(57)【要約】電解槽内で金属を陰極に継続的に電着させる方法及び装置である。槽は金属陽極、陰極、電解浴、及び陽極と陰極とを通って電位を印加し、前向きの電流を供給して金属を陽極から陰極へ析出させるための主電源を含む。更に、槽に接続されるようになっている補助電源が設けられている。補助電源は、主電源の機能が所定値よりも低下した場合に、槽内の電流を所定方向及び量に維持する。補助電源は、連続的に、或いは電流の流れ及び／又は方向が所定値を下回った場合のみ起動することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽内で金属を陰極に電着させる方法であって、前記陰極に金属外被を付着させるために電位を電解槽に印加することを含み、前記外被は前記陰極の両側に形成され、少なくとも一つの縁部において折れ易い領域により結合された二枚の概ね等しいシートからなっており、金属は折れ易い領域を軸にして各シートを回転させることにより陰極から引き剥がすことができ、
電流の流れ又は電流の方向が所定値に近づくか又は所定値に達すると、及び／又は電流の方向が変化すると、補助電源が槽内の電流を所定方向及び量に維持するに足るレベルの補助電位を槽に印加するよう、電解槽内の電流の方向及び量が監視されている、方法。
【請求項２】
電流の流れ又は方向が前記所定値を下回ることのないよう、金属を陰極に析出させる全期間にわたり前記補助電源が起動される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電流の流れ及び／又は方向が前記所定値に達したときのみ補助電源が起動される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
金属を陰極に析出させるために電解槽に電力を供給する方法であって、槽に主電源と補助電源とを設けることを含み、補助電源は、起動時に槽内の電流を所定方向及び量に維持するに足るものである、方法。
【請求項５】
電流の流れ又は方向が前記所定値を下回ることのないよう、金属を陰極に析出させる全期間にわたり前記補助電源が起動される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
電流の流れ及び／又は方向が前記所定値に達したときのみ補助電源が起動される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
電解槽内で金属を陰極に継続的に電着させるための装置であって、前記電解槽が金属陽極、陰極、電解浴、及び陽極と陰極とを通って電位を印加し、前向きの電流を発生させて金属を前記陽極から前記陰極へ析出させるための主電源を含み、
前記装置が、主電源の機能が低下もしくは故障した場合に、槽内の電流を所定方向及び量に維持するよう、槽に接続されるようになっている補助電源を含む、装置。
【請求項８】
電流の流れが前記所定値を下回ることのないよう、金属を陰極に析出させる全期間にわたり前記補助電源が電力を供給するようになっている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
電流の流れ及び／又は方向が前記所定値に達したときのみ補助電源が起動される、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
添付の図面及び／又は実施例に示された本発明の実施形態のうちいずれか一つに関連して詳述した、電解槽内で金属を陰極に電着させる方法。
【請求項１１】
添付の図面及び／又は実施例に示された本発明の実施形態のうちいずれか一つに関連して詳述した、金属を陰極に電着させるために電解槽に電力を供給する方法。
【請求項１２】
添付の図面及び／又は実施例に示された本発明の実施形態のうちいずれか一つに関連して詳述した、電解槽内で金属を陰極に継続的に電着させるための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、金属を電着させる方法及び装置に関する。
【０００２】
金属を電解精製又は電解採取する工程及び装置には様々なものがある。
【０００３】
