JPH0593229A - 金属の純化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率の良い、金属の純化方法を提供する。 【構成】 核生成室２と核溶解室３とを下部に通路４を
設けて連結したユニット炉１に金属溶湯７を保持し、核
生成室２にて生成する高純度の固相粒子９を下部通路４
を通して核溶解室３内に連続的に移送して溶解する金属
の純化方法において、核溶解室３の下部通路４出口近傍
の溶湯温度を固相粒子９の溶解温度未満の温度に、又下
部通路４出口近傍より上方の溶湯温度を固相粒子９の溶
解温度以上の温度に制御する。 【効果】 核溶解室３内の下部通路４の出口近傍の溶湯
温度を固相粒子９が溶解しない低い温度に抑えるので、
核溶解室３内の熱流が核生成室２や下部通路４内の溶湯
７に影響を及ぼすことがなく、固相粒子９は核溶解室３
内へ歩留りよく移送され、純化効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏析法による金属の純
化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の超小型化、精密化に伴
い、これに使用される金属材料には、導電性、柔軟性、
表面特性等の一層の向上が求められており、これに呼応
して高純度金属をベースとする金属材料の開発が年々活
発になされてきている。高純度金属を得る為の金属の純
化方法には、大別して電解法と偏析法とがあるが、微量
不純物を除去するには偏析法の方が優れている。偏析法
とは溶湯が凝固する時の溶質の分配法則を応用する純化
方法で、帯溶融方式と凝固方式とが知られている。ここ
で前記の分配法則を状態図を参照して説明する。図３は
分配係数Ｋ〔Ｋ＝液相線温度に達した時の（晶出固相の
溶質濃度）／（初期溶質濃度）〕が１より小さい溶質を
含有する金属の状態図で、不純物元素の大半はＫ＜１で
ある。さて、この状態図の溶質濃度Ｃ₀ の溶湯を冷却し
ていって、その温度が液相線温度Ｔ₁ に達すると純度の
高い濃度Ｃ₁ の核（固相粒子）が晶出する。

【０００３】ところで、前述の凝固方式による純化法
は、従来からバッチ式で行われていて生産性に劣るもの
であり、これを改善する為に、本発明者等は高純度金属
を連続して製造できる金属の純化装置を開発した（特願
昭61-241037)。この純化装置は図２に示したような構造
のもので、この装置を用いて分配係数Ｋが１未満の溶質
つまり不純物を含有する金属溶湯を純化する方法は次の
通りである。即ち、前記の金属の純化装置は、固相粒子
９を生成する為の核生成装置５を配置した核生成室２と
前記固相粒子９を溶解する為の核溶解室３とを下部に通
路４を設けて連結したユニット炉１を所要数、先の核溶
解室３と次の核生成室２との上部に樋10を配置して連結
したもので、前記ユニット炉１の核生成室２と核溶解室
３とに純化しようとする金属溶湯７を充満し、核生成室
２内にて生成した純度の高い固相粒子９を下部通路４を
通して核溶解室３内に重力移送し、移送された固相粒子
９を核溶解室３内にて溶解して核溶解室３内の溶湯17を
核生成室２内の溶湯７と分離して純化するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな純化方法では、ユニット炉毎の純化効率が低く、従
ってユニット炉を多数設置する必要があり、設備費が嵩
むという問題があった。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明はこのような状況に
鑑み鋭意研究を行った結果、ユニット炉の純化効率が低
い原因は、固相粒子を溶解する核溶解室の溶湯温度は、
固相粒子を生成する核生成室の溶湯温度より高い温度に
設定されており、その結果高温度の溶湯が核溶解室から
核生成室に向けて対流し、この高温度の溶湯流が核生成
室から移動してくる固相粒子を核生成室に押し戻し、更
には固相粒子を核生成室又は下部通路内で溶解させて、
固相粒子の核溶解室への移送歩留りが低下する為である
ことを解明し、更に研究を進めて本発明を完成するに至
ったものである。即ち、本発明は、核生成室と核溶解室
とを下部に通路を設けて連結したユニット炉に金属溶湯
を保持し、核生成室にて生成する高純度の固相粒子を下
部通路を通して核溶解室に連続的に移送し、この移送さ
れた固相粒子を核溶解室にて溶解する金属の純化方法に
おいて、核溶解室の下部通路出口近傍の溶湯温度を固相
粒子の溶解温度未満の温度に制御し、又下部通路出口近
傍より上方の溶湯温度を固相粒子の溶解温度以上の温度
に制御することを特徴とするものである。

