(57)【要約】金属の精錬又は製出に使用される陰極、典型的に銅の電気精錬又は製出に使用される陰極は、自らの上縁に沿って延長ハンガーバーに取り付けられていて、結合部を形成しているほぼ平坦な析出板を備えている。保護クラッド材が、析出板に取り付けられており、結合部の領域内に空洞部が形成されるように少なくとも部分的にハンガーバーを包囲している。耐食性材料が空洞部を充填する。このようにして、耐食性材料は、腐食性物質が結合部の領域へ浸透するのを阻止する。耐食性材料は、腐食性電解溶液又は他の液体が、析出板とハンガーバーの間の導電性結合部を腐食させるのを阻止し、万が一に腐食してしまった場合に起こり得る陰極の効率低下を阻止する。
2005530044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らの上縁に沿って延長ハンガーバーに固定して取り付けられて結合部を形成しているほぼ平坦な析出板と、
前記析出板と当接し、かつ前記結合部の領域内に空洞部が形成されるように少なくとも部分的に前記ハンガーバーを包囲している保護クラッド材と、
前記空洞部を充填する耐食性材料とを備え、
前記耐食性材料は、腐食性物質が前記結合部の領域へ浸透するのを阻止することを特徴とする金属精錬に使用される陰極。
【請求項２】
前記析出板が少なくとも１つの溶接部によって前記ハンガーバーに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項３】
前記耐食性材料は、腐食性物質が前記溶接部へ浸透するのを阻止することを特徴とする請求項２に記載の陰極。
【請求項４】
前記耐食性材料がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項５】
前記析出板及び前記クラッド材がステンレス鋼から作られていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項６】
前記クラッド材が少なくとも１つの溶接部によって前記析出板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項７】
前記析出板の下縁に逆Ｖ字形が加工されていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項８】
陰極が金属電着用の析出板からなるタイプである、金属精錬に使用される陰極アセンブリを製造する方法において、
（ａ）上縁を有するほぼ平坦な析出板を提供するステップと、
（ｂ）延長ハンガーバーを前記析出板の前記上縁に締め付けて析出板アセンブリを提供するステップと、
（ｃ）前記ハンガーバーと前記析出板上縁の間の締め付け領域がほぼ重なり合うように保護クラッド材を析出板アセンブリに対して留め、前記クラッド材と前記析出板アセンブリの間の充填可能な空洞部を形成するステップと、
（ｄ）前記空洞部を耐食性材料で充填し、製造された陰極アセンブリを提供するステップとを備えていることを特徴とする陰極アセンブリ製造法。
【請求項９】
前記締め付けのステップが、前記上縁を前記ハンガーバーに溶接するステップを備えていることを特徴とする請求項８に記載の陰極アセンブリ製造法。
【請求項１０】
前記充填のステップが、前記保護クラッド材に少なくとも１つの穴をあけ、前記耐食性材料を液相において前記空洞部に注入し、前記耐食性材料が固相に硬化するステップを備えていることを特徴とする請求項８に記載の陰極アセンブリ製造法。
【請求項１１】