例えば、銅の電着に関して特に好結果を得た工程の一つは、ＩＳＡプロセス（ＩＳＡ ＰＲＯＣＥＳＳ）と呼ばれる、銅をステンレス鋼の陰極母板に析出させる工程である。電解により析出した銅は、まず陰極を撓めて析出した銅の少なくとも一部を陰極から分離させ、次いで残りの銅をくさび剥離又はガス吹付けにより陰極から剥ぎ取ることにより、陰極から引き剥がされる。
【０００４】
ＩＳＡプロセスでは、陰極母板の底端は、その部分に銅が析出しないようワックスやプラスチックエッジストリップ等の剥離剤化合物で被覆されているのが一般的である。こうすることで、電着した銅を概ね等しい別々のシートとして陰極板の両側から取り外すことができる。しかし、このように陰極シートにワックスを塗布するのには時間がかかるし、剥離工程からワックスを回収するため、及び関連する段取りのために余分な費用がかかる。
【０００５】
これらの問題点を回避するため、電解精製や電解採取作業において外被陰極工程と呼ばれる工程を行う場合がある。この工程では、陰極シートの下端にワックスを塗布しないため、電着した金属は陰極板の両側及び底端の周辺で生長することができる。
【０００６】
電解によって析出した金属外被は、陰極を撓めて金属をＶ字状になるようにシートの両側から剥ぎ取ることにより引き剥がされる。その後電解により析出した金属外被の間から陰極母板を取り除き、外被を密着させて垂直位置から水平位置へ回転し、積上げ／結束場へ運ぶ。
【０００７】
このような除去工程では、金属外被を開き、外被を密着させる前に陰極母板を取り除き、積上げのために外被を垂直位置から水平位置へ回転させるための複雑な装置が必要であるだけでなく、このような構造は時間がかかり、一般にＩＳＡプロセスの引き剥がしステップと比べると速度が劣る。
【０００８】
最近、出願人は、他の工程と併せて新しい工程を開発した。この工程では、金属外被はステンレス鋼の陰極母板上に形成され、二枚の別々なシートとして引き剥がされる。この工程は、同時係属中の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＦＩ９９／００９７９号の主題をなしている。概要を示す目的で、この工程について図１Ａ乃至図２Ｄを参照しながら説明する。
【０００９】
電解により析出した金属外被を陰極母板から引き剥がす最初のステップは、析出した外被の両側の少なくとも一部を陰極シートから分離させるものである。この点について、図１Ａ乃至図１Ｄを参照する。外被で覆われた陰極は、陰極母板１０上に析出し、両者の下端で折れ易い部分４０により結合された陰極シート２０及び３０を含む。陰極母板をまず撓めてシート２０及び３０の少なくとも上端部５０を引き剥がす。
【００１０】
次に、図１Ｄに示されるような部分的に引き剥がされた外被について、図２Ａ乃至図２Ｄに示される剥離作業を実施する。部分的に引き剥がされたシート２０及び３０は剥離装置のローラ又はコンベヤベルト上に配置される。剥離装置はくさび剥離器又は空気吹付け器１３０を含む。これらのくさび剥離器１３０はシート２０、３０と陰極母板１０との間隙に入りこむ。くさび剥離器１３０は、基本的には電着した外被のシート部２０及び３０全体を陰極母板から引き剥がすものである。しかし、図２Ｂに示されるように、シート２０と３０とは、陰極シート１０の底端に沿って延びる折れ易い部分４０で結合されたままである。電着した金属外被を陰極母シート１０から完全に引き離し、概ね等しい二枚のシート２０及び３０とするためには、シート２０及び３０をグリッパ２５及び３５で把持し、折れ易い部分４０を軸として図２Ｂに示す略垂直位置から図２Ｃに示す略水平位置へ回転させる。このように回転させることで、析出した金属を陰極から引き離し、二枚の等しいシートとすることができる。多くの場合、シートを分離させるにはシート２０及び３０を垂直位置から水平位置へ一回回転させることで十分である。シート２０及び２０が互いに、そして陰極母板からも分離したことはグリッパ２３、２５により確認できるが、これについて述べる。グリッパは図２Ｃに示される水平位置では依然としてシート２０、３０を把持しているが、この後図２Ｄに示すように各々のシートを幾分外方向へ引っ張るようになっている。シート２０、３０がグリッパに合わせて外方向へ移動すれば、シート２０、３０が分離したことが確認できる。しかし、グリッパを外方向へ移動させる力が大きすぎたり、グリッパが移動しなかった場合には、シート２０及び３０が実際には折れ易い部分４０によって分離しておらず、従って図２Ｃに示すようにシートを更に回転させることが必要となる場合がある。
