JP2006193821A - High purity iron, high purity iron target, high purity cobalt, high purity cobalt target and method for producing high purity metal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不純物の含有量を低減した高純度金属および高純度金属ターゲットならびに高純度金属の製造方法に関する。 The present invention relates to a high-purity metal and a high-purity metal target with a reduced impurity content, and a method for producing a high-purity metal.
VLSI(Very Large Scale Integrated circuit ),ULSI(ultra LSI)などの半導体デバイスは、例えば、シリコン(Si)ウェハーの上に様々な金属の薄膜が設けられた構造を有している。近年では、磁気固体メモリー(Magnetic random access memory ;MRAM)の材料として鉄(Fe)を用いる検討が、また、配線材料としてコバルト(Co)を用いる検討がなされている。しかしながら、これらの金属に有害な不純物が含まれていると、半導体デバイスに誤動作あるいは劣化などを生じさせる原因となり好ましくない。例えば、銅(Cu)はシリコン中での拡散速度が大きく短絡の原因となる。また、ウラン(U)あるいはトリウム(Th)などの放射性元素は誤作動を引き起こす可能性が高い。更に、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属は特性劣化の原因となる。したがって、これらの半導体デバイスに用いられる金属は高純度であることが要求される。 A semiconductor device such as a VLSI (Very Large Scale Integrated circuit) or ULSI (ultra LSI) has a structure in which various metal thin films are provided on a silicon (Si) wafer, for example. In recent years, studies using iron (Fe) as a material for magnetic random access memory (MRAM) and studies using cobalt (Co) as a wiring material have been made. However, if these metals contain harmful impurities, it may cause malfunction or deterioration of the semiconductor device, which is not preferable. For example, copper (Cu) has a high diffusion rate in silicon and causes a short circuit. Further, radioactive elements such as uranium (U) or thorium (Th) are likely to cause malfunction. Furthermore, alkali metals or alkaline earth metals cause characteristic deterioration. Therefore, the metal used for these semiconductor devices is required to have high purity.
また、将来における環境問題あるいは資源の枯渇問題に対処する新しいエンジニアリングの構築をめざして提案された環境半導体材料として鉄を用いたベータ型ケイ化鉄(β−FeSi2 )がある。環境半導体としてのケイ化鉄に許される不純物の含有量は、現在一般に使用されているガリウムヒ素(GaAs)あるいはカドミウムテルル(CdTe)に代表される化合物半導体と同様であり、現在のVLSIあるいはULSIと呼ばれる半導体デバイスに比較して非常に少ない。これは、微量の不純物により不要な不純物準位が形成されてしまうとすぐさま半導体特性の劣化につながるためである。このため、環境半導体に用いられる金属は、更に高純度であることが要求される In addition, there is beta-type iron silicide (β-FeSi 2 ) using iron as an environmental semiconductor material that has been proposed with the aim of constructing new engineering to cope with future environmental problems or resource depletion problems. The content of impurities allowed for iron silicide as an environmental semiconductor is the same as that of a compound semiconductor typified by gallium arsenide (GaAs) or cadmium tellurium (CdTe), which is generally used at present. Very few compared to semiconductor devices called. This is because if unnecessary impurity levels are formed by a small amount of impurities, the semiconductor characteristics are deteriorated immediately. For this reason, metals used for environmental semiconductors are required to have higher purity.
ところが、現在世界的に取引されている粗鉄あるいは粗コバルトの品位は、98%〜99.8%程度であり、例えば粗鉄には、ニッケル(Ni)、コバルトあるいはクロム(Cr)などの不純物が、また、粗コバルトには、ニッケル、鉄あるいはクロムなどの不純物が含まれている。また、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)あるいは硫黄(S)などの非金属元素の不純物も含まれている。よって、金属を半導体デバイスあるいは環境半導体の材料として利用するには、粗鉄や粗コバルトなどからこれらの不純物を分離し高純度化することが必要がある。また、鉄やコバルトなどの金属は、半導体デバイス以外にも、強磁性金属としての特性を生かし、磁気記録媒体あるいは磁気記録ヘッドなどの材料として、非常に有望視されている。したがって、これらの遷移金属の高純度化はこれらへの利用を図る上でも必須である。 However, the grade of crude iron or crude cobalt currently being traded worldwide is about 98% to 99.8%. For example, the crude iron contains impurities such as nickel (Ni), cobalt, and chromium (Cr). However, crude cobalt contains impurities such as nickel, iron or chromium. Further, impurities of non-metallic elements such as oxygen (O), carbon (C), nitrogen (N) or sulfur (S) are also included. Therefore, in order to use a metal as a material for a semiconductor device or an environmental semiconductor, it is necessary to separate these impurities from crude iron, crude cobalt, etc. and to purify them. In addition to semiconductor devices, metals such as iron and cobalt are very promising as materials for magnetic recording media or magnetic recording heads by taking advantage of their properties as ferromagnetic metals. Therefore, high purity of these transition metals is indispensable for the purpose of using them.
金属から不純物を除去する方法は、これまでにも種々研究されてきており、例えば、溶媒抽出,イオン交換あるいは電解精製などの湿式処理による金属元素の分離、乾燥水素ガス(H2 )処理による酸素あるいは窒素などの非金属元素の除去、真空溶解、または浮遊帯熔融精製がある。 Various methods for removing impurities from metals have been studied so far, for example, separation of metal elements by wet processing such as solvent extraction, ion exchange or electrolytic purification, and oxygen by dry hydrogen gas (H 2 ) processing. Alternatively, there is removal of non-metallic elements such as nitrogen, vacuum melting, or floating zone melting purification.
しかし、溶媒抽出では、抽出・逆抽出の制御が難しく工業的に安定に金属を精製することが難しいという問題があった。電解精製では、電解液のpH領域での制御が必要であり、ニッケルあるいは銅などの除去が困難であるという問題があった。真空溶解では、蒸気圧が高いアルカリ金属不純物およびアルカリ土類金属不純物を蒸発させ分離することは容易であるが、蒸気圧が低い高融点金属不純物および蒸気圧が低い金属不純物を蒸発させ分離するのは困難であり、また、高純度化される対象の金属自体の蒸発損失が大きくなるという問題があった。浮遊帯熔融精製では、ある程度純化した金属に適用して更に純度をあげることを目的とし、実際に大きな精製効果をあげた報告がなされているが(非特許文献1参照)、大型化することが困難なことと、決して安定して生産できる方法ではないことから、安価に大量の高純度金属を製造するのは難しいという問題があった。 However, solvent extraction has a problem that it is difficult to control extraction and back-extraction, and it is difficult to purify metals stably industrially. In the electrolytic purification, there is a problem that it is necessary to control in the pH range of the electrolytic solution, and it is difficult to remove nickel or copper. In vacuum melting, it is easy to evaporate and separate alkali metal impurities and alkaline earth metal impurities with high vapor pressure, but evaporate and separate refractory metal impurities with low vapor pressure and metal impurities with low vapor pressure. There is a problem that evaporation loss of the metal to be purified is increased. In the floating zone melt refining, reports have been made on the fact that it is applied to a metal that has been purified to some extent to further increase its purity and actually have a large refining effect (see Non-Patent Document 1). There is a problem that it is difficult to manufacture a large amount of high-purity metal at low cost because it is difficult and is not a method that can be stably produced.
これに対して、イオン交換によれば、工業的にも比較的安定して、ほぼすべての不純物金属を分離することができる(例えば特許文献1,2参照。)
しかしながら、イオン交換では金属を、例えば塩酸水溶液に溶解してイオン交換樹脂に接触させるので、不純物を分離したのち、塩化物から金属に還元しなければならない。よって、その際の加熱処理の際に用いられる耐熱ガラス,磁器るつぼあるいは石英ボートなどからアルミニウム(Al)およびケイ素などの不純物が再び金属に混入してしまうという問題があった。 However, in ion exchange, since the metal is dissolved in, for example, an aqueous hydrochloric acid solution and brought into contact with the ion exchange resin, impurities must be separated and then reduced from chloride to metal. Therefore, there is a problem that impurities such as aluminum (Al) and silicon are mixed into the metal again from the heat-resistant glass, porcelain crucible or quartz boat used in the heat treatment at that time.
ところで、最近では、金属中に酸素、炭素あるいは窒素などの非金属元素、特に酸素が含まれていると、スパッタリングによる成膜の際に、パーティクルが発生し、半導体デバイスの特性を低下させるという問題が明らかになってきた。したがって、これらの非金属元素、特に酸素を金属から分離することが課題となってきている。 By the way, recently, when a metal contains a nonmetallic element such as oxygen, carbon or nitrogen, especially oxygen, particles are generated during film formation by sputtering, which deteriorates the characteristics of the semiconductor device. Has become clear. Therefore, it has become a problem to separate these nonmetallic elements, particularly oxygen, from the metal.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、不純物である酸素の濃度が低減された高純度鉄および高純度鉄ターゲットならびに高純度コバルトおよび高純度コバルトターゲットを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is to provide a high-purity iron and a high-purity iron target, a high-purity cobalt and a high-purity cobalt target in which the concentration of oxygen as an impurity is reduced. There is to do.
本発明の第2の目的は、不純物であるアルミニウムやケイ素などの濃度を低減することができる高純度金属の製造方法を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a method for producing a high-purity metal capable of reducing the concentration of impurities such as aluminum and silicon.
本発明による高純度鉄は、不純物である酸素の濃度が1質量ppm以下のものである。 The high-purity iron according to the present invention has an impurity oxygen concentration of 1 mass ppm or less.
本発明による高純度鉄ターゲットは、不純物である酸素の濃度が1質量ppm以下のものである。 The high-purity iron target according to the present invention has a concentration of oxygen as an impurity of 1 mass ppm or less.
本発明による高純度コバルトは、不純物である酸素の濃度が1質量ppm以下のものである。 The high-purity cobalt according to the present invention has a concentration of oxygen as an impurity of 1 mass ppm or less.
本発明による高純度コバルトターゲットは、不純物である酸素の濃度が1質量ppm以下のものである。 The high-purity cobalt target according to the present invention has a concentration of oxygen as an impurity of 1 mass ppm or less.
本発明による高純度金属の製造方法は、不純物を含む金属を熔解すると共に、酸素を溶け込ませ、またはこの金属の溶融酸化物と共存させ、アルミニウム、カルシウム(Ca)、クロム、鉄、ニオブ(Nb)、ケイ素、チタン(Ti)およびジルコニウム(Zr)からなる群のうち少なくとも1種の不純物を酸化して、これらの不純物の濃度を低減する工程を含むものである。 The method for producing a high-purity metal according to the present invention melts a metal containing impurities, dissolves oxygen, or coexists with a molten oxide of this metal, and produces aluminum, calcium (Ca), chromium, iron, niobium (Nb ), Silicon, titanium (Ti), and zirconium (Zr), at least one impurity is oxidized to reduce the concentration of these impurities.
本発明の高純度鉄、高純度鉄ターゲット、高純度コバルトあるいは高純度コバルトターゲットによれば、不純物である酸素の濃度を1質量ppm以下にしたので、例えば、スパッタリングによる成膜の際に、パーティクルの発生を抑制することができ、また、半導体デバイスなどの特性を向上させることができる。 According to the high-purity iron, high-purity iron target, high-purity cobalt, or high-purity cobalt target of the present invention, the concentration of oxygen as an impurity is set to 1 mass ppm or less. Can be suppressed, and characteristics of a semiconductor device and the like can be improved.
本発明の高純度金属の製造方法によれば、不純物を含む金属を熔解すると共に、金属中に酸素を溶け込ませ、あるいは金属と金属の溶融酸化物とを共存させ、アルミニウム、カルシウム、クロム、鉄、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムからなる群のうち少なくとも1種の不純物を酸化して、不純物を金属から容易に分離することができる。よって、金属を高純度化することができる。 According to the method for producing a high-purity metal of the present invention, a metal containing impurities is melted, oxygen is dissolved in the metal, or a metal and a molten oxide of the metal are allowed to coexist, and aluminum, calcium, chromium, iron At least one impurity of the group consisting of niobium, silicon, titanium and zirconium can be oxidized to easily separate the impurity from the metal. Therefore, the metal can be highly purified.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
本発明の一実施の形態に係る高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、不純物である酸素の濃度が1質量ppm以下であり、0.5質量ppm以下であればより好ましい。
[First Embodiment]
The high-purity iron and the high-purity iron target according to one embodiment of the present invention preferably have an oxygen concentration of impurities of 1 mass ppm or less and 0.5 mass ppm or less.
また、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの濃度の合計は50質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であればより好ましい。 The total concentration of aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium and zirconium is preferably 50 mass ppm or less, more preferably 1 mass ppm or less.
加えて、コバルト、ニッケルおよび銅の濃度の合計は3質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であればより好ましい。 In addition, the total concentration of cobalt, nickel and copper is preferably 3 mass ppm or less, and more preferably 1 mass ppm or less.
更に、酸素、窒素および炭素の濃度の合計は50質量ppm以下であることが好ましく、10質量ppm以下であればより好ましい。 Further, the total concentration of oxygen, nitrogen and carbon is preferably 50 ppm by mass or less, more preferably 10 ppm by mass or less.
