JPS5943996B2 - 銅の電解精錬用陰極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は銅の電解精錬において使用される陰極（Ｃａｔ
ｈＯｄｅ）に関するものである。

今田こ至るまでの５０年以上もの間、最も一般に使用さ
れているこの種の陰極は、第１図の斜視図に示されるよ
うな形態を有している。

なお、第１図も、また第２図（後述する）も、所定の縮
尺で描かれておらず、或る部分は構造の詳細をより一層
明確にするために不相応に拡大されている。第１図にお
いて、先行技術の陰極は、銅製の懸架棒（ハンガゝバ一
；Ｈａｎｇｅｒｂａｒ）７、銅の種板シート（Ｓｔａｒ
ｔｅｒｓｈｅｅｔ）８及び該シートを該懸架棒に吊り下
げるための一対の銅製の環または帯環９から成つている
。棒７の端部１０は、板８の幅よりも突き出ており、そ
れを支持するために、通常の電気接点を為すものと共に
セルの側部に置かれるようになつている。そして、種板
８は、精錬セルの電解質にそれぞれ浸漬された未精錬銅
からなる一対の陽極板の間に、或は電解採取セルの電解
質にそれぞれ浸漬された一対の不溶性陽極の間に配置さ
れる。企業における長い間の使用にも拘らず、かかる従
来の陰極が多くの点において問題を有していることが良
く認識されている。

例えば；（ａ）銅の種板が再使用できないことである。

すなわち、その上に沈着した銅を取り去り、そして新し
い銅の沈着を受け入れるためにセル内の元の場所に置く
ことが全く出来ないのである。今日の最も経済的なやり
方は、そこに沈着した銅と共にその種板銅を溶かし、そ
してその溶融物から針金、棒、ケーキ、ビレツト及び売
物となる他の銅製の商品を生産している。生産された溶
融物の一部は新しい種板を作るのに用いられる。しかし
ながら、新しい種板を電解によつて製造することがより
経済的であることを、経験は示している；しかしそうし
ても、それが母板からの種板の取り出し、該板を平らに
すること、環の作製並びにそれの取付け、そして支持棒
７と環を付けたシート８との組み付けを含んでいるため
、人一時間支出が極めて高くなるのである。（ｂ）銅の
種板を完全に平らに作ることは容易でない。

それらがまず第一に実質的に平らであるときでさえ、そ
れらはしばしば作業中に反るようになり、そしてこれが
陰極と陽極との間の短絡を惹起するのである。平坦性の
喪失がそのように悪くないところでさえ、陰極と陽極と
の間の平行性の逸脱は銅の沈着の不均一を惹起し、尖つ
たところ或は短路点での過剰の沈着がその部分での短絡
を加速する。短絡は重大な問題であり、この短絡を取り
除くために施設をパトロールすることを完全な業務とす
るーチームの作業員の使用を必要とする。（ｃ）しばし
ば環９は支持棒７との接触において線接触より少なく、
また点接触にすらなる。

これは現実の銅沈着プロセスを損なうものでないが、抵
抗を増大せしめ、その結果電力コストを増大させる。銅
精錬工業において種板が製造される母板を改善するため
に広汎な研究や実験が行なわれた。

或る仕事はステンレススチールで為されたが、結果にお
ける矛盾により通常不成功であつた。それは不動態、局
部的な腐蝕及び銅沈着物の一定しない付着の如き問題を
もたらしたのである。チタンの種板材（Ｓｔａｒｔｅｒ
ｂｌａｎｋ）はチタンの固有の特性のために考慮すべき
利点を有している。

