JP2016216799A - Method for refining magnesium and magnesium refining device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prove a method and device for refining magnesium which can refine high-purity magnesium at a low cost in a shorter time.SOLUTION: A magnesium refining method of the present invention is a method for refining magnesium from raw material magnesium by a vacuum sublimation method and obtains refined magnesium by heating the raw material magnesium by an induction heating method and depositing the magnesium sublimated by the heating on a surface of a deposition part disposed away from the raw material magnesium.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本件出願に係る発明は、真空中における昇華によるマグネシウム(Mg)の精製方法及びマグネシウム精製装置に関する。   The invention according to the present application relates to a magnesium (Mg) purification method and a magnesium purification apparatus by sublimation in a vacuum.

近年の半導体素子の製造においては、高純度材料の需要が高まっている。例えば、青色レーザーダイオード等の半導体素子の製造には、材料として用いるマグネシウム金属材料に含まれる不純物の量が品質に大きく影響するため、高純度のマグネシウム金属が必要となる。マグネシウム金属材料に含まれる不純物は、一般に、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、硫黄(S)、リン(P)、アルミニウム(Al)、塩素(Cl)、ナトリウム(Na)、鉄(Fe)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、カルシウム(Ca)、アンチモン(Sb)、カリウム(K)、フッ素(F)、ヒ素(As)、クロム(Cr)、銀(Ag)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、リチウム(Li)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、ホウ素(B)が含まれている。これ以外にもマグネシウム金属材料には、亜鉛(Zn)が含まれているが、当該マグネシウム金属材料を半導体材料として用いる場合には、100ppm以下の亜鉛は、使用に問題とされないため、100ppm以下の亜鉛は、不純物として扱われないことが多い。   In the manufacture of semiconductor elements in recent years, the demand for high-purity materials is increasing. For example, in the manufacture of a semiconductor element such as a blue laser diode, high-purity magnesium metal is required because the amount of impurities contained in the magnesium metal material used as the material greatly affects the quality. Impurities contained in the magnesium metal material are generally silicon (Si), manganese (Mn), sulfur (S), phosphorus (P), aluminum (Al), chlorine (Cl), sodium (Na), iron (Fe). , Copper (Cu), nickel (Ni), calcium (Ca), antimony (Sb), potassium (K), fluorine (F), arsenic (As), chromium (Cr), silver (Ag), bismuth (Bi) , Gallium (Ga), lithium (Li), molybdenum (Mo), titanium (Ti), and boron (B). In addition to this, the magnesium metal material contains zinc (Zn). However, when the magnesium metal material is used as a semiconductor material, 100 ppm or less of zinc is not a problem in use, and therefore 100 ppm or less. Zinc is often not treated as an impurity.

マグネシウム金属材料に含まれる不純物を低減し、マグネシウム金属の高純度化を図るため、従来では、種々のマグネシウム精製方法が採用されていた。マグネシウム精製方法には、例えば、ゾーンメルティング法や、電気精錬法、熱還元法、蒸留法などを挙げることができる。   Conventionally, various magnesium purification methods have been employed in order to reduce impurities contained in the magnesium metal material and increase the purity of the magnesium metal. Examples of the magnesium purification method include a zone melting method, an electrorefining method, a thermal reduction method, and a distillation method.

例えば、特許文献1には、「マグネシウム原料を真空蒸留してマグネシウムを精製する方法であって、原料るつぼに装入された原料マグネシウムを温度600〜800℃、真空度1×10−2〜1×10−3Torrで真空蒸留することにより、蒸発させたマグネシウムを該原料るつぼ上方で凝縮させ該原料るつぼ下方の回収鋳型に回収してインゴットとし、さらに前記凝縮後のガスを該回収鋳型の下方で冷却して固化することを特徴とするマグネシウムの精製方法」が開示されている。 For example, Patent Document 1 states that “a method of purifying magnesium by vacuum distillation of a magnesium raw material, the raw material magnesium charged in the raw material crucible is at a temperature of 600 to 800 ° C., and a degree of vacuum of 1 × 10 −2 to 1 By vacuum distillation at × 10 −3 Torr, the evaporated magnesium is condensed above the raw material crucible and recovered in a recovery mold below the raw material crucible to form an ingot. Further, the condensed gas is And a method for purifying magnesium characterized by being cooled and solidified.

また、特許文献2には、「真空雰囲気中において、原料るつぼ内の原料マグネシウムを加熱しマグネシウムの蒸気を発生させる第1工程、該蒸気と通気孔が穿設され複数枚重設された凝縮用通気路板によって形成された凝縮用通気路内に導き該蒸気の一部を凝縮させ不純物含有量が高濃度の凝縮溶体を生成させる第2工程、該凝縮用通気路を通過した該蒸気を固化用るつぼ内に導き冷却し該蒸気中から高純度のマグネシウムを固化させる第3工程及び前記凝縮溶体を前記原料るつぼ内に繰り返す第4工程を有することを特徴とする金属精製方法」が開示されている。   Further, Patent Document 2 states that “in a vacuum atmosphere, the first step of heating the raw material magnesium in the raw material crucible to generate magnesium vapor, the vapor and vent holes are perforated and a plurality of layers are used for condensation. A second step of condensing part of the vapor into the condensation passage formed by the passage plate to generate a condensed solution having a high impurity content; solidifying the vapor that has passed through the condensation passage; Disclosed is a metal refining method characterized by comprising a third step of guiding and cooling into a crucible for use to solidify high-purity magnesium from the steam and a fourth step of repeating the condensed solution in the raw material crucible. Yes.

特許第3838717号Japanese Patent No. 3838717 特許第3857589号Japanese Patent No. 3857589

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示されたマグネシウムを精製する方法では、いずれも原料マグネシウムが収容された原料るつぼをヒーター(電気炉)で加熱し、マグネシウムの蒸気を発生させる。この際、原料マグネシウムは、ヒーターにより加熱された原料るつぼからの熱伝導と一部の輻射熱とにより加熱されるため、当該原料マグネシウムを設定温度にまで加熱するために、多大な時間を要し、精製効率が悪いという問題がある。   However, in both methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the raw material crucible containing the raw material magnesium is heated by a heater (electric furnace) to generate magnesium vapor. At this time, since the raw material magnesium is heated by heat conduction from the raw material crucible heated by the heater and a part of the radiant heat, it takes a lot of time to heat the raw material magnesium to the set temperature, There is a problem of poor purification efficiency.

また、ヒーターにより外部から原料るつぼの内方に向けて熱を伝導させて加熱する方法では、当該原料るつぼ内の原料マグネシウムを均一に加熱することが困難であり、局所的に設定温度よりも高く加熱される場合がある。この場合、マグネシウム以外にも原料マグネシウムに含まれていた不純物も蒸発し、原料るつぼ上方で凝縮させたマグネシウムに当該不純物が混入する場合がある。   Further, in the method of conducting heat from the outside toward the inside of the raw material crucible with a heater, it is difficult to uniformly heat the raw material magnesium in the raw material crucible, which is locally higher than the set temperature. May be heated. In this case, in addition to magnesium, impurities contained in the raw material magnesium may also evaporate, and the impurities may be mixed into the magnesium condensed above the raw material crucible.

さらには、上述したような特許文献1及び特許文献2では、精製により得られた高純度マグネシウムは、回収鋳型や固化用るつぼ内に収容される。ゆえに、精製マグネシウムを取り出す際に不純物の混入による汚染のおそれがあった。   Furthermore, in patent document 1 and patent document 2 as described above, high-purity magnesium obtained by purification is accommodated in a recovery mold or a solidification crucible. Therefore, there is a risk of contamination due to impurities when the purified magnesium is taken out.

ゆえに、市場からは、より短時間で、効率的に高純度のマグネシウムを精製することを可能とするマグネシウムの精製方法やマグネシウム精製装置の開発が望まれていた。   Therefore, it has been desired from the market to develop a magnesium purification method and a magnesium purification apparatus that can efficiently purify high-purity magnesium in a shorter time.

そこで、本件発明者等は、鋭意研究の結果、本発明に係るマグネシウムの精製方法やマグネシウム精製装置を採用することで、短時間で、効率的に高純度のマグネシウム精製を可能とした。   Therefore, as a result of diligent research, the present inventors have made it possible to purify magnesium with high purity efficiently in a short time by employing the magnesium purification method and the magnesium purification apparatus according to the present invention.

すなわち、本発明に係るマグネシウムの精製方法は、真空昇華法により原料マグネシウムからマグネシウムを精製する方法であって、誘導加熱法により当該原料マグネシウムを加熱し、当該原料マグネシウムから離して配設された蒸着部の表面において、加熱により昇華したマグネシウムを蒸着させて精製マグネシウムを得ることを特徴とする。   That is, the method for purifying magnesium according to the present invention is a method for purifying magnesium from raw material magnesium by a vacuum sublimation method, in which the raw material magnesium is heated by an induction heating method and is disposed away from the raw material magnesium. Purified magnesium is obtained by evaporating magnesium sublimated by heating on the surface of the part.

