JP3838744B2 - 高純度セレンの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、純度99.99%程度の市販金属セレン等から真空蒸留精製により、純度99.9999%以上の高純度セレンを製造する方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に金属セレンは、セレンを含む粗銅を陽極として銅の電解精製を行い、セレンは金、銀、鉛等と共に沈澱物となって電解槽の底部に沈む。この沈澱物を水洗・乾燥させた後、円筒横型回転炉に入れ、空気を吹き込みながら加熱して700〜750℃で焙焼し、二酸化セレンのガスを得、そのガスを昇華室に入れて二酸化セレンの白色針状晶を得ている。
【0003】
更に、硫化鉱より硫酸を製造する工程で生ずるダストの中にも数十%のセレンを含むこともあるので、これらを原料として亜セレン酸溶液を作り、これに精製した二酸化イオウガスを通じ、還元させてセレンを作る方法もある。
【0004】
これらの方法によって得られた二酸化セレンを再結晶法あるいはイオン交換樹脂法で精製して99.995%の純度を有する金属セレンが市販されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の再結晶法やイオン交換樹脂法によって得られる金属セレンの純度は99.9〜99.995%程度であり、不純物として含有されるAl、Si、Feがいずれも1ppm 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セレン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セレンとの完全分離が困難であったAl、Si、Fe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%以上の高純度セレン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セレン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、蒸発したセレン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%以上の高純度セレンが得られることを見いだし本発明に到達した。
【0009】
すなわち本発明は、セレン原料を真空溶解して高純度セレンを製造する方法において、原料るつぼに装入された原料セレンを温度300℃以上、真空度1×10-2Torr以下で真空蒸留することにより、蒸発させたセレンを凝縮させ該原料るつぼ下方の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排気装置で吸引して該回収鋳型の下方で冷却して固化し、不純物としてのアルミニウム、ケイ素、鉄の含有量がそれぞれ0.1ppm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%以上の高純度セレンを得ることを特徴とする高純度セレンの製造方法を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の高純度セレンの製造装置は、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、原料セレンとして市販金属セレン(純度99.99%程度)を原料るつぼ5に適量入れ、電気炉で300℃以上、好ましくは300〜500℃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セレンが融解・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】
原料セレン中に含有される不純物のうち、セレンより蒸気圧の低いナトリウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、鉄、ニッケル、銅、カドミウム、アンチモン、テルル、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。
【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セレン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セレン製品を精製・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セレンをグロー放電質量分析装置で分析したところ、ナトリウム、アルミニウム、ケイ素、硫黄、塩素、カリウム、カルシウム、鉄、ニッケル、銅、カドミウム、アンチモン、テルル、鉛、ビスマスがそれぞれ0.1ppm 以下で、かつガス成分以外の不純物が1ppm 未満の値を示していた。
【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、Ni、Cu、Cd、Sb、Te、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た数値が99.9999%以上の場合をもって純度99.9999%以上の高純度セレンと定義した。
【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の高純度セレン製造装置を参照して以下説明する。先ず、純度99.99%の市販金属セレン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1×10-2Torrとすると共に炉温を300℃一定で5時間精製したところ、原料中のセレン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。この粒状セレン99gを回収し、その品位を表1に示した。
【0020】
一方、セレン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、その主成分はナトリウム、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、鉄、ニッケル、銅、カドミウム、アンチモン、テルル、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。
【0021】
【表1】
【0022】
【実施例2】
純度99.99%の市販金属セレン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、精製セレン99g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99.99%の市販金属セレンの品位を表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セレン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セレン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 (1)
- セレン原料を真空溶解して高純度セレンを製造する方法において、原料るつぼに装入された原料セレンを温度300℃以上、真空度1×10-2Torr以下で真空蒸留することにより、蒸発させたセレンを凝縮させ該原料るつぼ下方の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排気装置で吸引して該回収鋳型の下方で冷却して固化し、不純物としてのアルミニウム、ケイ素、鉄の含有量がそれぞれ0.1ppm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%以上の高純度セレンを得ることを特徴とする高純度セレンの製造方法。
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