チタンは銅沈着物の少な過ぎる或は多過ぎる付着の問題
を解消するのに充分に適していると思われる酸化物フイ
ルムを提供するからであり、またその腐蝕抵抗は極めて
良好である。チタンの再使用可能な種板または陰極の最
も進歩した形態は主として銅からなる複合の懸架棒から
なること及びチタン種板が溶着されるチタン成分を導入
することにおいて複雑である。一つの形態において、懸
架棒は銅棒をチタンの鞘に入れたものであり、そして種
板の上縁部分は、その部分が該懸架棒の鞘の一つの側に
直接溶着されるようにガチヨウの首の如く曲げられてい
る。他の形態においては、懸架棒は内部にあつてその軸
方向に延びるチタン芯棒を有する銅棒である。この場合
において、種板は前のように曲げられてガチヨウの首の
ようになつており、そして銅棒に設けられた孔を通じて
チタンの短い鋲によつて芯棒に溶接される。各鋲はその
一端が芯棒に溶接され、他端が種板の縁に溶接されてい
る。ここに述べた従来の゛チタン”使用例は、英国特許
第１４１５７９３号の主題として提供されている。

しかしながら、チタンには欠点がないわけではない。

それは高価であり、且つ実用形態における製造が複雑で
あることである。本発明の本来の目的は、上記した欠点
の少なくともいくつかを、そして望ましい具体例では特
に単純で安価な方法でそれらの欠点の全てを解消乃至は
改善することにある。

それは、実質的に全くステンレススチールから構成され
、何時までも再使用可能な、その平坦性を維持する陰極
であり、ブス・バ一（Ｂｕｓ−Ｂａｒ）と懸架棒との間
及びかかるバ一とシートとの間に損われない電流通路を
提供し、ビルドアツプの間沈着した銅を保持するのに充
分な固着を提供する一方、種板材からの沈着銅のストリ
ツピング（Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）を容易にするに有効な
分離層として作用する永久的な酸化物皮膜を提供し、そ
して特にその製造及び使用において機械的ハンドリング
を受け入れ易くした陰極によつて、達成されみのである
。本発明の実験室的な実施によつて非常に好結果を生む
ことが証明され、出願人の電解銅精錬施設（タンク・ハ
ウス）の全べてにこの陰極の使用を広げることが経済的
であると考えられた。

精錬の従来の方法は毎日各板から精錬銅の二枚の薄いシ
ートを製造するために限られた数のセル内で種板材を使
用している。

これらのシートはそれから第１図に示される如き陰極に
組み付けられる。付加的なコントロールを含む特殊な種
板の製造操作、生成物のトン当りの高い電力消費並びに
考慮すべき労力消費は全てのセルにおいて、そしてスト
リツピング前のより長時間の生長の間（単なる２４時間
に代わる１週間あるいはそれ以上）本発明を採用するこ
とにらつて解消され得るのである。

また、それは機械的なハンドリングや機械的なストリツ
ピングに好適な電極を提供し、その生成物は商業的な精
錬陰極銅となる。加えて、種板材の正確な面積は、正確
に面積が計られた陽極と対にされるとき、電極のより狭
い空間での操作を容易にし、それによつて著しく電力コ
ストを減少せしめ、そして最も重要なことには大いに短
絡を排除し、そしてそれから労働コストを減少させ且つ
短絡のコンピユータ監視をより容易と為すのである。

更に、より集中的な操作がより狭い空間で可能となり、
そして短絡の解消のためにより高い電流密度で精錬操作
が為され得ることは、所定の年産量のプラントがより小
さな建物内に収容され、このため建物に対する資本投下
を著しく節約せしめ得ることを意味する。種板並びにそ
れらの要請たるより大きな面積の特殊陽極の排除（廃止
）及び陽極負荷からのより多くの「引き寄せ」能力のこ
れら全べては、プロセスにおいて「作業」銅の量を減少
させる。

この減少は、大略１００００トンの２０％のオーダとな
るので、プロセスの銅に投下される金額は著しく減少さ
れるのである。本発明は、銅の電解精錬における使用の
ために、平らな下面を有し、且っ両端部が支持体及び電
気接点上に載置せしめられるようになつているステンレ
ススチール製ハンガ・バ一と、前記端部間の下面にその
上端が溶接され、該下面から垂直に延びる平らなステン
レススチール製の種板シートと、前記バ一と、前記下面
に溶接された前記シートの少なくとも上縁部分とを包む
銅クラツデイング（Ｃｌａｄｄｉｎｇ；被覆）と、そし
て前記シートの少なくとも垂直に立つ側端部をマスクす
る手段とを、有する陰極を提供するものである。

