JP4674781B2

JP4674781B2 - 電解装置

Info

Publication number: JP4674781B2
Application number: JP2001205985A
Authority: JP
Inventors: 峰男野崎; 教子佐藤
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP2003027271A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解装置に関し、特に、電解液が高濃度あるいは高粘度のスラリー状態を示す溶液であってもこの電解液中から回収しようとする金属を析出させて回収するための電解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電解装置としては、電解槽内に複数の陰極板と陽極板とを交互に対置させて固定した電極板固定式電解装置、ならびに特開昭６２−１５８８９４号に示されているように、陰極を回転円板陰極とし、陽極を固定した陰極回転式電解装置が知られている。さらには、本出願人は、特願平１１−３０５０８９号として充填層電極を用いた電解装置を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電極板固定式電解装置により、高濃度スラリーを電解する場合には、電極間にスラリーのＳＳ分が経時的に捕捉されてそのスラリーの偏流が生じる。さらに液溜まりではスラリー中のＳＳ分の沈澱が生じる。これにより、電極は有効に作用せず、電極表面での反応が不十分となり回収率が低くなる。スラリー中のＳＳ分の沈殿を防ぐために、スラリー流量を増すと、ＳＳ分の沈殿は防げるが、さらにスラリーの偏流を起こす恐れも生じる。
【０００４】
他方、陰極回転式電解装置は、陰極の回転により、限界電流密度を高めることができる点で有効であるが、電極板固定式電解装置同様にスラリーの偏流及びスラリー中のＳＳ分の沈殿は防止し難く、これまた目的金属の回収率は十分高いものではない。
【０００５】
また、特願平１１−３０５０８９号に提案した充填層電極を用いた電解装置において、高濃度スラリーを電解することは原理的に可能であるが、現実的には、充填層電極間にスラリー中のＳＳ分が経時的に捕捉されて、充填層内において偏流が生じる。この偏流によって、充填層電極が有効に作用せず、電極表面での反応が不十分となり、回収効率が低くなる。また、長期運転も不可能となる。充填電極にＳＳ分が捕捉されないように、スラリー流量を増加させると、イオンの電極表面への拡散が促進されて限界電流密度を大きくできるが、上向流の場合、陰極充填物が浮上したり、陰極析出物が剥がれやすくなったりするので、回収効率が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明の主たる課題は、電解液が高濃度あるいは高粘度のスラリー状態であっても、スラリーの偏流及び懸濁粒子（たとえばＳＳ分）の沈澱が生じることなく電解が可能で、しかも電解液中から電解によって金属を回収しようとする場合に確実に陰極表面に析出させ、かつその回収率を高めることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
電解槽内に、回転自在に支持されこの軸心周りに回転する回転円板陰極と、前記回転円板陰極と平行に配置され、かつ、前記回転軸の軸心方向を移動方向として往復移動する板状陽極とを備えることを特徴とする電解装置。
【０００８】
（作用効果）
陰極を回転円板陰極とすることにより、陰極の電気化学反応種の拡散が促進され、限界電流密度を高めることができ、電流効率が高まる。しかも、板状陽極を回転円板陰極に対して接近及び離反するように揺動させるものとしたので、電解液を攪拌できるため、電解液が高濃度及び高粘度の場合でも偏流を防止でき、特にスラリー状態の場合には懸濁粒子の沈降を防止できる。これらの両者が相俟って、高濃度及び高粘度のスラリー状態の電解液中においても、電解によって目的金属を確実に陰極表面に析出させ、もってその回収率を高めることができる。
【０００９】
＜請求項２記載の発明＞
回転円板陰極と対向して掻取り部材を配置し、その掻取り部材の掻取り部を前記回転円板陰極の回転方向と交差する方向に沿わせてある請求項１記載の電解装置。
【００１０】
（作用効果）
