(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽の内部と堰板の開口部によって連通する排液ボックスと、排液ボックス内にそれぞれ開口した排液口に連通する第１排液配管及び第２排液配管とを備え、該第１排液配管は上記排液口が堰板の開口部下端よりも上方で上向きに開口したパイプ堰を有し、該第２排液配管は上記排液口が堰板の開口部下端よりも下方で下向きに開口した逆Ｕ字型パイプを有すると共に、該第２排液配管に自動開閉弁を設けたことを特徴とする電解槽の液面調整装置。
【請求項２】
前記パイプ堰の上端部に、その排液口の高さを段階的に変えることのできる回転式キャップを取り付けたことを特徴とする、請求項１に記載の電解槽の液面調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅の電解精製プロセスなどに使用する電解槽の液面の高さを連続的に調整するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅の電解精製プロセスでは、製錬で得られた粗銅アノードを陽極に、純銅種板のカソードを陰極に用いて電解を行い、粗銅アノードから電解液中に溶解させた銅を純銅種板のカソードに電着させることにより、純度９９.９９％以上の電気銅を製造している。
【０００３】
この銅の電解に用いる電解槽では、電解液を連続的に供給すると共に、その一部を排液して電解液の循環を行っている。しかし、電解槽内の電解液の液面を同一レベルに維持した状態で電解を続けると、カソードの液面付近で他の部分よりも電気銅が厚くなったり、電解液成分が液面付近で濃縮、析出され、結晶としてカソードに固着しやすくなるため、得られる電気銅の外観品質が悪化するという問題がある。
【０００４】
そのため、従来から、銅の電解精製プロセスにおいては、電気銅の外観品質の向上を目的として、電解液の液面レベルを定期的に上下させる連続液面調整を行っている。このような液面調整を行う装置としては、例えば図１及び図２に示すように、電解槽１の内部と堰板２の開口部２ａで連通する排液ボックス３を設け、排液ボックス３内にそれぞれ異なる高さの排液口４ａ、４ｂを有する第１排液配管５及び第２排液配管６を備えたものが知られている。
【０００５】
図１の液面調整装置では、第１排液配管５は排液口４ａが上向きに開口したパイプ堰５ａを備え、第２排液配管６は排液口４ｂが排液ボックス３の底面に開口していて、自動開閉弁７により開閉できるようになっている。一方、図２の液面調整装置では、第１排液配管５は同じパイプ堰５ａを有するが、第２排液配管の一端に排液口４ｂを下向きに開口させた逆Ｕ字型パイプ８を用いている。この逆Ｕ字型パイプ８の他端側にはサイフォン９が配置され、電磁開閉弁１０により開閉するようになっている。
【０００６】
上記いずれの液面調整装置の場合にも、第２排液配管６の排液口４ｂは第１排液配管５のパイプ堰５ａの排液口４ａよりも充分低い位置に設置されている。そして、第２排液配管６を自動開閉弁７により閉じるか又はそのサイフォン９を電磁開閉弁１０を開いて停止状態としたときは、電解液が排液ボックス３内に貯まってパイプ堰５ａの上端まで液面が上昇し、その排液口４ａからオーバーフローすることにより、電解槽１の液面がパイプ堰５ａの上端の高さ（上限レベル）に維持される。
【０００７】
これに対して、第２排液配管６の自動開閉弁７を開くか又はそのサインフォン９を電磁開閉弁１０を閉じて作動状態にすれば、排液ボックス３内の電解液は排液口４ｂから第２排液配管６に流れ出るため、電解槽１内の電解液の液面は堰板２の開口部２ａの下端の高さ（下限レベル）まで下降する。このように、自動開閉弁７の開閉又は電磁開閉弁１０によるサイフォン９の作動と停止をシーケンサーを用いて行うことによって、自動操作で電解槽１内の電解液の液面レベルを定期的に上下させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の液面調整装置において、図１の装置では、排液口４ｂが排液ボックス３の底面に開口しているため、配管中に溜まっているエアーが逆流して排液口４ｂから吹き出して、電解液が周囲に飛散して危険であるという欠点があった。