JP2007231365A - ルテニウムータンタル合金からルテニウムとタンタルを分離する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ルテニウムとタンタルの合金を含む原料から、効率よくルテニウムとタンタルを分離する方法を見出すことである。
【解決手段】ルテニウムータンタル合金から各元素を回収する方法において、
塩素ガスを吹き込みつつルテニウムータンタル合金を加熱し、７００から８００℃にて、塩素ガスを塩化反応に必要とする１から４倍量を流しつつ、タンタルを塩化揮発し回収し、
ルテニウムは、残留し塩化物とするルテニウムータンタル合金からルテニウムとタンタルを分離する方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物となったルテニウムータンタル合金から簡易にルテニウムとタンタルを分離する方法に関するものである。

ルテニウムとタンタルの合金は次世代の半導体配線材料候補として開発が行われている。
半導体配線をする場合は、配線材料をスパッタリング用のターゲット等に加工するが、ターゲットは配線材として通常全体の20〜30％しか使われず、大半はスクラップとなる。
このため、この材料を配線材として活用するためには、ルテニウムとタンタルの合金からルテニウムとタンタルの分離技術の確立が不可欠である（ルテニウム、タンタル共に高価な素材のため。）。しかしこの技術は確立されていない。

特願2004-251721（特許文献１）によれば、ルテニウムは通常の条件では、すべての鉱酸に対して非常に溶解し難い。従来、ルテニウムを溶解するためには、酸素または酸化剤の存在下にアルカリ融解し鉱酸で処理する方法、
Zn、Sn、Pb、Cuなどの金属と混合して融解した後、塩酸または硫酸により亜鉛等を溶解して活性微粉末を得て、この活性微粉末を王水により溶解する方法、
ルテニウムをNa_３RuCl_６で表される可溶性塩に転換する方法などが知られている。

13599の化学商品（化学工業日報社編 1999年1月27日発行）（非特許文献１）によれば、タンタルはアルカリ溶融又はフッ化水素酸処理して回収される。

化学大辞典（共立出版株式会社編）（非特許文献２）によれば、タンタルはフッ化水素酸、融解アルカリに可溶、一方、ルテニウムは前述のとおりフッ化水素酸に不溶である。このように、タンタルはフッ化水素酸、融解アルカリに可溶、一方、ルテニウムはフッ化水素酸に不溶である。
混合物と同じで、個々の性質を継承しているならば、フッ化水素酸に対するルテニウム、タンタルの溶解性の違いを利用して容易に分離できると予想される。
一方、両金属の合金としての耐薬品性に関する記述はない。そこで実施したところ、タンタルのフッ化水素酸に対する耐薬品性は向上して、ルテニウムから分離はできない。

ルテニウム、タンタル共にアルカリ溶融で分解できるが、ルテニウムとタンタルの合金についても分解ができるかは公知でない。
しかし同様に分解できたとしても、溶液は混合物のため、更に各々に分離しなければならず、一工程での分離はできない。つまり、効率的に分離できないことが問題点となる。

更に、ルテニウムはそもそも分解が困難な元素で、アルカリ溶融塩分解が可能な方法は、高価な過酸化ナトリウム等が知られているに過ぎない。そのためコストが高くなる。
特願2004-251721 13599の化学商品（化学工業日報社編 1999年1月27日発行） 化学大辞典（共立出版株式会社編）

本発明の課題は、ルテニウムとタンタルの合金を含む原料から、効率よくルテニウムとタンタルを分離する方法を見出すことである。

すなわち、本発明は、
（１）ルテニウムータンタル合金から各元素を回収する方法において、
塩素ガスを吹き込みつつルテニウムータンタル合金を加熱し、７００から８００℃にて、塩素ガスを塩化反応に必要とする１から４倍量を流しつつ、タンタルを塩化揮発し回収し、
ルテニウムは、残留し塩化物とするルテニウムータンタル合金からルテニウムとタンタルを分離する方法。

（２）ルテニウムータンタル合金から各元素を回収する方法において、
塩素ガスを吹き込みつつルテニウムータンタル合金を加熱しルテニウムータンタル合金から各元素を回収する方法において、
塩素ガスを吹き込みつつルテニウムータンタル合金を加熱し、２００から２２０℃にて保持し、大部分のタンタルを塩化物と
して塩化揮発し回収し、
次いで、更に７００から８００℃にて、塩素ガスを塩化反応に必要とする１から４倍量を流しつつ、残留するタンタルを塩化揮発し回収し、
ルテニウムは、残留し塩化物とするルテニウムとタンタルを分離する方法。

