JP6003788B2

JP6003788B2 - ステンレス母板及び銅電解精製用種板の製造方法

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Publication number: JP6003788B2
Application number: JP2013093228A
Authority: JP
Inventors: 範幸長瀬; 高裕山田; 卓也大原
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP2014214352A

Description

本発明は、銅の電解精製用の種板を製造する際に用いられるステンレス母板、並びに、そのステンレス母板を用いた銅電解精製用の種板の製造方法に関する。

銅の電解精製においては、銅製錬工程で得られた粗銅を陽極とし、厚さ０.６ｍｍ程度の薄い電気銅の種板を陰極として電解し、この薄い種板の電着面に銅を電着させることにより電気銅を精製している。また、この銅の電解精製に用いられる種板も電気銅と同様に電解精製により製造され、その際の陽極は上記と同様に粗銅であるが、陰極にはチタンやステンレスのような銅とは異なる金属が母板として使用される。

具体的には、銅電解精製用の電気銅の種板を製造する場合、粗銅を陽極として陰極の母板に銅を０.６ｍｍ程度の厚さに電着させた後、この銅を引き剥がすことで種板が作られる。この引き剥がしの際に、母板と種板の間の電着力が高すぎると、薄い種板に破れやシワが発生してしまう。一方、電着力が低すぎると、電着中に種板が母板から自然剥離してしまう。種板と母板の電着力は母板の表面状態によって異なり、その表面状態の中でも表面粗さが最も影響する。

母板の種類としては、チタンとステンレスが一般的に多く用いられている。チタン製の母板は、耐食性が良好で連続使用しても電着面の表面粗さの変化は少ないが、高価なため生産コストの上昇をまねくという問題がある。一方、ステンレス製の母板は、安価なため広く使われるようになってきたが、チタンのように耐食性が高くなく、電着面の表面粗さの管理が難しいため、電着中に種板が自然剥離したり、引き剥がし時に種板に破れやシワが生じたりする問題がある。

このようなステンレス製の銅電解精製用種板における問題に対して、特許文献１には、自然剥離をなくし且つ電着後の種板の引き剥がしを容易にするために、銅種板電解のステンレス母板として、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０.１５〜０.６μｍ、十点平均粗さ（Ｒｚ）が０.７〜２.５μｍの表面粗さで、微細亀甲状の模様を有する冷間圧延ステンレス鋼板を用いることが提案されている。

また、特許文献２には、電着中の種板の自然剥離を防止し且つ電着後の種板の引き剥がし性を確保するために、主面（電着面）が略四角形のステンレス母板の電着面を９等分した各領域の十点平均粗さ（Ｒｚ）を平均した表面粗さを３.０μｍ以上にすることが記載されている。

上記特許文献１あるいは特許文献２に記載の方法によれば、種板の自然剥離の防止や電着後の種板の引き剥がし性をある程度改善することができるが、いずれも十分であるとは言えないため、更なる改善向上が求められている。

特開平０６−３４６２６９号公報特開２０１１−０３２５６４号公報

上記したように、銅電解精製用の種板の製造においては、種板とステンレス母板の電着力が低いと電着中に種板がステンレス母板から自然剥離しやすく、逆に種板とステンレス母板の電着力が高いと引き剥がし時に種板に破れやシワが発生しやすかった。しかし、このような種板の自然剥離及び引き剥がし時における種板の破れやシワの発生がなく、十分な繰り返し使用に耐えるステンレス母板は提供されていなかった。

しかも、種板の電着並びに引き剥がしをする際に、ステンレス母板の表面は電解液による腐食と種板の引き剥がしによる欠損により表面粗さが増加し、そのため母板を繰り返して使用するに伴い種板の引き剥がしが困難になっていた。このような場合には、種板の引き剥がし性を回復させるために、ステンレス母板表面の再研磨を頻繁に行わなければならず、その結果として研磨工数が増大してしまい、研磨による劣化によって母板の寿命も短くなるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決し、電着時の自然剥離や電着後の種板の引き剥がし時に破れやシワが発生しないことに加え、表面を再研磨する頻度が少なくて済み、且つ寿命の長いステンレス母板を提供すること、及び、そのステンレス母板を用いた銅電解精製用種板の製造方法を提供することを目的とする。

