JP4269817B2 - 電解精錬用電極板とその製造方法、及びこの電解精錬用電極板を用いた電解精錬方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属の電解精錬において陰極として用いられる電解精錬用電極板（以下、単に電極板とする）とその製造方法、及びこの電解精錬用電極板を用いた電解精錬方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属の電解精錬においては、精錬する金属とは異なる金属からなる電極板を陰極とし、これを精錬する金属からなる陽極とともに電解槽に収納して硫酸を含む電解液に浸して電解を行うか（電解精製）、または原料金属が含まれる電解液を用いて電解を行うことで（電解採取）、電極板の両表面に陽極から溶出した金属を析出電着させ、これを剥離して板状精製物を得る（例えば、特許文献１参照）。以下、析出電着物をカソード電着物とする。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−０３６９９０号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の電解精錬において電極板として用いることができる材質は、電気化学的な理由から、電解精錬する金属の種類によって決定される。例えば、銅の電解精錬の場合には、銅、チタン、ステンレス製の電極板が用いられ、亜鉛の電解精錬を行う場合には、アルミニウム製の電極板が用いられる。
しかし、電解精錬に用いられる電解液は硫酸を含んでいるため、亜鉛の電解精錬のように電極板として耐酸性を有していない材質を用いなくてはならない場合には、電解液による電極板の侵食が問題となる。
【０００５】
電極板は、電解槽中の電解液にほぼ全体を浸された状態にして陰極端子に吊り下げ支持されており、電極板において、電解液中に浸っている部分は陰極として作用するために電解液に侵食されないが、電解液上に露出されている領域、または電解液の液面の変動によって電解液上に露出される領域では、電極板の表面が電解液の飛沫やミストによって侵食されてしまう。
特に、電解採取を行う場合には、両電極間に供給する電流量が電解精製の場合に比べて非常に大きいために電解液中の成分が電気分解されて気泡を生じるので、電解液の液面が変動するとともに、液面上に電解液のミストが大量に発生する。
【０００６】
このため、耐酸性を持たない電極板を使用する電解精錬では、数ヶ月から１２ヶ月おきと頻繁に電極板の交換を行う必要があり、電極板の補充にコストがかかるとともに、交換作業が煩雑であった。
これに対して、添加物を加えたり合金化するなどして電極板自体の耐食性を向上させることも可能ではあるが、この場合には電極板の物性が変化してしまい、電着の効率が低下したり、カソード電着物の剥離性が低下してしまうため、現実的な方法ではない。また、電極板には数百Ａ／ｍ^２もの大電流が流されるので、耐久性や発火に対する安全性が問題となるため、電極板に一般的な耐食コートを施すことはできなかった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電解液による侵食が生じにくい電極板とその製造方法、及びこの電解精錬用電極板を用いた電解精錬方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる電極板は、電解槽中の電解液にほぼ全体を浸された状態にして陰極端子に吊り下げ支持されて、電解精錬の陰極として用いられる電解精錬用電極板であって、板本体のうち、電解液の液面上に露出され得る領域のうちの少なくとも一部が、耐酸性及び耐熱性を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＳＦ（ポリフェニルサルフォン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、またはＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）のエンジニアリングプラスチック樹脂を焼付けて５０μｍ以上６００μｍ以下の厚さで形成した保護層によって被覆されていることを特徴としている。
【０００８】
このように構成される電極板においては、板本体のうち、電解液の液面上に露出され得る領域のうちの少なくとも一部が、耐酸性及び耐熱性を有するエンジニアリングプラスチック樹脂からなる保護層によって被覆されていて、この部分の保護が図られている。
このため、板本体として耐酸性を持たない材質を用いても、電解液の飛沫やミストによる板本体の侵食が防止される。また、保護層を構成する樹脂は耐熱性を有しているので、電極板に大電流が流されても、耐久性の低下や発火の恐れがない。
この保護層は、板本体のうち、電解液の液面上に露出され得る領域、すなわち通常は液面下にあるものの、液面が変動することによって液面上に露出される可能性のある領域も含めて形成することが望ましい。
