(57)【要約】【課題】カソードビームとブスバーとの接触部の接触面積の縮小に伴う電気抵抗の増大に起因する、電解槽内における電流分布の不均一化を防止する。【解決手段】電解操業で使用済みのカソードビーム２の接点部２ｂを、研磨材を押し付けながら研磨する際に、厚さが変化しない研磨材を用いて、平面研磨し、複数のカソードビーム２の接点部２ｃとブスバー１１の接点部１１ａとの接触部の平均接触面積が１０ｍｍ２以上、かつ、前記接触部の接触面積の標準偏差σが、３ｍｍ２以下となるようにする。平面研磨後において、前記接触面積を、感圧紙を用いて測定する工程をさらに備えることが好ましい。【選択図】図５
2019099881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ少なくとも長さ方向端部における横断面が角形の形状を有し、銅製の、もしくは、表面に銅被覆層が設けられた、複数のカソードビームを用いる銅電解精錬方法であって、
前記複数のカソードビームは、電解槽に設けられたブスバーと電気的接触が可能な接点部を備え、
電解操業で使用済みの前記複数のカソードビームの前記接点部に平面研磨を施して、該複数のカソードビームの前記接点部と前記ブスバーの接点部との平均接触面積が１０ｍｍ２以上となり、かつ、前記複数のカソードビームの前記接点部と前記ブスバーの接点部との接触面積の標準偏差σを３ｍｍ２以下に維持するようにする、
銅電解精錬方法。
【請求項２】
前記接触面積を、感圧紙を用いて測定する工程をさらに備える、請求項１に記載の銅電解精錬方法。
【請求項３】
前記平面研磨において、研磨材を押し付けながら研磨し、かつ、該研磨の際に前記研磨材の厚さを変化させない、請求項１または２に記載の銅電解精錬方法。
【請求項４】
前記研磨材として、砥粒の粒度が＃６０以上である研磨材を用いる、請求項３に記載の銅電解精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅やニッケルなどの非鉄金属の電解精錬方法、特に、電解液に浸漬させたアノードとカソードとの間に通電して、電解液に溶解している銅やニッケルなどの目的金属をカソード表面上に電着させる、非鉄金属の電解精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）などの非鉄金属の製錬方法として、非鉄金属の電解精錬が広く知られている。非鉄金属の電解精錬では、電解液に浸漬させたアノード（陽極板）とカソード（陰極板）との間に通電して、電解液に溶解している銅やニッケルなどの目的金属（製錬の対象となる金属）をカソード表面上に電着させることにより、高純度の目的金属を得ることが可能である。
【０００３】
非鉄金属の電解精錬方法は、電解液中の目的金属をアノードから供給する電解精製方法と、電解液に目的金属を別途溶解させる電解採取方法とに分類される。これらのうち、目的金属をアノードから供給する電解精製方法では、アノードに精製前の目的金属からなる目的金属アノードが用いられるが、電解採取方法では、アノードに不溶性電極からなる不溶性アノードが用いられる。
【０００４】
また、非鉄金属の電解精錬方法は、電着を終えた目的金属をカソードから剥ぎ取るパーマネントカソード法と、電着したカソードのまま製品とする種板電解法とに分類される。パーマネントカソード法では、電着前のカソードにはチタンやステンレスなどの母板が使用されるが、種板電解法では、パーマネントカソード法などで剥ぎ取った目的金属を矩形板状に加工した種板が使用される。
【０００５】
たとえば、種板電解法を用いた銅の電解精製方法では、一般的に、粗銅製のアノードと、純銅製のカソードとを電解槽中に交互に吊下げ、電解浴中で通電することにより行われる。
【０００６】
カソードに使用する種板は、ステンレスなどの母板をカソードにして、同様の電解を行い、目的金属が薄く電着したところで、この電着物を母板から剥ぎ取って、矩形板状に加工したものである。この種板を電解精製用のカソードとするには、同様にして得た別の種板を裁断してループ状に形成したリボンを得て、このリボンを吊り手として種板の上部に取り付け、カソードビーム（導電用棹）に、リボン（吊り手）を介して種板を吊り下げる。図１に、カソードビームを電解槽の対向する両側壁上部に架け渡して、銅電解精製用のカソードを構成する種板の矩形板状部分の下側大部分を電解槽に装入した状態の一例を示す。
【０００７】
図１に示すように、粗銅（Ｃｕ純度が９７％〜９９．５％程度）からなるアノード板１０と、純銅（Ｃｕ純度が９９．９％以上）からなる種板であるカソード板１が、それぞれ複数枚ずつ交互に平行となるように配置される。電解槽（図示せず）の両側の槽壁の一方には、複数のカソード板１の電気的接続を実現するための第１のブスバー１１が、他方には、複数のアノード板１０の電気的接続を実現するための第２のブスバー１２が、それぞれ配置されている。第１のブスバー１１には、カソード板１を支持するカソードビーム２の第１の端部２ａが電気的に接続された状態で載置され、第２のブスバー１２には、アノード板１０の第１の耳部１０ａが電気的に接続した状態で載置される。なお、カソードビーム２の第２の端部２ｂは、第２のブスバー１２に絶縁体６を介して載置され、アノード板１０の第２の耳部１０ｂは、第１のブスバー１１に絶縁体６を介して載置される。
【０００８】
また、カソードビーム２に、カソード板１に取り付けられたリボン３が吊り下げられることで、カソード板１がカソードビーム２により支持される。カソード板１およびアノード板１０の具体的な数は、電解槽の大きさに応じて任意であるが、アノード板１０の枚数を、カソード板１の枚数よりも１枚だけ少なくすることが好ましい。たとえば、電解槽１基当たり、アノード板１０が５１枚配置される場合、アノード板１０のそれぞれの間にカソード板１が１枚ずつ計５０枚配置され、あるいは、電解槽１基当たり、アノード板１０が２７枚配置される場合、アノード板１０のそれぞれの間にカソード板１が１枚ずつ計２６枚配置される。
