(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽内の電解液の液面を自動制御する装置であって、該電解槽の内部と連通する流出部と、該流出部内で電解液の最高液面で開口する第１排液配管と、該流出部内で電解液の最低液面よりも低い位置で開口する第２排液配管と、第２排液配管に接続する開閉弁と、該開閉弁の開閉により電解液の液面を制御する制御手段とを有し、流出部が電解液の最低液面を調整するＶ字状の孔を備える堰板で電解槽と区切られ、該堰板を介して電解液が通流する排液ボックスであり、前記第１排液配管の開口部および第２排液配管の開口部が該排液ボックス内に配置されていることを特徴とする銅の電解精製用の電解槽用液面自動制御装置。
【請求項２】
複数の電解槽の各々の内部と連通する流出部と、各流出部内で電解液の最高液面で開口する第１排液配管と、各流出部内で電解液の最低液面よりも低い位置で開口する第２排液配管と、それぞれの第２排液配管に接続する共通で１つの開閉弁と、該開閉弁の開閉により電解液の液面を制御する制御手段とを有し、流出部が電解液の最低液面を調整するＶ字状の孔を備える堰板で電解槽と区切られ、該堰板を介して電解液が通流する排液ボックスであり、前記第１排液配管の開口部および第２排液配管の開口部が該排液ボックス内に配置されていることを特徴とする銅の電解精製用の電解槽用液面自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解槽に関し、特に、該電解槽の液面自動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銅の電解精製は、薄銅板製の種板に、導電性吊手部材を取り付け、導電性の棒状部材であるクロスビームに、前記吊手部材を通したカソードと、粗銅を鋳込んだアノードとを交互に装入した電解槽に電解液を通流し、アノードとカソード間に通電して行う。電気銅の製造操業は、通常、同時に複数の電解槽に通電して行う。
【０００３】
しかし、電解精製の全通電期間を通じて電解液の液面を同じレベルに維持した場合、アノードの液面部分が溶解する問題や、液面部分で電気銅が厚くなり、電気銅の荷姿が悪くなるという問題があった。
【０００４】
また、特に、カソードの吊手部材と種板とを接合した部分（打ち抜きかしめ部）で、銅が厚く電着するために、製品の電気銅を積み重ねたときに荷崩れし易いという問題があった。
【０００５】
さらに、電解液の成分が気液境界面で濃縮、析出され、結晶としてカソードに固着するなどして電気銅の荷姿、外観が悪化する問題があった。この問題に対して、特開平８−２７７４８３号公報に開示されているように、電解槽の電解液の液面を変化させる電気銅の製造方法が開発された。しかし、電解槽の液面のレベル調整は作業者の感覚判断によって行われ、具体的には、電解槽から電解液を排出するための孔を有する堰板を、手作業で操作して排液量を調節し、電解槽の液面レベルを一定時間ごとに上昇あるいは下降させた。そのため、連続した調整とならず、液面レベルが一定に保持される時間が継続したり、また液面レベル間隔が一定にならず、必ずしも充分に問題が解決されてはいなかった。さらに、電解槽の数が多い場合には、作業者の負担が大きいという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題を解決するために、本発明は、作業者の手間とならずに、自動的に電解液の液面を調整する手段を備え、荷姿の良い電気銅を製造できる電解槽用液面自動制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による銅の電解精製用の電解槽用液面自動制御装置は、該電解槽の内部と連通する流出部と、該流出部内で電解液の最高液面で開口する第１排液配管と、該流出部内で電解液の最低液面よりも低い位置で開口する第２排液配管と、第２排液配管に接続する開閉弁と、該開閉弁の開閉により電解液の液面を制御する制御手段とを有する。
【０００８】
本発明を複数の電解槽に適用する場合、複数の電解槽の各々の内部と連通する流出部と、各流出部内で電解液の最高液面で開口する第１排液配管と、各流出部内で電解液の最低液面よりも低い位置で開口する第２排液配管と、それぞれの第２排液配管に接続する共通で１つの開閉弁と、該開閉弁の開閉により電解液の液面を制御する制御手段とを有する。