特に、チタン、クロム、マンガン(Mn)、コバルト、ニッケル、銅および亜鉛の濃度の合計は20質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であればより好ましい。 In particular, the total concentration of titanium, chromium, manganese (Mn), cobalt, nickel, copper and zinc is preferably 20 ppm by mass or less, more preferably 1 ppm by mass or less.
ここで、不純物の濃度は、例えば、分析機器にグロー放電質量分析(Glow Discharge Mass Spectroscopy)を使用して、定量することができる。酸素,窒素あるいは水素などの非金属元素については、例えば、非分散赤外線吸収法,熱伝導度法あるいは不活性ガス中で融解したのちカラムで分離し熱伝導度を測定するなどの適当な方法で定量することができる。 Here, the concentration of impurities can be quantified by using, for example, glow discharge mass spectrometry with an analytical instrument. For non-metallic elements such as oxygen, nitrogen or hydrogen, for example, non-dispersive infrared absorption method, thermal conductivity method, or separation in a column after melting in an inert gas and measuring the thermal conductivity. It can be quantified.
この高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、例えば、半導体デバイス,磁気記録媒体,磁気記録ヘッドあるいは環境半導体を用いたデバイスなどの材料として用いられる。なお、環境半導体とは、地球上に豊富に存在しかつ環境に優しい材料から構成される半導体物質のことであり、例えば、ケイ化鉄あるいはケイ化カルシウム(Ca2 Si)が挙げられる(環境半導体研究会ホームページ(http://kan.engjm.saitama-u.ac.jp/SKS/index2.html)参照)。 The high-purity iron and the high-purity iron target are used as materials for semiconductor devices, magnetic recording media, magnetic recording heads, or devices using environmental semiconductors, for example. The environmental semiconductor is a semiconductor substance that is abundant on the earth and composed of environmentally friendly materials, and examples thereof include iron silicide and calcium silicide (Ca 2 Si) (environmental semiconductor). Study group website (http://kan.engjm.saitama-u.ac.jp/SKS/index2.html).
このような高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、例えば、次のようにして製造することができる。 Such high-purity iron and high-purity iron target can be manufactured as follows, for example.
図1は高純度鉄および高純度鉄ターゲットの製造工程を表すものである。まず、図2に示したように、プラズマアーク熔解炉を用意し、熔解室1内にあるるつぼ3の中に不純物を含む鉄を配置し、プラズマトーチ2にプラズマガス供給源5からプラズマ生成ガスを供給しながら、電源4により、プラズマトーチ2とるつぼ3との間に直流電圧を印加して、プラズマを発生させ、不純物を含む鉄を熔解する(ステップS101)。
FIG. 1 shows a manufacturing process of high purity iron and a high purity iron target. First, as shown in FIG. 2, a plasma arc melting furnace is prepared, iron containing impurities is placed in a
その際、熔解した鉄に酸素を溶け込ませる(ステップS101)。具体的には、プラズマ生成ガスに酸素を混合し、熔解室1内に活性酸素を発生させると、活性酸素は、熔解した金属に容易に溶け込み、不純物として含まれている金属元素および半金属元素の酸化物を生成する。この酸化物は、熔解している鉄の表面に浮上して濃縮し、スラグ層となり鉄と分離する。なお、酸素はプラズマ生成ガスに混合せずに、熔解室1内の雰囲気中に混入してもよい。 At that time, oxygen is dissolved in the melted iron (step S101). Specifically, when oxygen is mixed into the plasma generation gas and active oxygen is generated in the melting chamber 1, the active oxygen easily dissolves in the molten metal, and the metal elements and metalloid elements contained as impurities To produce an oxide. This oxide floats on the surface of the molten iron and concentrates to form a slag layer and separate from the iron. Note that oxygen may be mixed in the atmosphere in the melting chamber 1 without being mixed with the plasma generation gas.
また、活性酸素は、不純物として含まれている炭素、窒素、硫黄、リン(P)などの非金属元素も酸化して酸化物ガスを生成する。これらの酸化物ガスは、熔解している鉄から一酸化炭素、酸化窒素、二酸化硫黄、酸化リンなどとして放出され、鉄と分離する。 Active oxygen also oxidizes nonmetallic elements such as carbon, nitrogen, sulfur, and phosphorus (P) contained as impurities to generate an oxide gas. These oxide gases are released from the molten iron as carbon monoxide, nitrogen oxide, sulfur dioxide, phosphorus oxide, etc., and are separated from the iron.
このように鉄から特定の不純物を分離することができるのは、元素の種類によって、酸素に対する親和力が異なるからである。具体的に図3を参照して説明する。 The specific impurity can be separated from iron in this way because the affinity for oxygen differs depending on the type of element. This will be specifically described with reference to FIG.
図3は主な金属元素の酸化物の酸素ポテンシャルを表したものである。図中、縦軸は酸素分圧を示し、横軸は金属の温度を示す。図に表された各酸化物は、各金属元素が酸化されたときに最初に生成する酸化物、例えば、鉄であれば、最初に生成するFeOを示している。なお、更に酸素ポテンシャルを増加させると、Fe3 O4 、Fe2 O3 の順に生成する。また、各曲線より縦軸の正方向、即ち、酸素分圧の大きな領域は、酸化物が生成する酸素ポテンシャル領域を表し、各曲線より縦軸の負方向、即ち、酸素分圧の小さな領域は、金属が安定化する酸素ポテンシャル領域を表す。したがって、各曲線は、酸化物が生成する酸素ポテンシャル領域と、金属が安定化する酸素ポテンシャル領域との境界を表している。 FIG. 3 shows the oxygen potential of oxides of main metal elements. In the figure, the vertical axis represents the oxygen partial pressure, and the horizontal axis represents the metal temperature. Each oxide shown in the drawing represents an oxide that is first generated when each metal element is oxidized, for example, FeO that is first generated in the case of iron. If the oxygen potential is further increased, Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 are generated in this order. Also, the positive direction of the vertical axis from each curve, that is, the region where the oxygen partial pressure is large represents the oxygen potential region where the oxide is generated. Represents an oxygen potential region where the metal is stabilized. Therefore, each curve represents a boundary between an oxygen potential region where an oxide is generated and an oxygen potential region where a metal is stabilized.
図3において、例えば、鉄が安定化する酸素ポテンシャル領域であって、他の金属の酸化物が生成する酸素ポテンシャル領域に温度と酸素分圧を設定することにより、例えば、温度を2000℃、酸素分圧を0.1Paに設定することにより、鉄を酸化させずに、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタン、ジルコニウムなどの金属を酸化させることができる。これにより、酸化された不純物金属はスラグ層となり、鉄から分離するため、これらの不純物の濃度を低減することができる。なお、図3には記載されていないが、銅、マグネシウム(Mg)、マンガン、モリブデン(Mo)、ナトリウム(Na)、鉛(Pb)、タンタル(Ta)、亜鉛などの金属も酸化物とするとができ、これらの不純物濃度を低減することができる。 In FIG. 3, for example, by setting the temperature and the oxygen partial pressure in the oxygen potential region where iron is stabilized and the oxide of other metal is generated, for example, the temperature is set to 2000 ° C., oxygen By setting the partial pressure to 0.1 Pa, a metal such as aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium, and zirconium can be oxidized without oxidizing iron. Thereby, the oxidized impurity metal becomes a slag layer and is separated from iron, so that the concentration of these impurities can be reduced. Although not shown in FIG. 3, it is assumed that metals such as copper, magnesium (Mg), manganese, molybdenum (Mo), sodium (Na), lead (Pb), tantalum (Ta), and zinc are also oxides. And the concentration of these impurities can be reduced.
本実施の形態では、プラズマ生成ガスにおける酸素の分圧は、鉄の融点である1536℃以上において、0.1Pa以上10kPa以下とすることが好ましい。この場合には、鉄の酸化物が生成する酸素ポテンシャル領域も含まれることになるが、これは、この領域で生成した酸化鉄が、不純物金属の酸化物と熔解した鉄の表面で混合スラグ層を形成することにより、不純物金属の酸化物の活量を低下させ、酸化されていない不純物金属の酸化を更に促進し、鉄をより高純度化することができるからである。 In the present embodiment, the partial pressure of oxygen in the plasma generation gas is preferably 0.1 Pa or more and 10 kPa or less at 1536 ° C. or higher, which is the melting point of iron. In this case, an oxygen potential region in which iron oxide is generated is also included. This is because the iron oxide generated in this region is mixed with the impurity metal oxide on the surface of iron and mixed slag layer. This is because the activity of the oxide of the impurity metal can be reduced by further forming the metal, and the oxidation of the unoxidized impurity metal can be further promoted, and the iron can be further purified.
なお、るつぼ3は、プラズマトーチ2との間にプラズマを生成させるために、高い導電性を有する銅るつぼを用いることが好ましい。また、るつぼ3は、鉄を熔解する際に、水などにより冷却することが好ましい。冷却することにより、るつぼ3の熔解を避けると共に、熔解した鉄の内部に温度勾配を設け、対流を生じさせるためである。これにより、不純物についても酸化が促進される。なお、活性酸素が、熔解した鉄の内部にも溶け込み移動することによっても、対流が促進される。
The
上述したプラズマ生成ガスは、不活性ガスを含んでいてもよい。不活性ガスとしては、例えばアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、クリプトン(Kr)が挙げられる。 The plasma generation gas described above may contain an inert gas. Examples of the inert gas include argon (Ar), helium (He), neon (Ne), and krypton (Kr).
また、熔解室1内の圧力は、例えば、鉄の融点である1536℃以上において1.33kPa以上310kPa以下の範囲内とすることが好ましい。この範囲内において、鉄以外の金属を容易に酸化することができるからである。 Moreover, it is preferable to make the pressure in the melting chamber 1 into the range of 1.33 kPa or more and 310 kPa or less, for example in 1536 degreeC or more which is melting | fusing point of iron. This is because metals other than iron can be easily oxidized within this range.
次に、活性酸素を含むプラズマにより不純物を含む鉄を熔解した後、鉄の表面に形成されたスラグ層を、例えば機械的方法あるいは化学的方法により除去する(ステップS102)。機械的方法としては、例えば研磨機による研磨、切削加工あるいはヤスリがけが挙げられる。化学的方法としては、例えば表面に金属光沢が生じるまで希硝酸溶液あるいは希塩酸などの酸に浸漬し溶解する方法が挙げられる。 Next, after iron containing impurities is melted by plasma containing active oxygen, the slag layer formed on the surface of the iron is removed by, for example, a mechanical method or a chemical method (step S102). Examples of the mechanical method include polishing by a polishing machine, cutting, or file. Examples of the chemical method include a method of immersing and dissolving in an acid such as dilute nitric acid solution or dilute hydrochloric acid until a metallic luster is generated on the surface.
以上の活性酸素を含む雰囲気下におけるプラズマによる熔解により、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの濃度の合計を好ましくは50質量ppm以下にすることができ、より好ましくは1質量ppm以下にすることができる。 The total concentration of aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium, and zirconium can be preferably 50 ppm by mass or less, more preferably 1 ppm by mass, by melting with plasma in an atmosphere containing the above active oxygen. It can be:
また、活性酸素を溶融した鉄に溶け込ませることに代えて、次のようにして不純物を除去するようにしてもよい。まず、不純物を含む鉄にあらかじめ酸化鉄を混合しておき、この混合物を、例えば、プラズマにより熔解する。これにより熔解した鉄と溶融酸化鉄とが共存した状態となる。熔解したこの混合物は、熔解した鉄の層と、熔解した酸化鉄の層に分離する。その際、鉄よりも酸素に対する親和力の大きなアルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタン、ジルコニウムなどの金属は、酸化され酸化鉄の層に取り込まれ、混合スラグ層が形成される。なお、ここで言う酸素に対する親和力が大きな金属も、精製する金属よりも酸化物の生成する酸素ポテンシャルが低いものをいう。そののち、この混合スラグ層を、例えば、上述したように機械的方法あるいは化学的方法により除去することによって(ステップS102)、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの濃度の合計を好ましくは50質量ppm以下にすることができ、より好ましくは1質量ppm以下にすることができる。 Further, instead of dissolving active oxygen into molten iron, impurities may be removed as follows. First, iron oxide is mixed in advance with iron containing impurities, and this mixture is melted by, for example, plasma. As a result, the molten iron and the molten iron oxide coexist. This molten mixture separates into a molten iron layer and a molten iron oxide layer. At that time, metals such as aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium, and zirconium having a higher affinity for oxygen than iron are oxidized and taken into the iron oxide layer to form a mixed slag layer. Note that the metal having a large affinity for oxygen referred to here is one having an oxygen potential generated by an oxide lower than that of the metal to be purified. Thereafter, the mixed slag layer is removed by, for example, a mechanical method or a chemical method as described above (step S102), and the total concentration of aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium, and zirconium is calculated. Preferably it can be 50 mass ppm or less, More preferably, it can be 1 mass ppm or less.
なお、プラズマ生成ガスには、酸素を混合しなくてもよいし、熔解室1内の雰囲気中にも酸素を混入しなくてもよい。また、混合物は、プラズマにより熔解するようにしてもよいが、熔解することができれば他の方法を用いてもよい。 The plasma generation gas may not be mixed with oxygen, and oxygen may not be mixed into the atmosphere in the melting chamber 1. The mixture may be melted by plasma, but other methods may be used as long as the mixture can be melted.
