(57)【要約】【課題】本発明の目的は電解装置の省スペース化と電解効率向上に寄与する陰極を提供すること。【解決手段】本発明の電解装置用陰極は、対向する陰極と陽極とを備えた電気分解法によって金属含有溶液から金属を陰極に析出させる電解装置に用いる陰極であって、前記陰極は電気的に並列に接続された２枚以上の陰極板で構成されていると共に、前記電気的に並列に接続された陰極板は互いに間隔を有して並列に配置されており、且つ、前記２枚以上の陰極板のうち、［全陰極板数−１］枚以上の陰極板は複数の貫通孔を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する陰極と陽極とを備えた電気分解法によって金属含有溶液から金属を陰極に析出させる電解装置に用いる陰極であって、
前記陰極は電気的に並列に接続された２枚以上の陰極板で構成されていると共に、
前記電気的に並列に接続された陰極板は互いに間隔を有して並列に配置されており、且つ、
前記２枚以上の陰極板のうち、［全陰極板数−１］枚以上の陰極板は複数の貫通孔を有するものであることを特徴とする電解装置用陰極。
【請求項２】
前記並列に配置された陰極板は互いに８ｍｍ以下の間隔を有するものである請求項１に記載の電解装置用陰極。
【請求項３】
前記陰極を構成する２枚以上の陰極板は、前記陰極板の貫通孔を通して並列する他の陰極板に電流が流れるように構成されている請求項１または２に記載の電解装置用陰極。
【請求項４】
前記陰極は２枚または３枚の陰極板で構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の電解装置用陰極。
【請求項５】
前記陰極板間にスペーサーが配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の電解装置用陰極。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の陰極を備えた電解装置であって、
前記電解装置は、電解槽内に
陽極と、該陽極の１つの面に対向する前記陰極とを有する電極を少なくとも１組内設し、且つ、
前記陰極は、前記陽極に近接して配置された複数の貫通孔を有する陰極板と、該陰極板の陽極対向面と反対側に設置された少なくとも１枚の陰極板で構成されている電解装置。
【請求項７】
前記陰極板のうち前記陽極から最も離れて配置された陰極板は、貫通孔を有する陰極板、または貫通孔を有さない陰極板であり、その他の陰極板は複数の貫通孔を有する陰極板である請求項６に記載の電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属含有溶液の電解装置に用いる陰極、および該陰極を備えた電解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金、銀、白金、ロジウム、ルテニウム、およびパラジウムなどの金属はメッキ、配線など様々な用途で使用されているが、高価な金属であるため、メッキ処理設備や金属配線処理設備などの各種処理設備から排出される処理液や洗浄液等の廃液（以下、「金属含有溶液」ということがある）から、これら金属の回収処理が行われている。
【０００３】
金属含有溶液から金属を回収する装置として電解装置が汎用されており、有価金属の回収効率を向上するための技術も各種提案されている。例えば特許文献１には、回転陰極の面の少なくとも一部を網状または多孔質状の導電体で被覆する技術が開示されている。また特許文献２には電極に耐食性の金属網を重ね合わせた積層メッシュを用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／１５３００１号公報
【特許文献２】実開平０７−１０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、環境汚染防止の観点から、金属含有溶液を電解装置で処理した後の廃液（以下、「処理済液」ということがある）を再利用することが検討されている。再利用するには電解装置をメッキ処理設備や金属配線処理設備などの金属含有溶液を排出する設備に近接して設置することが望ましいため、設置スペースを考慮すると電解装置はできるだけ省スペースで、しかも高い電解効率を有することが要求されている。ところが、メッキ処理設備などから排出される金属含有溶液中の金属濃度は装置導入段階で概ね１００ｐｐｍ以下である場合が多いが、再利用するためには金属濃度をできるだけ低減させる必要がある。金属濃度低減には金属イオンと陰極表面との接触効率を高めて電解効率を向上させる必要があるが、電解装置の小型化と電解効率の向上を両立させることは難しかった。
【０００６】
例えば上記特許文献１に示す回転陰極を用いた電解装置は、優れた電解効率を有するが、電解槽内に回転陰極の設置スペースが必要となるため、電解装置の小型化が難しかった。また上記特許文献２では網や多孔質などの陰極を密着積層させて表面積を増大させているため、電解装置を小型化できるが電解効率が低かった。
