JP5446419B2

JP5446419B2 - 電解精製用の絶縁材付き陰極板

Info

Publication number: JP5446419B2
Application number: JP2009101727A
Authority: JP
Inventors: 英和青木; 諭松原; 修中野
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-04-20
Also published as: JP2010248596A

Description

本発明は、銅などの金属を電解精製する場合に使用する、両側縁に絶縁材を取り付けたパーマネントカソード方式の陰極板に関する。

パーマネントカソード方式の電解精製では、ステンレス製やチタン製などの陰極板に銅を電着させ、電着した銅を陰極板から剥ぎ取って、製品としての電気銅を生産している。電着した銅を剥ぎ取った後の陰極板は再利用でき、電解槽に装入して電解精製が繰り返し行われる。

上記パーマネントカソード方式の陰極板は、両面全面に銅が電着してしまうと剥ぎ取りが困難になるため、図１に示すように、陰極板１の両側縁に絶縁材２が嵌合保持され、この部分には銅が電着しないようになっている。この陰極板１の両側縁の下端部には切欠部が設けてあり、その斜め方向の切欠辺１ａは水平方向に対し略４５度の角度を有している。一方、絶縁材２の嵌合溝２ａの下端部には、陰極板１の斜め方向の切欠１ａに対向する部分が形成され、互いに密着して隙間が生じないようになっている。

電着した銅を陰極板から回収する際には、陰極板の上側から電着銅を両側に広げるように力を加えて引き剥がす。図１及び図２に示すように陰極板１の両側縁の下端部には斜め方向の切欠辺１ａが存在するため、加えた力は絶縁材２と斜め方向の切欠辺１ａとに接している部分に集中し、この部分から銅の下端部に沿って破断が容易に進展する。その結果、陰極板に電着した銅の下端縁部分が略直線状に破断して、陰極板の両面から製品の電気銅が得られる。

しかし、陰極板の両側縁に絶縁材を嵌合させる場合、絶縁材と陰極板との間に隙間が生じやすい。絶縁材と陰極板との間に隙間が発生した状態で電解槽に装入すると、この隙間に電解液が侵入して金属粒が電着しやすくなる。隙間に多くの金属粒が電着すると、陰極板から電気銅を剥ぎ取る際に絶縁材の下端部（ボトムキャップ部と言う）が破損するという問題が生じることがある。この絶縁材破損の問題は、同じ絶縁材付き陰極板でサイクルを繰り返すほど顕著になる。

そこで、陰極板の両側縁に絶縁材を嵌め込む際には、特に絶縁材の下端部と陰極板とを隙間のないように密着させる必要がある。しかし、実操業においては絶縁材を陰極板の下方から上方に向けて嵌め込むが、密着させようとして力を加え過ぎると、陰極板の斜め方向の切欠辺に当接している絶縁材のボトムキャップ部が外側に開くため、逆に大きな隙間が形成されてしまう。その場合、作業者が毎回ハンマー等で内側に叩いて絶縁材を修正しているが、修正が不十分であったり、修正中に破損させてしまったりすることが多かった。

尚、絶縁材の取り付け時に、上記のごとく絶縁材に対して外側に開く力が働かないようにするには、陰極板の斜め方向の切欠辺が絶縁材の対応する部分に接触した瞬間に、加えている力を機械的に止めることも考えられる。しかし、その実現には新たな装置が必要となるため、コスト的に極めて困難である。

このような絶縁材と陰極板の隙間を防止する方法として、例えば特開２００６−２６５６９９号公報には、パーマネントカソード法に用いる陰極板とエッジストリップ（絶縁材）とを強固に密着させるために、エッジストリップの陰極板を挿入するための溝内に予めシリコンシーラントを充填し、好ましくは陰極板側縁のエッジストリップと接触する部分にもシリコンシーラントを塗布した後、陰極板の側縁にエッジストリップを装着する方法が記載されている。

また、特開２００７−００２２８２号公報には、陰極板の両側縁に取り付ける絶縁材の装着溝の内面に、絶縁材よりも軟質な熱可塑性エストラマの弾性材を配置して一体形成すると共に、絶縁材の装着溝の反対側に締め付け具を取り付けて、この締め付け具で絶縁材を陰極板に押し付けることにより、陰極板と絶縁材（熱可塑性エストラマの弾性材）とを密着させて電解液の侵入を防止する方法が記載されている。

