(57)【要約】【課題】  ３００Ａ／ｍ２以上の高電流密度域で電着不良を抑制することができる銅の電解精製方法を提供する。【解決手段】  銅の電解精製方法は、カソード電流密度が３００Ａ／ｍ２以上のパーマネントカソード法による銅の電解精製方法であって、電解槽（１０）の電解液排出口（１３）に最も近いカソード（３０）下端の電解液（１１）中のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上になるように電解液（１１）へのチオ尿素の添加量を調整する添加量調整ステップ、を含む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電流密度が３００Ａ／ｍ２以上のパーマネントカソード法による銅の電解精製方法であって、
電解槽の電解液排出口に最も近いカソード下端の電解液中のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上になるように前記電解液へのチオ尿素の添加量を調整する添加量調整ステップ、を含むことを特徴とする銅の電解精製方法。
【請求項２】
前記電解液のチオ尿素濃度を測定する測定ステップをさらに含み、
前記添加量調整ステップにおいて、前記測定ステップの測定結果に基づいて前記チオ尿素の添加量を調整することを特徴とする請求項１記載の銅の電解精製方法。
【請求項３】
前記測定ステップは、前記電解槽内の前記電解液排出口に最も近いカソード下端の電解液中のチオ尿素濃度を測定するステップであることを特徴とする請求項２記載の銅の電解精製方法。
【請求項４】
前記測定ステップは、前記電解槽に供給される電解液中のチオ尿素濃度を測定するステップであることを特徴とする請求項２記載の銅の電解精製方法。
【請求項５】
前記電解液の温度は、６０℃〜６６℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の銅の電解精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅の電解精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅の電解精製においては、平滑な電着銅を得るために電解液にチオ尿素等が添加されている。この添加剤がカソード表面に吸着することによって、カソードの特定部分における電着の進行の集中が抑制される。それにより、電着物表面を全体的に平滑にすることができる（例えば、特許文献１参照）。電流密度が低い条件では、添加剤原単位による管理でも電着状態を良好に維持することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２７７７号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電流密度が高い条件（例えば３００Ａ／ｍ２以上）においては、添加量原単位による管理では電解液中のチオ尿素の濃度変動に対応することが困難である。したがって、電着不良に対する対応は、電着不良発見後に行われていた。
【０００５】
従来の試験、研究等においては、チオ尿素濃度に対応する表面粗さ、結晶状態等を調べることによって最適な濃度が提案されてきた。しかしながら、実操業において電着不良の発生を抑制してショート発生率を低減することができる最適なチオ尿素濃度については報告されていない。特にパーマネントカソード法のように高電流密度電解（Ｄｋ３００Ａ／ｍ２以上）操業を行っている工場では、チオ尿素の厳密な濃度管理が要求される。
【０００６】
本発明は、３００Ａ／ｍ２以上の高電流密度域で電着不良を抑制することができる銅の電解精製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る銅の電解精製方法は、カソード電流密度が３００Ａ／ｍ２以上のパーマネントカソード法による銅の電解精製方法であって、電解槽の電解液排出口に最も近いカソード下端の電解液中のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上になるように電解液へのチオ尿素の添加量を調整する添加量調整ステップ、を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る銅の電解精製方法においては、電解液排出口に最も近いカソード下端の電解液中のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上になることから、他の箇所でもカソードに接する電解液中のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上になる。それにより、３００Ａ／ｍ２以上の高電流密度域においても、電着不良を抑制することができる。