陰極が回転円板陰極であるために、回転円板陰極と対向して掻取り部材を配置し、その掻取り部材の掻取り部を回転円板陰極の回転方向と交差する方向に沿わせておけば、陰極に電析する金属を簡単に掻取ることができ、回収に有効なものとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳述する。
（装置例）
図１は本発明の電解装置の縦断面図、図２は横断面図、図３は揺動手段の要部斜視図である。
【００１２】
電解装置は、適宜場所に設置された保持フレーム体１０に、電解槽１が設けられている。電解槽の形状は、電極を配した際に回転円板陰極の円弧形状に相似させるのが好ましい。これによりさらにスラリー偏流や液溜まりを防ぐことができる。電解槽には電解液を供給及び排出するための供給口及び排出口を、好ましくは長手方向両端に備えている（図示せず）。
【００１３】
保持フレーム体１０及び電解槽１を貫通して、たとえばステンレス製の丸棒からなる回転軸２０が電解液Ｌ液面上の位置に配設され、この回転軸２０に、複数のたとえばステンレス製の回転円板陰極３０,３０…が長手方向（図１の左右方向）に間隔を置いて固定されている。これらの回転円板陰極３０,３０…は、電解液に対して不活性な材料であれば、ステンレスに限定されることなく黒鉛、白金でもよいが、取り扱い性の良さとコストの観点からステンレスが望ましい。回転軸２０の保持フレーム体１０及び電解槽１の貫通部は、絶縁体かつ液もれを防ぐシール部材などの概略的に示すシール手段２０Ａによりシールされている。
【００１４】
陰極を構成する回転円板陰極３０,３０…に対して、交互に複数の板状陽極４０，４０…が配置され、これら板状陽極４０，４０…は、揺動フレーム５０に一体的に保持されている。板状陽極４０としては、たとえば耐腐食性の強いグラファイト板または金属酸化物電極板を外形を逆アーチ状に加工して中央部に切欠部４０ａ形成し、この切欠部４０ａの上部を回転軸２０が遊びをもって回転可能なように貫通している。揺動フレーム５０は、横断面アングル形状の側フレーム５０ａと、角形の端部フレーム５０ｂとを枠組みしたもので、揺動手段としてのモータ駆動によるクランクピストン機構や、図示のように揺動シリンダ５１によって長手方向に揺動（往復移動）するように構成されている。揺動フレーム５０の側フレーム５０ａ，５０ａ間に跨って吊持枠５０ｃ，５０ｃ…の両端が各側フレーム５０ａ，５０ａ上に乗った状態でセットされている。これらの各吊持枠５０ｃ，５０ｃ…に板状陽極４０，４０…がさらに取り付けられて固定されている（固定詳細構造図示せず）。吊持枠５０ｃは板状陽極４０と共に側フレーム５０ａ，５０ａに対してセット及び取り外し可能としてある。
【００１５】
電解槽１の側部の張出しフランジ部には、走行レール１ａ，１ａが設けられ、これらの走行レール１ａ，１ａに側フレーム５０，５０が対向した配置関係としてある。側フレーム５０の適宜の個所に、ガイドローラ５２，５２…が長手方向に間隔を置いて複数、自由回転自在に支持されている。揺動フレーム５０の揺動（往復移動）によって、ガイドローラ５２は、走行レール１ａと側フレーム５０との間において、円滑な移動を約束する。
【００１６】
６０は電解槽１のカバーである。カバー６０の一部には、電解により発生するガスを排出するためのガス排気口６１が設けられている。図１及び図２によって判るように、各回転円板陰極３０の回転方向下流には、その両面に接して、ゴム等の絶縁材からなる掻取り部材６２が配置され（一部の図示を省略してある）、その掻取り部材６２の掻取り部を回転円板陰極３０の回転方向と交差する方向に沿わせてある。掻取り部材６２は一側部を撓ませて他側部を、電解槽１に対して固定した保持体６３に固定することにより、一側部の縁を掻取り部として回転円板陰極３０を圧接させるようにしてある。
【００１７】
これによって電解液から電解で回転円板陰極３０表面に析出する金属を簡単に掻取ることができので、析出した金属を回収する場合に有効なものとなる。この掻取り装置は、金属がデンドライド状となって析出する場合に特に好適である。回転円板陰極３０の主面（円形面）に目的金属がメッキ状に析出する場合には、電解槽から陰極部を取り外し、主面に析出した電析金属膜を剥離して回収するようにするのが望ましい。あるいは、回転円板陰極３０を回収目的金属と同素材にするとさらに高純度で目的金属を回収することもできる。
【００１８】