前記耐食性材料がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の陰極製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、典型的に、金属の精錬又は製出に使用される析出陰極に関する。特に、本発明は、析出板と保護クラッド材で被覆されたハンガーバーを備え、ハンガーバーに溶接された析出板の内部溶接接合部とクラッド材の間のギャップが充填されていて、これにより、耐食性材料の溶接部が密閉され、腐食性媒質の侵入が防止される析出陰極アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属の精錬又は製出は、電解によって達成できる。水よりも迅速に酸化、還元される金属の場合は、粗金属から作られた陽極と陰極を適切な酸性浴の中に置くことからなる電気精錬技術を使用する。陽極と陰極の間に電圧をかけると、粗金属は酸化され、純金属イオンが酸性浴を通して陰極へと電解移動させられる。金属イオンは、陰極表面に高純度の精錬金属として析出し、その結果、不純物の大部分が酸性浴の床に置かれる。あるいは、電気製出プロセスでは、陽極を、精錬される金属以外の材料から作る。例えば銅の電気製出では、使用される陽極を、鉛と錫とカルシウム（ＰｂとＳｎとＣａ）の合金から作る。精錬すべき金属（この場合には銅）は、先ず固液抽出／溶剤抽出プロセスから可溶性の形で電解浴に供給する。陽極と陰極の間に電圧をかけると、銅は溶液から移動し、精錬金属の状態で陰極表面に析出する。
【０００３】
陰極は、典型的に、上縁に沿って導電性ハンガーバーに取り付けられた平坦な正方形析出板から構成される。精錬中、酸性浴を収容するタンクにまたがっているハンガーバーは、従来通り、１対の導電性バスバーを介して外部電源と電気的に接触している。バスバーは、両方のタンク縁に沿って延びており、それにハンガーバーの端部が当接している。よって、ハンガーバーは二重の役割を果たす。すなわち、酸性浴内部の析出板を包囲する手段を提供することと、析出板と電源の間を電流が流れるための通路を提供することの２つである。
【０００４】
適切な時間の後、十分な量の銅が陽極から陰極へ、又は可溶性（溶液）の形から陰極へ移動したら、陰極を酸性浴から取り出す。あるいは、他の金属を工作陰極のために使用することができる。かかる金属の１つを使用する場合、精錬された金属は、スクレーパ、ハンマ、圧縮空気などを使用する多様な周知のストリッピング技術によって抽出することができる。これは、陰極を再使用でき、先に精錬された金属の取り出し以外の準備作業をまったく、又はほとんど必要としないという点で有益である。
【０００５】
先行技術として、精錬される金属と異なる金属から作られた析出薄板及び他の要素を備えた多数の陰極が開示されている。そのような金属の例に含まれるのは、アルミニウム、チタン及びステンレス鋼である。これらの金属は、比較的に高い引張強度及び極めて優れた耐食性を含めて、析出板としての使用を促進する多数の特性を示す。しかしながら、引張強度及び耐食性の高さは、典型的に導電性の低さ、従って、プロセスの効率の低減によって相殺される。
【０００６】
また、先行技術として、ハンガーバーが析出板と同じ材料又は類似の材料から作られた陰極アセンブリが開示されている。ハンガーバーと析出板を共に溶接し、次に、ハンガーバー、溶接部及び析出板の小さな部分を銅などの高導電性のクラッド材で被覆し、導電性レールと析出板の間の導電性を向上させる。このような先行技術の陰極アセンブリは、電流の流れが導電性クラッド材の厚みによって大きく制限され、それによって、電解プロセスの効率が大きく低下するという欠点を持つ。加えて、導電性クラッド材は、飛沫などによって酸性浴の腐食性流体にさらされ、その結果、点食や他の腐食的な影響をこうむり、それで更に、クラッド材の導電性は低減し、クラッド材の析出板表面への電解移動が減少することになる。
【０００７】
上記の欠点又は他の欠点に対処するため、先行技術として、ハンガーバーを、内部抵抗の極めて低い高導電性の材料、例えば銅などから作り、このハンガーバーに析出板を、典型的に溶接部を介して取り付けた形の代替アセンブリが開示されている。しかしながら、異種金属の使用のゆえに、溶接部は特に早期の電食をこうむり易く、そのため、ハンガーバー、溶接部及び析出板の小部分を、析出板と同じ材料又は類似の材料でぴったり嵌る適切な形に作られたクラッド材で被覆する。次に、クラッド材の縁を析出板に溶接する。ハンガーバーは、電解浴の腐食性成分の影響からある程度守られる。加えて、ハンガーバーは、析出プロセス終了時に析出板を酸性浴から引き上げる（その結果、析出板表面に析出した金属のかなりの量を引き連れてくる）のに使用されるので、クラッド材被覆は、アセンブリの強度を高める点でも有益となる。