また、保護層は、板本体において液面上に露出する領域全域に形成する必要はなく、液面より十分に離間していて電解液の飛沫やミストによる侵食が問題とならない領域では形成されていなくてもよい。
このような保護層は、前記樹脂を焼き付け成形することによって形成され、その厚さが５０μｍ以上であることによって、ピンホールの発生を防止でき、また、その厚さが６００μｍ以下であることによって、電極板の熱変形に追従して伸縮しやすい保護層を形成することが可能になるとともに、生産コストを低減することが可能になる。
【０００９】
また、この電極板においては、前記保護層を構成する樹脂として、ＰＰＳ、ＰＰＳＦ、ＰＥＥＫ、またはＰＰＥを用いている。
これらの樹脂は、十分な耐久性（耐酸性、耐熱性、耐磨耗性等）を持たせつつ、薄いシート状または膜状に加工することが可能であり、これら樹脂を焼き付けて確実に５０μｍ以上６００μｍ以下の厚さで保護層を薄く形成することが可能になる。これにより、保護層が電極板の変形に追従して伸縮しやすくなり、電極板に対する保護層の密着性が向上する。
【００１０】
本発明にかかる電極板の製造方法は、電解槽中の電解液にほぼ全体を浸された状態にして陰極端子に吊り下げ支持されて、電解精錬の陰極として用いられる電解精錬用電極板の製造方法であって、板本体のうち、電解液の液面上に露出され得る領域に、耐酸性及び耐熱性を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＳＦ（ポリフェニルサルフォン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、またはＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）のエンジニアリングプラスチック樹脂を焼付けて５０μｍ以上６００μｍ以下の厚さの保護層を形成することを特徴としている。
この電極板の製造方法では、板本体の表面に前記樹脂を焼き付けによって保護層を形成することで、薄くて板本体に対する付着強度の高い保護層を形成することができ、運搬中やカソード電着物の剥離作業の際にこすれるなどしても削り取られにくいので、繰り返しの使用に耐え、使用の都度、保護層の除去作業及び再設置作業を行う必要がない。
【００１１】
本発明にかかる電解精錬法は、電解精錬の陰極として、請求項１記載の電極板を用いることを特徴としている。
この電解精錬法においては、電極板として、電解液に侵食される領域が保護層によって被覆された電極板を用いており、電解液による電極板の侵食が生じにくいので、電極板の交換頻度が少なくて済む。
また、保護層を構成する樹脂は耐熱性を有しているので、電極板に大電流が流されても、耐久性の低下や発火の恐れがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図を用いて説明する。本実施の形態では、亜鉛精錬に用いる電極板について説明するが、これに限らず、本発明は、他の金属の精錬に用いる電極板に適用してもよい。ここで、図１は、本実施形態にかかる電極板の形状を示す正面図である。
電極板１は、図１に示すように、略四角形状をなす導体製の板本体２と、板本体２の上縁部に沿って両端を板本体の両側端から突出させて設けられる導体製のハンガーバー３とを有している。
本実施の形態では、板本体２及びハンガーバー３は、アルミニウムの一体成形品とされている。
この電極板１は、電解精錬の際には、電解槽中の電解液に対してほぼ全体を浸されるものである。ここで、電解精錬の際の電解液の液面Ｅの位置を、図１に二点鎖線で示す。
【００１３】
板本体２には、電解液の液面Ｅ上に露出され得る領域のうちの少なくとも一部が、耐酸性及び耐熱性を有するエンジニアリングプラスチック樹脂からなる保護層４によって被覆されている。
この保護層４が形成される領域は、板本体２のうち、電解精錬の際に電解液の液面Ｅ上に露出され得る領域、すなわち通常は液面Ｅ下にあるものの、液面Ｅが変動することによって液面Ｅ上に露出される可能性のある領域も含めて形成することが望ましい。
本実施の形態では、電解槽中の他の電極板を電解液から引き上げた際（揚げ板時）等、液面Ｅが下がる場合を考慮して、保護層４は、板本体２において通常の液面Ｅより２ｃｍ下までの範囲に保護層４を形成している。
このような保護層は、前記樹脂を焼き付け成形することによって形成されている。
【００１４】
保護層４を構成する樹脂としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＳＦ（ポリフェニルサルフォン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、またはＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）を用いる。
