JP7106056B2 - 電解精製用パーマネントカソード及びそれを用いた銅の電解精製法 - Google Patents

Description

本発明は、パーマネントカソードのカソード板の両側辺部に、絶縁材のエッジストリップを備えることによりマスキングされた電解精製用パーマネントカソード及びそれを用いた銅の電解精製法に関する。

一般にパーマネントカソード法による銅の電解精製では、銅が電着する側のマイナス極であるパーマネントカソードに対して、そのパーマネントカソードのカソード板の両側辺部（以下、単に両側辺部と呼称する）への電着を防止するための手段が施されている。
当該手段として例えば、両側辺部へ絶縁材のエッジストリップの装着が行われている。
このエッジストリップには、操業の過程でパーマネントカソードが一時的に曲がったりするため弾性が求められ、また、カソード板への密着性が求められるため、通常、樹脂製のものが用いられている。

この樹脂製のエッジストリップは、６０℃前後の硫酸酸性の電解液に浸けられる中で、徐々に劣化し、カソード板との密着性が低下していく。さらに、ある期間以上使用するとエッジストリップの劣化は全体に及び、エッジストリップに割れなどが生じる。この場合は、エッジストリップの樹脂が寿命に達していると判断し、エッジストリップを交換している。
しかしながら、交換直後の新規なエッジストリップにおいてもエッジストリップ下端に粒状の電気銅の電着が見られ、この粒状の電気銅の粗大化によるエッジストリップの破損や、その粗大化した電気銅がアノードと接触してショートを起こし、設備の運転停止を招くなどの電気銅の生産効率に悪影響を及ぼすトラブルが発生している。

このエッジストリップ下端部への粒状の電気銅の電着を防ぐ方法として、例えば、特許文献１では、両側辺部を覆うエッジストリップをウレタン系接着剤により両側辺部に接着する技術が開示されている。
しかしながら、上記方法によっても、操業時間の経過とともに、エッジストリップ下端部に設けられたウレタン系樹脂とカソード板の間には隙間が生じる。一度、この隙間が生じると、この隙間から電解液が侵入し、粒状の電気銅の電着が始まる。粒状の電気銅が電着すると、この隙間は更に大きくなり、更なる電解液の侵入と粒状の電気銅の電着が始まり、最終的にはエッジストリップを破損させていた。

また特許文献２では、カソード板とエッジストリップとの熱膨張係数の差により、従来のような上端が固定されたエッジストリップは下方向に延び、延びたエッジストリップ下端部とパーマネントカソード下端部との間に隙間が発生し、この隙間から電解液が侵入し、粒状の銅が電着することを見出した結果、上端部に加えて、下端部も固定することで、エッジストリップの延びを下部ではなく、上部にも逃がすことで、下端に隙間が発生せず、下端部への粒状の電着を防止することができる技術が開示されている。
しかしながら、下端部にカソード板とエッジストリップの厚み方向に貫通する孔を設けたために、差込ピンと孔の隙間に電解液が侵入し、下端部とは異なる箇所で、粒状の銅が電着するという問題が生じていた。

特開２０１１－１４０６８５号公報 特開２０１５－０７８４０９号公報

本発明は、エッジストリップの下端部における粒状の電気銅の電着を抑制することができる電解精製用パーマネントカソード及びそれを用いた電解精製法を提供するものである。

このような状況に鑑み、本発明の第１の発明は、カソードビームと前記カソードビームに連結した矩形形状のカソード板からなり、前記カソード板の両側辺部をマスキングする絶縁材からなるエッジストリップを装着した電解精製用パーマネントカソードにおいて、前記カソード板が、両側辺部のカソードビーム側の位置に取付部を有し、前記取付部が、前記エッジストリップと連結する両側辺部に、前記カソード板を貫通する複数のピン差込孔と、前記複数のピン差込孔よりも前記カソードビーム側に円柱状の取付孔と、前記ピン差込孔に差し込まれたインナーピンとを備え、前記エッジストリップが装着部を有し、前記装着部が、前記カソード板の側辺部を収納、拘束するガイド溝と嵌合部、及び前記インナーピンの収納溝と、前記エッジストリップの長手方向の片方の端部に、前記エッジストリップの長手方向に伸びた長孔状の貫通した装着孔とを備え、前記装着部と前記取付部とは、嵌合しながら、前記カソード板の両側辺部に前記エッジストリップを連結し、カソード板先端側辺部を隙間なく拘束して動かない状態で装着するように前記エッジストリップの端部を嵌め込んで締め付ける連結機構を構成し、前記装着孔を備えることにより前記エッジストリップの長手方向の片方の端部における前記カソード板の拘束が、前記エッジストリップの長手方向の他方の端部における前記カソード板の拘束より緩くなり、前記連結機構が、前記エッジストリップを前記カソード板の両側辺に、エッジストリップの長さ方向で可逆的に移動可能に連結して前記カソード板と前記エッジストリップとの熱膨張係数の差により発生するエッジストリップの伸びの方向を、前記エッジストリップの長さ方向に拘束、誘導する機構を有することを特徴とする電解精製用パーマネントカソードである。

