JPS6059092A - 電極、その製造法および電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表面積が犬きく、芯体繊維とそれを被覆する金
属被ＩＩ囁との結合強度が尚くかつ電気的接続が効率的
である繊維群を有する電極、かかるｒ電極を含有する４
気化竿的亀解槽ならびに本発明記載の銃椿および電解槽
の製造方法および匣用方法に関するものである。

碗気化学的工程、たとえばｄＬ解、１五気メノギ、醒解
採取、電気−有機合成および廃物回収の効化は、かなり
の範囲、電極の表面積に依存する。電極は表面積を増加
させるために、うねりやねじれをつけて作られて来た。

砂吹きも捷だ、電極表面を粗くして表面積を大きくする
ために用いられて来た。これら公知の技法は表面積の増
加には効果が限られていることがわかっている。

最近、大きな表面積を有する電極用としての炭素繊維が
米国時ｅ′１第４，０４６，６６’３号、第４，１０８
．７５４号および第４．１０８．７５７号に記載されて
いる。このＴｉ：　４＠は、一般的には相互に平行に記
列し、電気的接続のだめに一端を緊締した複数の炭素繊
維で構成されている。これらの電極は大きな表面積を有
するではあろうが、電気的接続が比較的によくない。特
にこのような繊維の束を緊締してＩ電気的接続を作る際
には、常に多数の繊維が破断する。この繊維破断は繊維
束の電気的効率に不利益な影響を与える。加えて、炭粱
繊維の機械的接続は接続点において望ましくない高准気
抵抗を生ずる。従って、このｔハ：極の理論的効兎は、
機械的に破損し易くかつ非効率的な電気的接続が原因で
達成率ｂ」能なのである。

米国特許第４．０４６．６６３号、第４．０４６．６６
４号、第４．１０８．７５４号および第４．１０８．７
５７号に記載された低損は灯芯のようにも作用して、電
解ｆを端子の領域に吸い上ける。Ｉｔ解液が蒸発すると
、１話の残渣が残って電気的接続に影響を与える。塩の
沈積は端子を熱的におおって熱を蓄積させ、抵抗を増加
させ、かつ、最終的には橋かけにより端子の機能を停屯
させる。吸い上げ効果と繊維破損とを制御できたとして
も繊維束の中ｌしにおける繊維群の電気的接続不良は残
るでりろう。

炭素繊維を金属被膜で被恍して、被覆した炭素繊維の束
を各種ば気化学的工程に上極として、より動量的に使用
し得るようにするための幾つかの企画がなをれだ。大多
砂の例ではこれらの炭素ゆ冴に施した被膜は不連続で、
もろく、費用がか４むものであった。たとえば米国特許
第第４．１３ス８２８号は炭＃繊維へのニノクルの真空
蒸着を記載している。しかし、この特胎により示唆され
た被膜は炭素繊維との接触に関して連続的でなく、繊維
をねじると容易に破壊して脱洛する。

炭素繊維を波俣するのに無ｒＬ解ニッケル浴も使用され
−（いる。しかし、この被覆法は低速で費用がかさみ、
さらに低性能の不連続な被膜ができる。

いま一つの望ましくない被覆繊維が米国特許第３゜６２
４２８３号に記載されている。

以上を考慮すると、大きな表面積、幼名的な嘔気的接続
、および＃ａ、雄との間に冒い結合強度をもつ連続的な
金属被１草を有する繊維含有成極を提供することが本発
明の目標である。

曲け、巻きつけ、織り、捷たは編んで鑞気化学的ＩＫ解
槽に効率的に開用し得る各種形状になし得る被覆した、
あるいはｔＪ、引していない繊維電極を提供することが
本件発明のいま一つの目１票である。

先行技術の醒欅の欠点を持たない【電極として川上げら
れた眠気伝導性繊維を用いたＥ糺戯曲市１＞；Ｉ！槽お
よび工程を提供することが本発明の池の一つの目標であ
る。

本件発明の電極は複数の繊維金含鉤し、その各繊維は緊
密に接着している少くともｌ柿の薄い金属被膜を有して
いる。この被膜は好ましくは連続的でのって、良好に接
着しており、金属被覆繊維を曲げると被＋１気が１波れ
ることはりってもはがれ落ちることはないよつなもので
ある。本発明の成極用繊維は半金属性のたとえば、炭素
および炭化ケイ素繊維のようなもので、ｂつてもよく、
非電導性の、たとえば、ナイロン、ポリエステルおよ０
：／またはアラミド（αｒａｍｉｄｅ　ｌ　繊維であっ
てもよい。

繊維が半金属性の炭素まだは炭化クイ素であるときには
、金Ｊ、＋’ｉｉ破１漠は本件出駒１人の出願に係る係
属中の１９８２年３　Ｊ４１６日付の第３５８．６３７
号に開示し７【方法に従って形成することができる。

出願番号側３５６．６３７号に開示されたｌＪ維被被膜
連続的でかつ優れた結合＋ｒ−’Ｍ＋１４と屈曲特性と
を有している。その結果、出！１ＩＩＩ曲号第３５８．
６３７号の方法に従って被々゛シした繊維を、電極とし
て有用であり、かつ、先行技術の金属被（運４した炭素
ま尼は炭化ゲイ素の繊維では達Ｉ九し得ないと考えられ
る形状に形成することができる。しかし、出願番吟第３
５８．６３７号は炭素または炭化ケイ素の繊維を被覆す
るための、好ましい方法を記述しているが、本件発明は
それに限定きれるものではないと理解されるべきである
。

