電用金属板を含み、前記陽極及び陰極に前記給電用金属板から通電する電解槽とする。
電解条件は、実質的に従来の脱銅電解と同じで良いが、ＤＳＥを使用すると、極間が広げられるためにショート事故の低減が期待でき、更に槽電圧の低減が可能になるといった点で条件的に有利になることがある。

本発明は、箱型の電解槽と、該電解槽内に交互に配列された複数の陽極及び複数の陰極と、前記電解槽の開放された長手方向の両側の上縁部に設けた給電用金属板を含んで成り、該給電用金属板より前記陽極及び陰極に通電して脱銅電解する脱銅電解装置において、前記陽極及び陰極のそれぞれの上端部に着脱自在に固定した給電棒を前記給電用金属板と接触させた脱銅電解装置である。
本発明の脱銅電解装置では、給電棒を介して通電される構造であるため、陽極としてどのような材質を使用しても、確実に通電でき、従って従来のような複雑な構造の陽極を使用しなくても、効率の良い脱銅電解を実施できる。
そして商品価値としては銅の原材料程度の価値しか見出せなかった脱銅電解により得られる銅が高純度品としてその商品価値が上がり、脱銅電解の電圧低減に伴う電力量の削減、作業性の向上及び電極形状の安定化によるショート事故の発生防止、更にこれに伴う操業の安定化も可能になる。

次に添付図面に基づいて本発明に係る脱銅電解装置の実施形態例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は本発明の脱銅電解用の鉛電極電解槽を例示する斜視図、図２ａは図１の陽極の平面図、図３ｂは同じく正面図である。なお図示の例では陽極及び陰極を１枚ずつ描いているが実際には多数の陽極及び陰極が交互に並置されている。
この箱型電解槽11は、図示の通り上面が開放されていても、あるいはフード付きであっても良く、その中に交互に配列された複数の陽極12及び複数の陰極13を有している。この電解槽11の上面の長手方向の両側の縁部には、第１及び第２給電用銅板14ａ、14ｂが接着され、両給電用銅板14ａ、14ｂは電解槽11外の電源15を介して接続されている。

両給電用銅板14ａ、14ｂのうち電源15の正電位側に接続された第１給電用銅板14ａの電源15に近い側の上面に第１絶縁シート16ａが添着され、他の第２給電用銅板14ｂの前記電源15に遠い側の上面に第２絶縁シート16ｂが添着されている。
前記陽極12は、図２ａ及び図２ｂに示すように、例えばチタンやタンタル等の皮膜形成金属よりなる薄肉の平板状基体の表面に酸化イリジウムを含有する皮膜を被覆した薄肉板状又は多孔性状の不溶性電極で、この陽極12の上縁は、銅製の陽極用給電棒17の側面に接し、複数のビス12ａにより締着し固定されている。この陽極用給電棒17の一端は、前記第１給電用銅板14ａに直接接触し、他端は前記第２給電用銅板14ｂ上の第２絶縁シート16ｂに接触して、前記第２給電用銅板14ｂから絶縁されている。

前記陰極13は銅又は鋼等の金属や金属合金から成る薄肉平板状の形状を有し、前記陽極12の場合と同様に、該陰極13の上縁は、銅製の陰極用給電棒18の側面に接し、複数のビス13ａにより締着し固定されている。この陰極用給電棒18の一端は、前記第１給電用銅板14ａ上の第1絶縁シート16ａに接触して前記第１給電用銅板14ａから絶縁され、他端は直接前記第２給電用銅板14ｂに接触している。
前記第１給電用銅板14ａには前記電源15により正の電位が印加され、該給電用銅板14ａから陽極用給電棒17を通して陽極12に給電され、この陽極12から銅イオンが溶解した電解液中を通って陰極13に達し、電解液中の前記銅イオンを還元して金属銅を陰極13表面に析出させて、電流は陰極用給電棒18から第２給電用銅板14ｂへ流出する。

図示の例では、陽極12が陽極用給電棒17を介して給電用銅板14ａに電気的に接続されているため、従来の一体型の陽極２を給電用銅板４ａに直接電気的に接続する場合と異なり、陽極12を陽極用給電棒17にビス12ａ止めし、又は例えば銅製の吊具で吊るすだけで通電が可能になる。従って従来のように鉛陽極２の接続部２ｃの給電用銅板４ａとの接触部に切り欠きを形成し、この切り欠きに給電用銅２ｅを埋め込んで硫酸鉛の生成及びこれに伴う通電不良を防止するといった煩雑な製造工程が不要になる。更に陽極12及び陽極給電棒17とも耐久性の高い材質で形成されているため、その接続が容易で強度的にも満足できる電気的接続が達成でき、簡単な構造で長寿命の脱銅電解用陽極及び脱銅電解装置が提供できる。

次に本発明に係る脱銅電解装置の実施例及び比較例を記載するが、これらは本発明を限定するものではない。

［比較例１］
商業的に脱銅電解を行っている１槽当たり鉛陽極（縦1100mm、横1000mm、厚み25mm）20枚と銅陰極19枚を交互に配置させた、図３及び図４に示す構造を有する脱銅電解用電解槽（実機槽）を使用して脱銅電解を行った。実機槽の内径は、縦2600mm、横1200mm、深さ1400mmであった。
電解槽の陽極表面と陰極表面との実際の極間距離は117.5mmで電極中心間の極間距離は130mmであった。又鉛電極１枚の重量は約310kgであった。

