(57)【要約】不純物を含む亜鉛を複数段の精製段を有する精留塔に導いて亜鉛の精製を行う方法において、精留塔内を減圧に維持しながら亜鉛の蒸留を行うことにより不純物を除去し高純度亜鉛を得ることを特徴とする亜鉛の精製方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を含む亜鉛を複数段の精製段を有する精留塔に導いて亜鉛の精製を行う方法において、精留塔内を減圧に維持しながら亜鉛の蒸留を行うことにより不純物を除去し高純度亜鉛を得ることを特徴とする亜鉛の精製方法。
【請求項２】
減圧度が０．１〜５０００Ｐａである請求項１に記載の亜鉛の精製方法。
【請求項３】
精留塔が鉛塔とカドミウム塔を含み、鉛及びカドミウムを不純物として含む亜鉛を鉛塔に導いて脱鉛を行った後、カドミウムを含む亜鉛をカドミウム塔に導いて脱カドミウムを行うようにした請求項１に記載の亜鉛の精製方法。
【請求項４】
精留塔が脱カドミウム塔を含み、鉛及びカドミウムを不純物として含む亜鉛を脱カドミウム塔に導いて脱カドミウムを行い、鉛を含む亜鉛を得るようにした請求項１に記載の亜鉛の精製方法。
【請求項５】
カドミウム塔又は脱カドミウム塔における精留を加熱なしで行うようにした請求項３に記載の亜鉛の精製方法。
【請求項６】
金属、金属合金及び樹脂から成る群から選択される材料を使用して成形されることを特徴とする亜鉛の減圧精製用精留塔。
【請求項７】
不純物を含む、アルミニウム、銅、銀、金、銅及びカドミウムから成る群から選択される１種類の金属を複数段の精製段を有する精留塔に導いて前記金属の精製を行う方法において、精留塔内を減圧に維持しながら前記金属の蒸留を行うことにより不純物を除去し高純度金属を得ることを特徴とする金属の精製方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、省エネルギー化、設備の小型化、低コスト化等を達成できる金属、特に亜鉛の精製方法、及び該方法に使用可能な精留塔に関する。
背景技術
亜鉛の電解製錬では、純度９９．９９％以上の電気亜鉛（最純亜鉛）を生成する。一方、亜鉛の乾式製錬（ＩＳＰ、堅型蒸留、水平蒸留、電熱蒸留等）では、純度９８．５％以上の蒸留亜鉛（ＰＷ）を生成する。こうした純度の低い亜鉛（以下精留塔に供用する場合に粗亜鉛と呼ぶ）を電気亜鉛並のグレードにするために精留塔で精製し、９９．９９％以上の精留亜鉛（ＳＨＧ）にする。乾式製錬により得られる蒸留亜鉛中には主に金属鉛や金属カドミウムが不純物金属として含有され、電柱、橋及びガードレール等の溶融亜鉛めっき用として使用される。この蒸留亜鉛を精製して得られる精留亜鉛は更に高純度であるため、用途が幅広くかつ需要が高く（例えば電気めっき、自動車の車体用連続めっき）、市場規模が大きくなっている。
図１に従来から使用されている亜鉛精製用の精留工程における精留塔を示す。該精留塔は通常鉛、鉄、銅等の除去用精留塔（鉛塔）とカドミウム除去用精留塔（カドミウム塔）から成る。又図２ａに鉛塔の部分分解拡大図、図２ｂにカドミウム塔の部分分解拡大図を示す。
鉛塔１は複数（現状では粗亜鉛供給口より上の還流部のみで２４段）のトレイ２が積み重ねられた形態を有し、鉛塔１のほぼ中央部側面に粗亜鉛用の供給口３が設置され、この供給口３を通して粗亜鉛が鉛塔１内に供給される。粗鉱の製錬で得られるこの粗亜鉛は約９８．５％の亜鉛と、主な不純物としての鉛とカドミウムを含有している。
前記鉛塔１の亜鉛供給口３より下の部分の周囲には燃焼室４が設置されている。トレイ２上の溶融亜鉛５はトレイ２の上向き堰６をオーバーフローして直下のトレイ２に移動する。その一方、燃焼室４内方のトレイ２上の溶融亜鉛５は加熱により気化し、気化した亜鉛蒸気が上方のトレイ２に移動する。上方のトレイ方向に移動した亜鉛蒸気は燃焼室４より上方に達すると徐々に冷却されて一部が再度トレイ２上へ凝縮する。凝縮した溶融亜鉛５は再度トレイ２の上向き堰６をオーバーフローして直下のトレイ２に移動し、この繰り返しにより燃焼室４内方のトレイ２上に達し、燃焼室４による加熱により再度気化する。
