JP2018066052A - LOW α RAY BISMUTH - Google Patents

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侑 細川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide bismuth having reduced α ray amount.SOLUTION: There are provided a manufacturing method of low α ray bismuth including a process for manufacturing a bismuth nitrate solution by electrolyzing raw material metal bismuth, a process for deposition removing polonium ions from the bismuth nitrate solution by contacting the bismuth nitrate solution with bismuth or a metal simple element of a more noble metal element than bismuth, a process for recovering metal bismuth by electrolytic extracting the same from the bismuth nitrate solution from which the polonium ions are deposition removed, the low α ray bismuth having surface α ray amount of 0.001 cph/cmor less, Pb content of 0.1 ppm or less, and contents of U and Th of 5 ppb or less respectively.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、半導体の製造等に使用される、α線量を低減させたビスマスに関する。   The present invention relates to bismuth with a reduced α dose, which is used in the manufacture of semiconductors and the like.

最近の半導体装置等は、高密度化及び動作電圧やセルの容量が低下しているので、半導体チップ近傍の材料からのα線の影響により、ソフトエラーが発生する危険が多くなってきた。そのため、はんだ材料として使用されるビスマスについて、高純度化とともにα線の放射の少ない材料が求められている。   In recent semiconductor devices and the like, the density is increased and the operating voltage and the cell capacity are reduced. Therefore, there is an increased risk of soft errors due to the influence of α rays from the material in the vicinity of the semiconductor chip. Therefore, for bismuth used as a solder material, there is a demand for a material with high purity and less α-ray emission.

特許文献1は、ヘキサフルオロケイ酸や添加剤を用いない、酸(塩酸又は硫酸)のみの電解液において、pH、電解液中のビスマス濃度、電解液温度、電流密度を制御することで、鉛を1ppm以下、ウラン、トリウムをそれぞれ5ppb以下、α線量を0.01cph/cm2以下を達成できたことを開示している。特許文献2は、硝酸ビスマス溶液をチタンカソードとビスマスアノードで電解精製した後に真空溶解して、α線量を0.01cph/cm2以下を達成できたことを開示している。 Patent Document 1 discloses that lead, by controlling pH, bismuth concentration in electrolyte, electrolyte temperature, and current density in an electrolyte containing only acid (hydrochloric acid or sulfuric acid) without using hexafluorosilicic acid or additives. Is 1 ppm or less, uranium and thorium are each 5 ppb or less, and α dose is 0.01 cph / cm 2 or less. Patent Document 2 discloses that a bismuth nitrate solution was electrolytically purified with a titanium cathode and a bismuth anode and then dissolved in a vacuum to achieve an α dose of 0.01 cph / cm 2 or less.

特開2013−185214号公報JP 2013-185214 A 国際公開2014/069357A1号公報International Publication No. 2014/069357 A1

本発明の目的は、はんだ材料としての要求に適応できるビスマスであって、α線量がさらに低減されたビスマスを提供することにある。   An object of the present invention is to provide bismuth that can be adapted to the requirements as a solder material and that has a further reduced α dose.

本発明者は、ビスマスの低α線量化について、鋭意研究を行ってきたところ、ビスマスのα線量を低減するために、ポロニウムの含有量を低減させる着想に至った。そして、硝酸ビスマス溶液中に、Bi又は、Biよりも電位が貴でかつPoよりも電位が卑な金属元素を投入し、当該金属元素上にPoを置換析出させて、液中から除去して、Po除去後の液中からBiを回収することによって、α線量が低減されたビスマスを得られることを見いだして、本発明に到達した。   The inventor has conducted intensive research on the reduction of α dose of bismuth, and has come up with the idea of reducing the content of polonium in order to reduce the α dose of bismuth. Then, in the bismuth nitrate solution, Bi or a metal element having a potential more noble than Bi and a potential lower than Po is introduced, and Po is substituted on the metal element to be removed from the liquid. The present inventors have found that bismuth with a reduced α dose can be obtained by recovering Bi from the solution after removal of Po.

