JP3062033B2 - 鉄(iii)イオンによる錫スラッジの生成を抑制する方法 - Google Patents

鉄(iii)イオンによる錫スラッジの生成を抑制する方法

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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、ブリキ等の電気錫めっ
き鋼板の製造において、錫めっき硫酸浴中の鉄(III)イ
オンによって増加する錫スラッジの生成を抑制する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】ブリキ等の錫めっき鋼板は、現在は主と
してめっき浴としてフェロスタン浴(フェノールスルホ
ン酸浴)を用い、20A/dm2 程度の電流密度で錫め
っきすることにより製造されている。電気錫めっきの陽
極には、かっては金属錫が使われていたが、電解により
溶解するために陰極のストリップとの距離を一定に保つ
のが困難であること、また、交換が煩雑なことからチタ
ン表面を貴金属で被覆した不溶性電極が使われるケース
が多くなっている。不溶性陽極を使用する場合、電気め
っきで失われるめっき浴中の錫イオンを補給する手段と
して、金属錫粒をめっき液で流動させ、酸化剤として酸
素をめっき浴中に吹き込むことで金属錫の錫(II) イオ
ンへの酸化を促進する方法が採られている。このとき、
錫(II) はさらに酸化されて錫(IV) の酸化物の沈殿、
すなわちスラッジが生成する。不溶性陽極表面からは反
応性の高い酸素が発生し、めっき浴中の錫(II) イオン
を錫(IV) へ、また、ストリップから溶解した鉄(II)
イオンを鉄(III)イオンへと酸化する。鉄(III)イオン
は酸化力が強く、錫(II)イオンを錫(IV)へと酸化す
る。錫(IV)の溶液溶解性は低く、酸化物の沈殿すなわ
ちスラッジを生じる。
【0003】特開平4−333590号公報には、めっ
き浴中の溶存酸素により鉄(II)イオンが酸化されて生
じた鉄(III)イオンによる錫スラッジ生成の抑制方法と
して、めっき浴にα−オキシカルボン酸を添加し、その
中に含まれる−COOH基あるいは−OH基が鉄(III)
イオンと化合することによって錫(II)の酸化を抑制す
る方法が提供されている。つまり、鉄(III)イオンをマ
スキングすることにより Sn2++2Fe3+→Sn4++2Fe2+ ・・・・・(1) の反応を抑制するというものである。しかし、ここで提
供されたスラッジ抑制の方法は、フェロスタン浴に限定
されたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、環境
問題がかってないほどにクローズアップされており、電
気めっきの分野においても、排水の処理が簡便・安価
で、環境への影響が少なく、かつ低コストであるめっき
浴が望まれ、また、必要になっている。この点では、上
述のフェロスタン浴は多量の芳香族スルホン酸を含んで
いるために好ましいめっき浴ではない。環境保全に好ま
しいめっき浴としては、酸成分を無機酸とした硫酸浴が
ある。硫酸浴においても光沢添加剤やスラッジ抑制剤に
芳香族化合物を用いるが、その量はフェロスタン浴にお
ける芳香族化合物と比較して非常に少なく、環境への影
響は小さい。
【0005】硫酸は、フェロスタン浴のフェノールスル
ホン酸と異なり、錫(II)イオンを安定化する作用がな
いため、別にスラッジ抑制剤を必要とする。スラッジ抑
制剤としては、二つ以上の電子供与性置換基を有し、そ
のうちの少なくとも一つがヒドロキシ基であり、他の電
子供与性置換基がヒドロキシ基のオルト位またはパラ位
にある芳香族化合物またはその酸化体が有効である。と
ころが、めっき浴中の鉄(III)イオン濃度が高くなる
と、鉄(III)イオンが芳香族スラッジ抑制剤と錯形成す
ることによりスラッジ抑制剤の実効濃度が低下し、錫ス
ラッジ発生量が多くなるという問題点がある。そこで、
本発明の目的は、電気錫めっきに用いられる硫酸浴のス
ラッジ抑制剤の実効濃度を低下させる鉄(III)イオンの
影響を除去し、錫スラッジの発生量を抑制する方法を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、主成分として
硫酸と、錫(II)と、光沢添加剤と、二つ以上の電子供
与性置換基を有し、そのうちの少なくとも一つがヒドロ
キシ基であり、他の電子供与性置換基がヒドロキシ基の
オルト位またはパラ位にある芳香族化合物またはその酸
化体であるスラッジ抑制剤0.01〜10g/lとを含
む錫めっき硫酸浴にα−ヒドロキシカルボン酸を0.1
〜0.5mol/l添加することを特徴とする鉄(III)
イオンによる錫スラッジの生成を抑制する方法である。