【００１１】
シート２０及び３０を更に操作／回転させることが必要であれば、この装置はグリッパ２５及び３５を用いて、前述のようなシートの分離の確認がとれるまで、シート２０及び３０を上下に回転させる。
【００１２】
シート２０及び３０を操作することで、少なくとも折れ易い部分４０と陰極シート１０との間で接触が起こるため、好適な実施形態では、陰極シート１０は、陰極シート１０とシート２０及び３０との間、及び陰極シートと折れ易い部分４０との間により大きな間隙を作るために剥離装置内で上方向に移動できるようになっている。
【００１３】
陰極シート２０と３０とがいったん引き離されて概ね等しい別々のシートとなってしまえば、積上げや後処理のためにシートを装置から運び出すことは容易である。
【００１４】
しかしながら、この析出した金属外被の生長は複雑であり、出願人は一定の工程条件の下では、電着された外被を二枚の別々のシートに分離することが困難であることを見出した。このことは、電解浴に供給される電力が何らかの理由でかなり長時間遮断された場合に特に当てはまる。このような電力の遮断が発生すると、金属シートを分離させるためには金属シートを数回回転させ、羽ばたかせることが必要となる。
【００１５】
本発明の目的は、従来技術の欠点のうち少なくとも一つを克服もしくは改良すること、或いは従来技術に代わる有用な代替物を提供することにある。
【００１６】
第１の態様において、本発明は電解槽内で金属を陰極に電着させる方法を提供する。この方法は、陰極に金属外被を付着させるために電位を電解槽に印加することを含み、外被は陰極の両側に形成され、少なくとも一つの縁部において折れ易い領域により結合された二枚の概ね等しいシートからなっており、金属は折れ易い領域を軸にして各シートを回転させることにより陰極から引き剥がすことができる。この方法では、電流の流れが所定値に近づくか又は所定値に達すると、及び／又は電流の方向が変化すると、補助電源が槽内の電流を所定方向及び量に維持するに足るレベルの補助電位を槽に印加するよう、電解槽内の電流の方向及び量が監視されている。
【００１７】
特定の理論に何ら拘束されるものではないが、本発明の出願人は、槽内でかなりの時間（例えば、一時間以上）電力が遮断されることにより、折れ易い領域に金属の「積層」が発生することを見出した。即ち、電解槽内に「前向き」の電流を発生させる電力が供給されていれば、陽極から陰極への金属の析出は継続的に行われ、金属は制御された規則正しい方法で析出する。
【００１８】
他方、電力が遮断され後に再度供給開始された場合、金属析出物の配向が変わってしまうようであるが、これは、金属が既に付着している金属の外面を新しい表面とみなし、その上に付着するためと考えられている。従って、電力遮断が一度以上発生すると、析出した金属結晶には、折れ易い領域において複数の「方向性」の変化が発生することがあり得る。
【００１９】
このような積層の境界層は、析出した金属外被を予測不可能な方法で不均一に分離させ二枚の別々のシートとする、欠陥線として作用することがある。槽内の電流を所定方向及び量に維持することで、金属結晶の析出は均一で一貫したものとなり、これにより結晶配向を異にして積層されることが防止される。
【００２０】
補助電源は、電力が所定レベルを下回って「ゼロ」もしくは「逆向き」の電流が発生することのないよう、金属を陰極で生長させる全期間にわたり起動することができる。或いは、主電源の機能が低下もしくは故障した場合のみ起動してもよい。
【００２１】
更なる態様では、本発明は、金属を陰極に析出させるために電解槽に電力を供給する方法を提供する。この方法では、槽に主電源と補助電源とを設ける。補助電源は、起動時に槽内の電流を所定方向及び量に維持するに足るものである。
【００２２】
更に別の態様では、本発明は電解槽内で金属を陰極に継続的に電着させるための装置を提供する。この装置は、電解槽が金属陽極、陰極、電解浴、及び陽極と陰極とを通って電位を印加し、前向きの電流を発生させて金属を陽極から陰極へ析出させるための主電源を含む。又、この装置は、主電源の機能が低下もしくは故障した場合に、槽内の電流を所定方向及び量に維持するよう、槽に接続されるようになっている補助電源を含む。
