(57)【要約】【課題】電解操業における不具合の発生を総合的に監視することができ、また発生した不具合の種類についても推定することが可能な電解設備を提供する。【解決手段】本発明は、金属の電解製錬に使用され、陽極及び陰極が設けられた複数の電解槽１０と、各電解槽１０に設けられた陽極用ブスバ１１と陰極用ブスバ１２との一対のブスバと、ブスバを介して電流を供給する整流器１３と、を備えた電解設備１であり、各電解槽１０に設けられたブスバのそれぞれと接続され、各電解槽１０における陽極用ブスバ１１と陰極用ブスバ１２との電位差（槽電位）を測定する槽電位測定部１４と、槽電位測定部１４にて測定される槽電位に基づいて、電解槽１０における電圧異常を判定する異常判定部１５と、を備え、異常判定部１５では、各電解槽１０に印加される電圧による理論上の電位（理論値）と槽電位測定部１４にて測定される槽電位との差分値により電位異常を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の電解製錬に使用され、陽極及び陰極が設けられた複数の電解槽と、各電解槽に設けられた陽極用ブスバと陰極用ブスバとの一対のブスバと、前記ブスバを介して電流を供給する整流器と、を備えた電解設備であって、
前記各電解槽に設けられた前記ブスバのそれぞれと接続され、該各電解槽における前記陽極用ブスバと前記陰極用ブスバとの電位差（槽電位）を測定する槽電位測定部と、
前記槽電位測定部にて測定される前記槽電位に基づいて、前記電解槽における電圧異常を判定する異常判定部と、を備え、
前記異常判定部では、前記各電解槽に印加される電圧による理論上の電位（理論値）と前記槽電位測定部にて測定される槽電位との差分値により電位異常を判定する
電解設備。
【請求項２】
前記異常判定部では、
前記差分値が、所定の閾値範囲の上限値を上回る場合には高電圧異常であると判定し、
前記差分値が、所定の閾値範囲の下限値を下回る場合には低電圧異常であると判定する
請求項１に記載の電解設備。
【請求項３】
さらに、前記異常判定部による判定結果を表示する表示部を備える
請求項２に記載の電解設備。
【請求項４】
前記表示部は、電解槽ごとに表示領域を区別して表示し、
前記電解槽ごとの表示領域に、槽電位と、前記異常判定部による判定結果を表示する
請求項３に記載の電解設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解設備に関するものであり、より詳しくは、電解操業における不具合の発生を総合的に監視することができ、また発生した不具合の種類についても推定することが可能な電解設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解操業では、それぞれが多数の陽極（アノード）及び陰極（カソード）を収容する電解槽を複数備えた電解設備により、陰極側に目的金属を電着させて目的金属を得ている。陽極と陰極の電極のサイズはおよそ１ｍ四方の板状であり、この電解操業における実操業では、電解液を満たした略直方体の電解槽中に４０枚〜６０枚程度の電極が交互に懸垂されて操業されている。
【０００３】
例えば、銅の電解操業では、電解精製法が一般的であり、粗銅アノードを陽極として銅を溶解させると同時に、溶解した銅に見合う銅を種板カソード又はステンレスカソードに電着させて電気銅を得ている。また、例えば、ニッケルの電解操業では、電解採取法が一般的であり、アノードボックス（隔壁）内に収納された不溶性アノードを陽極とし、電着見合いのニッケル電解液を供給しながら、種板カソード又はステンレスカソードにニッケルを電着させて電気ニッケルを得ている。
【０００４】
いずれの電解操業の場合も、電解槽の長辺（プールサイド）側上縁に供えられたブスバにより電流が供給され、陽極はプラス側のブスバと、また、陰極はマイナス側のブスバと、電気的に接触するように懸垂されている。
【０００５】
さて、電解操業における不具合のひとつに、陽極と陰極の短絡（ショート）が挙げられる。短絡の発生は、電極の平坦性不足や、電流の不均一な流れによる粒状あるいは樹状電着物の成長等が原因となっており、短絡が発生すると、その短絡箇所に大電流が流れて発熱する、電流が目的金属の析出に寄与しなくなる、電着物によりカソード形状に不良が発生する、電着物によりアノードボックスが破損する等、の様々な問題が生じる。
【０００６】
このため、例えば特許文献１には、短絡を検出して退避する技術が提案されている。ところが、特許文献１に記載の技術は、水銀式塩化アルカリ電解槽という特定の電解槽に係る技術であり、広範な電解操業への適用は困難である。また、特許文献２には、各電極の電流分布を連続的に監視する技術が提案されている、数千枚におよぶ電極すべてにプローブを設置することが必要となり、設備が複雑になる。