【０００９】
電解液のチオ尿素濃度を測定する測定ステップをさらに含み、添加量調整ステップにおいて測定ステップの測定結果に基づいてチオ尿素の添加量を調整してもよい。測定ステップは、電解槽内の電解液排出口に最も近いカソード下端の電解液中のチオ尿素濃度を測定するステップであってもよい。測定ステップは、電解槽に供給される電解液中のチオ尿素濃度を測定するステップであってもよい。電解液の温度は、６０℃〜６６℃であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、３００Ａ／ｍ２以上の高電流密度域において、電着不良を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、本実施形態に係る銅の電解精製方法に用いる電解装置１００の透過斜視図である。電解装置１００は、３００Ａ／ｍ２以上の高電流密度域でのパーマネントカソード法を実施するための装置である。図１に示すように、電解装置１００においては、電解槽１０の電解液１１に複数のアノード２０およびカソード３０が浸っている。
【００１３】
電解槽１０は、例えば長方体形状を有する。電解槽１０として、例えば、長さ５９００ｍｍ、幅１１１１ｍｍ、深さ１５１０ｍｍ程度の寸法の槽を用いることができる。電解液１１として、硫酸にＣｕ、Ｎｉ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｆｅ等が溶解したものを用いることができる。また、電解液１１には、添加剤としてチオ尿素、にかわ等が添加されている。
【００１４】
電解槽１０における電解液１１の供給口１２は、電解槽１０の一方端の底部に設けられている。電解液の排出口１３は、供給口１２と反対側の上端部に設けられている。電解槽１０の排出口１３側は、供給口１２側に比較して深く形成されていることが好ましい。比重の大きい液層を排出口１３側の底部に滞留させることができるからである。
【００１５】
アノード２０およびカソード３０は、平板形状を有する。アノード２０として、例えば長さ１１２０ｍｍ、幅９００ｍｍ、厚み４４ｍｍ程度の粗銅を用いることができる。カソード３０として、例えば長さ１１８３ｍｍ、幅９６０ｍｍ、厚み３ｍｍ程度のステンレス等を用いることができる。
【００１６】
各アノード２０は、供給口１２から排出口１３にかけて所定の間隔を空けて配置されている。各カソード３０は、隣接する一対のアノード２０の間に配置されている。それにより、アノード２０とカソード３０とは、交互に配置されている。アノード２０の枚数は、例えば５７枚であり、カソード３０の枚数は、例えば５６枚である。アノード２０とカソード３０との間隔は、例えば１００ｍｍ程度である。
【００１７】
続いて、電解液１１のフローについて説明する。図２（ａ）は、電解槽１０を上から見た模式図である。図２（ｂ）および図２（ｃ）は、電解槽１０の供給口１２から排出口１３までの模式的断面図である。図２（ｄ）は、アノード２０とカソード３０との間の電解液１１の流動を示す模式図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、供給口１２から電解液１１が供給されると、電解液１１は、アノード２０を回り込むように流動する。一方で、図２（ｂ）に示すように、電解槽１０の底部に比重の大きい液が滞留していることに起因して、電解液１１は上方向に流動する。したがって、図２（ｃ）に示すように、電解液１１は、排出口１３側に流動しつつ、上方向に流動する。チオ尿素は、電解によって消費され、また、酸によって分解される。それにより、チオ尿素は、供給口１２側から排出口１３側にかけて低下していく。
【００１９】
ここで、図２（ｄ）に示すように、電解精製の進行に伴って、カソード３０において銅が電着することから、カソード３０近傍の電解液の比重が小さくなる。それにより、カソード３０近傍の電解液１１は上昇する。一方、アノード２０においては銅が溶解する。この場合、アノード２０近傍の電解液１１の比重が大きくなる。それにより、アノード２０近傍の電解液１１は下降する。
【００２０】
以上のことから、カソードに接する電解液１１でチオ尿度濃度が最も低くなるのは、排出口１３に最も近いカソード３０の下端に接する電解液となる。
【００２１】
図３は、高速液体クロマトグラフを用いたチオ尿素の濃度分布の測定結果を示す図である。図３において、縦軸は、電解槽１０における高さ方向の位置を示し、横軸は、電解槽１０における供給口１２から排出口１３までの位置を示す。また、図中の数値の単位は、ｍｇ／Ｌである。図３に示すように、チオ尿素濃度は、供給口１２側から排出口１３側にかけて徐々に低下する。