金属被覆した炭素または炭化クイ素の繊維を作る好筐し
い方法においては、下記の段階が用いられる。

（ａ）　複数の１武気伝尋性芯材連続長繊維より出発し
、 （ｂ）上記長繊維の少くとも一部分を、少くとも１種の
金属（ｉｌ−低解的に析出させることのできる溶液の中
に連続的にｌｋ漬し、 （Ｃ）　上記繊維と上記溶液中に浸漬したＩＥ極とのｎ
ｌｌに金属を析出きせるために通常必甥な電圧以上の外
部重圧１〔かけて一定量の心気を流し、その際（ｉ）金
属が繊維の表面でぶ元さ７しく１１）金属が繊維表面上
に実質上均一に凝集し、（ｉｉｉ）芯材上に金属の央實
的に均一・よ、・丘オら層が生成する。

合強度をイ」するであろう。その上、好ましい繊維では
結合強度）・よ、その繊維全実質的な、すなわち、５容
積パ一セント以上の、被膜の分離およびはく離なしに結
びことを可６ヒにするに十分な種度以上のものである。

繊維が非伝導性のナイロン、ポリエステルυよび／′！
たけアラミド等のものであるときには、ます、本件出へ
［１人の同時出願（ドゲットＩＤｏｃｋｅｔ　）１１０
−０２３１’に係る系属中の・特許出願の記述のように
して帆めて薄い金属中間層を形成して云樽性とし、つい
で出！？、＋＋　４号第３５８．６３７号に記述された
方法で金属層で被覆する。

芯材繊維が半金属性または非金属性である場合には本発
明記載の成極は好ましくは（（（極と峰源との接続部の
近傍で金属被覆されＣいる繊維て形成されたものでめる
：繊維上の金属波しば、ｌδ接などの方法により重用と
接続して、屯戯曲接奈ン、部の近傍で連続的な繊維／金
属法材を生ぜしめ、これにより、繊維を破壊し、電極の
効率を減少させる機械的接続を避けることが可能になる
。加えて、溶接した結合部および、その結果生する。％
続的繊ｍ／金属基１１は、先行技術の機械的凝続につき
ものの、電気的接続の質を急速に低下させる吸い上げ効
果を回避するのである。甘た、熔縛した結合部および結
果として生ずる連続的Ｎ１．維／金属基材は全ての繊維
を金属で包み込み、繊維１ｏｏ、ｏｏ。

本の集合の中’Ｌ？部においても低い接触抵抗を示す。

本Ｖ＋重接は繊％ト束の電気的接続部の近傍となる部分
のみを金属被＋ｊＥして形成することもできる。

本件電極は全長にわたって金属被覆も、ついで、電極と
しての使用に先立って金鴎慎漠の一部をはがして用いる
ような繊維束で形成することもできる。大部分のト匡気
化学的応用においてはｔ（ｆ、戯曲接続部の近傍のみを
被覆した４４はアノードとじて好ましく機能する。

本発明はさらに、配列中の各Ｉ歌維がその全長にわたっ
て連続的に金属で被膜された繊維群の配列を包含する。

この被＃ｈされた繊維は電気伝導度の高い大きな表面を
持っている。これは溶接のような手段では源に鮨、戯曲
に接続されて電気的接続部の近傍に総合的炭翼／金属４
Ｎ材を形成する。上に説明したように、このＩ爪続的基
材は繊維の破壊を回避し、実質的に吸い上は効果を防止
する。各繊維の全長にわたって被覆されたものから作っ
た′−極は典型的には陽極として用いらｎる。

上記、ならびに、ここにその開示を引用した係属中のＬ
旧□Ｊ′４番号第３５８．０３７号およびドクット１１
０−０２３に記述されたように繊維の被膜を強化した結
果、本件繊維電極は従来適用不可能であった６神の有用
な形状に形成することが可能になった。時に、金しｉ被
覆繊維束は、金属被膜が繊に流通支持体（ｆｌｏｗ−ｔ
ｈｒｏｖｇｈ　５ｕｐｐｏｒｔ　）に巻き付けることが
できる。他の被覆電極形状には、平面状構造体に支持さ
れ得る、または流通支持体に巻き付は得る織布マットお
よび円筒状流通支持体のまわりに位置した編成筒状構造
体を包含する。

本件電極の可撓性の結果として、いくつかの独を待な献
解槽の構造および工程が適用可能になった。

たとえば、流通支持体の周囲に設置４°したアノードお
よびカソードを１個の、または２個以上の電解槽中で交
互に配列することができる。このとき、電解液は炭素繊
維と最大の接触を保つようにして成解槽を通過する。一
つの具体例では各７ａ解槽が′流通支持体、上の了ノー
ドと流通支持体上のカソードとを有している。このよう
な？ｈ、解槽は、各々を非伝導性の隔壁で分離すること
ができ、その隔を設けることができる。新宅の流動パタ
ーンを達成するために隔壁中の流路は交互に底部の角と
反対側の上端部の角とに設けられることもあろう。

このように隔壁に配置された孔は電解液と電極との最大
の接触を達成する助けとなる。

上述の構造の他の具体例では、各電解槽が流通支持体に
巻き付けた複数の繊維含有下ノードおよびカソードを持
つことができる。６耳１曇鉛を一°゛丑ｍｌ悸嶽辻示−
降輯複 数のこのような多電極電解槽は同列に配置して、電解槽
間の接続は電解液と電極との間の最大の接触を確保する
ように構ＩＪ’１．することができる。上記のように、
この電解液流動、ｆターンは電解槽間の隔壁に交互にＶ
！壁上瑞の角と下端の角に配置した孔により達成される
。