一方、図１に示すように、ギアードモータ７０の出力軸７０ａとゴム７１ａを絶縁体とする絶縁カップリング７１により連結され、回転駆動力が回転軸２０に伝達される。これにより回転軸２０に固定された円板回転陰極３０は、連結部を介して任意の回転数で回転可能なようにしてある。軸受７２は、たとえば、超高分子ポリエチレンやテフロン（登録商標）などの絶縁体からなり回転軸２０を支持する。他方の端部における軸受７２も同様である。回転円板陰極３０,３０…に対する給電は、給電ケーブル７３の導電路がスリップリング７４を介して行なわれるようにしてある。また、回転円板陰極３０の電位を測定し、回転円板陰極３０の電位を制御する電位制御手段を備えている（図示せず）。
【００１９】
他方で、揺動シリンダ５１と角形の端部フレーム５０ｂとの絶縁連結としては、たとえば図３に示されているように、端部フレーム５０ｂに超高分子ポリエチレン又はテフロン（登録商標）などの雄絶縁体５５を固定し、揺動シリンダ５１のロッドに超高分子ポリエチレン又はテフロン（登録商標）などの雌絶縁体５６を固定し、これらをピン５７により連結する構造とすることができる。
【００２０】
（適用例１）
上記の電解装置を用いて塩化鉄及び塩化銅を含むプリント基板のエッチング廃酸から金属銅の回収を試みた。このエッチング廃酸は、廃酸中に第二鉄イオンを含んでいるため、第二鉄イオンの第一鉄イオンへの還元反応をさせることなく、銅を電解で回収した。
具体的に、エッチング廃酸１２４０ｇ、水酸化カルシウムを用いてｐＨ４に調整して、廃酸中の第二鉄イオンを水酸化鉄として、電気化学反応しにくい形態とした電解液スラリー１８００ｇから１２５０を分取して、試料とした
【００２１】
この試料中の銅含有量は１１３３０ｍｇ／ｋｇ、鉄含有量は５２４６０ｍｇ／ｋｇであった。
電解装置の運転条件は、陰極板の回転速度を５０ｒｐｍ、陽極のストローク長を１３ｍｍ、陽極の往復周期を３３回／ｍｉｎ、電解電流を１．５Ａで９時間の電解を行った。
電解抽出中の、前記スラリー中の銅イオン濃度および鉄イオン濃度の経時的変化を、表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
電解抽出終了後にスラリー中の銅含有量は、４３ｍｇ／ｋｇであった。回収率は９９．６％であった。
【００２４】
（適用例２）
本発明にかかる電解槽の開口部と電解槽外部に設けたスラリータンクとを、スラリー供給管およびスラリー排出管で接続し、電解液であるスラリーをスラリーポンプで循環させるように構成して電解抽出を行った。
適用例１と同様のエッチング廃酸に水酸化カルシウムを添加してｐＨ３に調整して、第二鉄イオンを水酸化鉄として電気化学反応しにくい形態とした電解液スラリーから２０００ｇを分取して、これを試料とした。この試料中の銅含有量は１０６１０ｍｇ／ｋｇ、鉄含有量は５２６００ｍｇ／ｋｇであった。また、本実施例においては、電解抽出中のスラリーのｐＨ条件を一定にするためにスラリータンクにｐＨ測定器を設けるとともに、ｐＨの測定結果に応じて薬液注入ポンプを用いて水酸化カルシウムをスラリータンクに供給するようにし、ｐＨ調整を行った。
電解装置の運転条件は、陰極板の回転速度１００ｒｐｍ、陽極のストローク長１３ｍｍ、陽極の往復周期２９回／ｍｉｎ、電解電流２．２Ａで、７時間の電解を行った。
電解抽出中の、前記スラリー中の銅イオン濃度および鉄イオン濃度の経時的変化を表２に示す。
【００２５】
【表２】

【００２６】
電解終了後のスラリー中の銅含有量は、５５ｍｇ／ｋｇであった。回収率は９７．１％である。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述のとおり、本発明によれば、電解液が高濃度あるいは高粘度のスラリー状態であっても、スラリーの偏流及び懸濁粒子の沈澱が生じることなく電解が可能で、目的金属を確実に陰極表面に析出させ、もってその回収率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電解装置の縦断面図である。
【図２】横断面図である。
【図３】揺動手段の要部斜視図である。
【符号の説明】
１…電解部、１０…電解槽、２０…保持フレーム体、３０…回転円板陰極、４０…板状陽極、５０…揺動フレーム、５１…揺動シリンダ。

Claims

電解槽内に、回転自在に支持されこの軸心周りに回転する回転円板陰極と、前記回転円板陰極と平行に配置され、かつ、前記回転軸の軸心方向を移動方向として往復移動する板状陽極とを備えることを特徴とする電解装置。
回転円板陰極と対向して掻取り部材を配置し、その掻取り部材の掻取り部を前記回転円板陰極の回転方向と交差する方向に沿わせてある請求項１記載の電解装置。