【０００７】
短絡以外にも、ブスバと電極との接触抵抗による電位降下や、電流供給端子の劣化による断線等、電解操業上の不具合は多岐にわたっており、それぞれに対応する技術が種々提案されている。
【０００８】
しかしながら、これまで提案されている公知技術は、個別の不具合への対応がほとんどであり、複数の不具合に対して概略的で総合的に判断する技術ではない。個別の不具合への対応技術である場合、その特定の個別不具合の対応を行うことにより、その他の不具合は見過ごされるか、複数の個別の不具合を確認するためには時間をかけないと判定がつけられなくなり、そのために対応開始が遅れるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭４８−０６２６７７号公報
【特許文献２】特表２０１６−５０７０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電解操業における不具合の発生を総合的に監視することができ、また発生した不具合の種類についても推定することが可能な電解設備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】
【００１１】
（１）本発明の第１の発明は、金属の電解製錬に使用され、陽極及び陰極が設けられた複数の電解槽と、各電解槽に設けられた陽極用ブスバと陰極用ブスバとの一対のブスバと、前記ブスバを介して電流を供給する整流器と、を備えた電解設備であって、前記各電解槽に設けられた前記ブスバのそれぞれと接続され、該各電解槽における前記陽極用ブスバと前記陰極用ブスバとの電位差（槽電位）を測定する槽電位測定部と、前記槽電位測定部にて測定される前記槽電位に基づいて、前記電解槽における電圧異常を判定する異常判定部と、を備え、前記異常判定部では、前記各電解槽に印加される電圧による理論上の電位（理論値）と前記槽電位測定部にて測定される槽電位との差分値により電位異常を判定する、電解設備である。
【００１２】
（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記異常判定部では、前記差分値が、所定の閾値範囲の上限値を上回る場合には高電圧異常であると判定し、前記差分値が、所定の閾値範囲の下限値を下回る場合には低電圧異常であると判定する、電解設備である。
【００１３】
（３）本発明の第３の発明は、第２の発明において、さらに、前記異常判定部による判定結果を表示する表示部を備える、電解設備である。
【００１４】
（４）本発明の第４の発明は、第３の発明において、前記表示部は、電解槽ごとに表示領域を区別して表示し、前記電解槽ごとの表示領域に、槽電位と、前記異常判定部による判定結果を表示する、電解設備である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電解操業における不具合の発生を総合的に監視でき、また発生した不具合の種類についても推定することが可能な電解設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電解設備の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】表示部の表示画面の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
【００１８】
本実施の形態に係る電解設備は、金属の電解製錬に使用される装置であり、陽極と陰極とが設けられた電解槽内に電解液が収容され、電圧を印加することによって、目的とする金属を陰極上に析出（電着）させる電解設備である。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る電解設備の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、電解設備１は、複数の電解槽１０と、各電解槽１０に設けられた陽極用のブスバ１１及び陰極用のブスバ１２と、ブスバ（１１，１２）を介して電流を供給する整流器１３と、を備えている。
【００２０】
また、電解設備１は、各電解槽１０の槽電位を測定する槽電位測定部１４と、槽電位測定部１４にて測定される槽電位に基づいて電圧異常を判定する異常判定部１５と、少なくとも異常判定部１５での判定結果を表示する表示部１６と、を備えている。
【００２１】
なお、電解設備１は、整流器１３からの情報に基づいて各電解槽の理論上の槽電位を算出する理論値算出部１７を備えるようにすることができる。
【００２２】
［電解槽］
電解槽１０は、陽極（アノード）と陰極（カソード）との電極対が設けられた電解反応槽である。電解槽１０では、電解液が収容され、電極に所定に電圧が印加されると、対置された陽極と陰極との間で電解反応が生じ、目的とする金属が陰極上に電着する。