発明者らは、上記した従来の問題について鋭意検討した結果、電着中に種板の自然剥離が発生せず且つ電着後の種板の引き剥がし性にも優れていて、電着面における表面粗さが同じステンレス母板であっても、電着面の研磨方向を電着時に電解槽に吊り下げたときの上下方向に対して略直角方向とし且つ電着面に剥離剤を塗布したときには、電着後の種板の引き剥がし性がより一層向上することを見出した。

この知見に基づいて更に調査検討を重ねたところ、ステンレス母板の電着面に剥離剤を塗布すると、塗布された剥離剤は研磨によるヘアライン状の研磨傷に沿って流れるため、電着面の研磨方向を電着時に電解槽に吊り下げたときの上下方向に対して略直角方向としたときには、横方向の研磨傷の溝で剥離剤が保持されるため剥離剤の垂れ落ちが少なく、電着面に残る剥離剤が多くなっていること、そのため電着後の種板の引き剥がし性が向上することが判明し、本発明に至ったものである。

即ち、本発明が提供するステンレス母板は、銅電解精製用種板の製造に使用する電着面が略四角形のステンレス母板であって、電着面の表面に電解槽に吊り下げたときの上下方向に対し略直交する方向に複数のヘアライン状の研磨傷を有し、電着面の一辺及び該一辺に直交する他辺をそれぞれ３等分してなる９領域における十点平均粗さ（Ｒｚ）を平均することで得た電着面の前記研磨傷による表面粗さが３.０μｍ以上５.０μｍ以下であって、その電着面に剥離剤が塗布されていることを特徴とする。

また、本発明が提供する銅電解精製用種板の製造方法は、上記本発明によるステンレス母板を電解槽内に吊り下げて、通電することにより電着面に銅を電着させた後、電着面に電着した銅をステンレス母板から引き剥がして種板とすることを特徴とする。

本発明によれば、銅の電解精製用種板を製造する際に、電着中に種板がステンレス母板から自然剥離することがなく、電着後にはステンレス母板からの種板の引き剥がしが容易なステンレス母板を提供することができる。従って、本発明のステンレス母板を用いることにより、シワや破れのない種板を容易に製造することができる。しかも、本発明によるステンレス母板は長寿命化を達成できるため、経済的にも極めて有利である。

本発明によるステンレス母板の平面図であり、電着面の十点平均粗さ（Ｒｚ）を測定するための９領域を示している。

本発明によるステンレス母板の第１の特徴点は、その略四角形の電着面を研磨する際に、図１に示すように、母板１の電着面１ａの表面に電解槽に吊り下げたときの上下方向ａ（縦方向とも称する）に対し略直交する方向ｂ（横方向とも称する）に複数の研磨傷を形成するように研磨され、且つ、その電着面１ａの表面粗さが３.０μｍ以上５.０μｍ以下に調整されていることである。尚、上記電着面の研磨方法としては、一般的に使用されている平面研削盤や走行式のホイール研磨機などによる研磨方法を用いることができる。

上記電着面の表面粗さとは、図１に示すように、ステンレス母板１の電着面１ａの一辺及び該一辺に直交する他辺をそれぞれ３等分してなる９領域における十点平均粗さ（Ｒｚ）を測定し、９領域ごとに得られた十点平均粗さ（Ｒｚ）を平均した値である。上記９領域における十点平均粗さ（Ｒｚ）は、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に基づいて求めたものである。尚、十点平均粗さ（Ｒｚ）を求めるための粗さ曲線は触針式粗さ測定機を用いて測定されるが、本発明においては触針式粗さ測定機としてミツトヨ社製のＳＪ−２０１（商品名）を使用した。

本発明によるステンレス母板の第２の特徴点は、上記した横方向に複数の研磨傷が形成され且つ上記特定の表面粗さに研磨された電着面に、電着した銅の種板の剥ぎ取りをスムーズにするため剥離剤が塗布されていることである。

上記剥離剤としては、石鹸液、ワニス、重油等のほか、市販の剥離剤を用いることもできる。好適に使用できる市販の剥離剤としては、例えば、北広ケミカル株式会社製のエレカット（商品名）等がある。これらの剥離剤は、必要に応じて水や溶剤等を加えて、適当な濃度に調整することが好ましい。尚、剥離剤の付着量は、剥離剤を塗布して乾燥した後の母板の重量と塗布前の母板の重量との差として求めることができる。