【０００８】
しかしながら、上記先行技術のアセンブリの大きな欠点は、腐食性液体が典型的に酸性浴から逃げ出て、シュラウドと析出板の間の溶接部を包囲し、ハンガーバーと析出板の間の接合部に浸透することである。これが金属の電解移動及び接合部の腐食につながり、その結果、アセンブリの導電性は低減し、装置全体の効率は低下することになる。加えて、接合部はクラッド材の背後に隠れているので、腐食性電解質を除去するための洗浄が、不可能でないとしても、困難であり、従って、腐食性液体の影響を制止することが困難である。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、金属精錬に使用される陰極を提供することによって上記の欠点及び他の欠点に対処する。陰極は、ほぼ平坦な析出板をその上縁に沿って延長ハンガーバーに取り付けたもので、結合部を形成している。保護クラッド材が、析出板と当接し、結合部の領域内に空洞部が形成されるように少なくとも部分的にハンガーバーを包囲している。空洞部を充填するのに耐食性材料が使用される。この耐食性材料は、腐食性物質が結合部の領域に浸透するのを阻止する。
【００１０】
また、本発明は、金属精錬に使用される陰極アセンブリを製造する方法も提供する。陰極は、金属電着用の析出板からなるタイプである。この製造方法は、
（ａ）上縁を有するほぼ平坦な析出板を提供するステップと、
（ｂ）延長ハンガーバーを析出板の上縁に締め付けて析出板アセンブリを提供するステップと、
（ｃ）ハンガーバーと析出板上縁の間で締め付け領域がほぼ重なり合うように保護クラッド材を析出板アセンブリに対して留め、クラッド材と析出板アセンブリの間の充填可能な空洞部を形成するステップと、
（ｄ）空洞部を耐食性材料で充填し、製造された陰極アセンブリを提供するステップとを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の例示的な実施例を詳細に説明する。
【００１２】
図１について説明すると、陰極アセンブリが、全体的に参照番号１０で示されている。この陰極アセンブリ１０は、比較的に高い引張り強度及び極めて優れた耐食性を有する導電性材料から作られたほぼ正方形の析出板１２で構成されている。図示された実施例では、析出板１２の製造に、約３．２５ｍｍ厚のＡＩＳＩ、３１６Ｌタイプのオーステナイトステンレス鋼を使用し、析出板１２の表面を、好ましくは、粗さ０．１６〜０．６０ミクロンのＡＳＴＭ  Ａ４８０，２Ｂタイプに仕上げている。
【００１３】
析出板１２の表面に析出した銅（図示されていない）が縁の周囲に這い出ると、その析出した銅が析出板１２の表面から機械的に分離してしまう可能性がある。これを阻止するために、析出板１２の縁に沿って１対のエッジストリップ（参照番号１４で示す）が、下縁１８から、析出板１２の浸漬される電解質２０の最大レベルより上の地点まで延びる形で取り付けられている。エッジストリップ１４は、非導電性材料、例えばポリプロピレンから作られており、電解質及び銅が側縁１６に侵入するのを防ぐシールの役割をする。エッジストリップ１４を取り付ける前に、密封性を更に高めるため、自己接着性の密封ガスケットテープ（図示せず）が側縁１６に貼り付けられる。
【００１４】
図２について説明すると、最初に、銅ハンガーバー２４の下面２８に加工されたスロット２６に析出板１２を挿入することにより、析出板１２の上縁２２を銅ハンガーバー２４に取り付ける。次に、周知のティグ溶接技術を使って、析出板１２を銅ハンガーバー２４に溶接する。このようにして、第１対のシーム溶接部（参照番号３０で示す）が、析出板１２の幅全体にわたってその両面に、析出板１２の表面がハンガーバー２４の下面と出会う地点で形成される。
【００１５】
別の一実施例では、析出板の上縁２２がスロットに挿入されていない代わりに、ハンガーバー２４の下面２８に当接している。
【００１６】
