JP5042090B2 - 高純度酸化亜鉛粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
したがって、フランス法のような従来の方法で99.9999質量%水準の高純度酸化亜鉛を製造するためには、出発原料の金属亜鉛の不純物元素レベルを99.9999質量%以上にする必要がある。ところが、99.9999質量%以上の高純度金属亜鉛の価格は、純度99.99質量%程度の市販金属亜鉛の400倍以上と高価であるので、出発原料として純度99.9999質量%以上の高純度金属亜鉛を使用するのは、実用面で困難である。
工程(1):金属亜鉛を塩酸溶液に溶解する。
工程(2):工程(1)で得られた塩化亜鉛水溶液を酸化処理に付し、アンチモンをV価に酸化してから、陰イオン交換樹脂に接触させ、亜鉛及び不純物元素を吸着させた後、吸着後の樹脂に、塩酸濃度を変えた溶離液を通液して、該塩化亜鉛水溶液中に含有される不純物元素が濃集された溶離液と亜鉛が濃集された溶離液とに分離して回収する。
工程(3):工程(2)で得られた亜鉛が濃集された溶離液に、中和剤として水酸化アンモニウム(NH4OH)を添加して、水酸化亜鉛を得る。
工程(4):工程(3)で得られた水酸化亜鉛を、1200〜1400℃の温度でか焼に付す。
高純度酸化亜鉛粉末の製造方法が提供される。
本発明に高純度酸化亜鉛粉末の製造方法は、下記の工程(1)〜(4)を含むことを特徴とする。
工程(1):金属亜鉛を塩酸溶液に溶解する。
工程(2):工程(1)で得られた塩化亜鉛水溶液を酸化処理に付し、アンチモンをV価に酸化してから、陰イオン交換樹脂に接触させ、亜鉛及び不純物元素を吸着させた後、吸着後の樹脂に、塩酸濃度を変えた溶離液を通液して、該塩化亜鉛水溶液中に含有される不純物元素が濃集された溶離液と亜鉛が濃集された溶離液とに分離して回収する。
工程(3):工程(2)で得られた亜鉛が濃集された溶離液に、中和剤として水酸化アンモニウム(NH4OH)を添加して、水酸化亜鉛を得る。
工程(4):工程(3)で得られた水酸化亜鉛を、1200〜1400℃の温度でか焼に付す。
図1において、工程としては、金属亜鉛1の溶解工程2、陰イオン交換精製工程3、中和−ろ過工程4、及びか焼工程5から構成され、高純度酸化亜鉛6が得られる。
最初に、4Nレベルの金属亜鉛を塩酸に溶解し、その後不純物元素を調整して、塩酸濃度が5.5N−HCl、Zn濃度が40g/L、及びPb、Cd、Cu、Fe、Al、Ca、In、Ga、Sb、Snが各0.02g/Lを含有する塩酸水溶液を作製し、図2に示す陰イオン交換樹脂(三菱化学製、SA10A)を充填したカラムを用いたイオン交換装置による不純物元素の除去試験を実施した。図2において、前記イオン交換装置は、直径70mmで高さ1000mmの塩化ビニル製で、充填高さ700mmで、充填量は約2.7Lとした大型のカラム7と、その上部に設置された液供給のための複数のポリエチレン製容器8からなる。
ここで、陰イオン交換精製装置としては、図2と同形式の小型のものを用いた。前記イオン交換装置は、直径25mmで高さ400mmのパイレックス(登録商標)ガラス製で充填高さ250mmで、充填量は約120mLとした小型カラムと、その上部に設置された液供給のための複数のポリエチレン製容器からなる。
図5より、セメンテーション法によりスズは容易に塩酸水溶液中から分離除去することができることが分かる。
一方、アンチモンやスズが含まれている亜鉛メタルを出発原料とした場合においては、塩酸水溶液に過酸化水素等の酸化剤を添加して酸化処理に付し、アンチモンをV価に酸化した後、陰イオン交換精製工程に付すこと、或いは、陰イオン交換精製工程で得られた亜鉛が濃集された溶離液に、亜鉛粉末を添加し、セメンテーション法によるスズの除去工程を設けることにより、アンチモン、スズの分離除去が可能であることから、本発明の陰イオン交換精製工程において、亜鉛から全ての不純物元素を分離除去することが可能である。
この際の中和のpHとしては、7〜8が好ましい。すなわち、pHが8を超えると、亜鉛がアミン錯体を形成して溶解するので、亜鉛の回収率が低下する。一方、pHが7未満では、亜鉛の中和が不十分であり、回収率が低下する。