【０００９】
電流は、第２のブスバー１２とアノード板１０の第１の耳部１０ａとの電気的接触部、アノード板１０とカソード板１との間の電解液、および、リボン３を順に介して、カソードビーム２の第１の端部２ａと第１のブスバー１１との電気的接触部を通じて電流が流れる。
【００１０】
具体的には、図２に示すように、第１のブスバー１１のうち、それぞれのカソードビーム２の第１の端部２ａが載置される複数箇所、および、第２のブスバー１２のうち、それぞれのアノード板１０の第１の耳部１０ａが載置される複数箇所に、それぞれ平面視において、ブスバー１１、１２の長さ方向に伸長する長円形（オーバル形）で、高さ方向に関して他の部分より上方にドーム状に膨出した接点部１１ａ、１２ａが、ブスバー１１、１２をプレス成形することにより設けられる。
【００１１】
図３に示すように、第１のブスバー１１とカソードビーム２との接触部は、第１のブスバー１１の接点部１１ａに、カソードビーム２の第１の端部２ａの下面である接点部２ｃを載置することにより構成される。第１のブスバー１１の接点部１１ａとカソードビーム２の接点部２ｃとの接触部は、電気的に良好な接触状態を保つことが必要である。
【００１２】
通電期間終了後、カソード板１に取り付けられたリボン３から取り外されたカソードビーム２は、繰り返し使用される。すなわち、銅の電解精製では、カソード板（種板）１上に銅を所定の厚さに電着させた後、電着後のカソード板１を電解槽から引上げ、カソードビーム２を抜き取って、リボン３が付いたままのカソード板１が製品として出荷され、カソードビーム２は他のカソード（カソード板１とリボン３とカソードビーム２の組み合わせ）内に組み込まれる。
【００１３】
なお、パーマネントカソード法では、上述のように、カソードにはチタンやステンレスなどの母板が使用されるが、これらの母板は、カソードビームに恒久的に取り付けられてカソードを構成する。また、ニッケルなどの他の非鉄金属における電解採取方法でも、目的金属が異なるのみで、銅の電解精製法と同様の構成のカソードとアノードが用いられ、カソードの種板あるいは母板は、カソードビームを介して、電解槽に吊り下げられ、カソードビームとブスバーの接続により、カソードの電気的接続が実現されている。
【００１４】
このようなカソードビームとしては、特開平０１−３１９６９５号公報に記載されている、たとえば鉄製の芯棒と、この芯棒の表面を覆う銅からなる被覆層とにより構成され、角形の横断面形状を有するカソードビームや、特開２０００−３４５３８０号公報に記載されている、銅製の直方体型クロスバーにより構成されたカソードビームがある。
【００１５】
ただし、コストと強度を考慮して、多くの場合には、図３に示すように、鉄製の芯棒４と銅の被覆層５とにより構成され、角形の横断面形状を有するカソードビーム２が使用されている。
【００１６】
ところで、カソードビームの表面には、電解操業中に、発熱と空気に起因した酸化による酸化物の皮膜、あるいは、電解液および酸ミストの付着などによる硫酸塩の皮膜が生成する。この酸化物や硫酸塩の皮膜が厚くなるほど、カソードビームの表面における電気抵抗が増加し、電力消費が大きくなる。皮膜の生じる場所やその厚さはさまざまであるため、電気抵抗の増加量も場所によって異なる。その結果、ある電解槽で使われている複数本のカソードビームには均等に電流が分配されず、それぞれのカソード（またはそれらに対向するアノード）に流れる電流（すなわち電流分布）は不均一になる。
【００１７】
このような槽内の電流分布が不均一となった場合、局部的な電流集中が起こるので、電着物が樹枝状の形態となり、短絡が発生して、電流効率の低下を招く。また、電流が集中したカソードを構成するカソード板を挟む形で装入されているアノードを構成するアノード板の過度の損耗を招き、損耗したアノード板のうちの、電解液面よりも下に位置して、電解液に浸漬している部分が、電解槽内に脱落したり、あるいは、損耗によりアノード中央部分から折損し、電解槽内に脱落したりする。アノード板の一部の脱落は、脱落したアノードの一部が電解槽の底を突き破って電解液を流出させたり、周囲のカソード板にもたれかかって短絡させたりするため、その監視や対処の手間がかかる。
【００１８】
また、利用できるアノードの面積が槽内へ脱落したアノード板の一部の分だけ減少し、電流密度が上昇しているため、そのまま通電を継続すると、槽電圧の上昇が発生して、電流効率の低下や粒電着の発生による製品外観の悪化を招く可能性がある。
【００１９】
このように、電解操業における限界印加電流量は、複数あるアノードのうち、電流分布によって電流が最も多く流れ、最も損耗の激しい１枚のアノード板によって決定されることになる。すなわち、アノード板の損耗の程度のばらつきにより、電流分布のばらつきが大きくなっている場合ほど、最も損耗したアノード板の一部が脱落してしまわないように、印加する電流を小さくすることを強いられる。しかしながら、電流を小さくすると、銅やニッケルなどの目的金属の電着量（すわわち生産量）も小さくなってしまうという問題がある。
【００２０】
電流分布のばらつきを小さくするため、特開２０００−３４５３８０号公報に記載されているように、酸化物や硫酸塩の皮膜が発生した場合に、カソードビームの表面を研磨する再生作業を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平０１−３１９６９５号公報
【特許文献２】特開２０００−３４５３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
