JP2019210518A - 非鉄電解精錬用の電極板を支持する配電棒 - Google Patents

Abstract

【課題】 銅やニッケルの電解精錬において長時間に亘り大電流を流しても発熱や電磁場の影響を受けて曲がることのない高い機械的強度を有する配電棒を安価に提供する。【解決手段】 銅又はニッケルの電解精錬において使用する電極板としてのアノードやカソードを支持する配電棒であって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、好適にはスカンジウムを含有している。【選択図】 なし

Description

本発明は、銅やニッケル等の非鉄金属の電解精錬で使用される電極板を通電可能に支持する配電棒に関する。

銅やニッケル等の非鉄金属の精錬方法として、非鉄電解精錬法が広く知られている。非鉄電解精錬法は、電解液に浸漬させたアノード（陽極板）とカソード（陰極板）との間に通電して電解液に溶解している銅やニッケルなどの製錬対象金属（以降、目的金属と称する）をカソード表面上に電着させ、これにより高純度の目的金属を得るものである。非鉄電解精錬法は、電解液中の目的金属をアノードから供給する電解精製法と、電解液に目的金属を別途溶解させる電解採取法とに分類することができ、前者はアノードに精製前の目的金属からなる目的金属アノードを用い、後者はアノードに不溶性電極からなる不溶性アノードを用いる。

また、非鉄電解精錬法は、カソードの種類によって、電着を終えた目的金属をカソードから剥ぎ取るパーマネントカソード法と、電着したカソードのまま製品とする種板電解法とに分類することができ、前者は電着前のカソードにチタンやステンレス等のいわゆる母板を使用し、後者は上記パーマネントカソード法などによって作製した目的金属からなる薄板を矩形板状に加工したいわゆる種板を使用する。

上記のように、電解液との接液により電気化学反応の反応場となる電極板としてのカソードやアノードは、各々、支持部材によって電解槽の対向する両側壁上部に架け渡されるようにして通電可能に支持されている。すなわち、これら両側壁上部には電源に通電しているいわゆるブスバーと称する板状の導電性部材が設けられており、該ブスバー上に当接状態で載置される該支持部材は、電極板を吊り下げるようにして支持すると共に、電極板とブスバーとを電気的に接続する役割を担っている。従って、これら支持部材と電極板とは互いに通電可能となるように直接に又は導電材を介して接続されている。

例えば特許文献１に記載のように、母板のカソードや不溶性アノードの場合はボルト締め又は溶接により棒状の支持部材と電極板とを接続し、目的金属アノードの場合は鋳造により電極板と支持部材を一体成型するのが一般的である。また、特許文献２に記載のように、種板のカソードの場合は、電極板としての種板の上部に帯状の導電材を湾曲させて取り付け、この湾曲した部分の内側に棒状の支持部材を挿通させることにより接続するのが一般的である。

特開２００１−１５８９８８号公報 実開昭４８−０２９００３号公報

非鉄電解精錬法においては、上記電極板で生じる電気化学反応の反応速度に応じて単位時間あたりの生産量が増減するので、電極板において電解液に浸漬される部分は、電解槽に入るかぎりできるだけ表面積の広いものが好まれる。一方で支持部材のうち特に棒状のもの（以下、配電棒とも称する）は、電解槽の対向する両側壁に架け渡すことができる程度の長さと電極板を支持できる太さがあれば十分であり、それよりも大型化しても上記反応速度にはさほど影響を及ぼさないため、電極板を支えても折損しない程度の太さを有し、取り扱いが容易で且つ材料費が安価なものが好まれる。

近年、非鉄電解精錬では、電極板を大型化すると共に大電流を長時間に亘って流すことで生産量をより一層高めることが求められている。しかしながら、この場合は数日間以上の通電を繰り返すうち、その発熱や電磁場の影響を受けて配電棒が電極板の荷重がかかる下向きに曲がり、電極板が配電棒と共に電解槽の底部に滑り落ちるおそれがあった。従って、配電棒には大電流を流しても発熱しにくいものが求められていた。

しかしながら、通電による発熱を抑制するには導電性に優れた材料で配電棒を形成する必要があり、一般的にこのような導電性に優れた材料は高価である。本発明は上記した電極板を支持する従来の配電棒が抱える問題点に鑑みてなされたものであり、銅やニッケルの電解精錬において長時間に亘り大電流を流しても発熱や電磁場の影響を受けて曲がることのない配電棒を安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る配電棒は、銅又はニッケルの電解精錬において使用する電極板を支持する配電棒であって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴としている。

本発明によれば、銅やニッケル等の非鉄金属の電解精錬において電極板として使用されるアノードやカソードに対して長時間に亘り通電することが可能になる。

本発明の実施形態の配電棒によって吊り下げられているカソードがアノードと共に両ブスバーの間に架け渡されている状態を示す斜視図である。

以下、図１を参照しながら本発明の実施形態の配電棒及びこれより支持される電極板について、該電極板がニッケルの電解精錬で用いる種板のカソードである場合を例に挙げて説明する。このカソード１０は、種板として電解槽の電解液に浸漬されて電気化学反応の反応場を担う部分であるニッケル板からなる板状部１１と、該板状部１１の上端部に湾曲状態で取り付けられている２個の帯状のニッケルリボン１２からなる。本発明の実施形態の配電棒（カソードビームとも称する）２０は、これら２個のニッケルリボン１２の湾曲部分に挿通されており、これによりカソード１０を吊り下げた状態で通電可能に支持している。このように、カソード１０の板状部１１は、ニッケルリボン１２を介して配電棒２０に電気的に接続されるので、該ニッケルリボン１２は導電材からなるニッケル板を帯状に切断したものが一般的に用いられる。

