(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カドミウム原料を真空溶解して高純度カドミウムを製造する方法において、電気炉内で原料るつぼと回収鋳型を耐熱材からなる内筒と外筒の二重の筒内に封体し、該原料るつぼに装入された原料カドミウムを温度３５０℃以上、真空度１×１０-2Ｔｏｒｒ以下で真空蒸留することにより、蒸発させたカドミウムを該原料るつぼ上の前記内筒の表面に接触させて凝縮させ該原料るつぼ下方の該回収鋳型に回収してインゴットとし、さらに前記凝縮後のガスを該回収鋳型の下方で冷却して固化し、銅、銀、鉛、タリウムの含有量がそれぞれ０.０１ｐｐｍ未満で、かつガス成分以外の不純物量が１ｐｐｍ未満である純度９９.９９９９％以上の高純度カドミウムを得ることを特徴とする高純度カドミウムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、純度９９．９９％程度の市販金属カドミウム等から真空蒸留精製により、純度９９．９９９９％以上の高純度カドミウムを製造する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に金属カドミウムは、カドミウムを含む硫酸浴を不溶性陽極とアルミニウム陰極で電解して、陰極上に純金属カドミウムを析出させて得る電解法が知られている。この方法は、原料として亜鉛製錬煙灰や亜鉛電解で発生する精製滓の中に含有される数％〜数十％のカドミウムを硫酸液で溶解し、再び亜鉛板や亜鉛末で置換析出した海綿状のものからＣｄ５０〜６０ｇ／ｌの純電解液を作り、電流密度１．５Ａ／ｄｍ2 で電解して純カドミウムを得る方法である。これらの方法によって得られた粗カドミウムを原料として、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％の純度を有する金属カドミウムが市販されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の帯溶融法や、電解精製法によって得られる金属カドミウムの純度は９９．９〜９９．９９％程度であり不純物として含有される銅、銀、鉛はいずれも１０ppm 以上含まれていた。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カドミウム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。
【０００４】
したがって本発明の目的は、従来の電解溶融法ではカドミウムとの完全分離が困難でった銅、銀、タリウム、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％以上の高純度カドミウム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。
【０００５】
【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カドミウム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、蒸発したカドミウム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％以上の高純度カドミウムが得られることを見いだし本発明に到達した。
【０００６】
すなわち本発明は、カドミウム原料を真空溶解して高純度カドミウムを製造する方法において、電気炉内で原料るつぼと回収鋳型を耐熱材からなる内筒と外筒の二重の筒内に封体し、該原料るつぼに装入された原料カドミウムを温度３５０℃以上、真空度１×１０-2Ｔｏｒｒ以下で真空蒸留することにより、蒸発させたカドミウムを該原料るつぼ上の前記内筒の表面に接触させて凝縮させ該原料るつぼ下方の該回収鋳型に回収してインゴットとし、さらに前記凝縮後のガスを該回収鋳型の下方で冷却して固化し、銅、銀、鉛、タリウムの含有量がそれぞれ０.０１ｐｐｍ未満で、かつガス成分以外の不純物量が１ｐｐｍ未満である純度９９.９９９９％以上の高純度カドミウムを得ることを特徴とする高純度カドミウムの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の高純度カドミウムの製造装置は、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。
【０００８】
この場合、原料カドミウムとして市販金属カドミウム（純度９９．９９％程度）を原料るつぼ５に適量入れ、電気炉で３５０℃以上、好ましくは３５０〜５００℃の温度範囲にすると共に、真空度を１×１０-2Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１×１０-2〜１×１０-3Ｔｏｒｒの範囲に制御すると原料るつぼ内の原料カドミウムが融解・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。
【０００９】
原料カドミウム中に含有される不純物のうち、カドミウムより蒸気圧の低いアルミニウム、ケイ素、カルシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、亜鉛、タリウム、鉛、ビスマスは原料るつぼ５内に残留し、逆に蒸気圧の高いナトリウム、硫黄、塩素、カリウム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。
【００１０】
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カドミウム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カドミウム製品を精製・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。
【００１１】
このようにして得られた高純度カドミウムをグロー放電質量分析装置で分析したところ、カルシウムが０．０３ppm 未満であり、ナトリウム、アルミニウム、ケイ素、硫黄、塩素、カリウム、鉄、ニッケル、銅、銀、亜鉛、タリウム、鉛、ビスマスがそれぞれ０．０１ppm 未満で、かつガス成分以外の不純物が１ppm 未満の値を示していた。
【００１２】
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、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ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る数値が９９．９９９９％以上の場合をもって純度９９．９９９９％以上の高純度カドミウムと定義した。
【００１３】
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。
【００１４】
【実施例１】
図１の高純度カドミウム製造装置を参照して以下説明する。先ず、純度９９．９９％の市販金属カドミウム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。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。真空排気装置２で排気して内筒４の真空度を１×１０-2Ｔｏｒｒとすると共に、炉温を３５０℃一定で５時間精製したところ、原料中のカドミウム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。この粒状カドミウム９９ｇを回収し、その品位を表１に示した。
【００１５】
一方、カドミウムより蒸気圧の高いものはガス状のまま排気装置２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内に吸引され、水冷フランジ７により冷却され固化した。この固化物を分析したところ、その主成分はナトリウム、硫黄、塩素、カリウムなどいずれも蒸気圧の高い物質であることがわかった。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、その主成分はアルミニウム、ケイ素、カルシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、亜鉛、タリウム、鉛、ビスマスなどの蒸気圧の低い物質であることがわかった。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
【実施例２】
純度９９．９９％の市販金属カドミウム１００ｇを原料るつぼ５に入れて、真空度を１×１０-3Ｔｏｒｒ、加熱温度を４５０℃として実施例１と同様に精製を行い、精製カドミウム９９ｇを得た。この品位を表１に併せて示した。
【００１８】
【比較例１】
比較のため、純度９９．９９％の市販金属カドミウムの品位を表１に併せて示した。
【００１９】
【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、原料るつぼで溶解したカドミウム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カドミウム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
【図１】
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