JP2848777B2 - ニッケル系めっき液中へのニッケル原料の供給方法 - Google Patents

ニッケル系めっき液中へのニッケル原料の供給方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、不溶性陽極を用いる鋼
帯等の金属帯の亜鉛−ニッケル合金連続電気めっき設備
において、消費されるニッケルメッキイオンをめっき液
中に補充するニッケル原料の供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車、家電製品等において耐食
性向上の要求が高まり、従来から使用されている亜鉛め
っき鋼板に加え、亜鉛−ニッケルめっき鋼板等の合金め
っき鋼板の需要が著しい増加を見せている。こうした需
要増に対処するため、高能率生産の可能な高電流密度に
よる高速めっき法が採用されているが、高速めっき法に
おいては陽極交換を頻繁に行わねばならない可溶性陽極
方式よりも、陽極交換を必要としないイリジウム系等の
不溶性陽極を用い、消費される金属イオンをめっき液中
へ連続的に補給する方式の方が有利であることはいうま
でもない。
【0003】めっき液としては通常、硫酸系の電解液が
使用される。また、めっき液中へのニッケルイオンの補
給方法としては、金属ニッケルを直接めっき液に接触さ
せて溶解させる方法と、酸化ニッケル、炭酸ニッケル等
の金属化合物の形で溶解させる方法とがあり、こうした
ニッケルイオンの補充はライン内の循環槽とは別に設け
られる溶解槽において行われ、めっき液は循環ポンプに
より溶解槽と循環槽との間を循環するのが普通である。
【0004】炭酸ニッケル等の金属化合物は薬品である
から高価であり、コスト低減を妨げる一因ともなってい
る上、粉体であるため発塵等の環境問題もあり、さらに
これら金属化合物に通常含有されるナトリウム、カルシ
ウム、塩素、珪素等の不純物により、つぎのような問題
も発生している。ナトリウムは、めっき浴の電気伝導度
を向上させるため、過剰に存在すると「めっき焼け」等
の異常めっきの原因となる。
【0005】カルシウムは、めっき操業において消費さ
れないため、めっき浴中に蓄積され、飽和状態となると
石膏として析出して配管閉塞等のトラブルを引き起こ
す。塩素は、めっき浴中の濃度が高くなると、めっき密
着性を低下させる。珪素は、めっき浴中の濃度が高くな
ると、めっき浴中の鉄分と反応し、付着性の高い化合物
を生成して配管閉塞等のトラブルを引き起こす。
【0006】そこで、ニッケルイオンソースとして金属
化合物を使用するめっき処理設備では、これら不純物を
除去するための専用設備を設けるのが一般的である。一
方、粒状、あるいは塊状の金属ニッケルは金属化合物と
比較してニッケル重量当たりの単価が50〜60%と安価で
あり、これらを直接溶解させる方法はコストや作業環境
面では問題がないが、通常のめっき液の酸濃度において
は溶解速度が低く、大量に溶解させるためには何らかの
手段を必要とする。
【0007】特開平1-234598号公報によれば、溶解槽内
に不溶性の陰極ならびに不溶性のバスケット状陽極を設
け、バスケット状陽極内に金属ニッケル粒を充填してめ
っき液を通液しながら電解して金属ニッケル粒をめっき
液中に溶解させることが記載されている。しかし、この
方法は、金属ニッケル粒表面が酸化して不働態化する問
題があるばかりでなく、バスケット状陽極の耐久性や、
バスケット状陽極内への金属ニッケル粒の連続的供給が
できない等の問題点があり、現実的方法とはいえない。
【0008】また、特開平4-13900号公報によれば、不
働態化を防止するため陽極に使用する金属ニッケルに硫
黄を含有させるとともに、溶解を促進するため金属ニッ
ケルの形状を粒状、板状あるいは粉状とし、チタン等の
耐食性金属のバスケットに充填し、めっき液を通液しな