なお、ここで用いられる「下面」、「上縁］及び陰極ま
たはその部分の特殊な配置を包含するその他のものの如
き言葉は、説明の便利さのために使用されたものと理解
されるべきである。

そのような言葉は、一般に使用されるように電解セル内
に吊り下げられたときに陰極に文字どおりに適用される
ものである。本発明の好ましい具体例が添付の第２図乃
至第６図に示されている。

第２〜６図において、ステンレススチール製のハンガ・
バ一１１は図示の如くＲＳＪまたはＩ形梁の横断面形状
から好適に成つている。

それは他のいくつかの形態をも取り得るが、図示のもの
が、軽量であり且つ経済的なスチール使用量であるため
に好まれる。それは構造的に健全で、通されるべき電流
に対して相対的に大きな表面積を与える。バ一１１は平
らな下面１２を有しており、そしてその端部１３は、よ
く理解されているように、支持本及び電気接点上に載置
されるように適合せしめられている。平たいステンレス
スチール製の種板（シート）１４は、第５図に１５で示
されるように、その上端が下面１２に溶接されて、該シ
ートが該下面１２から垂直な方向に延びている。

シート１４は・好ましくは溶接に先立つて切欠かれた一
対の孔１６を有している。これらの孔１６は、該孔を通
つて延びる支持棒あるいは熊手によつて多数の陰極がま
とめて取り扱われ易いようにするためのものである。ス
テンレススチールの一連のものがこれまでに従う種板と
して有効に用いられる。

しかしながら、銅のストリツピングの容易性の点より、
［ＡＩＳＩ３ｌ６ＥＬＣ」として市販されているステン
レススチール等級のもので、表面仕上げの「２Ｂ」標準
として知られているものを使用することが好まれる。こ
のスチールは、大略、の分析値を有するものであり、そ
の２Ｂ表面仕上げは、ブライト（Ｂｒｉｇｈｔ）とダル
（Ｄｕｌｌ）の中間であつて、冷間圧延、熱処理（軟化
）及び脱スケール（Ｄｅｓｃａｌｌｎｇ）、そして艶出
しロールによる軽い最終圧延によつては製造された銀灰
色のセミブライト表面を有するものである。

この指摘されたスチール及び表面仕上げは、銅が自然に
スチールから剥れ或は落ちるのを防ぐに充分な付着強さ
をスチールシートと沈着した銅との間に与えることを実
験が示しているところから、好まれるのである：更に、
この強い保持力ほスチールシートからの銅の即座のスト
リツピングを阻止するほどではない。

ストリツピングは、ナイフ様の刃を使用するか、または
スチールシートと銅の上端に沈着した銅との間に刃物の
刃のくさびを挿入することによつて行なわれ得る。しか
しながら、上記指摘した如き種類のステンレススチール
と表面仕上げを採用することにより、我々の実験によつ
て、有効なストリツピングが銅を付着した陰極を槌打場
所（ＨａｎＴｎｅｒｉｎｇｓｔａｔｉＯｎ）に通じるこ
とによつて自動的に行なわれ得ることが明らかとなつた
。該槌打場所では、沈着した銅は両サイドからその上端
近くで激しくたたかれ、これによつてかかる上端部の銅
をゆるめ、そしてそれから該スチールと該銅のゆるんだ
上端との間の微細な隙き間に一またはそれ以上の空気の
流れを導くことによつてストリツピングが終了せしめら
れるのである。ハンガ・バ一の作られるステンレススチ
ールは種板シートが作られるものと同じである。

しかしながら、該バ一は該シートが溶接可能のものであ
るならば他の如何なるステンレススチールからなるもの
であつてもよい。先に述べたように、ステンレススチー
ルは特に良好な導体ではない。

