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Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
るが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではな
い。
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。
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。
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。
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。
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。
ビスマスの品位を表1に併せて示した。
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。
を示す概略断面図である。
Claims (2)
- 【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1×10-3T
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。 - 【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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