【００２３】
上述のように、電解設備１では、複数の電解槽１０が設けられている。なお、図１では、６つの電解槽１０を備えた例を示し、それぞれの電解槽１０を、符号「１０Ａ」、「１０Ｂ」、「１０Ｃ」、「１０Ｄ」、「１０Ｅ」、「１０Ｆ」で示している。
【００２４】
［ブスバ］
ブスバは、陽極用のブスバ１１と陰極用のブスバ１２とが設けられており、各電解槽１０に設けられた陽極と陰極とにそれぞれ電気的に接続されている。したがって、各電解槽１０には、陽極用のブスバ１１と陰極用のブスバ１２との一対のブスバが備えられている。なお、図１では、各電解槽１０に備えられた陽極用のブスバ１１と陰極用のブスバ１２とを、それぞれの電解槽１０のアルファベット（Ａ〜Ｆ）の小文字で表記している。また、便宜的にそれぞれのブスバを、ブスバ１〜ブスバ９として表示する。
【００２５】
具体的に、ブスバは電解槽１０の槽壁上に設けられており、陽極用ブスバ１１には陽極を固定するための金具が配置され、陰極用ブスバ１２には陰極ビームを受ける金具が配置されている。そして、後述する整流器１３から電流が供給されると、陽極用ブスバ１１から接触面を通じて陽極固定金具へ、陰極ビーム受金具から接触面を通じて陰極用ブスバ１２へ、電流が通れる構造となっている。
【００２６】
なお、図１に示す電解設備１においては、電解槽１０Ａ、電解槽１０Ｂ、電解槽１０Ｃ、電解槽１０Ｄ、電解槽１０Ｅ、電解槽１０Ｆの順に、電流が流れる。
【００２７】
［整流器］
整流器１３は、ブスバを介して電流を電極に供給する。具体的に、整流器１３は、電源装置等から供給される交流電力を直流電力に整流し、ブスバを介して電極に供給する。
【００２８】
なお、整流器１３は、後述する理論値算出部１７と電気的に接続されるようにすることができ、整流器１３からブスバに供給される電流値の情報を理論値算出部１７に送信可能にすることができる。
【００２９】
［槽電位測定部］
槽電位測定部１４は、各電解槽１０に設けられたブスバ（陽極用ブスバ１１、陰極用ブスバ１２）と接続されており、各電解槽１０における陽極用ブスバ１１と陰極用ブスバ１２との電位差を電解槽電位（槽電位）として測定する。
【００３０】
例えば、電解槽１０Ａに関しては、槽電位測定部１４は、陽極に接続された陽極用ブスバ１１ａと陰極に接続された陰極用ブスバ１２ａとの電位差（電位差Ａ）を測定する。より具体的には、槽電位測定部１４は、チャンネル１（ｃｈ．１）に接続した陽極用ブスバ１１ａの電位と、チャンネル２（ｃｈ．２）に接続した陰極用ブスバ１２ａの電位とを、それぞれのチャンネルから受信し、電位差Ａを測定する。そして、その電位差Ａを電解槽１０Ａの槽電位とする。
【００３１】
また、電解槽１０Ｂに関しても、槽電位測定部１４は、チャンネル２（ｃｈ．２）に接続した陰極用ブスバ１２ｂの電位と、チャンネル３（ｃｈ．３）に接続した陽極用ブスバ１１ｂの電位とを、それぞれのチャンネルから受信し、電位差（電位差Ｂ）を測定する。そして、その電位差Ｂを電解槽１０Ｂの槽電位とする。
【００３２】
同様にして、その他の電解槽１０Ｃ〜１０Ｆに関しても、それぞれ、入力端子（チャンネル４〜９）を陽極用ブスバ１１ｃ〜１１ｆと陰極用ブスバ１２ｃ〜１２ｆに接続して、陽極用ブスバ１１ｃ〜１１ｆの電位と、陰極用ブスバ１２ｃ〜１２ｆの電位との電位差（電位差Ｃ〜電位差Ｆ）を測定する。そして、それらの電位差Ｃ〜電位差Ｆを、電解槽１０Ｃ〜電解槽１０Ｆのそれぞれの槽電位とする。
【００３３】
［異常判定部］
異常判定部１５は、槽電位測定部１４にて測定される電解槽１０の槽電位に基づいて、電解槽１０における電圧異常を判定する。ここで、電圧異常とは、電解槽の電圧が電解槽に印加される所望とする電圧値からずれが生じていることをいい、高電圧の場合を高電圧異常といい、低電圧の場合を低電圧異常という。
【００３４】
具体的に、異常判定部１５では、各電解槽１０に印加される電圧による理論上の電位（理論電位）と、槽電位測定部１４にて測定される電解槽１０の槽電位とに基づいて、それらの差分の電圧値（差分値）によって、電位異常を判定する。
【００３５】
そして、その差分値が、所定の閾値の範囲の上限値を上回る場合には「高電圧異常」であると判定し、所定の閾値の範囲の下限値を下回る場合には「低電圧異常」であると判定する。なお、電解槽１０の槽電位が正常の範囲とは、電解槽１０に印加した電圧に基づいて算出される理論上の槽電位（理論値）に基づいて、「理論値±閾値」の範囲をいう。したがって、上述したように高電圧異常と判定される場合は、槽電位が「理論値＋閾値の上限値」を超えるようになり、また、低電圧異常と判定される場合は、槽電位が「理論値−閾値の下限値」未満となる。
【００３６】