【００２３】
特にことわらない限り、本明細書の記述及び請求の範囲を通じて、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）／（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等は、限定的もしくは網羅的な意味にではなく、包括的な意味に解釈されたい。つまり、「含む」であれば、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）が、それに限定されない」とみなす。
【００２４】
本発明の全貌を説明するため、添付の図面を参照しながら以下に記述するが、これらはあくまでも例として記述される。
図１Ａ乃至図２Ｄについては既に述べた。
【００２５】
本発明を金属（例えば、銅）の電解精製を例にとって記述するが、金属の電解採取にも同様に適用できることを認識されたい。まず、図３を参照して説明すると、陰極板１００が電解浴内に設置され電流が印加されると、陽極側の例えば銅等の金属が電解浴内に溶け出し、陰極母板１００に再析出することは、当業者には明らかである。金属の結晶は、図中に矢印で示すように、析出面に直角に析出し、生長しようとする。ここでは、陰極母板の平面１１０及び１２０の側部から直線的に外方向へ付着し、Ｖ字状の溝５０においては対称面２００に向けて析出する。電力供給が継続して行われれば、付着方向は概ね維持される。この後、Ｖ字状溝５０の対称面２００が、銅結晶が衝突し合う折れ易い線となり、これにより析出した金属外被が確実に分離され、二枚の別々のシートとなる。
【００２６】
図４及び図５に示されるように、陰極板への電力供給が遮断された場合、折れ易い部分４００及びその周辺に欠陥線即ち積層３００が発生する。即ち、析出した金属外被が点線Ａに達したときに電力供給が遮断された場合、ここまでは金属外被の付着方向は図３に示すのと同様に一貫している。電力供給を再び開始し、前向きの電流を発生させて析出を再び始めると、金属結晶はそれ以前の付着方向に沿って付着するのではなく、表面Ａに対して直角に付着しようとする。即ち、新たな銅の層３００は既に付着している金属の上に付着する。
【００２７】
金属結晶の生長、又は新たな層の生長に対しこのような「再方向付け」が行われると、二枚の金属シートが分離しにくくなると考えられている。図５に示されるように、このことは二枚の金属シートの破断線により確認できると考えられる。出願人が実施した試験から、割れは図３と同様に溝５０に析出した銅の頂点又はその付近から開始されることがわかった。割れは析出した二つの銅析出物が生長して接触する地点である折れ易い線２００に沿って続けられ、「新たな」生長の点線Ａで示される電力供給遮断点又は層に到達するまでは、線２００に沿って継続する。折れ易い線はこの積層部分を貫いて続いてはいないため、分離の破断線は積層線Ａに沿って枝分かれし、次に最も折れ易い点を位置決めして二枚のシートを続けて破断する傾向がある。図５からわかるように、この結果、分離した二枚の金属シートは好ましくない、見苦しいものとなる。そして、大抵は、完全に破断するまで剥離装置内で回転／羽ばたきのサイクルを反復することになる。
【００２８】
しかし、出願人は、この積層の問題は電解槽を通じて弱電流を供給することで克服できることを見出した。主電源の機能が低下したり故障したりした場合に補助電源を起動することができる。補助電源は単に前向きの電流の流れを維持するに足るものであればよい。補助電源には、金属を継続的に析出させるに足る電流を発生させることは求められていない。電解槽内に前向きの電流を発生させるものであれば十分である。
【００２９】
補助電源は、起動時に前向きの電流が発生しているか否かを判断するために槽内の電流を監視することができるよう、可変電源であることが好ましい。従って、槽内で最小限度の前向きの弱電流が監視される点に達するまで、補助電源の電力供給を増大することができる。
【００３０】