そしてそのようなスチールのみからなるハンガ・バ一の
使用はブス・バ一と種板との間の電流の通過に対して充
分な媒介物とはならない。これがハンガ・バ一、そして
それに溶接されるシートの上縁を銅で単に被覆すること
によつて克服され得ることが見い出された。この被覆は
、公知のメツキ技術によつて行なわれ、約１ｍｕの厚さ
が適当な電気伝導率及び腐蝕並びに自動的排水抵抗性を
与えるのに好まれる。種板上に酸化物フイルムを存在さ
せる従来の技術がシートから銅をストリツピングし易く
する分離層として作用する能力のために望ましいとされ
ていることを思い起されたい。種板の頂部で銅メツキさ
れた銅の幅は、それが電解質の頂面に達しない限りにお
いて臨界的でない。

明らかに、メツキ部分への銅の沈着が惹起されてはなら
ない。同様に、精錬銅が操業過程で沈着せしめられるメ
ツキ領域は孔１６を限界する下端１７まで延びていては
ならない。銅メツキは、それが好ましくはサンドブラス
トされた溶接金属１５を覆うならば、都合よくはエツジ
１７に達しないことは当然である。銅ストリツピングの
容易さは種板シートのエツジを効果的にマスキングする
ことを要求し、そして銅の沈着がそれらのエツジの囲り
に連続しないようにすることは明らかであろう。

これは、特に、板の垂直な側端を有する場合である。底
の端部はマスキングの必要性が少なく、その場合におい
てエツジのマスキングは省略されよう。しかしながら、
きれいなストリツピングをより確実とするために、高融
点弾性ワツクスま７こは他のマスキング物質のホツト・
デイツプ（ＨＯｔｄｉｐ）を行なうことによつてその底
部のエツジを約１０．００ｍの深さまで単に被覆（マス
ク）することが好まれる。種板シートの側方のエツジを
マスキングすることに関して、本発明は先に参照したチ
タンシート以上のより重要な利点を示している。チタン
製の種板においては、該金属の比較的高い導電率のため
に、マスクするストリツプ物質の下に沈着銅粒子が這う
傾向がある。

これがいつたん起ると、銅の小瘤は被覆ストリツプ（通
常プラスチツク物質からなる）の下に生長を続け、そし
て該ストリツプを持ち上げる傾向があり、そしてマスク
すべき理由を打ち破り、そしてまた更なる使用に先立つ
て再マスキングの必要性を惹起するのである。ステンレ
ススチール製種板シートの場合には、その相対的に乏し
い導電率はマスキング手段の下で銅の生長を邪魔して、
それによつてそのような生長は取るに足らなくなる程度
にまで減じられる。

これにもかかわらず、種板シートの少なくとも側端部を
有効にマスキングする要求がある。そして、好ましくは
、採用するマスキングの形態の最上のものが第６図に示
されている。主として同図に関して、該マスキング手段
は、プラスチツクピン１９によつてシート１４に取り付
けられた、長手方向に細長な溝が付けられたプラスチツ
ク製玉ぶち（Ｂｅａｄｉｎｇ）１８から成つている。

これらピン１９はシート１４に設けられた孔２０に通さ
れている。玉ぶち１８及びピン１９は同一のプラスチツ
ク物質から作られることが望ましく、その一つの好適な
物質は「ＣＹＣＯＬＯＹ８ＯＯ」として知られているよ
うな高品質の、耐熱、耐衝撃性のプラスチツクである。

これは、米国特許第３１３０１７７号明細書に記載され
ている如きアクリロニトルーブタジエンースチレン（Ａ
ＢＳ）とポリカーボネートとのポリマーアロイである。

玉ぶち１８とピン１９は、上記「ＣＹＣＯＬＯＹ８ＯＯ
」３０％の塩化メチレン溶液の如き適当な結合材料を用
いて共に固着される。そのような結合材料は弾性状態に
セツトし、そして結合剤としての作用に加えて、以下の
方法において有用な目的を与える。

本発明に至る実１験作業の間、用いられた玉ぶちがピン
締め物間で僅かにふくらむ傾向が幾度もあつたことが見
い出された。

勿論、これは不都合であつたのであり、それはスチール
と玉ぶちとの間の膨張率の差によるものと考えられた。
この状況は第６図に示されるように特大型の孔２０を作
ることによつて矯正された。玉ぶち及びピンの適用に際
して、該孔２０は溶剤物質で満され、それは膨張率差を
補償するように種板に対する玉ぶちの充分な長手方向の
動きを許容する伸縮継手として作用するような弾性状態
にセツトする。玉ぶち１８は好ましくは押出あるいは射
出成形によつて先ず形成される。