ハンガーバー２４は、高純度の非合金固体銅、例えば、ＵＮＳ（統一番号表記系）記号Ｃ１１０００の電解タフピッチ銅から作られており、第１対のシーム溶接部３０は、主として、析出板１２と銅ハンガーバー２４の間で優れた導電性を確保するのに役立つ。
【００１７】
図２に加えて図１に戻って説明すると、ハンガーバー２４と、析出板１２の上縁２２と、第１対のシーム溶接部３０は、延長ステンレス鋼クラッド材３２で密閉されており、このクラッド材３２は、１．５ｍｍ厚のＡＩＳＩ、３１６タイプのステンレス鋼薄板から作られている。クラッド材３２は、適切な形に作られており、ハンガーバー２４の析出板１２へのシーム溶接の後に、ハンガーバー／析出板上を自在に褶動できるように隙間嵌めを有している。
【００１８】
一旦、クラッド材３２の下縁３４を、ハンガーバー２４及び析出板１２上で位置決めしたところで、クラッド材３２の下縁３４を析出板１２の表面に溶接する。溶接の結果、第１対のシーム溶接部３０の真下で析出板１２の幅全体にわたって第２対のシーム溶接部３６が析出する。クラッド材３２と第２対のシーム溶接部３６は、ハンガーバー２４を補強すると共に、腐食性電解溶液及び他の液体が第１対のシーム溶接部３０に侵入する、また、析出板１２の上縁２２とハンガーバー２４の下面２８の間の接合部に侵入するのをある程度防ぐという二重の役割を果たす。さらに、クラッド材３２の端部３８近傍で下縁を共に接合し、溶接する。
【００１９】
図１について説明すると、前述のように、電気精錬プロセスの間、析出板１２は、電解浴（図示されていない）の中に、参照番号２０で示されているレベルまで浸漬される。析出板１２は、このレベルにおいて、電解浴を収容しているタンク（全部は示されていない）の両方の縁に沿って平行に延びている１対の導電性バスバーに当接している、銅ハンガーバー２４の端部４０によって支持される。かなりの質量の金属が電気精錬プロセスの間に析出板１２の表面に析出するので（１ｍ2の薄板の上に最大２００ｋｇ以上）、析出板１２と銅ハンガーバー２４の間の接合部にかなりの力が加わる可能性がある。補強によりこの可能性をなくす。すなわち、補強が無いと、析出した金属の質量によって第１対のシーム溶接部３０に大きな力がかかり、第１対のシーム溶接部３０が破損され、さもなければ亀裂を生じ、その結果、導電性が低下することになる。補強により、陰極アセンブリ１０の堅牢性及び信頼性は向上し、結果として、その有効寿命が延びる。
【００２０】
図１に加えて図２に戻って説明すると、クラッド材３２が、定位置で溶接されると、腐食性電解溶液が第１対のシーム溶接部３６に侵入するのをある程度防ぐ働きをするが、第２対のシーム溶接部３６によって作られたシールは密封効果を持たない。それゆえ、チェックされないまま放置されると、腐食性電解溶液又は他の液体が第２対のシーム溶接部に浸透し、ハンガーバー２４と析出板１２の間の接合部に有害な影響を及ぼす可能性は潜在的にある。この問題は、陰極アセンブリ１０の電解浴への挿入と電解浴からの引き上げを繰り返すこと、精錬された金属を析出板１２から取り出すこと、及び、析出板１２を電解浴に再挿入する前にその表面を洗浄し、再仕上げすることから生じる不可避の磨耗及び亀裂によって悪化させられる。そこで、腐食性溶液又は他の液体がクラッド材３２の下に侵入するのをさらに防止するために、耐食性シーラント４２、例えばエポキシ樹脂をハンガーバー２４の下面２８とクラッド材３２の内面４４の間に作られた隙間に注入する。これにより、第１対のシーム溶接部３０によって銅ハンガーバー２４と析出板１２の間で確保された導電性は、かなり長い期間にわたって確実に維持されることになる。
【００２１】
典型的に、耐食性材料４２は、保護クラッド材３２に小穴（参照番号４２で示す）をあけることによって注入される。次に、自在に流動する形の耐食性材料４２は、銅ハンガーバー２４の下面とクラッド材３２の内面４４の間の隙間にクラッド材３２の全長にわたって注入される。耐食性材料４２は、これで硬化し、第１対のシーム溶接部３０の周囲に密封シールを形成する。
【００２２】
