亜鉛電解採取における鉛基合金電極材料の開発に関する基礎研究

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現行の湿式亜鉛製錬では、電解に要する電力消費量が製錬所全体のコストの半分以上を占めており、その低減が大きな課題である。さらに、電力消費量の低減は環境問題への寄与という面でも重要である。現行の亜鉛電解採取に用いられているアノードは、一般に銀を約1%含有する鉛合金であるが、酸素過電圧が高いという欠点がある。本研究では、亜鉛電解採取における電解電圧の低減を目的とし、Pb-AgアノードにCaを添加したPb-Ag-Caアノードについて基礎的な実験を行った。また、アルコール類を減極剤として添加した実験も行った。その結果、Pb-Ag-Caアノードは、電位の低下に寄与するAg含有量を現行のPb-1%Agアノードの半分0.5%としてもCa含有量が0.4%以上であれば現行のPb-1%Agアノードよりも電位が低下する。Pb-Ag-Caアノードは、焼鈍を行うことでさらにアノード電位が低下し、焼鈍時間が長くなるほど電位は低下した。これらアノード電位の低下についてアノード酸化物皮膜の影響について調べたところ、Pb-Ag-Caアノードは、酸化物皮膜の生成がPb-Agアノードよりも早いことがわかった。電解後のアノード表面のX線回折結果より、現行のPb-Agアノードの酸化物皮膜は主にα-PbO_2が、電位の低下が見られたPb-Ag-Caアノードにはβ-PbO_2が多く確認された。したがって、アノード上に生成するβ-PbO_2が電位低下の一因であることが考えられた。減極剤としてエチレングリコールを電解液中に添加した電解実験により、電解電圧の低下が確認された。アノード反応は水の電気分解ではなく、エチレングリコールの酸化反応であることが考えられた。電位の低下による電力コストの低減と、添加物の費用を考慮すると現在のところ大きなメリットは得られない。