がら電解して金属ニッケル粒をめっき液中に溶解させる
ことが記載されている。この方法によれば、前記特開平
1-234598号公報記載の方法における問題点の大半は一応
解消されているものの、こうした電解法は、電解電流を
大きくできないため、実施しようとすれば電解槽が 100
基以上必要となり、設備コスト、メンテナンスコスト等
を考慮すればやはり現実的方法ではない。
【0009】また、特開平5-25700号公報によれば、消
費されるニッケルイオンと亜鉛イオンの組成に合わせ、
かつ粒径を 1mm以下としたニッケル−亜鉛合金を溶解槽
において溶解させることが記載されている。ニッケル−
亜鉛合金を酸性浴中で溶解させると、先ず亜鉛が優先的
に溶解し、残留ニッケルが微細化して表面積が飛躍的に
増加することによりニッケルの溶解も促進され、溶解速
度がきわめて高く、かつニッケル−亜鉛系合金めっきに
おいて消費されるニッケルイオンと亜鉛イオンが同時に
補給される。しかし、使用するニッケル−亜鉛合金は製
造条件がきわめて厳しく、大量生産が出来ず、結果とし
て合金のコストがきわめて高いものとなって現実性に乏
しい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
における上記の問題点を解消し、亜鉛−ニッケル合金め
っき液中へ金属ニッケルを直接補給する方法を提供する
ことを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、亜鉛−ニッケ
ル合金めっき液中へのニッケル原料の供給方法におい
て、溶解槽内のめっき液を75〜100 ℃に昇温し、このめ
っき液に対して30kg/m3以上の粒状あるいは粉状の金属
ニッケルを溶解槽内へ直接投入し、攪拌しながら溶解さ
せることを特徴とする亜鉛−ニッケル合金めっき液中へ
のニッケル原料の供給方法である。
【0012】
【作 用】現在、工業的に使用されているめっき液(め
っき浴)は、pH2以下、液温55〜65℃程度の硫酸液が
一般的である。このような条件のめっき液に対しては、
金属ニッケルや酸化ニッケル等のニッケルイオンソース
はほとんど溶解しないことが知られている。
【0013】ところで、金属ニッケルを例にとると、溶
解反応は次のとおりである。 Ni + 2H+ → Ni2+ + H2↑ ・・・(1) また、この反応の反応速度は、次式で示される。 r = k・CNi a ・CH+ b ・・・(2) k = A・exp(−E/RT) ・・・(3) ただし、CNi :金属ニッケル濃度、CH+ :水素イオン濃
度、 T:めっき液温度、a,b:定数 そこで、金属ニッケル濃度、水素イオン濃度、めっき液
温度のそれぞれを大きくしてやることによって、(3) 式
のkの値が大きくなり、(2) 式のrの値、すなわち溶解
速度を向上させることができる。
【0014】ところで、水素イオン濃度を高めるため多
量の硫酸を添加すると、溶解速度は向上するもののめっ
き浴中の過剰の硫酸は操業上支障となるので、ニッケル
溶解後に電気透析法等により過剰な硫酸を除去する必要
があり、設備費ならびにランニングコストが上昇すると
いう問題がある。したがって本発明においては、水素イ
オン濃度についてはとくにアクションをとらず、金属ニ
ッケル濃度、すなわち金属ニッケルの投入量ならびにめ
っき液温度の2条件について実験を行って最適条件を見
出し、実機に使用できる溶解能力を達成することができ
た。
【0015】
【実施例】図3は、溶解槽付近の設備構成を示す。1は
溶解槽、2は攪拌機、3は金属ニッケル投入装置、4は
送液配管、5、8は熱交換器、6は送液ポンプ、7はめ
っき液循環槽である。まず予備実験として、金属ニッケ
ル投入装置3により、金属ニッケルの形状が塊状のもの
(粒径10mm以上) 、粒状のものおよび粉状のもの(いず
れも粒径 0.3mm以下) をそれぞれ 1%の硫酸 (pH 1.