したがって、本発明は、次の(1)以下を含む。
(1)
表面α線量が0.001cph/cm2以下であり、Pb含有量が0.1ppm以下、U、Thの含有量が、それぞれ5ppb以下である、低α線ビスマス。
(2)
表面α線量が0.0008cph/cm2未満である、(1)に記載の低α線ビスマス。
(3)
表面α線量が0.0005cph/cm2未満である、(1)に記載の低α線ビスマス。
Therefore, the present invention includes the following (1) and below.
(1)
Low α-ray bismuth having a surface α dose of 0.001 cph / cm 2 or less, a Pb content of 0.1 ppm or less, and U and Th contents of 5 ppb or less, respectively.
(2)
The low alpha ray bismuth as described in (1) whose surface alpha dose is less than 0.0008 cph / cm < 2 >.
(3)
The low α-ray bismuth according to (1), wherein the surface α dose is less than 0.0005 cph / cm 2 .

さらに本発明は、次の(11)以下を含む。
(11)
原料金属ビスマスを、電気分解して、硝酸ビスマス溶液を調製する工程、
硝酸ビスマス溶液を、ビスマス又は、ビスマスよりも貴な金属元素の金属単体と、接触させて、硝酸ビスマス溶液からポロニウムイオンを析出除去する工程、
ポロニウムイオンが析出除去された、硝酸ビスマス溶液から、電解採取して、金属ビスマスを回収する工程、
を含む、低α線ビスマスの製造方法。
(12)
硝酸ビスマス溶液が、pH0.0〜1.3である、(11)に記載の製造方法。
(13)
硝酸ビスマス溶液が、ビスマス濃度5〜120g/Lである、(11)又は(12)に記載の製造方法。
(14)
ビスマスよりも貴な金属元素が、ポロニウムよりも卑な金属元素である、(11)〜(13)のいずれかに記載の製造方法。
(15)
ビスマスよりも貴な金属元素が、Cuである、(11)〜(14)のいずれかに記載の製造方法。
Furthermore, this invention includes the following (11) or less.
(11)
A step of electrolyzing the raw metal bismuth to prepare a bismuth nitrate solution;
A step of bringing a bismuth nitrate solution into contact with bismuth or a simple metal element of a metal element more precious than bismuth to precipitate and remove polonium ions from the bismuth nitrate solution;
From the bismuth nitrate solution from which polonium ions have been deposited and removed, electrolytically collecting and recovering metal bismuth,
The manufacturing method of the low alpha ray bismuth containing.
(12)
The production method according to (11), wherein the bismuth nitrate solution has a pH of 0.0 to 1.3.
(13)
The production method according to (11) or (12), wherein the bismuth nitrate solution has a bismuth concentration of 5 to 120 g / L.
(14)
The production method according to any one of (11) to (13), wherein the metal element nobler than bismuth is a metal element lower than polonium.
(15)
The manufacturing method according to any one of (11) to (14), wherein the metal element nobler than bismuth is Cu.

本発明によれば、α線が最小化された低α線ビスマスを得ることができる。本発明の低α線ビスマスによれば、半導体装置のα線の影響によるソフトエラーの発生を著しく減少できる。   According to the present invention, low α-ray bismuth in which α rays are minimized can be obtained. According to the low α-ray bismuth of the present invention, the occurrence of soft errors due to the influence of α rays in the semiconductor device can be significantly reduced.

図1は、ウラン(U)が崩壊し、206Pbに至るまでの崩壊チェーン(ウラン・ラジウム崩壊系列)を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a decay chain (uranium radium decay series) from uranium (U) decay to 206 Pb. 図2は、ビスマスの溶解・鋳造後の時間経過によるα線量の推移を示す図である。FIG. 2 is a graph showing a change in α dose with time after melting and casting of bismuth.

本発明を具体的な実施の形態をあげて以下に詳細に説明する。本発明は以下に開示された具体的な実施の形態に限定されるものではない。   The present invention will be described in detail below with reference to specific embodiments. The present invention is not limited to the specific embodiments disclosed below.