本発明の第２の発明は、第１の発明におけるカソード板とエッジストリップが、前記取付孔と装着孔とを貫通するトップピンを介して連結し、前記エッジストリップが、前記トップピン及びインナーピンをガイドに、エッジストリップの長さ方向で可逆的に移動可能に、前記取付部と装着部が連結されていることを特徴とする電解精製用パーマネントカソードである。

本発明の第３の発明は、第２の発明におけるエッジストリップの装着孔が、前記取付孔の孔径の１．３倍以上の長さを有していることを特徴とする電解精製用パーマネントカソードである。

本発明の第４の発明は、銅の電解精製に際して、第１から第３の発明の電解精製用パーマネントカソードを用いることを特徴とする銅の電解精製法である。

本発明による電解精製用のパーマネントカソードのカソード板の両側辺部をマスキングする絶縁材からなるエッジストリップを装着した電解精製用パーマネントカソードの提供によれば、エッジストリップの下端部における粒状の電気銅の電着を抑制することができ、工業上顕著な効果を奏するものである。

本発明に係る電解精製用パーマネントカソードの形態を示す模式図で、（ａ）はエッジストリップの未装着状態、（ｂ）はエッジストリップが装着された状態を示す図である。 本発明に係るエッジストリップの実施例の断面図で、（ａ）は埋め込み式型、（ｂ）はヒンジ式型のエッジストリップである。 本発明に係るカソード板の取付部とエッジストリップの装着部からなる連結部の説明図である。 従来例に係るカソード板の取付部とエッジストリップの装着部からなる連結部の説明図である。

本発明者らは、その下端部への粒状の銅の電着を防止するためには、下端部へ電解液が侵入する可能性のあるエッジストリップを装着するための差込孔を配置せず、電解槽内の電解液面より上に位置するエッジストリップ上部の取付用の差込孔を真円状ではなく、長孔形状とし、さらにその大きさは、パーマネントカソードの上部の差込孔と比較し、下方向に伸びた大きさを持った長孔状とすることで、効率的にエッジストリップの伸びを上部に逃がすことができることを見出し、本発明に至った。

以下、図１から図３に示す図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明に係る電解精製用パーマネントカソードの形態を示す模式図で、（ａ）はエッジストリップの未装着状態、（ｂ）はエッジストリップが装着された状態を示す図である。
パーマネントカソード法による銅の電解精製において、陰極として、カソードビーム１１を有するパーマネントカソード１０（図１（ａ）参照）が用いられる。なお、パーマネントカソード１０のカソード板１２の両側辺部１３Ａ、１３Ｂには、エッジストリップ２３Ａ、２３Ｂを装着するために、取付部１６を構成する複数のインナーピン用の差込孔１４と、トップピン用の取付孔１５がそれぞれ設けられている。

図１（ｂ）は、パーマネントカソード１０のカソード板１２にエッジストリップ２３Ａ、２３Ｂを装着した状態を示す図である。
トップピン用の取付孔１５は電槽内で電解液面よりも上にくる位置、通常カソード板１２の両側辺部上部のカソードビーム１１近傍に設けられており、エッジストリップとパーマネントカソードを貫通するような形でピンを差し込んで両者の連結を行っている。

さらに、本発明に係る電解精製用パーマネントカソード１０のカソード板１２の両側辺部１３Ａ、１３Ｂには、カソード板１２の厚み方向に貫通する複数のインナーピン差込孔１４が形成されており、カソード板１２のインナーピン差込孔１４に差し込まれたインナーピン（図示せず）もパーマネントカソード１０とエッジストリップ２３Ａ、２３Ｂの連結の役割を果たしている。