従来の研磨によるカソードビームの再生作業では、カソードビームの表面の銅（被覆層）自体はできる限り研削せずに、カソードビームの表面に存在する皮膜を除去することが目的となっている。カソードビームの厚さは、使用年数によってばらつきがあるため、通常、ブラシ式の研磨材を用いてカソードビームの厚さにかかわらず毛先が届くように研磨している。
【００２３】
このようなブラシ式の研磨材を用いた表面研磨は、あくまでもカソードビームの表面に付着した酸化物や硫酸塩の皮膜を除去することが目的であり、皮膜を除去した後のカソードビームの表面の形状やそれに起因する接触面積の変化については考慮されていない。このため、ブラシ式の研磨材を用いた場合、角型のカソードビームへの接触の際に、角部へは周囲から打撃力が加わることとなり、研磨を繰り返していくごとに、角部の摩耗が顕著となり、カソードビームの接点部である端部の下面が曲面化していくこととなる。角型でないカソードビームの場合も同様に、ブラシが回転運動や往復運動などによって最初に当たる部分がより磨耗し、曲面化する。このようにカソードビームの端部の下面が曲面化すると、ブスバーとの接触面積が減少することとなるため、カソードビームとブスバーとの接触部の接触抵抗は増大する。
【００２４】
また、カソードビームの繰り返し利用に関する移動や保管の際の取り扱いに起因して、カソードビームの表面には、傷や凹凸が生じる場合があり、これらもブスバーとの接触面積の低下の原因となっている。
【００２５】
このように、カソードビームの接点部の傷や凹凸の存在および曲面化した接点部の形状は、カソードビームとブスバーとの接触面積の低下、並びに、接触抵抗の増大につながり、カソードビームとブスバーとの間において電流が流れにくくなる原因となる。
【００２６】
本発明は、カソードビームの接点部に付着した皮膜だけではなく、カソードビームの接点部に生じた傷や凹凸および曲面化した接点部の形状による、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積の縮小に伴う電気抵抗の増大に起因する、電解槽内における電流分布の不均一化を効果的に防止して、アノードの減肉状態を均一として、電解操業に必要なアノードの面積を維持し、さらに、アノードスクラップの繰り返し量を削減させることにより、製錬工程と電解工程とを循環する銅やニッケルなどの目的金属の量の削減も図ることが可能な、非鉄金属の電解精錬方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、少なくとも長さ方向端部における横断面が角形の形状を有し、特に、鉄芯の表面に銅被覆層が設けられている、カソードビームを用いる、銅やニッケルなどの非鉄金属の電解精錬方法に関し、電解操業で使用済みのカソードビームの接点部を平面研削し、該接点部に付着した酸化物あるいは硫酸塩などの皮膜を除去するだけでなく、該接点部に生じた傷や凹凸を効果的に除去し、かつ、該接点部の平滑化を適切に評価することにより、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積が増大され、かつ、該接触面積のばらつきの小さいカソードビームを使用して、カソード板を吊り下げ装入して、電解操業を行うことを可能としている。
【００２８】
具体的には、本発明は、それぞれ少なくとも長さ方向端部における横断面が角形の形状を有し、銅製の、もしくは、表面に銅被覆層が設けられた、複数のカソードビームを用いる、非鉄金属の電解精錬方法に関する。この電解精錬方法においては、前記複数のカソードビームは、電解槽に設けられたブスバーと電気的接触が可能な接点部を備える。
【００２９】
特に、本発明の非鉄金属の電解精錬方法においては、電解操業で使用済みの前記複数のカソードビームの前記接点部に平面研磨を施して、該複数のカソードビームの前記接点部と前記ブスバーの接点部との平均接触面積が１０ｍｍ２以上、好ましくは１３ｍｍ２以上、より好ましくは１６ｍｍ２以上となるようにし、かつ、前記複数のカソードビームの前記接点部と前記ブスバーの接点部との接触面積の標準偏差σを、３．９ｍｍ２以下、好ましくは３．５ｍｍ２以下、より好ましくは３ｍｍ２以下に維持するようにする点に特徴がある。
【００３０】
本発明の非鉄金属の電解精錬方法では、前記複数のカソードビームの前記接点部と前記ブスバーの前記接点部との前記接触面積を、感圧紙を用いて測定する工程をさらに備えることが好ましい。
【００３１】
また、前記平面研磨において、研磨材を押し付けながら研磨し、かつ、該研磨の際に前記研磨材の厚さを変化させないことが好ましい。なお、このためには、厚さが変化する研磨材では、押し付け圧力を測定しながら、押し付け圧力が一定になるように研磨材の位置を調節する。あるいは、研磨材として、砥石やサンドペーパなどの厚さが変化しない研磨材を用いることができる。
【００３２】
厚さが変化しない研磨材を用いる場合、前記研磨材として、ＪＩＳＲ６００１研削砥石用研磨材の規格による砥粒の粒度が＃６０以上である（＃６０、あるいは、＃６０よりも細かい）研磨材を用いることが好ましい。＃６０〜＃３００の範囲にある研磨材（砥石またはサンドペーパ）を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の非鉄金属の電解精錬方法により、同一槽に配置された銅やニッケルなどの非鉄金属の電解精錬方法に用いられる複数のカソードビームが、複数回使用された場合であっても、それぞれのカソードビームのうち、ブスバーの接点部と接触する接点部が、平面研磨により、その表面性状を悪化させることなく適切に研磨され、複数のカソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積の減少を抑制し、かつ、該接触面積のばらつきを小さくすることができるため、複数のカソードビームのそれぞれに分布する電流値を均一化させることが可能となる。
