JP6540536B2 - 電解製錬用カソードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解製錬用カソードの製造方法に関する。さらに詳しくは、カソード板に吊手を溶接して電解製錬用カソードを製造する方法に関する。

ニッケル、コバルト等の金属の電解製錬は、電解槽にアノードとカソードとを交互に挿入し、カソードに目的金属を電着させることによって行われる。ここで、カソードは、カソード板に吊手を溶接し、吊手にビームを通すことで形成される。

電解製錬では、電解効率を高めるために、電極間の距離ができるだけ短く設定されている。しかし、カソード板は薄肉であるため、電解操業中に電着応力により歪が生じる。カソード板に歪が生じると、カソードとアノードとが接触し、ショートとなる場合がある。ショートが発生すると、電解効率が低下し、また、電着金属の品質が低下するという問題がある。

この問題に対して、特許文献１には、カソード板の両側縁と下縁とを取り囲むスペーサを用いることで、カソードとアノードとの接触を防止することが開示されている。また、特許文献２には、スペーサを用いた電解精製において、カソード板の両側縁および下縁におけるスペーサの遮蔽寸法を、カソード板の幅寸法または高さ寸法の０．５〜５％とすることが好ましいと記載されている。

特開平０６−２８７７８７号公報 特開２０１１−１６２８２４号公報

ところで、カソード板や吊手の寸法にはバラつきがあり、カソード板に対する吊手の溶接位置にもバラつきがある。そのため、スペーサの遮蔽寸法はカソードごとにバラつきが生じる。カソード板の側縁の遮蔽寸法は、電解槽の液面から確認でき、カソードを左右にずらすことで調整できる。しかし、カソード板の下縁の遮蔽寸法は、カソードを電解槽に挿入した状態では確認できないし、確認できたとしても調整する手段がない。そのため、カソードの高さ寸法は、バラつきが少なく、適切な寸法に維持されることが求められる。

本発明は上記事情に鑑み、カソードの高さ寸法を適切な寸法に維持できる電解製錬用カソードの製造方法を提供することを目的とする。

第１発明の電解製錬用カソードの製造方法は、スペーサによりカソード板の下縁が遮蔽されるカソードの製造方法であって、溶接装置を用いて前記カソード板に吊手を溶接して前記カソードを形成し、前記カソードの前記吊手の上端から前記カソード板の上縁までの長さを測定し、測定値と、前記カソードの高さ寸法が適切な寸法である場合の前記吊手の上端から前記カソード板の上縁までの長さとして予め定められている基準値との偏差を求め、前記カソード板に対する前記吊手の溶接位置を前記偏差の分だけ修正するように前記溶接装置の設定を変更することを特徴とする。

第１発明によれば、吊手の上端からカソード板の上縁までの長さが基準値となるように溶接装置の設定が変更されるので、カソードの高さ寸法を適切な寸法に維持できる。

カソード１およびスペーサ２の斜視図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の一実施形態に係る電解製錬用カソードの製造方法は、図１に示すようなカソード１の製造方法である。カソード１は電解精製や電解採取といった電解製錬に用いられる。電解製錬の目的金属は特に限定されないが、ニッケル、コバルト、銅等が挙げられる。

カソード１は、カソード板１１の上縁部に２つの吊手１２を溶接することで形成されている。吊手１２には図示しないカソードビームが通される。カソードビームの両端を電解槽の縁に掛けることで、カソード１が電解槽に懸垂状態で挿入される。

このカソード１は、以下の手順で製造される。
まず、カソード板１１として用いられる種板が製造される。種板製造用電解設備において、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン等の不溶性母板をカソードとして用いて電解する。母板上に薄く電着した金属を剥ぎ取ることにより種板が製造される。

製造された種板の一部はカソード板１１として用いられる。カソード板１１の寸法は特に限定されないが、例えば、高さ1,000mm、幅800mm、厚さ1mmである。製造された種板の残部は短冊状に切断され吊手用短冊となる。吊手用短冊の寸法は特に限定されないが、例えば、長さ500mm、幅100mmである。

つぎに、溶接装置を用いて、カソード板１１に吊手１２を溶接してカソード１を形成する。この際、吊手用短冊をピンセットのように二又状に折曲げ、吊手１２とする。吊手１２を２本用い、それぞれの下端部でカソード板１１の上縁部を挟み、スポット溶接で固定することでカソード１が製造される。