これについては特定の理論に何ら拘束されるものではないが、出願人は、このような最小限度の前向きの弱電流は、銅が陰極から再び電解浴内に溶け出すことを防止するのみでなく、析出した金属の表面に汚染物質が付着することも防止して、結晶構造の向きを維持すると考えている。つまり、全出力が再び印加されたとき、析出する金属は既に析出している金属の外面を新しい析出面とみなすのではなく、電力遮断前の析出方向を維持する。
【００３１】
また、陰極が電解槽内に滞留している間に補助電力の印加を変更することもできる。
【００３２】
一般に、生長の一日目もしくは二日目に電力の停止又は電源機能低下が発生しても、溝５０及びそこに付着する金属の大きさや形は積層による影響を何ら受けない傾向がある。しかしながら、例えば三、四日後に電力供給の遮断が発生すると、積層問題のもつ重要性は大幅に高まるが、積層問題が発生する確率は低い。
【００３３】
生長過程の後期、例えば六日目又は七日目に電力が遮断されると、前述の積層問題の重大性は幾分低下するが発生頻度は高くなる。
【００３４】
従って、電解槽内に前向きの電流を維持するためにしかるべき補助電源を設置することで、槽への電力遮断に起因する潜在的な問題を克服し、もしくは少なくとも低減することがわかる。
【００３５】
これまでに述べた工程及び装置に対する変更は、本発明の精神又は範囲を逸脱せずに実施できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
出願人が開発した、電着した金属外被を引き剥がす工程の端部立面図であり、あくまでも説明目的で示される。
【図１Ｂ】
出願人が開発した、電着した金属外被を引き剥がす工程の端部立面図であり、あくまでも説明目的で示される。
【図１Ｃ】
出願人が開発した、電着した金属外被を引き剥がす工程の端部立面図であり、あくまでも説明目的で示される。
【図１Ｄ】
出願人が開発した、電着した金属外被を引き剥がす工程の端部立面図であり、あくまでも説明目的で示される。
【図２Ａ】
出願人が開発した、電着した金属外被を引き剥がす工程の端部立面図であり、あくまでも説明目的で示される。
【図２Ｂ】
出願人が開発した、電着した金属外被を引き剥がす工程の端部立面図であり、あくまでも説明目的で示される。
【図２Ｃ】
出願人が開発した、電着した金属外被を引き剥がす工程の端部立面図であり、あくまでも説明目的で示される。
【図２Ｄ】
出願人が開発した、電着した金属外被を引き剥がす工程の端部立面図であり、あくまでも説明目的で示される。
【図３】
電着物質が付着した陰極母板の下端を示す端部立面図である。
【図４】
電力遮断が発生した場合の、電着物質が付着した陰極母板の下端を示す図３と同様の端部立面図である。
【図５】
電力遮断が発生した場合の、電着物質が付着した陰極母板の下端を示す図３と同様の端部立面図である。
【図１Ａ】
2004510047.tif 000002
【図１Ｂ】
2004510047.tif 000003
【図１Ｃ】
2004510047.tif 000004
【図１Ｄ】
2004510047.tif 000005
【図２Ａ】
2004510047.tif 000006
【図２Ｂ】
2004510047.tif 000007
【図２Ｃ】
2004510047.tif 000008
【図２Ｄ】
2004510047.tif 000009
【国際公開パンフレット】
2004510047.tif 000010
2004510047.tif 000011
2004510047.tif 000012
2004510047.tif 000013
2004510047.tif 000014
2004510047.tif 000015
2004510047.tif 000016
2004510047.tif 000017
2004510047.tif 000018
2004510047.tif 000019
2004510047.tif 000020
2004510047.tif 000021
2004510047.tif 000022
2004510047.tif 000023
2004510047.tif 000024
2004510047.tif 000025
2004510047.tif 000026
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