【００３４】
より具体的には、平面研磨において、研磨材を押し付けながら研磨し、かつ、この研磨の際に研磨材の厚さを変化させないことにより、複数のカソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積を増大し、かつ、該接触面積のばらつきを小さくすることで、電解槽に印加された電流を、カソードおよびアノードにそれぞれ均一に分布させ、カソードへの銅の電着量、アノードの溶減量（アノードの重量変動）を均一化することができる。
【００３５】
このように、非鉄金属の電解精錬を操業（電解操業）することで、限界印加電流量を増加させ、アノードスクラップを減少させ、製錬工程と電解工程とを循環する銅やニッケルなどの目的金属の量を低減させて、コストを削減することができる。
【００３６】
よって、本発明は、非鉄金属の電解精錬方法の分野において、低コストの操業を簡易に実現するという顕著な効果を奏し、その技術的貢献は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、ブスバーを備えた電解槽（図示せず）に装入した状態における、アノード、カソード、およびカソードビームの一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、プレス加工したブスバー接点部の側面視形状の一例を示す概略図であり、図２（Ｂ）は、ブスバー接点部の平面視形状の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触部を示す断面概略図である。
【図４】図４は、実施例１における、電解操業により使用済みであって、未研磨の状態にある２６本のカソードビームについての、感圧紙による、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーのそれぞれの接点部との接触部の形状を示す図である。
【図５】図５は、実施例１における、平面研磨後の状態にある２６本のカソードビームについての、感圧紙による、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーのそれぞれの接点部との接触部の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明者らは、非鉄金属の電解精錬の操業（電解操業）に用いられる、電解槽、カソードビームなどの状態を検討し、電解操業中において、電流は、電解槽中のアノード（アノード板）から、電解液、カソード（カソード板、リボン、およびカソードビーム）を順に介して、ブスバーへと流れること、および、１槽の電解槽内を並列回路と見たとき、カソードビームとブスバーとの接触部の接触抵抗のばらつきは、電流分布の不均一に直結していることなどを考慮した結果、通電時にカソードビームに流れる電流値のばらつきが、アノード板の消耗と脱落の原因となるとの知見を得て、本発明に至ったものである。
【００３９】
銅やニッケルなどの非鉄金属の電解精錬において、カソードビームは、電解操業で繰り返し使用される。具体的には、複数（所定数）のカソードビームを１セットのカソード（同数のカソード板）に組み込んで、これらのカソード板を電解槽に装入し、通電により目的金属を製品として十分な厚みまでカソード板に電着させ、続いてカソードを電解槽から取り出して、カソード板に電着した目的金属を製品として回収するとともに、必要に応じてカソードビームの表面を研磨し、そのあとカソードビームは再度カソードに組み込まれ、カソードを構成するカソード板を電解槽に装入して通電を行う。
【００４０】
研磨の際、ブラシ式の研磨やスポンジ形状の研磨材を用いた研磨などにより、接点部を含むカソードビームの全体について表面研磨されることが通常であるが、研磨材を押し付けながら研磨する際に、厚さが変化する研磨材を用いた表面研磨では、角部への過度な力が加わることにより、カソードビームの接点部において、銅の表面層あるいは銅被覆層の形状や厚さを変化させてしまい、カソードビームの接点部が曲面化する。
【００４１】
また、この接点部に、カソードビームの搬送時や設置時に傷がついたり、凹凸が生じたりする場合がある。
【００４２】
すなわち、カソードビームが新しいうちは、カソードビームの接点部は、ブスバーと面接触ないし線接触している状態にあるが、カソードビームを電解操業に繰り返し使用するたびに、上記の表面研磨や搬送時や設置時の接触により、カソードビームの接点部の形状が変化して、この接点部が、徐々にブスバーと点接触する状態に近づく。すなわち、カソードビームの接点部とブスバーとの接触面積は、徐々に減少していく。
【００４３】
ただし、このカソードビームの接点部の接触面積の減少速度は、カソードビームごとにそれぞれ異なるため、複数のカソードビームを用いた銅電解精製を繰り返すごとに、電解槽に設置された複数のカソードビームの間において、流れる電流に偏りが生じることとなる。
【００４４】
特に、電解操業の通電初日から２日目にかけては、種板あるいは母板への電着があまり進んでおらず、カソード板の重さが軽いため、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触部の接触抵抗が高く、カソードビームに流れる電流の偏りは、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積のみならず、カソードビーム１本当たりの重さ（以下、「単重」という。）に大きく依存する。通電期間の２日目以降、電着によってカソード板の重さが増加するに従って、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触部の接触抵抗が低くなるとともに、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積が大きくなって、カソードビームに流れる電流の偏りは、接触面積のみに依存することになり、よって、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積のばらつきが小さくなっていくため、カソードビームに流れる電流は均一化されていく。