本発明に係るマグネシウムの精製方法は、10Pa〜1×10−1Paの真空中において、前記誘導加熱法により当該原料マグネシウムを430℃〜550℃に加熱することが好ましい。 In the magnesium purification method according to the present invention, the raw material magnesium is preferably heated to 430 ° C. to 550 ° C. by the induction heating method in a vacuum of 10 Pa to 1 × 10 −1 Pa.

また、本発明に係るマグネシウムの精製方法は、前記凝縮部におけるマグネシウムの蒸着温度を330℃〜410℃とすることが好ましい。   In the method for purifying magnesium according to the present invention, the deposition temperature of magnesium in the condensing part is preferably set to 330 ° C to 410 ° C.

本発明に係るマグネシウム精製装置は、真空昇華法により原料マグネシウムからマグネシウムを精製するマグネシウム精製装置であって、内部を真空とし、原料マグネシウムを収容する真空容器と、当該真空容器内の原料マグネシウムを当該真空容器の外部から誘導加熱してマグネシウムを昇華させる誘導加熱コイルと、当該真空容器内に、当該原料マグネシウムと離して配置され、当該真空容器内に拡散したマグネシウムを蒸着させる蒸着部とを備えることを特徴とする。   A magnesium purification apparatus according to the present invention is a magnesium purification apparatus that purifies magnesium from raw material magnesium by a vacuum sublimation method, wherein the inside is evacuated, a vacuum container that contains the raw material magnesium, and the raw material magnesium in the vacuum container An induction heating coil that sublimates magnesium by induction heating from outside the vacuum vessel, and a vapor deposition unit that is disposed in the vacuum vessel apart from the raw material magnesium and deposits magnesium diffused in the vacuum vessel. It is characterized by.

本発明に係るマグネシウム精製装置は、前記原料マグネシウムが、前記真空容器の内壁面と離間して収容されることが好ましい。   In the magnesium refining device according to the present invention, it is preferable that the raw material magnesium is accommodated separately from the inner wall surface of the vacuum vessel.

また、本発明に係るマグネシウム精製装置は、前記蒸着部が、圧縮空気を用いた蒸着部温度調整手段によりマグネシウムの蒸着温度に調整されることが好ましい。   In the magnesium purification apparatus according to the present invention, the vapor deposition section is preferably adjusted to a magnesium vapor deposition temperature by a vapor deposition section temperature adjusting means using compressed air.

また、本発明に係るマグネシウム精製装置は、前記真空容器内の真空度を10Pa〜1×10−1Paとし、前記誘導加熱コイルにより、前記原料マグネシウム及び前記真空容器自体を430℃〜550℃とすることが好ましい。 Moreover, the magnesium refinement | purification apparatus which concerns on this invention sets the vacuum degree in the said vacuum vessel to 10 Pa-1x10 < -1 > Pa, and the said raw material magnesium and the said vacuum vessel itself are 430 degreeC-550 degreeC with the said induction heating coil. It is preferable to do.

また、本発明に係るマグネシウム精製装置は、前記蒸着部が、前記蒸着部温度調整手段により330℃〜410℃に調整されることが好ましい。   Moreover, as for the magnesium refinement | purification apparatus which concerns on this invention, it is preferable that the said vapor deposition part is adjusted to 330 to 410 degreeC by the said vapor deposition part temperature adjustment means.

また、本発明に係るマグネシウム精製装置は、前記真空容器が、開口を有すると共に内部に前記原料マグネシウムを収容する原料収容部を備えた本体と、当該本体の開口を開閉可能に閉塞する蓋体とを有し、当該蓋体が、本体内部に面する前記蒸着部を備えることが好ましい。   Further, in the magnesium purification apparatus according to the present invention, the vacuum vessel has an opening and a main body provided with a raw material container for containing the raw material magnesium therein, and a lid that closes the opening of the main body so that the opening can be opened and closed. It is preferable that the lid includes the vapor deposition section facing the inside of the main body.

さらに、本発明に係るマグネシウム精製装置は、前記真空容器が、前記蒸着部の周縁部を断熱部材を介して囲繞し、当該蒸着部に蒸着する精製マグネシウムの成長方向に延びる筒状ガイドを備えることが好ましい。   Furthermore, in the magnesium purification apparatus according to the present invention, the vacuum vessel includes a cylindrical guide that surrounds a peripheral edge portion of the vapor deposition section via a heat insulating member and extends in a growth direction of the purified magnesium deposited on the vapor deposition section. Is preferred.

また、本発明に係るマグネシウム精製装置は、前記本体と、前記蓋体との間に、所定の間隔を存して内側メタルパッキンと外側メタルパッキンとを備え、当該内側メタルパッキンと外側メタルパッキンの間を真空、又は、これらメタルパッキン間に不活性ガスを充填することが好ましい。   Further, the magnesium refining device according to the present invention includes an inner metal packing and an outer metal packing with a predetermined interval between the main body and the lid, and the inner metal packing and the outer metal packing. It is preferable to fill the space between these metal packings with an inert gas.

本発明に係るマグネシウム精製方法は、誘導加熱法によって原料マグネシウムを加熱することにより、当該原料マグネシウムは真空容器を介することなく直接加熱される。よって、従来のように原料マグネシウムを収容する真空容器をヒータにより加熱し、当該真空容器からの熱伝導により原料マグネシウムを加熱する場合と異なり、本願発明によれば、誘導加熱法による原料マグネシウムの均一な加熱が可能となる。よって、本願発明は、原料マグネシウムが局所的に高温に加熱されることを抑制することができるため、マグネシウム以外にも原料マグネシウムに含まれていた不純物が、蒸着部に精製マグネシウムと共に蒸着してしまう不都合を回避することができる。また、誘導加熱法による加熱は、直接原料マグネシウム自体を加熱することができるため、より短時間で原料マグネシウムを目的とする温度に加熱することができる。従って、本願発明によれば、より短時間で、効率的に高純度のマグネシウム精製を実現することができる。   In the magnesium purification method according to the present invention, the raw material magnesium is directly heated without passing through the vacuum vessel by heating the raw material magnesium by the induction heating method. Therefore, unlike the conventional case where the vacuum vessel containing the raw material magnesium is heated by a heater and the raw material magnesium is heated by heat conduction from the vacuum vessel, according to the present invention, the uniform material magnesium can be obtained by induction heating. Heating is possible. Therefore, since this invention can suppress that raw material magnesium is locally heated to high temperature, the impurity contained in raw material magnesium other than magnesium will vapor-deposit with refined magnesium in a vapor deposition part. Inconvenience can be avoided. Moreover, since the raw material magnesium itself can be directly heated by the induction heating method, the raw material magnesium can be heated to the target temperature in a shorter time. Therefore, according to the present invention, high-purity magnesium purification can be realized efficiently in a shorter time.

また、本発明に係るマグネシウム精製装置は、上述したマグネシウム精製方法による効果に加えて、原料マグネシウムを真空容器の内壁面と離間して収容することにより、当該原料マグネシウム自体の誘導加熱による温度制御を安定して行うことが可能となる。よって、原料マグネシウムに含まれる不純物の蒸発を効果的に抑制することができる。   Moreover, in addition to the effect by the magnesium purification method mentioned above, the magnesium refinement | purification apparatus which concerns on this invention controls the temperature control by the induction heating of the said raw material magnesium itself by accommodating raw material magnesium spaced apart from the inner wall face of a vacuum vessel. It becomes possible to carry out stably. Therefore, evaporation of impurities contained in the raw material magnesium can be effectively suppressed.

さらに、本発明に係るマグネシウム精製装置は、圧縮空気を用いた蒸着部温度調整手段により蒸着部の温度をマグネシウムの蒸着温度に調整するため、温度調整手段として液体や油等を用いる必要がなくなり、作業性の向上を図ることができる。   Furthermore, since the magnesium purification apparatus according to the present invention adjusts the temperature of the vapor deposition part to the vapor deposition temperature of magnesium by the vapor deposition part temperature adjustment means using compressed air, it is not necessary to use liquid or oil as the temperature adjustment means, Workability can be improved.

本発明を採用したマグネシウム精製装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the magnesium refinement | purification apparatus which employ | adopted this invention. 図1の蒸着部の拡大図である。It is an enlarged view of the vapor deposition part of FIG. 図2の蒸着部の分解図である。It is an exploded view of the vapor deposition part of FIG. 図1のマグネシウム精製装置の封止構造を説明する部分拡大図である。It is the elements on larger scale explaining the sealing structure of the magnesium refinement | purification apparatus of FIG.

以下、図面を参照して、本発明に係る「マグネシウムの精製方法」と「マグネシウム精製装置」について説明する。   Hereinafter, a “magnesium purification method” and a “magnesium purification apparatus” according to the present invention will be described with reference to the drawings.