[ビスマスの低α線化の着想]
ビスマスは全て放射性同位体であり、α線放射に関与する核種は複数存在する。これらの放射性同位体のためにα線量が高いと考えられており、低α線化のためにはこれらα線放射に関与する同位体を分離・除去しなければならず、工業的にα線量の低いビスマスを製造することは無理だと考えられていた。このような技術常識に対して、本発明者は、ビスマスの低α線化への検討を、次のような着想に基づいて行った。
[Concept of low alpha radiation of bismuth]
Bismuth is all a radioisotope, and there are multiple nuclides involved in alpha radiation. Because of these radioisotopes, the α dose is considered to be high. In order to reduce α-rays, the isotopes involved in these α-ray emissions must be separated and removed. It was considered impossible to produce low bismuth. In response to such common technical knowledge, the present inventor has studied to reduce the α-ray content of bismuth based on the following idea.

α線を発生する放射性元素は数多く存在するが、多くは半減期が非常に長いか非常に短いためにおそらくは問題にならず、実際に問題になるのはU崩壊チェーン(図1参照)における、ポロニウムの同位体210Poから鉛の同位体206Pbに壊変する時に発生するα線であろう。このうち、209Biは半減期が1.9×1019年と非常に長いのでおそらくは問題とならない。209Bi以外でα線放射に関与する同位体の中で最も半減期が長いのは、210Biであり半減期は5日である(図1参照)。他のα線放射に関与する同位体211Bi、212Bi、214Biは半減期がそれぞれ2分、61分、20分と非常に短く、これらの娘核種、孫核種も同様に半減期が非常に短いので、おそらくは問題とならない。図1に示すように、210Biは、210Bi→210Po→206Pbと壊変し、210Poが206Pbに壊変する時にα線が放射される。206Pbは安定同位体である。 There are many radioactive elements that generate alpha rays, but many are probably not a problem because their half-life is very long or very short, and what actually matters is in the U decay chain (see Figure 1), It will be α rays generated when the polonium isotope 210 Po is disintegrated to the lead isotope 206 Pb. Of these, 209 Bi has a very long half-life of 1.9 × 10 19 years and is probably not a problem. Among the isotopes involved in α-radiation other than 209 Bi, the longest half-life is 210 Bi and the half-life is 5 days (see FIG. 1). The other isotopes 211 Bi, 212 Bi and 214 Bi involved in α-ray emission have very short half-lives of 2 minutes, 61 minutes and 20 minutes, respectively. Is probably not a problem. As shown in FIG. 1, 210 Bi disintegrates as 210 Bi → 210 Po → 206 Pb, and α rays are emitted when 210 Po disintegrates into 206 Pb. 206 Pb is a stable isotope.

ビスマスから放射されるα線量を調査した結果、他の金属では見られないビスマス特有のα線量変化をすることが分かった(図2参照)。通常、例えば錫の場合は溶解・鋳造直後はα線量が低く、時間の経過と共にα線量が増加する。しかし、ビスマスの場合は溶解・鋳造直後にα線量が高く、時間が経過するとα線量が低くなる。このビスマス特有のα線量変化を踏まえて鋭意検討した結果、α線放射に関与するビスマス中の放射性元素の大部分はポロニウムであることが分かった。しかし、210Poの半減期よりも充分に長い時間、すなわち210Poがほとんど崩壊してなくなるほどの長時間かけても、ビスマスのα線量はある一定以下には下がってこない。 As a result of investigating the α dose emitted from bismuth, it was found that the α dose change peculiar to bismuth, which is not seen in other metals, is observed (see FIG. 2). Usually, for example, in the case of tin, the α dose is low immediately after melting and casting, and the α dose increases with time. However, in the case of bismuth, the α dose is high immediately after melting and casting, and the α dose decreases with time. As a result of intensive studies based on the α dose change peculiar to bismuth, it was found that most of the radioactive elements in bismuth involved in α-radiation are polonium. However, even when the time is sufficiently longer than the half-life of 210 Po, that is, for a long time such that 210 Po hardly disintegrates, the α dose of bismuth does not fall below a certain level.