【０００７】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、電解装置の省スペース化と電解効率向上に寄与する陰極、および該陰極を備えた電解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電解装置用陰極は、対向する陰極と陽極とを備えた電気分解法によって金属含有溶液から金属を陰極に析出させる電解装置に用いる陰極であって、前記陰極は電気的に並列に接続された２枚以上の陰極板で構成されていると共に、前記電気的に並列に接続された陰極板は互いに間隔を有して並列に配置されており、且つ、前記２枚以上の陰極板のうち、［全陰極板数−１］枚以上の陰極板は複数の貫通孔を有するものであることに要旨を有する。
【０００９】
本発明では、前記並列に配置された陰極板は互いに８ｍｍ以下の間隔を有することも好ましく、また前記陰極を構成する２枚以上の陰極板は、前記陰極板の貫通孔を通して並列する他の陰極板に電流が流れるように構成されていることも好ましい実施態様である。
【００１０】
また本発明では、陰極は２枚または３枚の陰極板で構成されていることや、陰極板間にスペーサーが配置されていることも好ましい実施態様である。
【００１１】
更に本発明には、上記陰極を備えた電解装置も含む。本発明の電解装置は、電解槽内に陽極と、該陽極の１つの面に対向する前記陰極とを有する電極を少なくとも１組内設し、且つ、前記陰極は、前記陽極に近接して配置された複数の貫通孔を有する陰極板と、該陰極板の陽極対向面と反対側に設置された少なくとも１枚の陰極板で構成されていることに要旨を有する。
【００１２】
前記陰極板のうち前記陽極から最も離れて配置された陰極板は、貫通孔を有する陰極板、または貫通孔を有さない陰極板であり、その他の陰極板は複数の貫通孔を有する陰極板であることも好ましい実施態様である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の陰極は、電気的に並列に接続された２枚以上の陰極板のうち、複数の貫通孔を設けた陰極板を所定数用いると共に、陰極板は相互に間隔を有して並列に配置した構成を有しているため、電解装置の省スペース化と電解効率向上に寄与する。したがって本発明の陰極を用いた電解装置は、省スペースで優れた電解効率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、陰極板２枚を保持する保持枠とスペーサーの概略説明図である。
【図２】図２は、陽極と本発明の陰極を内設した電解槽の側面断面図である。
【図３】図３は、陽極と本発明の陰極を有する電極の構成例を示す一部断面図である。
【図４】図４は、陽極と本発明の陰極を有する電極の他の構成例を示す一部断面図である。
【図５】図５は、流路が往復型の電解槽の一例を示す側面断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１の試験装置の概略説明図である。
【図７】図７は、実施例１の総電流値と電流密度の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の実施例２の試験装置の概略説明図である。
【図９】図９は、本発明の実施例３の試験装置の概略説明図である。
【図１０】図１０は、実施例３の陰極の電流値と陰極板間隔との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記したように処理済液を再利用するためには効率よく金属濃度を低減させる必要がある。また電解装置の小型化を達成するためには、極めて高い電解効率が要求されている。
【００１６】
本発明者らは上記のように省スペース化と電解効率向上という両立困難な問題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、電解装置に用いる陰極を電気的に並列に接続された２枚以上の陰極板で構成すると共に、陰極板は互いに間隔を有して並列して配置し、且つ複数の貫通孔を有する陰極板を所定数用いれば、上記課題を達成できることを見出し、本発明に至った。以下、本発明の陰極の構成について説明する。
【００１７】
本発明で用いる陰極は電気的に並列に接続された２枚以上の陰極板で構成されていると共に、前記電気的に並列に接続された陰極板は互いに間隔を有して並列に配置されているが、「電気的に並列に接続」とは電気回路上で各陰極板が並列接続されている意味である。また「陰極板は互いに間隔を有して並列に配置されている」とは、陰極板間に所定の隙間が設けられていると共に、隣接する陰極板間の電流の流れを完全に遮蔽しない状態で陰極板の板面同士が対向して並列するように配置されているという意味である。また対向する陽極との関係では、該陽極に近接して設置する陰極板の陽極対向面とは反対側に他の陰極板を間隔を設けて配置して陰極板の板面を並列にすることが好ましい。電気分解する際、１つの陽極に対向する位置に１枚目の陰極板を配置すると共に、該陰極板の背面側、具体的には該１枚目の陰極板を介して並列に、好ましくは電解に有効に作用する位置に他の陰極板を配置した陰極を用いると、省スペースで優れた電解効率が得られる。