なお、閾値については、電解槽１０にて析出させる目的金属の種類や、電解液濃度、電流密度、電解液のｐＨ等の操業条件によって適宜決定すればよい。また、必ずしも、高電圧異常と判定される「理論値＋閾値の上限値」の閾値と、低電圧異常と判定される「理論値−閾値の下限値」の閾値とが同一であることも要しない。
【００３７】
ここで、槽電位の理論値は、ブスバを介して電流を電極に供給する整流器１３からの供給電流に関する情報に基づいて算出することができる。電解設備１においては、例えば、異常判定部１５と電気的に接続された理論値算出部１７を備えるようにし、理論値算出部１７にて算出された理論値に関する情報によって、異常判定部１５にて電圧異常の有無を判定するようにすることができる。なお、理論値算出部１７については後述する。
【００３８】
［表示部］
表示部１６は、例えばＰＣモニター等から構成され、異常判定部１５と電気的に接続されており、その異常判定部１５での判定結果を表示する。また、表示部１６では、槽電位測定部１４にて測定された槽電位の値を常時表示するようにすることもできる。
【００３９】
図２は、表示部１６の表示画面の一例を示す模式図であり、表示画面の一部拡大図である。表示部１６は、電解設備１における各電解槽１０の電圧等を管理するための表示を行うものであって、例えば、槽電位測定部１４にて測定された各電解槽１０における槽電位や、異常判定部１５にて判定された判定結果である槽電位の異常（電圧異常）の表示、通電状態／停電状態の操業状態の確認表示、等を行う。
【００４０】
例えば図２に示すように、表示部１６においては、電解設備１内に設置されたすべての電解槽１０が横長な長方形６１によって表示されており、長方形１個は電解槽１箇所に相当する。また、表示部１６では、その画面において、電解設備１での電解槽１０の設置場所を示している。具体的に、図２の画面表示例における数字（「４３」〜「９６」）は、電解槽１０が並んでいる列表示であり、１列に４つの電解槽１０が並んでいることを示している。このように、表示部１６は、表示画面において電解槽１０ごとに表示領域（長方形６１）を分けて表示することができる。したがって、表示部１６は、後述するように表示画面において電圧異常を一目で明瞭に認識できるように表示することによって、いわゆる設置図のように電解槽１０の設置場所を示している画面を確認したあとに、電圧異常となっている電解槽１０に、すぐに作業者がアクセスすることを可能にする。
【００４１】
具体的に、表示部１６では、少なくとも、異常判定部１５による判定結果、すなわち電解槽１０における電圧異常の有無（正常であるか異常であるか）、電圧異常である場合には、高電圧異常であるか低電圧異常であるか、について表示する。表示部１６では、図２の画面表示例において、電解槽１０を示す長方形６１の色を変化させることによって、電圧異常の有無等を認識できるようにすることができる。
【００４２】
図２の画面表示例における符号「６２」で指す箇所が、表示色の説明欄であり、例えば電解槽１０が、『通電中』、『停電中』、『高電圧異常』、『低電圧異常』、『メンテ』中、『エラー』のいずれの状態にあるかを表示するために、それぞれの状態に対応する色（図２中ではハッチング表示）を示している。表示部１６における表示画面では、電解槽１０を示す長方形６１内の色を、表示色の説明欄に示した色に、その電解槽１０の操業（通電）状態に応じて変化させる。作業者は、表示部１６におけるこの表示画面を確認し、表示色の説明欄を参考に、各電解槽１０がどのような状態にあるかを認識することができる。
【００４３】
例えば、異常判定部１５が、長方形６１ａで示す場所にある電解槽１０において高電圧異常の状態にあると判定すると、異常判定部１５はその情報を表示部１６に送信する。情報を受信した表示部１６は、その電圧異常が生じている電解槽１０の場所を表す表示画面中の長方形６１ａの色表示を、高電圧異常であることを示す色に変化させる。表示部１６は、その他の電解槽１０においても同様にして、異常判定部１５からの情報に基づいて、その操業（通電）状態を色で認識可能なように表示する。
【００４４】
このように、表示部１６における表示画面を確認するだけで、作業者は、各電解槽１０の状態を一目で把握することができ、電圧異常が生じているか否か、またその電圧異常が高電圧異常であるか低電圧異常であるかの電圧異常の種類についても、容易に判断することができる。これにより、電圧異常等が生じた場合に、作業者によって即座に対応措置を講じることができる。また、電圧異常の種類も容易に把握することができるため、その電圧異常の種類に応じて適切な措置を瞬時に講じることができる。
【００４５】
