JP2011032564A

JP2011032564A - 銅種板電解用の母板、銅電解精製用の種板の製造方法

Info

Publication number: JP2011032564A
Application number: JP2009182567A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Aoki; 英和青木; Yohei Yamaguchi; 洋平山口; Takashi Hashikawa; 隆至橋川
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】繰り返し使用に耐えることができ、電着銅が十分に電着せず剥離してしまう自然剥離を抑制する銅種板電解用の母板を提供する。
【解決手段】主面が略四角形状を有する銅種板電解用の母板において、上記主面の一の辺及び該一の辺に略直交する他の辺のそれぞれを３領域に分割してなる９領域のそれぞれの領域における表面粗さを平均した９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上であることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、銅の電解精製に用いられる種板を製造する際に用いられる母板及びこの母板を用いた銅電解精製用の種板の製造方法に関するものである。

銅の電解精製においては、銅精錬工程の精製炉から得られる精製粗銅を陽極とし、銅製の陰極の電着面に銅を電着させることにより、電気銅を精製するようになっている。この銅電解精製に用いられる銅製の陰極としては、銅を電着して剥離した厚さ０．６ｍｍ程度の薄い銅板（種板）が用いられる。

この種板は、種板電解槽において、銅、チタン、ステンレス等からなる母板を陰極とし、粗銅を陽極として電解し、母板に電着して得られた薄板を剥ぎ取る電解法によって得られる。

母板として銅板を使用する場合には、電着銅が母板に密着しすぎるのを防止するために、剥離剤（石鹸、ワニス、重油等）を塗布する必要があり、このための作業が必要となる他、電解面部が早期に腐食する問題がある。また、チタン製の母板では、剥離剤を塗布する必要がなく、耐食性も良好であるが、高価であるため初期投資が高いという問題がある。

これに対して、ステンレス製の母板は、必ずしも剥離剤を塗布する必要がなく安価なため、最近では、ステンレス製の母板が用いられるようになっている。

ところで、上述の種板電解に用いられる母板は、電着した種板を剥ぎ取った後は、再び種板電解槽に装入され、種板を電着させる。すなわち、種板電解用の母板は、一度電解が行われた後は、電着された電着銅を剥ぎ取り、再び種板電解槽に装入され、電着が行われる。このように、母板は、種板電解槽に繰り返し装入されることが想定されている。そして、母板は、種板電解槽への繰り返し装入が行われることで、その表面が平坦でなくなり、歪み等が生じてしまう。このような歪みが生じた母板は、陽極と接しショートしてしまう事態や、陽極との距離が均一ではなくなることで不良種板ができてしまう。そこで、ある程度、例えば１０〜２０年程度繰り返し使用が行われると、新しい母板と交換されていた。

しかしながら、ステンレス製の母板では、新しい母板に交換した初期の段階、すなわち、種板電解槽に初めて装入される時には、電着銅がうまく母板に電着されず、自然に剥離してしまう自然剥離が発生するという問題があった。

このような自然剥離を回避するためには、従来では、新しい母板を使って自然剥離がなくなるまで、上述の種板電解を繰り返し行っていた。これでは、剥離してしまった銅板を電解槽から回収しなければならず、作業効率が悪く、また、余分な作業のための人員を配置する必要があり、人件費が嵩むことにつながっていた。また、種板が精製されないにもかかわらず、電解操業を行わなければならず、通電のための電気代等もかかることとなり、経済的ではなかった。

特開平６−３４６２６９号公報

そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、繰り返し使用に耐えることができ、電着銅が十分に電着せず剥離してしまう自然剥離を抑制する銅種板電解用の母板及び銅電解精製用の種板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述の課題を鋭意検討した結果、種板電解に用いられる母板の表面粗さが、自然剥離の発生に寄与していることをつきとめた。

すなわち、上述した目的を達成するために、本発明に係る銅種板電解用の母板は、主面が略四角形状を有する銅種板電解用の母板において、上記主面の一の辺及び該一の辺に略直交する他の辺のそれぞれを３領域に分割してなる９領域のそれぞれの領域における表面粗さを平均した９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上であることを特徴とする。