ニッケルリボン１２は、その長手方向の略中央部を配電棒２０が挿入できるように好適には略筒状に湾曲させた後、該長手方向の両端部を板状部１１の上端部にボルト締めやカシメ等の接合方法により取り付ける。このようにして組み立てられたカソード１０は、ニッケルリボン１２を吊手として種板の板状部１１を配電棒２０から吊り下げた状態のまま電解槽内の電解液に浸漬される。この電解槽内には、該カソード１０に対向するようにアノード３０が浸漬されており、これらカソード１０及びアノード３０には、電解槽の対向する両壁の上端面に設けられている板状の導電部材からなるブスバー４０を介して電流が流される。これにより電解精錬を行うことができる。

このように、配電棒２０には電解槽内のカソード１０の荷重がかかるうえ、電解精製の際はニッケルリボン１２と協働して板状部１１に電流を流す役割を担うため、導電性を有する金属部材で形成する必要がある。そこで本発明の実施形態の配電棒２０は、その材質にアルミニウム又はアルミニウム合金を使用している。アルミニウム又はその合金は、各種金属の中では比較的高い導電性を有しているので３００ｍＡ／ｍ^２程度の大電流を流しても過度な発熱が生じにくく、よって過熱による曲げの問題が生じにくい。

上記のアルミニウム合金としては、例えばジュラルミン（登録商標）を挙げることができる。配電棒２０の形状は図１に示す円柱形状に限定するものではなく、四角柱などの角柱でもよいし、長手方向に垂直な断面形状が略半円形であってもよい。特に該断面形状の上部が先細りや先太り等の湾曲形状を有しているのが好ましく、これによりニッケルリボン１２の湾曲部分の内側面に滑らかに接することが可能になる。なお、配電棒２０の大きさは、板状部と同じ程度の厚みにすると、嵩張らずに電解槽に配置することができるので好ましい。本発明の実施形態の配電棒２０の材質は、スカンジウムを含有しているのが好ましい。これにより、機械的強度が更に高まるので配電棒２０の耐久性をより一層向上させることができる。

本発明の実施形態の配電棒２０の製造方法には特に限定はなく、公知の加工方法により製造することができる。例えば、鋳造、鍛造、押出成形、又は削り出しなどの加工方法で製造することができる。例えば円柱形の配電棒の場合は、円柱形の空洞のある鋳型に熔体を鋳込んで鋳造してもよいし、円い穴の開いたダイスから材料を押し出して成形してもよいし、材料を回転しながら削り出して成形してもよい。

以上、本発明の実施形態の配電棒について、該配電棒が支持する電極板が種板のカソードである場合を例に挙げて説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の代替例や比較例を含むことができる。例えば、電極板が母板のカソードや不溶性アノードの場合であっても本発明の効果を得ることができる。

[実施例１]
種板として縦１ｍ×横１ｍ×厚み１ｍｍのニッケル製の矩形板状部材を用意し、その上端部に、長手方向の中央部で湾曲させた２個のニッケルリボンをカシメにより取り付けてニッケル部とした。これら２個のニッケルリボンの湾曲部分の内側に、直径３４ｍｍの円柱形状のアルミニウム製カソードビームを挿通して種板カソードとした。このようにして得た種板カソードである電極部を、これとは反対極の電極部である目的金属アノードに対向するようにして電解槽内に装入した。そして、約３００Ａ／ｍ^２の電流密度でニッケルの電解精錬を行った。７日毎に通電をいったん停止し、カソードビームは交換せずに電着した状態のニッケル部を吊手ごと回収することで累計６ヶ月間の通電を行った。通電開始から６ヶ月後のカソードビームの形状を観察したところ、大きな変形は認めらなかった。

[実施例２]
アルミニウム製のカソードビームに代えてスカンジウムが添加されたアルミニウムからなるアルミニウム合金製のカソードビームを用いた以外は実施例１と同様に通電してニッケルの電解精錬を行った。通電開始から６ヶ月後のカソードビームの形状を観察したところ、大きな変形は認めらなかった。

[比較例]
アルミニウム製のカソードビームに代えてニッケル製のカソードビームを用いた以外は実施例１と同様に通電してニッケルの電解精錬を行った。通電開始から３ヶ月の時点でカソードビームは大きく変形したため、使用を中止した。なおこの比較例のカソードビームの材料費及び加工費について上記の実施例１及び実施例２と比較したところ、加工費は実施例１、実施例２、及び比較例でほぼ同じであったが、比較例の材料費は、ほぼ同じ材料費の実施例１及び実施例２の約７倍の材料費がかかった。

[実施例３]
実施例１で用いたスカンジウムを含まないアルミニウム製のカソードビームを有する種板カソードと、実施例２で用いたスカンジウムを含んだアルミニウム合金製のカソードビームを有する種板カソードとを電解槽に混在するように装入して、これらを同じ条件で通電した。通電電流を徐々に増加させながらカソードビームの形状を観察したところ、通電電流が極端に高まって例えばカソードビームが赤熱するような状況ではいずれも変形が生じたが、２本のカソードビームの変形の程度を比較すると、スカンジウムを含んだカソードビームの方が変形の度合いが少なかった。

１０ カソード
１１ 板状部
１２ ニッケルリボン
２０ 配電棒
３０ アノード
４０ ブスバー

Claims (3)

1. 銅又はニッケルの電解精錬において使用する電極板を支持する配電棒であって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする配電棒。
2. 前記配電棒が、スカンジウムを含有することを特徴とする、請求項１に記載の配電棒。
3. 銅又はニッケルの電解精錬において使用する電極板と、請求項１又は２に記載の前記配電棒とからなる電極部であって、該電極板の板状部は該配電棒に直接に又は導電材を介して接続していることを特徴とする電極部。

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