(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗黄リンを加熱溶融して硝酸と攪拌混合し、リン中の砒素等の不純物を硝酸中に溶出させてリンを精製する高純度リンの製造方法であって、
必要量の濃度３５±４％硝酸と粗黄リンとを全量一度に反応容器に仕込み、反応容器の外周部を冷却すると共に、液温を検出して設定温度と比較し、検出液温と設定温度の差に基づいて攪拌速度を制御することにより液温を６２±３℃に保持することを特徴とする高純度リンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応液の温度をコントロールし粗黄リン中の不純物を除去し精製することにより高純度リンを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粗黄リン中の不純物を除去し精製する方法は、従来いくつか知られているが、比較的簡単な硝酸洗浄法が最も一般的に行われている。
硝酸洗浄法は、粗黄リンを融点以上に加熱溶融させて硝酸と攪拌混合し、リン中の不純物を硝酸に溶出させる方法である。
【０００３】
黄リン及び黄リン中の砒素等の不純物は、硝酸とそれぞれ反応してリン酸、砒酸等の形となって硝酸中に溶解するが、黄リンの酸化より不純物の方が酸化され易いので、黄リンの硝酸による酸化が進むにつれて、不純物の濃度が下がり黄リンの純度が高くなる。
従って、黄リン中の砒素が硝酸洗浄により溶出除去される状態は、図３に示す通りとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、硝酸洗浄法では、黄リン及び黄リン中の不純物の酸化が発熱反応であることから、液温の上昇を防がないと反応が暴走状態になり、反応熱により液が沸騰・突沸して危険な状態となる場合がある。
これを避けるため、従来は、硝酸濃度を低く設定する、硝酸の必要量を数回に分けて混合する、冷却手段を用いて液温上昇を抑制する等の方法がとられているが、これらは不純物を除去するための反応効率を阻害するという問題がある。
【０００５】
本発明は、リンの硝酸洗浄法における上記問題を解決するものであって、粗黄リン中の不純物を効率よく溶出除去することができ、処理時間を大幅に短縮できる生産性の高い高純度リンの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
粗黄リンを硝酸洗浄して砒素等の不純物を効率よく除去するためには、粗黄リンと必要量の硝酸とを全量一度に仕込むこと、一般的に採用されている硝酸濃度１０〜３０％、処理温度５０℃前後という条件をそれぞれ高めることが求められる。しかも、黄リン及び黄リン中の不純物と硝酸との反応が暴走状態となることなく安全に反応を進行させなければならない。
【０００７】
本発明の高純度リンの製造方法は、粗黄リンを加熱溶融して硝酸と攪拌混合し、リン中の砒素等の不純物を硝酸中に溶出させてリンを精製する高純度リンの製造方法において、必要量の濃度３５±４％硝酸と粗黄リンとを全量一度に反応容器に仕込み、液温を６２±３℃に保持することにより反応効率を向上させる。
硝酸の濃度が４０％以上だと反応が進みすぎて危険性が高くなり、３０％以下では反応効率が低くなる。硝酸の濃度は３５±１％とすることが好ましい。
【０００８】
また、液温が６５℃を超えると温度の上昇が速くなって危険性が高くなり、５９℃より低いと反応効率が低くなる。液温は６２±１℃に保持することが好ましい。
硝酸洗浄においては、攪拌により黄リンが粒子状となって硝酸中に分散し、硝酸と黄リンの接触面積が増大する。よって、攪拌混合の速度を制御することで、硝酸中に分散させる粒子数を増減させて硝酸と黄リンとの接触面積を増減させ、反応熱の発生量を制御し液温を調節することが可能である。
【０００９】
反応容器の外周部を冷却すると共に、攪拌速度の制御を行うようにすることで、液温を確実に６２±３℃に保持し、安全に反応を進行させることができる。
液温を検出して設定温度と比較し、検出液温と設定温度の差に基づいて攪拌速度の制御を行うようにすれば、自動的な液温の調節が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の際に使用される硝酸洗浄装置の一例を示す構成図、図２は硝酸洗浄装置の自動制御システムのブロック図である。