<本発明に係るマグネシウムの精製方法の形態>
本発明に係るマグネシウムの精製方法は、原料マグネシウムを真空中において昇華させることによりマグネシウムを精製する方法である。本発明におけるマグネシウムの精製方法では、誘導加熱法により原料マグネシウムを加熱し、当該原料マグネシウムから離して配設された蒸着部の表面において、加熱により昇華したマグネシウムを蒸着させて精製マグネシウムを得ることを特徴とする。
<Mode of purification of magnesium according to the present invention>
The magnesium purification method according to the present invention is a method for purifying magnesium by sublimating the raw material magnesium in a vacuum. In the method for purifying magnesium according to the present invention, the raw material magnesium is heated by induction heating, and the purified magnesium is vapor-deposited by heating on the surface of the vapor deposition part disposed away from the raw material magnesium. Features.

本発明において原料マグネシウムは、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、硫黄(S)、リン(P)、アルミニウム(Al)、塩素(Cl)、ナトリウム(Na)、鉄(Fe)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、カルシウム(Ca)、アンチモン(Sb)、カリウム(K)、フッ素(F)、ヒ素(As)、クロム(Cr)、銀(Ag)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、リチウム(Li)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、ホウ素(B)等の不純物の総含有量が1000ppm以下の高純度マグネシウムを用いることが好ましい。本発明は、不純物の総含有量が1000ppm以下の高純度マグネシウムをさらに精製してより純度の高いマグネシウムを精製する方法に適しているからである。なお、原料マグネシウムには、亜鉛(Zn)が含まれているが、精製されたマグネシウムを半導体材料として用いる場合には、当該亜鉛は、100ppm以下であれば、不純物として扱われない場合が多い。よって、ここでは、100ppm以下の亜鉛については不純物としては扱わないものとする。   In the present invention, the raw material magnesium is silicon (Si), manganese (Mn), sulfur (S), phosphorus (P), aluminum (Al), chlorine (Cl), sodium (Na), iron (Fe), copper (Cu ), Nickel (Ni), calcium (Ca), antimony (Sb), potassium (K), fluorine (F), arsenic (As), chromium (Cr), silver (Ag), bismuth (Bi), gallium (Ga) ), Lithium (Li), molybdenum (Mo), titanium (Ti), boron (B), etc. It is preferable to use high-purity magnesium having a total content of impurities of 1000 ppm or less. This is because the present invention is suitable for a method of further purifying magnesium having a higher purity by further purifying high-purity magnesium having a total impurity content of 1000 ppm or less. In addition, although raw material magnesium contains zinc (Zn), when refined magnesium is used as a semiconductor material, the zinc is often not treated as an impurity if it is 100 ppm or less. Accordingly, here, zinc of 100 ppm or less is not treated as an impurity.

当該原料マグネシウムの精製を行う真空条件としては、10Pa〜1×10−1Paであることが好ましい。真空雰囲気中に残存する気体は空気であっても良いが、より好ましくは、アルゴン等の不活性ガスであることが好ましい。真空雰囲気の形成方法について特に限定はないが、空気又は不活性ガスが充填された真空容器内から真空ポンプ等により空気又は不活性ガスを吸引して上述した真空条件の真空雰囲気を形成することが好ましい。 As vacuum conditions which refine | purify the said raw material magnesium, it is preferable that it is 10 Pa-1x10 < -1 > Pa. The gas remaining in the vacuum atmosphere may be air, but more preferably an inert gas such as argon. Although there is no particular limitation on the method for forming the vacuum atmosphere, it is possible to form the vacuum atmosphere under the above-described vacuum conditions by sucking air or inert gas from a vacuum container filled with air or inert gas by a vacuum pump or the like. preferable.

そして、本発明におけるマグネシウムの精製方法では、当該真空条件下において、マグネシウム金属の昇華温度よりも高い430℃〜550℃の温度に原料マグネシウムを加熱し、当該原料マグネシウムに含まれるマグネシウムを昇華させることが好ましい。   And in the purification method of magnesium in this invention, the raw material magnesium is heated to the temperature of 430 degreeC-550 degreeC higher than the sublimation temperature of magnesium metal on the said vacuum condition, and the magnesium contained in the said raw material magnesium is sublimated. Is preferred.

当該加熱の方法は、上述したように誘導加熱法を採用し、誘導加熱コイルによって原料マグネシウムに渦電流を誘導して原料マグネシウムを自己発熱させる。この際、原料マグネシウムが収容される真空容器は、蒸着部以外の部分に加熱により昇華したマグネシウムが蒸着することを防止するため、原料マグネシウムと共に誘導加熱コイルによって真空容器自体も誘導加熱することが好ましい。   The heating method employs the induction heating method as described above, and induces an eddy current in the raw material magnesium by the induction heating coil to cause the raw material magnesium to self-heat. At this time, the vacuum vessel in which the raw material magnesium is accommodated is preferably induction-heated by the induction heating coil together with the raw material magnesium in order to prevent magnesium sublimated by heating from being deposited on portions other than the vapor deposition portion. .

誘導加熱コイルに供給する電流の周波数や供給電力を調整することにより、原料マグネシウムを当該真空条件下におけるマグネシウム金属の昇華温度よりも高い430℃〜550℃に加熱することが好ましい。よって、原料マグネシウムに含まれるマグネシウムよりも蒸気圧が低い不純物は、蒸発することなく原料マグネシウムに残留させることができる。ゆえに、マグネシウムよりも蒸気圧が低い不純物であるリチウム(Li)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ガリウム(Ga)、ホウ素(B)、銀(Ag)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)、ケイ素(Si)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、カルシウム(Ca)等を原料マグネシウムに残留させて、昇華したマグネシウムと分離させることができる。   It is preferable to heat the raw material magnesium to 430 ° C. to 550 ° C., which is higher than the sublimation temperature of magnesium metal under the vacuum conditions, by adjusting the frequency of the current supplied to the induction heating coil and the supply power. Thus, impurities having a lower vapor pressure than magnesium contained in the raw material magnesium can remain in the raw material magnesium without evaporating. Therefore, lithium (Li), antimony (Sb), bismuth (Bi), aluminum (Al), manganese (Mn), gallium (Ga), boron (B), silver (Ag), which are impurities whose vapor pressure is lower than that of magnesium. ), Titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), silicon (Si), iron (Fe), nickel (Ni), molybdenum (Mo), calcium (Ca), etc. are left in the raw material magnesium, It can be separated from the sublimated magnesium.

そして、本発明に係るマグネシウムの精製方法では、原料マグネシウムが収容される真空容器内には、当該原料マグネシウムから離して蒸着部を配設する。この蒸着部は、誘導加熱コイルにより加熱によって昇華され、真空雰囲気中に拡散したマグネシウムを蒸着させるものであり、真空容器の内壁面よりも低い所定の蒸着温度に温度制御される。   In the method for purifying magnesium according to the present invention, the vapor deposition section is disposed in the vacuum container in which the raw material magnesium is stored, away from the raw material magnesium. This vapor deposition section is for sublimation of magnesium that has been sublimated by heating by an induction heating coil and diffused in a vacuum atmosphere, and is temperature controlled to a predetermined vapor deposition temperature lower than the inner wall surface of the vacuum vessel.

具体的には、当該蒸着部におけるマグネシウムの蒸着温度は、上述した真空条件下においてマグネシウムを蒸着可能とする330℃〜410℃とすることが好ましい。当該蒸着部をマグネシウムが蒸着可能とする温度に調整することにより、原料マグネシウムに含まれるマグネシウムよりも蒸気圧が高い不純物が当該蒸着部に蒸着される不都合を抑制することができる。よって、マグネシウムよりも蒸気圧が高い不純物である亜鉛(Zn)、ナトリウム(Na)、ヒ素(As)、カリウム(K)、リン(P)、硫黄(S)、塩素(Cl)、フッ素(F)等が蒸着部に付着することを抑制して、蒸着部に付着したマグネシウムと分離させることができる。   Specifically, the deposition temperature of magnesium in the deposition section is preferably set to 330 ° C. to 410 ° C. that enables magnesium to be deposited under the above-described vacuum conditions. By adjusting the vapor deposition portion to a temperature at which magnesium can be vapor deposited, it is possible to suppress the disadvantage that impurities having a higher vapor pressure than magnesium contained in the raw material magnesium are vapor deposited on the vapor deposition portion. Therefore, zinc (Zn), sodium (Na), arsenic (As), potassium (K), phosphorus (P), sulfur (S), chlorine (Cl), fluorine (F), which are impurities whose vapor pressure is higher than that of magnesium. ) And the like can be prevented from adhering to the vapor deposition part and separated from the magnesium adhering to the vapor deposition part.

蒸着部には、既に蒸着されたマグネシウムの表面にさらに真空雰囲気中に拡散したマグネシウムが蒸着することにより、高純度に精製されたマグネシウムが次第に成長していく。   In the vapor deposition section, magnesium that has been further diffused in a vacuum atmosphere is deposited on the surface of the magnesium that has already been vapor deposited, so that magnesium purified to a high purity gradually grows.