主成分である亜鉛と不純物である鉛とカドミウムのうち蒸気圧が最も低い金属は鉛であり、亜鉛及びカドミウムより気化しにくいため、燃焼室４内方のトレイ２上に残りやすくなる。従ってこの気化−凝縮の繰り返しにより比較的多量の鉛を含む亜鉛が最下段のトレイ２に達し、鉛取出口７から取出される。
最上段のトレイ２上方に達したカドミウム蒸気を含む亜鉛蒸気は鉛塔１の上端部側方に向かう亜鉛蒸気取出口８を通して取出され、コンデンサー９に導かれる。該亜鉛蒸気取出口８内及びコンデンサー９内でカドミウム蒸気を含む亜鉛蒸気は冷却されてカドミウムを含む溶融亜鉛に変換される。
この溶融亜鉛は、６１段のトレイ１０が積み重ねられたカドミウム塔１１内に、該カドミウム塔１１の６１段のトレイ１０のほぼ中央部に設置された溶融亜鉛供給口１２を通して供給される。
前記カドミウム塔１１の溶融亜鉛供給口１２より下の部分の周囲には鉛塔の場合と同様に燃焼室１３が設置されている。鉛塔の場合と同様にして燃焼室１３によりカドミウム塔１１内の溶融亜鉛を加熱すると、亜鉛の蒸気圧がカドミウムの蒸気圧より低く気化しにくいため、溶融亜鉛１４は下方のトレイ１０に移動しやすく、他方カドミウムは蒸気となり亜鉛蒸気とともに最上段のトレイ１０に達し、該最上段のトレイ１０の上方空間内に形成されるコンデンサー１５により冷却されて溶融状態になって、亜鉛−カドミウム取出口１６からカドミウム塔１１外に取出される。
カドミウムがこのようにして塔外に取出されるため、カドミウム塔１１の下方側のトレイ１０上には殆どカドミウムを含まない純亜鉛が存在し、この純亜鉛がカドミウム塔１１底面に設置された亜鉛取出口１７から取出される。
この方法で得られる純亜鉛の純度は９９．９９％以上であり、純度的には満足できるレベルである。
しかし粗亜鉛から精留亜鉛への精製は精製効率を向上させるために高温（通常は約９００〜１１００℃）で実施され、そのため大量のエネルギーを必要とする。前述した通り現在の亜鉛精製では鉛塔の還流部のトレイ数を２４段、カドミウム塔のトレイ数を６１段として初めて純亜鉛の純度を９９．９９％以上にまで向上させることができる。これらの段数の多さは設備の大型化を招き、製造コストの高騰が不可避になる。
更にトレイを積み重ねて製造される精留塔は熱に依る劣化のため３年に１回程度材料を交換して積み替える必要があり、レンガ製の前記精留塔は機械的強度が劣り、地震等の自然災害に弱いといった欠点を有している。
又亜鉛以外の金属の精留塔を使用する精製においても、同様の欠点は指摘されている。
発明の開示
本発明は、このような従来技術の欠点を解消し、低エネルギーで操業が実施でき、かつ小型で機械的強度も高い精留塔を使用することにより、低コスト及び高操業効率で実施できる亜鉛等の金属精製方法、及び該方法に使用可能な精留塔を提供することを目的とする。
本発明は、不純物を含む亜鉛等の金属を複数段の精製トレイを有する精留塔に導いて金属精製を行う方法において、精留塔内を減圧に維持しながら前記金属の蒸留を行うことにより不純物を除去し高純度金属を得ることを特徴とする金属の精製方法、及び該方法に使用可能な精留塔である。
本発明の金属の精製方法、特に亜鉛の精製方法では、亜鉛精製用精留塔、例えば鉛塔及びカドミウム塔の少なくとも一方を減圧にして亜鉛の精製を行う。金属精製、特に亜鉛精製を減圧下で行うことにより次のような効果が得られる。
▲１▼　減圧下では精留塔の内圧が低下するため、大気圧下の精製と比較して、亜鉛等の金属の蒸気圧が低くても金属が気化して亜鉛精製が実施できる。換言すると加熱が弱くても亜鉛精製が行えることになり、省エネルギー化が達成できる。