図１の反応容器１は、外周部を冷却するための冷却水容器２内に配置される。この反応容器１は、底部に攪拌子３を備えており、冷却水容器２の下には攪拌子３を駆動するためのマグネチックスターラー４が設けられている。反応容器１の下方の冷却水容器２の底部には、粗黄リンを加熱溶融するためのヒーター５が設けられている。また、反応容器１には、液温を検出するための熱電対６が取付けられている。
【００１１】
さらに、この硝酸洗浄装置は、反応時の液温を自動的に制御するための自動制御システムを備えている。自動制御システムには、図２に示すように、反応時の目標とする液温を予め設定し、熱電対６で検出された液温と設定温度と比較し、検出液温と設定温度の差に基づいてＰＩＤ演算を行い、マグネチックスターラー４に制御信号を送って攪拌子５の攪拌速度を制御する制御器７が設けられている。ここで、設定温度は６２℃となっている。
【００１２】
液温は硝酸と黄リンの反応熱と放熱・冷却とのバランスで決定される。放熱・冷却状態が一定の場合、設定温度より液温が低ければ、攪拌速度を上げ、硝酸中の黄リン粒子の分散を促進する。これにより、両者の接触面積が増大するので、反応熱が増加し液温が上がる。一方、設定温度より液温が高ければ、攪拌速度を下げ、硝酸中の黄リン粒子の分散を抑制する。これにより、両者の接触面積が減少するので、反応熱も減少し液温が下がる。
【００１３】
高純度リンを製造する場合には、この反応容器１に粗黄リンと必要量の濃度３５±４％硝酸とを入れ、ヒーター５で黄リンの融点以上に加熱して黄リンを溶解する。すると、比重差（黄リン１．８、３５％硝酸１．２）により液状リン１０と硝酸２０の２層に分離する。続けて加熱し５８℃となったところで加熱を止め、マグネチックスターラー４で攪拌子３を駆動して攪拌を開始する。
【００１４】
攪拌混合により、反応容器１中の液状リン１０は粒子状となって硝酸２０中に分散し、両者の接触面積が増加するのでその反応熱が発生し、さらに液温が上がる。液温が６２℃となったところで液温の制御を自動制御に切り替える。また、この時点で、反応容器１の外周部の冷却水３０による冷却を開始する。液温は一時的に下がるが、液温の低下によって攪拌速度が上がるので、温度が復帰して以後自動的に６２℃±３℃で保持される。
【００１５】
従って、一般的に採用されている硝酸濃度１０〜３０％、処理温度５０℃前後を上回る条件下で、安全に効率良く硝酸洗浄が進行し砒素等の不純物が除去されるので、高純度リンの生産性が向上する。
自動制御システムにより冷却効果を高くすれば、攪拌速度を上げて反応を促進させることができる。また、反応が進み硝酸が消費されても攪拌により反応の進行を補うという効用もある。
【００１６】
【実施例】
粗黄リンと硝酸の仕込量を表１に示す実施例Ｎｏ．１〜５の条件としてそれぞれ反応容器１に全量一度に入れ、ヒーター５で黄リンの融点以上に加熱して黄リンを溶解し、続けて加熱し５８℃となったところで加熱を止めて攪拌を開始した。液温が６２℃となったところで液温の制御を自動制御に切り替え、冷却水量、及び攪拌時間をそれぞれ表１に示す条件として処理を行い高純度リンを得た。
【００１７】
【表１】
0003599102.tif 000002
【００１８】
得られた高純度リンの収率と砒素濃度は、表１に示される通りであり、砒素濃度は何れも０．１ｐｐｍ以下であった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の高純度リンの製造方法によれば、粗黄リン中の不純物を効率よく溶出除去することができ、処理時間を大幅に短縮できる。また、反応中の液温を自動的に制御することで安全に処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の際に使用される硝酸洗浄装置の一例を示す構成図である。
【図２】硝酸洗浄装置の自動制御システムのブロック図である。
【図３】黄リン中の砒素が硝酸洗浄により溶出除去される状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１      反応容器
２      冷却水容器
３      攪拌子
４      マグネチックスターラー
５      ヒーター
６      熱電対
７      制御器
１０    液状リン
２０    硝酸
３０    冷却水
【図１】
0003599102.tif 000003
【図２】
0003599102.tif 000004
【図３】
0003599102.tif 000005