更にまた、不純物を含む鉄にあらかじめ酸化鉄を混合せずに、不純物を含む鉄を酸素を含む雰囲気下で加熱することにより、その表面を酸化して酸化鉄を形成したのち熔解するようにしてもよい。これにより上述のように、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの濃度の合計を好ましくは50質量ppm以下にすることができ、より好ましくは1質量ppm以下にすることができるからである。 Furthermore, without mixing iron oxide with iron containing impurities in advance, by heating the iron containing impurities under an atmosphere containing oxygen, the surface is oxidized to form iron oxide and then melted. Also good. Thereby, as described above, the total concentration of aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium and zirconium can be preferably 50 ppm by mass or less, more preferably 1 ppm by mass or less. It is.
続いて、スラグ層が除去された鉄を、図2に示したプラズマアーク熔解炉のるつぼ3に設置し、プラズマ生成ガスに水素を混合して、熔解室1内に活性水素を発生させる。
Subsequently, the iron from which the slag layer has been removed is placed in the
また、鉄はプラズマにより熔解し(ステップS103)、不純物として含まれているナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属、ウラン、トリウムなどの放射性元素、ケイ素、リン、クロム、マンガン、ジルコニウム、鉛、チタン、アルミニウム、亜鉛などの蒸気が発生して、活性水素と化1に示したように反応し、あるいは熔解した鉄の内部において、熔解した鉄に溶け込んだ活性水素と化1に示したように反応する。 In addition, iron is melted by plasma (step S103), and alkali metals such as sodium contained as impurities, alkaline earth metals such as calcium and magnesium, radioactive elements such as uranium and thorium, silicon, phosphorus, chromium, manganese , Zirconium, lead, titanium, aluminum, zinc, etc. are generated and react with active hydrogen as shown in chemical formula 1 or in the interior of molten iron chemical compound with active hydrogen dissolved in molten iron. It reacts as shown in.
これらの不純物金属は、鉄よりも蒸気圧が高いので、不純物金属と活性水素とが一時的な緩い結合を形成することにより、これら不純物金属の蒸発が促進される。これにより、これら不純物金属の濃度はより低減する。 Since these impurity metals have a higher vapor pressure than iron, evaporation of these impurity metals is promoted by forming a temporary loose bond between the impurity metal and active hydrogen. Thereby, the concentration of these impurity metals is further reduced.
鉄に含まれている酸素、窒素、炭素,硫黄等の非金属元素は、活性水素と化2に示したように反応する。 Nonmetallic elements such as oxygen, nitrogen, carbon, and sulfur contained in iron react with active hydrogen as shown in Chemical Formula 2.
すなわち、酸素は活性水素と結合して水(H2 O)となり、窒素は活性水素と結合して窒素水素化物(NHz )となり、炭素は活性水素と結合してメタンあるいはエタン等の炭化水素ガス(Cb Hc ; bおよびcは正の数を表す)となる。ここでの結合は、上述した活性水素と不純物金属との結合よりも強固であるので、生成した水(H2 O)などは熔解した鉄の内部から鉄の外部に放出される。これにより、ステップS101の酸素による精製工程で混入してしまった酸素の濃度が低減し、更に、窒素および炭素などの他のガス性不純物の濃度も低減する。 That is, oxygen combines with active hydrogen to form water (H 2 O), nitrogen combines with active hydrogen to form nitrogen hydride (NH z ), and carbon combines with active hydrogen to form hydrocarbons such as methane or ethane. gas (C b H c; b and c represents a positive number) and a. Since the bond here is stronger than the bond between the active hydrogen and the impurity metal described above, the generated water (H 2 O) or the like is released from the inside of the molten iron to the outside of the iron. Thereby, the concentration of oxygen mixed in the purification step with oxygen in step S101 is reduced, and the concentrations of other gaseous impurities such as nitrogen and carbon are also reduced.
以上の活性水素を含む雰囲気下におけるプラズマによる熔解により、酸素、窒素および炭素の濃度の合計を好ましくは50質量ppm以下にすることができ、より好ましくは10質量ppm以下にすることができる。 The total concentration of oxygen, nitrogen, and carbon can be preferably 50 ppm by mass or less, and more preferably 10 ppm by mass or less by melting with plasma in an atmosphere containing the above active hydrogen.
また、図4に示したように、酸素による精製工程の前に陰イオン交換樹脂を用いた精製工程(ステップS200)を行うようにしてもよい。このようにすれば、不純物の濃度をより低減することができると共に、酸素などによる精製工程に要する時間を短くすることができるので好ましい。 Moreover, as shown in FIG. 4, you may make it perform the refinement | purification process (step S200) using an anion exchange resin before the refinement | purification process by oxygen. This is preferable because the impurity concentration can be further reduced and the time required for the purification step using oxygen or the like can be shortened.
図5は陰イオン交換樹脂を用いた精製工程を表すものである。まず、不純物を含む鉄を塩酸溶液に溶解し、塩化鉄(FeCl2 あるいはFeCl3 )水溶液M2を作製する(ステップS211)。その際、塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の範囲内に調整する。 FIG. 5 shows a purification process using an anion exchange resin. First, iron containing impurities is dissolved in a hydrochloric acid solution to prepare an iron chloride (FeCl 2 or FeCl 3 ) aqueous solution M2 (step S211). At that time, the hydrochloric acid concentration is adjusted within the range of 0.1 kmol / m 3 or more and 6 kmol / m 3 or less.
次いで、図6に示したように、この塩化鉄水溶液M2を鉄などの金属11と共に容器12に入れ、窒素ガス(N2 )あるいはアルゴンガスなどの不活性ガス13を吹き込むと共に、塩化鉄水溶液M2と金属11とを例えばスターラー14により攪拌して十分に接触させる(ステップS212)。これにより、塩化鉄水溶液M2に不純物として含まれる銅は、例えば化3に示したように反応し、2価イオンから1価イオンまたは金属銅となる。また、塩化鉄水溶液M2に含まれる鉄は、例えば化4に示したように反応し、3価イオンから2価イオンとなる。なお、化3に示した反応式は完全に右に進行せず、1価の銅イオンが少し塩化鉄水溶液に残存する。
Next, as shown in FIG. 6, this aqueous iron chloride solution M2 is put into a container 12 together with a metal 11 such as iron, and an
ここで塩化鉄水溶液M2に不活性ガス13を吹き込むのは、塩化鉄水溶液M2に溶存している酸素を追い出すためであり、化3および化4に示した反応などは塩化鉄水溶液M2に酸素が溶存していると進行しない。この不活性ガス13の吹き込みは塩化鉄水溶液M2と金属11とを攪拌する際に同時に行ってもよく、塩化鉄水溶液M2に金属11を入れる前に行ってもよい。
Here, the
金属11は粉末のように表面積の大きいものが好ましい。塩化鉄水溶液M2との接触面積を大きくすることにより、銅および鉄を十分に反応させることができるからである。金属11には鉄以外のものも用いることができるが、好ましいのは鉄である。塩化鉄水溶液M2に他の不純物が混入することを可能な限り防止するためである。 The metal 11 preferably has a large surface area such as powder. This is because copper and iron can be sufficiently reacted by increasing the contact area with the aqueous iron chloride solution M2. Although metals other than iron can be used as the metal 11, iron is preferred. This is to prevent other impurities from entering the iron chloride aqueous solution M2 as much as possible.
なお、ここでは塩化鉄水溶液M2の塩酸濃度を調整したのち、塩化鉄水溶液M2と金属11とを接触させて鉄を2価イオンとすると共に銅を1価イオンとするようにしたが、塩化鉄水溶液M2を金属11と接触させて鉄を2価イオンとしかつ銅を1価イオンとしたのち、塩化鉄水溶液M2の塩酸濃度を調整するようにしてもよい。 Here, after adjusting the hydrochloric acid concentration of the aqueous iron chloride solution M2, the aqueous iron chloride solution M2 and the metal 11 are brought into contact with each other so that iron becomes a divalent ion and copper becomes a monovalent ion. After bringing the aqueous solution M2 into contact with the metal 11 to make iron a divalent ion and copper to a monovalent ion, the hydrochloric acid concentration of the iron chloride aqueous solution M2 may be adjusted.
続いて、図7に示したように、陰イオン交換樹脂21を充填したカラム22を用意し、塩化鉄水溶液M2を貯蔵タンク23からカラム22に流し込み、陰イオン交換樹脂21と十分に接触させる(ステップS213)。塩化鉄水溶液M2の流速は、塩化鉄水溶液M2が陰イオン交換樹脂21と十分に接触するように、樹脂容量分を1時間かけて流す程度(1bed volume(s)/hour)あるいはそれ以上の時間をかけてゆっくりと流す程度が好ましい。ここでは、鉄を2価イオンとしかつ銅を1価イオンとしているので、1価イオンの銅は陰イオン交換樹脂21に吸着され、2価イオンの鉄は陰イオン交換樹脂21に全く吸着することなくカラム22から溶出される。この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化(溶離曲線)を図8に示す。図8において横軸は溶出容量、縦軸は金属イオンの最大濃度で規格化した濃度である。このように、2価イオンの鉄と1価イオンの銅との溶離曲線のピークは全く重なる部分がなく、塩化鉄水溶液から銅を完全に分離できることが分かる。すなわち、回収タンク24には、銅が分離された塩化鉄水溶液M2が回収される。
Subsequently, as shown in FIG. 7, a column 22 filled with an
なお、塩化鉄水溶液M2に亜鉛、ガリウム(Ga)、ニオブ、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、インジウム(In)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)、タンタル、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)、水銀(Hg)、タリウム(Tl)、鉛およびビスマス(Bi)からなる群のうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、図8に亜鉛で示したように、ステップS213によりこれらの不純物も銅と共に陰イオン交換樹脂21に吸着され、塩化鉄水溶液M2から分離される。
In addition, zinc, gallium (Ga), niobium, technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), cadmium (Cd), indium (In) are added to the iron chloride aqueous solution M2. , Tin (Sn), antimony (Sb), tellurium (Te), tantalum, tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), mercury ( When at least one impurity of the group consisting of Hg), thallium (Tl), lead and bismuth (Bi) is contained, these impurities are obtained in step S213 as shown by zinc in FIG. Is adsorbed on the
銅を分離したのち、塩化鉄水溶液M2にリチウム(Li)、ベリリウム(Be)、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、カリウム(K)、カルシウム、スカンジウム(Sc)、チタン、バナジウム(V)、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、ルビジウム(Rb)、ストロンチウム(Sr)、イットリウム(Y)、ジルコニウム、セシウム(Cs)、バリウム(Ba)、ランタノイド類、ハフニウム(Hf)、フランシウム(Fr)、ラジウム(Ra)およびアクチノイド類からなる群のうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、塩化鉄水溶液M2に例えば過酸化水素水を入れて酸化し、鉄を2価イオンから3価イオンとする(ステップS214)。なお、この酸化は放置していても自然に起こるので、積極的に酸化工程を行わなくてもよい。 After separating copper, the aqueous solution of iron chloride M2 is added to lithium (Li), beryllium (Be), sodium, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, potassium (K), calcium, scandium (Sc), titanium, vanadium (V), Chromium, manganese, cobalt, nickel, rubidium (Rb), strontium (Sr), yttrium (Y), zirconium, cesium (Cs), barium (Ba), lanthanoids, hafnium (Hf), francium (Fr), radium ( When at least one impurity selected from the group consisting of Ra) and actinoids is contained, for example, hydrogen peroxide solution is added to the aqueous iron chloride solution M2 to oxidize it to convert iron from divalent ions to trivalent ions. (Step S214). In addition, since this oxidation occurs naturally even if it is left as it is, it is not necessary to actively perform the oxidation step.
そののち、塩化鉄水溶液M2の塩酸濃度を2kmol/m3 以上11kmol/m3 以下の範囲内に調整し、図7に示したように、塩化鉄水溶液M2を陰イオン交換樹脂21と十分に接触させる(ステップS215)。これにより、3価イオンの鉄は陰イオン交換樹脂21に吸着され、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、セシウム、バリウム、ランタノイド類、ハフニウム、フランシウム、ラジウムおよびアクチノイド類は陰イオン交換樹脂21に吸着することなく溶出される。
After that, the hydrochloric acid concentration of the aqueous iron chloride solution M2 is adjusted within the range of 2 kmol / m 3 or more and 11 kmol / m 3 or less, and the aqueous iron chloride solution M2 is in sufficient contact with the
この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化(溶離曲線)を図9に示す。図9は上述した不純物を代表してアルミニウム、ケイ素、リン、チタン、マンガン、コバルトおよびクロムを鉄と比較したものであり、横軸および縦軸は図8と同様である。このように、これらの不純物と3価イオンの鉄との溶離曲線のピークはほぼ重なる部分がなく、これらの不純物と鉄とをほぼ分離できることが分かる。 FIG. 9 shows the change (elution curve) of the metal ion concentration in the eluate at this time. FIG. 9 represents aluminum, silicon, phosphorus, titanium, manganese, cobalt, and chromium as a representative of the above-described impurities, and the horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. Thus, it can be seen that the peaks of the elution curves of these impurities and trivalent iron do not substantially overlap, and that these impurities and iron can be substantially separated.