本発明者は、この原因がビスマス中に210Pbが存在し、210Pb→210Bi→210Po→206Pbの崩壊が起こることによるものと考えた。すなわち、材料中に鉛の同位体210Pb(半減期22.3年)が含有されていると、時間の経過とともに210Pb→210Bi(半減期5日)→210Po(半減期138日)の壊変(図1)が進み、崩壊チェーンが再構築されて210Poが生じるために、ポロニウムの同位体210Poから鉛の同位体206Pbへの壊変によるα線が発生し、これがビスマスのα線の主要な原因であるとの仮説に到達した。 The present inventor considered that this cause is due to the presence of 210 Pb in bismuth and the decay of 210 Pb → 210 Bi → 210 Po → 206 Pb. That is, when the lead isotope 210 Pb (half-life 22.3 years) is contained in the material, 210 Pb → 210 Bi (half-life 5 days) → 210 Po (half-life 138 days) over time As the decay of the arsenic (Fig. 1) proceeds and the decay chain is reconstructed to yield 210 Po, α-rays are generated due to the decay of the polonium isotope 210 Po to the lead isotope 206 Pb, which is the bismuth α The hypothesis was reached that it was the main cause of the line.

この仮説によれば、ポロニウムの除去が、ビスマスの低α線化に有効であること、好ましくは鉛の除去もまた、ビスマスの低α線化に有効であることが導かれる。この着想に基づいて、本発明者は、工業的にα線量の低いビスマスを製造することを可能とする、本発明に到達した。尚、本発明で使用する「ppm」の単位表記は、「重量ppm(wtppm)」を意味する。   According to this hypothesis, it is derived that removal of polonium is effective for lowering α-rays of bismuth, and preferably removal of lead is also effective for lowering α-rays of bismuth. Based on this idea, the present inventor has reached the present invention, which makes it possible to produce bismuth with a low α dose industrially. The unit notation of “ppm” used in the present invention means “weight ppm (wtppm)”.

[表面α線測定]
本発明における金属ビスマスの表面α線測定は、例えば実施例に記載のOrdela社製のGas Flow Proportional Counterモデル8600A−LBを用いて測定することができる。該装置においては、使用するガスを90%アルゴン−10%メタンとし、測定時間をバックグラウンド及び試料とも504時間とした。測定時間のうち最初の4時間は測定室パージに必要な時間とし、その後5時間から504時間後まではデータの測定に必要な時間とした。測定装置から微量のα線(バックグラウンド(BG)α線)が出るため、α線カウント数の測定データからバッググラウンドα線カウント数を差し引いた値を、金属ビスマスのα線カウント数として評価した。金属ビスマスのα線カウント数は電解採取から3ヶ月以内に測定した結果を意味する。
[Surface α ray measurement]
The surface alpha ray measurement of the metal bismuth in this invention can be measured, for example using the Gas Flow Proportional Counter model 8600A-LB made from Ordella as described in an Example. In this apparatus, the gas used was 90% argon-10% methane, and the measurement time was 504 hours for both the background and the sample. The first 4 hours of the measurement time was set as the time required for the measurement chamber purge, and thereafter, the time required from 5 hours to 504 hours was set as the time required for data measurement. Since a very small amount of α-rays (background (BG) α-rays) are emitted from the measuring device, the value obtained by subtracting the background α-ray count from the measurement data of the α-ray count was evaluated as the α-ray count of metal bismuth. . The α-ray count number of metal bismuth means the result measured within 3 months from the electrowinning.

