(57)【要約】【課題】  設備や製造工程を大きく変更することなく、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、硫黄（Ｓ）、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が少ない高純度の鉄を製造可能とする電解鉄の製造方法を提供する。【解決手段】  電解鉄の製造方法であって、硫酸第１鉄を主成分とする第１電解液ＥＳ１を用い、７０〜１５０Ａ／ｍ2の電流密度で、鉄を主成分とする第１アノード１から第１カソード２上に第１の電解鉄３を析出させる第１工程と、第１の電解鉄３と第１カソード２を分離し（分離工程）、塩化第１鉄を主成分とする第２電解液ＥＳ２を用い、分離した第１の電解鉄３を第２アノード４として使用し、第２アノード４から第２カソード５上に第２の電解鉄６を析出させる第２工程と、を有する電解鉄の製造方法である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解鉄の製造方法であって、
硫酸第１鉄を主成分とする第１電解液を用い、７０〜１５０Ａ／ｍ2の電流密度で、鉄を主成分とする第１アノードから第１カソード上に第１の電解鉄を析出させる第１工程と、
塩化第１鉄を主成分とする第２電解液を用い、前記第１の電解鉄が析出した前記第１カソードを第２アノードとして使用し、当該第２アノードから第２カソード上に第２の電解鉄を析出させる第２工程と、
を有することを特徴とする電解鉄の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程の後、前記第１の電解鉄と前記第１カソードとを分離し、
当該分離した第１の電解鉄を、前記第２アノードとして使用することを特徴とする請求項１に記載の電解鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解鉄の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の軟鋼等と比して不純物の少ない高純度の鉄は、スーパーアロイ（超合金）、耐熱鋼、磁性材料、レアアース磁石等の原料や、研究用材料等、高品質が要求される分野で使用されている。
【０００３】
このような高純度の鉄は、従来より、電解精製で製造されており、カソード（陰極）上に析出した鉄は、一般に、電解鉄と呼ばれている。さらに説明すると、電解鉄は、アノード（陽極）には軟鋼や純鉄を使用し、カソードにはステンレス等の不活性材料を使用し、電解液として塩酸酸性浴（塩化第１鉄を主成分とする電解液）、硫酸酸性液（硫酸第１鉄を主成分とする電解液）を使用して通電し、カソード上に電解鉄を析出させることで製造される（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平３−５３３９４号公報（第２頁左欄第２８〜３０行目）
【特許文献２】特公平３−５３３９５号公報（第２頁左欄第２８〜３２行目）
【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、特許文献１に記載された塩酸酸性浴を使用する技術では、カソード上に貴であるコバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）が析出し、電解鉄に含有され純度が低下してしまうという問題があった。
また、特許文献２に記載された硫酸酸性浴を使用する技術では、カソードに電着した電解鉄の表面が平滑にならず、電解液の巻き込みが生じやすく、不純物である硫黄（Ｓ）の含有量が高くなってしまうという問題があった。さらに、硫酸酸性浴では、ニッケル（Ｎｉ）が析出し電解鉄に含まれてしまう場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、前記問題を解決すべく、設備や製造工程を大きく変更することなく、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、硫黄（Ｓ）、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が少ない高純度の鉄を製造可能とする電解鉄の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として請求項１に係る発明は、電解鉄の製造方法であって、硫酸第１鉄を主成分とする第１電解液を用い、７０〜１５０Ａ／ｍ2の電流密度で、鉄を主成分とする第１アノードから第１カソード上に第１の電解鉄を析出させる第１工程と、塩化第１鉄を主成分とする第２電解液を用い、前記第１の電解鉄が析出した前記第１カソードを第２アノードとして使用し、当該第２アノードから第２カソード上に第２の電解鉄を析出させる第２工程と、を有することを特徴とする電解鉄の製造方法である。