【００２２】
図３の濃度分布によれば、チオ尿素濃度は、排出口１３側の底部において最も低くなる。パーマネントカソード法のように３００Ａ／ｍ２以上高電流密度を用いる場合には、各カソードに接する電解液１１中のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。そこで、本実施形態においては、排出口１３に最も近いカソード３０の下端に接する電解液１１中のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上になるように、電解液１１に添加するチオ尿素の添加量を調整する。
【００２３】
図４は、チオ尿素濃度の制御方法を説明するための模式図である。図４に示すように、排出口１３に最も近いカソード３０の下端近傍の電解液１１を採取するための採取管４０を電解装置１００に新たに設ける。採取管４０を介して採取された電解液１１中のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌとなるように電解液１１へのチオ尿素添加量を制御する。この場合、他の箇所におけるカソード３０に接する電解液１１のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上に制御される。それにより、電着不良を抑制することができる。その結果、品質が改善された電気銅を得ることができる。また、高電流密度域での操業が可能となることから、電解精製の生産効率が向上する。
【００２４】
なお、電解液１１の採取箇所は特に限定されるものではない。電解槽１０におけるチオ尿素の濃度分布をあらかじめ予測できれば、他の箇所におけるチオ尿素濃度を測定することによって、排出口１３に最も近いカソード３０の下端近傍の電解液１１のチオ尿素濃度を推定することができるからである。例えば、本実施形態に係る電解槽１０においては、供給口１２から供給される電解液１１のチオ尿素濃度を４．５ｍｇ／Ｌ以上に調整することによって、排出口１３に最も近いカソード３０の下端に接する電解液１１中のチオ尿素濃度を３．０ｍｇ／Ｌ以上に調整することができる。
【００２５】
電解液１１の温度は、特に限定されるものではないが、６０℃〜６６℃であることが好ましい。
【００２６】
（実験例）
以下、上記実施形態に係る銅の電解精製方法に従って、銅の電解精製を行った。
供給口１２に供給される電解液１１のチオ尿素濃度が２．０ｍｇ／Ｌ〜５．５ｍｇ／Ｌの範囲で複数回、銅の電解精製を行った。電解槽１０の寸法は、長さ５９００ｍｍ、幅１１１１ｍｍ、深さ１５１０ｍｍとした。電解液１１として（Ｃｕ  ４７ｇ／Ｌ、Ｈ２ＳＯ４  １７０ｇ／Ｌ）のものを用いた。アノード２０には粗銅を用い、カソード３０にはステンレスを用いた。アノード２０とカソード３０との間隔は、１００ｍｍとした。電流密度は３２０Ａ／ｍ２とし、電解液１１の電解槽１０への給液量は３５Ｌ／ｍｉｎとし、電解液１１の温度は６３℃とした。
【００２７】
（分析）
各実験例において、排出口１３に最も近いカソード３０の下端近傍の電解液１１のチオ尿素濃度を調べるとともに、各実験例におけるショート発生率を調べた。その結果を、図５に示す。図５において、横軸はチオ尿素濃度を示し、縦軸はショート発生率（％）を示す。また、図５の「給液」は供給口１２から電解槽１０に供給される電解液１１を示し、「排液」は排出口１３に最も近いカソード３０の下端に接する電解液１１を示す。
【００２８】
図５に示すように、排出口１３に最も近いカソード３０の下端近傍の電解液１１のチオ尿素濃度が３．０ｍｇ／Ｌ以上であれば、ショート発生率が低くなった。したがって、３００Ａ／ｍ２以上の高電流密度域において、電着不良を抑制できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態に係る銅の電解精製方法に用いる電解装置の透過斜視図である。
【図２】電解液のフローについて説明するための図である。
【図３】高速液体クロマトグラフを用いたチオ尿素の濃度分布の測定結果を示す図である。
【図４】チオ尿素濃度の制御方法を説明するための模式図である。
【図５】各実験例におけるショート発生率を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  電解槽
１１  電解液
１２  供給口
１３  排出口
２０  アノード
３０  カソード
４０  採取管
１００  電解装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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