実施例に記載のように、上記測定装置のディテクター面積は1008cm2であり、α線の計数効率は90%であった。測定条件下でバックグラウンドのα線カウント数は1250カウント/500時間であったため、検出限界は0.00036cph/cm2であった。この検出限界(Detection Limit、LLD、LOD)は、JEDECのJESD221「Alpha Radiation Measurement in Electronic Materials」のP.14に記載の公式および参考文献にしたがって、算出することができる。過誤の可能性を5%とした検出限界では、公式のnは3.29となる。試料のα線量が少なく、試料のカウント数≒バックグラウンドのカウント数であり、試料とバックグラウンドの測定時間が等しいとすると、検出限界は、次の式: 3.29×√2×{√(BGの値)}/0.90(計数効率)/ ディテクター面積 / 測定時間 によって、算出できる。α線測定値はポアソン分布に従うと考えられるので、√(BGの値)がBGの標準偏差にあたる。例えば、測定値1250[カウント]、500[h]、ディタクター面積1008[cm2]であれば、検出限界は、LOD=4.66×(√1250)/[500×1008×0.90]=0.00036cph/cm2]となる。
参考文献:上本道久, 「検出限界と定量下限の考え方」, ぶんせき, 2010,5,P.216−221
As described in the examples, the detector area of the measuring apparatus was 1008 cm 2 and the α-ray counting efficiency was 90%. Since the background α-ray count was 1250 counts / 500 hours under the measurement conditions, the detection limit was 0.00036 cph / cm 2 . This detection limit (Detection Limit, LLD, LOD) can be calculated according to formulas and references described in JEDEC JESD221 “Alpha Radiation Measurement in Electronic Materials”, p. At the detection limit where the possibility of error is 5%, the formula n is 3.29. Assuming that the α dose of the sample is small, the sample count number is equal to the background count number, and the sample and background measurement times are equal, the detection limit is expressed by the following equation: 3.29 × √2 × {√ ( BG value)} / 0.90 (counting efficiency) / detector area / measurement time. Since the α-ray measurement value is considered to follow a Poisson distribution, √ (BG value) corresponds to the standard deviation of BG. For example, if the measured value is 1250 [counts], 500 [h], and the detector area is 1008 [cm 2 ], the detection limit is LOD = 4.66 × (√1250) / [500 × 1008 × 0.90] = 0.00036 cph / cm 2 ].
References: Michihisa Uemoto, “Concept of detection limit and lower limit of quantification”, Bunseki, 2010, 5, P.216-221

[低α線ビスマスの製造方法]
本発明によれば、原料金属ビスマスを、電気分解して、硝酸ビスマス溶液を調製する工程、硝酸ビスマス溶液を、ビスマス又は、ビスマスよりも貴でかつポロニウムよりも電位が卑な金属元素の金属単体と、接触させて、硝酸ビスマス溶液からポロニウムイオンを析出除去する工程、ポロニウムイオンが析出除去された、硝酸ビスマス溶液から、電解採取して、金属ビスマスを回収する工程、を含む方法によって、低α線ビスマスを製造することができる。
[Production method of low α-ray bismuth]
According to the present invention, the process of preparing a bismuth nitrate solution by electrolyzing the raw metal bismuth, bismuth nitrate solution, bismuth or a simple metal element having a lower potential than polium and having a lower potential than polonium And a step of precipitating and removing polonium ions from the bismuth nitrate solution, and recovering metal bismuth by electrolytic extraction from the bismuth nitrate solution from which the polonium ions have been precipitated and removed. Wire bismuth can be produced.

[原料金属ビスマス]
原料ビスマスとしてはα線量が低い金属ビスマスが望ましい。例えば、表面α線量が、2.0cph/cm2以下、好ましくは、0.2cph/cm2以上2.0cph/cm2以下であるものを使用できる。これらは、目標とするα線の低減値によって、適宜使用することができる。原料金属ビスマスとしては、例えば3N5、5Nの純度のビスマスを使用することができる。
[Raw metal bismuth]
As the raw material bismuth, metal bismuth having a low α dose is desirable. For example, the surface α dose can be 2.0 cph / cm 2 or less, preferably 0.2 cph / cm 2 or more and 2.0 cph / cm 2 or less. These can be used as appropriate depending on the target α-ray reduction value. As the raw material metal bismuth, for example, bismuth having a purity of 3N5 or 5N can be used.