【００４５】
本発明は、カソードビームの単重のばらつきを抑えるとともに、かつ、カソード板の重さが軽い場合でも、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触部の接触抵抗を減少させて、カソードビームに流れる電流の偏りを小さく抑えるために、銅製の、もしくは、表面に銅被覆層が設けられた、複数のカソードビームを用いる非鉄金属の電解精錬方法において、電解操業で使用済みのカソードビームの接点部を平面研磨し、該接点部とブスバーとの接触面積を増大させ、前記複数のカソードビームのそれぞれに分布する電流値を均一化することを特徴とする。
【００４６】
基本的には、本発明の非鉄金属の電解精錬方法は、電解操業で使用済みのカソードビームの接点部を平面研磨し、該接点部とブスバーとの接触面積を増大させる点に特徴を有しており、よって、本発明の非鉄金属の電解精錬方法は、パーマネントカソード法および種板電解法を含む、従来から行われている公知の非鉄金属の電解精錬方法に広く適用することが可能である。
【００４７】
また、非鉄金属の電解精錬方法に用いられる、電解槽、ブスバー、アノード（耳付きのアノード板）、カソード（母板あるいは種板からなるカソード板、リボン、およびカソードビーム）の構成、および、電解操業の条件などは、公知の技術を適用することが可能である。よって、図１〜図３に示した構造およびその説明、さらには、特開平０１−３１９６９５号公報および特開２０００−３４５３８０号公報に記載された内容は、参照により、本明細書に組み込まれるものとする。
【００４８】
本発明の非鉄金属の電解精錬方法においては、電解操業に用いられるカソードビーム、すなわち、本発明における接点部の平面研削の対象となるカソードビームは、少なくとも長さ方向端部における横断面が角形の形状を有する。カソードビームは、長さ方向に関して断面形状が変化しない角柱状、すなわち、いわゆる直方体型クロスバーにより構成されることが好ましい。
【００４９】
このようなカソードビームとしては、従来と同様に、鉄芯と銅被覆層とにより構成された構造のカソードビームが好適に用いられるが、全体が銅製のカソードビームも用いることができる。なお、鉄芯と銅被覆層とにより構成された構造のカソードビームでは、鉄芯の横断面形状は、角形であっても円形であってもよい。
【００５０】
カソードビームの横断面の幅Ｗおよび高さＨは任意であるが、通常、幅Ｗは１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であり、高さＨは１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。なお、カソードビームの長さは、電解槽の構造により適宜決定される。
【００５１】
銅被覆層の厚さは任意であるが、通常、厚さは０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下、好ましくは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、さらに好ましくは、２ｍｍ以上８ｍｍ以下である。なお、鉄芯の横断面形状が円形などのように銅被覆層と平行でない場合、銅被覆層の厚さは、カソードビームの接点部を構成するカソードビーム両端部の上面あるいは下面と鉄芯の外面の最短距離とする。
【００５２】
具体的には、本発明の銅電解精錬方法に用いるカソードビームとして、たとえば、外径が２２．０ｍｍφの鉄芯と、厚さが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の銅被膜層とにより構成され、横断面の幅２４．０ｍｍ、高さ４２．０ｍｍの長方形のカソードビームが好適に用いられる。また、横断面の幅および高さが２６．０ｍｍ□である鉄芯と、厚さ３．０ｍｍの銅被覆層とにより構成され、全体の横断面の幅および高さ３２．０ｍｍ□のカソードビームも好適に使用可能である。この場合は、カソードビームの両端部のいずれの面も、接点部となり得る。
【００５３】
このようなカソードビームの長さ方向端部のうちの一方が、複数のカソードの電気的接続を実現するためのブスバーの接点部に載置される。すなわち、カソードビームの長さ方向端部のうちの一方の下面が、ブスバーの接点部と電気的に接続可能な平坦面状の接点部となっている。
【００５４】
カソード用のブスバー、すなわち、複数のカソードの電気的接続を実現するためのブスバーは、銅などの導電性を有する金属製の平板である。ブスバーの長さ方向複数箇所には、平面視において、長さ方向に伸長する長円形（オーバル形）で、高さ方向に関して他の部分よりも上方にドーム状に膨出した接点部が、ブスバーをプレス成形することにより設けられている。
【００５５】
ブスバーの接点部の長さｄおよび幅ｗは、任意であるが、通常、長さｄは２０ｍｍ以上７０以下、好ましくは３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、幅ｗは３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
【００５６】
また、ブスバーの接点部のうち、最も膨出している部分の高さｈは任意であるが、通常、高さｈは４ｍｍ以上２０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００５７】