この際、本発明に係るマグネシウムの精製方法では、誘導加熱法によって原料マグネシウムを加熱することにより、当該原料マグネシウムは真空容器を介することなく直接加熱される。よって、従来のように原料マグネシウムを収容する真空容器をヒータにより加熱し、当該真空容器からの熱伝導により原料マグネシウムを加熱する場合と異なり、誘導加熱法では、原料マグネシウムの均一な加熱が可能となる。よって、本願発明のマグネシウムの精製方法によれば、原料マグネシウムが局所的に高温に加熱されることを抑制することができるため、マグネシウム以外にも原料マグネシウムに含まれていた不純物が、蒸着部に精製マグネシウムと共に蒸着してしまう不都合を回避することができる。また、誘導加熱法により原料マグネシウムの加熱は、真空容器からの熱伝導による加熱とは異なり、直接原料マグネシウム自体を加熱することができるため、より短時間で原料マグネシウムを目的とする温度に加熱することができる。従って、本願発明のマグネシウムの精製方法によれば、より短時間で、効率的に高純度のマグネシウム精製を実現することができる。   In this case, in the method for purifying magnesium according to the present invention, the raw material magnesium is directly heated without passing through the vacuum vessel by heating the raw material magnesium by the induction heating method. Therefore, unlike the conventional case where the vacuum vessel containing the raw material magnesium is heated by a heater and the raw material magnesium is heated by heat conduction from the vacuum vessel, the induction heating method enables uniform heating of the raw material magnesium. Become. Therefore, according to the magnesium purification method of the present invention, since the raw material magnesium can be suppressed from being locally heated to a high temperature, impurities contained in the raw material magnesium other than magnesium are contained in the vapor deposition section. The inconvenience of vapor deposition with purified magnesium can be avoided. In addition, heating of raw material magnesium by the induction heating method, unlike heating by heat conduction from a vacuum vessel, can directly heat the raw material magnesium itself, so that the raw material magnesium is heated to the target temperature in a shorter time. be able to. Therefore, according to the magnesium purification method of the present invention, high-purity magnesium purification can be achieved efficiently in a shorter time.

<本発明に係るマグネシウム精製装置の形態>
次に、本発明のマグネシウム精製装置について説明する。本発明に係るマグネシウム精製装置は、真空昇華法により原料マグネシウムからマグネシウムを精製するものであって、内部を真空とし、原料マグネシウムを収容する真空容器と、当該真空容器内の原料マグネシウムを当該真空容器の外部から誘導加熱してマグネシウムを昇華させる誘導加熱コイルと、当該真空容器内に、当該原料マグネシウムと離して配置され、当該真空容器内に拡散したマグネシウムを蒸着させる蒸着部とを備えることを特徴とする。以下、本発明のマグネシウム精製装置の具体的実施の形態について図1〜図4を参照して説明する。まずはじめに図1のマグネシウム精製装置1の概略断面図を参照して、本実施の形態に係るマグネシウム精製装置1の概略構成について説明する。
<Mode of Magnesium Purification Apparatus According to the Present Invention>
Next, the magnesium purification apparatus of the present invention will be described. A magnesium purification apparatus according to the present invention purifies magnesium from raw material magnesium by a vacuum sublimation method, the inside is made into a vacuum, a vacuum vessel containing the raw material magnesium, and the raw material magnesium in the vacuum vessel is the vacuum vessel An induction heating coil that sublimates magnesium by induction heating from the outside, and a vapor deposition section that is disposed apart from the raw material magnesium in the vacuum vessel and deposits magnesium diffused in the vacuum vessel. And Hereinafter, specific embodiments of the magnesium purification apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the magnesium purification apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to a schematic sectional view of the magnesium purification apparatus 1 of FIG.

本実施の形態に係るマグネシウム精製装置1は、開口を有する本体11と、当該本体11の当該開口を開閉自在に閉塞する蓋体12とを備えた真空容器10と、当該真空容器10内部を真空雰囲気とする真空手段13とを有する。   The magnesium purification apparatus 1 according to the present embodiment includes a vacuum vessel 10 including a main body 11 having an opening, a lid body 12 that closes the opening of the main body 11 so as to be freely opened and closed, and the inside of the vacuum vessel 10 is evacuated. And vacuum means 13 for setting the atmosphere.

真空容器10を構成する本体10は、SUS304製の有底筒状を呈しており、下部に原料マグネシウム2を収容する原料収容部21を備える。そして、当該原料収容部21に相当する本体10下部には、当該本体10下部に外周に対向して、原料マグネシウム2を誘導加熱する誘導加熱コイル22が巻回されている。当該誘導加熱コイル22は、図示しない電源装置に接続され、当該電源装置により、所定の周波数の電流が印加される。   The main body 10 constituting the vacuum vessel 10 has a bottomed cylindrical shape made of SUS304, and includes a raw material storage portion 21 that stores the raw material magnesium 2 at the lower portion. An induction heating coil 22 for inductively heating the raw material magnesium 2 is wound around the lower portion of the main body 10 corresponding to the raw material container 21 so as to face the outer periphery of the lower portion of the main body 10. The induction heating coil 22 is connected to a power supply device (not shown), and a current having a predetermined frequency is applied by the power supply device.

本体10に形成される原料収容部21には、原料マグネシウム2を当該原料収容部21内に吊り下げて保持するための原料保持機構23が設けられている。当該原料保持機構23は、原料収容部21の上方に位置して当該本体10内に固定された吊下支持部24と、当該吊下支持部24から原料収容部21内に垂下された原料保持部25とからなる。原料保持部25に原料マグネシウム2を保持した状態で、吊下支持部24が当該原料保持部25を保持することにより、原料マグネシウム2は原料収容部21内に吊り下げ保持される。   The raw material container 21 formed in the main body 10 is provided with a raw material holding mechanism 23 for suspending and holding the raw material magnesium 2 in the raw material container 21. The raw material holding mechanism 23 is located above the raw material container 21 and is suspended in the main body 10. The raw material holder 23 is suspended from the suspended support part 24 into the raw material container 21. Part 25. When the raw material magnesium 2 is held in the raw material holding part 25, the suspension support part 24 holds the raw material holding part 25, so that the raw material magnesium 2 is suspended and held in the raw material container 21.

本発明では、当該原料保持機構23により原料収容部21内に保持される原料マグネシウム2は、真空容器10の本体11の内壁面と離間して収容されることが好ましい。なぜなら、当該誘導加熱コイル22への通電によって、誘導加熱された真空容器10から原料マグネシウム2に伝達熱が加わり、原料マグネシウムが局所的に高温に加熱されることを効果的に抑制するためである。ただし、誘導加熱コイル22による原料マグネシウム2の誘導加熱効率を考慮すると、より真空容器10に巻回された誘導加熱コイル22に近接することが好ましい。よって、原料マグネシウム2と真空容器10の内壁面とは0.5mm〜3mm離間して配置することが好ましい。   In the present invention, the raw material magnesium 2 held in the raw material storage unit 21 by the raw material holding mechanism 23 is preferably stored separately from the inner wall surface of the main body 11 of the vacuum vessel 10. This is because the conduction heat is applied to the raw material magnesium 2 from the induction-heated vacuum vessel 10 by energization of the induction heating coil 22, and the raw material magnesium is effectively suppressed from being locally heated to a high temperature. . However, considering the induction heating efficiency of the raw material magnesium 2 by the induction heating coil 22, it is preferable to be closer to the induction heating coil 22 wound around the vacuum vessel 10. Therefore, it is preferable that the raw material magnesium 2 and the inner wall surface of the vacuum vessel 10 are arranged to be separated from each other by 0.5 mm to 3 mm.

本実施の形態では、本体10は、原料収容部21内に収容された原料マグネシウム2の温度を検出するための原料マグネシウム温度センサ(原料マグネシウム温度検出手段)26を備えている。誘導加熱コイル22は、当該原料マグネシウム温度センサ26の検出温度に基づいて原料マグネシウム2を430℃〜550℃の範囲内の任意の設定温度に加熱する。   In the present embodiment, the main body 10 includes a raw material magnesium temperature sensor (raw material magnesium temperature detecting means) 26 for detecting the temperature of the raw material magnesium 2 housed in the raw material container 21. The induction heating coil 22 heats the raw material magnesium 2 to an arbitrary set temperature within the range of 430 ° C. to 550 ° C. based on the temperature detected by the raw material magnesium temperature sensor 26.

また、真空容器10は、誘導加熱コイル22による誘導加熱コイル22により加熱されるが、真空容器10の目的としない内壁面に昇華マグネシウムが蒸着することを抑止するため、当該加熱能力を補助する補助ヒータ27を設けても良い。図示してはいないが、真空容器10の外面にも、同様の目的で補助ヒータを設けても良い。   Moreover, although the vacuum vessel 10 is heated by the induction heating coil 22 by the induction heating coil 22, the auxiliary | assistant which assists the said heating capability in order to suppress that a sublimation magnesium vapor-deposits on the inner wall surface which the vacuum vessel 10 does not intend. A heater 27 may be provided. Although not shown, an auxiliary heater may be provided on the outer surface of the vacuum vessel 10 for the same purpose.