本発明には別の構成の他の′眠気化学的１に群槽も包含
される。たとえば、多孔質金属板をカソードとして開用
し、上述のアノードと交互に配列することもできる。い
ま一つの具体例においては、白金線のような小さな７ノ
ードを大表面積の金属被覆繊維カソードと組合わせて、
溶液中の特定の金属のみをカソードに′螺着させ他の金
属は溶液中に繊維カソードは円筒状に形成し、この円筒
をアノードの周囲に同心的に配置行してもよい。この円
筒状繊維カソードは繊＃＃束を多孔性円筒形状にラセン
巻＠　（ｈｅｌｉｃａｌｌｙ　ｗｒａｐｐｉｎｇ　）す
るがの交互配列であって、相互に結合した本発明記載の
電極の一方を一方の溶液中に設置し、他方は他の溶液中
に設置するものを包含する。

上記各具体例において本発明の電極は大きな表面積、効
尤的な電気的接続、および芯体繊維とそれを被覆する金
属被膜、との間の高い結合強度を有する。

下記は本発明の説明的実施例の詳細な記述と付属図であ
る。本発明はその精神において、技術範囲においても、
当業者にとって自明の改良および変形が可能なものとし
て理解されるべなである。

本発明の・１ル極は一般的には第１、ｌα、１ｂ１１Ｃ
１１ｄおよび２図の１０により示される。電極１０は複
数の１＊維１２で形成され、その各繊維は中心のたとえ
ば約７乃至１１ミクロンの好ましくは炭素の繊維１３と
、たとえば約０５ミクロンの薄い同心構造の二ノクルま
たは他の被覆金属の連ば約４０．０００乃至ｓ　ｏ、　
ｏ　ｏ　ｏ本のｉｌｌ　（Ｈされた伊８１２の一般的に
は平行な配列であって、典型的に１約０．１２５インチ
の直径を有している。新漬の長さの繊維束１５は眠気接
続子１６に、電気接続子１６の緊締部１７が繊維束１５
の一端を締めつけるようにして接続する。より特定すれ
ば、電気接続子１６の緊締部１７は繊維束１５をゆるく
保持するには十分であるが被覆されたｍ雄１２がこわれ
ないことが保Ｈ【］、されるような力で繊維束１５を締
めつける。この緊締部１７から繊維束１５に加えられる
力は、電気の導通がこの機械的接続に依存しているとき
に通常用いられる力よりもかなり小さなものである。

繊維束１５を電気接続子１６にけめ込んでから、接続子
１６と繊維束１５との結合体を溶融金祷、たとえば約６
０％のスズと約４０％の鉛とで作ったハンダのようなも
のの浴に漬ける。ハンダ１８は近接した被覆縁＃＃１２
の間の領域、および電気接続、子１６と被覆された繊維
１２との間の領域に吸い上けられて、１城極１０の末端
において実質上炭素／金属基材であるものを形成し、繊
維束１５と接続子１６との間に効率的な一気伝導性接続
を保持する。被覆された繊ｍ１２による所望の吸い上は
効果は何秒という時間内に、典型的には約１０秒で達成
、烙れる。

ついで、各繊維１３の接続子１６から遠い部分の金属被
膜１４をたとえば硝酸浴に浸、して除去する。より特定
すれば被膜１４は、被膜１４がノ・ンダ１８からはなれ
て拡がっている短い部分を残すようにして除去する。好
甘しくは、被膜１４は第２図のｗＸ”で示された軛囲の
ようにノ・ンダ１８から１．５乃至２インチの長さ伸び
ている。かくてｔａｘａ図に示されたように、成極１０
の上端部は炭素繊維１３、被膜１４、ノ・ンダ１８およ
び接続子１６の緊締部１７からなる総合的炭素／金属基
材を明定している。接梯子１６から少しはなれた所では
第１ｂ図に示したように、ｉゑ金的炭素／金属基材は炭
素繊維１３、被膜１４およびハンダ１８で構成されてい
る。さらに接続子１６からはなれた所では第Ｌａ図に示
されたように成極１０は炭素繊維１３および被膜１４を
有するが、ハンダ１８はない。このハンダのない被膜１
４は接続子１６から裸のＮｖ、維１３にかけて電流を平
均するような段階的抵抗値を示す。このようにして、電
流勾配が生じて、電解質との接触により、より急速に攻
撃される急変領域が生ずるのを駆出する。

最後に、第１ｄ図に示されたようにｌ−１ｊ４ｔｌｊ１
ｏの残余の部分においては繊維１３は繊維束１５の中で
被膜なしに緩やかに配列されておシ、一般的に矢印１９
で示された電解液は自由に繊維１３の間を流れ、繊維１
３との最大接触を達成する。これらは 炭素繊鐘弓”）ツアイ）”Ｃ’あり一般に不定形炭素ヶ
含有しない。

第３図に桿れば、成極１０はテラスチツクスまたは他の
不活性材料で形成された非伝導性保涛管２０に結合して
用いられる。保護管２０は電極１０をゆるやかに包み、
一般に、接続子１６から、′ＣｔＩ、極ｌＯの使用目的
である電解液の界面の数インチ下の所贅で、成極１０に
沿って配＋６される。保順管２０は最も攻り■的で破壊
的な藏解反応が屯がｔ液の界面の直下の領域で起るとい
う事実の反映である。保護管２０は、かくて、この１扛
解液の危険な領域において破壊効果を最小限にするので
ある。

さらに、γ＝ｍｍと成極１０との間の遷移（ｔｒαｎ−
５ｉｔｉｏｎｌ効果を最小限にするために、保護管２０
には電気接続子１６から最もはなれた末端に複数の小孔
２１を設けてあり、ば流勾配の遷移４ｉｒ域（ｔｒａｎ
ｓｉｔｉｏｎ　ｚｏｎｅ　）を効果的に生成し、電流揺
乱（ｃｕｔｒｅｎｔ　ｓａｒｇｅ　ｌ　と′！３．解液
の攻撃の領域を最小限に抑えている。