【００１８】
並列する陰極板の間隔は金属析出面が接触しないように設けることが好ましく、陰極板同士の設置角度や電気的に並列にするための配線接続方法などは限定されない。供給した金属含有溶液の滞留や線速度の低下などを抑制する観点からは該板面同士が平行となるように配置することが好ましい。
【００１９】
陰極板間に間隔を設けると電極面積が大きくなり、また陰極板同士を密着させた場合と比べて陰極板間に金属含有溶液を流通させることができるため、金属イオンが陰極板表面で拡散する移動速度が向上して優れた電解効率が得られると考えられる。このような観点から陰極板間には金属含有溶液が流通するように任意の幅の間隔を設ければよい。陰極板同士の間隔は広げる程、陽極に近い陰極板の電流値は高くなる。なお、電着速度はある程度の電流値で飽和すると共に、その他の陰極板の電流値が低下するため、陰極全体の電解効率は低下傾向にある。したがって陰極全体の電解効率を向上させる観点から陰極板間の間隔は好ましくは８ｍｍ以下、より好ましくは７ｍｍ以下、更に好ましくは６ｍｍ以下、より更に好ましくは５ｍｍ以下である。一方、並列する陰極板間に間隔が設けてあれば電解効率向上に十分な電流値を確保できるため、陰極板間の間隔の下限は限定されない。陰極板間を流通する金属含有溶液の線速度を向上させて、電解効率をより高める観点からは陰極板間の間隔は好ましくは１．０ｍｍ以上、より好ましくは１．５ｍｍ以上、更に好ましくは２ｍｍ以上である。
【００２０】
本発明では複数の貫通孔を有する陰極板を用いることで、貫通孔を有さない陰極板と比べて表面積を増大させることができる。電気分解によって目的とする金属が電着する陰極板の表面（以下、「金属析出面」ということがある。）に複数の貫通孔を設けると、貫通孔形成部分の陰極板厚み（深さ）方向も利用でき、かつ電流が陰極板の一方の面（表面）から他方の面（裏面）にも回り込むことができるため、電気分解時に陰極板表裏面を有効に利用できる。したがって複数の貫通孔を有する陰極板に金属含有溶液を流通させると、金属イオンと陰極板の金属析出面との有効接触面積を増大できる。また陰極板間に隙間を設けて並列に配置することで該隙間にも金属含有溶液が流通して金属イオンが陰極板の金属析出面を拡散し移動する速度が速くなり、電解効率を向上できる。
【００２１】
貫通孔とは、陰極板の板面の一方の面から他方の面に連通した孔を有することをいう。陰極板表面の貫通孔の間隔は不規則でもよいが、一定の間隔で複数の貫通孔が設けられていると電流分布の均一性が向上するため望ましい。
【００２２】
複数の貫通孔を有する陰極板としては、特に限定されず、任意の形状の貫通孔が複数形成された陰極板を用いればよい。例えば網状（格子状を含む、以下同じ）陰極板または多孔質状陰極板が挙げられる。具体的に網状陰極板としては、例えば市販されている平織り金網、溶接金網、クリンプ金網、フラット・トップ金網など各種公知の金属網を使用できる。また多孔質状陰極板としては、例えば市販されているラス網やエキスパンドメタル、パンチングメタルなどの各種公知の多孔質体を使用できる。
【００２３】
金属網を用いる場合は、平均目開きや線径は特に限定されず、表面積増大効果が得られればよい。例えば平均目開きは好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍ、線径は好ましくは０．２５ｍｍ〜０．６ｍｍ程度でもよい。なお、平均とは、金属網の複数個所における目開きと線径を測定してこれを平均して求めた値である。金属網の平均目開きを０．５ｍｍ以上にすると金属含有溶液が陰極表面裏面（電場の裏側）へ回り込みやすくなり、より優れた表面積増大効果が得られる。平均目開きの上限は限定されないが、例えば３ｍｍ以下であればより優れた表面積増大効果が得られる。より好ましい平均目開きは１．２４ｍｍ以下である。
【００２４】
上記多孔質状陰極板として多孔質体を用いる場合は、上記範囲の平均目開きや平均線径に相当する開口部を有している多孔質体を用いることが好ましい。
【００２５】
なお、複数の貫通孔を有する陰極板を２枚以上用いる場合、各陰極板の貫通孔の形態の異同は問わない。したがって開口部の形状の異なる金網の組み合わせ、網状の陰極板と多孔質状の陰極板との組み合わせでもよい。もちろん、同じ開口部形状を有する網状の陰極同士、多孔質状の陰極板同士を組み合わせてもよい。
【００２６】
また陰極板は、導電性を有すると共に、金属含有溶液（即ち、電解液）に溶解せず、且つ電解時にも溶出しない不溶性の材料であることが好ましい。具体的には、例えば、チタンやステンレス、或いは回収対象とする金属と同じ材料等が挙げられる。
【００２７】
なお、本発明の陰極板は、平板状、あるいは湾曲状、屈折状など任意の形状でよく、電解槽の壁面の形状に応じて所望の形状を採用できる。好ましくは陰極板の板面が同一平面上にある平板状陰極板である。平板状陰極板を用いると、各陰極板で同等の電流値が得やすく、また流通させる金属含有溶液の線速度や流れを阻害しないため望ましい。
【００２８】