▲２▼　従来の大気圧下での溶融金属の気化は沸騰状態にあり、溶融金属内部から激しく気泡が発生している状態である。従って気化する金属が飛沫になって溶融金属表面から飛散し、この時に本来気化しない低沸点金属も同伴して表面から離れやすくなる（飛沫随伴）。そのため分離効率つまり精製効率が低くなる。この欠点を解消するためにはトレイの段数を増加させる必要が生じる。
これに対し本発明の減圧精製では、沸騰させなくても十分な蒸発速度が得られるので、沸騰させないで蒸留操作を行えるため、気化する金属の飛沫飛散がないか、又はあるとしても非常に少ないため、低沸点金属の同伴がなくなり分離効率が向上する。しかも減圧下では金属間の蒸気圧差が大きくなり分離を容易に行うことが可能になる。これらは従来の精留塔のトレイ段数より少ないトレイ段数で同程度の精製が可能になることを意味し、従って本発明方法によれば精留塔の小型化及び建設コストの低減が達成できる。
更に条件に依っては、精留塔の加熱を必要とせずに不純物の分離が可能になる。つまり精留塔に供給される加熱された亜鉛の顕熱のみで亜鉛又は不純物の蒸発に必要な蒸発熱を担うことができる。精留塔の加熱が不要になると燃料費が節約できるだけでなく、精留塔に加熱設備を設置する必要がなくなり、コスト面で有利になるだけでなく、占有面積の低下にも寄与できる。
▲３▼　減圧精製を行うためには精留塔をシールして密閉度を高くしなければならないが、そのためには必然的に強度の高い材料を使用して精留塔を製造しなければならず、精留塔の機械的強度が増大して地震等に対して耐久性の高い精留塔による操業が可能になる。
▲４▼　操業温度が低いため、トレイの劣化が少なく長寿命となる。
本発明方法では、亜鉛等の金属精製に使用される精留塔の少なくとも１塔を減圧にして操業を行う。亜鉛精製では、一般的には鉛塔とカドミウム塔が使用され、本発明では両塔を減圧にして操業を行うことが望ましく、鉛塔とカドミウム塔のいずれか一方でも上述した効果が達成できる。又両塔の代わりに又は両塔に加えて両塔を接続するラインを減圧にして間接的に少なくとも一方の塔を減圧にするようにしても良い。
又亜鉛の精製の場合、カドミウムと鉛を主たる不純物として含有するが、カドミウム濃度の低い蒸気亜鉛を作るため、亜鉛精製における鉛塔を設置せずに、カドミウム塔のみで精製を行うようにしても良い（このカドミウム塔を脱カドミウム塔ともいう）。
減圧度は特に限定されず、減圧度が僅かであってもそれに応じた効果が得られる。好ましい減圧度は０．１〜５０００Ｐａであり、例えば従来と同じ純度である９９．９９％の精製亜鉛を得るために鉛塔の還流部の必要なトレイ段数は減圧度が２０Ｐａの場合３段であり、大気圧下の２４段から大きく減少する。更に従来と同じ純度の９９．９９％の精製亜鉛を得るために必要なカドミウム塔の全トレイ段数は減圧度が１２６０Ｐａで２６段、１９０Ｐａで１８段であり、いずれも大気圧下の６１段から大きく減少する。
精留塔を構成する材料は高減圧度に耐えることができかつ亜鉛等の金属や含有不純物と反応しない任意の材料を使用できるが、ステンレス等の金属や金属合金及び黒鉛やＳｉＣなどの耐火物を使用することが好ましい。
精留塔内を減圧にする手段は特に限定されず、ポンプによる吸引等の従来手段をそのまま使用すれば良い。ポンプ等の吸引手段を接続する精留塔の個所は精留塔内の金属が吸引されないように選択し、必要に応じてトラップ等を使用することが好ましい。
本発明方法における精製対象となる金属の１種である不純物を含む亜鉛は特に限定されないが、例えば従来の亜鉛製錬における熔錬工程終了時の、鉛とカドミウムを主たる不純物として含有する亜鉛含有量が約９８．５重量％の粗亜鉛に対して好ましく適用できる。
