(57)【要約】【課題】非鉄金属の電解精錬方法において、吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低下せしめて電解槽電圧の上昇を防止し、電解電力コストを低減することができる陰極板用吊手とその製造方法を提供する。【解決手段】陰極板用吊手に用いる金属を、該金属の絶対温度で表示する融点の７０〜９５％に相当する温度で、かつ非酸化性雰囲気下で焼鈍することを特徴とする電解精錬に用いる陰極板用吊手の製造方法、及び前記非酸化性雰囲気の酸素濃度は、前記金属の第一酸化物が生成する平衡酸素濃度以下であることを特徴とする前記製造方法などによって提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極板用吊手に用いる金属を、該金属の絶対温度で表示する融点の７０〜９５％に相当する温度で、かつ非酸化性雰囲気下で焼鈍することを特徴とする電解精錬に用いる陰極板用吊手の製造方法。
【請求項２】
前記非酸化性雰囲気の酸素濃度は、前記金属の第一酸化物が生成する平衡酸素濃度以下であることを特徴とする請求項１に記載の電解精錬に用いる陰極板用吊手の製造方法。
【請求項３】
前記金属は、コバルト又はニッケルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電解精錬に用いる陰極板用吊手の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法により得られる電解精錬に用いる陰極板用吊手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解精錬に用いる陰極板用吊手とその製造方法に関し、さらに詳しくは、非鉄金属の電解精錬方法において、吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低下せしめて電解槽電圧の上昇を防止し、電解電力コストを低減することができる陰極板用吊手とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な非鉄金属の電解精錬方法においては、陰極板として電着目的金属と同種の金属薄板を使用し、それを電解槽に吊下げて電流を流すことによって水溶液中の金属を電解析出させる方法が行われる。その際には、陰極板を電解槽に吊下げるため、吊手を備えた陰極板が用いられる。図１は、吊手を備えた陰極板を用いる陰極の構造の一例を示す概略図である。ここで、陰極板１に、金属の薄板をループ状に形成した吊手３を接着する。この
吊手３に陰極ビーム２を通して陰極板１を懸垂し、陰極板を電解槽に吊下げる。そして、電解によって陰極板上に所定の厚さに精製目的の金属を電解析出させて、その後これを電解槽から引き上げ、陰極ビームを抜き取って、電着金属が製品化される。ここで、電解電流は陰極ビームを通じて流されるので、通常、陰極ビームには導電率の高い銅棒が用いられ、また陰極ビームは繰り返し使用される。
【０００３】
電解精錬において、その操業コストを低減するため、電解槽電圧の低下による電解電力の低減が重要な問題であり、その中で、陰極板用吊手と陰極ビームの密着性も重要な課題である。例えば、吊手と陰極ビームの密着性が悪いと、通電に際して、接触抵抗が高くなり両者の温度が上昇する。これによって、陰極ビーム表面に酸化皮膜が生成されてさらに接触抵抗が高くなり電圧を上昇させて電解電力の上昇を招いたり、吊手が焼き切れて陰極板が落下したりするという問題があった。
【０００４】
この解決策として、例えば、銅電解精錬では、吊下げ状態の良好な陰極板を製造する方法として、陰極板用吊手と陰極ビームの密着性を上げるためのカシメ加工方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。これらの提案は、銅電解においては陰極板用吊手と陰極ビームの密着性の改善に貢献しているが、なお課題がある。例えば、ニッケルやコバルトの電解精製では、陰極板用吊手の材料として、銅等の加工性が比較的良い金属を用いた場合、得られる電着金属に吊手の成分が混入して製品の不純物濃度を上昇させる問題があった。そこで、陰極板用吊手に電着目的金属であるニッケルやコバルト等の金属を使用すると、これら金属は加工性が悪いので、吊手が陰極ビームの外周部に沿って十分に密着せず、そのため接触面積が小さくなって、通電に際して、接触抵抗が高くなる問題があった。
【０００５】
以上の状況から、非鉄金属の電解精錬方法において、陰極板用吊手と陰極ビーム間の密着性を向上して、電解電力コストを低減することができる陰極板用吊手とその製造方法が求められている。