陰極板の数は電解槽のサイズ、各陰極板の電流値などの電解条件を考慮して適宜決定すればよい。陰極板の数が多くなると使用時に陽極から遠くに設置された陰極板に電流が届かず、十分な電解性能を有さない陰極板が生じることがある。所定の電流値を確保して電解効率を高めるためには、陰極板の数は好ましくは３枚以下、より好ましくは２枚である。
【００２９】
本発明の陰極を構成する全ての陰極板が上記複数の貫通孔を有する陰極板でなくてもよい。すなわち、２枚以上の陰極板のうち、［全陰極板数−１］枚以上の陰極板に上記複数の貫通孔を有する陰極板を用いれば本発明の効果を発揮できる。全ての陰極板が複数の貫通孔を有する陰極板であると、より優れた電解効率が得られるため好ましい。
【００３０】
また本発明では全陰極板のうち１枚は貫通孔を有さない板状陰極板、または貫通孔を１つのみ有する陰極板を用いて、陽極と複数の貫通孔を有する陰極板の間の電流の流れを阻害しない位置に配置してもよい。電解槽に本発明の陰極を設置した場合に貫通孔を有さない陰極板、または貫通孔を１つのみ有する陰極板が陽極から近い位置に配置されると、該陰極板よりも遠い位置に配置した陰極板への電流の供給が乏しくなり、電解効率が低下する。そのため、使用時には貫通孔を有さない陰極板、または貫通孔を１つのみ有する陰極板が陽極から最も遠くになるように配置することが好ましい。
【００３１】
本発明では、陰極板同士の間隔を維持するため、陰極板間の電流の流れを完全に遮蔽しないようにスペーサーなどの介在物を必要に応じて設けてもよい。スペーサーは所定の間隔を保持し、陰極板間の電流の流れを完全に遮蔽しなければサイズ、設置個数、設置方向、固定方法は限定されない。スペーサーの材料も電解液に対して耐食性を有していればよく、特に限定されない。スペーサーとして例えばチタン、ステンレスなど各種金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリルなどの各種樹脂、アルミナ、ジルコニアなどのセラミック、ガラスなどが例示される。
【００３２】
また例えば陰極板を保持する枠（以下、「保持枠」という）をスペーサーとして用いてもよい。図１に示すように陰極板間が所望の間隔となるように厚みを調整した保持枠１３の両側に陰極板（図示例では貫通孔を省略した透視図）７ａ、７ｂを並列に取り付けることで、保持枠１３がスペーサーとして機能する。また必要に応じて保持枠１３の内側にも適宜スペーサー１０を設けることで、陰極板の撓みなどに起因する接触を抑制することも好ましい。図示例では金属含有溶液を陰極板の板面の長手方向（例えば図中矢印で示す縦方向）に沿って陰極板７ａ、７ｂ間も流通するように、陰極板７ａ、７ｂの上端部側、および下端部側は開口した構成となっている。また保持枠１３に電源と接続するためのリード接合部１４を設けることで、保持枠１３を介して各陰極板に電流を供給できる。もちろん、電源と接続するリード線は直接各陰極板と接続して並列回路としてもよい。
【００３３】
なお、陰極板を３枚以上用いる場合も同様に各陰極板の間にスペーサーや保持枠を設けて所望の間隔を確保してもよい。３枚以上の陰極板を設けた場合の夫々の陰極板間の間隔は同一であっても異なっていてもよい。
【００３４】
以下、図面を参照にしながら本発明の上記陰極を備えた電解装置について説明する。なお、本発明の電解装置は図示例に限定されず、適宜変更することが可能である。
【００３５】
本発明の電解装置は、電解槽内に陽極と、該陽極の１つの面に対向する上記陰極（電気的に並列に接続された２枚以上の陰極板で構成された陰極）とを有する少なくとも１組の電極（以下、陰極と陽極をまとめて「電極」ということがある）が内設されている。図２は本発明の電解装置に用いられる電解槽の一例を示す側面断面図であり、陰極板間のスペーサー、配線を省略した簡略図である。電解槽２は内部が空洞になっており、金属含有溶液の供給口１１と排出口１２を有するハウジング構造であり、内部に電気的に並列に接続された２枚の陰極板７ａ、７ｂが互いに間隔を有して並列に配置された陰極１５と、陽極６とが内設されている。
【００３６】
本発明の電極を構成する陰極は、陽極に近接して設置された複数の貫通孔を有する陰極板と、該陰極板の陽極面と反対面側に設置された少なくとも１枚の陰極板で構成されている。本発明の電極の実施形態として、１つの陽極の１つの面に対向して陰極を設ける場合、陰極を構成する複数の陰極板のうち、陽極に近接して複数の貫通孔を有する陰極板を配置すると共に、他の陰極板は該近接設置した陰極板の陽極面と反対側に該陰極板を介して間接的に陽極と面し、また陰極板間は間隔を設けると共に、各陰極板の板面が並列するように配置する。例えば図２では電解槽２の一方の側から順に陽極６、該陽極６に近接して設置された複数の貫通孔を有する陰極板７ａ、該陰極板７ａの陽極面と反対側に該陰極板７ａを介して間接的に陽極６に面するように陰極板７ｂを配置している。
【００３７】