真空容器10を構成する蓋体12は、SUS304製の板状部材であり、蓋体12の内面側には、真空容器10内部に面して、当該真空容器10内に拡散したマグネシウムを蒸着させる蒸着部30を備える。本実施の形態において、蒸着部30は、本体10の下部に配置された原料収容部21の上方に位置して、当該原料収容部21内に収容される原料マグネシウムと離間して配置される。蒸着部30は蒸着部温度調整手段によりマグネシウムの蒸着温度に調整される。本件発明において、蒸着部30の温度制御を行う蒸着部温度調整手段は、圧縮空気を用いることが好ましい。当該圧縮空気は、液体や油等を用いる必要がなく、扱いやすいため、精製作業やメンテナンス性が容易だからである。以下に、圧縮空気を蒸着部温度調整手段として用いた蒸着部30について、図2の部分拡大図及び図3の分解断面図を参照して説明する。なお、本実施の形態では、当該蒸着部30は、蓋体12に3つ設けられており、図1の断面図には2つの蒸着部30が図示されている。   The lid 12 constituting the vacuum vessel 10 is a plate-like member made of SUS304, and magnesium diffused in the vacuum vessel 10 is deposited on the inner surface side of the lid 12 facing the inside of the vacuum vessel 10. A vapor deposition unit 30 is provided. In the present embodiment, the vapor deposition section 30 is positioned above the raw material storage section 21 disposed in the lower part of the main body 10 and is spaced apart from the raw material magnesium stored in the raw material storage section 21. The vapor deposition part 30 is adjusted to the vapor deposition temperature of magnesium by the vapor deposition part temperature adjustment means. In this invention, it is preferable that the vapor deposition part temperature adjustment means which controls the temperature of the vapor deposition part 30 uses compressed air. This is because the compressed air does not need to use liquid or oil, and is easy to handle, so that purification work and maintainability are easy. Below, the vapor deposition part 30 which used compressed air as a vapor deposition part temperature adjustment means is demonstrated with reference to the elements on larger scale of FIG. 2, and the exploded sectional view of FIG. In the present embodiment, three vapor deposition units 30 are provided on the lid 12, and two vapor deposition units 30 are illustrated in the cross-sectional view of FIG. 1.

本実施の形態における蒸着部30は、有底筒状を呈した温度調整容器33と、当該温度調整容器33内部形状に沿った外部形状を有する柱状の圧力調整部材34とを有し、当該温度調整容器33の内周面と圧力調整部材34の外周面との間に圧縮空気を滞留させて、マグネシウムの蒸着面となる温度調整容器33の外部底面、もしくは、当該温度調整容器33の外部底面に密着して配設される蒸着板31をマグネシウムの蒸着温度に調整する。このとき、温度調整容器33の内径寸法は、圧力調整部材34の外形寸法よりも少許大きく形成されていることが好ましい。なぜならば、圧力調整部材34を介して温度調整容器33内に圧入された圧縮空気を当該温度調整容器の内周と圧力調整部材34の外周との間から外部に適度に逃がすことを可能とする。また、マグネシウムの蒸着面は、温度調整容器33の外部底面により構成しても良いが、蒸着し成長した精製マグネシウム3の取り出しやすさを考慮すると、当該温度調整容器33の外部底面に密着配設した蒸着板31の真空容器10内側の面をマグネシウムの蒸着面とすることが好ましい。   The vapor deposition section 30 in the present embodiment includes a temperature adjustment container 33 having a bottomed cylindrical shape, and a columnar pressure adjustment member 34 having an external shape along the internal shape of the temperature adjustment container 33, and the temperature Compressed air is retained between the inner peripheral surface of the adjustment container 33 and the outer peripheral surface of the pressure adjustment member 34, or the outer bottom surface of the temperature adjustment container 33 serving as a magnesium vapor deposition surface or the outer bottom surface of the temperature adjustment container 33. The vapor deposition plate 31 disposed in close contact with is adjusted to a magnesium vapor deposition temperature. At this time, the inner diameter dimension of the temperature adjustment container 33 is preferably formed to be slightly larger than the outer dimension of the pressure adjustment member 34. This is because the compressed air press-fitted into the temperature adjustment container 33 via the pressure adjustment member 34 can be appropriately released to the outside from between the inner periphery of the temperature adjustment container and the outer periphery of the pressure adjustment member 34. . The magnesium vapor deposition surface may be constituted by the outer bottom surface of the temperature control vessel 33. However, in consideration of the ease of taking out the evaporated and grown refined magnesium 3, the magnesium vapor deposition surface is closely attached to the temperature control vessel 33. The inner surface of the vacuum vessel 10 of the deposited plate 31 is preferably a magnesium deposition surface.

本実施の形態における温度調整容器33は、内部に圧力調整部材34を収容した状態で、蓋体12に貫通形成された蒸着部取付孔12Aに外部から貫挿して装着される。圧力調整部材34は、温度調整容器33内に収容された状態で、外部と温度調整容器33内とを連通し、圧縮空気を外部から導入する圧縮空気導入ノズル36を挿着するためのノズル挿着孔35が形成されている。当該圧力調整部材34に形成されたノズル装着孔35の温度調整容器33底面側の面には、圧縮空気導入ノズル36を介して導入された圧縮空気を滞留させるための凹所37が形成されている。当該凹所37は、ノズル36の断面積よりも大きく形成されている。   The temperature adjustment container 33 according to the present embodiment is inserted through the vapor deposition portion attachment hole 12 </ b> A formed through the lid body 12 from the outside, with the pressure adjustment member 34 accommodated therein. The pressure adjusting member 34 is in a state where it is accommodated in the temperature adjusting container 33, and is connected to the outside and the temperature adjusting container 33 to insert a compressed air introduction nozzle 36 for introducing compressed air from the outside. A hole 35 is formed. A recess 37 for retaining the compressed air introduced through the compressed air introducing nozzle 36 is formed on the bottom surface side of the temperature adjusting container 33 of the nozzle mounting hole 35 formed in the pressure adjusting member 34. Yes. The recess 37 is formed larger than the cross-sectional area of the nozzle 36.

また、この圧力調整部材34には、有底の温度センサ挿入穴38が形成されている。当該温度センサ挿入穴38は、マグネシウムの蒸着面となる温度調整容器33底面、もしくは、当該底面に密着配設される蒸着板31の温度に近似する圧力調整部材34底面の温度を検出するための蒸着部温度センサ(蒸着部温度検出手段)39が挿入保持される。圧縮空気導入ノズル36を介して当該温度調整容器33内に供給される圧縮空気の供給量は、当該蒸着部温度センサ39の検出温度に基づいて調整され、マグネシウムの蒸着面の温度がマグネシウムの蒸着温度、例えば、330℃〜410℃の範囲内の任意の蒸着温度となるように加熱される。   The pressure adjusting member 34 has a bottomed temperature sensor insertion hole 38 formed therein. The temperature sensor insertion hole 38 is used for detecting the temperature of the bottom surface of the temperature adjustment container 33 that becomes the vapor deposition surface of magnesium, or the bottom surface of the pressure adjustment member 34 that approximates the temperature of the vapor deposition plate 31 that is closely attached to the bottom surface. The vapor deposition part temperature sensor (vapor deposition part temperature detection means) 39 is inserted and held. The supply amount of the compressed air supplied into the temperature adjustment container 33 through the compressed air introduction nozzle 36 is adjusted based on the temperature detected by the vapor deposition section temperature sensor 39, and the temperature of the vapor deposition surface of magnesium is the vapor deposition of magnesium. It heats so that it may become arbitrary temperature in the range of the temperature, for example, 330 degreeC-410 degreeC.

本実施の形態では、温度調整部材34は、温度調整容器33内に収容された状態で、固定板40をねじ止めにより蓋体12に固定する。当該構成により、温度調整部材34が圧縮空気の導入により温度調整容器33から抜け出ることを防止することができ、安全に使用することができる。当該固定板40には、圧縮空気導入ノズル36の挿着箇所及び蒸着部温度センサ39の挿着箇所に連通孔41が形成されていると共に、温度調整容器33と圧力調整部材34との間から排出された圧縮空気を外部に排出するための連通孔42が形成されている。   In the present embodiment, the temperature adjustment member 34 fixes the fixing plate 40 to the lid body 12 by screwing while being accommodated in the temperature adjustment container 33. With this configuration, the temperature adjustment member 34 can be prevented from coming out of the temperature adjustment container 33 due to the introduction of compressed air, and can be used safely. A communication hole 41 is formed in the fixed plate 40 at a position where the compressed air introduction nozzle 36 is inserted and a position where the vapor deposition section temperature sensor 39 is inserted, and from between the temperature adjustment container 33 and the pressure adjustment member 34. A communication hole 42 for discharging the discharged compressed air to the outside is formed.