また、塩化鉄水溶液M2に亜鉛、ガリウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、タリウム、鉛、ビスマスおよびポロニウム(Po)からなる群のうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、ステップS215においてこれらの不純物も鉄と共に陰イオン交換樹脂21に吸着される。
Moreover, zinc, gallium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, indium, tin, antimony, tellurium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury In the case where at least one impurity selected from the group consisting of thallium, lead, bismuth and polonium (Po) is contained, these impurities are also adsorbed to the
この場合には、鉄を陰イオン交換樹脂21に吸着させたのち、濃度が0.1kmol/m3 以上2kmol/m3 以下の塩酸溶液を流して陰イオン交換樹脂21から鉄を溶離させ、鉄と共に陰イオン交換樹脂に吸着された亜鉛、ガリウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、タリウム、鉛、ビスマスおよびポロニウムと鉄とを分離する(ステップS216)。この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化(溶離曲線)を図9に合わせて示す。図9は上述した不純物を代表してスズを鉄と比較したものである。このように、これら不純物と3価イオンの鉄との溶離曲線のピークはほぼ重なる部分がなく、これら不純物と鉄とをほぼ分離できることが分かる。
In this case, after the iron is adsorbed on the
但し、ここでは、ステップS213において既に亜鉛、ガリウム、ニオブ、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、タリウム、鉛およびビスマスは銅と共に塩化鉄水溶液M2から分離されているので、ステップS216では主としてモリブデンおよびポロニウムが鉄と分離される。 However, here, already in step S213, zinc, gallium, niobium, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, indium, tin, antimony, tellurium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury Since thallium, lead and bismuth are separated from the iron chloride aqueous solution M2 together with copper, molybdenum and polonium are mainly separated from iron in step S216.
鉄を溶離したのち、得られた塩化鉄水溶液M2を、例えば耐熱ガラス上で蒸発乾固し、釉薬を塗った磁器るつぼ中で酸化して、酸化鉄とする(ステップS217)。そののち、例えば、石英ボートあるいはアルミナボート上で酸化鉄を水素雰囲気中において500K以上1800K未満の温度で加熱する(ステップS218)。但し、還元を速やかに行うには、1000K以上の温度で加熱することが好ましい。これにより、酸化鉄は化5に示したように反応し、鉄が得られる。
After elution of iron, the obtained iron chloride aqueous solution M2 is evaporated to dryness on, for example, heat-resistant glass and oxidized in a porcelain crucible coated with glaze to obtain iron oxide (step S217). After that, for example, iron oxide is heated in a hydrogen atmosphere at a temperature of 500 K or higher and lower than 1800 K on a quartz boat or an alumina boat (step S218). However, it is preferable to heat at a temperature of 1000 K or higher in order to perform the reduction quickly. Thereby, iron oxide reacts as shown in
以上の陰イオン交換樹脂を用いた精製工程により、コバルト、ニッケルおよび銅の濃度の合計を好ましくは3質量ppm以下にすることができ、より好ましくは1質量ppm以下にすることができる。 By the purification process using the above anion exchange resin, the total concentration of cobalt, nickel and copper can be preferably 3 ppm by mass or less, more preferably 1 ppm by mass or less.
また、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅および亜鉛の濃度の合計を好ましくは20質量ppm以下にすることができ、より好ましくは1質量ppm以下にすることができる。 The total concentration of titanium, chromium, manganese, cobalt, nickel, copper and zinc can be preferably 20 ppm by mass or less, more preferably 1 ppm by mass or less.
なお、この工程によりケイ素あるいはアルミニウムなどの不純物が混入してしまう可能性があるが、これらの不純物は上述した酸素による精製工程で低減される。 Note that impurities such as silicon or aluminum may be mixed in by this step, but these impurities are reduced by the above-described purification step using oxygen.
このように第1の実施の形態の高純度鉄および高純度鉄ターゲットによれば、酸素の濃度が1質量ppm以下とされるので、スパッタリングによる成膜の際にパーティクルの発生を抑制することができ、例えば、半導体デバイスの特性を向上させることができる。加えて、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの濃度の合計が50質量ppm以下とされるので、より半導体デバイスの特性を向上させることができる。更に、コバルト、銅およびニッケルの濃度の合計が1質量ppm以下とされるので、例えば、半導体デバイスに用いられても短絡を生じさせることがなく、更に特性を向上させることができる。また、磁気記録媒体、磁気記録ヘッドなどのデバイスなどにも用いることができ、それらの特性を向上させることができる。特に、ケイ化鉄などのような化合物半導体の材料として用いた場合、特性劣化のような微量不純物による不要な不純物準位が形成されず、優れた特性を得ることができる。 As described above, according to the high-purity iron and the high-purity iron target of the first embodiment, since the oxygen concentration is 1 mass ppm or less, generation of particles can be suppressed during film formation by sputtering. For example, the characteristics of the semiconductor device can be improved. In addition, since the total concentration of aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium and zirconium is 50 ppm by mass or less, the characteristics of the semiconductor device can be further improved. Furthermore, since the total concentration of cobalt, copper and nickel is 1 mass ppm or less, for example, even when used in a semiconductor device, a short circuit does not occur, and the characteristics can be further improved. It can also be used for devices such as magnetic recording media and magnetic recording heads, and the characteristics thereof can be improved. In particular, when used as a material for a compound semiconductor such as iron silicide, unnecessary impurity levels due to trace impurities such as characteristic deterioration are not formed, and excellent characteristics can be obtained.
[第2の実施の形態]
本発明の一実施の形態に係る高純度コバルトおよび高純度コバルトターゲットは、不純物である酸素の濃度が1質量ppm以下であり、0.5質量ppm以下であればより好ましい。
[Second Embodiment]
The high-purity cobalt and the high-purity cobalt target according to an embodiment of the present invention have a concentration of oxygen as an impurity of 1 mass ppm or less, and more preferably 0.5 mass ppm or less.
また、アルミニウム、カルシウム、クロム、鉄、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの濃度の合計は50質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であればより好ましい。 The total concentration of aluminum, calcium, chromium, iron, niobium, silicon, titanium and zirconium is preferably 50 ppm by mass or less, more preferably 1 ppm by mass or less.
加えて、ニッケルおよび銅の濃度の合計は50質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であればより好ましい。 In addition, the total concentration of nickel and copper is preferably 50 ppm by mass or less, more preferably 1 ppm by mass or less.
更に、酸素、窒素および炭素の濃度の合計は50質量ppm以下であることが好ましく、10質量ppm以下であればより好ましい。 Further, the total concentration of oxygen, nitrogen and carbon is preferably 50 ppm by mass or less, more preferably 10 ppm by mass or less.
特に、チタン、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅および亜鉛の濃度は100質量ppm以下であることが好ましく、50質量ppm以下であればより好ましく、5質量ppm以下であれば更に好ましい。 In particular, the concentration of titanium, chromium, manganese, iron, nickel, copper and zinc is preferably 100 mass ppm or less, more preferably 50 mass ppm or less, and even more preferably 5 mass ppm or less.
このような高純度コバルトおよび高純度コバルトターゲットは、例えば、第1の実施の形態と同様にして図1に示したように、不純物を含むコバルトを熔解すると共に、酸素を溶かし込ませ、あるいはコバルトと溶融酸化コバルトとを共存させることにより製造することができる。 Such high-purity cobalt and high-purity cobalt target, for example, as shown in FIG. 1 in the same manner as in the first embodiment, melts cobalt containing impurities and dissolves oxygen or cobalt. And molten cobalt oxide can coexist.
なお、活性酸素雰囲気下で、不純物を含むコバルトを熔解する場合には、鉄も除去される。図3に示したように、鉄の酸化物が生成する酸素ポテンシャル領域よりも、コバルトの酸化物が生成するポテンシャル領域の方が、酸素分圧の大きな領域にあるからである。 In addition, when melting cobalt containing impurities under an active oxygen atmosphere, iron is also removed. This is because, as shown in FIG. 3, the potential region in which the cobalt oxide is generated is in a region having a higher oxygen partial pressure than the oxygen potential region in which the iron oxide is generated.
また、酸化物を添加して熔解する場合には、酸化コバルトを用いればよい。 Moreover, what is necessary is just to use a cobalt oxide, when adding and melt | dissolving an oxide.
以上の不純物を含むコバルトを熔解すると共に、酸素を溶かし込ませ、あるいはコバルトと溶融酸化コバルトとを共存させることにより、アルミニウム、カルシウム、クロム、鉄、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの濃度の合計を好ましくは50質量ppm以下にすることができ、より好ましくは1質量ppm以下にすることができる。 By dissolving cobalt containing the above impurities and dissolving oxygen, or by coexisting cobalt and molten cobalt oxide, the total concentration of aluminum, calcium, chromium, iron, niobium, silicon, titanium and zirconium can be calculated. Preferably it can be 50 mass ppm or less, More preferably, it can be 1 mass ppm or less.
また、活性水素を含む雰囲気下におけるプラズマによる熔解により、酸素、窒素および炭素の濃度の合計を好ましくは50質量ppm以下にすることができ、より好ましくは10質量ppm以下にすることができる。 Moreover, the total of the concentration of oxygen, nitrogen, and carbon can be preferably 50 ppm by mass or less, and more preferably 10 ppm by mass or less by melting with plasma in an atmosphere containing active hydrogen.
本実施の形態では、活性酸素雰囲気下で、不純物を含むコバルトを熔解する場合には、第1の実施の形態と同様にプラズマ生成ガスにおける酸素の分圧は、コバルトの融点である1495℃以上において、0.1Pa以上102Pa以下とすることが好ましい。 In this embodiment, when cobalt containing impurities is melted in an active oxygen atmosphere, the partial pressure of oxygen in the plasma generation gas is 1495 ° C. or higher, which is the melting point of cobalt, as in the first embodiment. In this case, the pressure is preferably 0.1 Pa or more and 102 Pa or less.
また、熔解室1内の圧力は、例えば、コバルトの融点である1495℃以上において1.33以上310kPa以下の範囲内とすることが好ましい。この範囲内において、コバルト以外の金属を容易に酸化することができるからである。 Moreover, it is preferable to make the pressure in the melting chamber 1 into the range of 1.33 or more and 310 kPa or less, for example in 1495 degreeC or more which is melting | fusing point of cobalt. This is because a metal other than cobalt can be easily oxidized within this range.
また、図4に示したように、酸素による精製工程の前に陰イオン交換樹脂を用いた精製工程(ステップS200)を行うようにしてもよい。このようにすれば、不純物の濃度をより低減することができると共に、酸素などによる精製工程に要する時間を短くすることができるので好ましい。 Moreover, as shown in FIG. 4, you may make it perform the refinement | purification process (step S200) using an anion exchange resin before the refinement | purification process by oxygen. This is preferable because the impurity concentration can be further reduced and the time required for the purification step using oxygen or the like can be shortened.
図10は陰イオン交換樹脂を用いた精製工程を表すものである。まず、不純物を含むコバルトを塩酸溶液に溶解し、塩化コバルト(CoCl2 )水溶液M3を作製する(ステップS221)。その際、塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上3kmol/m3 以下の範囲内に調整する。 FIG. 10 shows a purification process using an anion exchange resin. First, cobalt containing impurities is dissolved in a hydrochloric acid solution to prepare a cobalt chloride (CoCl 2 ) aqueous solution M3 (step S221). At that time, the hydrochloric acid concentration is adjusted within the range of 0.1 kmol / m 3 or more and 3 kmol / m 3 or less.
次いで、図6に示したように、この塩化コバルト水溶液M3をコバルトなどの金属11と共に容器12に入れ、窒素ガスあるいはアルゴンガスなどの不活性ガス13を吹き込むと共に、塩化コバルト水溶液M3と金属11とを例えばスターラー14により攪拌して十分に接触させる(ステップS222)。これにより、塩化コバルト水溶液M3に不純物として含まれる銅は、例えば化6に示したように反応し、2価イオンから1価イオンとなる。
Next, as shown in FIG. 6, the cobalt chloride aqueous solution M3 is put in a container 12 together with a metal 11 such as cobalt, and an
ここで塩化コバルト水溶液M3に不活性ガス13を吹き込むのは、塩化コバルト水溶液M3に溶存している酸素を追い出すためであり、化6に示した反応などは塩化コバルト水溶液M3に酸素が溶存していると進行しない。この不活性ガス13の吹き込みは塩化コバルト水溶液M3と金属11とを攪拌する際に同時に行ってもよく、塩化コバルト水溶液M3に金属11を入れる前に行ってもよい。
Here, the
金属11は粉末のように表面積の大きいものが好ましい。塩化コバルト水溶液M3との接触面積を大きくすることにより、銅を十分に反応させることができるからである。金属11にはコバルト以外のものも用いることができるが、好ましいのはコバルトである。塩化コバルト水溶液M3に他の不純物が混入することを可能な限り防止するためである。 The metal 11 preferably has a large surface area such as powder. This is because copper can be sufficiently reacted by increasing the contact area with the cobalt chloride aqueous solution M3. Although metals other than cobalt can be used as metal 11, cobalt is preferred. This is to prevent other impurities from entering the cobalt chloride aqueous solution M3 as much as possible.