[電気分解と硝酸溶解]
原料金属ビスマスを電気分解によって硝酸に溶解して、硝酸ビスマス溶液を調製する。この電気分解による硝酸溶解によっても、ビスマスよりも電位的に貴な元素を一定程度除去することができる。この電気分解は公知の手段を使用することができ、例えば特許文献2に開示の方法にしたがって実施することができる。あるいは例えば次の条件によって、硝酸ビスマスを調製することができる:
電解槽: PVC (カソライトとアノライトが陰イオン交換膜によって分離されている)
カソード: チタン
アノード: ビスマス
電流密度: 0.1〜1.0A/dm2
カソライトpH(開始時): 0.0〜1.5
アノライトpH(開始時): 0.0〜1.5
陰イオン交換膜:セレミオンAMT
[Electrolysis and nitric acid dissolution]
The raw metal bismuth is dissolved in nitric acid by electrolysis to prepare a bismuth nitrate solution. This nitric acid dissolution by electrolysis can also remove a certain amount of elements that are more potential than bismuth. This electrolysis can use a known means, and can be carried out, for example, according to the method disclosed in Patent Document 2. Alternatively, for example, bismuth nitrate can be prepared by the following conditions:
Electrolyzer: PVC (Catholite and Anorite are separated by anion exchange membrane)
Cathode: Titanium Anode: Bismuth Current density: 0.1 to 1.0 A / dm 2
Catholite pH (starting): 0.0-1.5
Anorite pH (at start): 0.0-1.5
Anion exchange membrane: Ceremion AMT

[硝酸ビスマス溶液]
好適な実施の態様において、電気分解によって得られる硝酸ビスマス溶液が、ビスマス濃度5〜120g/L、好ましくは20〜120g/Lである。5g/Lよりも低いと生産効率が悪く、120g/Lよりも多いとビスマス化合物の沈澱が生じ、歩留りが悪くなる。好適な実施の態様において、電気分解によって得られる硝酸ビスマス溶液が、pH0.0〜1.3、好ましくはpH0.5〜1.2、pH0.5〜1.1である。pHが0.0よりも低いと、置換析出させるためのBiやCuが硝酸溶液に速い速度で溶けてしまうということがあり、好ましくない。またpHが1.3を超えると、液中のBi濃度が高いときにBi化合物の沈殿が発生しやすくなるため、好ましくない。
[Bismuth nitrate solution]
In a preferred embodiment, the bismuth nitrate solution obtained by electrolysis has a bismuth concentration of 5 to 120 g / L, preferably 20 to 120 g / L. When it is lower than 5 g / L, the production efficiency is poor, and when it is higher than 120 g / L, precipitation of the bismuth compound occurs, resulting in poor yield. In a preferred embodiment, the bismuth nitrate solution obtained by electrolysis is pH 0.0 to 1.3, preferably pH 0.5 to 1.2, pH 0.5 to 1.1. If the pH is lower than 0.0, Bi or Cu for substitution deposition may dissolve in the nitric acid solution at a high rate, which is not preferable. On the other hand, if the pH exceeds 1.3, precipitation of the Bi compound tends to occur when the Bi concentration in the liquid is high, which is not preferable.

[ビスマスよりも貴な金属元素]
ビスマスよりも貴な金属元素は、好ましくはポロニウムよりも卑な金属元素であり、例えばCuである。ビスマスよりも貴であるとは、標準電極電位がビスマスよりも高い値を持つことを意味し、ポロニウムよりも卑であるとは、標準電極電位がポロニウムよりも低い値を持つことを意味する。
[Metallic elements precious than bismuth]
The metal element nobler than bismuth is preferably a metal element baser than polonium, for example, Cu. Being more noble than bismuth means that the standard electrode potential has a higher value than bismuth, and being baser than polonium means that the standard electrode potential has a lower value than polonium.