溶接装置は、カソード板１１の下縁を位置決めし、吊手１２の上端をプッシャーで押してカソード板１１に近づけ、カソード板１１に対して吊手１２を所定の位置に配置し、スポット溶接を行うように構成されている。また、溶接装置は、カソード板１１に対する吊手１２の位置を調整可能となっている。

前述のごとく、カソード板１１や吊手１２の寸法にはバラつきがあり、カソード板１１に対する吊手１２の溶接位置にもバラつきがある。そのため、カソード１の高さ寸法にもバラつきが生じる。そこで、本実施形態に係る製造方法では、カソード１の高さ寸法のバラつきを抑えるため、以下の操作が行われる。

溶接装置で製造されたカソード１のうち、いくつかをサンプリングし、吊手１２の上端からカソード板１１の上縁までの長さＬを測定する。カソード１の高さ寸法、すなわち、吊手１２の上端からカソード板１１の下縁までの長さを直接測定しようとすると、この長さは1mを超えるため、作業員にとって作業が煩雑である。しかも、メジャーを用いて測定しようとすると、カソード１の高さ方向に対して斜めに測定してしまい、測定精度が低くなる。これに対して、吊手１２の上端からカソード板１１の上縁までの長さＬを測定するようにすれば、たかだか十数cmであるので、作業員にとって作業が容易である。また、吊手１２の端に沿って定規を当てるだけで測定できるので、斜めに測定する恐れがなく、測定精度が高くなる。

サンプリングの枚数は特に限定されないが、例えば、カソード１が１日当り３，０００枚製造される設備において、そのうち３枚をサンプリングすればよい。すなわち、カソード１の総枚数の０．１％程度をサンプリングすればよい。

また、測定頻度は特に限定されないが、例えば、１日１回程度でよい。カソード板１１や吊手１２の寸法は、数時間単位では変動せず、１日程度で変動するためである。

つぎに、測定値Ｌと基準値Ｒとの偏差Ｅを求める。ここで、基準値Ｒは、カソード１の高さ寸法が適切な寸法である場合の、吊手１２の上端からカソード板１１の上縁までの長さとして、予め定められている。基準値Ｒは、例えば160mmに設定される。偏差Ｅは測定値Ｌから基準値Ｒを減算することで得られる。

つぎに、求めた偏差Ｅに基づき溶接装置の設定を変更する。具体的には、カソード板１１に対する吊手１２の溶接位置を偏差Ｅの分だけ修正するように溶接装置の設定を変更する。例えば、偏差Ｅが+50mmである場合、吊手１２をカソード板１１に50mm近づけるように調整する。逆に、偏差Ｅが-50mmである場合、吊手１２をカソード板１１から50mm遠ざけるように調整する。

以上のような測定値Ｌのフィードバックは、測定の度に行ってもよいし、偏差Ｅが所定値以上離れた場合にのみ行ってもよい。例えば、偏差Ｅの絶対値が基準値Ｒの３０％（基準値Ｒが160mmの場合、約50mm）以上となった場合にのみ、溶接装置の調整を行ってもよい。

以上の手順で、溶接装置の設定を変更した後は、適切な高さ寸法を有するカソード１を製造できる。カソード板１１や吊手１２の寸法が変化し、カソード１の高さ寸法が再び変化した場合には、再度、溶接装置の設定変更が行われる。

以上のように、吊手１２の上端からカソード板１１の上縁までの長さＬが基準値Ｒとなるように溶接装置の設定が変更されるので、カソード１の高さ寸法を適切な寸法に維持できる。

製造されたカソード１は、吊手１２にカソードビームが通される。そして、カソードビームの両端を電解槽の縁に掛けることで、カソード１が電解槽に懸垂状態で挿入される。

電解槽には、図１に示すようなスペーサ２が設置されている。スペーサ２はカソード板１１の両側縁と下縁とを取り囲む枠材であり、塩化ビニル、ＦＲＰ、木等の絶縁体からなる。また、スペーサ２の枠断面はＶ字状であり、Ｖ字の枠面とカソード板１１との角度が１０〜８０°となるように形成されている。