第４．４α、４ｂ、４ｃおよび５図には本発明の他の′
電極２２が示されている。電極２２は構造において上記
の電極ｌＯと類似でｃＰ）るが、ｆｌｕ極２極上２＃Ｊ
Ｒ維１３の全長にわたって連続的に設けた被膜１４を有
している。かくて、８Ａ４α図に２５されるように電極
２２の接続子１６に近頃（〜だ部分は、炭素繊維１３、
金属被ＰｐＡ１４、ハンダ１８および辰続子１６の緊締
部１７で構成される総合的炭素／金属基材を形成してい
る。ば懐２２の接続子１６から少しはなれた場所におい
ては（７４ｂに示されるように、総合的炭素／金属基材
は炭素繊維１３、金属被膜１４および〕・ンダ１８で構
成されている。接続子１６かりさらにはなれ、４極２２
の他端まで繊維１３の各々は金属被膜１４を有している
が、矢印１９により示されるように電解液は電極２２茗
通って自由にθＩＣれ得る。この金属被棲繊維ｄ、高Ｉ
Ｗの電気伝導性を有している。

第６図は、上記の通り電解液と周囲との間の境界におい
て、電解液の破壊効果を最小限に抑える保護管２０と共
に用いられる電極２２を示す。大多数の市気化学的応用
では第４〜６図に示されたべ極はカソードとして用いる
。

第７〜９図１は本件発明の実施例である一般的には平面
状の成極３０を示す。電栖３０は、一般的には矩形断面
の不活性流通支持体３４に巻き付けられ、不活性遮壁３
６により支持体３４の上に保持されている長い繊維束３
２により形成されている。繊維束３２は第１〜３図に示
されるように大部分の被膜を除いてもよいし、第４〜６
図に示されるように全長にわたり被キカされていてもよ
い。

％極３０＆まアノードとしてもカソードとしても用いら
れるが、全て金属被覆領域３８を■する。この金属被覆
領域３８により、電気楽続子４２を繊維束３２に接着し
て総合的炭素／金属基材を形成するのにハンダ４０を開
用し得るようになる。上に説明したように金属被覆領域
３８は好筐しくはハンダ伺は部分４０の限界を超えて拡
がり１．ｙ）る種の成極では繊維束の全長にわたって拡
がっている。電極３０は、さらに典型的には空気とｄＬ
解散との界面の上の所から電解液の中に好１しくは３ま
たは４インチ入った所にまで伸びる保晦管４４を備えて
いる。保Ｒ１管４４は流通支持体３４の」二で終っても
よいが、繊維束３２を支持体３４に設置するのを容易に
するために、好ましくは流通支持体３４に近接した領域
まで伸びる。第７Ｍに最も明らかに示されているように
流通支持体３４は多くの孔３８を持ち、かつ保護管４４
を入れる長い切込み部または溝４６を持つこともできる
。このときには繊維束３２は流通支持体３４の孔を辿し
て支持体３４に％・に巻きつけることもできる。

第８図に示すように単一の繊維束３２を各末端で端子に
接続してもよいが、本発明を実施するには多数の繊維束
と端子群とを用いることもできる。

緋：紐束３２は支持体３４に保持され、かつ、流通支持
体３４と繊維束３２を包み結合している遮壁３６により
、破壊から保縛されている。遮壁３６は・ノーイロン゛
またはガラス繊維で作ってもよいが、これは、−極から
遊走した繊維が他極に接触することも阻＋ｈしているの
である。

電極３０をカソードとして用いるときには繊維束３２は
典り的には、全長にわたり被覆をれた状態に保ｉこれる
。好ましい４１１値かあれば、この被１１眞は、上述の
とおり成極３０を形成する途中で繊維束を１０］１川も
、鋭く曲げても繊維束３０の繊維上に接触を保′つてい
る。

一極３０をアノードとして１史用するときには、典型的
には、繊維束３２と電気湛続子４２とを結合するハンダ
付は部４ｏに近い領域全除いた繊維束３２の全領域で被
膜を繊維束３２から除去する。

この繊維束３２からの被膜除去ｉｉ繊維東３２ケ流通支
持体３４上に設置する前でも、その雨で行ってもよい。

第１〜９図に示した具体例において、１えＬ極１゜筐た
は３０の芯材を形成する繊維１２は炭素である。その池
にも繊維１２は炭化ケイ幸のような他の半金属繊維゛ま
たはナイロン、ポリエステルおよび／またはアラミド寺
のような非伝導性繊維で作白金属および匣用状況に応じ
て他の金庫をも包含する多様な金趙で形成することがで
きる。贅だ、この金属波膜は、多層構造、たとえはニッ
ケルの内層と銀の外層とよりなるものでもよい。

基材に関してぎえば、ここで用いられてめるハンダとい
う語はスズと鉛、または鋼と銀とのような合金および純
金属たとえば鈍をも包含する。このハング基材は端子の
壁と繊維１２の各々および全てとの間に吊：戯曲架橋を
生成する。

繊維１２の束のしをは成極１ｏまたは３ｏに必要な幅お
よび長さによって異なり１．′Ａ７〜９図に示されるよ
うに巻き伺けまたは終りも（バは編むことができる。実
例とじ−Ｃは、ゆ離京は長さ数インチ乃至４０フィート
以上で本発明の実施に満足に用いられている。

本発明の／ＩＩ徴の−っは大きな表面４ｉｆで、本件電
極により小容量の溶液中でも可能となり、低電流密１８
でもファラデー当Ｍにつながる全岨流値は高い値となる
。実例では７ミクロンの繊維をメンキして８ミクロンの
？＆　４”Ｍ繊維とし、４０，０００＋４０Ａ１本の繊
維を束ねると繊維束の長さ１インチあたり４０平方イン
チの表面積となる。