また本発明の電極の他の実施形態として、本発明の上記陰極の両側に陽極を設置する場合は、各陽極に近接して複数の貫通孔を有する陰極板を夫々配置すると共に、他の陰極板は上記構成と同様、該近接設置した陰極板の陽極面と反対側に該陰極板を介して間接的に陽極と面するように配置することが好ましい。例えば図３に示すように陽極６ａ、６ｂと、陰極板７ａ〜７ｃで構成される陰極とで構成される電極の場合、陽極６ａに近接して複数の貫通孔を有する陰極板７ａを設置すると共に、陰極板７ｂ、７ｃは陰極板７ａの陽極６ａ面とは反対側に互いに間隔を有して並列に設置し、間接的に陽極６ａに面する。また同様に陽極６ｂに近接して陰極板７ｃを設置すると共に、陰極板７ａ、７ｂは陰極板７ｃを介して間接的に陽極６ｂに面するように互いに間隔を有して並列に設置する。
【００３８】
更に本発明の他の電極の実施形態として、１つの陽極の各面夫々に、本発明の上記陰極を設置する場合は、１つの陰極を構成する陰極板のうち、陽極に近接して複数の貫通孔を有する陰極板を配置すると共に、他の陰極板は間接的に陽極と面するように配置してもよい。例えば図４に示すように陽極６と、陰極板７ａ、７ｂで構成される陰極１５Ａとで構成される電極の場合、上記図３と同様、陽極６に近接して陰極板７ａを設置すると共に、陰極板７ｂは間接的に陽極６に面するように陰極板７ａと間隔を有して並列に設置する。また陽極６と陰極１５Ｂで構成される電極も同様である。
【００３９】
陰極板と陽極の設置角度は限定されないが、金属含有溶液の流れを阻害しないように配置することが好ましく、陰極板と陽極板の最大面が平行になるように配置することがより好ましい。
【００４０】
また本発明の電極を構成する陰極のうち、陽極から最も離れて設置された陰極板は、貫通孔を有する陰極板、または貫通孔を有さない陰極板であり、その他の陰極板は複数の貫通孔を有する陰極板であることも好ましい。陽極から最も離れて設置された陰極板に用いる「貫通孔を有する陰極板」の貫通孔の数は特に限定されず、単数、複数のいずれでもよく、複数の貫通孔を設ける場合は上記複数の貫通孔を有する陰極板との異同は問わない。陽極から最も離れて設置された陰極板とは、陽極と直接面している陰極板を介して間接的に陽極と面している陰極板のうち、最も離れた位置に設置された陰極板をいう。図２〜４では、陰極板７ｂが陽極から最も離れて設置された陰極板に該当する。なお、図３に示すように陽極６ａと陽極６ｂの間に３枚の陰極板７ａ〜ｃを設けた場合、陽極から最も離れて設置された陰極板とは、両陽極のいずれとも離れて設置されている陰極板７ｂである。また陽極と陽極の間に４枚以上の偶数の陰極板で構成された陰極を配置する場合、両陽極から最も離れて設置されている陰極板は、内側に配置された陰極板２枚が該当することになるが、該陰極板２枚について貫通孔を有さない陰極板と貫通孔を有する陰極板の組み合わせは任意である。
【００４１】
陽極と、該陽極に近接して配置された複数の貫通孔を有する陰極板の間隔は特に限定されず、接触しなければよい。電極間の間隔が狭すぎると流通する金属含有溶液に対する抵抗が増大する。また析出した金属によって電極が接続されて短絡するおそれがある。電極間距離は好ましくは１０ｍｍ以上である。
【００４２】
陽極のサイズは対向する陰極板と同じサイズでよい。また陽極は貫通孔を有さない平板状の陽極であることが好ましい。陽極には公知の不溶性陽極を用いることができる。
【００４３】
電解槽の材料は金属含有溶液に対して耐食性を有するポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの各種公知の材料であればよく、限定されない。
【００４４】
金属イオンの陰極板の金属析出面での移動速度を速くすれば電解効率が向上するため、供給口１１から十分な移動速度が得られるように金属含有溶液を供給することが好ましい。電解槽は開放型、密閉型のいずれでもよい。線速度を維持するためには好ましくは金属含有溶液の供給口と排出口以外は閉じられた液体密閉型のハウジング構造を有する電解槽である。また液体密閉型にした場合、金属含有溶液に含まれる気体や電解によって生じた気体などが電解槽内部に滞留すると電極と金属含有溶液の接触率が低下したり、発生した気体に水素や酸素が含まれていると発火などの原因となるため、気体を適宜抜き出すためのガス抜き機構を設けてもよい。
【００４５】
電解槽に設ける金属含有溶液の供給口と排出口は、金属含有溶液が陰極板の板面に沿って一定方向に流れるように設置することが望ましい。図２では陰極板の板面の長手方向が電解槽の上下方向となるように設置すると共に、供給口１１を電解槽の下側、排出口１２を電解槽の上側に設けている。したがってこの構成では電解槽下部から供給された金属含有溶液は陰極の板面長手方向に沿って電解槽内を流通して排出口１２から排出される。
【００４６】
本発明の電解装置には、送液手段を設けることが好ましい。金属含有溶液を送液手段を介して本発明の陰極が内設された電解槽に一定以上の線速度で供給すると、金属イオンの移動速度が速くなって陰極板の金属析出面と金属イオンとの接触効率が高まり、電解効率を向上できる。金属含有溶液の線速度は限定されず、金属含有溶液中の電解対象金属含有量、電解槽のサイズ、電解能力などを考慮して、所望の電解効率が得られるように適宜ポンプ等の加圧手段、あるいは高低差を利用した送液手段などの公知の送液手段で線速度を調整すればよい。金属含有溶液の線速度は好ましくは０．０７ｍ／秒以上、より好ましくは０．１３ｍ／秒以上である。