［エッジストリップ］
図２は、本発明に係るエッジストリップの実施例の横断面図で、（ａ）は埋め込み式型、（ｂ）はヒンジ式型のエッジストリップを示す図で、両者共に、エッジストリップ２３Ａ、２３Ｂの長手方向に垂直で、且つインナーピン３１含む断面、即ち、紙面の垂直貫通面に相当する横断面図である。
本発明に係るエッジストリップ２３Ａ、２３Ｂは、図２の横断面図に示すようにパーマネントカソードのカソード板１２の両側辺部１３Ａ、１３Ｂを嵌め込むためのガイド溝２４が設けられるような一端が開放された凹断面形状を有し、ガイド溝２４へ嵌め込まれたカソード板１２の側辺部に止め置かれる。さらにカソード板の両側辺部の末端部が、エッジストリップのガイド溝に沿って嵌り込んで止め置かれるように、その末端部の形状に対応する形状にして嵌合部Ｆを形成していても良い。

また、そのエッジストリップの締め付け方法は、カソード板の厚みより、やや狭い開口部を持つガイド溝２４に、カソード板１２の側辺部１３Ａ、１３Ｂを押し込むことで締め付ける方式（図２（ａ）参照）でも、エッジストリップのパーマネントカソードを嵌め込むガイド溝２４の反対側から丸棒４０を押し込み、パーマネントカソードを締め付けるヒンジ式（図２（ｂ）参照）でも使用可能である。また、カソード板１２に差し込まれたインナーピン３１の先端部が納められるように、エッジストリップの長さ方向に溝形状となっている収納溝２６を備えている。
このインナーピン３１の先端部が収納溝２６に納められることで、先端部は固着されずに収納溝２６の溝壁の拘束を受ける以外は動きに自由度を有することになり、カソード板１２に装着されたエッジストリップ２３Ａ、２３Ｂは、カソード板１２に固定せず、カソード板１２とエッジストリップ２３Ａ、２３Ｂの熱膨張差によるエッジストリップの伸び方向のガイドとしての働きをインナーピン３１に付与している。

さらに、ピン差込孔１４及び取付孔１５からなるカソード板の取付部１６と、ガイド溝２４、収納溝２６、装着孔２７、及び嵌合部Ｆからなるエッジストリップの装着部が、トップピン３０及びインナーピン３１を介して連結する際に、図３（ａ）に示すような機構で連結されている。図３はカソード板の取付部（図１（ａ）、符号１６参照）と、前記エッジストリップの装着部からなる連結機構の特徴を説明するもので、（ａ）は本発明の連結機構、（ｂ）は従来の連結機構を示すものである。
図３（ｂ）において符号５０～５２、５４、５５、６４、６７は従来の連結機構におけるパーマネントカソードと、その構成部位を示し、各符号の説明は図３（ａ）の同一位置にある符号の説明と対応している。ここで、６７は従来の装着孔である。
本発明の連結機構の大きな特徴は、図３（ａ）に示すように、カソード板と連結するためにトップピンを差し込む差込孔である装着孔２７が、従来例の装着孔６７と比べて長孔状（エッジストリップの長手方向（図３（ａ）の白抜き矢印方向）に伸びて長さＬとなった形）の形状を有している点にある。
その長さＬは、カソード板のトップピンの差込孔である取付孔１５の孔径φに対して、１．３倍～１．５倍が望ましい。

このように、カソード板の取付部とエッジストリップの装着部、並びにトップピン、インナーピンで構成される連結機構により、エッジストリップのカソード板との熱膨張差による伸びは、カソード板の側辺に沿った方向（図１の黒矢印方向）に拘束・誘導されることになり、カソード板側辺部先端とエッジストリップ先端部（装着孔２７の配置箇所と逆方向の端部）との隙間は生じない（図１（ｂ）、破線円で囲まれた範囲Ｌ、Ｍ）。なお、範囲ＬおよびＭにおいては、エッジストリップ２３Ａ、２３Ｂの端部（図１（ａ）、符号２９Ａ、２９Ｂ参照）は、カソード板先端側辺部（図１（ａ）、符号１２Ａ、１２Ｂ参照）を隙間なく拘束して動かない状態で装着されている。

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。

図３（ａ）に示すように、トップピンを貫通させ、パーマネントカソードとエッジストリップを固定させる取付孔の孔径は７ｍｍの円状となっている。実施例１では、エッジストリップに備えられた装着孔を、φ７ｍｍの丸孔を下方向に伸ばした長孔状とし、パーマネントカソードの孔径に対して１．３倍であるＬ＝９ｍｍの長さを有した長孔状（楕円状）とし、トップピンを装着した。
その電解精製用パーマネントカソード５０組（パーマネントカソード５０枚、エッジストリップ１００本）を、電解液中に浸漬してカソードとし、銅の電解精製を５回繰り返して実施した。電解精製終了後、エッジストリップの下端を確認したところ、問題としていた粒状の銅は一つも見られなかった。