【0007】
【作用】以下に本発明について詳細に説明する。従来の
フェロスタン浴では、酸成分であるフェノールスルホン
酸が錫(II)イオンと結合することによって錫(II)を
安定化し、錫(IV)への酸化ひいてはスラッジの生成を
抑制していると言われている。ところが、硫酸にはその
ような作用がないので、別の手段でスラッジ生成を抑制
する必要がある。本発明者らは、硫酸浴中の錫(II)イ
オンの溶存酸素による酸化、および陽極での酸化によっ
て生じるスラッジの生成を抑制する方法として、二つ以
上の電子供与性置換基を有し、そのうちの少なくとも一
つがヒドロキシ基であり、他の電子供与性置換基がヒド
ロキシ基のオルト位またはパラ位にある芳香族化合物ま
たはその酸化体であるスラッジ抑制剤をめっき浴に添加
することが有効であることを種々の検討から既に見いだ
した。
【0008】このスラッジ抑制剤は、ストリップから溶
解して生じた鉄(II)イオンの酸化をも抑制するが、長
期的な操業ではめっき浴中の鉄(II)イオンが増加し、
それに伴い次第に鉄(III)イオンもめっき浴中に蓄積さ
れてくる。鉄(III)イオンは前記芳香族スラッジ抑制剤
と錯形成し、スラッジ抑制剤の実効濃度を著しく低下さ
せる。つまり、スラッジ抑制剤としてジヒドロキシベン
ゼンを例にとれば、(2)式の反応が進行する。 C6 4 (OH)2 +Fe3+→[FeC6 4 (OH)O]2++H+ …(2) 硫酸には錫(II)イオンを安定化する作用はないので、
スラッジ抑制剤の実効濃度の低下によりフェロスタン浴
の数倍のスラッジを生成するようになる。そこで、めっ
き浴中の鉄(III)イオンとスラッジ抑制剤の錯形成反応
(2)を防止する必要がある。
【0009】本発明者らは鉄(III)−スラッジ抑制剤錯
体を生じさせない物質について種々検討し、鉄(III)イ
オン−スラッジ抑制剤錯体よりも安定度の高い鉄(III)
錯体を形成する配位子をめっき浴に存在させればよいと
いう結論に達した。最も効果的な物質はα−ヒドロキシ
カルボン酸である。α−ヒドロキシカルボン酸は分子中
に、 −C(OH)−COOH なる構造を含むカルボン酸で、−COOH基が酸解離し
て静電的に鉄(III)と結合し、−OH基の酸素原子の非
共有電子対が鉄(III)イオンの空の電子軌道に配位する
ことで安定な5員環キレートを形成する。キレート生成
量は、金属イオン濃度、酸濃度、配位子の酸解離定数、
配位子濃度、錯体の安定度定数によって決まる。スラッ
ジ抑制剤とα−ヒドロキシカルボン酸の鉄(III)イオン
との錯形成能の違いは、低pH溶液中であるためにスラ
ッジ抑制剤の−OH基の酸解離がα−ヒドロキシカルボ
ン酸の酸解離と比べて非常に起こりにくいことに起因し
ていると考えられる。
【0010】α−ヒドロキシカルボン酸の濃度は0.1
〜0.5mol/lとする。0.1mol/l未満では
特に鉄(III)イオン濃度が高い場合に効果が小さい。
0.5mol/lを超えてもめっきへの悪影響は認めら
れないが、通常の鉄(III)イオン濃度ではこれ以上の添
加は効果が飽和するため必要がない。めっき浴中の鉄
(III)濃度は通常2〜20g/lすなわち0.036〜
0.36mol/lの範囲に入り、α−ヒドロキシカル
ボン酸と1:1錯体を形成するため、α−ヒドロキシカ
ルボン酸濃度はこれより高めが適正である。
【0011】本発明においてめっき浴の酸成分としては
硫酸を用いる。硫酸は、若干のミストが出るものの、本
質的に不揮発性で作業環境や大気の汚染が少ない上、廃
液処理上の問題が、従来の有機スルホン酸を用いる浴と
比較して少なく、低価格である点も工業的に有利であ
る。硫酸濃度は5〜100g/lの範囲で用いることが
好ましい。5g/l未満ではめっき光沢が優れず、浴の
pHが高く、電解時に陰極近傍でさらにpHが高くなっ
て錫が水酸化物または酸化物の形で沈殿しやすい。50
g/lを超えると電解時の水素発生が多くなるとともに
一旦析出した錫が溶解しやすくなるために見かけのめっ
き効率が低下する。しかし、硫酸濃度にほぼ比例してめ
っき浴の電導度が高くなり、めっき電力コストを低くす
ることができる。硫酸の高濃度化による薬液コストの増
加およびめっき効率の低下によるコストアップと、電導
度上昇による電力コストの低下とが、バランスする硫酸
濃度は100g/lであり、これ以上の濃度の硫酸添加
は経済的に不利である。
【0012】建浴時の錫としては二価の錫塩を加える。
特に硫酸錫(II)として加えることが望ましい。錫(I
I)濃度は10〜100g/lが好ましい。10g/l
未満では高電流密度でめっきを行うと、いわゆるめっき
やけを生じ、高品質のブリキを得ることが困難である。
100g/lを超えるとストリップが持ち出す錫(II)
イオンが多くなるので、経済的に不利である。電解によ