本発明の平面研磨は、カソードビームの接点部の酸化物あるいは硫酸塩の皮膜の除去のみならず、カソードビームの接点部の傷や凹凸の除去を行う点で、従来の研磨と異なっている。すなわち、公知の研磨の対象は、カソードビームとリボンの接触部における酸化物や硫酸塩の皮膜の除去が主な目的であり、カソードビームとリボンの接触部における、酸化物や硫酸塩の皮膜の存在による電気抵抗の上昇を抑制するためのものである。
【００５８】
カソードビームに流れる電流のばらつきを抑制するためには、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積のばらつきが小さいことが望ましい。すなわち、１つの電解槽内では、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーのそれぞれの接点部との接触面積をほぼ一定とすることが最も望ましい。このためには、１つのロット内を構成する複数のカソードビームとして、平面研磨によりそれぞれの接点部の傷や凹凸が除去されたものを使用し、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーのそれぞれの接点部との接触面積のばらつきを小さく抑え、かつ、それぞれの接触面積を増大させることが効果的である。
【００５９】
具体的には、本発明の銅電解精錬方法においては、電解操業で使用済みの複数のカソードビームの接点部を平面研磨して、複数のカソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積の接触面積の標準偏差σを、３．９ｍｍ２以下、好ましくは３．５ｍｍ２以下、より好ましくは３．０ｍｍ２以下に維持するようにする。
【００６０】
複数のカソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積の標準偏差σが３．９ｍｍ２よりも大きい、すなわち、該接触面積のばらつきが大きいと、それぞれのカソードに流れる電流に偏りが生じるため、複数のカソードビームのそれぞれに分布する電流値を均一化させるという効果が十分に得られない。なおこのとき、接触面積が小さいカソードビームの接点部には曲面部や傷ないしは凹凸が存在していると考えられる。
【００６１】
なお、前記接触面積の標準偏差σの下限については、限定されることはないが、作業効率やそれに伴う作業コストを考慮すると、好ましくは１．０ｍｍ２程度である。
【００６２】
また、複数のカソードビームの接点部とブスバーの接点部との平均接触面積が大きいほど、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触部の過熱やそれに伴う酸化物の成長などを心配することなく、カソードやアノードに大きな電流を流すことができる。たとえば、１枚につき６５０Ａ〜８５０Ａの電流を流す場合は、１０ｍｍ２以上となるようにすることが好ましく、１３ｍｍ２以上となるようにすることがより好ましく、１６ｍｍ２以上となるようにすることがさらに好ましい。
【００６３】
平均接触面積の上限については、特に限定されることはないが、作業効率やそれに伴う作業コストを考慮すると、好ましくは１００ｍｍ２、より好ましくは５０ｍｍ２、さらに好ましくは２５ｍｍ２程度である。
【００６４】
本発明において、接触面積およびその標準偏差の値は、カソード板およびリボンが吊るされていないカソードビームの長さ方向両端部を、電解槽の両側の槽壁に配置された１対のブスバーに（ただし、一方のブスバーに対しては絶縁体を隔てた状態で）かけ渡すように載置した状態、すなわち、カソードビーム単体の重量がかかった状態での、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積およびその標準偏差の値を意味する。
【００６５】
本発明における平面研磨においては、カソードビームの角部への過研磨を防止するため、研磨材を押し付けながら研磨する際に、押し付け圧力により研磨材の厚さを一定に保つことが好ましい。厚さを一定に保つ具体的な方法としては、特に制限はないが、たとえば、ブラシやスポンジ状の研磨材など、押し付け圧力により厚さが変化する研磨材の場合、押し付け圧力を測定しながら、押し付け圧力が一定になるように、研磨材の位置を調節する方法が挙げられる。
【００６６】
あるいは、ブラシやスポンジ状の研磨材ではなく、砥石やサンドペーパといった、押し付け圧力によって厚さが変化しない研磨材を用いることもできる。  このような厚さが変化しない研磨材としては、典型的には、砥石やサンドペーパなどの、弾性がなく、および／または、平坦な表面を備えるものが挙げられる。厚さが変化しない研磨材を用いる際は、研磨材にカソードビームを載置する、あるいは、カソードビームに研磨材を載せるといった手段により、簡便に押し付け圧力が維持される利点があるので、押し付け圧力の測定は必要とされない。
【００６７】
研磨材の材質としては、ダイヤモンドやアルミナなどが寿命の点から好適であるが、これに限られない。カソードビームの接点部の酸化物あるいは硫酸塩の皮膜を除去でき、かつ、カソードビームの接点部の凹凸の除去により、カソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触面積を増大させることか可能である限り、その他の任意の材質の研磨材を用いることもできる。
【００６８】
研磨材として、砥石やサンドペーパなどの厚さが変化しない研磨材を用いる場合、ＪＩＳＲ６００１研削砥石用研磨材の規格による砥粒の粒度が＃６０以上である（＃６０、あるいは、＃６０よりも細かい）研磨材を用いることが好ましい。なお、砥粒の粒度の上限は限定されないが、研磨工程の手間および作業時間などを考慮すると、砥粒の粒度が＃６０〜＃３００の範囲にある研磨材を用いることがより好ましい。砥粒の粒度が＃８０〜＃１４０の範囲であれば、短時間で適度に平滑な接点部が得られる。