【００４７】
電解槽に内設された電極には外部電源装置から所定の電気が供給され、これによって電解槽内に供給された金属含有溶液は電気分解されて所望の金属を陰極に析出させることができる。上記電解装置を用いて金属含有溶液を電気分解するときの電解条件は限定されず、所望の電流値が得られるように調整すればよい。電流密度は好ましくは７Ａ／ｍ2以上、より好ましくは１５Ａ／ｍ2以上であって、好ましくは２５０Ａ／ｍ2以下、より好ましくは１００Ａ／ｍ2以下である。
【００４８】
優れた電解効率を得るためには、電解槽内で金属含有溶液と陰極板との接触面積はできるだけ大きいことが望ましい。また一定の線速度を確保しながら省スペース化を図るためには電解槽内の金属含有溶液の流路を折り返し部分が交互になるように接続した往復型とすることが望ましい。往復する流路の長さ、往復数は電解槽の構成や設置する電極の数、金属含有溶液中の金属濃度、金属の除去率などを考慮して適宜設定すればよい。
【００４９】
図５は往復型の流路を有する電解槽の側面断面図であり、金属含有溶液の供給口１１と排出口１２以外は閉じられている液体密閉型電解槽である。図５の流路に設けた電極は図４に示す構成であるが、これに限定されず、例えば図２や図３に示すような電極の構成でもよい。また供給口１１と排出口１２の配置は図示例に限定されず、陰極板の板面（最大面）に沿って金属含有溶液が一定方向に流れるように設置すればよい。なお、図５ではガス抜き機構としてガス排出口１７を設けているが、ガス抜き機構は必要に応じて設ければよく、また設置位置も任意である。
【００５０】
本発明の上記陰極を備えた電解装置は、メッキ処理設備や金属配線処理設備など金属含有溶液を排出する設備に付属して使用することが好ましい。代表例としてメッキ処理設備に付属して使用する場合は、メッキ処理設備の例えばメッキ品洗浄設備と本発明の電解装置とを接続して、メッキ処理設備から排出された金属含有溶液を電気分解すればよい。なお、メッキ処理設備から排出された金属含有溶液を随時電解装置に供給してもよいが、メッキ処理設備と電解装置の間に金属含有溶液を一時的に貯蔵する貯留槽を設けて所定の線速度となるように送給手段で電解装置に供給してもよい。
【００５１】
本発明を適用して陰極板に析出させて回収できる金属元素としては、特に限定されず、例えば、Ａｕ、Ａｇ、白金族元素（Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、およびＲｈ）などの貴金属元素や、ＣｕやＮｉなどが挙げられる。
【００５２】
本発明の対象となる金属含有溶液は、上記金属を含有していればよく、代表的にはメッキ処理廃液、配線処理廃液、写真の現像廃液、メッキ品を水洗した液、剥離液などが挙げられる。
【００５３】
また金属含有溶液中の金属濃度は排出源によって異なるため限定されない。金属含有溶液中の金属濃度は好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｐｐｍ以下、更に好ましくは２５ｐｐｍ以下、より更に好ましくは１０ｐｐｍ以下、最も好ましくは５ｐｐｍ以下である。
【００５４】
上記所定の電解条件下で本発明の上記電解装置を用いれば、金属含有溶液から金属を効率的に除去して、再利用可能レベルまで金属含有濃度を低減できる。
【００５５】
金属含有溶液は電解装置で処理した後、再利用するために各処理工程に返送してもよいし、一回の処理で十分に金属含有量を低減できなかった場合には、電解装置で再処理してもよい。また再利用する際には必要に応じて再生剤などを添加するなど任意の処理を行ってもよい。
【００５６】
なお、陰極板に電着した金属は、各種公知の方法で除去、回収できる。例えば析出した金属を溶解する溶液中に浸漬させて金属を溶出させて回収できる。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５８】
実施例１
実施例１では、図６に示す装置を用いて複数の陰極板を設置した場合の各陰極板の電流値を調べた。試験装置１は円筒形の電解槽２（内径３０ｍｍ×高さ２５０ｍｍ）、金属含有溶液の循環槽３、金属含有溶液を昇圧させる送液手段であるポンプ４、電解槽２下方の供給口から金属含有溶液を供給するための配管５が設置されている。また電解槽２には平板状陽極６（横２０ｍｍ×縦１５０ｍｍ、表面積３０ｃｍ2、不溶性陽極）、陰極１５を構成する陰極板（Ｎｏ．１−１〜１−６：各横２０ｍｍ×縦１５０ｍｍ）、各電極と接続する電源８、および各電極に流れる電流を測定する電流計９を備えている。陽極６にはチタン基体電極（ＤＳＥ：Dimentionally Stable Electrode：登録商標）を用いた。また陰極１５を構成する各陰極板Ｎｏ．１−１〜１−５は平均目開き（ピッチ）１．２４ｍｍ、平均線径０．５７ｍｍ（１４メッシュ）、表面積は約６１ｃｍ2のステンレス（ＳＵＳ）製網（以下、「網状陰極板」ということがある）、陰極板Ｎｏ．１−６は貫通孔を有さない通常の板状ステンレス製電極（以下、「板状陰極板」ということがある）を用いた。陰極板Ｎｏ．１−１〜１−６は夫々１．５ｍｍの間隔を設けて並列させて陰極板全体が浸漬するように電解槽２内に設置した。なお、陰極板間の間隔は陰極間にスペーサーを設けて確保した。具体的には各陰極板の四隅に金属含有溶液の液流方向と平行になるようにアクリル板（幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍ、溝深さ０．５ｍｍ）を接着剤で固定した。また陽極６と該陽極６に最も近接して配置した陰極板Ｎｏ．１―１の間隔は１０ｍｍとし、陽極６から最も離れた箇所が板状陰極板Ｎｏ．１−６となるように順次陰極板Ｎｏ．１−２〜１−６を設置した。