上記第１及び第２の特徴点を具えた本発明のステンレス母板は、電着面に塗布した剥離剤が研磨により形成された横方向の研磨傷に沿って流れるため、剥離剤の垂れ落ちが少なく、研磨傷の溝で保持されて電着面に残る剥離剤の量が多くなる。その結果として、本発明のステンレス母板で電着した種板は、電着後の引き剥がし性が向上し、破れやシワの発生を効果的に抑制することができる。

また、本発明におけるステンレス母板の材質としては、ステンレスであれば特に限定されないが、耐食性と強度の関係からＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌのいずれかを用いることが好ましい。

次に、本発明のステンレス母板を用いた銅電解精製用種板の製造方法について説明する。上記のごとく電着面を横方向に研磨し且つその電着面に剥離剤を塗布乾燥させた本発明のステンレス母板を、電解槽内に吊り下げて通電することにより、母板の電着面に銅を電着させる。電着が終了した後、電着面に電着した銅をステンレス母板から引き剥がすことにより、銅電解精製用の種板が得られる。

具体的には、本発明のステンレス母板は、銅を電着するため電解槽内に吊り下げる際には、図１に示すように、平面形状が略四角形であるステンレス母板１の上縁部の３箇所に設けた耳板２にビーム３を連結して、このビーム３から電力が供給されるようになっている。

このステンレス母板を陰極として電解槽内に装入して吊り下げると共に、その母板の表裏の電着面に対向する位置にそれぞれ粗銅からなる陽極を装入して配置する。これらのステンレス母板の陰極と粗銅の陽極の間に通電することにより、ステンレス母板の表裏両面の電着面に銅を電着させる。電解液には硫酸銅溶液が使用されるが、添加剤と電解条件は電解装置や工程に見合ったものを選べばよい。

ステンレス母板の電着面に形成させる種板の厚みは０.６ｍｍ程度である。形成された種板は、電着の終了後、引き剥がし装置によりステンレス母板の電着面から引き剥がされる。その際に、破れやシワの発生した種板は検査工程で検出し、不良品として処理される。

［実施例１］
ＳＵＳ３０４製のステンレス板の両面を＃４０〜＃２４０のサンドペーパーで研磨して、電着面の寸法が１０５ｃｍ×１０７ｃｍのステンレス母板を作製した。その際、研磨の方向を、電解槽に吊り下げたときの上下方向に対し略直交する方向（横方向）又は略平行する方向（縦方向）とすると共に、電着面の表面粗さを変化させて、試料１〜１３の各ステンレス母板を得た。尚、電着面の表面粗さは、電着面の一辺及び該一辺に直交する他辺をそれぞれ３等分してなる９領域における十点平均粗さ（Ｒｚ）を平均した値である。

上記横方向の研磨又は縦方向の研磨を施した各ステンレス母板は、剥離液槽に浸漬し、引き出して乾燥させた。剥離剤を塗布して乾燥した後のステンレス母板の重量と塗布前の母板の重量との差から、剥離剤の付着量を求めた。尚、上記剥離液としては北広ケミカル株式会社製のエレカット（商品名）を使用し、その濃度が３ｋｇ／ｍ^３となるように温水で希釈して用いた。

上記試料１〜１３の各ステンレス母板を電解槽内に吊り下げ、下記表１に示す電解条件により電解して電着面に銅を電着させた。その後、ステンレス母板を電解槽から引き上げ、電着面に電着した銅をステンレス母板から引き剥がして銅電解精製用の種板を製造した。

種板を剥離した後のステンレス母板は、再び剥離剤を塗布して乾燥した後、電解槽内に装入し、電解を繰り返して種板を製造した。ステンレス母板を延べ１６０回繰り返し使用して種板を製造したとき、回収した１６０枚の種板について不良の有無と、発生した不良の状態を調べた。

試料１〜１３の各ステンレス母板について、上記不良の有無と不良の状態を調査した結果を、ステンレス母板の研磨方向と電着面の表面粗さ（Ｒｚ）及び剥離剤付着量と共に、下記表２に示した。