なお、ここでは塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を調整したのち、塩化コバルト水溶液M3と金属11とを接触させて銅を1価イオンとするようにしたが、塩化コバルト水溶液M3を金属11と接触させて銅を1価イオンとしたのち、塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を調整するようにしてもよい。 Here, after adjusting the hydrochloric acid concentration of the cobalt chloride aqueous solution M3, the cobalt chloride aqueous solution M3 and the metal 11 are brought into contact with each other so that copper becomes a monovalent ion. However, the cobalt chloride aqueous solution M3 is brought into contact with the metal 11. After making copper into monovalent ions, the hydrochloric acid concentration of the cobalt chloride aqueous solution M3 may be adjusted.
続いて、図7に示したように、陰イオン交換樹脂21を充填したカラム22を用意し、塩化コバルト水溶液M3を貯蔵タンク23からカラム22に流し込み、陰イオン交換樹脂21と十分に接触させる(ステップS223)。塩化コバルト水溶液M3の流速は、塩化コバルト水溶液M3が陰イオン交換樹脂21と十分に接触するように、樹脂容量分を1時間かけて流す程度(1bed volume(s)/hour)あるいはそれ以上の時間をかけてゆっくりと流すのが好ましい。ここでは、銅を1価イオンとしているので、1価イオンの銅は陰イオン交換樹脂21に吸着され、コバルトは陰イオン交換樹脂21に全く吸着することなくカラム22から溶出される。この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化(溶離曲線)を図11に示す。図11において横軸および縦軸は図8と同様である。このように、2価イオンのコバルトと1価イオンの銅との溶離曲線のピークは全く重なる部分がなく、塩化コバルト水溶液から銅を完全に分離できることが分かる。すなわち、回収タンク24には、銅が分離された塩化コバルト水溶液M3が回収される。
Subsequently, as shown in FIG. 7, a column 22 filled with the
なお、塩化コバルト水溶液M3に亜鉛などの不純物が含まれている場合には、図11に示したように、ステップS223において亜鉛も銅と共に陰イオン交換樹脂21に吸着され、塩化コバルト水溶液M3から分離される。亜鉛と同様にして分離される元素には、例えば、テクネチウム,ルテニウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛,ビスマスおよびポロニウムがある。すなわち、塩化コバルト水溶液M3にこれらのうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、銅と共に分離される。
When impurities such as zinc are contained in the cobalt chloride aqueous solution M3, as shown in FIG. 11, zinc is also adsorbed on the
銅を分離したのち、塩化コバルト水溶液M3にチタン,クロム,マンガン,ニッケル,アルミニウム,アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群のうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を7kmol/m3 以上11kmol/m3 以下の範囲内に調整し、図7に示したように、塩化コバルト水溶液M3を陰イオン交換樹脂21と十分に接触させる(ステップS224)。これにより、コバルトは陰イオン交換樹脂21に吸着され、陰イオン交換樹脂21に吸着されないチタン,クロム,マンガン,ニッケル,アルミニウム,アルカリ金属またはアルカリ土類金属と分離される。この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化(溶離曲線)を図12に示す。図12において横軸および縦軸は図8と同様である。
After separating copper, cobalt chloride aqueous solution M3 contains cobalt chloride if it contains at least one impurity selected from the group consisting of titanium, chromium, manganese, nickel, aluminum, alkali metals and alkaline earth metals The hydrochloric acid concentration of the aqueous solution M3 is adjusted within the range of 7 kmol / m 3 or more and 11 kmol / m 3 or less, and as shown in FIG. 7, the cobalt chloride aqueous solution M3 is sufficiently brought into contact with the anion exchange resin 21 (step S224). . Thereby, cobalt is adsorbed on the
また、塩化コバルト水溶液M3に鉄,亜鉛,モリブデン,テクネチウム,ルテニウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,タングステン,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛,ビスマスおよびポロニウムからなる群のうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、ステップS224においてこれらの不純物もコバルトと共に陰イオン交換樹脂21に吸着される。この場合には、コバルトを陰イオン交換樹脂21に吸着させたのち、濃度が2.5kmol/m3 以上5kmol/m3 以下の塩酸溶液を流して陰イオン交換樹脂21からコバルトを溶離させ、コバルトと共に陰イオン交換樹脂に吸着された鉄,亜鉛,モリブデン,テクネチウム,ルテニウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,タングステン,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛,ビスマスまたはポロニウムとコバルトとを分離する(ステップS225)。
The cobalt chloride aqueous solution M3 is made of iron, zinc, molybdenum, technetium, ruthenium, palladium, silver, cadmium, indium, tin, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, thallium, lead, bismuth and polonium. If at least one impurity in the group is contained, these impurities are also adsorbed to the
但し、ここでは、ステップS223において既に亜鉛,テクネチウム,ルテニウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛,ビスマスおよびポロニウムは銅と共に塩化コバルト水溶液M3から分離されているので、ステップS225では主として鉄,モリブデンおよびタングステンがコバルトと分離される。 However, here, in step S223, zinc, technetium, ruthenium, palladium, silver, cadmium, indium, tin, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, thallium, lead, bismuth, and polonium together with copper are in an aqueous cobalt chloride solution. Since it is separated from M3, mainly iron, molybdenum and tungsten are separated from cobalt in step S225.
コバルトを溶離したのち、得られた塩化コバルト水溶液M3を例えば耐熱ガラス上で蒸発乾固し、塩化コバルトあるいはその水和物とする(ステップS226)。そののち、塩化コバルトあるいはその水和物を、図13に示したような装置を用い、水素雰囲気中において623K以上873K未満(350℃以上600℃未満)の温度で加熱する(ステップS227)。これにより、塩化コバルトあるいはその水和物は化7に示したように反応し、コバルトが得られる。なお、図13に示した装置は、加熱炉31内に反応管32が設置され、反応管32には一端部から水素ガス33が供給されると共に、他端部から反応により生成した塩化水素ガスが排出されるようになっており、排出された塩化水素ガスは処理部34において吸収されるようになっている。
After elution of cobalt, the obtained cobalt chloride aqueous solution M3 is evaporated to dryness on, for example, heat-resistant glass to obtain cobalt chloride or a hydrate thereof (step S226). Thereafter, cobalt chloride or a hydrate thereof is heated at a temperature of 623 K or more and less than 873 K (350 ° C. or more and less than 600 ° C.) in a hydrogen atmosphere using an apparatus as shown in FIG. 13 (step S227). Thereby, cobalt chloride or a hydrate thereof reacts as shown in Chemical Formula 7 to obtain cobalt. In the apparatus shown in FIG. 13, a
その際、加熱温度を623K以上とするのは、これよりも低温では塩化コバルトを十分に反応させることができないからであり、加熱温度を873K未満とするのは、873K未満でも塩化コバルトを十分に反応させることができるので、できるだけ低温の方がコストを低減することができると共に、製造装置を簡易とできるからである。図14に加熱温度と反応速度(還元速度)との関係を示す。図14において横軸は時間、縦軸は還元率であり、反応速度は、化7に示したように、1molのコバルトが還元されると2molの塩化水素が生成することに基づき、回収した塩化水素の濃度変化から求めたものである。図14からも、623K以上873K未満で十分にコバルトを還元できることが分かる。 In this case, the heating temperature is set to 623 K or more because cobalt chloride cannot be sufficiently reacted at a temperature lower than this, and the heating temperature is set to less than 873 K, even if the temperature is less than 873 K. This is because the temperature can be reduced as much as possible, and the manufacturing apparatus can be simplified because the reaction can be performed. FIG. 14 shows the relationship between the heating temperature and the reaction rate (reduction rate). In FIG. 14, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the reduction rate, and the reaction rate was determined based on the fact that 2 mol of hydrogen chloride is produced when 1 mol of cobalt is reduced as shown in Chemical formula 7. It is obtained from the change in hydrogen concentration. FIG. 14 also shows that cobalt can be sufficiently reduced at 623 K or more and less than 873 K.
なお、この工程によりケイ素あるいはアルミニウムなどの不純物が混入してしまう可能性があるが、これらの不純物は上述した酸素による精製工程で低減される。 Note that impurities such as silicon or aluminum may be mixed in by this step, but these impurities are reduced by the above-described purification step using oxygen.
また、次のような手順で塩化コバルト水溶液M3から不純物を分離して製造するようにしてもよい。 Moreover, you may make it manufacture by isolate | separating an impurity from cobalt chloride aqueous solution M3 in the following procedures.
まず、塩化コバルト水溶液M3に不活性ガスを吹き込むと共に、塩化コバルト水溶液Mを金属11と接触させて銅を1価イオンとする(ステップS222)。次いで、塩化コバルト水溶液Mの塩酸濃度を7kmol/m3 以上11kmol/m3 以下に調整し、陰イオン交換樹脂21にコバルトを吸着させてチタンなどの不純物と分離する(ステップS224)。続いて、濃度が2.5kmol/m3 以上5kmol/m3 以下の塩酸溶液により陰イオン交換樹脂21に吸着させたコバルトを溶離させ、コバルトと共に陰イオン交換樹脂21に吸着されたモリブデンなどの不純物と分離する(ステップS225)。そののち、塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上3kmol/m3 以下に調整し(ステップS221)、陰イオン交換樹脂21に銅を吸着させて塩化コバルト水溶液M3から分離する(ステップS223)。
First, an inert gas is blown into the cobalt chloride aqueous solution M3, and the cobalt chloride aqueous solution M is brought into contact with the metal 11 to make copper a monovalent ion (step S222). Next, the hydrochloric acid concentration of the cobalt chloride aqueous solution M is adjusted to 7 kmol / m 3 or more and 11 kmol / m 3 or less, cobalt is adsorbed on the
また、銅を1価イオンとしたのち(ステップS222)、塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を調整して陰イオン交換樹脂21にコバルトを吸着させてチタンなどの不純物と分離し(ステップS224)、次いで、濃度が0.1kmol/m3 以上3kmol/m3 以下の塩酸溶液により陰イオン交換樹脂21に吸着させたコバルトを溶離させ、コバルトと共に陰イオン交換樹脂21に吸着された銅などの不純物と分離し、そののち、塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を2.5kmol/m3 以上5kmol/m3 以下に調整して陰イオン交換樹脂21に鉄,モリブデンあるいはタングステンなどの不純物を吸着させて塩化コバルト水溶液M3から分離するようにしてもよい。
After making copper a monovalent ion (step S222), the hydrochloric acid concentration of the cobalt chloride aqueous solution M3 is adjusted to adsorb cobalt to the
これらの場合、陰イオン交換樹脂21に吸着させたコバルトを溶離する塩酸溶液の濃度を2.5kmol/m3 以上3kmol/m3 以下に調整し、銅と共に鉄,モリブデンあるいはタングステンなどの不純物をコバルトと分離するようにしてもよい。
In these cases, the concentration of the hydrochloric acid solution that elutes the cobalt adsorbed on the
更に、塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を調整して陰イオン交換樹脂21にコバルトを吸着させてチタンなどの不純物と分離し(ステップS224)、濃度を調整した塩酸溶液により陰イオン交換樹脂21に吸着させたコバルトを溶離させてモリブデンなどの不純物と分離したのち(ステップS225)、銅を1価イオンとし(ステップS222)、塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を調整して陰イオン交換樹脂21に銅を吸着させて分離する(ステップS223)ようにしてもよい。但し、この場合、銅を1価イオンとする工程で不純物が混入される可能性があるので、上述したいずれかの手順で行う方が好ましい。
Further, the hydrochloric acid concentration of the aqueous cobalt chloride solution M3 is adjusted to adsorb cobalt to the
以上の陰イオン交換樹脂を用いた精製工程により、ニッケルおよび銅の濃度の合計を好ましくは50質量ppm以下にすることができ、より好ましくは1質量ppm以下にすることができる。 By the purification step using the above anion exchange resin, the total concentration of nickel and copper can be preferably 50 ppm by mass or less, and more preferably 1 ppm by mass or less.
また、チタン、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、銅および亜鉛の濃度を好ましくは100質量ppm以下、より好ましくは50質量ppm以下、更に好ましくは5質量ppm以下にすることができる。 The concentration of titanium, chromium, manganese, iron, nickel, copper, and zinc can be preferably 100 ppm by mass or less, more preferably 50 ppm by mass or less, and still more preferably 5 ppm by mass or less.
このように第2の実施の形態の高純度コバルトおよび高純度コバルトターゲットによれば、酸素の濃度が1質量ppm以下とされるので、スパッタリングによる成膜の際にパーティクルの発生を抑制することができ、例えば、半導体デバイスの特性を向上させることができる。加えて、アルミニウム、カルシウム、クロム、鉄、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの濃度の合計を50質量ppm以下とされるので、より半導体デバイスの特性を向上させることができる。更に、銅およびニッケルの濃度の合計を50質量ppm以下とされるので、例えば、半導体デバイスに用いられても短絡を生じさせることがなく、更に特性を向上させることができる。また、磁気記録媒体、磁気記録ヘッドなどのデバイスなどにも用いることができ、それらの特性を向上させることができる。 As described above, according to the high purity cobalt and the high purity cobalt target of the second embodiment, since the oxygen concentration is 1 mass ppm or less, generation of particles can be suppressed during film formation by sputtering. For example, the characteristics of the semiconductor device can be improved. In addition, since the total concentration of aluminum, calcium, chromium, iron, niobium, silicon, titanium, and zirconium is 50 ppm by mass or less, the characteristics of the semiconductor device can be further improved. Furthermore, since the total concentration of copper and nickel is 50 ppm by mass or less, for example, even when used in a semiconductor device, a short circuit does not occur, and the characteristics can be further improved. It can also be used for devices such as magnetic recording media and magnetic recording heads, and the characteristics thereof can be improved.