これらの樹脂は、十分な耐久性（耐酸性、耐熱性、耐磨耗性等）を持たせつつ、薄いシート状または膜状に加工することが可能である。また、これらの樹脂は絶縁性も有しているので、保護層４へのカソード電着物の析出も防止される。
ここで、一般に、エンジニアリングプラスチック樹脂には、ＰＰＳ、ＰＰＳＦ、ＰＥＥＫ、ＰＰＥの他にフッ素系樹脂もある。しかしながら、このフッ素系樹脂自体は優れた耐酸性を有しているが、そのままでは金属製の電極板の表面に定着させることができず、電極板の表面に下地としてプライマーを設ける必要がある。そして、プライマーはフッ素系樹脂ほどの耐酸性を有していないので、フッ素系樹脂からなる絶縁層６の実質的な耐酸性は、プライマーの耐酸性に左右される。
これに対して、ＰＰＳ、ＰＰＳＦ、ＰＥＥＫ、ＰＰＥは、焼き付け等によって電極板の表面に直接定着させることができ、プライマーが不要であるから、絶縁層６をより長寿命とすることができる。
【００１５】
また、板本体２には、板本体２の両面に電着するカソード電着物が板本体２の縁部において接続するのを防止し、かつカソード電着物の剥離を容易にし、さらに陰陽両極が接触しないように、その下縁部２ａは、絶縁性、耐酸性、及び耐熱性を有する樹脂やワックス等からなる絶縁層６によって被覆されており、両側縁部２ｂ、２ｃには、縁部絶縁部材８が取り付けられている。
ここで、電解液中には不純物が浮遊しているので、板本体２の下縁部２ａに縁部絶縁部材８を取り付けると、その上部、すなわち板本体２の表面に対向する領域に不純物が堆積して、板本体２の表面に析出したカソード電着物中に取り込まれてしまう。
このため、下縁部２ａには、板本体２の表面から突出する部分を極力少なくするため、縁部絶縁部材８ではなく、より薄い絶縁層６が設けられる。
【００１６】
ここで、絶縁層６は、板本体２にワックスを塗布することによって形成してもよく、また保護層４と同様の樹脂からなる樹脂層を設けることによって形成してもよい。
また、板本体２の両側縁部２ｂ、２ｃのうち、少なくとも電解槽の電解液に浸けられる領域は、耐酸性及び耐熱性を有するシールテープ（図示せず）が貼り付けられており、縁部絶縁部材８は、このシールテープの上に装着されている。
縁部絶縁部材８は、柱状の部材本体５の一側面に板本体２を装着する装着溝が形成されたものであって、この装着溝に板本体２の縁部を係合させることで板本体２に対してその縁部を覆った状態にして装着される。
【００１７】
このように構成される電極板１は、以下のようにして製造される。
まず、略四角形状の導体板からなる板本体２において、電解精錬の際に電解液の液面Ｅ上に露出され得る領域に、耐酸性、及び耐熱性を有する樹脂からなる層を形成して、保護層４とする。
保護層４は、板本体２に対して、樹脂を焼付けすることによって形成する。
ここで、保護層４を焼付けによって形成する場合には、保護層４にピンホールが生じないよう、保護層４の厚みＤは５０μｍ以上の厚みとされる。一方、保護層４を電極板１の熱変形に追従して伸縮しやすくするため、また生産コストを低減するため、保護層４の厚みＤは６００μｍ以下とされる。
【００１８】
本実施の形態では、板本体２に高高分子ＰＰＳを焼き付けることで保護層４を形成している。また、保護層４の厚みＤは、１００μｍとしている。
樹脂の焼付けは、樹脂が溶解または懸濁された液を板本体２に塗布または吹付けて乾燥させた後、焼成炉で焼付け、溶着させることにより行う。このように焼き付けを行うことで、保護層４の表面は平滑面とされる。
【００１９】
このようにして保護層４を形成した後に、板本体２の下端２ａに樹脂またはワックスからなる絶縁層６を形成し、最後に、板本体２の両側縁部２ｂ、２ｃに、耐酸性及び耐熱性を有するシールテープを貼り付け、その上に縁部絶縁部材８を装着することによって電極板１を完成させる。
ここで、保護層４の形成作業と絶縁層６の形成作業は、どちらを先に行ってもよく、絶縁層６を樹脂層によって構成する場合には、これらの作業を同時に行ってもよい。
【００２０】
以下より、このように構成される電極板１を用いた電解精錬の各工程について説明する。
まず、板本体２が電解槽内に収容されるようにしてハンガーバー３の両端部を陰極端子で支持して、板本体２を電解槽中の硫酸を含む電解液に浸す。ここで、亜鉛の電解精錬の場合には、電解液の温度は３５°Ｃから４０°Ｃであり、この電解精錬工程は、例えば２日間継続して行われる。
そして、この状態で陽極に接続される陽極端子と前記陰極端子との間で電流を流すことで、陽極から溶出した金属、または電解液中に含まれる金属を電極板１の板本体２の表面に析出、電着させる。
【００２１】
このとき、板本体２において電解液上に露出している領域には、電解液の飛沫やミストが接触するが、この領域には保護層４が形成されていて板本体２が保護されているので、板本体２自体が電解液の飛沫やミストに接触することがなく、板本体２として耐酸性を持たない材質を用いても、板本体２に電解液による侵食が生じない。