【００５９】
本実施例では金属含有溶液としてシアン系めっき水洗液（Ａｕ濃度１２ｐｐｍ、室温）を用いた。本実施例はバッチ式であり、循環槽３の下部に充填された金属含有溶液（１．２Ｌ）は、ポンプ４を介して一定の線速度（０．１３ｍ／ｓ）で電解槽２下方に設けた供給口から供給された後、電解槽２上方からオーバーフローして再び循環槽３に貯留される循環型とした。
【００６０】
電流値、および電流密度の測定
表１に示す総電流値（Ａ）に対して各陰極板に流れる電流値（Ａ）を測定して表１に示した。また各陰極板の表面積当たりの電流密度（Ａ／ｍ2）を算出して表２に示すと共に総電流値と電流密度の関係を図７に示した。
【００６１】
【表１】
2017110269.tif 000003
【００６２】
【表２】
2017110269.tif 000004
【００６３】
陰極板を６枚設置した場合、陽極側から数えて３枚目以降（Ｎｏ．１〜３〜１−６）は総電流値を上げても電流値が低く、陰極板の数を増やしても全体の電解効率向上には大きく寄与しないことがわかった。一方、総電流値を上げると、１、２枚目（Ｎｏ．１−１、１−２）の電流値も上昇するが、電解効率は飽和した。そのため陰極板の数を多くすると共に総電流値を高くしても電解効率向上効果は限られることがわかった。
【００６４】
また多数の陰極板を設置すると、陰極の総表面積は増大し、電流量も増大できるため電解効率も向上すると予想されるが、以上の結果からは、上記予想に反して多数の陰極板を用いても陽極と陰極板の距離が離れるほど、電流密度が低下して電解に十分寄与しない陰極板が生じるため、全体の電解効率が低下することがわかった。
【００６５】
実施例２
実施例２では、金属含有溶液としてシアン系めっき水洗液（Ａｕ濃度２．１ｐｐｍ、室温）を用いて電気分解法によりＡｕを陰極に析出させ、Ａｕ濃度が２．０ｐｐｍになるまでの電着速度を調べた。
【００６６】
下記陰極に変更した以外は、実施例１と同様の構成を有する図８の試験装置を用いて電着速度を調べた。
【００６７】
陰極
Ｎｏ．２−１
実施例１のＮｏ．１−６と同じ貫通孔を有さない板状陰極板を１枚用いた。
【００６８】
Ｎｏ．２−２
平均目開き１ｍｍ、平均線径０．３ｍｍ（２０メッシュ）のＳＵＳ製網状陰極板（各横２０ｍｍ×縦１５０ｍｍ）を１枚用いた。
【００６９】
Ｎｏ．２−３
上記Ｎｏ．２−２と同じ網状陰極板２枚をスペーサーを設けずに密着させた状態で固定した。
【００７０】
Ｎｏ．２−４
上記Ｎｏ．２−２と同じ網状陰極板を２枚用いた。Ｎｏ．２−４では陰極板の間隔を２ｍｍに調整した以外は実施例１と同様にしてスペーサーを設けた。
【００７１】
Ｎｏ．２−５
上記Ｎｏ．２−２と同じ網状陰極板を３枚用いた。Ｎｏ．２−５では各陰極板の間隔を２ｍｍに調整した以外は実施例１と同様にしてスペーサーを設けた。
【００７２】
電着速度
金属含有溶液の金濃度が２．１ｍｇ／Ｌから２．０ｍｇ／Ｌになるまでに要した時間に基づいて電着速度を測定した。電着速度は、金属含有溶液を循環させて電解槽２が充填された状態になってから電流を０．４Ａとして電気分解を行って測定した。結果を表３に示す。
【００７３】
【表３】
2017110269.tif 000005
【００７４】
表３に示すように網状陰極板同士が互いに接触しないように設置したＮｏ．２−４とＮｏ．２−５は、従来の板状陰極板を用いたＮｏ．２−１と比べると、電着速度が９倍以上向上した。また陰極に使用する網状陰極板を１〜３枚に変更した場合、網状陰極板を複数枚用いたＮｏ．２−４（２枚）、２−５（３枚）は、Ｎｏ．２−２（１枚）と比べると、電着速度は２倍以上向上した。これらの結果から、陰極には互いに間隔を有して並列に配置した複数枚の陰極板を用いることによって、電解効率が著しく向上することがわかった。なお、Ｎｏ．２−４（陰極板数２枚）とＮｏ．２−５（陰極板数３枚）を比べると電着速度は同等であるが、電極の利用効率を考慮すると使用する陰極板の枚数は２枚が好適であることがわかった。
【００７５】
また２枚の網状陰極板間に隙間を設けたＮｏ．２−４は、２枚の網状陰極板を密着させたＮｏ．２−３と比べると、電極面積が大きいため電着速度が１．３倍以上向上した。電着速度が１．３倍異なると、Ｎｏ．２−３と比べてＮｏ．２−４では電極面積を２〜３割削減しても同等の電着速度が得られることを意味しており、電解装置の小型化に極めて有効である。
【００７６】
実施例３