本発明方法に従って亜鉛精製を減圧下で行うと、常圧下で行う場合と比較して、次のような効果が生じる。▲１▼低温での操業が可能になり省エネルギー化が達成できる。▲２▼飛沫随伴によると推測される精製効率の低下がなくなり、しかも減圧下では金属間の蒸気圧差が大きくなり分離を容易に行うことが可能になる。従って従来の精留塔よりトレイ段数より少ない精留塔の使用で従来と同等又はそれ以上の精製が可能になり、精留塔の小型化及び建設コストの低減が達成できる。▲３▼減圧精製を行うために精留塔の機械的強度を上昇させることにより精留塔の耐久性が増し、又自然災害に対して耐性が高くなる。▲４▼操業温度が低いため、トレイの劣化が少なく、長寿命となる。
この亜鉛精製は、鉛塔とカドミウム塔を含む精留塔を使用して行っても、又脱カドミウム塔のみを含む精留塔を使用して行っても良く、前者の場合は、原料の鉛及びカドミウムを不純物として含む粗亜鉛が精製されて鉛及びカドミウムが除去された高純度（９９．９９％以上）の精留亜鉛（ＳＨＧ）が得られ、後者の場合はカドミウムが除去された鉛を含む亜鉛が得られる。後者の方法で得られる亜鉛中の鉛は用途によっては亜鉛に含まれることが望ましい場合があり、鉛塔の設置及び鉛塔での燃焼消費が不要になるため、低コスト及び高操業効率で目的とする亜鉛が得られる。
又本発明の減圧下に維持されたカドミウム塔や脱カドミウム塔に供給される溶融亜鉛は７００℃又はそれ以上の高温であることが多く、この温度は減圧下での自発的な蒸発を起こさせるために十分な温度であることが多く、従ってカドミウム塔等での精留を加熱なしで行えることになる。加熱が不要になると燃料費が節約できるだけでなく、加熱設備を設置する必要がなくなり、コスト面で有利になるだけでなく、占有面積の低下にも寄与できる。
発明を実施するための最良の形態
次に本発明方法に使用可能な精留塔の例を説明するが、本発明方法に使用可能な精留塔はこれに限定されるものではない。
図３は本発明方法に使用可能な精留塔を例示する概略図である。
鉛塔２１はトレイ２２が積み重ねられた形態を有し、複数のトレイ２２のほぼ中央部に粗亜鉛（フィードメタル）用の供給口（図示略）が設置され、この供給口を通して粗亜鉛が鉛塔２１内に供給される。
前記鉛塔２１の粗亜鉛供給口より下の部分の周囲には燃焼室２３が設置されて該燃焼室２３により鉛塔２１内が加熱されるとともに、鉛塔のコンデンサー２７の上部に鉛塔用導管２４を通して接続された鉛塔用ポンプ２５により鉛塔２１内が減圧に保持される。
供給された亜鉛は燃焼室２３により加熱されてトレイ２２上で加熱されて気化する。この気化の際に鉛塔２１内が減圧下にあるために、比較的弱い加熱でも金属の気化が進行する。図１に示した従来技術の場合と同様にして鉛が除去され、微量のカドミウム蒸気を含む亜鉛蒸気が鉛塔２１上側部の亜鉛蒸気取出口２６を通してコンデンサー２７に導かれ、該亜鉛蒸気取出口２６内及びコンデンサー２７内でカドミウム蒸気を含む亜鉛蒸気は冷却されてカドミウムを含む溶融亜鉛に変換される。
この溶融亜鉛は、内部にトレイ２８が積み重ねられかつ上部にカドミウム塔用導管２９を通してカドミウム塔用ポンプ３０が接続されたカドミウム塔３１内に供給され、従来技術の場合と同様にして亜鉛がカドミウムから分離される。この際にもカドミウム塔３１内が減圧下にあるために、比較的弱い加熱でも金属の気化が進行し、容易に亜鉛精製が進行して精留亜鉛（ＳＨＧ）が得られる。
なお本発明の他の態様では、鉛塔２１を設置せずに、粗亜鉛を（脱）カドミウム塔３１に供給するようにしても良く、カドミウム濃度の低い蒸留亜鉛（脱ＣｄＰＷ）が得られる。
次に状態図を使用して本発明方法を説明する。
