JPH10158754A - 高純度ビスマスの製造方法及び製造装置 - Google Patents

高純度ビスマスの製造方法及び製造装置

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JPH10158754A
JPH10158754A JP8330367A JP33036796A JPH10158754A JP H10158754 A JPH10158754 A JP H10158754A JP 8330367 A JP8330367 A JP 8330367A JP 33036796 A JP33036796 A JP 33036796A JP H10158754 A JPH10158754 A JP H10158754A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電解溶融法ではビスマスとの完全分離
が困難であったアルミニウム、硫黄、ニッケル、銀、鉛
等を分離できる新規な精製手段を開発し、純度99.9
9%程度の市販金属ビスマス等から純度99.9999
%以上の高純度ビスマスを製造できる方法と装置を提供
する。 【解決手段】 純度99.99%の市販金属ビスマスを
原料るつぼ5に入れ、回収鋳型6中央部に設置した吸入
台9の上に固定して電気炉1内に装入する。原料るつぼ
5と回収鋳型6は石英製外筒3と内筒4で二重に封体さ
れており、真空排気装置2によって内筒4内を真空度1
×10-3Torrとする共に炉温を650℃一定で、1
時間精製する。ビスマスは内筒4の面に接触して次第に
凝縮し、粒状になってるつぼ5の下に設けた回収鋳型に
落下する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、純度99.99%
程度の市販金属ビスマス等から真空蒸留精製により、純
度99.9999%以上の高純度ビスマスを製造する方
法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に金属ビスマスは、自然ソウエンや
キソウエン等の鉱石を比重選鉱により濃縮して、反射炉
内で炭素、鉄、融剤を添加して粗ビスマスを得、次いで
この粗ビスマスを精製して金属ビスマスとする方法が知
られている。
【0003】その他の方法としては、鉛電解におけるア
ノードスライムから回収する方法も知られているが、こ
の方法は、上記アノードスライムを反射炉で溶融してス
ラグと金属分とに分離し、得られた金属分中のビスマス
をさらに反射炉中で酸化処理してスラグと金銀地金とに
分離する。さらにこのスラグを反射炉内で還元して粗ビ
スマスを得る方法である。
【0004】こららの方法によって得られた粗ビスマス
を原料として、帯溶融法や電解精製法によって純度を上
げ、現在では99.99−99.999%の純度を有す
る金属ビスマスが市販されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の帯溶融法や電解
精製法によって得られる金属ビスマスの純度は99.9
9〜99.999%程度であり、電解法によるビスマス
中の不純物として硫黄、銀はいずれも20ppm 以上含ま
れていた。
【0006】上記の金属をさらにゾーン精製法によって
精製する手段もあるが、精製後の切断加工の必要性と汚
染の危険があることから、精製時の処理量の制約や精製
ビスマスをインゴットにする場合には鋳造時の不純物の
混入による汚染の問題があった。
【0007】したがって本発明の目的は、従来の電解溶
融法ではビスマスとの完全分離が困難であったアルミニ
ウム、硫黄、ニッケル、銀、鉛等を分離できる新規な精
製手段を開発することによって純度99.9999%以
上の高純度ビスマスを直接インゴット状で製造できる製
造方法と製造装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべく鋭意研究の結果、外筒と内筒からなる二重の
石英筒で封体した内部に原料ビスマスが装入される原料
るつぼとこれに連接して設けられる回収鋳型を配置して
真空蒸留を行い、蒸発したビスマスを石英筒面に凝縮さ
せ、これを回収鋳型に回収するようにすれば、従来より