実施例１と同様の構成を有する図９の試験装置を用いて電着速度を調べた。陰極１５を構成する陰極板７ａ（表中、Ｎｏ．３−１）、７ｂ（Ｎｏ．３−２）はいずれも横２０ｍｍ×縦１５０ｍｍ、表面積は約７３ｃｍ2であり、電流を流さない擬似陰極板１６（Ｎｏ．３−３）は横２０ｍｍ×縦１５０ｍｍ、表面積３０ｃｍ2である。また陰極板７ａ、７ｂは平均目開き（ピッチ）０．５０ｍｍ、平均線径０．２９ｍｍ（３２メッシュ）のステンレス製網状陰極板、擬似陰極板１６は貫通孔を有さないＰＶＣ樹脂製板を用いた。陰極板７ａ、７ｂは間が表４に示す間隔となるように実施例１と同様にしてスペーサーを設けた。また陽極６と陰極板７ａの間隔は表４に示す電極間距離となるように設置した。擬似陰極板１６は陰極板７ｂと１．５ｍｍの間隔を開けて設置した。なお、上記擬似陰極板１６は陽極の近くに設置した陰極板７ａによって陽極６から離れて設置した陰極板７ｂに電気的な影響が生じるかを観察するために設置した。
【００７７】
本実施例では金属含有溶液としてシアン系めっき水性液（Ａｕ濃度１２ｐｐｍ、室温）を用いた。本実施例はバッチ式であり、循環槽３に充填された金属含有溶液（１．２Ｌ）は、ポンプ４を介して一定の線速度（０．１３ｍ／秒）で電解槽２下方側から供給された後、電解槽２上方側からオーバーフローして再び循環槽３に貯留され循環させた。
【００７８】
電流値の測定
表１に示す総電流値（Ａ）に対して陰極板７ａ、７ｂに流れる電流値（Ａ）を測定して表４に示した。また陰極板７ｂの電流値と陰極板７ａ、７ｂ間の間隔との関係を図１０に示した。
【００７９】
【表４】
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【００８０】
表４に示すように、陽極６と陰極板７ａとの電極間距離の広狭は陽極から遠くに設置した陰極板７ｂの電流値にほとんど影響しなかった。一方、表４、図１０に示すように、陰極板７a、７ｂ間の間隔が広くなるほど、陽極近くに設置した陰極板７ａの電流値は高くなるが、陽極６から遠くに設置した陰極板７ｂの電流値は低下した。なお、本実施例の場合、電流密度２０Ａ／ｍ2で電着速度が飽和するため、陰極板間隔を広くして陰極板７ａの電流値を高くしても陰極板７ａの電着速度は向上しないが、陰極板７ｂの電流値が低下して陰極板７ｂの電着速度が低下するため、陰極全体の電着速度が低下した。
【００８１】
以上の結果から陰極板間の間隔を８ｍｍを超えて広げると、陽極６から遠い位置に設置した陰極板７ｂの電流値の低下に伴って電解効率が低下する傾向を示し、陰極全体の電解効率も低くなることがわかる。
【００８２】
実施例４
実施例４では、陰極板の貫通孔の種類が電着速度に及ぼす影響を調べた。具体的には金属含有溶液としてシアン系めっき水洗液（Ａｕ濃度２．１ｐｐｍ、室温）を用いて電気分解法により金属含有溶液中のＡｕ濃度が２．１ｐｐｍから２．０ｐｐｍになるまでの電着速度を調べた。
【００８３】
表５に示す陰極に変更した以外は、実施例２と同様の構成を有する図８の試験装置を用いて各陰極の電着速度を調べた。各陰極Ｎｏ．４−１〜４−３は表５に示す種類の陰極板（横２０ｍｍ×縦１５０ｍｍ）２枚で構成されており、実施例１と同様にしてスペーサーを入れて２ｍｍの間隔を設けた。実施例２と同様に金属含有溶液を循環させるバッチ式で実験を行った。
【００８４】
陰極
Ｎｏ．４−１
実施例２のＮｏ．２−４の網状陰極板を２枚用いた。
【００８５】
Ｎｏ．４−２
平均目開き２ｍｍ×５ｍｍ、板厚１ｍｍのチタン製ラス網を２枚用いた。
【００８６】
Ｎｏ．４−３
平均目開き１．５ｍｍ×３ｍｍ、板厚０．８ｍｍのチタン製ラス網を２枚用いた。
【００８７】
電着速度
電着速度は実施例２と同様にして測定した。結果を表５に示す。
【００８８】
【表５】
2017110269.tif 000007
表５に示すように、表面積当たりの電着速度はほぼ同程度であり、いずれも優れた電解効率を有していたが、網状陰極板を用いた陰極Ｎｏ．４−１は、ラス網を用いた陰極Ｎｏ．４−２、４−３よりも電極面積当たりの電着速度が速く、より優れた電解効率を示した。
【符号の説明】
【００８９】
１  試験装置
２  電解槽
３  循環槽
４  ポンプ
５  配管
６、６ａ、６ｂ  陽極
７、７ａ、７ｂ、７ｃ  陰極板
８  電源
９  電流計
１０  スペーサー
１１  供給口
１２  排出口
１３  保持枠
１４  リード接合部
１５、１５Ａ、１５Ｂ  陰極
１６  擬似陰極板
１７  ガス排出口
【図１】
2017110269.tif 000008
【図２】
2017110269.tif 000009
【図３】
2017110269.tif 000010
【図４】
2017110269.tif 000011
【図５】
2017110269.tif 000012
【図６】
2017110269.tif 000013
【図７】
2017110269.tif 000014
【図８】
2017110269.tif 000015
【図９】
2017110269.tif 000016
【図１０】
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