装着孔の長さＬを、Ｌ＝９．８ｍｍ（１．４倍）とした以外は実施例１と同じ条件で、銅の電解精製を実施した。その結果、エッジストリップの下端には、実施例１と同様に粒状の銅は見られなかった。

装着孔の長さＬを、Ｌ＝１０．５ｍｍ（１．５倍）とした以外は実施例１と同じ条件で、銅の電解精製を実施した。その結果、エッジストリップの下端には、実施例１と同様に粒状の銅は見られなかった。

（比較例１）
従来通り、トップピン孔を円状としたエッジストリップを用いた以外は、実施例と同様に電解精製を実施した。電解精製終了後、エッジストリップの下端を確認した所、１０本に粒状の銅が確認された。

以上の結果より、エッジストリップのトップピンの装着孔を長孔状とすることで、エッジストリップ下端への粒状の銅の電着の発生を抑制することができる。それは、装着孔を長孔状とすること、並びにエッジストリップの構造を、インナーピンをガイドにして熱膨張によるエッジストリップの動きを上方のみに拘束・誘導する構造とすることで可能としたものである、

１０ 電解精製用パーマネントカソード
１１ カソードビーム
１２ カソード板
１２Ａ、１２Ｂ （カソード板１２の）先端側辺部
１３Ａ、１３Ｂ （カソード板１２の）側辺部
１４ ピン差込孔
１５ 取付孔
１６ 取付部
２３、２３Ａ、２３Ｂ エッジストリップ
２４ ガイド溝
２６ 収納溝
２７ 装着孔
２９Ａ （エッジストリップ２３Ａの）先端部
２９Ｂ （エッジストリップ２３Ｂの）先端部
３０ トップピン
３１ インナーピン
４０ 丸棒
Ｆ 嵌合部

Claims (4)

1. カソードビームと前記カソードビームに連結した矩形形状のカソード板からなり、前記カソード板の両側辺部をマスキングする絶縁材からなるエッジストリップを装着した電解精製用パーマネントカソードにおいて、
   前記カソード板が、両側辺部のカソードビーム側の位置に取付部を有し、
   前記取付部が、
   前記エッジストリップと連結する両側辺部に、前記カソード板を貫通する複数のピン差込孔と、
   前記複数のピン差込孔よりも前記カソードビーム側に円柱状の取付孔と、
   前記ピン差込孔に差し込まれたインナーピンとを備え、
   前記エッジストリップが装着部を有し、
   前記装着部が、
   前記カソード板の側辺部を収納、拘束するガイド溝と嵌合部、及び前記インナーピンの収納溝と、
   前記エッジストリップの長手方向の片方の端部に、前記エッジストリップの長手方向に伸びた長孔状の貫通した装着孔とを備え、
   前記装着部と前記取付部とは、嵌合しながら、前記カソード板の両側辺部に前記エッジストリップを連結し、カソード板先端側辺部を隙間なく拘束して動かない状態で装着するように前記エッジストリップの端部を嵌め込んで締め付ける連結機構を構成し、
   前記装着孔を備えることにより前記エッジストリップの長手方向の片方の端部における前記カソード板の拘束が、前記エッジストリップの長手方向の他方の端部における前記カソード板の拘束より緩くなり、
   前記連結機構が、前記エッジストリップを前記カソード板の両側辺に、エッジストリップの長さ方向で可逆的に移動可能に連結して前記カソード板と前記エッジストリップとの熱膨張係数の差により発生するエッジストリップの伸びの方向を、前記エッジストリップの長さ方向に拘束、誘導する機構を有することを特徴とする電解精製用パーマネントカソード。
2. 前記カソード板と前記エッジストリップが、前記取付孔と装着孔とを貫通するトップピンを介して連結し、
   前記エッジストリップが、前記トップピン及びインナーピンをガイドに、エッジストリップの長さ方向で可逆的に移動可能に、前記取付部と装着部が連結されていることを特徴とする請求項１に記載の電解精製用パーマネントカソード。
3. 前記エッジストリップの装着孔が、前記取付孔の孔径の１．３倍以上の長さを有していることを特徴とする請求項２に記載の電解精製用パーマネントカソード。
4. 銅の電解精製に際して、前記請求項１から３のいずれか１項に記載の電解精製用パーマネントカソードを用いることを特徴とする銅の電解精製法。

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