また、本発明に係る銅電解精製用の種板の製造方法は、主面の一の辺及び該一の辺に略直交する他の辺のそれぞれを３領域に分割してなる９領域のそれぞれの領域における表面粗さを平均した９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上である母板を電解槽に装入し、通電し、該母板に銅を電着させることを特徴とする。

本発明では、銅種板電解に使用される新しい母板に交換したときであっても、電着が十分に行われる。すなわち、本発明では、銅種板電解に使用される母板を新しいものに交換したときに発生していた、電着が十分ではなく、母板から剥離してしまう自然剥離を抑制することができる。

本発明を適用した母板の外観を説明するための分解斜視図である。９点平均粗さ（Ｒｚ）の９領域を説明するための母板平面図である。９点平均粗さ（Ｒｚ）と自然剥離発生率の関係を表したグラフである。

以下、本発明に係る銅種板電解用の母板について、図面を参照しながら説明する。本発明の銅種板電解用の母板１は、その外観形状については、図１に示すような種板電解に用いられるものである。すなわち、母板１は、所定の厚みを有する平板部材からなり、上縁部１ａで、両側縁近傍及び中央部近傍の３箇所に、耳板２が一体に成形されている。母板１には、一対の角棒状のビーム３が耳板２を挟持するように取り付けられている。

母板１は、主面１ｃが略四角形状に形成されている平板部材からなり、その幅方向の長さが装入される電解槽の幅と略同一の大きさに形成されている。また、母板１は、従来のＳＵＳ３０４と比較して、電解液による腐食、変形を防止する耐食性に優れた材料、例えばＳＵＳ３１６Ｌからなる。母板１は、詳細は後述するが、その主面が所定の表面粗さとなるように研磨処理が施されている。また、母板１には、その一側縁１ｄの上縁部１ａ側から下縁部１ｂに亘って延び、下縁部１ｂの略中央部に亘って略Ｌ字状となるように折り曲げられ、種板電解時に両面に電着する電着銅が剥ぎ取れるようにするための絶縁材６が取り付けられている。

母板１と一体に成形される耳板２は、母板１の上縁部１ａに立設される突片である。耳板２は、母板１と一対のビーム３とを連結するための部位であり、この耳板２を介してビーム３からの電力が供給される。耳板２は、母板１の上縁部１ａで両側縁近傍及び中央部近傍に３箇所設けられ、それぞれがビーム３と連結されている。３箇所の耳板２は、それぞれボルト４が挿通される貫通孔２ａが設けられ、この貫通孔２ａを介してビーム３と連結されている。

耳板２を介して母板１と連結される一対のビーム３は、母板１の主面１ｃの幅よりも長い棒状部材からなる。一対のビーム３には、耳板２の貫通孔２ａに対応する位置に貫通孔３ａが形成されている。一対のビーム３は、耳板２を挟むように配設され、貫通孔３ａにボルト４が挿通され、ナット５が螺着されることで、耳板２を挟持する。母板１が連結されたビーム３は、電解槽の周囲に載置されることで母板１が電解液に装入されるように支持する。また、ビーム３は、両端を介して電解槽の周囲から電力が供給され、耳板２を介して母板１に給電する。

なお、母板１の外観形状は、上述のように、主面１ｃが略四角形状であることに限らず、例えば台形形状であってもよく、また、種板電解に用いられる周知の外観形状を有するものであってもよい。また、母板１は、例えば、耳板２が３箇所設けられることに限らず、例えば、電解槽でビーム３によって確実に支持され、発熱の少ない通電が実現できるものであれば、２箇所設けるようにしてもよい。また、ビーム３との連結もボルト４とナット５に限らず、周知の締結具を用いたもの、溶接等により連結するようにしたものであってもよい。

続いて、母板１の表面粗さについて言及する。本発明者らは、多くの研究実験を行った結果、種板電解用の母板を新しいものとしたとき、すなわち初めて電解槽に装入される母板１の主面１ｃの表面粗さを、９点平均粗さ（Ｒｚ）で３．０μｍ以上とすることにより、電着された種板の母板１からの自然剥離を抑制できることを見いだした。また、母板１は、９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上、４．０μｍ以下とすることがより好ましいことも見いだした。このような表面粗さを有する母板１とすることで、自然剥離の発生を大幅に抑えることができる。母板１は、その９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍよりも小さい場合、自然剥離がほぼ１００％の割合で発生するのに対し、３．０μｍ以上の場合、自然剥離がほぼ発生しない。また、母板１は、９点平均粗さ（Ｒｚ）の値が、大きくなると、自然剥離は全く発生しない。