【特許文献１】特開平６−２２０６８２号公報（第１頁、第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、非鉄金属の電解精錬方法において、吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低下せしめて電解槽電圧の上昇を防止し、電解電力コストを低減することができる陰極板用吊手とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するために、非鉄金属の電解精錬に用いる陰極板用吊手について、鋭意研究を重ねた結果、特定の条件で焼鈍された金属薄板を用いて吊手を製造したところ、吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低下せしめて電解槽電圧の上昇を防止することができることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、陰極板用吊手に用いる金属を、該金属の絶対温度で表示する融点の７０〜９５％に相当する温度で、かつ非酸化性雰囲気下で焼鈍することを特徴とする電解精錬に用いる陰極板用吊手の製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記非酸化性雰囲気の酸素濃度は、前記金属の第一酸化物が生成する平衡酸素濃度以下であることを特徴とする電解精錬に用いる陰極板用吊手の製造方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明において、前記金属は、コバルト又はニッケルであることを特徴とする電解精錬に用いる陰極板用吊手の製造方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３いずれかの発明の製造方法により得られる電解精錬に用いる陰極板用吊手が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電解精錬に用いる陰極板用吊手とその製造方法は、非鉄金属の電解精錬方法において、吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低下せしめて電解槽電圧の上昇を防止し、電解電力コストを低減することができる陰極板用吊手とその製造方法であり、その工業的価値は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の電解精錬に用いる陰極板用吊手とその製造方法を詳細に説明する。
本発明の陰極板用吊手の製造方法は、陰極板用吊手に用いる金属を、該金属の絶対温度で表示する融点の７０〜９５％に相当する温度で、かつ非酸化性雰囲気下で焼鈍することを特徴とする電解精錬に用いる陰極板用吊手の方法である。
【００１４】
本発明の陰極板用吊手の製造方法において、陰極板用吊手に用いる金属が所定の温度で、かつ非酸化性雰囲気下で焼鈍されることが重要である。すなわち、特定の条件による焼鈍によって、その金属薄板の加工性が改善され、焼鈍された金属薄板を用いて作製された陰極板用吊手は、陰極ビームとの接触面積を大きくとることができ、吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低減することができる。
【００１５】
本発明の製造方法に用いる焼鈍温度は、吊手に用いる金属の絶対温度で表示する融点の７０〜９５％に相当する温度であり、好ましくは前記融点の８０〜９０％に相当する温度である。すなわち、前記焼鈍温度が前記融点の７０％未満では、金属固体中の残存応力が取り除かれないので加工性の向上に寄与しない。一方、前記焼鈍温度が前記融点の９５％を超えると、吊手が変形することもあり、それ以上の加工性の向上効果が見られないため実用的でない。
【００１６】
ここで、本発明の製造方法における焼鈍温度と焼鈍された金属薄板の加工性に関して、より具体的に説明する。図２は、塩化コバルト液から電解採取したコバルト薄板を用いた陰極板用吊手の厚みと曲げ角度の関係を焼鈍温度をパラメータとして示したものである。ここで、各データは、所定の厚さで電解採取されたコバルト薄板を幅７０ｍｍ及び長さ２００ｍｍの大きさに切断して得た薄板を用いて、１０７３Ｋ、１２７３Ｋ、１４７３Ｋ及び１５７３Ｋの温度に保持した焼鈍炉で１０時間焼き鈍しを行った後、その加工性を評価するために、曲げ角度を測定したものである。なお、焼鈍処理を行わない薄板を用いた場合のデータも同時に図中に示している。
【００１７】
図３は、曲げ角度の測定方法を説明する図である。まず、図３（ａ）に示すように、薄板を直径３０ｍｍの円柱を用いて３０秒間曲げ加工する。その後、試料片を取り外して、図３（ｂ）に示す薄板の塑性変形させた曲げ角度を測定する。なお、焼鈍炉内は予め０．０１トルの真空状態とした後、窒素で置換し、さらに焼鈍中も５Ｌ／分の一定流量で窒素を流し、非酸化性雰囲気とした。
【００１８】
図２より、１０７３Ｋ（コバルトの融点１７６８Ｋの６１％に相当する温度）での焼鈍では焼鈍処理無しのときとほぼ同じ曲げ角度であるが、１２７３Ｋ（コバルトの融点１７６８Ｋの７２％に相当する温度）、１４７３Ｋ（コバルトの融点１７６８Ｋの８３％に相当する温度）、及び１５７３Ｋ（コバルトの融点１７６８Ｋの８９％に相当する温度）では焼鈍温度が高くなる程曲げ角度が小さくなり、加工性が向上していることが分かる。すなわち、一般的に、金属の応力除去および再結晶を行って加工性を向上させるためには、その金属の絶対温度で表示する融点の５０％程度の温度以上で処理することが必要であるとされているが、陰極ビームとの接触面積が向上する陰極板用吊手の形成には、１００度以下の曲げ角度が望ましく、そのためには絶対温度で表示する融点の７０％以上の温度で焼鈍することが不可欠であることが分かる。なお、上記曲げ角度の陰極板用吊手は、陰極ビームとの密着性が向上し接触面積を大きくとることができ、そこで吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低減することが確認されている。