【０００６】本発明方法は、核溶解室内の下部通路出口
近傍の溶湯温度を固相粒子の溶解温度未満の低い温度に
抑え、移送された固相粒子の溶解は下部通路出口近傍よ
り上方にて行うようにして、核溶解室内の高温度溶湯が
核生成室又は下部通路内の溶湯中を上昇して、固相粒子
を押戻したり、固相粒子を核生成室や下部通路内で溶解
させたりするのを阻止するようにしたものである。以下
に本発明を図を参照して具体的に説明する。図１は本発
明にて使用するユニット炉の態様例を示す要部説明図で
ある。ユニット炉１は核生成室２と核溶解室３とからな
り、核生成室２と核溶解室３とは、核生成室２から核溶
解室３に向けて下り勾配の下部通路４を介して連結され
ている。又核生成室２上部には核生成装置５が配置され
ている。核生成室２の壁部と核溶解室３の下部通路出口
近傍より上方の壁部には発熱体６が等間隔に埋込まれて
いる。しかし核溶解室３の下部通路出口近傍の壁部には
発熱体が埋込まれていない。これは前記出口近傍の溶湯
17が必要以上の高温度に上昇して、核生成室２や下部通
路４内の溶湯７に熱流の影響が及ぶのを防止する為であ
る。核溶解室３下方の壁部に埋込んだ発熱体16は大電流
を流して固相粒子９を急速に溶解し得るよう配線が別系
統にしてある。この発熱体16が埋込まれた領域は以後、
溶湯強熱域８と称した。かくして、核溶解室３内の溶湯
17はその熱流の向きを矢印で示したように、核溶解室３
の上方でのみ流動し、核生成室２内や下部通路４内の溶
湯７にその影響を及ぼすようなことがない。

【０００７】次に、この装置を用いて分配係数Ｋが１未
満の溶質を不純物として含有するＡｌ溶湯を純化する方
法を図１を参照して具体的に説明する。ユニット炉１の
核生成室２と核溶解室３に純化しようとする金属の溶湯
７を充満させ、次に核生成室２の核生成装置５を稼動さ
せつつ溶湯温度を液相線温度にまで下げて、そのままそ
の温度に保持する。核生成装置５の溶湯７と接する面に
は、前述の分配法則に従って純度の高い固相粒子９が生
成し、この固相粒子９は核生成室２内を下降し、下部通
路４を経て核溶解室３に移動する。核溶解室３に移動し
た固相粒子９は核溶解室３内下方に堆積する。固相粒子
９は堆積量が増えると上方のものが浮遊して、溶湯強熱
域８に達し、溶解する。このように高純度の固相粒子９
は核溶解室３へ熱流の影響を受けずに歩留りよく移送さ
れ、しかも核溶解室に移送されたあと溶解するので、純
化効率が向上する。ユニット炉１の核生成室２には原料
のＡｌ溶湯７を、固相粒子９の生成速度に合わせて補給
する。核溶解室３からは高純化された溶湯17がオーバー
フローして製出される。又このユニット炉を複数基、先
のユニット炉の核溶解室と次のユニット炉の核生成室と
の上部を樋等で連結して純化装置として用いることによ
り、更に純度の高い溶湯が連続して製出される。本発明
方法において、核溶解室３内の溶湯強熱域８の溶湯温度
は、固相粒子９の溶解温度より十分高く保持しておくと
純化速度が向上して好ましい。

【０００８】

【作用】本発明方法では、核溶解室内の下部通路出口近
傍の溶湯温度を固相粒子の溶解温度未満の低い温度に抑
え、核生成室から移送された固相粒子の溶解は下部通路
出口近傍より上方にて行うようにしたので、核溶解室内
の高温度溶湯が核生成室又は下部通路内の溶湯中を上昇
して、固相粒子を押戻したり、固相粒子を核生成室や下
部通路内で溶解させたりすることがなく、純化効率が向
上する。又核溶解室に移送された固相粒子は核溶解室内
の上方で溶解するので、溶湯強熱域の溶湯温度を高く設
定でき、固相粒子の溶解速度を高めることができる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例１ 図１に示したユニット炉を５基、先のユニット炉の核溶
解室と次のユニット炉の核生成室との上部を樋で連結し
て純化装置となし、この純化装置を用いてＡｌ溶湯の純
化実験を行った。ユニット炉の核生成室は下部通路入口
までの深さが４００ｍｍ、断面内径が２００×１１０ｍ
ｍ、核溶解室は深さが５００ｍｍ，断面内径が６０×１
１０ｍｍ、下部通路は長さが２００ｍｍ，断面内径が２
５×１１０ｍｍのそれぞれ黒鉛製角型筒を用いた。核生
成室及び核溶解室の壁部にはシリコニット製の発熱体を
埋込んだ。Ａｌ溶湯には、分配係数が１より小さいＣ
ｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｚｎ等の不純物元
素をそれぞれ1500,300,300,200,400,200,500ppm 含有す
る９９．７％純度のものを用いた。第１ユニット炉の核
生成室下方の溶湯温度Ｔ₁ は６６３℃に、又核溶解室の
溶湯温度は、下部通路出口近傍の溶湯温度Ｔ₂ を６７０
℃に、又溶湯強熱域の溶湯温度Ｔ₃ を６８５℃に、又前
記溶湯強熱域より上方の溶湯温度Ｔ₄ は６９０℃にそれ
ぞれ制御した。前記の溶湯強熱域は核溶解室底部より１
５０〜２５０ｍｍの範囲とした。Ｔ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ ，Ｔ
₄ の測温位置は、図中にそれぞれ，，，の記号
で示した。核生成室の溶湯上部に浸漬させる核生成装置
には内部水冷式交流振動型のものを用いた。この核生成
装置の溶湯浸漬部の表面材質にはＡｌ溶湯との濡れ性の
異なる黒鉛とアルミナを混合焼結したもの用いて、固相
粒子が微細に生成するようにした。前記核生成装置の振
動数は５０Ｈｚ、冷却水量は毎分３０ｍｌとし、毎分４
０ｇの固相粒子を生成させた。従って第一ユニット炉の
核生成室には、毎分４０ｇの原料溶湯を補給した。第２
ユニット炉以降の溶湯温度は、純度が上がった分だけ、
先のユニット炉の溶湯温度より幾分高めに設定した。核
溶解室内の溶湯温度分布は、第１ユニット炉のそれと同
様の分布になるように制御した。