【０００７】
このような電解鉄の製造方法によれば、硫酸第１鉄を主成分とする第１電解液を用い、鉄を主成分とする第１アノードから第１カソード上に第１の電解鉄を析出させることにより（第１工程）、コバルト（Ｃｏ）より卑である鉄（Ｆｅ）が優先的に第１カソード上に析出するため、第１の電解鉄中のコバルト（Ｃｏ）の含有量を下げることができる。
また、電流密度を７０〜１５０Ａ／ｍ2とすることで、第１カソード上への銅（Ｃｕ）の析出を抑えることができる。
したがって、第１工程により、コバルト（Ｃｏ）及び銅（Ｃｕ）の含有量の少ない第１の電解鉄が製造される。
【０００８】
そして、塩化第１鉄を主成分とする第２電解液を用い、第１の電解鉄が析出した第１カソードを第２アノードとして使用し、第２アノードから第２カソード上に第２の電解鉄を析出させることにより（第２工程）、ニッケル（Ｎｉ）より卑である鉄（Ｆｅ）が優先的に第２カソード上に析出するため、第２の電解鉄中のニッケル（Ｎｉ）の含有量を下げることができる。また、第２電解液を７５〜８０℃に加熱することで、ニッケル（Ｎｉ）の析出をさらに抑えることができる。
さらに、第２工程では、第２電解液中に硫黄（Ｓ）は含まれないため、第２電解液が巻き込まれても、第２の電解鉄中に硫黄（Ｓ）が含まれることはない。
【０００９】
したがって、不純物であるコバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、硫黄（Ｓ）、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が少ない高純度の鉄を製造することができる。
また、請求項１に係る電解鉄の製造方法は、このように簡易な工程であるので、設備や製造工程を大きく変更せずに、実施することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記第１工程の後、前記第１の電解鉄と前記第１カソードとを分離し、当該分離した第１の電解鉄を、前記第２アノードとして使用することを特徴とする請求項１に記載の電解鉄の製造方法である。
【００１１】
このような高純度電解鉄の製造方法によれば、第１の電解鉄と第１カソードとを分離し、分離した第１の電解鉄を、第２アノードして使用することで、さらに純度の高い第２の電解鉄を製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、設備や製造工程を大きく変更することなく、不純物であるコバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、硫黄（Ｓ）、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が少ない高純度の鉄を製造可能とする電解鉄の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図１を参照して、詳細に説明する。なお、図１（ａ）から図１（ｆ）は、本実施形態に係る電解鉄の製造工程を模式的に示す図である
【００１４】
本実施形態に係る電解鉄の製造方法は、硫酸第１鉄（ＦｅＳＯ4）を主成分とする第１電解液を用い第１の電解鉄を第１カソード上に析出させる第１工程と、第１の電解鉄と第１カソードを分離させる分離工程と、塩化第１鉄（ＦｅＣｌ2）を主成分とする第２電解液を用い第２の電解鉄を第２カソード上に析出させる第２工程を有している。
【００１５】
（第１工程）
まず、第１工程について、図１（ａ）、図１（ｂ）を参照して説明する。
図１（ａ）に示すように、電解槽１０に硫酸第１鉄（ＦｅＳＯ4）を主成分とする第１電解液ＥＳ１（硫酸酸性浴、硫酸浴とも呼ばれる）を所定量満たし、この第１電解液ＥＳ１中に、第１アノード１と第１カソード２を所定間隔で、所定高さ位置に保持する。ここで、一般に、電解鉄の製造では、複数のアノードと、複数のカソードとを交互に電解槽に配置して、電解鉄の生産性を向上させるが、本明細書ではわかりやすくするため、１対の第１アノード１と第２カソード２について説明する。
第１アノード１、第２カソード２は、天井に設けられた移動式クレーン等により吊り下げられ、鉛直方向、水平方向に移動自在となっている。そして、第１アノード１、第１カソード２は、外部電源（図示しない）と接続しており、第１アノード１、第１電解液ＥＳ１、第１カソード２を経由する電気的回路が構成されている。
また、第１アノード１は、純鉄、粗鋼等からなり、鉄を主成分として形成されている。一方、第１カソード２は、本発明では特に限定されないが、耐液性及び後記第１の電解鉄３の剥離性を考慮し、ステンレス製であることが好ましい。
【００１６】