また、図２の装置では、サイフォン９が作動してから実際に液面が下降を開始するまで相当の時間差があり、応答性が悪いという欠点があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の液面調整装置の欠点を解決し、排液配管に溜まったエアーの逆流による電解液の飛散がなく、作動の応答性に優れている、電解槽の液面調整装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供する電解槽の液面調整装置は、電解槽の内部と堰板の開口部によって連通する排液ボックスと、排液ボックス内にそれぞれ開口した排液口に連通する第１排液配管及び第２排液配管とを備え、該第１排液配管は上記排液口が堰板の開口部下端よりも上方で上向きに開口したパイプ堰を有し、該第２排液配管は上記排液口が堰板の開口部下端よりも下方で下向きに開口した逆Ｕ字型パイプを有すると共に、該第２排液配管に自動開閉弁を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電解槽の液面調整装置においては、前記パイプ堰の上端部に、その排液口の高さを段階的に変えることのできる回転式キャップを取り付け、電解槽内の電解液の上限レベルを制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の液面調整装置の具体例を図３及び図４に示す。電解槽１１の側壁には排液ボックス１３が設置してあり、電解槽１１の内部と排液ボックス１３とは堰板１２の開口部１２ａで連通している。尚、電解液は電解槽１１に連続的に供給され、且つ電解槽１１から堰板１２の開口部１２ａを通して排液ボックス１３に連続的に排出される。
【００１３】
この排液ボックス１３には、第１排液配管１５及び第２排液配管１６がそれぞれ排液口１４ａ及び１４ｂを通して連通している。即ち、第１排液配管１５は排液ボックス１３内にパイプ堰１５ａを有し、その上端の排液口１４ａは堰板１２の開口部１２ａの下端よりも上方で、上向きに開口している。また、第２排液配管１６は、一端が排液ボックス１３内で下向きに開口した排液口１４ｂをなす逆Ｕ字型パイプ１８を備え、その排液口１４ｂは堰板１２の開口部１２ａの下端よりも下方に位置している。
【００１４】
更に、第２排液配管１６には自動開閉弁１７が設けてあり、これをシーケンサー等の制御手段により開閉することによって、電解槽１１の液面レベルをパイプ堰１５ａの上端の排液口１４ａの高さ（上限レベル）と、堰板１２の開口部１２ａの下端の高さ（下限レベル）との間で、一定の時間間隔で自動的に調整することができる。
【００１５】
即ち、第２排液配管１６を自動開閉弁１７により閉じた状態では、堰板１２の開口部１２ａから流出した電解液が排液ボックス１３内に溜まり、パイプ堰１５ａの上端まで液面が上昇すると排液口１４ａからオーバーフローして、電解槽１１内の電解液の液面が上限レベルに維持される。第２排液配管１６の自動開閉弁１７を開くと、排液ボックス３内に溜まった電解液は排液口１４ｂから逆Ｕ字型パイプ１８を通って第２排液配管１６に流れ出し、電解槽１１内の電解液の液面を下限レベルまで下降させることができる。
【００１６】
上記したように全て自動で液面レベルを調整した場合、電解槽の液面の高さは上記の上限レベルと下限レベルの間の同じ範囲内で上下する。このとき、電解液の液面付近のフリー硫酸濃度の高い部分により、特に上限レベルの液面付近において、カソードの吊り手部分を切断する等の不具合が発生することがある。こののような場合には、液面の上限レベルのみを更に定期的に変化させることが好ましい。
【００１７】
液面の上限レベルを変化させる手段としては、パイプ堰の上端部に、その排液口の高さを段階的に変えることのできる回転式キャップを設ける方法が、最も簡単で且つ有効である。例えば、図５に示すように、パイプ堰１５ａの上端部外周面に突出ピン１９を固定し、そのパイプ堰１５ａの上端部外周に回転式キャップ２０を嵌め込む。この回転式キャップ２０の下端縁部には、突出ピン１９と係合できる深さの異なる切込み２０ａ、２０ｂ、２０ｃが設けてある。