[第3の実施の形態]
本発明の一実施の形態に係る高純度金属の製造方法は、不純物を含む金属を、第1あるいは第2の実施の形態で説明したように熔解すると共に、酸素を溶かし込ませ、あるいは精製の目的とする金属の溶融酸化物と共存させることにより、アルミニウム、カルシウム、クロム、鉄、ニオブ、ケイ素、チタンおよびジルコニウムからなる群のうち少なくとも1種の不純物を酸化して除去するものである。
[Third Embodiment]
The method for producing a high-purity metal according to an embodiment of the present invention involves melting a metal containing impurities as described in the first or second embodiment and dissolving oxygen or purifying the metal. By coexisting with the target metal molten oxide, at least one impurity of the group consisting of aluminum, calcium, chromium, iron, niobium, silicon, titanium and zirconium is oxidized and removed.
なお、活性酸素を含む雰囲気下で不純物を含む金属をプラズマにより熔解する場合には、酸素分圧は、例えば図3を参照し、精製する金属に応じて設定する。具体的には、酸素分圧を例えば精製する金属の酸化物が生成する酸素ポテンシャル領域よりも低くし、その金属よりも酸化されやすい不純物を酸化する。また、酸素分圧をそれよりも若干高くし、精製する金属と不純物金属とを共に酸化するようにしてもよい。これらの酸化物は、金属の表面にスラグ層を形成し、これにより不純物の濃度が低減される。この方法は鉄あるいはコバルトを精製する場合に限らず、酸化物が生成する酸素ポテンシャルが高い金属を精製する場合に広く用いることができ、例えば、鉄あるいはコバルトの他にも金,銀,白金,ロジウムあるいはパラジウムなどの貴金属を精製する場合に特に好ましい。 In the case where a metal containing impurities is melted by plasma in an atmosphere containing active oxygen, the oxygen partial pressure is set according to the metal to be purified with reference to FIG. 3, for example. Specifically, the oxygen partial pressure is set lower than, for example, an oxygen potential region where a metal oxide to be purified is generated, and an impurity that is more easily oxidized than that metal is oxidized. Alternatively, the oxygen partial pressure may be slightly higher than that, and the metal to be purified and the impurity metal may be oxidized together. These oxides form a slag layer on the surface of the metal, thereby reducing the concentration of impurities. This method is not limited to refining iron or cobalt, but can be widely used for refining metals with high oxygen potential generated by oxides. For example, in addition to iron or cobalt, gold, silver, platinum, It is particularly preferred when purifying noble metals such as rhodium or palladium.
また、酸化物を添加して熔解する場合には、精製する金属の酸化物を用いればよい。 In addition, when an oxide is added and melted, a metal oxide to be purified may be used.
更にまた、金属の表面に形成されたスラグ層を、機械的方法あるいは化学的方法により除去したのち、第1あるいは第2の実施の形態と同様に、更に活性水素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解するようにしてもよい。これにより、ナトリウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ土類金属、酸素、窒素、炭素,硫黄などの軽元素、ウラン、トリウムなどの放射性元素、ケイ素、リン、クロム、マンガン、ジルコニウム、鉛、チタン、アルミニウムおよび亜鉛からなる群のうち少なくとも1種の不純物が除去され、より高純度化することができるからである。特に、上述したように酸素による精製を行うと、金属中に酸素が多く残存するため、この酸素を効果的に除去することができる。 Furthermore, after the slag layer formed on the surface of the metal is removed by a mechanical method or a chemical method, similarly to the first or second embodiment, the slag layer is melted by plasma in an atmosphere further containing active hydrogen. You may make it do. As a result, alkali metals such as sodium, alkaline earth metals such as calcium and magnesium, light elements such as oxygen, nitrogen, carbon and sulfur, radioactive elements such as uranium and thorium, silicon, phosphorus, chromium, manganese, zirconium and lead This is because at least one impurity in the group consisting of titanium, aluminum, and zinc can be removed and the purity can be further increased. In particular, when purification with oxygen is performed as described above, a large amount of oxygen remains in the metal, so that this oxygen can be effectively removed.
なお、活性水素を含む雰囲気下で、金属をプラズマにより熔解する方法については、上述した第1あるいは第2の実施の形態と同様にすればよい。 Note that a method for melting metal by plasma in an atmosphere containing active hydrogen may be the same as in the first or second embodiment described above.
また、酸素による精製工程の前に陰イオン樹脂を用いた精製工程を行うようにしてもよい。このようにすれば、不純物の濃度をより低減することができると共に、活性酸素などによる精製工程に要する時間を短くすることができるので好ましい。 Moreover, you may make it perform the refinement | purification process using an anion resin before the refinement | purification process by oxygen. This is preferable because the concentration of impurities can be further reduced and the time required for the purification step using active oxygen or the like can be shortened.
なお、この工程によりケイ素あるいはアルミニウムなどの不純物が混入してしまうが、これらの不純物は上述した酸素による精製工程で低減される。 Note that impurities such as silicon or aluminum are mixed in by this step, but these impurities are reduced by the above-described purification step using oxygen.
このように、本実施の形態によれば、不純物を含む金属を熔解すると共に、金属中に酸素を溶け込ませ、あるいは精製の目的とする金属の溶融酸化物と共存させるようにしたので、精製する金属よりも酸素に対する親和力の大きな不純物金属を容易に金属から分離し、その濃度を低減することができる。よって容易に金属を高純度することができる。 As described above, according to the present embodiment, the metal containing impurities is melted, and oxygen is dissolved in the metal or coexists with the molten oxide of the metal intended for purification. An impurity metal having a higher affinity for oxygen than a metal can be easily separated from the metal and the concentration thereof can be reduced. Therefore, the metal can be easily highly purified.
特に、活性水素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解するようにすれば、酸素、窒素、および炭素からなる群のうち少なくとも1種の濃度を低減することができ、金属をより高純度化することができる。 In particular, if melting is performed by plasma in an atmosphere containing active hydrogen, the concentration of at least one of the group consisting of oxygen, nitrogen, and carbon can be reduced, and the metal can be further purified. it can.
また、不純物を含む金属を熔解すると共に、金属中に酸素を溶け込ませ、あるいは精製の目的とする金属の溶融酸化物と共存させる前に、金属を塩酸水溶液に熔解して塩酸の濃度を調整し、陰イオン交換樹脂と接触させるようにすれば、コバルト、ニッケルおよび銅からなる群のうち少なくとも1種の不純物も分離することができると共に、他の不純物濃度もより低減することができる。 In addition, the metal containing impurities is dissolved, and before the oxygen is dissolved in the metal or coexisted with the molten oxide of the metal to be purified, the metal is dissolved in an aqueous hydrochloric acid solution to adjust the concentration of hydrochloric acid. If the contact is made with the anion exchange resin, at least one impurity in the group consisting of cobalt, nickel and copper can be separated, and the concentration of other impurities can be further reduced.
よって、例えば、半導体デバイス,磁気記録媒体,磁気記録ヘッドあるいは環境半導体を用いたデバイスなどの材料として用いることができる。 Therefore, for example, it can be used as a material for a semiconductor device, a magnetic recording medium, a magnetic recording head, or a device using an environmental semiconductor.
更に、本発明の実施例について具体的に図面を参照して詳細に説明する。 Further, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(実施例1−1)
図2に示したような最大出力20kWの小型プラズマアーク炉を用意し、るつぼ3としての銅るつぼ内に表1に示すような純度の電解鉄50gを配置した。次いで、熔解室1の内部を真空排気したのち、アルゴン雰囲気に置換した。続いて、銅るつぼを水冷しながら、ガス供給源5からプラズマ生成ガスとしての酸素分圧が100Pa(酸素容量が0.1容量%)であるアルゴンガスを毎分5リットルの流量で、プラズマトーチ2に供給しながら、電源4により直流電圧を印加し、プラズマを発生させ、銅るつぼ内の電解鉄を熔解した。なお、このときの熔解温度は2000℃であった。
(Example 1-1)
A small plasma arc furnace with a maximum output of 20 kW as shown in FIG. 2 was prepared, and 50 g of electrolytic iron having a purity as shown in Table 1 was placed in a copper crucible as the
熔解を開始して数分後、熔解した電解鉄の表面に島状の薄いスラグ層が移動するのを観察することができた。このスラグ層は時間の経過と共に面積を増大させ、10分後には熔解した電解鉄の表面の約3分の2を占めた。この後、スラグ層の面積の増大は見られなくなったが、不純物の酸化をより確実にするため、更に10分間熔解を続けた。その後、熔解した鉄を冷却し、熔解室1から鉄の塊を取り出した。 Several minutes after the start of melting, it was observed that an island-like thin slag layer moved to the surface of the molten electrolytic iron. This slag layer increased in area over time and occupied about two thirds of the surface of the molten electrolytic iron after 10 minutes. After this, no increase in the area of the slag layer was observed, but the melting was continued for another 10 minutes in order to more reliably oxidize the impurities. Thereafter, the molten iron was cooled, and an iron lump was taken out from the melting chamber 1.
取り出した鉄の塊の表面に形成されたスラグ層を研磨機により機械的に研磨して除去し、更に、2mol/lの硝酸溶液に浸漬して、表面のスラグ層を化学的に研磨し、スラグ層を完全に除去し約45gの鉄の塊を得た。 The slag layer formed on the surface of the iron lump taken out is removed by mechanical polishing with a polishing machine, and further immersed in a 2 mol / l nitric acid solution to chemically polish the surface slag layer, The slag layer was completely removed to obtain about 45 g of iron lump.
(実施例1−2)
実施例1−1で得られた鉄の塊を、実施例1−1で用いた小型プラズマアーク炉を用い、ガス供給源5からプラズマ生成ガスを水素分圧が20kPa(水素容量が20容量%)であるアルゴンガスにして、プラズマにより熔解した。なお、このときの熔解温度は2000℃であった。その後、熔解した鉄を冷却し、鉄の塊を得た。
(Example 1-2)
The iron lump obtained in Example 1-1 was used for the plasma generation gas from the
(実施例1−3)
表1に示した電解鉄を原料とし、これを濃度2kmol/m3 の塩酸溶液に鉄濃度が0.179kmol/m3 (10g/dm3 )となるように溶解し、塩化鉄(FeCl3 )水溶液M2を作製した。次いで、図6に示したように、この塩化鉄水溶液M2に粉末状の鉄11を入れ、不活性ガスを吹き込みつつ攪拌して銅を1価イオンとすると共に、鉄を2価イオンとした。続いて、図7に示したように、塩化鉄水溶液M2を陰イオン交換樹脂21に接触させ、銅を吸着させて塩化鉄水溶液M2から分離した。
(Example 1-3)
The electrolytic iron shown in Table 1 as the raw material, which was dissolved so that the iron concentration in the hydrochloric acid solution of concentration 2kmol / m 3 becomes 0.179kmol / m 3 (10g / dm 3), iron chloride (FeCl 3) An aqueous solution M2 was prepared. Next, as shown in FIG. 6, powdered iron 11 was put into this iron chloride aqueous solution M2, and stirred while blowing an inert gas to make copper a monovalent ion, and iron was made a divalent ion. Subsequently, as shown in FIG. 7, the aqueous iron chloride solution M2 was brought into contact with the
銅を分離したのち、塩化鉄水溶液M2に過酸化水素水を添加して鉄を3価イオンとした。そののち、塩化鉄水溶液M2の塩酸濃度を5kmol/m3 とし、塩化鉄水溶液M2を陰イオン交換樹脂21に接触させて鉄を吸着させ、リチウムなどの不純物と分離した。次いで、濃度1kmol/m3 の塩酸溶液により陰イオン交換樹脂21から鉄を溶離させ、モリブデンなどの不純物と分離した。
After separating copper, hydrogen peroxide solution was added to the aqueous iron chloride solution M2 to convert iron into trivalent ions. Thereafter, the concentration of hydrochloric acid in the aqueous iron chloride solution M2 was set to 5 kmol / m 3, and the aqueous iron chloride solution M2 was brought into contact with the
鉄を陰イオン交換樹脂21から溶離したのち、得られた塩化鉄水溶液M2を耐熱ガラス上で蒸発乾固し、釉薬を塗った磁器るつぼ中で酸化して、酸化鉄を得た。そののち、得られた酸化鉄を石英ボートに配置し水素雰囲気中において1073K(800℃)で加熱し、鉄を得た。
After elution of iron from the
得られた鉄を実施例1−1と同様にして、酸素を供給しながらプラズマにより熔解し、スラグ層を除去して鉄の塊を得た。 The obtained iron was melted by plasma while supplying oxygen in the same manner as in Example 1-1, and the slag layer was removed to obtain an iron lump.
得られた鉄の塊を実施例1−2と同様にして、水素を供給しながらプラズマにより熔解し、冷却して鉄の塊を得た。 The obtained iron lump was melted by plasma while supplying hydrogen in the same manner as in Example 1-2, and cooled to obtain an iron lump.