【０００９】
さらに、流出部が、電解液の最低液面を調整するＶ字状の孔を備える堰板で電解槽と区切られ、該堰板を介して電解液が通流する排液ボックスであり、前記第１排液配管の開口部および第２排液配管の開口部が該排液ボックス内に配置される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、本発明の電解槽用液面自動制御装置は、銅電解の電解槽１に適用され、電解槽１の端部に位置して、電解槽１と連通する流出部すなわち排液ボックス３と、該排液ボックス３の内部に連通する第１排液配管１１および第２排液配管２２と、開閉弁３１および制御手段（図示せず）とからなる。図３に、排液ボックスの一部破断斜視図を示す。
【００１２】
電解槽１は、図示しないが、アノードとカソードを交互に並べる構造と、アノードとカソード間に通電する回路手段を含む。
【００１３】
排液ボックス３は、電解液４の最低液面Ｌ２を調整できる堰板２で電解槽１と区切られ、該堰板２の孔を介して電解槽１と排液ボックス３とを電解液４が通流する構造である。堰板２は、電解液を電解槽１から流出させる開口を有し、該開口は下部において下方へ絞られる形になっている。
【００１４】
第１排液配管１１の開口部は排液ボックス３内に位置し、該開口部から排液を続ける構造とするので、該開口部が電解槽１の最高液面Ｌ１となる。
【００１５】
すなわち、電解槽１の他端側から電解液４を給液し、堰板２の孔から電解液４が排液ボックス３に流入し、第１排液配管１１から排液されることになる。最高液面Ｌ１と電解槽１の縁との間隔Ｗ１は１５〜２０ｍｍ程度とし、最高液面Ｌ１と最低液面Ｌ２との間隔、すなわち液面の制御幅Ｗ２は３０〜４０ｍｍ程度とする。これらは、電解槽の形状と電極の電流密度と種板上端から吊手下端までの長さを勘案して決定する。また、排液ボックス３の容積は、排液の速度を考慮して決められる。
【００１６】
そして、本発明の特徴である第２排液配管２２の開口部は、排液ボックス３内に配置され、特に、操業停止時に排液ボックス３内の電解液を残さず排出するために排液ボックス３内の底部に配置される。
【００１７】
第２排液配管２２の途中に、開閉弁３１を設ける。そして、該開閉弁３１の開閉を制御する自動制御手段により、主に周期的に開閉させる。
【００１８】
該自動制御手段により第２排液配管２２からの排液を制御するが、排液ボックスと電解槽１とは前記堰板２により区切られていて、電解槽１の他端から給液され続けるので、堰板２のＶ字状の孔の途中まで液面が達すると、給液と排液の平衡により、液面の下降が停止する。該液面が最低液面Ｌ２となる。
【００１９】
電気銅の製造過程の初期は、開閉弁３１を閉じておくので、電解液４は第１排液配管１１から排出される。この時は、最高液面Ｌ１で排液が続くが、前述の問題点である液面での溶解や、電気銅の膨らみを防止するために、通電の過程途中において、前記自動制御手段により、開閉弁３１を開く。開閉弁３１を開いている間は、液面が下降し、最低液面Ｌ２に達する。このとき、堰板２の開口が下部で絞られているので、最低液面Ｌ２近くで、微調整が可能となる。一定時間通電後、開閉弁３１を閉じる。開閉弁３１を閉じると、液面が上昇し、最高液面Ｌ１に達する。
【００２０】
すなわち、開閉弁３１の開閉により、電解槽１の液面は上昇と下降を続けながら、最高液面Ｌ１と最低液面Ｌ２の間で変動する。このように、開閉弁３１の周期的な開閉を繰り返すことにより、次々と新しい液面で銅電解のための通電を行えば、液面に近い部分の電着量を制御でき、また、液面における諸現象を生じる位置が徐々に上下動するので、溶けて切断したり、一カ所が膨らみすぎることはない。
【００２１】
また、開閉弁３１の動作異常の発生を、槽電圧か、あるいは組電圧のトレンドで監視する。例えば、開閉弁３１が何らかの原因で開閉動作せず、電解槽１の液面が一定のままであれば、前記槽電圧や組電圧は一定値を示す。このことで、開閉弁３１および制御手段の異常が検知できる。
【００２２】
図２に、本発明の一実施例であり、複数の電解槽に適用した液面自動制御装置の側面図を示す。
【００２３】