しかし、母板１は、１５年〜２０年程度使用すると、その９点平均粗さ（Ｒｚ）の値が、１５μｍ以上となり、交換を行っていることから、より長寿命とするためには、その値が小さい方がよい。具体的には、母板１は、その９点平均粗さ（Ｒｚ）が４．０μｍ以下とすることで、自然剥離の発生をなくすことができるとともに、母板としての寿命を長期なものとすることができる。さらに、母板１は、ＳＵＳ３１６Ｌを用いて形成されることで、従来と比して耐食性を有することとなり、適切な表面粗さと相俟って長寿命に寄与する。

ここで、上述の９点平均粗さ（Ｒｚ）とは、図２に示すように、母板１の主面１ｃの一の辺及びこの一の辺に略直交する他の辺のそれぞれを３領域に分割してなる９領域について、各領域の表面粗さ（Ｒｚ）を測定し、この９領域の表面粗さ（Ｒｚ）の平均を算出したものである。すなわち、９点平均粗さ（Ｒｚ）は、母板１の主面１ｃの高さ方向（図２中ａ方向）及び幅方向（図２中ｂ方向）のそれぞれを３領域に分割してなる９領域の表面粗さ（Ｒｚ）を平均した値である。より具体的には、９点平均粗さ（Ｒｚ）は、図２に示す９つの領域における粗さ曲線の最大高さＲｚ（最大高さ粗さ）をそれぞれ算出し、平均したものである。また、粗さ曲線については、ＪＩＳＢ０６０１に基づいて、針で表面を一定方向になで、針の上下動を拡大する触針式粗さ測定機（ミツトヨ社製（ＳＪ−２０１））を用いて測定したものである。なお、９点平均粗さ（Ｒｚ）は、母板１の主面１ｃ全体の表面粗さを求めるために定義する値であり、上述のような９領域に分割することに限らず、例えば、主面１ｃの中心点から放射状に略同一面積となるように９つの領域に分割するようにしてもよい。

上述の説明における自然剥離とは、種板が電着された母板１を電解槽から取り出すまでに、剥がれ落ちた状態をいう。すなわち、母板１を電解槽に装入し通電し電着を行ったときに、電着銅の一部でも母板１から剥離したものを含む。さらに、電着が終了した母板１を電解槽から取り出す際に剥離したものも、不良種板であり自然剥離したものとする。

以上のような構成を有する母板１は、陰極として電解槽に装入され通電されることで、両面に銅が電着する。そして、母板１では、その９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上であることで、種板電解用の母板を新しいものとしたとき、すなわち母板を初めて電解槽に装入された際に発生する自然剥離を大幅に抑制することができる。また、母板１は、ＳＵＳ３１６Ｌからなることから、電解液中の硫酸や塩酸による腐食を抑えることができ、長寿命なものとすることができる。

なお、母板１は、繰り返し種板電解に用いられることで、その表面粗さは徐々に大きくなったり、電解液中の硫酸や塩酸等により局所的に表面が腐食することがあるが、この場合には、研磨機等により適宜研磨することで、補修を行っている。

次に、本発明に係る母板１を用いて種板を製造する方法について説明をする。種板の製造方法としては、周知の種板電解法と同様であるが、母板として上述の母板１を用いる。

本発明に係る製造方法により製造される種板は、陽極として精製アノード、陰極として９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍである母板１を電解槽内の電解液に装入することで、母板１の主面１ｃに電着して精製される。このとき、電着のための電流密度を２２０Ａ／ｍ^２とし、電着時間を２２時間とすることで、所定の厚さ、例えば０．６ｍｍ程度の電着銅が精製される。

この電着銅が電着された母板１は、電解槽から取り出され、懸吊された状態で口付装置に搬送される。口付装置では、種板が電着された母板１が搬送され、電着銅の上部をハンマリングして剥がれやすくする。その後、母板１は口開け装置に送られ、吸盤にて吸引して電着銅の上部のみが母板１から剥がされた状態とされる。