さらに、電気メッキしたｍ帷の抵抗は低り、繊維束の電
位は端子からがなり遠い所でも、実質的に一様である。

本発明の電極は、希薄溶液、たとえばメッキ浴からの工
程流体、鉱業の湿式冶金液、鉱業廃液流および金属が希
薄溶液中に存在する所、たとえば写Ｒおよび触媒の工程
でも、可溶性金属の除去および回収に使用し得る。すで
に述べたように、本発明の電極は大きな有効表面積を有
している。その結果、金属の選択回収および不純物の除
去のために分別的な電圧で有効な採取電流を達成するこ
とができる。その上、この電極は二極式電解槽系中で、
溶質回収および電気有機化学用として、分離された小室
中での効率的酸化還元に用いることもできる。

次の具体例では本発明記載の電極を使用した電気化学的
電解槽および工程が記述されている。

上述の電極３０の典型的応用例は図１０に示されており
、そこでは電解液５４がら金属を除去または回収するよ
うな電気化学的工程に使用するタンク５２が示されてい
る。アノードとして使用されている電極は３０△で表わ
し、カソードとして使用されている電極は３０Ｃで表わ
しである。アノード群３０Ａとカソード群３０Ｃはタン
ク５２中で交互に配置され、アノード３０Ａとカソード
３０Ｃの中間には流通スベー１ノー板５６が配列されて
いる。タンク５２には複数の電解槽を有し、この電解槽
の各々は１個のアノード３０△、１個の流通スベーリー
ー板５６および１個のカソード３０Ｃを有している。

アノード３０Ａとカソード３０Ｃとは第１０図に示され
るように標準の回路要素により電源５８に電気的に接続
されている。電源により与えられる電圧ディフエレンシ
ャル（ｖｏｌｔａｇｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎ　−口ａｌ）
は特定の電解質溶液についての電流／電圧関係の関数で
ある。好ましい電圧は、除去すべき、または回収すべき
特定の金属についての電流／電圧曲線中の固有のパ折れ
（ｔｔｎｅｅ）　’”に対応する。

タンク５２の各電解槽は第１１図に示されたような一対
の仕切り板６０によ９区りられている。

各仕切り板６０はポリメタクリル酸メチルのような不活
性な透明材料で作られ、仕切り板６ｏの一隅の近傍には
複数の孔６２があり、図の例ではたてに並んで配置され
る。好ましくは孔６２の全面積は流出管６６の面積より
も約５０％大きい。孔６２は直径約０．６２５インチで
、約０．５インチの間隔で並ぶ。孔６２は一つの電解槽
からタンク５２内の隣の電解槽への電解液５４の流れを
可能にすべく作られたものである。より特定的には、仕
切り板６０を仕切り板６０の面内で１８０°回転させる
。その結果、ある仕切り板６０は下端の角に孔６２があ
り、隣接の仕切り板６０は反対側の上端の角に孔６２が
あることになる。

作動中には電解液５４はタンク５２の上端に近く設けら
れた流入管６４を通ってタンク５２に入る。この電解液
５４は最初、第１の仕切り板６０の孔６２を通過するに
先立って蓄液部５５に入る。

この構造により電解液５４の第１の電解槽への所望の流
入パターン、および第１の電解槽を通っての所望の流通
パターンが確保される。蓄液部５５は変動平均化装置と
しても機能し、がっ、電解液５４中に生じ得る沈殿物を
集積する。電解液５４は最後には流出管６６を通ってタ
ンク５２の外に排出される。タンク５２全体を通じて、
仕切り板６０の孔６２の配置により電解液５４は１つ１
７１を群槽から次の電解槽へと交互に上向き下向きに横
切って流れることになる。タンク５２を通じての電解液
５４のこの一般的流動パターンは矢印６８により図示さ
れているが、タンク５２の大きさ−ばいの長さおよび幅
の電解液のカスケードを形成し、タンク５２内の電解液
の滞留時間を最大限にし、電極３０全でとの接触時間を
溶液からの金属の回収および除去にとって最適なものに
する。かくて、上述のアノード３０Ａおよびカソード３
゜Ｃの構造は極めて大きな表面積を与え、一方、タンク
の構造は電解液５４のアノード３０Ａおよび回収または
除去すべき金属はカソード３０Ｃ上′にメッキされる。

従って、カソード３０Ｇを定期的に電解槽から取り出し
て、金属を採取しな番ノればならない。このカソード３
００がらの回収金属の採取は桑型的には温浸（ｃｌｉｇ
ｅｓｔｉｏｎ　）　、乾式冶金法、によりまたはこのカ
ソードを濃度電池中でアノードにすることによっても行
なわれる。

上述の電気化学的および溝道的原理は第１３図に示され
る、工程流体処理用の、第１４および１６図に詳細に示
される電気化学的電解槽を組込ｌνだ系に組み込まれる
。この系では工程流体は貯槽７０にポンプで汲み込まれ
、ついで多槽タンク７２に流される。この工程流体はタ
ンク７２中で金属を失い、排出管９８を通じて蓄積槽９
７に故山される。蓄積槽９７中の流出液はポンプ９９に
より石灰石を含有する中和４１１００に送り込まれ、そ
こで中和されて廃液管１０１を通じて廃液として故山さ
れる。