り減少するめっき浴中の錫(II)の添加方法としては、
陽極に金属錫を用いる方法、金属錫をめっき液中で酸素
により酸化する方法のどちらでもよい。錫めっきの光沢
添加剤は特に限定しない。有機スルホン酸浴で使用され
る光沢添加剤が使用可能である。一例として、フェロス
タン浴で使用されるENSA(エトキシ化α−ナフトー
ルスルホン酸)が問題なく使用できる。
【0013】スラッジ抑制剤としては、二つ以上の電子
供与性置換基を有し、そのうちの少なくとも一つがヒド
ロキシ基であり、他の電子供与性置換基がヒドロキシ基
のオルト位またはパラ位にある芳香族化合物またはその
酸化体を0.01〜10g/lで用いる。スラッジ抑制
剤としては、ヒドロキノン、o−ヒドロキシアニソー
ル、p−ヒドロキシアニソール、ピロガロール、o−ア
ミノフェノール、p−アミノフェノール等を挙げること
ができる。そのスラッジ抑制剤は、0.01mol/l
未満ではスラッジ抑制効果が不十分である。10g/l
を超えるとスラッジ抑制効果が飽和してくるとともに、
経済的に不利となるため好ましくない。本発明のめっき
浴を用いた電析の陰極電流効率は良好であり、まためっ
き外観、耐食性も良好であり、α−ヒドロキシカルボン
酸のめっきへの悪影響は認められない。
【0014】
【実施例】
実施例1 以下に記した方法により、スラッジ生成について試験し
た。めっき浴に共通の組成は下記の通りである。 錫(II) 60.0g/l 硫酸 16.7g/l ENSA 4.0g/l 鉄(III) 10.0g/l スラッジ抑制剤およびα−ヒドロキシカルボン酸につい
ては表1に記載した。浴温は全て45℃に統一した。内
径105mm、高さ800mmの錫溶解槽に粒径2.8
mmの錫粒を5kg充填し、80リットルのめっき液を
60リットル/分で循環させ、1.5リットル/分の酸
素を吹き込んだ。溶解槽内圧力は2kgf/cm2 とし
た。酸素吹き込み2時間後のめっき液2リットルをろ過
し、生成したスラッジの重量を測定した。スラッジ量
0.2g/l以下を十分なスラッジ抑制効果ありとし
た。
【0015】表1に結果を示すように、実施例1〜4
は、スラッジ抑制剤とα−ヒドロキシカルボン酸の濃度
が適正であり、十分なスラッジ抑制効果が認められた。
比較例1はスラッジ抑制剤濃度が低いためにスラッジ抑
制が不十分であった。比較例2はスラッジ抑制効果は十
分であるが、スラッジ抑制剤濃度が高く、経済的に不利
で、排水処理上も好ましくない例である。比較例3はα
−ヒドロキシカルボン酸濃度が低く、鉄(III)イオンの
影響が残存し、スラッジが多量に発生した。比較例4は
スラッジ抑制効果は十分であるが、α−ヒドロキシカル
ボン酸濃度が高く、経済的に不利である。
【0016】
【表1】
【0017】実施例2 次に、実施例1で用いためっき浴の組成のうち、硫酸濃
度を50.0g/lに上げて、実施例1と同様な試験を
行った。表2に結果を示すように、硫酸濃度を上げても
十分なスラッジ抑制効果が得られた。
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】本発明の方法によれば、低コスト、低公
害というメリットがある一方、鉄(III)イオンにより
スラッジ抑制剤の効果が低減し多量のスラッジが発生す
る硫酸浴のスラッジを大幅に抑制することが可能とな
り、経済的効果が大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 3/30 C25D 21/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分として硫酸と、錫(II) と、光沢
    添加剤と、二つ以上の電子供与性置換基を有し、そのう
    ちの少なくとも一つがヒドロキシ基であり、他の電子供
    与性置換基がヒドロキシ基のオルト位またはパラ位にあ
    る芳香族化合物またはその酸化体であるスラッジ抑制剤
    0.01〜10g/lとを含む錫めっき硫酸浴にα−ヒ
    ドロキシカルボン酸を0.1〜0.5mol/l添加す
    ることを特徴とする鉄(III)イオンによる錫スラッジの
    生成を抑制する方法。
  2. 【請求項2】 α−ヒドロキシカルボン酸濃度が錫めっ
    き硫酸浴中の鉄(III)濃度より高いことを特徴とする請
    求項1記載の鉄 (III)イオンによる錫スラッジの生成を
    抑制する方法。
  3. 【請求項3】 硫酸濃度が5〜100g/l、錫(II)
    濃度が10〜100g/lである請求項1記載の鉄(II
    I)イオンによる錫スラッジの生成を抑制する方法。
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