電解液は銅イオン濃度が50〜55ｇ／リットルである電解銅精錬後の銅含有溶液とし、この電解液を28,000〜30,000ミリリットル／分で電解槽に循環させ、銅イオンの減少分は適宜補充した。他の電解条件は、電流密度約2.55Ａ／dm²、電解温度60〜65℃とした。
この条件で1ヶ月間運転を行い、平均槽電圧を測定したところ、2.02Ｖであった。又鉛陽極の給電用銅が脆化し、腐食が進行していた。
１ヵ月後の析出銅中の鉛イオン濃度は２〜３ppmであった。

［実施例１］
ペルメレック電極株式会社製ＤＳＥ（不溶性電極）を陽極板として使用した。このＤＳＥはチタン製の薄肉平板状の電極基体（縦1170mm、横980mm、厚み３mm）に酸化イリジウムを被覆したものであった。このＤＳＥの上縁部に鋼製のビスを使用して、銅製の給電棒を接続した。ＤＳＥ１枚の重量は約15kgで作業員の手作業による移動が可能であった。
比較例１で使用した脱銅電解用電解槽の20枚の鉛陽極を全て前記給電棒付きＤＳＥと置き換えた。なおＤＳＥの基体厚みが３mmで、鉛電極の厚みが25mmであり、使用した電解槽では電極中心での極間距離が130mmになるように設定されていたが、実際の極間距離は、ＤＳＥの場合は128.5mmで鉛電極の場合は117.5mmでＤＳＥの方が実際の極間は11mm広くなった。又両電解槽とも整流器に対して直列に配置されているため、両電解槽の槽電流は等しかった。

比較例１と同じ条件で1ヶ月間運転を行い、平均槽電圧を測定したところ、1.98Ｖであり、ＤＳＥを使用した場合の方が40mV低かった。１ヵ月後の析出銅中の鉛イオン濃度は0.5ppmであった。又１ヶ月運転の間に電極間のショートは起こらなかった。
又終了後の外観検査を行ったが、ＤＳＥと給電棒の接続部及び給電棒と給電用銅板の接続部には劣化が観察されず、更に電極全体の曲がり等の変形も見られなかった。

［実施例２］
比較例１及び実施例１の実機槽の替わりに模擬槽を使用して脱銅電解を行った。
模擬槽は円筒状のビーカーであり、ＤＳＥ（縦120mm、横110mm、厚み３mm）２枚と銅陰極（縦100mm、横100mm、厚み0.5mm）１枚を交互に配置させた。電極中心間の極間距離を50mmとした。
電解液は実機槽から採取した銅イオン濃度が45±５ｇ／リットルである銅含有溶液とし、この電解液を17ml／分で電解槽に循環させ、銅イオンの減少分は適宜補充した。他の電解条件は、電流密度約2.12Ａ／dm²、電解温度45℃とした。
この条件で1ヶ月間運転を行い、平均槽電圧を測定したところ、1.5Ｖであった。

［比較例２］
陽極としてＤＳＥの替わりに、材質がＰｂ−Ｓｂ系であり、比較例１と同様の構造の鉛電極を使用したこと以外は実施例２と同じ条件で脱銅電解を行った。
本比較例では、通電開始と同時にＰｂＳＯ₄が生成するため、初期電解電圧が2.1Ｖと高かったが、ＰｂＳＯ₄がＰｂＯ₂に酸化されることにより電圧が10日間で1.7Ｖまで低下した。

［比較例３］
陽極としてＰｂ−Ｓｂ系鉛電極の替わりにＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ系鉛電極を使用したこと以外は比較例２と同じ条件で脱銅電解を行った。
本比較例では、電圧の著しい変化は認められず、1.7〜1.8Ｖで安定していた。

本発明の脱銅電解用の鉛電極電解槽を例示する斜視図。図２ａは図１の陽極の平面図、図２ｂは同じく正面図。従来の脱銅電解用の鉛電極電解槽を例示する斜視図。図４ａは図３の鉛陽極の平面図、図４ｂは同じく正面図。

符号の説明

11 箱型電解槽
12 陽極
13 陰極
14ａ、14ｂ給電用銅板
15 電源
16ａ、16ｂ絶縁シート
17 陽極用給電棒
18 陰極用給電棒

Claims

箱型の電解槽と、該電解槽内に交互に配列された複数の陽極及び複数の陰極と、前記電解槽の開放された長手方向の両側の上縁部に設けた給電用金属板を含んで成り、該給電用金属板より前記陽極及び陰極に通電して脱銅電解する脱銅電解装置において、前記陽極及び陰極のそれぞれの上端部に着脱自在に固定した給電棒を前記給電用金属板と接触させたことを特徴とする脱銅電解装置。
前記陽極が皮膜形成金属よりなる基体の表面に酸化イリジウムを含有する皮膜を被覆した不溶性電極であることを特徴とする請求項１に記載の脱銅電解装置。
前記給電棒がビスによって前記陽極に着脱自在に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱銅電解装置。
前記給電棒が、チタン、銅、鉄及びジルコニウムから選択される１又は２以上の材料から成ることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の脱銅電解装置。