第１４〜１６図に言及すれば、たとえばニッケル、スズ
、鉛、銅等の金属の希酸溶液を含有する工程流体は中間
流通管７６を通って蓄液槽７８に向かう。図のタンク７
２は矩形断面で、仕切り板８０がその横方向に延び一端
は蓄液部７８として作用する小室を形成する。タンク７
２の蓄液部７Ｂと第１の電解槽８２Ａとの間の仕切り板
８０には工程流体７４を変動制御領域８６の上部に流入
させる流路８４がある。より具体的には、変動制御領域
８６は変動部仕切り板８８によって限られ、この仕切り
板８８はこの領域の一端において横に広がり、第１の電
解槽８２Ａ中の工程流体７４の水準の上からタンク７２
の底壁９０から一定間隔の点にまで延びている。これは
工程流体が第１の電解槽８２△に流れ込む底部流路９１
を作っている。第１の電解槽８２Ａはアノード３０．Ａ
、流通スペーサー板５６、カソード３０Ｃおよび第２の
流通スペーサー板５６よりなる、交互の繰返しの配列で
作られている。この配置は８２Ａから８２Ｄまでの各電
解槽を通じてそれ自身が繰返され、交互に列んだ複数の
アノード３０Ａおよびカソード３０Ｇを有している。第
１５図に示したようにアノード３０Ａとカソード３０Ｃ
とは底壁９ｏがらはなれていて、部材９３により支持さ
れ、沈殿物を回集できるようになっている。第１３図に
示したようにアノード３０Ａとカソード３０Ｇとは通常
の母４１１　（ｂｕｓ　ｂａｒ　）のような標準的回路
要素により、８稜の電源に接続される。明瞭にするため
に電気的接続子は第１４〜１６図には示されていない。

すでに述べたように、この系を作動させるための電圧は
、電解液５４からの金属の回収または除去に最適である
ように選ばれる。

８２Ａから８２Ｄまでの電解槽はタンク７２を横に区切
って、蓄液部７８と平行に配列され、相互には仕切り板
９４で隔てられている。仕切り板の各々には１個または
２個以上の孔９６が仕切り板９４の１つの角にあけられ
ている。上述のように、仕切り板９４は交互にその面内
で１８０°回転し、孔９６が交互に反対側の上端の１角
と下端の１角とにあるようになっている。従って電解槽
８２△と８２Ｂとの間の仕切り板９４は底壁９２と変動
部分離板８８とから最も遠い角に孔９６があけである。

続いて電解槽８２Ｂと８２Ｇとの間の仕切り板９４は底
壁９２と変動部分離板８８とに最も近い角に穴があけで
ある。この独特な４！４造は、８２Ａから８２Ｄまでの
各電解槽の内部での工程流体の端一端流動パターンを上
−下流パターンまたは下−上流パターンのいずれかに決
める。

上述のように、この流動パターンは工程流体のタンク７
２中での滞留時間を最適なものにし、一方、流路工作は
最小限に留めている。工程流体７４は最終的にはタンク
７２の底壁９２に近く設けれた流出管９８を通って、タ
ンク７２から排出される。

第１０〜１２図および第１３〜１６図に示された電気化
学的電解イ１および工程は工程流体または廃液流中にあ
る約０．ｌｐｐｍ以下までの、生貝金属または貴金属を
含む金属の除去および回収に適している。たとえば、第
１３〜１６図の系は５０ガロンの多槽タンク７２中で、
毎分５ガロンの速度で流れる。ニッケル３０　ｐｐｍを
含有する工程流体中のニッケルの約５０％を１回の流通
（ｓｉｎｇｌｅｐａｓｓ　）で除去するのに用いること
ができる。それ以上のニッケルを除去するには、この工
程をニッケルが廃棄するに十分なレベルに減少するまで
繰返す。これは工程流体を流出管９８から流入管７６へ
結合管１０３を通して再循環させ、最終的には中和槽に
送ることによりなされる。

上述の電解槽はまた、溶液を分解して可溶性塩たとえば
都市廃液を不溶性にして流出液からＰ別するために使用
することもできる。

さらに、本件電極は第１７および１８図に示すような分
別電解槽に応用することができる。この電解槽の電圧は
独自に正確に選んだレベルに変えて、所望の金属をカソ
ードに析出させ、一方、電動系列でより高い位置にある
金属は溶液中に留まるようにする。この型の分別メッキ
を達成するには、大きな表面積を有するカソードを使用
することが必要である。この目樟は炭素繊維カソード１
０２と白金のような細い単線アノード１０４とを使用す
る第１７および１８図の分別電解槽１００により、小さ
なスペースで小量の電解液を用いて達成することができ
る。電解液１０６は分別電゛解（曹１００のほぼ中央に
設けられた流入管１０８を通って、分別電解槽１００に
送られる。流入管１０８はデフレクタ−ソケット１１０
にはめ込まれ、電解液１０６を電解槽１００に均一に分
散させるための複数の孔１１１を有している。単線アノ
ード１０４は流入管１０８のまわりにラセン状に巻きつ
けである。このときカソード１０２はアノード１０４の
まわりに、間隔をあけて、同心的に配置さる。この構造
の結果として、流入管１０８から流れ出した電解液１０
６はアノード１０４からカソード１０２を通って流れ、
カソード１０２上で所望の金属メッキを行なう。

分別電解槽１００に用いられる）Ｊソード１０２はニッ
ケル被覆した炭素繊維電極である。アノード１０４のま
わりのカソード１０２の同心的取付けは、カソード１０
２を一般的には円筒状のプラスチックスの流通支持体ま
たはグリッド１１２のまわりに均一に巻き付けることに
より得られる。

流通支持体１７２は、たとえば、丈夫なしかし、可撓性
のプラスチックス製の網を曲げて円筒状に保つことによ
り作ることができる。カソード１０２は多孔性の外壁１
１４によって支持体１１２上に確保する。支持体１１２
および外壁１１４の流通特性のために電解液１０６がカ
ッ−１’　１０２を通って流れ、カソード１０２を構成
する多数のニッケル被覆炭素ｍ維と接触することができ
る。