上記発明により、
（１）ルテニウムとタンタルの合金を含む原料から、効率よくルテニウムとタンタルを分離する回収できる。
（２）ルテニウムとタンタルの合金を含む原料から、効率よく品位99.8ｍａｓｓ％以上のルテニウムとタンタルを分離する回収ことができる。

以下本発明を詳細に説明する。
本発明の処理対象物は、ルテニウムとタンタルの合金であって、特にタンタルを5から30ｍａｓｓ％含む合金である。
上記の廃棄物等になった合金を揮発処理炉にて、塩素ガスを流しつつ、200から220℃にて、大部分のタンタルを塩化物として除去する。

ここで200℃より低いと、タンタルの揮発が少なく効率が悪く、220℃より高いと、昇温中に、ルテニウムータンタル合金が溶融し、
原料の粒子間が密着し、塩素ガスの通りが悪くなるからである。
この処理は、30分から3時間が好ましい。

更に、タンタルを十分除去するため、前記の低温処理の後700から800℃において、塩素ガスをタンタルとルテニウムの塩化処理に必要な1から4倍量流す。
700℃より低いと塩化処理が効率的でないからであり、800℃より高いとルテニウムが、揮発するからである。塩化タンタルを汚染することになるからである。
この処理時間は、１から10時間である。
塩化ルテニウムは、800〜1000℃で焼成することによって金属ルテニウムを得ることができる。焼成は還元雰囲気中で行うことにより酸化物の混入を抑えることができる。

（実施例１）
ルテニウム−15％タンタルの合金粉末150gを石英ボートに装入し、炉心管が石英製である管状炉内で、塩素ガスを流しながら210℃にて2時間保持し、さらに700℃に加熱し、塩素量をルテニウムとタンタルの塩化反応に必要とする量の2倍量を流して5時間の塩化揮発処理を行なった。

なお、降温時500℃にて窒素ガスで置換した。これにより、完全にタンタルの塩化物を揮発させた。
また、ルテニウムを完全に塩化物にした。揮発させた塩化タンタルは下流側の低温領域の石英製炉心管に付着させて回収した。一方塩化ルテニウムは石英ボート内で回収した。

塩化タンタル中のルテニウムは0.1％以下であった。塩化ルテニウム中のタンタルは0.1％以下であった。このように両元素は1つの工程で精度よく分離することができた。

（比較例1）
ルテニウム−15％タンタルの合金粉末150gを石英ボートに装入し、炉心管が石英製である管状炉内で、塩素ガスを流しながら210℃にて2時間保持し、
さらに850℃に加熱し、塩素量をルテニウムとタンタルの塩化反応に必要とする量の2倍量を流して5時間の塩化揮発処理を行なった。

以降、実施例と同様に行った。塩化タンタル中のルテニウムは1％以上であり、ルテニウムで汚染されていた。塩化ルテニウム中のタンタルは0.1％以下であった。このようにタンタルを精度よく分離することができない。

（比較例2）
ルテニウム−15％タンタルの合金粉末150gを石英ボートに装入し、炉心管が石英製である管状炉内で、塩素ガスを流しながら210℃にて2時間保持し、
さらに500℃に加熱し、塩素量をルテニウムとタンタルの塩化反応に必要とする量の2倍量を流して5時間の塩化揮発処理を行なった。以降、実施例と同様に行った。塩化タンタル中のルテニウムは0.1％以下であった。
塩化ルテニウム中のタンタルは1％以上であり、タンタルで汚染されていた。このようにルテニウムを精度よく分離することができない。

本発明の一態様であるの処理フローシートである。

Claims (2)

1. ルテニウムータンタル合金から各元素を回収する方法において、
   塩素ガスを吹き込みつつルテニウムータンタル合金を加熱し、７００から８００℃にて、塩素ガスを塩化反応に必要とする１から４倍量を流しつつ、タンタルを塩化揮発し回収し、
   ルテニウムは、残留し塩化物とすることを特徴とするルテニウムータンタル合金からルテニウムとタンタルを分離する方法。
2. 請求項１記載のルテニウムータンタル合金から各元素を回収する方法において、
   塩素ガスを吹き込みつつルテニウムータンタル合金を加熱し、２００から２２０℃にて保持し、大部分のタンタルを塩化物として塩化揮発し回収し、
   次いで、更に７００から８００℃にて、塩素ガスを塩化反応に必要とする１から４倍量を流しつつ、残留するタンタルを塩化揮発し回収し、
   ルテニウムは、残留し塩化物とすることを特徴とするルテニウムータンタル合金からルテニウムとタンタルを分離する方法。