【００６９】
この場合、カソードビームの接点部を平面研磨する方法としては、カソードビームの接点部を構成する面が上となるようにして揃えて並べた、複数のカソードビームの接点部を、電動サンダ、電動グラインダ、砥石などの研磨工具で切削することが挙げられる。これらの研磨工具は、人手で操作してもよいが、作業効率や作業工数、コストの低減を図るためには、通電期間後にカソードのリボンから抜き取られてから、再度カソードに設置されるまでの間で、カソードビームが搬送され、あるいは、ストックされる場所に、研磨装置を設置し、カソードビームの接点部を含む端部下面に対して自動的に研磨が実施されるようにすることが好ましい。
【００７０】
また、カソードビームの減肉による単重の減少を防いで、カソードビームの寿命の短縮化を遅らせることを考慮すると、カソードビームの端部下面のうち、接点部のみを研磨することが好ましい。
【００７１】
研磨材や研磨装置の種類に応じて、研磨材の押し付け圧力もしくは研磨する時間を調節することより、それぞれの平面研磨における研磨量を調節する。特に、接点部に傷や凹凸のあるものについては、これらの傷および凹凸の除去が重要となる。これらの押し付け圧力や研磨する時間は、実験などを通じて予め調査しておくことが望ましい。たとえば、長年研磨していないカソードビームは、傷や凹凸が深くなっているので、研磨に要する時間は長くなる。また、同一のセットに対する、前回の研磨におけるそれぞれのカソードビームの接点部とブスバーのそれぞれの接点部との平均接触面積の値、および、接触面積の標準偏差σの値をフィードバックして、研磨材の押し付け圧力や研磨時間を調節することも可能である。
【００７２】
また、平面研磨は、電解操業を行うごとに行うこともできるが、実験的に電解操業の可能な繰り返し回数を予め決定し、その回数（複数回）ごとに行うことも可能である。
【００７３】
本発明では、平面研磨後において、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーのそれぞれの接点部との接触面積を、感圧紙を用いて測定する工程をさらに備えることが好ましい。
【００７４】
具体的には、ブスバーの上面もしくはブスバーの上面に相当する面上に感圧紙を載置し、その上に、種板やリボンが吊るされていない複数のカソードビーム（あるいは、母板が取り付けられた状態の複数のカソードビーム）を載置して、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーの接点部との接触部に相当する部分のみを着色させ、それぞれの接触部の形状を得る。それぞれの接触部の形状に相当する感圧紙の着色部の面積を測定し、その測定結果から、接触面積の平均値（平均接触面積）と標準偏差σを得ることができる。
【００７５】
なお、カソードビームの接点部の平滑化を他の手段で評価することは可能である。たとえば、電流計を使用して、接点部の電流分布を測定することが考えられる。しかしながら、この手段では、端子の当て方によって、電流分布にばらつきが生じ、よってその評価結果にばらつきが生ずることになる。これに対して、感圧紙を使用して、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーのそれぞれの接点部との接触面積を測定し、これに基づいて、平均接触面積と接触面積の標準偏差σを求め、これをカソードビームの接点部の平滑化の評価に使用することは、より簡便であり、かつ、結果にばらつきがない点で好都合である。
【００７６】
なお、本発明は、１つの電解槽中に、カソードおよびアノードを、それぞれ複数枚ずつ交互かつ平行に吊り下げる構造に適用可能なだけでなく、このような電解槽を直列に接続した場合にも適用可能である。この場合、それぞれの電解槽に設置されたカソード用のブスバーの接点部と、それぞれのカソードビームの接点部との接触部の平均接触面積および接触面積の標準偏差σを上記範囲に規制する。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例により、本発明をさらに説明する。なお、実施例は、種板電解法を用いた銅電解精錬方法の一例に関する。ただし、本発明は、この実施例に限定されることはなく、カソードビームを用いたさまざまなタイプの非鉄金属の電解精錬方法に適用可能である。
［実施例１］
内芯として、横断面幅１８．０ｍｍ、高さ３６．０ｍｍの鉄芯と、この鉄芯の表面に形成された、厚さ３．０ｍｍの銅被覆層（純銅、９９．９％以上）とにより構成され、横断面幅２４．０ｍｍ、高さ４２．０ｍｍのカソードビームを５２本準備した（図３参照）。
【００７８】
カソード用のブスバーとしては、１０５ｍｍの周期で、カソード接点部２６箇所をプレス加工した（図２）、厚さ１０ｍｍの銅製のブスバー（長さ２９００ｍｍ；純銅、９９．９％以上）を用いた。なお、アノード用のブスバーとしては、１０５ｍｍの周期で、アノード接点部２７個をプレス加工した（図２）、厚さ１０ｍｍの銅製のブスバー（長さ２９００ｍｍ；純銅、９９．９％以上）を用いた。アノード接点部およびカソード接点部はいずれも、平面視において、長さ方向に伸長する長円形で、高さ方向に関して他の部分よりも上方にドーム状に膨出しており、長さ５０ｍｍ、幅２０ｍｍ、高さ１０ｍｍである。
【００７９】
種板としては、高さ１０００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅板（純銅、９９．９％以上）を用い、幅１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ３００ｍｍの銅板（純銅、９９．９％以上）をＵ字状に加工したリボン２枚を種板上辺部の左と右とに取り付けた。また、アノードには、耳部を除いた大きさが概ね高さ１０００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、厚さ４０ｍｍの粗銅製の銅板を用いた（９９％Ｃｕ）。