そして、この操作において、スロツト２２の開度を定め
るポイント２１が第６図に示されるよりも互にもつと近
接して位置するようにされることが望ましい。それ故、
該玉ぶちがシートに適用されるとき、スロツト２２の側
部はシートに接するようにそれらをしつかりと押し付け
る傾向の固有の弾性荷重を有することとなるのである。
更なる用心として、ポイント２１は好ましくはワツクス
または２３で示される他のシーリングストリツプ材料の
適用によつて種板シートにシールされることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の陰極の斜視図を示す。 第２図乃至第６図は本発明に係る陰極の好ましい具体例
を示すもので、第２図はその斜視図（縮尺通りにはなつ
ていない）、第３図は好適な縮尺で描かれた側面図、第
４図は第３図の端面図、第５図は第４図の円５で囲まれ
た部分の拡大図、第６図は線６一６の断面拡大図である
。７，１１：ハンガ・バ一（懸架棒）、８，１４：種板
、９：環、１０，１３：端部、１２：下面、１５：溶接
部、１６：孔、１７：エツジ、１８：玉ぶち、１９：ピ
ン、２０：孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平らな下面を有し、且つ両端部が支持体及び電気接
   点上に載置せしめられるようになつているステンレスス
   チールのハンガ・バーと、前記端部間の下面にその上端
   が溶接され、該下面から垂直に延びる平らなステンレス
   スチールの種板シートと、前記バーと、前記下面に溶接
   された前記シートの少なくとも上縁部分とを包む銅被覆
   と、前記シートの少なくとも垂直に立つ側端部をマスク
   する手段とを、含むことを特徴とする銅の電解精錬用陰
   極。 ２ 前記ハンガ・バーが、Ｉ形梁の横断面形状を有する
   特許請求の範囲第１項記載の陰極。 ３ 前記種板シートが、前記ハンガ・バーに溶接される
   側の端部において切欠きとして形成された吊り上げ孔を
   有する特許請求の範囲第１項または第２項記載の陰極。 ４ 前記種板シートが、 炭素・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・０．
   ０３重量％ニッケル・・・・・・・・・・・・・・・・
   ・・１２．０重量％クロム・・・・・・・・・・・・・
   ・・・・・・・・１７．０重量％モリブデン・・・・・
   ・・・・・・・・・・２．２５重量％を含むステンレス
   スチールから形成された特許請求の範囲第１項乃至第３
   項のいずれかに記載の陰極。 ５ 前記銅被覆が、メッキによつて形成される特許請求
   の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の陰極。 ６ 前記マスク手段が、長手方向のスロットを有し、そ
   れによつて前記シートを囲むプラスチック製玉ぶちと、
   前記シートに形成された孔を通つて延び且つ該玉ぶち内
   に結合される前記スロットの何れの側にも配設される部
   分を有する複数のプラスチック製ピンとを含む特許請求
   の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の陰極。 ７ 前記スロットの両側部がそれらの間に配置される種
   板シート部分をしつかりと圧するよう弾性的に負荷する
   ように、前記玉ぶちが押出しによつて形成され、そして
   前記ピンがそれに適用される特許請求の範囲第６項記載
   の陰極。 ８ 前記ピンを受け入れる前記シートの孔が、該ピンに
   対してより大きな大きさとされ、そしてそこに形成され
   る空所に、該ピンにて確立されるジョイントの各々が伸
   縮縦手を構成するように、弾性溶媒材料で満される特許
   請求の範囲第６項または第７項記載の陰極。 ９ 前記マスク手段が、ワックスのストリップを含み、
   それによつて前記スロットの内側が該スロットに挿入さ
   れる種板シート部分に対してシールされる特許請求の範
   囲第６項乃至第８項のいずれかに記載の陰極。 １０ 前記シートの下端部が、高融点、弾性ワックスの
   コーティングによつてマスクされる特許請求の範囲第１
   項乃至第９項のいずれかに記載の陰極。