また、特開２００９−００１８７４号公報には、陰極板の両側縁に絶縁材を取り付ける際に、絶縁材の下端が閉塞した陰極板装着溝内に陰極板を挿入保持した後、陰極板の下端と絶縁材の下端閉塞部の間隙からシリコーン系コーキング材を注入して、陰極板装着溝内の絶縁材と陰極板の隙間部のうち下端部分にのみシリコーン系コーキング材を充填する方法が記載されている。

しかしながら、上記した従来の方法は、いずれも充填剤を用いて絶縁材と陰極板の隙間を埋める技術であるから、それぞれの充填剤が必要であるうえ、充填剤を施すための作業工程が増加するという別の問題がある。

特開２００６−２６５６９９号公報特開２００７−００２２８２号公報特開２００９−００１８７４号公報

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、パーマネントカソード方式の陰極板の両側縁に絶縁材を取り付ける際に、特別な装置や充填剤などを用いることなく、絶縁材の下端部と陰極板とを隙間のないように密着させて取り付けることができる陰極板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供するパーマネントカソード方式の電解精製に用いる絶縁材付き陰極板は、両側縁の下端部に切欠部を有する陰極板と、該陰極板の両側縁部に嵌合保持される絶縁材とを備えた絶縁材付き陰極板であって、該陰極板の両側縁の下端部に設けた各切欠部が、該陰極板の側縁に達する水平方向の切欠辺と、該陰極板の下端縁に達する斜め方向の切欠辺とを備えると共に、上記絶縁材の嵌合溝が上記陰極板の切欠部の少なくとも水平方向の切欠辺と斜め方向の切欠辺とに対向して当接する部分を有することを特徴とする。

本発明によれば、パーマネントカソード方式の陰極板の両側縁に絶縁材を取り付ける際に、絶縁材の下端部と陰極板に隙間を生じさせることなく密着させて取り付けることができる。しかも、陰極板の両側縁の下端部に設ける切欠部の形状並びに絶縁材の対応する箇所の形状を変えるだけでよく、特別な装置や充填剤などを用いる必要がないので、工業的価値が極めて大きいものである。

従って、本発明の絶縁材付き陰極板を使用すれば、絶縁材と陰極板の間に電解液が侵入して金属粒が電着することを防ぐことができる。その結果、電解のサイクルを繰り返しても、陰極板から電気銅を剥ぎ取る際に絶縁材の下端部（ボトムキャップ部）を破損することがなくなるので、絶縁材交換のコストを大幅に改善することができると同時に、パーマネントカソード方式の金属の電解精製を一層効率よく且つ低コストで実施することができる。

従来の絶縁材付き陰極板を示す概略の正面図である。図１の従来の絶縁材付き陰極板の側縁下端部（○で囲んだ部分）を拡大して示す概略の断面図である。本発明による絶縁材付き陰極板の一具体例を示す概略の正面図である。図３の本発明による絶縁材付き陰極板の側縁下端部（○で囲んだ部分）を拡大して示す概略の断面図である。本発明による絶縁材付き陰極板の他の具体例を示す概略の正面図である。図５の本発明による絶縁材付き陰極板の側縁下端部（○で囲んだ部分）を拡大して示す概略の断面図である。

本発明による電解精製用の絶縁材付き陰極板は、陰極板の両側縁の下端部に切欠部を有し、各切欠部が、陰極板の下端縁に達する斜め方向の切欠辺を備えると同時に、各側縁に達する水平方向の切欠辺を備えている。また、上記陰極板の側縁部に嵌合保持される絶縁材は、陰極板を挿入するための嵌合溝を備え、その嵌合溝は上記陰極板の切欠部に存在する斜め方向の切欠辺と水平方向の切欠辺とに対向して当接する部分を有している。

陰極板の両側縁の下端部に設ける切欠部の具体例として、例えば図３及び図４に示すように、陰極板１１の両側縁の下端部に、陰極板１１の下端縁に達する斜め方向の切欠辺１１ａと、陰極板１１の側縁に達する水平方向の切欠辺１１ｂと、両者の間に形成した垂直方向の切欠辺１１ｃとからなる形態がある。また、例えば図５及び図６に示すように、陰極板２１の下端縁に達する斜め方向の切欠辺２１ａと、陰極板２１の側縁に達する水平方向の切欠辺２１ａとを、連続して設けることもできる。

斜め方向の切欠辺は、電着した銅を引き剥がすとき、銅と斜め方向の切欠辺とが接する部分に力を集中させて、この部分から銅の下端部に沿って破断を進展させる作用を有する。従って、斜め方向の切欠辺は、水平方向に対して４０〜５０度の角度を有することが好ましく、且つ陰極板の下端縁に達している必要がある。尚、斜め方向の切欠辺は、水平方向の切欠辺に連続して形成されてもよいし、水平方向の切欠辺との間に垂直方向の切欠辺を介して形成することもできる。