カソード１０２はグリフ）’１１２のまわりに均一に巻
きつけたものとしで示されているが、このカソード１０
２は円筒形状に網むか、マットに織って、次いでグリッ
ド１１２または池の流通構造支持体のまわりに巻とつけ
ることもできると理解すべきである。流出管１１６は電
解液１０６を分別電解槽１００から排出するために設け
であるものである。典型的には分別電解Ｗ１１００は、
流出管１１６と金属を除去すべき電解質溶液の通常の供
給源と連絡した流入管１０８とを有する密閉系内に設け
られている。分別電解槽１００はどのような寸法にでも
作ることができる。たとえば電解槽１００は電解質溶液
を含有するより大柊なタンクに据え付けた小さな単位で
あり得る。４０にニッケル被覆繊維束カソード１０２の
典型的応用例では第１７図に示すような、約４インチの
直径と約１２インチの長さとを有する円筒に形成される
。

このカソード１０２は約１００平方フイートの表面積を
持ち、１ガロン以下の容積の分別電解槽に据え付けるこ
とがでトる。反則に、はるかに大きなタンクを作ること
もでとる。上に記述したように、電解液１０６中の金属
の適当量がカン−１’１０２上に析出したのち、プロセ
スを一時停止して、カソード１０２をとりはずすがまた
は交換して、析出した金属が、不純物であれば適当に除
去し、金属に価値かあれば回収する。

第１９および２０図に移れば、この電気化学的電解槽は
第１０図に示したタンク５２と実質的に同一のタンク１
２２を有する。タンク１２２は複数の仕切り板１２４を
有し、その分離板の各々は電解液１２８が流通し得る複
数の孔１２６を有している。上述のように孔１２６は仕
切り板１２４の一角に近接して配置され、仕切り板１２
４を交互に、その面内で１８０°回転すると、タンク１
２２を通しで、電解液１２８の所望の昇−降、左−右流
動パターンを生む。

すでに記述したように、仕切り板１２４は多様な電解槽
を相互に分離し、電解槽１３０は流通スペーサー板１３
６で隔てられた７ノード１３２とカソード１３４とを有
する。アノード１３２は流通支持体１４０に巻きつけた
炭素繊維束１３８を有している。より特定的には、各ア
メ−１／１３２の炭素＃＆維離京３８は電気的接続部の
近傍では金属被覆されているが、電気的接続部からより
はなれた所では被覆されていないが、または被覆を除去
した複数の炭素繊維から作られる。かくて、各アノード
１３２実質的には上述のアノード３０Ａと同一の構成に
なる。

第２０図に示したように、カン−１’１３４は、複数の
孔１４２をあけた流通性のまたは多孔性の金属板である
。この具体例では金属板１３４はステンレススチール製
である。各アノード１３２およびカソード１３４の中間
に配置した流通スペーサー板１３６はすでに記述した流
通スペーサー板５６と実質的に同一である。

実例では、本発明記載のこの実施例の電解槽は銀、銅、
亜鉛、カドミウムおよびスズのような金属を含有するシ
アン化物および他のアルカリ性電解質を除去し、回収す
るのに用いることができる。

電気有機化学および合成に、ならびに有機残渣の処理に
特に有用な、いま一つの本発明の具体例か゛第２１およ
び２２図に示されている。第２１図について言えば、こ
の電解槽は、多孔質膜」５２により異なる２種の電解質
溶液１５４および１５６を入れる２室に仕切られたタン
ク１５０を有する。この電解槽はまた、すでに記述した
アノード３０Ａおよびカン−１’３９ｃと実質的に同一
のアノード１５８およびカソード１６０を有する。アノ
ード゛１５８とカソード１６０とは相互には接点１６４
で電気的に接続されているが、外部の電源には電気的に
接続されていない、従って二極性になっている不活性電
極である。７ノード１５８は電解質液１５４を含有する
小室に、カソード１６０は電解質液１５６を含有する小
室に入れるため１こ、アノード１５８とカソード１６０
と１土、女子ましくは多孔質膜」５２により相互に分離
されてぃる。隔膜１５２は中空支持体１６１を包み、そ
のまわりにキャンパスのような多孔性部材１６８で確保
されている。図示のように、隔膜１５２は溶液１６５に
より満たされているが、この溶液は中性であってもよい
。この電解槽の活性電極は電解液１５４中のカソード板
１６６と電解液１５６中のアノード板１６８とである。

上述のように電解質溶液１５４と１５６とは異なるもの
であり、その一方は酸性で能力は塩基性である。溶液１
５４は７ノード１５８で酸化され、一方、溶液１５６は
カソード１６０で還元され、繊維電極には極性は生じな
い。実際上は多孔質膜１５２はイオン選択性である必要
はない。従って隔膜１５２は比較的に廉価で大きな電気
的エネルギーを必要としない。

この二極式電解槽はアノード液とカソード液とが分離さ
れているべぎ場合、電解槽の各側における酸化または還
元がイオン的である場合、または分極した電極が望まし
い場合に特に適しているであろう。