【００１０】実施例２ 実施例１において、溶湯温度Ｔ₁ を６６３℃に、Ｔ₂ を
６７０℃に、Ｔ₃ を溶湯強熱域は設けずに６８０℃に、
Ｔ₄ を６９０℃に設定した他は、実施例１と同じ方法に
より純化実験を行った。 比較例１ 図２に示した従来のユニット炉を用い、溶湯温度Ｔ₁ を
６６３℃に、Ｔ₂ を６７５℃に、Ｔ₃ を６８０℃に、Ｔ
₄ を６９０℃に設定した他は、実施例１と同じ方法によ
り純化実験を行った。このようにして純化実験を連続１
０時間行った時点で、各々の核溶解室からオーバーフロ
ーする溶湯をサンプリングして不純物を定量分析した。
結果は表１に示した。

【００１１】

【表１】

【００１２】表１より明らかなように、本発明例（No．
１，２）では、比較例（No．３）よりいずれも不純物量
が少なかった。中でも、溶湯強熱域を設けたNo．１は、
純化効率が特に優れ、第４ユニット炉出口で、比較例
（No．３）の第５ユニット炉出口の純度を上回った。こ
のことから、本発明方法によれば、ユニット炉の基数を
節減できることが実証された。比較例（No．３）の純化
効率が低い原因は、核溶解室の下部通路出口近傍の溶湯
温度が固相粒子の溶解温度を超え、又核生成室下方の溶
湯温度Ｔ₁ と核溶解室の下部通路出口近傍の溶湯温度Ｔ
₂ との差が１２℃と大きかった為、この部分の高温溶湯
が核生成室と下部通路内を上昇して、下降中の固相粒子
を押し戻し、又固相粒子を核生成室内や下部通路内で溶
解したことに起因している。尚、上記実施例１，２にお
いて、核生成室下方の溶湯温度Ｔ₁ と核溶解室の下部通
路出口近傍の溶湯温度Ｔ₂ との差は７℃あったが、この
程度の温度差なら、核溶解室から核生成室へ向けての溶
湯の上昇流は無視できる程度であり、従って固相粒子が
押戻されることもないと考えられる。以上Ａｌ溶湯を純
化する場合について説明したが、本発明方法は、銅等の
他の金属溶湯を純化する場合に適用しても同様の効果が
得られるものである。又本発明方法は、本発明者等が先
に特願昭61-241036 で提案した分配係数Ｋが１より大き
い不純物を含有する金属の純化方法に応用しても、その
純化効率を高めることが可能である。

【００１３】

【効果】以上述べたように、本発明方法によれば、ユニ
ット炉の核溶解室内の溶湯温度を所定の温度分布に制御
するという簡単な操作により金属の純化効率を高めるこ
とができ、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法にて用いるユニット炉の態様例を示
す要部説明図である。

【図２】従来法で用いる金属のユニット炉の要部説明図
である。

【図３】溶質元素の分配法則を説明する為の金属状態図
である。

【符号の説明】

１ ユニット炉 ２ 核生成室 ３ 核溶解室 ４ 下部通路 ５ 核生成装置 ６，16 発熱体 ７，17 溶湯 ８ 溶湯強熱域 ９ 固相粒子 10 樋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 明 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 山 善裕 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核生成室と核溶解室とを下部に通路を設
   けて連結したユニット炉に金属溶湯を保持し、核生成室
   にて生成する高純度の固相粒子を下部通路を通して核溶
   解室に連続的に移送し、この移送された固相粒子を核溶
   解室にて溶解する金属の純化方法において、核溶解室の
   下部通路出口近傍の溶湯温度を固相粒子の溶解温度未満
   の温度に制御し、又下部通路出口近傍より上方の溶湯温
   度を固相粒子の溶解温度以上の温度に制御することを特
   徴とする金属の純化方法。