本発明の陰極板に設けた切欠部は、上記のごとく陰極板の下端縁に達する斜め方向の切欠辺と共に、各側縁に達する水平方向の切欠辺を備えることによって、絶縁材を装着する際に絶縁材の外開きを防止することができる。即ち、水平方向の切欠辺が絶縁材の装着時に加えられる力を受け止め、絶縁材の下端部（ボトムキャップ部）が外側に開く力を発生させないか、外側に開く力が発生しても陰極板の水平方向の切欠辺と絶縁材の対向部分との摩擦により外側に向かう力を相殺するからである。

図４及び図６に示すように、陰極板１１、２１の切欠部を構成する水平方向の切欠辺１１ｂ、２１ｂの長さｄは、陰極板１１、２１の側縁部が挿入される絶縁材１２、２２の嵌合溝１２ａ、２２ａの深さＤの１／２以上であることが好ましい。水平方向の切欠辺１１ｂ、２１ｂの長さｄが嵌合溝１２ａ、２２ａの深さＤの１／２より短いと、陰極板１１、２１の水平方向の切欠辺１１ｂ、２１ｂと絶縁材１２、２２の対向部分との摩擦による効果が薄れ、絶縁材１２、２２の下端部（ボトムキャップ部）が外側に開きやすくなるからである。

ただし、上記水平方向の切欠辺１１ｂ、２１ｂの長さｄは、絶縁材１２、２２の嵌合溝１２ａ、２２ａの深さＤと同じか又は短くすることが好ましい。水平方向の切欠辺１１ｂ、２１ｂの長さｄが絶縁材１２、２２の嵌合溝１２ａ、２２ａの深さＤよりも長くなると、陰極板１１、２１の水平方向の切欠辺１１ｂ、２１ｂが絶縁材１２、２２の嵌合溝１２ａ、２２ａの外側に出てしまうので、電着した銅を引き剥がすとき力が一点に集中せず、引き剥がしの効率が悪化するためである。

本発明の絶縁材付き陰極板は、絶縁材の下端部と陰極板の間に隙間を生じさせることなく密着させて取り付けることができるので、例えば、１操業日で３３００枚の電気銅の電着と剥ぎ取りを行ったとき、従来は数％から数十％発生していた絶縁材下端部の破損による絶縁材交換のコストを大幅に改善することができ、パーマネントカソード方式の金属の電解精製を効率よく低コストで実施することができる。

従来形状の陰極板として、縦１０５０ｍｍ×横１１５０ｍｍ、厚さ３〜４ｍｍのステンレス板を用意した。この陰極板の両側縁の下端部には、図１及び図２に示すように、水平方向に対して略４５度の斜め方向の切欠辺１ａによって、縦横それぞれ５５〜６５ｍｍの長さの切欠部が設けてある。尚、この陰極板の上部には、電解槽への吊り下げに用いるカソードビームが取り付けてある。

また、上記従来形状の陰極板の両側縁部に装着する絶縁材は、厚さ２０ｍｍ×幅３０ｍｍ×縦１０００ｍｍ程度の樹脂製であって、厚さ２０ｍｍ×縦１０００ｍｍの面の長手方向中央部には、下端部分を除いて幅３〜４ｍｍ×深さ２０ｍｍの嵌合溝が形成してあり、この嵌合溝の下端部は上記陰極板の両側縁の下端部に設けた切欠部と対向する形状となっている。

［実施例１］
上記従来形状の陰極板を、切欠部の上端から水平方向に１０ｍｍ切り込み、更に垂直下方に切断することにより、両側縁の下端部に図３及び図４に示す形状の切欠部を形成して、本発明の陰極板とした。また、この本発明の陰極板の切欠部に合わせて上記絶縁材を加工し、嵌合溝の下端部を上記陰極板の切欠部と対向する形状に形成した。

即ち、実施例１の陰極板では、図３及び図４に示すように、陰極板１１の下端縁に達する斜め方向の切欠辺１１ａと、陰極板１１の各側縁に達する水平方向の切欠辺１１ｂと、両者の間に形成した垂直方向の切欠辺１１ｃとにより、切欠部が形成されている。尚、上記水平方向の切欠辺１１ｂの長さｄは、嵌合溝の深さＤの２０ｍｍに対して、１０ｍｍとなっている。