も簡易な構造でしかも精製から鋳造までを一回の連続工
程で処理できる上、汚染が少ないので、含有する不純物
が1ppm 未満の純度99.9999%以上の高純度ビス
マスが得られることを見いだし本発明に到達した。
【0009】すなわち本発明の第1は、ビスマス原料を
真空溶解して高純度ビスマスを製造する方法において、
原料るつぼに装入された原料ビスマスを温度650℃以
上、真空度1×10-3Torr以下で真空蒸留すること
により、蒸発させたビスマスを原料るつぼに連接する回
収鋳型に回収してインゴットとし、不純物として硫黄、
カルシウム、鉛の含有量がそれぞれ0.05ppm 以下
で、かつガス成分以外の不純物量が1ppm 未満である純
度99.9999%以上の高純度ビスマスを得ることを
特徴とする高純度ビスマスの製造方法;第2に、真空精
製部と、これを加熱する電気炉を備えた加熱部とを主要
構成部とする高純度ビスマスの製造装置であって、上記
真空精製部がそれぞれ脱着可能に連接する原料るつぼと
回収鋳型、冷却トラップおよび水冷フランジとからな
り、かつ上記原料るつぼと回収鋳型が耐熱材からなる二
重の筒で封体されていることを特徴とする高純度ビスマ
スの製造装置を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の高純度ビスマスの製造装
置は、一例として図1の概略図に示す構造とすることが
できる。すなわち電気炉1内に配置された石英製外筒3
内を真空排気装置2により真空排気を行えるよう、上記
外筒3内に原料るつぼ5、回収鋳型6、鋳型中央部に設
けた吸入台9、吸入台下の冷却トラップ8、これを冷却
する水冷フランジ7を脱着可能に連接し、さらに原料る
つぼ上面に石英製内筒4を設けて外筒3と共に二重構造
となって封体されている。
【0011】この場合、原料ビスマスとして市販金属ビ
スマス(純度99.99%程度)を原料るつぼ5に適量
入れ、電気炉で650℃以上、好ましくは650〜90
0℃の温度範囲にすると共に、真空度を1×10-3To
rr以下、好ましくは1×10-3〜1×10-4Torr
の範囲に制御すると原料るつぼ内の原料ビスマスが融解
・蒸発し、該るつぼ5と上部の内筒4との間に落下し
て、るつぼ底部に連接する回収鋳型6の中に回収され
る。
【0012】原料ビスマス中に含有される不純物のう
ち、ビスマスより蒸気圧の低いアルミニウム、ケイ素、
鉄、ニッケル、銅、銀、鉛は原料るつぼ5内に残留し、
逆に蒸気圧の高い、ナトリウム、硫黄、塩素、カルシウ
ム、カリウム、亜鉛、アンチモン、テルルは凝縮するこ
となく気体状で真空排気装置2によってるつぼ底部に設
けられた吸入孔を通って冷却トラップ8内に吸収され、
水冷フランジ7の働きにより冷却されて固化する。
【0013】本発明においては、予め、回収用の鋳型の
形状を精製後の次工程で用いる鋳型の形状にしてあるた
め、従来法のように精製されたビスマスを再度鋳造する
必要はなく、このため汚染の少ない高純度ビスマス製品
を精製・鋳造の工程を区別することなく一回の処理で製
造できる。
【0014】このようにして得られた高純度ビスマスを
グロー放電質量分析装置で分析したところ、硫黄、カル
シウム、鉛が共に0.05ppm 以下であり、ナトリウ
ム、アルミニウム、ケイ素、塩素、カリウム、鉄、ニッ
ケル、銅、銀、亜鉛、アンチモン、テルルがそれぞれ
0.01ppm 以下で、かつガス成分以外の不純物の合計
が1ppm 未満の値を示していた。
【0015】したがって、本発明においては測定対象元
素をNa、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Fe、N
i、Cu、Ag、Zn、Sb、Pb、Teとし、グロー
放電質量分析装置により定量分析を行い、得られた不純
物含有量の総和を100%から差し引いて得られた数値
が99.9999%以上の場合をもって純度99.99
99%以上の高純度ビスマスと定義した。
【0016】以下、実施例により本発明をさらに説明す
るが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではな
い。
【0017】