上記表２の結果から、剥離剤の付着量はステンレス母板の研磨方向及び電着面の表面粗さと相関があり、更に縦方向の研磨に比較して横方向の研磨の方が比較的多くの剥離剤が付着残存していることが分る。

具体的には、表面粗さが３μｍ未満のものは研磨方向によらず自然剥離が発生したが、３μｍ以上のものでは自然剥離は発生しなかった。また、縦方向の研磨では表面粗さ４μｍ以上で引き剥がし不良が発生したが、横方向の研磨では表面粗さ５μｍまで引き剥がし不良が発生しなかった。このことから、ほぼ同じ表面粗さであっても、横研磨したステンレス母板では縦研磨と比較して不良板の発生が少なく、より有効であることが確認された。

更に、上記した電解の繰り返しにより製造した１６０枚の種板に不良が発生しなかったステンレス母板のうち、試料２、３、５並びに試料９、１０、１３のステンレス母板について、電着面の表面粗さが増大して規定範囲である５μｍを超えて払い出されるまでの年間使用回数を調べ、その結果を下記表３に示した。

上記表３の結果から分るように、研磨による初期の表面粗さが低いほど繰り返し使用回数は多くなった。しかし、縦方向の研磨を実施した試料９、１０、１３のステンレス母板については、１ヶ月から４ヶ月程度で表面粗さが増大して使用できなくなった。この結果は、剥離液の付着量が少ない縦研磨の母板では、種板の電着と引き剥がしを繰り返す際に電解液による腐食と引き剥がしによる欠損が起こりやすく、横研磨の母板と比較して表面粗さの増大速度が速いことを示唆している。

以上の結果から、横方向に研磨したステンレス母板は、縦方向に研磨した母板よりも多くの剥離剤を保持することができ、電着した種板の剥取不良を抑制することができる。

［実施例２］
上記実施例１と同様にして、研磨の方向が横方向又は縦方向であり且つ電着面の表面粗さを変化させた試料１４〜１７の各ステンレス母板を作製した。各ステンレス母板は、上記実施例１と同様に剥離剤を塗布して乾燥した後、電解槽内に吊り下げ、上記表１に示す電解条件により電解して銅を電着させた。

その後、電着面に電着した銅を母板から引き剥がして、銅電解精製用の種板を製造した。いずれのステンレス母板でも、不良が発生することなく種板を製造することができた。

種板を剥離したステンレス母板は、再び剥離剤を塗布して乾燥した後、電解槽内に装入し、電解による種板の製造を繰り返した。電着面の表面粗さが増大して規定範囲である５μｍを超えて使用不能となり、払い出されるまでの繰り返し使用回数を調べ、その結果を下記表４に示した。

上記表４から分るように、横方向に研磨し且つ電着面の表面粗さが本発明の範囲内にある試料１４〜１５のステンレス母板は、剥離剤濃度が希薄であっても、電解中における種板の保持製に優れていて自然剥離がなく、しかも良好な引き剥がし性により破れやシワの発生がない種板が得られることが分かった。

１母板
１ａ電着面
２耳板
３ビーム

Claims

銅電解精製用種板の製造に使用する電着面が略四角形のステンレス母板であって、電着面の表面に電解槽に吊り下げたときの上下方向に対し略直交する方向に複数のヘアライン状の研磨傷を有し、電着面の一辺及び該一辺に直交する他辺をそれぞれ３等分してなる９領域における十点平均粗さ（Ｒｚ）を平均することで得た電着面の前記研磨傷による表面粗さが３.０μｍ以上５.０μｍ以下であって、その電着面に剥離剤が塗布されていることを特徴とするステンレス母板。
請求項１に記載のステンレス母板を電解槽内に吊り下げて、通電することにより電着面に銅を電着させた後、電着面に電着した銅をステンレス母板から引き剥がして種板とすることを特徴とする銅電解精製用種板の製造方法。
前記電着面に電着した銅を引き剥がした後のステンレス母板に対して、前記電着面の前記研磨傷による表面粗さを前記９領域における十点平均粗さ（Ｒｚ）を測定することで求め、これらを平均した値が５.０μｍを超えた場合は該ステンレス母板を使用不能と判断することを特徴とする、請求項２に記載の銅電解精製用種板の製造方法。