カソード１はスペーサ２の上面開放部から挿入される。そうすると、カソード板１１の両側縁と下縁とはスペーサ２によって拘束された状態となる。そのため、電着応力によりカソード板１１に歪が生じても、スペーサ２が障壁となり、カソード１とアノードとの接触を防止できる。

カソード板１１の両側縁および下縁におけるスペーサ２の遮蔽寸法を、カソード板１１の幅寸法または高さ寸法の０．５〜５％とすることが好ましい。遮蔽寸法を０．５％以上とすれば、カソード板１１の歪によるカソード１とアノードとの接触を十分に防ぐことができるからである。また、スペーサ２による遮蔽部はカソード板１１への電着がその他の部分よりも少なくなり、薄肉となる。遮蔽寸法を５％以下とすることで、遮蔽により生じる薄肉部を最小限に抑えることができる。

電解製錬後のカソード１（以下、電着板と称する。）は、25〜100mm角程度に切断され、出荷される。この切断時に、電着板はテーブルに水平に配置され、プッシャーで端部を押され、切断位置まで搬送され、切断される。この際、電着板の縁に薄肉部があると、プッシャーとテーブルとの隙間に薄肉部が挟まれ、切断機が停止する。そうすると、切断工程の操業効率が低下する。遮蔽寸法を５％以下とし、薄肉部を最小限に抑えることで、電着板の切断時のプッシャー噛みこみの発生を抑えることができる。

カソード板１１の高さ寸法が1,000mmの場合、カソード板１１の下縁におけるスペーサ２の遮蔽寸法は5〜50mm（1,000mmの０．５〜５％）が好ましい。遮蔽寸法の目標値を３％とした場合、30mmである。遮蔽寸法が30mmとなるように、基準値Ｒ（160mm）が設定される。

本実施形態の製造方法でカソード１を製造すれば、カソード板１１の下縁の遮蔽寸法を適切な寸法に維持できる。そのため、カソード１とアノードとの接触を十分に防ぐことができる。また、電着板の切断時のプッシャー噛みこみの発生を抑えることができる。

（共通の条件）
実施例１、比較例１の共通の条件は以下のとおりである。
以下の条件でニッケルの電解採取を行った。
電解液：塩化ニッケル水溶液
電解槽：長さ4m、幅1m、深さ2m（有効容積7m³）
カソード板：高さ1,000mm、幅800mm、厚さ1mm
スペーサ：高さ1,065mm、幅830mm、厚さ55mm
カソード挿入枚数：52枚／槽
通電電流：23.0kA
操業期間：１か月

（実施例１）
溶接装置で製造されたカソード１のうち、３枚をサンプリングし、吊手１２の上端からカソード板１１の上縁までの長さＬを測定した。測定値Ｌと基準値Ｒ（=160mm）との偏差Ｅを求め、偏差Ｅの絶対値が50mmを超える場合に、溶接装置の設定を変更した。長さＬの測定は１日１回行った。

その結果、カソード板１１の下縁部の歪によるショートの発生枚数は、平均１１枚／日であった。

（比較例１）
カソード１の長さＬの測定を行わず、溶接装置の設定変更も行わなかった。
その結果、カソード板１１の下縁部の歪によるショートの発生枚数は、平均２２枚／日であった。なお、ショートが発生したカソード板１１の下縁の遮蔽寸法は０．３％であり、好ましい範囲から逸脱していた。

以上より、実施例１では、カソード１の高さ寸法を適切な寸法に維持でき、カソード板１１の下縁の遮蔽寸法を適切な寸法に維持できた。その結果、ショートの発生枚数を抑えられることが確認できた。

１ カソード
１１ カソード板
１２ 吊手
２ スペーサ

Claims (1)

1. スペーサによりカソード板の下縁が遮蔽されるカソードの製造方法であって、
   溶接装置を用いて前記カソード板に吊手を溶接して前記カソードを形成し、
   前記カソードの前記吊手の上端から前記カソード板の上縁までの長さを測定し、
   測定値と、前記カソードの高さ寸法が適切な寸法である場合の前記吊手の上端から前記カソード板の上縁までの長さとして予め定められている基準値との偏差を求め、
   前記カソード板に対する前記吊手の溶接位置を前記偏差の分だけ修正するように前記溶接装置の設定を変更する
   ことを特徴とする電解製錬用カソードの製造方法。

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