[不純物濃度の分析]
実施例1−1〜1−3で得られた鉄について、グロー放電質量分析法により不純物の濃度の分析を行った。得られた結果を表1に示す。なお、濃度は表中の不純物濃度の合計を、1から差し引いたものである(一色実, 三村耕司, 「金属の高純度化」, 日本金属学会会報,1992年,第31巻, p.880−887参照)(以下、本実施例において同じ)。
[Analysis of impurity concentration]
The iron obtained in Examples 1-1 to 1-3 was analyzed for impurity concentration by glow discharge mass spectrometry. The obtained results are shown in Table 1. The concentration is the sum of the impurity concentrations in the table subtracted from 1 (Mitsuyoshi Ishiki, Koji Mimura, “Purification of Metals”, Journal of the Japan Institute of Metals, 1992, Vol. 31, p.880. -887) (hereinafter the same in this example).
表1から分かるように、活性酸素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解することにより、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタン、ジルコニウムの濃度を低減することができた。また、活性水素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解することにより、酸素の濃度を低減させることができた。 As can be seen from Table 1, the concentration of aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium, and zirconium could be reduced by melting with plasma in an atmosphere containing active oxygen. In addition, the oxygen concentration could be reduced by melting with plasma in an atmosphere containing active hydrogen.
(実施例2−1〜2−3)
電解鉄に高純度酸化鉄(Fe2 O3 )を混合した混合物40gを、酸素ガスを供給せずにアルゴンガスのみを供給してプラズマにより熔解した。その際、実施例2−1では、電解鉄39gと高純度酸化鉄1gとを混合した。実施例2−2では、電解鉄38gと高純度酸化鉄2gとを混合した。実施例2−3では、電解鉄37gと高純度酸化鉄3gとを混合した。また、他の熔解条件は実施例1−1と同様にした。
(Examples 2-1 to 2-3)
40 g of a mixture of high-purity iron oxide (Fe 2 O 3 ) mixed with electrolytic iron was melted with plasma by supplying only argon gas without supplying oxygen gas. At that time, in Example 2-1, 39 g of electrolytic iron and 1 g of high-purity iron oxide were mixed. In Example 2-2, 38 g of electrolytic iron and 2 g of high-purity iron oxide were mixed. In Example 2-3, 37 g of electrolytic iron and 3 g of high-purity iron oxide were mixed. Other melting conditions were the same as in Example 1-1.
熔解を開始後、熔解した電解鉄の表面に、酸化鉄と不純物の酸化物との混合スラグ層が移動するのを観察することができた。このスラグ層は、時間が経過しても一定の面積を保ち、増大したり、あるいは減少したりすることはなかった。この熔解は、不純物の酸化をより確実にするために、合計で10分間行った。その後、熔解した電解鉄を冷却し、熔解室1から鉄の塊を取り出した。 After starting the melting, it was observed that the mixed slag layer of iron oxide and impurity oxide moved to the surface of the molten electrolytic iron. This slag layer maintained a constant area over time and did not increase or decrease. This melting was carried out for a total of 10 minutes in order to more reliably oxidize the impurities. Thereafter, the molten electrolytic iron was cooled, and an iron lump was taken out from the melting chamber 1.
取り出した鉄の塊を2kmol/m3 以上5kmol/m3 以下の塩酸溶液に浸漬して、表面のスラグ層を化学的に研磨し、スラグ層を完全に除去し鉄の塊を得た。 By immersing the mass of the extracted iron 2kmol / m 3 or more 5kmol / m 3 or less of hydrochloric acid solution, grinding the slag layer on the surface chemically to obtain a complete removal and mass iron slag layer.
(実施例2−4〜2−6)
実施例2−1〜2−3で得られた鉄の塊を、実施例1−2と同様にして、水素を供給しながらプラズマにより熔解し、冷却して鉄の塊を得た。
(Examples 2-4 to 2-6)
The iron lump obtained in Examples 2-1 to 2-3 was melted by plasma while supplying hydrogen in the same manner as in Example 1-2, and cooled to obtain an iron lump.
(実施例2−7)
実施例2−1〜2−6で用いた電解鉄を、実施例1−3と同様にして塩酸溶液に溶解して陰イオン交換樹脂に接触させたのち、加熱して鉄を得た。
(Example 2-7)
The electrolytic iron used in Examples 2-1 to 2-6 was dissolved in a hydrochloric acid solution and brought into contact with an anion exchange resin in the same manner as in Example 1-3, and then heated to obtain iron.
得られた鉄を実施例2−2と同様にして、高純度酸化鉄を添加してプラズマにより熔解し、スラグ層を除去して鉄の塊を得た。 In the same manner as in Example 2-2, high-purity iron oxide was added to the obtained iron and melted by plasma, and the slag layer was removed to obtain an iron lump.
得られた鉄の塊を実施例2−5と同様にして、水素を供給しながらプラズマにより熔解し、冷却して鉄の塊を得た。 The obtained iron lump was melted by plasma while supplying hydrogen in the same manner as in Example 2-5, and cooled to obtain an iron lump.
(比較例2−1)
プラズマによる熔解を行わなかったことを除き、他は実施例1−3と同様にして塩酸溶液に溶解して陰イオン交換樹脂に接触させたのち、加熱して鉄を得た。その際、原料の電解鉄は、実施例2−1〜2−6で用いた電解鉄とした。
(Comparative Example 2-1)
Except that the melting by plasma was not performed, the others were dissolved in a hydrochloric acid solution and brought into contact with an anion exchange resin in the same manner as in Example 1-3, and then heated to obtain iron. At that time, the electrolytic iron used as the raw material was the electrolytic iron used in Examples 2-1 to 2-6.
[不純物濃度の分析]
実施例2−1〜2−7,および比較例2−1で得られた鉄について、実施例1−1〜1−3と同様にしてグロー放電質量分析法により不純物の濃度の分析を行った。得られた結果を表2,3に示す。
[Analysis of impurity concentration]
For the iron obtained in Examples 2-1 to 2-7 and Comparative Example 2-1, the concentration of impurities was analyzed by glow discharge mass spectrometry in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3. . The obtained results are shown in Tables 2 and 3.
表2から分かるように、実施例2−1〜2−6によれば、実施例1−1,1−2と同様の結果が得られた。すなわち、不純物を含む鉄に酸化鉄を混合した混合物を熔解するようにしても、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタン、ジルコニウムの濃度を低減することができ、更に、活性水素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解することにより、酸素の濃度を低減させることができた。また、表3から分かるように、塩化物水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させることにより、コバルト、銅およびニッケルの濃度を低減することができた。更に、塩化物水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させ加熱して得られた鉄と、酸化鉄とを混合した混合物を熔解することにより、アルミニウムおよびケイ素の濃度を低減することができた。 As can be seen from Table 2, according to Examples 2-1 to 2-6, the same results as in Examples 1-1 and 1-2 were obtained. That is, even if a mixture of iron containing impurities and iron oxide is melted, the concentration of aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium, zirconium can be reduced, and an atmosphere containing active hydrogen It was possible to reduce the oxygen concentration by melting with plasma below. Further, as can be seen from Table 3, by bringing the aqueous chloride solution into contact with the anion exchange resin, the concentrations of cobalt, copper and nickel could be reduced. Furthermore, the concentration of aluminum and silicon could be reduced by melting a mixture of iron obtained by bringing an aqueous chloride solution into contact with an anion exchange resin and heating it and iron oxide.
(実施例3−1)
電解鉄の塊を酸素雰囲気下で加熱することにより表面を酸化させて、酸化鉄の層が形成された鉄を得た。その際、酸素ガスの流量は、毎分0.5リットルとし、加熱は500℃で8時間行った。得られた鉄において酸素の含有量は1質量%程度であった。この鉄を酸素ガスを供給せずにアルゴンガスのみを供給して、プラズマにより熔解し、スラグ層を除去して鉄の塊を得た。プラズマによる他の熔解条件は、実施例1−1と同様にした。
(Example 3-1)
The surface of the electrolytic iron lump was heated in an oxygen atmosphere to oxidize the surface to obtain iron on which an iron oxide layer was formed. At that time, the flow rate of oxygen gas was 0.5 liters per minute, and heating was performed at 500 ° C. for 8 hours. In the obtained iron, the oxygen content was about 1% by mass. Only iron gas was supplied without supplying oxygen gas, and this iron was melted by plasma, and the slag layer was removed to obtain an iron lump. Other melting conditions using plasma were the same as in Example 1-1.
(実施例3−2)
実施例3−1で得られた鉄の塊を、実施例1−2と同様にして、水素ガスを供給しながらプラズマにより熔解し、冷却して鉄の塊を得た。
(Example 3-2)
The iron lump obtained in Example 3-1 was melted by plasma while supplying hydrogen gas in the same manner as in Example 1-2, and cooled to obtain an iron lump.
(実施例3−3)
実施例3−1,3−2で用いた電解鉄を、実施例1−3と同様にして塩酸溶液に溶解して陰イオン交換樹脂に接触させたのち、加熱して鉄を得た。
(Example 3-3)
The electrolytic iron used in Examples 3-1 and 3-2 was dissolved in a hydrochloric acid solution and brought into contact with an anion exchange resin in the same manner as in Example 1-3, and then heated to obtain iron.
得られた鉄を実施例3−1と同様にして、表面を酸化したのち、プラズマにより熔解し、スラグ層を除去して鉄の塊を得た。 The obtained iron was oxidized in the same manner as in Example 3-1, and then melted by plasma, and the slag layer was removed to obtain an iron lump.
得られた鉄の塊を実施例3−2と同様にして、水素を供給しながらプラズマにより熔解し、冷却して鉄の塊を得た。 The obtained iron lump was melted by plasma while supplying hydrogen in the same manner as in Example 3-2 and cooled to obtain an iron lump.
[不純物濃度の分析]
実施例3−1〜3−3で得られた鉄について、実施例1−1〜1−3と同様にしてグロー放電質量分析法により不純物の濃度の分析を行った。得られた結果を比較例2−1の結果と共に表4に示す。
[Analysis of impurity concentration]
The iron obtained in Examples 3-1 to 3-3 was analyzed for impurity concentration by glow discharge mass spectrometry in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3. The obtained results are shown in Table 4 together with the results of Comparative Example 2-1.
表4から分かるように、実施例3−1〜3−3によれば、実施例1−1〜1−3と同様の結果が得られた。すなわち、不純物を含む鉄の表面を酸化させたのち、熔解するようにしても、アルミニウム、カルシウム、クロム、ニオブ、ケイ素、チタン、ジルコニウムの濃度を低減することができ、更に、活性水素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解することにより、酸素の濃度を低減させることができた。また、塩化物水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させることにより、コバルト、銅およびニッケルの濃度を低減することができた。更に、塩化物水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させ加熱して得られた鉄の表面を酸化させたのち、熔解することにより、アルミニウムおよびケイ素の濃度を低減することができた。 As can be seen from Table 4, according to Examples 3-1 to 3-3, the same results as in Examples 1-1 to 1-3 were obtained. That is, even if the surface of iron containing impurities is oxidized and then melted, the concentration of aluminum, calcium, chromium, niobium, silicon, titanium, zirconium can be reduced, and an atmosphere containing active hydrogen It was possible to reduce the oxygen concentration by melting with plasma below. Moreover, the concentration of cobalt, copper and nickel could be reduced by bringing the aqueous chloride solution into contact with the anion exchange resin. Furthermore, the concentration of aluminum and silicon could be reduced by oxidizing the surface of the iron obtained by bringing the aqueous chloride solution into contact with the anion exchange resin and heating it, followed by melting.
(実施例4−1)
実施例1−1において、表1に示した電解鉄を表2に示した電解コバルトに代え、実施例1−1と同様にして、酸素を供給しながらでプラズマにより熔解して、コバルトの塊を得た。
(Example 4-1)
In Example 1-1, the electrolytic iron shown in Table 1 was replaced with the electrolytic cobalt shown in Table 2, and in the same manner as in Example 1-1, melting was performed by plasma while supplying oxygen, and a lump of cobalt was obtained. Got.
(実施例4−2)
実施例4−1で得られたコバルトの塊を、実施例1−2と同様にして、水素を供給しながらプラズマにより熔解してコバルトの塊を得た。なお、プラズマ生成ガスとしての水素分圧は20kPa(水素容量が20容量%)のものを用いた。
(Example 4-2)
The cobalt lump obtained in Example 4-1 was melted by plasma while supplying hydrogen in the same manner as in Example 1-2 to obtain a cobalt lump. A hydrogen partial pressure of 20 kPa (hydrogen capacity is 20% by volume) was used as the plasma generation gas.