【００１９】
本発明の製造方法に用いる焼鈍雰囲気は、非酸化性雰囲気であり、好ましくは吊手に用いる金属の第一酸化物が生成する平衡酸素濃度以下のガス雰囲気である。すなわち、焼鈍において、金属薄板の酸化を防止することが肝要である。このため、焼鈍炉内を、処理金属の第一酸化物が生成する平衡酸素濃度以下のガス雰囲気に調整する。例えば、吊手に用いる金属がコバルトの場合には、非酸化性雰囲気の酸素分圧は、酸化第１コバルトの生成が防止できる１０−１３ａｔｍ以下が好ましい。そのため、例えば、焼鈍炉内を窒素ガス又はアルゴン等の不活性ガスで置換して酸素分圧を１０−３ａｔｍ以下とし、さらに炭素製の容器等を使用するなどして雰囲気中に炭素源を共存させてＣ−ＣＯの平衡を実現することによって、吊手に用いる金属の第一酸化物が生成する平衡酸素濃度以下に調整する方法等を用いる。
【００２０】
本発明の製造方法に用いる焼鈍炉は、特に限定されるものではなく、上記非酸化性雰囲気の形成が行える雰囲気制御が可能な加熱炉が用いられる。
【００２１】
本発明に用いる金属としては、特に限定されるものではなく、銅、コバルト、ニッケル等の導電性の非鉄金属が用いられるが、この中で、特に、一般的に加工性が悪いコバルト又はニッケルが大きな効果が得られるので好適である。
【００２２】
本発明に用いる金属の薄板の形状は、特に限定されるものではなく、電解槽の構造、陰極板の大きさ等で設計されるものであるが、所望の陰極ビームとの接触面積を確保するようにその幅と長さが決められる。また、厚みは、強度と曲げ性から０．５〜１．０ｍｍが好ましい。
【００２３】
本発明の製造方法によって得られる陰極板用吊手は、焼鈍によってその材料の加工性が改善され、それを用いて作製された吊手は、陰極ビームとの密着性が向上し接触面積を大きくとることができるので、吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低減することができる。
【実施例】
【００２４】
以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【００２５】
（実施例１）
吊手を取付けた陰極板を陰極ビームに懸垂して電解槽に装入して、塩化コバルト溶液から金属コバルトを電解採取した。
陰極板用吊手として、厚さ０．６ｍｍ、幅７０ｍｍ及び長さ２００ｍｍの大きさのコバルト薄板を、１４７３Ｋの温度に保持した焼鈍炉を用いて１０時間の処理を行った。なお、焼鈍炉内は予め窒素ガスで置換し、炭素製の容器を焼鈍炉内に設置し、さらに焼鈍中も５Ｌ／分の一定流量で窒素を流し非酸化性雰囲気とした。その後、焼鈍された吊手をコバルト陰極板に取付け加工し、その吊手を陰極ビームに懸垂して、電解槽で５日間の電解採取を行った。なお、陰極ビームとして、直径３０ｍｍの銅製の丸棒を用いた。その間、陰極板吊手の温度、並びに吊手とビーム間の電圧のそれぞれ平均値及び標準偏差を測定した。結果を表１に示す。
【００２６】
（実施例２）
コバルト薄板の熱処理の温度が１５７３Ｋであること以外は実施例１と同様に行い、その間、陰極板吊手の温度、並びに吊手とビーム間の電圧のそれぞれ平均値及び標準偏差を測定した。結果を表１に示す。
【００２７】
（比較例１）
吊手として熱処理無しのコバルト薄板を用いたこと以外は実施例１と同様に行い、その間、陰極板吊手の温度、並びに吊手とビーム間の電圧のそれぞれ平均値及び標準偏差を測定した。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2005220426.tif 000002
【００２９】
表１より、実施例１又は２では、所定の温度で非酸化性雰囲気下で焼鈍された本発明の製造方法に従って得られた陰極板用吊手を用いて行われたので、吊手の温度及び吊手とビーム間の電圧値がいずれも低く、かつバラツキも小さく安定していることから、吊手とビーム間の接触抵抗が低下し電解槽電圧が低下することが分かる。これに対して、比較例１では、陰極板吊手がこれらの条件に合わないので、吊手の温度及び吊手とビーム間の電圧値がいずれも高く、かつバラツキも大きく、満足すべき結果が得られないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上より明らかなように、本発明の電解精錬に用いる陰極板用吊手とその製造方法は、非鉄金属の電解精錬分野で利用される陰極板用吊手として利用され、吊手と陰極ビーム間の接触抵抗を低下せしめて電解槽電圧の上昇を防止し、電解電力コストを低減するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】吊手を備えた陰極板を用いる陰極の構造の一例を示す概略図である。
【図２】塩化コバルト液から電解採取したコバルト薄板を用いた陰極板用吊手の厚みと曲げ角度の関係を焼鈍温度をパラメータとして示した図である。
【図３】曲げ角度の測定方法を説明する図である。（ａ）は、薄板を円柱を用いて曲げ加工する方法を示す。（ｂ）は、薄板の塑性変形させた曲げ角度の求め方を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１    陰極板
２    陰極ビーム
３    吊手
【図１】
2005220426.tif 000003
【図２】
2005220426.tif 000004
【図３】
2005220426.tif 000005