【００８０】
これらのブスバー、カソード（種板（カソード板）、リボン、およびカソードビーム）、アノード（耳付きアノード板）を用いて、銅電解精製の電解操業を繰り返し行った。具体的には、カソードビーム２６本を１セットとして、２６枚のカソード板からなるカソード内に組み込み、アノードを構成するアノード板２７枚で挟まれるように電解槽に装入し、電流１８７００Ａで９日間のカソードライフで通電し、電解操業を行った。その後、別の２６本のカソードビームのセットを用いて、同様に電解操業を行った。それぞれのセットのカソードビームを交代で用いた。それぞれのセットを、６回の電解操業で繰り返して使用した。
【００８１】
それぞれのカソードビームは、繰り返し使用することによって、ブスバーと接触する接点部の平面度が損なわれ、ブスバーとの接触面積が小さくなっていったと考えられたので、繰り返し使用後のセットのカソードビームの接点部の形状を、感圧紙（富士フイルム株式会社製）を用いて確認した。すなわち、カソード用のブスバーの上面に感圧紙を載置し、その上に単体のカソードビームをそれぞれ静かに載置して、それぞれのカソードビームの端部の下面である接点部と、カソード用のブスバーのそれぞれの接点部との接触部を着色させた。その結果、接触部の形状はそれぞれ、図４のようになっていた。
【００８２】
続いて、着色部分の面積を測定し、それぞれのカソードビームの接点部のブスバーの接点部との接触部の接触面積を求めた。これらの測定値から得られた、1セットのカソードビームに関する、接触部の平均接触面積、接触面積の標準偏差σを、それぞれ表１に示す。
【００８３】
これらのカソードビーム２６本の接点部について、ハンドグラインダ（株式会社オフィスマイン製、ミニアングルサンダーＭＸ−８０Ｅ）により、ＪＩＳＲ６００１研削砥石用研磨材の規格による砥粒が＃１２０の砥石を用いた切削による平面研磨をそれぞれ５分間行い、それぞれの接点部を平滑化した。平滑（平面研磨）後のそれぞれの接触部の形状を同様に感圧紙で測定した。その結果を図５に示す。
【００８４】
平滑化後のカソードビームの一方のセットを用いて、同様に、カソードを２６枚組み、電解槽に装入し、電流１８７００Ａで９日間のカソードライフで通電を再開した。
【００８５】
再開した通電において１セットのカソードビームに流れる電流を、活線電流計（クランプメータ、日置電機株式会社製、クランプオンＡＣ／ＤＣハイテスタ３２６５）を用いて測定した。測定結果から求めた平均電流値、および電流値の標準偏差を表１に示す。
［比較例１］
カソードビームの接点部を研磨しなかったこと以外は、実施例１と同様のカソードビームのセットおよびブスバーを用い、実施例１と同様の条件および操作により、通電を再開した。再開した通電において1セットのカソードビームに流れる平均電流値、および電流値の標準偏差を求めた。その結果を表１に示す。また、繰り返し使用後で通電再開前に、感圧紙を用いて測定した、接触部の平均接触面積と接触面積の標準偏差σも表１に示す。
［参考例１］
研磨材として、カップブラシを用い、ブラシ研磨によりカソードビームの接点部の表面研磨を行ったこと以外は、実施例１と同様に電解操業を行った。なお、この際に、押し付け圧力を測定し、その測定値に基づいて押し付け圧力が一定になるように研磨材の位置を調節することは行わなかった。再開した通電において1セットのカソードビームに流れる平均電流値、および電流値の標準偏差を求めた。その結果を表１に示す。
［参考例２］
研磨材として、＃３００の砥石を用いたこと以外は、実施例１と同様に電解操業を行った。再開した通電において1セットのカソードビームに流れる平均電流値、および電流値の標準偏差を求めた。その結果を表１に示す。
【００８６】
【表１】
2019099881.tif 000003
【００８７】
以上の結果より、比較例１のようにカソードビームの接点部の研磨を行わない場合は、接点部の傷や凹凸が十分に除去されていない。このとき、それぞれのカソードビームの接点部とブスバーのそれぞれの接点部との接触面積の標準偏差σが大きくなっている。このように、それぞれの接触部の接触面積の標準偏差σが大きいカソードビームを使用した場合、通電期間における電流値の標準偏差も大きくなってしまうことが理解される。
【００８８】
これに対して、実施例１におけるカソードビームでは、比較例１との比較において、平面研磨により、それぞれの接触部の接触面積が十分に大きくなり、かつ、標準偏差σも小さくなることが理解できる。したがって、通電期間における電流値の標準偏差が小さくなり、安定した通電を継続することができることが判明した。
【００８９】
なお、参考例２では、砥粒の粒度が小さすぎたため、実施例１と同様の研磨条件では、表面性状の改善はみられるものの実施例１に劣る。しかしながら、さらに研磨を継続することで、本発明と同様のカソードビームの接点部の表面性状が得られるものと考えられる。
【符号の説明】
【００９０】
１  カソード板
２  カソードビーム
２ａ、２ｂ  端部
２ｃ  接点部
３  リボン（吊り手）
４  芯棒
５  被覆層
６  絶縁体
１０  アノード板
１０ａ、１０ｂ  耳部
１１  第１のブスバー
１１ａ  接点部
１２  第２のブスバー
１２ａ  接点部
【図１】
2019099881.tif 000004
【図２】
2019099881.tif 000005
【図３】
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【図４】
2019099881.tif 000007
【図５】
2019099881.tif 000008