(実施例4−3)
表5に示した電解コバルトを原料とし、これを濃度1.5kmol/m3 の塩酸溶液にコバルト濃度が0.34kmol/m3 (20g/dm3 )となるように溶解し、塩化コバルト水溶液M3を作製した。次いで、図6に示したように、この塩化コバルト水溶液M3に粉末状のコバルト11を入れ、不活性ガスを吹き込みつつ攪拌して銅を1価イオンとした。続いて、図7に示したように、塩化コバルト水溶液M3を陰イオン交換樹脂21に接触させ、銅を吸着させて塩化コバルト水溶液M3から分離した。
(Example 4-3)
The electrolytic cobalt as shown in Table 5 as a raw material, which cobalt concentration is dissolved at a 0.34kmol / m 3 (20g / dm 3) in hydrochloric acid solution of concentration 1.5kmol / m 3, aqueous solution of cobalt chloride M3 Was made. Next, as shown in FIG. 6, powdered cobalt 11 was put into this cobalt chloride aqueous solution M3 and stirred while blowing an inert gas to make copper a monovalent ion. Subsequently, as shown in FIG. 7, the cobalt chloride aqueous solution M3 was brought into contact with the
銅を分離したのち、塩化コバルト水溶液M3の塩酸濃度を9kmol/m3 とし、塩化コバルト水溶液M3を陰イオン交換樹脂21に接触させてコバルトを吸着させ、チタンなどの不純物と分離した。そののち、濃度4kmol/m3 の塩酸溶液により陰イオン交換樹脂21からコバルトを溶離させ、モリブデンなどの不純物と分離した。
After separating the copper, the hydrochloric acid concentration in the cobalt chloride aqueous solution M3 was set to 9 kmol / m 3 , the cobalt chloride aqueous solution M3 was brought into contact with the
コバルトを陰イオン交換樹脂21から溶離したのち、得られた塩化コバルト水溶液M3を耐熱ガラス上で蒸発乾固させ、塩化コバルトあるいはその水和物を得た(ステップS226)。そののち、図13に示したように、得られた塩化コバルトあるいはその水和物を石英ボートに配置して水素雰囲気中において743Kで加熱し、コバルトを得た。
After the cobalt was eluted from the
得られたコバルトを実施例4−1と同様にして、酸素を供給しながらプラズマにより熔解し、スラグ層を除去してコバルトの塊を得た。 The obtained cobalt was melted by plasma while supplying oxygen in the same manner as in Example 4-1, and the slag layer was removed to obtain a cobalt lump.
得られた鉄の塊を実施例4−2と同様にして、水素を供給しながらプラズマにより熔解し、冷却して鉄の塊を得た。 The obtained iron lump was melted by plasma while supplying hydrogen in the same manner as in Example 4-2, and cooled to obtain an iron lump.
[不純物濃度の分析]
実施例4−1〜4−3で得られた鉄について、実施例1−1〜1−3と同様にしてグロー放電質量分析法により不純物の濃度の分析を行った。得られた結果を表5に示す。
[Analysis of impurity concentration]
The iron obtained in Examples 4-1 to 4-3 was analyzed for impurity concentration by glow discharge mass spectrometry in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3. The results obtained are shown in Table 5.
表5から分かるように、活性酸素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解することにより、アルミニウム、カルシウム、鉄、クロム、ニオブ、ケイ素、チタン、ジルコニウムの濃度を低減することができた。また、活性水素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解することにより、酸素の濃度を低減させることができた。加えて、塩化物水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させることにより、銅およびニッケルの濃度を低減することができた。更に、塩化物水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させた後に、活性酸素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解することにより、アルミニウムおよびケイ素の濃度を低減することができた。 As can be seen from Table 5, the concentration of aluminum, calcium, iron, chromium, niobium, silicon, titanium, and zirconium could be reduced by melting with plasma in an atmosphere containing active oxygen. In addition, the oxygen concentration could be reduced by melting with plasma in an atmosphere containing active hydrogen. In addition, the concentration of copper and nickel could be reduced by bringing the aqueous chloride solution into contact with the anion exchange resin. Furthermore, the aluminum and silicon concentrations could be reduced by bringing the aqueous chloride solution into contact with the anion exchange resin and then melting it with plasma in an atmosphere containing active oxygen.
(実施例5−1)
電解コバルト54gと高純度酸化コバルト(CoO)1gとを混合した混合物を、酸素ガスを供給せずにアルゴンガスのみを供給してプラズマにより熔解した。
(Example 5-1)
A mixture obtained by mixing 54 g of electrolytic cobalt and 1 g of high-purity cobalt oxide (CoO) was melted by plasma by supplying only argon gas without supplying oxygen gas.
熔解を開始後、熔解した電解コバルトの表面に、酸化コバルトと不純物の酸化物との混合スラグ層が移動するのを観察することができた。このスラグ層は、時間が経過しても一定の面積を保ち、増大したり、あるいは減少したりすることはなかった。この熔解は、不純物の酸化をより確実にするために、合計で10分間行った。その後、熔解した電解コバルトを冷却し、熔解室1からコバルトの塊を取り出した。 After starting the melting, it was observed that the mixed slag layer of cobalt oxide and impurity oxide moved to the surface of the molten electrolytic cobalt. This slag layer maintained a constant area over time and did not increase or decrease. This melting was carried out for a total of 10 minutes in order to more reliably oxidize the impurities. Then, the melted electrolytic cobalt was cooled, and a lump of cobalt was taken out from the melting chamber 1.
取り出したコバルトの塊を2kmol/m3 以上5kmol/m3 以下の塩酸溶液に浸漬して、表面のスラグ層を化学的に研磨し、スラグ層を完全に除去しコバルトの塊を得た。 By immersing the mass of the extracted cobalt 2kmol / m 3 or more 5kmol / m 3 or less of hydrochloric acid solution, grinding the slag layer on the surface chemically to give a mass of cobalt to completely remove the slag layer.
(実施例5−2)
実施例5−1で得られたコバルトの塊を、実施例1−2と同様にして、水素を供給しながらプラズマにより熔解し、冷却してコバルトの塊を得た。なお、プラズマ生成ガスとしての水素分圧は20kPa(水素容量が20容量%)のものを用いた。
(Example 5-2)
The cobalt lump obtained in Example 5-1 was melted by plasma while supplying hydrogen in the same manner as in Example 1-2, and cooled to obtain a cobalt lump. A hydrogen partial pressure of 20 kPa (hydrogen capacity is 20% by volume) was used as the plasma generation gas.
(実施例5−3)
実施例5−1で用いた電解コバルトを、実施例4−3と同様にして塩酸溶液に溶解して陰イオン交換樹脂に接触させたのち、加熱してコバルトを得た。
(Example 5-3)
The electrolytic cobalt used in Example 5-1 was dissolved in a hydrochloric acid solution and brought into contact with an anion exchange resin in the same manner as in Example 4-3, and then heated to obtain cobalt.
得られたコバルトを実施例5−1と同様にして、高純度酸化コバルトを添加してプラズマにより熔解し、スラグ層を除去してコバルトの塊を得た。 In the same manner as in Example 5-1, the obtained cobalt was added with high-purity cobalt oxide and melted by plasma, and the slag layer was removed to obtain a cobalt lump.
得られたコバルトの塊を実施例5−2と同様にして、水素を供給しながらプラズマにより熔解し、冷却してコバルトの塊を得た。 The obtained cobalt lump was melted by plasma while supplying hydrogen in the same manner as in Example 5-2, and cooled to obtain a cobalt lump.
[不純物濃度の分析]
実施例5−1〜5−3で得られたコバルトについて、実施例1−1〜1−3と同様にしてグロー放電質量分析法により不純物の濃度の分析を行った。得られた結果を表6に示す。
[Analysis of impurity concentration]
The cobalt obtained in Examples 5-1 to 5-3 was analyzed for impurity concentration by glow discharge mass spectrometry in the same manner as in Examples 1-1 to 1-3. The results obtained are shown in Table 6.
表6から分かるように、実施例5−1〜5−3によれば、実施例4−1〜4−3と同様の結果が得られた。すなわち、不純物を含むコバルトに酸化コバルトを混合した混合物を熔解するようにしても、アルミニウム、カルシウム、鉄、クロム、ニオブ、ケイ素、チタン、ジルコニウムの濃度を低減することができ、更に、活性水素を含む雰囲気下でプラズマにより熔解することにより、酸素の濃度を低減させることができた。また、塩化物水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させることにより、銅およびニッケルの濃度を低減することができた。更に、塩化物水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させ加熱して得られたコバルトと、酸化コバルトとを混合した混合物を熔解することにより、アルミニウムおよびケイ素の濃度を低減することができた。 As can be seen from Table 6, according to Examples 5-1 to 5-3, the same results as in Examples 4-1 to 4-3 were obtained. That is, even when a mixture of cobalt containing impurities and cobalt oxide is melted, the concentration of aluminum, calcium, iron, chromium, niobium, silicon, titanium, zirconium can be reduced, and active hydrogen can be reduced. It was possible to reduce the concentration of oxygen by melting with plasma in a contained atmosphere. Moreover, the concentration of copper and nickel could be reduced by bringing the aqueous chloride solution into contact with the anion exchange resin. Furthermore, the concentration of aluminum and silicon could be reduced by melting a mixture of cobalt obtained by contacting a chloride aqueous solution with an anion exchange resin and heating it and cobalt oxide.
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施例ではプラズマアーク熔解炉を用いるようにしたが、アーク熔解炉を用いてもよい。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, although the plasma arc melting furnace is used in the above embodiment, an arc melting furnace may be used.
本発明の高純度鉄および高純度鉄ターゲットならびに高純度コバルトおよび高純度コバルトターゲットは、導体デバイス,磁気記録媒体,磁気記録ヘッドあるいは環境半導体を用いたデバイスなどの材料として用いることができる。 The high-purity iron and high-purity iron target and the high-purity cobalt and high-purity cobalt target of the present invention can be used as materials for a conductor device, a magnetic recording medium, a magnetic recording head, or a device using an environmental semiconductor.
1…熔解室、2…プラズマトーチ、3…るつぼ、4…電源、5…ガス供給源、11…金属、12…容器、13…不活性ガス、14…スターラー、21…陰イオン交換樹脂、22…カラム、23…貯蔵タンク、24…回収タンク、31…加熱炉、32…反応管、33…水素ガス、34…処理部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Melting chamber, 2 ... Plasma torch, 3 ... Crucible, 4 ... Power supply, 5 ... Gas supply source, 11 ... Metal, 12 ... Container, 13 ... Inert gas, 14 ... Stirrer, 21 ... Anion exchange resin, 22 ... Column, 23 ... Storage tank, 24 ... Recovery tank, 31 ... Heating furnace, 32 ... Reaction tube, 33 ... Hydrogen gas, 34 ... Processing section.
Claims (20)
を含むことを特徴とする高純度金属の製造方法。 At least one impurity selected from the group consisting of aluminum, calcium, chromium, iron, niobium, silicon, titanium, and zirconium, in which a metal containing impurities is melted and oxygen is dissolved or coexists with a molten oxide of the metal. A method for producing a high-purity metal, comprising the step of oxidizing the metal to reduce the concentration of these impurities.
を含むことを特徴とする請求項13記載の高純度金属の製造方法。 Further, a metal containing impurities is melted by plasma in an atmosphere containing active hydrogen, and the active hydrogen is reacted with at least one impurity selected from the group consisting of oxygen, nitrogen and carbon, and the concentration of these impurities is increased. The method for producing a high-purity metal according to claim 13, further comprising:
を含むことを特徴とする請求項13記載の高純度金属の製造方法。 Further, a metal containing an impurity is dissolved in a hydrochloric acid aqueous solution to prepare a metal chloride aqueous solution. After adjusting the concentration of hydrochloric acid in the aqueous chloride solution, the metal is brought into contact with an anion exchange resin to reduce the impurity concentration. The method for producing a high-purity metal according to claim 13, comprising a step.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013027549A (en) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | Method for manufacturing lead button |
JP2017526820A (en) * | 2014-08-14 | 2017-09-14 | ユミコア | Process for melting lithium ion batteries |
US10337109B2 (en) | 2013-12-02 | 2019-07-02 | Jx Nippon Minig & Metals Corporation | High purity cobalt chloride and manufacturing method therefor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0288726A (en) * | 1988-09-22 | 1990-03-28 | Natl Res Inst For Metals | Manufacture of metal from valuable metal-containing slag |
JPH02175826A (en) * | 1988-12-27 | 1990-07-09 | Fujikura Ltd | Manufacture of high purity copper |
JP2000038622A (en) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Minoru Isshiki | Purification and refinement of transition metal |
JP2000273556A (en) * | 1999-03-25 | 2000-10-03 | Sony Corp | Method for refining metal and refining method |
JP2002105598A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-10 | Sony Corp | High purity iron, its production method and high purity iron target |
JP2002105633A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-10 | Sony Corp | High-purity cobalt and its manufacturing method, and high-purity cobalt target |
-
2005
- 2005-01-28 JP JP2005022050A patent/JP4954479B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0288726A (en) * | 1988-09-22 | 1990-03-28 | Natl Res Inst For Metals | Manufacture of metal from valuable metal-containing slag |
JPH02175826A (en) * | 1988-12-27 | 1990-07-09 | Fujikura Ltd | Manufacture of high purity copper |
JP2000038622A (en) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Minoru Isshiki | Purification and refinement of transition metal |
JP2000273556A (en) * | 1999-03-25 | 2000-10-03 | Sony Corp | Method for refining metal and refining method |
JP2002105598A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-10 | Sony Corp | High purity iron, its production method and high purity iron target |
JP2002105633A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-10 | Sony Corp | High-purity cobalt and its manufacturing method, and high-purity cobalt target |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013027549A (en) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | Method for manufacturing lead button |
US10337109B2 (en) | 2013-12-02 | 2019-07-02 | Jx Nippon Minig & Metals Corporation | High purity cobalt chloride and manufacturing method therefor |
JP2017526820A (en) * | 2014-08-14 | 2017-09-14 | ユミコア | Process for melting lithium ion batteries |
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