図４ａは亜鉛−カドミウムの気液２成分系平衡状態図、図４ｂは図４ａの部分拡大図であり、常圧下の気相線及び液相線はＪ．ルムスデンの“Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　Ａｌｌｏｙｓ”より引用したもので、減圧下の気相線及び液相線は熱力学データを用い全圧、温度、組成間の関係式より算出したものである。
図４ａに示すように亜鉛とカドミウムは常圧下では８００〜９００℃付近で気液平衡に達し、常圧から圧力が減少するにつれて平衡温度も徐々に低下し、約１９０Ｐａでは４００〜４７０℃付近で気液平衡に達する。つまり減圧に維持することにより低温で蒸留し亜鉛−カドミウム混合物からカドミウムを除去して亜鉛の精製が可能になることを意味している。
更に図４ｂから明らかなように、高温例えば常圧下で８９１℃での液相線と気相線の間隔と低温例えば、約１９０Ｐａでカドミウム濃度の等しい４５３℃での液相線と気相線の間隔を比較すると、低温での間隔が広くなり、これは液相から蒸発する気相中のカドミウム濃度が高くなることを意味し、従って蒸留効率が上昇することになる。
次に亜鉛精製の鉛塔におけるエネルギー収支に関し説明する。鉛塔へ供給されるエネルギーは燃焼室による鉛塔の直接的な加熱と、鉛塔へ供給される亜鉛及び空気の予熱がある。
従来の大気圧下での操業では粗亜鉛は５９０℃に予熱してから鉛塔に供給され該予熱に必要なエネルギーは８．２７×１０６ｋｃａｌ／ｄａｙである。一方例えば本発明方法を５００℃で操業する場合粗亜鉛は５００℃に予熱すれば良く、該予熱に必要なエネルギーは７．２５×１０６ｋｃａｌ／ｄａｙである。
従来の大気圧下での操業では空気は７９０℃に予熱してから鉛塔に供給され該予熱に必要なエネルギーは１．４９×１０７ｋｃａｌ／ｄａｙである。一方５００℃で操業する場合は空気は２００℃に予熱すれば良く、該予熱に必要なエネルギーは２．５７×１０６ｋｃａｌ／ｄａｙである。
更に従来の操業で燃焼室で鉛塔を加熱するために必要なエネルギーは６．５９×１０７ｋｃａｌ／ｄａｙであり、５００℃で操業する際に必要なエネルギーは４．６７×１０７ｋｃａｌ／ｄａｙである。燃焼室による鉛塔加熱に必要なエネルギーをＬＰＧに換算すると、前者は６０００ｋｇ／ｄａｙで、後者では４２５０ｋｇ／ｄａｙあり、減圧精製を行うことにより鉛塔では約３０％のエネルギー削減が行えることが分かる。
従来使用された過剰エネルギーは金属の加熱に使用された後、放射熱、高温排ガス、高温の亜鉛−カドミウム蒸気、高温溶融鉛として鉛塔から取出され、供給エネルギーが多いだけでなく、取出された金属の冷却という煩雑な操作が必要であったが、本発明方法では供給エネルギーが少ない分、鉛塔からの放出エネルギーも少なく、後処理も簡単になる。
（実施例）
本発明に係わる亜鉛の精製方法に関する実施例を記載するが、本発明は該実施例に限定されるものではない。
実施例１
図５に示す試験装置を用いて亜鉛合金の減圧精製試験を行った。
円筒形のステンレス製減圧容器内に収容した有底円筒形の黒鉛製ルツボ内に亜鉛合金（亜鉛−鉛１．２重量％−カドミウム０．０８４重量％）を入れ、該減圧容器の下部周縁を炭化珪素製の発熱体で包み込み、電気炉内に設置した。減圧容器の上面から前記亜鉛合金に達するように熱電対を設置し、ペアとなる他の熱電対を発熱体に達するように設置して両熱電対により亜鉛合金の温度を測定できるようにした。
ルツボの上縁部に中央に開口を有する平板状のコンデンサーを載置し、その上に薄肉の円筒体を載せ、更にその上に同じコンデンサー、円筒体、コンデンサーの順に載せた。中央のコンデンサーの上下及び上側のコンデンサーの上方に相当する減圧容器の周囲に３個のドーナツ状の水冷ジャケットを設置した。
減圧容器上面の開孔にポンプ用導管を介して接続した真空ポンプを駆動し、かつ前記電気炉に通電することにより減圧容器内の亜鉛合金を所定温度及び所定の減圧度で熱処理できるようにした。