5) であるめっき液 1m3に対して10kgの割合で溶解槽1
に投入し、熱交換器5を使用して液温を60℃に保持し、
攪拌機2により攪拌して30分間溶解させたが、塊状のも
の場合は溶解量は0.0001kg/m3で実質的に全く溶解しな
かったのに対して、粒状のものおよび粉状のものはそれ
ぞれ 0.4、0.6 kg/m3溶解した。
【0016】したがって、本発明において使用する金属
ニッケルは、粒径 0.3mm以下の粒状あるいは粉状のもの
とした。めっき液温度については、通常前記のように55
〜65℃に管理されているが、これはめっきの品質と、め
っき設備の耐熱性との両面から決定されている。一般に
めっき設備によく使用されるゴムライニングの場合、耐
熱性は80℃程度までであり、これ以上になるとゴムが変
質、軟化してしまう。したがってめっき浴の温度を上げ
るといっても高々70〜75℃までのことであり、あまり有
効な手段とは考えられていなかったが、近年めっき槽に
FRP(繊維強化プラスチック)を採用できるようにな
ったことにより、設備面からは 100℃程度までが可能と
なった。
【0017】0.3mm以下の粒状ニッケルをめっき液 1m3
に対して10kgの割合で投入し、めっき液の温度を変化さ
せて溶解量を測定した結果を図1に示す。めっき液温度
の上昇に伴って金属ニッケルの溶解量も増大しており、
とくに75℃以上において増加が顕著である。しかし、実
機における溶解能力としては少なくとも4〜6kg/m3
要であるのに比べるとこの値ではまだ十分とはいえず、
このグラフの傾向からはさらに温度を上昇させたいとこ
ろであるが、FRPの使用上限温度を考慮し、めっき液
の温度範囲上限を 100℃とした。
【0018】つぎに、めっき液の温度を60℃、75℃、90
℃とし、金属ニッケルの投入量を10〜100 kg/m3の範囲
で変化させて溶解量を測定した結果を図2に示す。めっ
き液温度が90℃の場合、金属ニッケルの投入量が20kg/
m3以上になると実機として必要な溶解能力が達成され
る。めっき液温度が75℃の場合、金属ニッケルの投入量
が30kg/m3以上になると実機として必要な溶解能力が達
成される。
【0019】めっき液温度が60℃の場合、金属ニッケル
の添加量をいくら増加させても実機として必要な溶解能
力は達成できない。以上から、好ましいめっき液の温度
範囲は75〜100 ℃ということになり、この温度範囲にお
いて、金属ニッケルの投入量がめっき液に対して30kg/
m3以上であれば一層好ましいといえる。
【0020】なお、溶解が完了したら、溶解槽内のめっ
き液は、熱交換器8により使用温度まで冷却し、送液ポ
ンプ6によりめっき液循環槽7に送液される。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、金属ニッケルを直接め
っき液中に溶解させることができるので、高価な炭酸ニ
ッケル等の薬品を使用する場合に比べて、めっき処理に
おけるコストが大きく削減されるばかりでなく、炭酸ニ
ッケル中に含有される各種マンガン、ナトリウム、カル
シウム、塩素、珪素等の不純物による種々の設備トラブ
ルが解消され、また、従来これら不純物を除去するため
に設置していた専用の除去設備が不用となることによっ
て年間数千万円におよぶ除去費用が節減されるなどのす
ぐれた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における金属ニッケルの溶解性を示すグ
ラフである。
【図2】同じく実施例における金属ニッケルの溶解性を
示すグラフである。
【図3】本発明に係わる溶解槽付近の設備構成を示す構
成図である。
【符号の説明】
1 溶解槽 2 攪拌機 3 金属ニッケル投入装置 4 送液配管 5、8 熱交換器 6 送液ポンプ 7 めっき液循環槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水本 薫 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社 水島製鉄所内 (56)参考文献 特開 昭51−97543(JP,A) 特開 平5−25700(JP,A) 特開 平4−28895(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C25D 21/14,5/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属帯の連続電気めっき設備における亜
    鉛−ニッケル合金めっき液中へのニッケル原料の供給方
    法において、溶解槽内のめっき液を75〜100℃に昇温
    し、このめっき液に対して30kg/m3以上の粒径0.3mm 以
    下の粒状あるいは粉状の金属ニッケルを溶解槽内へ直接
    投入し、攪拌しながら溶解させることを特徴とする亜鉛
    −ニッケル合金めっき液中へのニッケル原料の供給方
    法。
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