【実施例1】図1の高純度ビスマス製造装置を参照して
以下説明する。先ず、純度99.99%の市販金属ビス
マス100gを原料るつぼ5に入れ、回収鋳型6中央部
に設置した吸入台9上に固定した後、図1に示すように
電気炉1内に装入した。
【0018】この場合、原料るつぼ5と回収鋳型6の上
面には、石英製の外筒3と内筒4とが設けられ、真空排
気装置2によって内筒4内部が真空状態となる構造であ
る。
【0019】真空排気装置2で排気して内筒4の真空度
を1×10-3Torrとすると共に炉温を650℃一定
で1時間精製したところ、原料中のビスマスはいったん
蒸発した後、原料るつぼ5上の内筒4の面に接触して次
第に凝縮し始め、粒状になって原料るつぼ5の底部に設
けた回収鋳型6の中に落下した。この粒状ビスマス90
gを回収し、その品位を表1に示した。
【0020】一方、ビスマスより蒸気圧の高いものはガ
ス状のまま排気装置で吸引され、吸入台9の上部に設け
られた吸入孔を通過して冷却トラップ8上で固化した。
この固化物を分析したところ、その主成分はビスマス
で、ナトリウム、硫黄、塩素、カリウム、カルシウム、
亜鉛、アンチモン、テルルなどいずれも蒸気圧の高い物
質が多く含まれていることがわかった。併せて原料るつ
ぼ内に残っている金属を分析したところ、その主成分は
ビスマスで、アルミニウム、ケイ素、鉄、ニッケル、
銅、銀、鉛などの蒸気圧の低い物質が原料より多く含ま
れていることがわかった。
【0021】
【表1】
【0022】
【実施例2】純度99.94%の市販金属ビスマス10
0gを原料るつぼ5に入れて、真空度を1×10-4To
rr、加熱温度を850℃として実施例1と同様に精製
を行い、精製ビスマス92gを得た。この品位を表1に
併せて示した。
【0023】
【比較例1】比較のため、純度99.94%の市販金属
ビスマスの品位を表1に併せて示した。
【0024】
【発明の効果】上述のように、本発明の方法に基づく製
造装置によれば、原料るつぼに溶解したビスマスは蒸発
して内筒表面に凝縮し、鋳型に回収されてインゴットを
形成するので、従来必要とされていた鋳造や後処理等の
複雑な工程に代わって、本発明の簡易な構造の製造装置
を用いることにより、精製から鋳造までの一連の工程を
汚染の危険が少ない一回の工程で行なえるようになり、
従来よりも分離精度が高くしかもコスト低減可能な精製
手段を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高純度ビスマスの製造装置の概要
を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 電気炉 2 真空排気装置 3 石英製外筒 4 石英製内筒 5 原料るつぼ 6 回収鋳型 7 水冷フランジ 8 冷却トラップ 9 吸入台

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビスマス原料を真空溶解して高純度ビス
    マスを製造する方法において、原料るつぼに装入された
    原料ビスマスを温度650℃以上、真空度1×10-3
    orr以下で真空蒸留することにより、蒸発させたビス
    マスを原料るつぼに連接する回収鋳型に回収してインゴ
    ットとし、不純物として硫黄、カルシウム、鉛の含有量
    がそれぞれ0.05ppm 以下で、かつガス成分以外の不
    純物量が1ppm 未満である純度99.9999%以上の
    高純度ビスマスを得ることを特徴とする高純度ビスマス
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 真空精製部と、これを加熱する電気炉を
    備えた加熱部とを主要構成部とする高純度ビスマスの製
    造装置であって、上記真空精製部がそれぞれ脱着可能に
    連接する原料るつぼ、回収鋳型、冷却トラップおよび水
    冷フランジからなり、かつ上記原料るつぼと回収鋳型が
    耐熱材からなる二重の筒で封体されていることを特徴と
    する高純度ビスマスの製造装置。
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