次いで、電着銅付きの母板１は、剥ぎ取り装置に搬送され、剥がされた電着銅上部に剥ぎ取り用のアームが差し込まれ、電着銅と分離される。この分離された電着銅が、種板となる。このような工程を経ることにより、種板は製造される。

このとき、種板電解槽に装入された母板１は、銅が十分電着する表面粗さ、すなわち９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍであることから、電解後に種板電解槽から母板１を取り出したときに、部分的にも剥離が生じることがない。すなわち、母板１を用いることで、種板電解用の母板を新しいものとしたときであっても、いわゆる自然剥離を抑制することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

次に、本発明に係る銅種板電解用の母板の実施例について説明をする。銅種板電解用の母板としては、上述の母板１を使用し、下記の表１に示す電解条件により銅電解精製用の種板を製造した。

表１に示す銅種板電解条件により、種板電解を２回行い、各回における各母板１に発生する自然剥離の枚数を計測し、その枚数を母板１の枚数、すなわち両面である２枚×２回分である４で割った値を、自然剥離発生率として算出した。その結果を、図３に示す。図３は、実験において使用された３９枚の母板１の９点平均粗さ（Ｒｚ）における自然剥離発生率の関係について表したグラフである。横軸に９点平均粗さ（Ｒｚ）を、縦軸に自然剥離発生率をプロットしたものである。また、各プロット値については、以下の表２に示す。なお、図３及び表２では、この３９枚の母板１の他に、母板Ｎｏ．４０として、複数回の使用をこなし、自然剥離が全く発生しない母板１についても、その表面粗さを測定したものも表示する。

図３及び表２の結果から、９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上の場合に、自然剥離が発生しないことが分かる。より詳細には、９点平均粗さ（Ｒｚ）が、３．１４μｍ以上の場合には、自然剥離がほとんど発生しないことが分かる。具体的には、９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍより小さい場合には、ほぼ１００％の自然剥離発生率なのに対し、９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上の場合には、自然剥離発生率を少なくとも５０％以下に抑えることができる。
なお、図３中の母板Ｎｏ．３５、３７、３８については、その９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍより大きいにもかかわらず、自然剥離が発生していることとなっている。しかし、この母板Ｎｏ．３５、３７、３８については、当該母板を電解槽から取り出し、剥ぎ取り装置に搬送する過程で機械的な接触、搬送中の振動等の影響を受けて部分的に剥離が生じたものである。したがって、この母板Ｎｏ．３５、３７、３８は、電解槽中で剥離ないし電解槽から取り出す際に剥離したものではない。

この結果から、母板１は、９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上であれば、種板電解開始時に発生する自然剥離を抑制することができる。

なお、本発明者は、このような表面粗さを有する母板について、ニッケル電解において適用できるとも考えたが、母板１は、銅種板電解に用いられるものであり、ニッケル電解の場合と比較して、その電着応力が異なり、このような値では自然剥離の発生を抑制できなかったことが実験により認められた。

１母板、１ａ上縁部、１ｂ下縁部、１ｃ主面、１ｄ一側縁、２耳板、２ａ貫通孔、３ビーム、３ａ貫通孔、４ボルト、５ナット、６絶縁材

Claims

主面が略四角形状を有する銅種板電解用の母板において、
上記主面の一の辺及び該一の辺に略直交する他の辺のそれぞれを３領域に分割してなる９領域のそれぞれの領域における表面粗さを平均した９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上であることを特徴とする銅種板電解用の母板。
当該母板は、ＳＵＳ３１６Ｌからなることを特徴とする請求項１記載の銅種板電解用の母板。
上記９点平均粗さ（Ｒｚ）は、３．０μｍ以上、４．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の銅種板電解用の母板。
銅電解精製用の種板の製造方法において、
主面の一の辺及び該一の辺に略直交する他の辺のそれぞれを３領域に分割してなる９領域のそれぞれの領域における表面粗さを平均した９点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上である母板を電解槽に装入し、通電し、該母板に銅を電着させることを特徴とする銅電解精製用の種板の製造方法。