本発明は広い見地では上述の特定の具体例に限定される
ものではなく、付載の特許請求の範囲の技術的範囲内で
、本発明の原理から逸脱することなく、かつ、その主要
な利点を犠牲にすることなしにそれからの発展があり得
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は部分的に被覆した繊維の束とその末端の綜合的
繊ｍ／金属基材とを含有する本発明記載の電極の正面、
一部縦断面図である。 第１ａ図は第１図の１ａ４ａ拡大横断面図である。 第１ｂ図は第１図の１　ｂ−１ｂ拡大横断面図である。 第１ｃ図は第１図の１　ｃ−１ｃ拡大横断面図である。 第１ｄ図は第２図の１　ｄ−１ｄ拡大横断面図である。 第２図は第１図に図示した電極の単繊維の拡大正面、一
部縦断面図である。 第３図は保護管と結合して用いられる第１図の電極の正
面、一部縦断面図である。 第４図は全長被覆繊維の束を有する本発明の・池の電極
の正面、一部縦断面図である。 第４ａ図は第４図の４ａ−４ａ拡大横断面図である。 第４ｂ図は第４図の４ｂ−４ｂ拡犬横断面図である。 第４０図は第４図の４ｃ４ｃ拡大横断面図である。 第５図は第４図に図示した電極の単繊維の拡大正面、一
部縦断面図である。 ｔｔＳ６図は保護管と結合して用いる第４図の電極の正
面、一部縦断面図で・ある。 第７図は繊維束を流通支持体に巻きつけた本発明の電極
の他の実施例の分解烏轍図である。 第８図は第７図に図示した電極の正面、一部縦断面図で
ある。 第９図は第７図に示した電極の側面、一部縦断面図であ
る。 ｔＩＳ１０図は第７〜９図の電極を有する本発明の電気
化学的電解槽の側面、一部縦断面図である。 第１１図は第１０図の電気化学的電解槽に用いられる仕
切り板の烏轍図である。 第１２図は第１０図の電極の開に配置した流通スペーサ
ーの烏緻図である。 第１３図は本件発明の電気化学的電解槽を含有する電気
化学系の構成図である。 第１４図は第１３図に示した電気化学的電解槽の平面図
である。 第１５図は第１４図の１５−１５側縦断面図である。 第１６図１よ第１４図の１６−１６断面図である。 第１７図は本発明の電気化学的分別電解槽の正面一部縦
断面図である。 第１８図は第１７図に示した電解槽の烏敞図である。 第１９図は多孔性電極板を含有する本発明記載の電気化
学的電解槽の側面、一部縦断面図である。 第２０図は第１９図の電解槽の多孔性電極板の烏敞図で
ある。 第２１図は本発明の二極式電気化学的電解槽の側面、一
部縦断面図である。 第２２図は第２１図の電解槽の仕切り板および活性電極
の烏敞図である。 特許出願人　アメリカン・サイアナミド・カンパ図面の
７？ｌ書く内容に変更なし） Ｃ ９＼　５ ＦＩＧ、　２／ 手続補正書（龍） 昭和５９年８月２１日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 特願昭５９−１２９９１２号 ２、発明の名称 電極、その製造法および電解槽 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　アメリカン・サイアナミド・カンパニー４、代
理人　〒１０７ ６、補正の対象 図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　各繊維が薄い留着した金属被膜で被覆されている
   複数の連続繊維よりなる重接。 ２　少くとも１対の電極からなり、そのいずれの対の゛
   電極も反対電荷のものの対であり、上記各電極対の少く
   とも一方の電極が、他極に接近した末端を有する複数の
   繊維、上記末端において上記繊維群の各繊維を被４１し
   、上記各繊維の畏さ方向に伸びる金属被膜、上記金属被
   覆繊維末端にある端子ＩＩ、および上記繊維末端におい
   て、上記金属被膜の間に拡がり、かつ上記金属被膜を相
   互に、また上記端子に結合して上記金属被覆繊維と上記
   端子との間に効率的な眠気的接続を生せしめる総卆 合金属基材を形成する電気伝導性金属よりなる電気化学
   的電解槽。 １　少くとも１対の電極からなり、そのいずれの対の電
   極も反対電荷の電極の対として用いられ、上記電極対の
   一方が、他に接近した末端を有する複数の繊維、上記末
   端において上記繊維群の各繊維を被覆し上記繊維の長さ
   方向に伸びる金属被膜、上記金属被覆繊維末端にある端
   子、および上記繊維の上記＠１の末端において上記金属
   被膜の間に拡がり、かつ、上記金属被膜を相互に、また
   上記端子に結合して上記金属被覆繊維と上記端子との間
   に動車的な電気的吸続を生ぜしめる総合的金属基材を形
   成する電気伝導性金属よシなシ、上記電極対の他の電極
   が複数の貫通孔を有する金属板である電気化学的電解槽
   。 ４、電解液を含有するタンク、 各繊維が薄い金属被膜により被覆されている複数の繊維
   を含有してなるカソード、およびアノード、 により構成される、旺解質溶液中の少くとも１種の選ば
   れた金属を電極にメッキするだめの電気化学的分別電解
   槽。 ５、異なるシ解質溶液を入れるだめの２室を有するタン
   クにより構成され、その１室に活性な了ノードと不活性
   なカソードとを有し、他の１室に活性なカソードと不活
   性なアノードとを有し、上記２個の活性な電極は電源に
   接続され、上記２個の不活性な？（７，極は相互に１に
   戯曲に接続され、上記不活性な了ノードとカソードとは
   縛！縦含有電極よりなり、第１および第２の電解Ｊｐｉ
   溶液を上記第１および第２の室に入れれば、第１の溶液
   は遣元され、第２の溶液は酸化される二堕性用、気化学
   的屯角￥１曹。 ６　複数の芯体連続長繊維より出発し、上記芯体繊維群
   の各繊維の少くとも一端を、実質的に均一な、活着性金
   属被１直により岐覆し、上記芯体繊維群の金属被）ヴ末
   端と接触するように電気的接続子を定位し、 上記金属被覆末端とは気１１゛り接続子とを、上記金属
   被覆繊維末端の間に拡がり、添合的繊維／金属基材を形
   成して効巡的な戊戯曲接紘、を生ぜしめる電気伝導性金
   属により結合する、 ことよりなるｆ＆維金含有電極製】前方法。