【００１８】
この回転式キャップ２０を回転させ、その切込み２０ａ、２０ｂ、２０ｃのいずれかに突出ピン１９を係合させることにより、液面の上限レベルを容易に変更することができる。即ち、突出ピン１９に係合させる回転式キャップ２０の切込み２０ａ、２０ｂ、２０ｃが浅いほど、回転式キャップ２０の上端が元のパイプ堰１５ａの上端の排液口１４ａより高くなり、この上端が新たな排液口１４ｃとなって、液面の上限レベルを規制する。
【００１９】
尚、回転式キャップの回転は自動化も可能であるが、液面の上限レベルの調整は頻繁に行う必要がないので、ある程度長い時間間隔ごとに手動で回転させれば十分である。
【００２０】
【実施例】
図３及び図４に示す本発明の液面調整装置を用いて、電解槽１１内の電解液の液面レベルを調整しながら銅の電解精製操業を実施した。尚、パイプ堰１５ａの上端部には、図５に示す３段階の深さの切込み２０ａ、２０ｂ、２０ｃを有する回転式キャップ２０を挿着し、更に液面の上限レベルを調整した。
【００２１】
即ち、容量４.８ｍ３の電解液を入れた電解槽１１にアノード２７枚とカソード２６枚を装入し、電解液として銅濃度５０ｇ／ｌの硫酸銅溶液を１５〜２０リットル／分の流量で連続的に供給しながら、シーケンス制御により第２排液配管１６の自動開閉弁１７を開閉することにより、連続的に電解槽１１の液面レベルの調整を行った。また、パイプ堰１５ａの上端部に挿着した回転式キャップ２０は、３日毎に３段階の深さの切込み２０ａ、２０ｂ、２０ｃを順に突出ピン１９に手動で係合させた。
【００２２】
このようにして、約１５０ｋｇのカソードが得られるまで１０〜１１日連続的に通電を行ったところ、電解槽１１内の液面は上限レベル（回転式キャップ２０の上端）と下限レベル（堰板１２の開口部１２ａの下端）の間で自動的に連続して調整でき、問題なく銅電解精製を行うことができた。
【００２３】
また、従来のサイフォン式の連続液面調整装置では、サイフォンの作動信号の発信から液面が変動し始めるまで２〜５分の時間差が存在したが、本発明の装置ではこの時間差を解消することができた。更に、第２排液配管１６中に溜まったエアーが吹き出した場合でも、逆Ｕ字型パイプ１８の下向きの排液口１４ｂから排液ボックス１３の底に向かってエアーが吹き出すため、電解液が周囲に飛散する危険が無くなった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、銅の電解精製プロセスなどに用いる電解槽内の電解液の液面レベルを自動的に調整することができ、しかもその作動の応答性に優れると同時に、配管内に溜まったエアーの逆流による電解液の飛散をなくすことができる。従って、電解槽の液面管理が容易であると共に、銅の電解精製において、厚みが均一で外観品質に優れた電気銅を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の自動開閉弁式液面調整装置を示す概略の断面図である。
【図２】従来のサイフォン弁式液面調整装置を示す概略の断面図である。
【図３】本発明による液面調整装置の具体例を示す概略の一部切欠斜視図である。
【図４】本発明による液面調整装置の具体例を示す概略の断面図である。
【図５】本発明の液面調整装置に用いる回転式キャップを示す概略の斜視図である。
【符号の説明】
１、１１  電解槽
２、１２  堰板
２ａ、１２ａ  堰板の開口部
３、１３  排液ボックス
４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  排液口
５、１５  第１排液配管
６、１６  第２排液配管
７、１７  自動開閉弁
８、１８  逆Ｕ字型パイプ
９  サイフォン
１０  電磁開閉弁
１９  突出ピン
２０  回転式キャップ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  切込み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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