本実施例では温度及び減圧度を表１に示すように変化させてコンデンサーに捕捉される凝縮亜鉛中の鉛濃度を調べた。その結果を表１に示した。
比較例
精留塔の操業成績より次のようにして鉛濃度を推算した。
９０７℃、常圧（１０００００Ｐａ）でその他は実施例と同条件で蒸気亜鉛中の鉛濃度を表１に示す。
表１の結果から低温になるほど凝縮亜鉛中の鉛濃度が低くなることが分かる。これは低温になるほど鉛と亜鉛の蒸留圧差が大きくなり、亜鉛が鉛より多く蒸発するためであると推測できる。
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実施例２
複数の温度で実施例１と同じ実験を繰り返し、コンデンサーに捕捉された凝縮亜鉛（気相）とルツボ中に残留する残留亜鉛（液相）の組成を分析した。
次いで▲１▼式を使用して蒸発速度を算出し、図６に示す蒸発速度の温度依存性を得た。
蒸発速度（ｋｇ／ｍ２ｈｒ）＝（蒸発量）／（蒸発面積×蒸発時間）…………▲１▼
前記凝縮亜鉛と残留亜鉛の組成値から蒸発亜鉛中の鉛濃度及びカドミウム濃度の温度依存性を算出し、それぞれ図７及び図８のグラフに示した。
これらのグラフから分かるように、気相中の鉛濃度は温度上昇と共に増加し、気相中のカドミウム濃度は温度上昇と共に減少した。
更に鉛に関する複数の温度における蒸留効率を▲２▼式を使用して算出し、その結果を図９ａのグラフに示した。ここでａ１及びｂ１は図９ｂに示す通りである。
鉛の蒸留効率＝（気液平衡時の気相中の鉛濃度）／（実験での気相中の鉛濃度）＝ａ１／ｂ１…………▲２▼
次いでカドミウムに関する複数の温度における蒸留効率を▲３▼式を使用して算出し、その結果を図１０ａのグラフに示した。ここでａ２及びｂ２は図１０ｂに示す通りである。
カドミウムの蒸留効率＝（実験での気相中のカドミウム濃度）／（気液平衡時の気相中のカドミウム濃度）＝ａ２／ｂ２…………▲３▼
鉛塔及びカドミウム塔の解析
次に実施例で得られたデータを基に減圧下の鉛塔及びカドミウム塔（図３参照）の解析（段数計算及び熱計算）を行った。
▲１▼　鉛塔還流部及び燃焼室部段数及び燃料削減率
物質収支及び蒸留効率で補正した亜鉛−鉛気液状態図より各段の気液組成を決定した。
減圧度を１９０Ｐａとした鉛塔の亜鉛蒸気供給口に１．３％の鉛を含む５９０℃に加熱された粗亜鉛を５０トン／日で供給し、鉛塔塔頂での鉛含有量を２０ｐｐｍにするために必要な、６２０℃、６６０℃、７００℃及び７４０℃の各温度における鉛塔の燃焼室部及び還流部の段数と燃料量を算出した。
現行（常圧下）の条件では、鉛塔塔頂での鉛含有量を２０ｐｐｍにするために必要な段数は５６段であったが、本実施例での必要段数は、図１１に示す通り、前記温度の順に３４段、２３段、１９段及び２７段であり、７００℃における操業で段数を最小にできることが分かった。又各温度における燃料削減率は表２に示す通りで、燃料削減の面からは６２０℃での操業が好ましいことが分かった。
この条件で鉛塔の鉛取出口から４．５％の鉛を含有するランノフメタルが１５トン／日の割合で流出し、鉛塔の亜鉛蒸気取出口から２０ｐｐｍの鉛を含む亜鉛−カドミウム蒸気が３５トン／日の割合で取り出された。
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▲２▼　カドミウム塔還流部及び燃焼室部段数及び燃料削減率
物質収支及び蒸留効率で補正した亜鉛−カドミウム気液状態図より各段の気液組成を決定し、ポンション・サバリ法及び必要蒸発面積から必要段数を算出した。
減圧度を１９０Ｐａとしたカドミウム塔の溶融亜鉛供給口に１０００ｐｐｍのカドミウムを含む７００℃に加熱された溶融亜鉛を７０トン／日で供給し、得られるＳＨＧ中のカドミウム含有量を２０ｐｐｍにするために必要な、４６０℃及び５００℃の各温度におけるカドミウム塔の燃焼室部及び還流部の段数と燃料量を算出した。