このような第１アノード１、第１カソード２の設置状態で、外部電源（図示しない）より通電させると、図１（ｂ）に示すように、第１アノード１が部分的に溶出すると共に、第１カソード２の表面に第１の電解鉄３が薄層状で析出する。
【００１７】
ここで、第１アノード１中にコバルト（Ｃｏ）が含まれてても、鉄（Ｆｅ）はコバルト（Ｃｏ）より卑であるため、鉄（Ｆｅ）が優先的に第１カソード２表面に析出する。したがって、第１の電解鉄３中のコバルト（Ｃｏ）の含有量を少なくすることができる。
また、電流密度を７０〜１５０Ａ／ｍ2（０．７〜１．５Ａ／ｄｍ2）とすることで、第１カソード２上への銅（Ｃｕ）析出を抑えることができる。
したがって、第１工程により、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）の含有量の少ない第１の電解鉄３を製造することができる。
【００１８】
（分離工程）
次に、分離工程について説明する。
所定時間経過後、通電を停止し、図１（ｃ）に示すように、第１アノード１と第１の電解鉄３が析出した第１カソード２を、第１電解液ＥＳ１から引き上げる。そして、例えば、第１カソード２に適宜な手段で衝撃を付与し、第１カソード２と第１の電解鉄３とを分離させる。すなわち、第１の電解鉄３を第１カソード２から剥離する。また、分離した第１の電解鉄３を囲むように枠体を設け、板状の第２の電解鉄３の破損を防止することが好ましい。
【００１９】
（第２工程）
次に、第２工程について説明する。
図１（ｄ）に示すように、前記した第１カソード２から分離した第１の電解鉄３を第２アノード４として使用する。そして、第２アノード４と、第２カソード５とを、電解槽１１に貯溜された塩化第１鉄（ＦｅＣｌ2）を主成分とする第２電解液ＥＳ２（塩酸酸性浴、塩酸浴とも呼ばれる）中に、所定間隔で所定高さ位置に設置する。第２カソード５は、第１カソード２と同様、ステンレス製である。
【００２０】
このような第２アノード４、第２カソード５の設置状態で、外部電源（図示しない）より通電させると、図１（ｅ）に示すように、第２アノード４が部分的に溶出すると共に、第２カソード５の表面に第２の電解鉄６が薄層状で析出する。
【００２１】
ここで、第１アノード１がニッケル（Ｎｉ）を含有しており、このニッケル（Ｎｉ）が第１の電解鉄３に含まれてしまい、そのまま第２アノード４として使用されても、ニッケル（Ｎｉ）より卑である鉄（Ｆｅ）が優先的に第２カソード５上に析出する。したがって、第２の電解鉄６中のニッケル（Ｎｉ）の含有量を少なくすることができる。また、電熱ヒータ等の適宜な加熱手段で、第２電解液ＥＳ２を７５〜８０℃に加熱することで、第２カソード５上へニッケル（Ｎｉ）の析出を、さらに抑制することができる。
また、第２工程では、第２電解液ＥＳ２中に硫黄（Ｓ）は含まれないため、第２電解液ＥＳ２が第２の電解鉄６に巻き込まれても、第２の電解鉄６中に硫黄（Ｓ）が含有されることはない。
さらに、塩化第１鉄（ＦｅＣｌ2）を主成分とする第２電解液ＥＳ２では、第２カソード５上に析出する第２の電解鉄６の表面は平滑となり易いため、第２電解液の巻き込みが少なくなる。したがって、第２の電解鉄６中の不純物の量が少なくなる。
【００２２】
所定時間経過後、通電を停止し、図１（ｆ）に示すように、第２アノード４と第２の電解鉄６が析出した第２カソード５を、第１電解液ＥＳ２から引き上げる。そして、第２カソード５と第２の電解鉄６とを分離する。
【００２３】
このように第１工程、第２工程からなる２段階の工程、さらに分離工程を含めると３段階の工程で電解鉄を製造することにより、不純物であるコバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、硫黄（Ｓ）、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が少ない第２の電解鉄６、すなわち高純度の電解鉄を製造することができる。
【００２４】
さらに、第１工程で析出した第１の電解鉄を第１カソードから分離し、第２アノードとすることで、さらに高純度の電解鉄を製造可能になるとともに、第１カソード２は連続的に使用可能となり生産性が向上する。
【００２５】
また、本実施形態に係る電解鉄の製造方法は、第１工程、分離工程、第２工程と、簡易な工程から構成されるため、新たに設備投資をせずに既存の設備を利用しつつ、且つ、大きく製造工程を変更せずに実施することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００２７】
（実施例１）
実施例１に係る電解鉄の製造方法の製造条件について説明する。
第１工程において、乾式純鉄よりなる第１アノードと、ステンレス製の第１カソードを使用し、これらの極間距離を１５０ｍｍとして電解槽に配置した。第１アノードの大きさは４１０×６７０×８２ｍｍ、第１カソードの大きさは６３５×８００×２ｍｍとした。また、第１電解液における硫酸第１鉄（ＦｅＳＯ4）の濃度は０．９ｍｏｌ／Ｌとした。