ここで図１について説明すると、上で述べた通り、精錬の間にかなりの質量の金属が析出板１２の表面に析出できる。そこで、陰極アセンブリ１０の電解槽（図示せず）からの自動引き出しを助けるために、析出板１２を貫通する形で１対の矩形スロット（参照番号４８で示す）を第２対のシーム溶接部３６の真下の地点に加工する。フック（図示せず）又は他の吊り具、例えばフォークリフトのフォーク歯などをスロット４８に挿入し、それで陰極アセンブリを持ち上げるようにすることもできる。
【００２３】
以上、本発明を好ましい実施例に則して説明したが、この実施例は、本発明の範囲内で、本発明の主旨から逸脱することなく改変することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例による陰極の側面図である。
【図２】本発明の一実施例による陰極の、図１の線２−２に沿った横断面図である。
【図１】
2005530044.tif 000003
【図２】
2005530044.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月19日(2004.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らの上縁に沿って延長ハンガーバーに固定して取り付けられて結合部を形成しているほぼ平坦な析出板と、
前記析出板と当接し、かつ前記結合部の領域内に空洞部が形成されるように少なくとも部分的に前記ハンガーバーを包囲している保護クラッド材と、
前記空洞部を充填する耐食性材料とを備えていることを特徴とする金属精錬に使用される陰極。
【請求項２】
前記析出板が少なくとも１つの溶接部によって前記ハンガーバーに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項３】
前記保護クラッド材は予め形成されていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項４】
前記耐食性材料がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項５】
前記析出板及び前記クラッド材がステンレス鋼から作られていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項６】
前記クラッド材が少なくとも１つの溶接部によって前記析出板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項７】
前記析出板の下縁に逆Ｖ字形が加工されていることを特徴とする請求項１に記載の陰極。
【請求項８】
陰極が金属電着用の析出板からなるタイプである、金属精錬に使用される陰極を製造する方法において、
（ａ）上縁を有するほぼ平坦な析出板を提供するステップと、
（ｂ）延長ハンガーバーを前記析出板の前記上縁に締め付けて析出板アセンブリを提供するステップと、
（ｃ）前記ハンガーバーと前記析出板上縁の間の締め付け領域がほぼ重なり合うように保護クラッド材を析出板アセンブリに対して留め、前記クラッド材と前記析出板アセンブリの間の充填可能な空洞部を形成するステップと、
（ｄ）前記空洞部を耐食性材料で充填し、製造された陰極を提供するステップとを備えていることを特徴とする陰極製造法。
【請求項９】
前記締め付けのステップが、前記上縁を前記ハンガーバーに溶接するステップを備えていることを特徴とする請求項８に記載の陰極製造法。
【請求項１０】
前記充填のステップが、前記保護クラッド材に少なくとも１つの穴をあけ、前記耐食性材料を液相において前記空洞部に注入し、前記耐食性材料が固相に硬化するステップを備えていることを特徴とする請求項８に記載の陰極製造法。
【請求項１１】
前記耐食性材料がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の陰極製造法。
【請求項１２】
前記留めるステップは、前記保護クラッド材を少なくとも１つの溶接部によって前記析出板へ溶接するステップを備えていることを特徴とする請求項８に記載の陰極製造法。
【国際調査報告】
2005530044.tif 000005
2005530044.tif 000006
2005530044.tif 000007