現行（常圧下）の条件では、カドミウム含有量を２０ｐｐｍにするために必要な段数は６４段であったが、本実施例では、図１２に示す通り、前記温度の順に２０段及び１８段にできることが分かり、段数を１／３未満にすることができた。
又本実施例では前述の通り、カドミウム塔に供給される溶融亜鉛の温度を約７００℃にし、燃焼室部の加熱を行わなかったにもかかわらず、２０ｐｐｍのカドミウムを含む約５００℃の純亜鉛（ＳＨＧ）がカドミウム塔底面に設置された亜鉛取出口から６９．３トン／日の割合で取出された。
つまり供給する溶融亜鉛と精留塔内の溶融亜鉛との間の温度差（７００℃と５００℃）で、蒸発に必要中の蒸発潜熱を全て賄うことができたことを意味し、カドミウム塔の加熱を行うことなく操業ができ、減圧下で操業することにより、１００％の燃料削減が達成できた。
脱カドミウム塔の解析
本例では、図３に示すように、粗亜鉛を鉛塔を通し次いでカドミウム塔を通すという処理は行わず、亜鉛をカドミウム塔（本解析では脱カドミウム塔という）のみを通してカドミウム量を減少させた亜鉛を得ることを試みた。
物質収支及び蒸留効率で補正した亜鉛−カドミウム気液状態図より各段の気液組成を決定し、ポンション・サバリ法及び必要蒸発面積から必要段数を算出した。
減圧度を１９０Ｐａとしたカドミウム塔の溶融亜鉛供給口に７００ｐｐｍのカドミウムを含む７００℃に加熱された溶融亜鉛を１００トン／日で供給し、得られるＳＨＧ中のカドミウム含有量を１００ｐｐｍにするために必要な、５００℃及び５４０℃の各温度におけるカドミウム塔の燃焼室部及び還流部の段数と燃料量を算出した。
カドミウム含有量を１００ｐｐｍにするために必要な段数は、図１３に示す通り、前記温度の順に１４段及び１３段であることが分かった。
又本実施例では前述の通り、カドミウム塔に供給される溶融亜鉛の温度を約７００℃にし、燃焼室部の加熱を行わなかったにもかかわらず、１００ｐｐｍのカドミウムを含む約５４０℃の脱カドミウム蒸留亜鉛がカドミウム塔底面に設置された亜鉛取出口から９９．４トン／日で得られた。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来から使用されている亜鉛精製用の精留工程における精留塔を示す概略図である。
図２は、図１の精留塔の部分分解拡大図で、図２ａは鉛塔の部分分解拡大図、図２ｂはカドミウム塔の部分分解拡大図である。
図３は、本発明方法に使用可能な精留塔を例示する概略図である。
図４ａは亜鉛−カドミウムの気液２成分系平衡状態図、図４ｂは図４ａの常圧下及び減圧下の拡大図である。
図５は、実施例の亜鉛合金の減圧精製試験で使用した試験装置の断面図である。
図６は、実施例２における亜鉛合金の蒸発速度の温度依存性を示すグラフである。
図７は、気相中の鉛濃度の温度依存性を示すグラフである。
図８は、気相中のカドミウム濃度の温度依存性を示すグラフである。
図９ａは鉛の蒸留効率の温度依存性を示すグラフ、図９ｂは温度依存性を算出する際に必要な変数を示す図である。
図１０ａはカドミウムの蒸留効率の温度依存性を示すグラフ、図１０ｂは温度依存性を算出する際に必要な変数を示す図である。
図１１は、複数の温度における鉛塔の還流部と燃焼室部のトレイ段数を示すグラフである。
図１２は、複数の温度におけるカドミウム塔の還流部と燃焼室部のトレイ段数を示すグラフである。
図１３は、複数の温度における脱カドミウム塔の還流部と燃焼室部のトレイ段数を示すグラフである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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