その後、中和反応後の水酸化亜鉛は、ろ過後、水洗処理に付され、付着する母液の分離がなされる。
なお、塩素の除去は、熱力学的には、塩化亜鉛の方が、酸化亜鉛より安定であることから、塩素の除去反応としては、塩化亜鉛(亜鉛Cl2)の酸素による分解反応ではなく、亜鉛Cl2の形で熔融揮発すると考えられ、より高温下でか焼に付す方が、塩化亜鉛の蒸気圧が高くなるので、塩素除去には有利である。
したがって、か焼の際に用いる雰囲気としては、亜鉛が還元されることなく酸化亜鉛が生成される雰囲気が用いられるが、空気雰囲気又は不活性ガス雰囲気が好ましい。
図6より、1200℃以上の高温でか焼して得られた酸化亜鉛中の塩素品位は、分析下限値の5ppm以下となることが分かる。
金属亜鉛を用いて、下記の工程(1)〜(4)に付し、高純度酸化亜鉛を得た。
(1)塩化亜鉛水溶液の生成
表3に示した4Nレベル純度の市販の電気亜鉛を塩酸溶液に溶解し、亜鉛濃度約40g/L、5.5N HClの塩化亜鉛水溶液を得た。
(2)工程(2):イオン交換精製工程
図2に示す陰イオン交換樹脂(三菱化学製、SA10A)を充填した大型カラムを設置したイオン交換装置を用いた。まず、上記塩化亜鉛水溶液をローディング液として用い、その2Lを90ml/minの速度でカラムに通液後、順次、不純物元素の溶離液として、5.5N−HCl10L及び1N−HCl10L、さらに亜鉛の溶離液として0.2N−HCl10Lを通液した。また、最後に純水20Lを通液した。その後、得られた亜鉛の溶離液の不純物元素品位を求めた。結果を表5に示す。
(3)工程(3):中和−ろ過工程
次に、中和−ろ過工程として、上記イオン交換精製工程で得られた亜鉛が濃集された溶離液に、中和剤として高純度水酸化アンモニウム(NH4OH)を添加して、終点pHを7に調整し、その後ろ過して、水酸化亜鉛を得た。
(4)工程(4):か焼工程
次に、工程(3)で得られた水酸化亜鉛を、不活性のArガス雰囲気下に1300℃の温度で1時間か焼に付した。その後、得られた酸化亜鉛中の不純物元素品位を求めた。結果を表6に示す。
2 溶解工程
3 陰イオン交換精製工程
4 中和−ろ過工程
5 か焼工程
6 高純度酸化亜鉛
7 カラム
8 ポリエチレン製容器
Claims (5)
- 下記の工程(1)〜(4)を含むことを特徴とする高純度酸化亜鉛粉末の製造方法。
工程(1):金属亜鉛を塩酸溶液に溶解する。
工程(2):工程(1)で得られた塩化亜鉛水溶液を酸化処理に付し、アンチモンをV価に酸化してから、陰イオン交換樹脂に接触させ、亜鉛及び不純物元素を吸着させた後、吸着後の樹脂に、塩酸濃度を変えた溶離液を通液して、該塩化亜鉛水溶液中に含有される不純物元素が濃集された溶離液と亜鉛が濃集された溶離液とに分離して回収する。
工程(3):工程(2)で得られた亜鉛が濃集された溶離液に、中和剤として水酸化アンモニウム(NH4OH)を添加して、水酸化亜鉛を得る。
工程(4):工程(3)で得られた水酸化亜鉛を、1200〜1400℃の温度でか焼に付す。 - 前記金属亜鉛は、不純物元素として、鉛、カドミウム、鉄、銅、銀、タリウム、アンチモン又はスズから選ばれる少なくとも1種の元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の高純度酸化亜鉛粉末の製造方法。
- 前記工程(3)で中和のpHは、7〜8であることを特徴とする請求項1に記載の高純度酸化亜鉛粉末の製造方法。
- 前記工程(4)でか焼の雰囲気は、空気雰囲気又は不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項1に記載の高純度酸化亜鉛粉末の製造方法。
- さらに、前記工程(2)で得られた亜鉛が濃集された溶離液に、亜鉛粉末を添加し、セメンテーション法によるスズの除去工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の高純度酸化亜鉛粉末の製造方法。
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