複数の電解槽１で同時に電気銅を製造する場合には、それぞれの第２排液配管２２を第２排液集合配管２３でひとまとめにし、共通の開閉弁３１に接続する。それぞれの第１排液配管１１も、第１排液集合配管から排液を行う。このような構成によれば、一組の開閉弁３１と制御手段により、同時に複数の電解槽の液面を自動制御することができ、より効果的である。それぞれの電解槽１の最高液面は、第１排液配管１１の開口部で決定するので、全ての開口部の高さを調整する必要がある。そこで、排液ボックス３と第１排液配管１１との接続を、例えば図１、３に示したソケット１２のように、容易に調整できるように構成するとよい。高さ調整は、電解液をそれぞれに流入させれば、容易に行える。
【００２４】
なお、図１、２に示した実施例では、排液配管１１、２２を最終的に排液配管３３にまとめて１本化しているが、別々に排液槽につなげてもよい。また、堰板２の孔の形状は、図示したくさび型の他に楕円型などの形も採りうる。
【００２５】
さらに、排液配管１１、２２を、別個の排液ボックスに開口させてもよく、また、排液ボックスを省略して、排液配管１１、２２を電解槽１の槽壁に設けてもよい。
【００２６】
また、異なる形の開口を有する複数の堰板２を用意しておけば、微調整の幅が広がる。
【００２７】
（実施例）
次に、本発明の実施例について図を参照して説明する。
【００２８】
図１に示す本発明の液面自動制御電解槽を使用した。
【００２９】
電解槽１には、１０１５ｍｍ×１０１５ｍｍ×３８ｍｍのアノードを５１枚と、１０５０ｍｍ×１０７０ｍｍ×０．７〜０．８ｍｍのカソードを５０枚とを装入し、最低液面Ｌ２をカソード（種板）の吊手下端のレベルに調整し、かつ最高液面Ｌ１をカソード（種板）の上端のレベルに調整して、電解液を２５ｌ／ｍｉｎで流した。
【００３０】
得られた電気銅において、電気銅の打ち抜きかしめ部の厚さは、平均値が１０ｍｍであり、標準偏差が１ｍｍ、電気銅表面の高低差の標準偏差が５ｍｍであった。
【００３１】
また、同様の装置で液面を一定に維持して通電して得た電気銅では、電気銅の打ち抜きかしめ部の厚さは、平均値が１３ｍｍであり、標準偏差が３ｍｍ、電気銅表面の高低差の標準偏差が１０ｍｍであった。
【００３２】
本実施例が示すように、本発明の液面自動制御装置により、打ち抜きかしめ部の厚さを大幅に低減でき、ばらつきが少なく、電気銅の表面が滑らかになることがわかる。また、電気銅を重ねた荷姿が非常によく改善され、荷崩れなどの異常の発生する危険性が低くなった。
【００３３】
また、作業者の感覚判断によらないで液面管理をすることができるようになり、電解槽の液面レベルの管理に関する作業者の作業時間も、従来の４０％に低減することができた。
【００３４】
なお、本実施例は一例であり、適宜設計して各種の電気銅製造を行える。
【００３５】
【発明の効果】
電解槽の液面の制御が、個々の電解槽もしくは複数の電解槽において、個人差なく、自動的、連続的に実施でき、電気銅の打ち抜きかしめ部の厚さが薄くなり、電気銅の高低差が少なくなった。さらに、気液境界面での電解液成分の濃縮、析出による結晶の固着が減少することにより、電気銅の荷姿のばらつきが低減でき、電気銅の荷姿および外観が安定する。
【００３６】
これらのことにより、荷姿が不安定なために行っていた電気銅のフォークリフトなどでの差し替え作業がなくなり、電気銅の置き場スペースがより広く確保できるようになった。さらに、電解槽の液面の管理作業に必要な作業時間が低減できた。
【００３７】
また、通電の際に、電解槽の液面が一定に維持され続けることにより、液面付近における銅の酸化反応（Ｃｕ→Ｃｕ2+＋２ｅ- ）が生じて、カソードの吊手部分が切断することが抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の電解槽用液面自動制御装置の縦断面図を示す。
【図２】  本発明の一実施例であり、複数の電解槽に液面自動制御装置を適用した例を側面図で示す。
【図３】  排液ボックスの一部破断斜視図を示す。
【符号の説明】
１  電解槽
２  堰板
３  排液ボックス
４  電解液
１１  第１排液配管
１２  ソケット
１３  第１排液集合配管
２２  第２排液配管
２３  第２排液集合配管
３１  開閉弁
３３  排液配管
Ｌ１  最高液面
Ｌ２  最低液面
Ｗ１  縁部高
Ｗ２  制御幅
【図１】
0003769948.tif 000002
【図２】
0003769948.tif 000003
【図３】
0003769948.tif 000004