本実施の形態では、蒸着部30のマグネシウムの蒸着面となる温度調整容器33の外部底面、もしくは、当該温度調整容器33の外部底面に密着して配設される蒸着板31には、当該マグネシウムの蒸着面において蒸着し成長する精製マグネシウム3の精製方向に延びる筒状ガイド46を備えている。当該筒状ガイド46は、図2に示すように、蓋体12の内面に当接し、温度調整容器33の一部が当該筒状ガイド46内に進入した状態で真空容器10に取り付けられる。マグネシウムの蒸着面となる温度調整容器33の外部底面の周縁部、もしくは、当該温度調整容器33の外部底面に密着して配設される蒸着板31の周縁部と、当該筒状ガイド46との間には、熱切りを行うための断熱リング(断熱部材)45が介設されることが好ましい。筒状ガイド46にマグネシウムが蒸着することを抑制するためである。   In the present embodiment, the magnesium is disposed on the outer bottom surface of the temperature adjustment container 33 serving as the magnesium vapor deposition surface of the vapor deposition section 30 or the vapor deposition plate 31 disposed in close contact with the outer bottom surface of the temperature adjustment container 33. A cylindrical guide 46 extending in the purification direction of the refined magnesium 3 deposited and grown on the deposition surface is provided. As shown in FIG. 2, the cylindrical guide 46 abuts on the inner surface of the lid 12 and is attached to the vacuum container 10 with a part of the temperature adjustment container 33 entering the cylindrical guide 46. A peripheral edge portion of the outer bottom surface of the temperature adjustment container 33 serving as a magnesium vapor deposition surface, or a peripheral edge portion of the vapor deposition plate 31 disposed in close contact with the outer bottom surface of the temperature adjustment container 33, and the cylindrical guide 46. It is preferable that a heat insulating ring (heat insulating member) 45 for performing heat cutting is interposed therebetween. This is to prevent magnesium from being deposited on the cylindrical guide 46.

また、本実施の形態におけるマグネシウム精製装置1は、真空容器10内の原料収容部21において原料マグネシウム2から昇華されたマグネシウムを当該筒状ガイド46内に誘導すべく、当該真空容器10内は、筒状ガイド46の原料収容部21側の開口部以外を区画板47により区画することが好ましい。   Further, the magnesium purification apparatus 1 according to the present embodiment is configured so that the magnesium sublimated from the raw material magnesium 2 in the raw material container 21 in the vacuum vessel 10 is guided into the cylindrical guide 46. It is preferable to partition the cylindrical guide 46 other than the opening on the raw material container 21 side by the partition plate 47.

次に、上述した本体11と蓋体12とからなる真空容器10の真空構造について説明する。当該真空容器10は、当該真空容器10内に真空雰囲気を形成する真空手段としての真空ポンプ13を備える。本発明におけるマグネシウム精製装置は、真空容器10内の真空度を真空ポンプ13によって10Pa〜1×10−1Paとすることが好ましい。真空雰囲気中に残存する気体は、空気であっても良いが、アルゴンなどの不活性ガスであることが好ましい。本実施の形態では、真空容器10内に真空雰囲気を形成する方法として真空ポンプ13を用いて、真空容器10内に満たされた気体を吸引して所定の真空度まで負圧にして維持する方法を採用しているが、特にこれに限定されない。 Next, the vacuum structure of the vacuum vessel 10 including the main body 11 and the lid body 12 will be described. The vacuum vessel 10 includes a vacuum pump 13 as vacuum means for forming a vacuum atmosphere in the vacuum vessel 10. In the magnesium purification apparatus of the present invention, the degree of vacuum in the vacuum vessel 10 is preferably set to 10 Pa to 1 × 10 −1 Pa by the vacuum pump 13. The gas remaining in the vacuum atmosphere may be air, but is preferably an inert gas such as argon. In the present embodiment, as a method of forming a vacuum atmosphere in the vacuum vessel 10, a method of using the vacuum pump 13 to suck the gas filled in the vacuum vessel 10 and maintain a negative pressure up to a predetermined degree of vacuum. However, it is not limited to this.

また、当該真空容器10内の真空雰囲気を維持すべく、真空容器10を構成する本体11と蓋体12とは、所定の間隔を存して、銅などの金属により構成される内側メタルパッキンと外側メタルパッキンとを備えた封止構造を採用することが好ましい。具体的には、図4に示す図1の円S拡大図のように、本体11の開口縁にフランジ部11Aを備え、フランジ部11Aの蓋体12と重ね合わせる端面に2条のパッキン収容溝14、15を形成し、内側に位置するパッキン収容溝14に内側メタルパッキン16を配設し、外側に位置するパッキン収容溝15に外側メタルパッキン17を配設する。これら内側に位置するパッキン収容溝14と外側に位置するパッキン収容溝15との間には、両パッキン収容溝14、15との間の気体を吸引する酸化防止用真空ポンプ19(真空手段)が接続される酸化防止通路18が形成されている。なお、酸化防止用の手段としては、当該酸化防止用真空ポンプ19に限定されるものではなく、両パッキン収容溝14、15との間にアルゴン等の不活性ガスを充填する不活性ガス充填手段を用いても良い。これらの構成を採用することにより、両パッキン収容溝14、15に収容されるメタルパッキン16、17が酸化される不都合を大幅に抑制することが可能となり、メタルパッキンの長寿命化を図ることができる。   Further, in order to maintain the vacuum atmosphere in the vacuum vessel 10, the main body 11 and the lid 12 constituting the vacuum vessel 10 are separated from each other by an inner metal packing made of a metal such as copper at a predetermined interval. It is preferable to employ a sealing structure including an outer metal packing. Specifically, as shown in the enlarged view of the circle S in FIG. 1 shown in FIG. 4, a flange portion 11A is provided at the opening edge of the main body 11, and two packing receiving grooves are formed on the end surface of the flange portion 11A that overlaps the lid body 12. 14 and 15 are formed, the inner metal packing 16 is disposed in the packing receiving groove 14 positioned on the inner side, and the outer metal packing 17 is disposed in the packing receiving groove 15 positioned on the outer side. Between these packing accommodating grooves 14 located on the inner side and the packing accommodating grooves 15 located on the outer side, an anti-oxidation vacuum pump 19 (vacuum means) for sucking gas between the packing accommodating grooves 14 and 15 is provided. An antioxidant passage 18 to be connected is formed. The means for preventing oxidation is not limited to the oxidation-preventing vacuum pump 19, and an inert gas filling means for filling an inert gas such as argon between the packing housing grooves 14 and 15. May be used. By adopting these configurations, it is possible to greatly suppress the inconvenience that the metal packings 16 and 17 housed in both packing housing grooves 14 and 15 are oxidized, thereby extending the life of the metal packing. it can.

次に、本実施の形態に係るマグネシウム精製装置1のマグネシウム精製動作について説明する。まずはじめに、真空容器10の原料収容部21内に原料マグネシウム2を収容する。当該原料マグネシウム2は、原料保持部25に保持した状態で、真空容器10の内壁面との間を例えば1mm離して収容する。そして、真空容器10の本体11の上面開口を蓋体12にて閉塞し、例えば、ねじなどにより固定する。そして、真空ポンプ13によって、真空容器10内の真空度を10Pa〜1×10−1Paの範囲内の任意の真空度に調整する。 Next, the magnesium purification operation of the magnesium purification apparatus 1 according to the present embodiment will be described. First, the raw material magnesium 2 is stored in the raw material storage part 21 of the vacuum vessel 10. The raw material magnesium 2 is stored in the raw material holding unit 25 while being separated from the inner wall surface of the vacuum vessel 10 by, for example, 1 mm. And the upper surface opening of the main body 11 of the vacuum vessel 10 is obstruct | occluded with the cover body 12, and it fixes with a screw etc., for example. And the vacuum degree in the vacuum vessel 10 is adjusted with the vacuum pump 13 to the arbitrary vacuum degree in the range of 10 Pa- 1 * 10 < -1 > Pa.

その後、誘導加熱コイル22に所定の周波数の電流を印加し、真空容器10の原料収容部21内に収容された原料マグネシウム2の誘導加熱を行う。この際、原料マグネシウム2は、上述したように、原料マグネシウム温度センサ26の検出温度に基づいて、誘導加熱コイル22により430℃〜550℃の範囲内の任意の設定温度に加熱される。このとき、真空容器10自体も誘導加熱コイル22によって誘導加熱されるが、さらに補助ヒータ27の加熱能力を補助的に使用し、当該真空容器10自体をマグネシウム原料の加熱温度以上のいずれかの設定温度に加熱する。   Thereafter, a current having a predetermined frequency is applied to the induction heating coil 22 to perform induction heating of the raw material magnesium 2 housed in the raw material housing portion 21 of the vacuum vessel 10. At this time, the raw material magnesium 2 is heated to an arbitrary set temperature within a range of 430 ° C. to 550 ° C. by the induction heating coil 22 based on the temperature detected by the raw material magnesium temperature sensor 26 as described above. At this time, the vacuum vessel 10 itself is also induction-heated by the induction heating coil 22, but further, the heating capacity of the auxiliary heater 27 is supplementarily used, and the vacuum vessel 10 itself is set to any setting equal to or higher than the heating temperature of the magnesium raw material. Heat to temperature.