本発明の陰極板と絶縁材を５０組（陰極板５０枚、絶縁材１００本）を使用して、実操業と同様に陰極板の両側縁に絶縁材を嵌合させ、そのとき絶縁材の下端部（ボトムキャップ部）の外側への開きの有無を確認した。また、上記従来形状の陰極板と絶縁材についても、５０組を使用して、同様に絶縁材の下端部（ボトムキャップ部）の外側への開きの有無を確認した。

その結果、ボトムキャップ部の外側への開きが発生した絶縁材の数は、従来形状の絶縁材付き陰極板では１００本中の８０本であったのに対し、本発明の絶縁材付き陰極板では１００本中のわずかに４本であった。

その後、上記本発明の絶縁材付き陰極板５０組と、従来形状の絶縁材付き陰極板５０組を用いて、それぞれパーマネントカソード方式の電解操業を５回繰り返して実施した。５回の電解操業の間、絶縁材下端部の破損発生個数を確認したところ、従来形状の絶縁材付き陰極板では２５本が破損したのに対し、本発明の絶縁材付き陰極板では１本のみが破損した。

［実施例２］
上記従来形状の陰極板を、切欠部の上端から水平方向に１８ｍｍ切り込み、その箇所から従来の傾きと平行な方向に切断することにより、両側縁の下端部に図５及び図６に示す形状の切欠部を形成して、本発明の陰極板とした。また、この本発明の陰極板の切欠部に合わせて上記絶縁材を加工し、嵌合溝の下端部を上記陰極板の切欠部と対向する形状に形成した。

即ち、実施例２の陰極板では、図５及び図６に示すように、陰極板１１の下端縁に達する斜め方向の切欠辺２１ａと、陰極板１１の側縁に達する水平方向の切欠辺２１ｂとにより、切欠部が形成されている。尚、上記水平方向の切欠辺１１ｂの長さｄは、嵌合溝の深さＤの２０ｍｍに対して、１８ｍｍとなっている。

本発明の陰極板と絶縁材を２０組（陰極板２０枚、絶縁材４０本）を使用して、実操業と同様に陰極板の両側縁に絶縁材を嵌合させ、そのとき絶縁材の下端部（ボトムキャップ部）の外側への開きの有無を確認した。また、上記従来形状の陰極板と絶縁材についても、２０組を使用して、同様に絶縁材の下端部（ボトムキャップ部）の外側への開きの有無を確認した。

その結果、ボトムキャップ部の外側への開きが発生した絶縁材の数は、従来形状の絶縁材付き陰極板では４０本中の１２本であったのに対し、本発明の絶縁材付き陰極板では４０本の全てに外側への開きは発生しなかった。

その後、上記本発明の絶縁材付き陰極板２０組と、従来形状の絶縁材付き陰極板２０組を用いて、それぞれパーマネントカソード方式の電解操業を５回繰り返して実施した。５回の電解操業の間、絶縁材下端部の破損発生個数を確認したところ、従来形状の絶縁材付き陰極板では９本が破損したのに対し、本発明の従来形状の絶縁材付き陰極板では破損は認められなかった。

これらの結果ら、本発明の絶縁材付き陰極板は、従来のものに比べて絶縁材の外開きを防止できること、また、実際の電解操業において絶縁材下端部の破損減少に効果があることが分る。

１、１１、２１陰極板
１ａ、１１ａ、２１ａ斜め方向の切欠辺
１１ｂ、２１ｂ水平方向の切欠辺
１１ｃ垂直方向の切欠辺
２、１２、２２絶縁材
２ａ、１２ａ、２２ａ嵌合溝

Claims

パーマネントカソード方式の電解精製に使用され、両側縁の下端部に切欠部を有する陰極板と、該陰極板の両側縁部に嵌合保持される絶縁材とを備えた絶縁材付き陰極板であって、該陰極板の両側縁の下端部に設けた各切欠部が、該陰極板の側縁に達する水平方向の切欠辺と、該陰極板の下端縁に達する斜め方向の切欠辺とを備えると共に、該陰極板の両側縁の下端部に設けた水平方向の切欠辺の長さが該陰極板の側縁部が挿入される前記絶縁材の嵌合溝の深さの１／２以上で且つ該嵌合溝の深さ未満であり、上記絶縁材の嵌合溝が上記陰極板の切欠部の少なくとも水平方向の切欠辺と斜め方向の切欠辺とに対向して当接する部分を有することを特徴とする電解精製用絶縁材付き陰極板。
前記陰極板の両側縁の下端部に設けた各切欠部が、前記水平方向の切欠辺と斜め方向の切欠辺との間に、垂直方向の切欠辺を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電解精製用絶縁材付き陰極板。