ここで、「高電圧異常」と判定された電解槽１０では、その電解槽１０全体としての電気抵抗が高くなっており、ブスバと電極間の接触抵抗が高くなっていることが推定できる。また、「低電圧異常」と判定された電解槽１０では、その電解槽１０全体としての電気抵抗が低くなっており、短絡が発生していることが推定できる。このように、少なくとも推定された不具合に対応するための準備をしながら、その電解槽１０にアクセスして詳細原因の確認を行うことが可能になり、対応時間を有効に低減させることができる。
【００４６】
また、表示部１６では、表示画面において、電解槽１０ごとに区別された表示領域に、上述した異常判定部１５による判定結果を表示するとともに、その長方形６１で表される表示領域にその電解槽１０の槽電位を表示するようにすることもできる。
【００４７】
具体的に、異常判定部１５では、槽電位測定部１４にて測定された各電解槽１０の槽電位に関する情報を受信して電圧異常の判定を行っているが、その電圧異常の判定結果と共に、槽電位測定部１４から受信した槽電位の値に関する情報も、併せて表示部１６に送信する。表示部１６では、その槽電位の値に関する情報を受信すると、電解槽１０ごとに区別された表示領域（長方形６１）に、その電解槽１０の槽電位を表示する。
【００４８】
このように、表示部１６では、電解槽１０ごとに区別された表示領域に、その電解槽１０の槽電位を表示するようにすることで、高電圧異常か低電圧異常かの電圧異常の種類判別だけでなく、その電圧異常の程度を、槽電位の値から把握することができる。しかも、その表示を電解設備１のすべての電解槽１０にて行うようにすることで、すべての電解槽１０について、状態把握と共に電圧異常の程度の把握までも行うことができる。これにより、電圧異常が生じた電解槽１０に対する対応措置に際しても、その具体的な槽電位の値に則したより適切な処置を講じることができる。
【００４９】
また、表示部１６では、ある電解槽１０の槽電圧が０又は負の値（槽電圧≦０）となる場合は、「エラー」である旨の表示をすることが好ましい。仮に、電解槽１０に設けられたすべての電極が短絡の不具合を起こしたとしても、槽電圧がゼロとなることは考えにくく、断線等の不具合によって電流がゼロになっていることが推定される。したがって、「エラー」である旨の表示を行うことで、断線対応の準備をしながら、その電解槽１０にアクセスして詳細原因の確認をすることが可能になり、対応時間を有効に低減させることができる。なお、詳細原因の確認の結果、電解操業が進行していることが判明すれば、槽電位測定部１４がブスバと電気的に接続されていない、ということになり、電解設備１において断線が生じている推測することが可能になる。
【００５０】
なお、表示部１６では、例えば、操業計画上においてメンテナンスや停電中である電解槽については、予め操業計画の情報を表示させるようにすることができる。このようなメンテナンス中である電解槽１０や停電中である電解槽１０では、一般的にその槽電位が低くなるため、その表示を見るだけで、不具合に基づくものと区別をつけることができる。また、特にメンテナンス中である場合には、その電解槽１０の周囲にメンテ作業用の機器や作業員が配置されることが多く、不具合対応のための作業用機器や作業員の配置に、事前の配慮をすることが可能になり、作業上の安全性を向上させることができる。
【００５１】
［理論値算出部］
理論値算出部１７は、各電解槽１０の理論上の槽電位を算出する。具体的に、理論値算出部１７は、整流器１３と電気的に接続されており、ブスバを介して電流を電極に供給する整流器１３からの供給電流に関する情報に基づいて、各電解槽１０の理論上の槽電位（理論値）を算出する。
【００５２】
上述したように、異常判定部１５では、槽電位測定部１４にて測定される電解槽１０の槽電位に基づき、各電解槽１０の理論上の槽電位（理論値電位）と差分を計算して、電位異常の有無や種類を判定している。このとき、異常判定部１５と理論値算出部１７とを電気的に接続させて、理論値算出部１７からの理論値に関する情報を受信するように構成することで、異常判定部１５における異常判定を即座に行うことができる。
【００５３】
なお、本実施の形態に係る電解設備１における一連の演算制御や表示制御は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータなどにネットワークや記録媒体からインストールされる。コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１    電解設備
１０、１０Ａ〜１０Ｆ    電解槽
１１、１１ａ〜１１ｆ    陽極用ブスバ
１２、１２ａ〜１２ｆ    陰極用ブスバ
１３    整流器
１４    槽電位測定部
１５    異常判定部
１６    表示部
１７    理論値算出部
【図１】
2019167564.tif 000003
【図２】
2019167564.tif 000004