当該原料マグネシウム2がマグネシウムの昇華温度以上の温度に誘導加熱されることによって、原料マグネシウム2に含まれるマグネシウムが昇華する。昇華したマグネシウムは、図1中、黒丸で示す。このとき、原料マグネシウム2に含まれるマグネシウムよりも蒸気圧の低い物質は、原料マグネシウムに残留する。マグネシウムよりも蒸気圧の低い不純物としては、リチウム(Li)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、ホウ素(B)ガリウム(Ga)、銀(Ag)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)、ケイ素(Si)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、カルシウム(Ca)等を挙げることができる。   When the raw material magnesium 2 is induction-heated to a temperature equal to or higher than the sublimation temperature of magnesium, the magnesium contained in the raw material magnesium 2 is sublimated. The sublimated magnesium is indicated by a black circle in FIG. At this time, a substance having a lower vapor pressure than magnesium contained in the raw material magnesium 2 remains in the raw material magnesium. Impurities having a lower vapor pressure than magnesium include lithium (Li), antimony (Sb), bismuth (Bi), aluminum (Al), manganese (Mn), boron (B) gallium (Ga), silver (Ag), Examples include titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), silicon (Si), iron (Fe), nickel (Ni), molybdenum (Mo), and calcium (Ca).

原料マグネシウム2から昇華したマグネシウムは、真空容器10内に拡散する。この際、真空容器10自体は、誘導加熱コイル22及び補助ヒータ26によってマグネシウムの蒸着温度よりも高い温度に設定されており、原料収容部21の上方に配設された蒸着部30は、圧縮空気によってマグネシウムが蒸着可能とする330℃〜410℃の範囲内の任意の温度に設定されている。そのため、真空容器10内に拡散したマグネシウムは、真空容器10の内壁面に付着することなく、原料収容部21の上方に配設された蒸着部30に蒸着する。本実施の形態では、真空容器10内に拡散したマグネシウムは、真空容器10内に配設された筒状ガイド46に誘導されて、温度調整容器33の外部底面に密着して配設された蒸着板31に蒸着する。蒸着板31の表面に蒸着した精製マグネシウム2は、蒸着板31の表面温度付近の温度であるため、当該蒸着板31の表面に蒸着したマグネシウムの表面にも次々にマグネシウムが堆積していき、蒸着板31には、つらら状に精製マグネシウム2が成長していく。   Magnesium sublimated from the raw material magnesium 2 diffuses into the vacuum vessel 10. At this time, the vacuum vessel 10 itself is set to a temperature higher than the vapor deposition temperature of magnesium by the induction heating coil 22 and the auxiliary heater 26, and the vapor deposition unit 30 disposed above the raw material storage unit 21 is compressed air. Is set to an arbitrary temperature within a range of 330 ° C. to 410 ° C. that allows magnesium to be deposited. Therefore, the magnesium diffused into the vacuum vessel 10 is deposited on the vapor deposition unit 30 disposed above the raw material storage unit 21 without adhering to the inner wall surface of the vacuum vessel 10. In the present embodiment, magnesium diffused in the vacuum vessel 10 is guided to the cylindrical guide 46 provided in the vacuum vessel 10 and is deposited in close contact with the outer bottom surface of the temperature adjustment vessel 33. Vapor deposition is performed on the plate 31. Since the purified magnesium 2 deposited on the surface of the vapor deposition plate 31 has a temperature close to the surface temperature of the vapor deposition plate 31, magnesium is deposited one after another on the surface of the magnesium vapor deposited on the surface of the vapor deposition plate 31. On the plate 31, the purified magnesium 2 grows in an icicle shape.

このとき、原料マグネシウム2に含まれる不純物のうち、マグネシウムよりも蒸気圧の高い物質は、マグネシウムと共に加熱されることにより、真空容器10内に蒸発していく。しかし、蒸着部30(蒸発板31)の温度は、上述したように、330℃〜410℃の高い温度に設定されているため、不純物が蒸着部30に蒸着し、精製マグネシウム2の純度が低下することを抑制することができる。マグネシウムよりも蒸気圧の高い不純物としては、亜鉛(Zn)、ナトリウム(Na)、ヒ素(As)、カリウム(K)、リン(P)、硫黄(S)、塩素(Cl)、フッ素(F)を挙げることができる。   At this time, among impurities contained in the raw material magnesium 2, a substance having a vapor pressure higher than that of magnesium evaporates into the vacuum container 10 by being heated together with magnesium. However, since the temperature of the vapor deposition part 30 (evaporation plate 31) is set to the high temperature of 330 degreeC-410 degreeC as mentioned above, an impurity vapor-deposits on the vapor deposition part 30, and the purity of refined magnesium 2 falls. Can be suppressed. As impurities having higher vapor pressure than magnesium, zinc (Zn), sodium (Na), arsenic (As), potassium (K), phosphorus (P), sulfur (S), chlorine (Cl), fluorine (F) Can be mentioned.

このように、本発明に係るマグネシウム精製装置では、誘導加熱法によって原料マグネシウム2を加熱することにより、当該原料マグネシウム2は真空容器10を介することなく直接加熱することができる。よって、従来のように原料マグネシウム2を収容する真空容器10をヒータにより加熱し、当該真空容器10からの熱伝導により原料マグネシウム2を加熱する場合と異なり、原料マグネシウム2自体を均一に加熱することができる。   Thus, in the magnesium purification apparatus according to the present invention, the raw material magnesium 2 can be directly heated without going through the vacuum vessel 10 by heating the raw material magnesium 2 by the induction heating method. Therefore, unlike the conventional case where the vacuum vessel 10 containing the raw material magnesium 2 is heated by a heater and the raw material magnesium 2 is heated by heat conduction from the vacuum vessel 10, the raw material magnesium 2 itself is heated uniformly. Can do.

従って、原料マグネシウム2から蒸発した原料マグネシウムに含まれていた不純物が、局所的に高温に加熱されて蒸発することにより、蒸着部30に精製マグネシウム3と共に蒸着してしまう不都合を回避することができる。また、誘導加熱法により原料マグネシウム2の加熱は、真空容器10からの熱伝導による加熱とは異なり、直接原料マグネシウム2自体を加熱することができるため、より短時間で原料マグネシウム2を目的とする温度に加熱することができる。ゆえに、より短時間で、効率的に高純度のマグネシウム精製を実現することができる。   Therefore, the impurity contained in the raw material magnesium evaporated from the raw material magnesium 2 is locally heated to a high temperature to evaporate, thereby avoiding the disadvantage of being evaporated together with the purified magnesium 3 in the vapor deposition section 30. . In addition, the heating of the raw material magnesium 2 by the induction heating method can directly heat the raw material magnesium 2 itself, unlike the heating by the heat conduction from the vacuum vessel 10, so that the raw material magnesium 2 is aimed at a shorter time. Can be heated to temperature. Therefore, highly purified magnesium can be purified efficiently in a shorter time.

また、本実施の形態におけるマグネシウム精製装置1は、原料マグネシウム2を真空容器10の内壁面と離間して収容することにより、当該原料マグネシウム2自体の誘導加熱による温度制御を安定して行うことが可能となる。よって、原料マグネシウム2が部分的に高温度に加熱されることにより、当該原料マグネシウム2に含まれる不純物の蒸発を効果的に抑制することができる。   Moreover, the magnesium purification apparatus 1 in the present embodiment can stably control the temperature of the raw material magnesium 2 itself by induction heating by housing the raw material magnesium 2 apart from the inner wall surface of the vacuum vessel 10. It becomes possible. Therefore, when the raw material magnesium 2 is partially heated to a high temperature, evaporation of impurities contained in the raw material magnesium 2 can be effectively suppressed.

さらに、本実施の形態におけるマグネシウム精製装置1は、圧縮空気を用いて蒸着部30の温度をマグネシウムの蒸着温度に調整するため、温度調整手段として液体や油等を用いる必要がなくなり、作業性の向上を図ることができる。   Furthermore, since the magnesium purification apparatus 1 in this embodiment adjusts the temperature of the vapor deposition part 30 to the vapor deposition temperature of magnesium using compressed air, it becomes unnecessary to use liquid, oil, etc. as a temperature adjustment means, and workability | operativity is improved. Improvements can be made.

また、本実施の形態において蒸着部30に蒸着された精製マグネシウム2を取り出す場合には、蓋体12を開放し、蒸着部30の温度調整容器33の底面に配設された蒸着板31を取り外すことにより、精製マグネシウム2を取り出す。この際、蒸着板31は、単なるプレート状の部材であるため、容易に精製マグネシウムを取り出すことができ、取出の際に不純物が混入する不都合を効果的に回避することが可能となる。   Moreover, when taking out the refined magnesium 2 deposited on the deposition unit 30 in the present embodiment, the lid 12 is opened, and the deposition plate 31 disposed on the bottom surface of the temperature adjustment container 33 of the deposition unit 30 is removed. Thus, purified magnesium 2 is taken out. At this time, since the vapor deposition plate 31 is a simple plate-like member, purified magnesium can be easily taken out, and it is possible to effectively avoid the inconvenience that impurities are mixed during the extraction.