そして、第１電解液のｐＨを４．０〜５．５に調整しつつ、温度を４０〜６０℃に保持した状態で、電流密度が７０〜１５０Ａ／ｍ2（０．７〜１．５Ａ／ｄｍ2）となるように１２００〜１７００Ａの電流を、３０日間通電して、第１カソード上に第１の電解鉄を析出させた。
【００２８】
３０日経過後、通電を停止し、第１カソード上に析出した第１の電解鉄を、第１カソードから剥離した（分離工程）。
【００２９】
そして、この剥離した第１の電解鉄を、第２工程における第２アノードとして使用した。第２カソードとしては、第１工程と同様、ステンレス製のものを使用した。第２アノードの大きさは、３５０×５８０×１０ｍｍ、第２カソードの大きさは３２０×５４０×２ｍｍとした。また、第２電解液における塩化第１鉄（ＦｅＣｌ2）の濃度は１．４ｍｏｌ／Ｌとした。
そして、第２電解液のｐＨを４．０〜６.０に調整しつつ、温度を７５〜８０℃に保持した状態で、電流密度が５０〜２００Ａ／ｍ2（０．５〜２．０Ａ／ｄｍ2）となるように５５〜６５Ａの電流を、１４日間通電して、第２カソード上に第２の電解鉄を析出させた。
ここで、第１工程、第２工程における製造条件を、表１、表２にそれぞれ示す。
そして、このようにして得られた第２の電解鉄を、塩酸、硝酸等の混酸に溶解し、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析法により、その組成を分析した。組成分析結果を表３
【００３０】
【表１】
2005105334.tif 000003
【００３１】
【表２】
2005105334.tif 000004
【００３２】
（比較例１）
比較例１に係る電解鉄の製造方法は、乾式純鉄よりなるアノードと、ステンレス製のカソードを用い、硫酸第１鉄（ＦｅＳＯ4）を主成分とする電解液を使用して、カソード上に電解鉄を析出させる方法とした。アノード、カソードの大きさ、硫酸第１鉄の濃度、ｐＨ、温度、通電時間等の製造条件は、実施例１の第１工程と同様とした。比較例１により製造された電解鉄についても、実施例１と同様、組成分析を行い、その結果を表３に示す。
【００３３】
（比較例２）
比較例２に係る電解鉄の製造方法は、乾式純鉄よりなるアノードと、ステンレス製のカソードを用い、塩化第１鉄（ＦｅＣｌ2）を主成分とする電解液を使用して、カソード上に電解鉄を析出させる方法とした。アノード及びカソードの大きさは実施例１の第１工程と同様とし、塩化第１鉄の濃度、ｐＨ、温度及び通電時間等は、実施例１の第２工程と同様とした。比較例２により製造された電解鉄についても、実施例１と同様、組成分析を行い、その結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
2005105334.tif 000005
【００３５】
（各組成分析結果の検証）
実施例１によれば、比較例１、比較例２に比して、不純物であるコバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、硫黄（Ｓ）、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が極めて少ない高純度の電解鉄を製造できたことがわかる。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【００３７】
前記した実施形態では、第１工程後、第１カソード２と第１の電解鉄３とを分離し、分離した第１の電解鉄３を第２工程の第２アノード４としたが、第１カソード２と第１の電解鉄３とを分離せず、第１の電解鉄３が析出した第１カソード２を、そのまま第２アノード４として使用し、生産性を向上させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係る電解鉄の製造方法を段階的に示す側断面図であり、（ａ）は第１工程における第１アノードと第１カソードの設置状況を示す図であり、（ｂ）は第１の電解鉄の析出状況を示す図であり、（ｃ）は第１カソードと第１の電解鉄との分離状況を示す図であり、（ｄ）は第２工程における第２アノードと第２カソードの設置状況を示す図であり、（ｅ）は第２の電解鉄の析出状況を示す図であり、（ｆ）は第２カソードと第２の電解鉄との分離状況を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      第１アノード
２      第１カソード
３      第１の電解鉄
４      第２アノード
５      第２カソード
６      第２の電解鉄
ＥＳ１  第１電解液
ＥＳ２  第２電解液
【図１】
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