また、従来の電極板では、板本体において電解液の液面Ｅ上に位置する領域で板本体と縁部絶縁部材８との間の隙間で腐食が生じることによって板本体と縁部絶縁部材８とが固着してしまうことがあったが、この電極板１では、板本体２において液面Ｅ上に位置する領域が保護層４によって保護されているので、縁部絶縁部材８の固着が生じない。
【００２２】
そして、電解精錬工程を終えた後、電極板１を電解槽から引き上げて、常温下で板本体２に析出したカソード電着物の剥離作業を行う。この剥離作業の所要時間は、２時間から３時間である。
この剥離作業を終えたのちは、７０°Ｃから８０°Ｃの温水によって電極板１を数秒間洗浄した後、再度電解精錬工程に使用する。
【００２３】
本実施の形態では、電極板１に形成した保護層４は、１００μｍとごく薄い膜状に形成されているので、板本体２に変形が生じても、保護層４は板本体２の変形に追従して伸縮しやすく、電極板に対する絶縁層の密着性が向上して剥離が生じにくくなる。そして、この保護層４は、樹脂を焼き付けることによって形成されているので、板本体２に対する付着強度が高く、板本体２の運搬時やカソード電着物の剥離作業の際にこすれるなどしても削り取られにくい。
さらに、保護層４を構成する高高分子ＰＰＳは、その線膨張係数が、板本体２を構成するアルミニウムの線膨張係数に近いので、上記の各工程で板本体２に熱変形が生じても保護層４の剥離が生じにくい。
【００２４】
このように、本実施の形態にかかる電極板１を用いた電解精錬法では、電極板１が保護層４によって電解液から保護されており、電解液による電極板１の侵食が生じにくいので、電極板１の交換頻度を著しく低減することができ、労力とコストを著しく低減することができる。
さらに、この保護層４が繰り返しの使用に耐えるので、保護層４の除去作業及び再設置作業を行う頻度が少なくて済み、電解精錬にかかる労力とコストを著しく低減することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明にかかる電極板は、板本体において電解液の液面上に露出し得る領域が、耐酸性及び耐熱性を有する樹脂からなる保護層によって被覆されているので、電解液による電極板の侵食が生じにくくなり、電極板の寿命を顕著に向上させることができ、電極板にかかるコスト、及び電極板の交換にかかる労力を著しく低減することができる。
【００２６】
本発明にかかる電極板の製造方法によれば、板本体の表面に前記樹脂を焼き付けるので、板本体に対する付着強度の高い保護層を形成することができ、保護層の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
本発明にかかる電解精錬法によれば、電解精錬の陰極として、請求項１記載の電極板を用いているので、電極板の交換頻度を著しく低減することができ、電解精錬にかかる労力とコストを著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態にかかる電極板の形状を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 電解精錬用電極板 ２ 板本体
４ 保護層 Ｅ 電解液の液面

Claims (3)

1. 電解槽中の電解液にほぼ全体を浸された状態にして陰極端子に吊り下げ支持されて、電解精錬の陰極として用いられる電解精錬用電極板であって、
   板本体のうち、電解液の液面上に露出され得る領域のうちの少なくとも一部が、耐酸性及び耐熱性を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＳＦ（ポリフェニルサルフォン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、またはＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）のエンジニアリングプラスチック樹脂を焼付けて５０μｍ以上６００μｍ以下の厚さで形成した保護層によって被覆されていることを特徴とする電解精錬用電極板。
2. 電解槽中の電解液にほぼ全体を浸された状態にして陰極端子に吊り下げ支持されて、電解精錬の陰極として用いられる電解精錬用電極板の製造方法であって、
   板本体のうち、電解液の液面上に露出され得る領域に、耐酸性及び耐熱性を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＳＦ（ポリフェニルサルフォン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、またはＰＰＥ（ポリフェニルエーテル）のエンジニアリングプラスチック樹脂を焼付けて５０μｍ以上６００μｍ以下の厚さの保護層を形成することを特徴とする電解用電極板の製造方法。
3. 電解精錬の陰極として、請求項１記載の電解精錬用電極板を用いることを特徴とする電解精錬法。

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