なお、上述した本実施の形態では、真空容器10内の下部に原料マグネシウム2を配置し、真空容器10の上部に蒸着部30を配置しているが、本件発明はこれに限定されるものではなく、原料マグネシウム2と精製マグネシウム3を蒸着させる蒸着部30を離して配置するものであればよいものとする。   In the above-described embodiment, the raw material magnesium 2 is disposed in the lower portion of the vacuum vessel 10 and the vapor deposition section 30 is disposed in the upper portion of the vacuum vessel 10, but the present invention is not limited to this. However, the vapor deposition unit 30 for vapor deposition of the raw material magnesium 2 and the purified magnesium 3 may be arranged separately.

本件発明に係るマグネシウムの精製方法及びマグネシウム精製装置は、例えば、99.9wt%以上の原料マグネシウムを精製する際に、当該原料マグネシウムを効率的に誘導加熱法により加熱して原料マグネシウムに含まれる不純物を混入させることなく、より純度の高い精製マグネシウムを精製する場合に特に有効である。   In the magnesium purification method and the magnesium purification apparatus according to the present invention, for example, when purifying 99.9 wt% or more of raw material magnesium, impurities contained in the raw material magnesium are efficiently heated by induction heating. This is particularly effective when purifying purified magnesium having a higher purity without mixing any of the above.

1 マグネシウム精製装置
2 原料マグネシウム
3 精製マグネシウム
10 真空容器
11 本体
12 蓋体
12A 蒸着部取付孔
13 真空ポンプ(真空手段)
14、15 パッキン収容溝
16 内側メタルパッキン
17 外側メタルパッキン
18 酸化防止通路
19 酸化防止用真空ポンプ(真空手段)
21 原料収容部
22 誘導加熱コイル
23 原料保持機構
24 吊下支持部
25 原料保持部
26 原料マグネシウム温度センサ(原料マグネシウム温度検出手段)
27 補助ヒータ
30 蒸着部
31 蒸着板
33 温度調整容器
34 温度調整部材
35 ノズル挿着孔
36 圧縮空気導入ノズル
37 凹所
38 温度センサ挿入穴
39 蒸着部温度センサ(蒸着部温度検出手段)
40 固定板
41 連通孔
42 連通孔
46 筒状ガイド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnesium refinement | purification apparatus 2 Raw material magnesium 3 Purified magnesium 10 Vacuum container 11 Main body 12 Cover body 12A Deposition part attachment hole 13 Vacuum pump (vacuum means)
14, 15 Packing receiving groove 16 Inner metal packing 17 Outer metal packing 18 Antioxidation passage 19 Antioxidation vacuum pump (vacuum means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Raw material accommodating part 22 Induction heating coil 23 Raw material holding | maintenance mechanism 24 Suspension support part 25 Raw material holding | maintenance part 26 Raw material magnesium temperature sensor (raw material magnesium temperature detection means)
27 Auxiliary heater 30 Vapor deposition section 31 Vapor deposition plate 33 Temperature adjustment container 34 Temperature adjustment member 35 Nozzle insertion hole 36 Compressed air introduction nozzle 37 Recess 38 Temperature sensor insertion hole 39 Vapor deposition temperature sensor (vapor deposition temperature detection means)
40 fixed plate 41 communication hole 42 communication hole 46 cylindrical guide

Claims (11)

真空昇華法により原料マグネシウムからマグネシウムを精製する方法であって、
誘導加熱法により当該原料マグネシウムを加熱し、当該原料マグネシウムから離して配設された蒸着部の表面において、加熱により昇華したマグネシウムを蒸着させて精製マグネシウムを得ることを特徴とするマグネシウムの精製方法。
A method of purifying magnesium from raw material magnesium by a vacuum sublimation method,
A method for purifying magnesium, comprising heating the raw material magnesium by an induction heating method, and depositing magnesium sublimated by heating on a surface of a vapor deposition part disposed away from the raw material magnesium to obtain purified magnesium.
10Pa〜1×10−1Paの真空中において、前記誘導加熱法により当該原料マグネシウムを430℃〜550℃に加熱する請求項1のマグネシウムの精製方法。 The method for purifying magnesium according to claim 1, wherein the raw material magnesium is heated to 430 ° C. to 550 ° C. by the induction heating method in a vacuum of 10 Pa to 1 × 10 −1 Pa. 前記蒸着部におけるマグネシウムの蒸着温度を330℃〜410℃とする請求項2に記載のマグネシウムの精製方法。   The magnesium purification method according to claim 2, wherein a deposition temperature of magnesium in the deposition section is set to 330 ° C. to 410 ° C. 真空昇華法により原料マグネシウムからマグネシウムを精製するマグネシウム精製装置であって、
内部を真空とし、原料マグネシウムを収容する真空容器と、
当該真空容器内の原料マグネシウムを当該真空容器の外部から誘導加熱してマグネシウムを昇華させる誘導加熱コイルと、
当該真空容器内に、当該原料マグネシウムと離して配置され、当該真空容器内に拡散したマグネシウムを蒸着させる蒸着部とを備えることを特徴とするマグネシウム精製装置。
A magnesium purifier for purifying magnesium from raw material magnesium by a vacuum sublimation method,
A vacuum container that contains a raw material magnesium;
An induction heating coil that sublimates magnesium by induction heating the raw material magnesium in the vacuum vessel from the outside of the vacuum vessel;
A magnesium refining apparatus comprising: a vapor deposition section that is disposed in the vacuum vessel apart from the raw material magnesium and deposits magnesium diffused in the vacuum vessel.
前記原料マグネシウムは、前記真空容器の内壁面と離間して収容される請求項4記載のマグネシウム精製装置。   The magnesium purification apparatus according to claim 4, wherein the raw material magnesium is stored separately from the inner wall surface of the vacuum vessel. 前記蒸着部は、圧縮空気を用いた蒸着部温度調整手段によりマグネシウムの蒸着温度に調整する請求項4又は請求項5に記載のマグネシウム精製装置。   The said vapor deposition part is a magnesium refinement | purification apparatus of Claim 4 or Claim 5 adjusted to the vapor deposition temperature of magnesium by the vapor deposition part temperature adjustment means using compressed air. 前記真空容器内の真空度を10Pa〜1×10−1Paとし、前記誘導加熱コイルにより、前記原料マグネシウム及び前記真空容器自体を430℃〜550℃とする請求項4〜請求項6のいずれかに記載のマグネシウム精製装置。 The degree of vacuum in the vacuum container is 10 Pa to 1 × 10 −1 Pa, and the raw material magnesium and the vacuum container itself are set to 430 ° C. to 550 ° C. by the induction heating coil. The magnesium refinement | purification apparatus of description. 前記蒸着部は、前記蒸着部温度調整手段により330℃〜410℃に調整する請求項7に記載のマグネシウム精製装置。   The said vapor deposition part is a magnesium refinement | purification apparatus of Claim 7 adjusted to 330 to 410 degreeC by the said vapor deposition part temperature adjustment means. 前記真空容器は、開口を有すると共に内部に前記原料マグネシウムを収容する原料収容部を備えた本体と、当該本体の開口を開閉可能に閉塞する蓋体とを有し、
当該蓋体は、本体内部に面する前記蒸着部を備える請求項4〜請求項8のいずれかに記載のマグネシウム精製装置。
The vacuum vessel has an opening and a main body provided with a raw material container for containing the raw material magnesium therein, and a lid that closes the opening of the main body so that the opening can be opened and closed.
The said lid is a magnesium refinement | purification apparatus in any one of Claims 4-8 provided with the said vapor deposition part which faces the inside of a main body.
前記真空容器は、前記蒸着部の周縁部を断熱部材を介して囲繞し、当該蒸着部に蒸着する精製マグネシウムの成長方向に延びる筒状ガイドを備える請求項4〜請求項9のいずれかに記載のマグネシウム精製装置。   The said vacuum vessel surrounds the peripheral part of the said vapor deposition part via a heat insulation member, and is provided with the cylindrical guide extended in the growth direction of the refined magnesium vapor-deposited on the said vapor deposition part. Magnesium purification equipment. 前記本体と、前記蓋体との間には、所定の間隔を存して内側メタルパッキンと外側メタルパッキンとを備え、当該内側メタルパッキンと外側メタルパッキンの間を真空、又は、これらメタルパッキン間に不活性ガスを充填する請求項9又は請求項10に記載のマグネシウム精製装置。   Between the main body and the lid body, an inner metal packing and an outer metal packing are provided at a predetermined interval, and a vacuum is provided between the inner metal packing and the outer metal packing, or between these metal packings. The magnesium purification apparatus according to claim 9 or 10, wherein an inert gas is filled in the container.
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