[ビスマス又はビスマスよりも貴な金属元素の金属との接触]
硝酸ビスマス溶液を、ビスマスよりも貴な金属元素の金属と接触させると、ポロニウムイオンが金属として析出して除去される。この接触は、液体と固体とを接触させる公知の手段によって行うことができる。例えば上記貴な金属元素の金属を、例えば粒状、板状、棒状、網状などの形態として、取り扱い性に優れ、接触表面積の大きさを確保できるようにして、硝酸ビスマス溶液の中に例えば投入し、懸架してもよく、あるいは硝酸ビスマス溶液の流路中に保持してもよい。接触の時間は、接触の表面積を考慮して、当業者が適宜選択することができる。また、硝酸ビスマス溶液を、ビスマスの金属単体と接触させても、ポロニウムイオンが金属として析出して除去される。金属ビスマスとの接触は、ビスマスよりも貴な金属元素との接触と同様の手段によって、行うことができる。
[Contact of metals with bismuth or metal elements nobler than bismuth]
When the bismuth nitrate solution is brought into contact with a metal of a metal element nobler than bismuth, polonium ions are deposited and removed as a metal. This contact can be performed by a known means for bringing a liquid into contact with a solid. For example, the above-mentioned noble metal element is introduced into a bismuth nitrate solution, for example, in a granular, plate-like, rod-like, or net-like form so as to be excellent in handleability and secure a large contact surface area. May be suspended or held in the flow path of the bismuth nitrate solution. The contact time can be appropriately selected by those skilled in the art in consideration of the surface area of contact. Further, even when the bismuth nitrate solution is brought into contact with the bismuth metal alone, the polonium ions are deposited and removed as a metal. The contact with metal bismuth can be performed by the same means as the contact with a metal element nobler than bismuth.

[電解採取]
ポロニウムイオンが析出除去された硝酸ビスマス溶液から、電解採取して、金属ビスマスを回収する。電解採取は、公知の手段を使用することができ、例えば特許文献2に開示の方法にしたがって実施することができる。ただし、電解採取における好適な硝酸ビスマス溶液のビスマス濃度、pHについては、上述した通りである。
[Electrolytic sampling]
From the bismuth nitrate solution from which the polonium ions have been deposited and removed, electrolytic collection is performed to recover metal bismuth. Electrolytic extraction can use a well-known means, for example, can be implemented according to the method of patent document 2. However, the preferred bismuth concentration and pH of the bismuth nitrate solution in electrowinning are as described above.

[低α線ビスマス]
本発明によって製造される低α線ビスマスは、表面α線量が0.001cph/cm2以下、好ましくは、例えば、0.001cph/cm2未満、0.0008cph/cm2以下、0.0008cph/cm2未満、0.0007cph/cm2以下、0.0005cph/cm2以下、0.0005cph/cm2未満、0.0004cph/cm2以下である。本発明による低α線ビスマスは、好ましくはPb含有量が0.1ppm以下である。本発明による低α線ビスマスは、好ましくはU、Thの含有量が、それぞれ5ppb以下である。このような含有量とすることで、経時的に到達するであろう表面α線量を含めて、極めて低減された低α線ビスマスとすることができる。
[Low α-ray bismuth]
Low α-rays bismuth produced according to the present invention, the surface α dose 0.001 cph / cm 2 or less, preferably, for example, less than 0.001cph / cm 2, 0.0008cph / cm 2 or less, 0.0008cph / cm less than 2, 0.0007cph / cm 2 or less, 0.0005cph / cm 2 or less, less than 0.0005cph / cm 2, it is 0.0004cph / cm 2 or less. The low α-ray bismuth according to the present invention preferably has a Pb content of 0.1 ppm or less. The low α-ray bismuth according to the present invention preferably has U and Th contents of 5 ppb or less, respectively. By setting it as such content, it can be set as the low alpha ray bismuth reduced extremely including the surface alpha dose which will reach | attain with time.

本発明によって製造される低α線ビスマスは、これを合金とした場合にも、ビスマス由来のα線に関し、同様に優れた低α線化を実現できる。本発明の低α線ビスマスを含有する合金の製造もまた本発明の範囲内である。   Even when the low α-ray bismuth produced according to the present invention is used as an alloy, the α-ray derived from bismuth can achieve the same excellent low α-ray emission. The production of the alloy containing the low alpha bismuth of the present invention is also within the scope of the present invention.

以下に、実施例を挙げて、本発明を詳細に説明する。本発明は、以下に例示する実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The present invention is not limited to the examples illustrated below.

[実施例1]
[Cu]
α線量が0.34cph/cm2である原料ビスマス(純度:4N)を次の条件で電気分解により硝酸溶液に溶解した。
電解槽: PVC (カソライトとアノライトが陰イオン交換膜によって分離されている)
カソード: チタン
アノード: ビスマス
電流密度: 0.95A/dm2
カソライトpH(開始時): 1.0
アノライトpH(開始時): 1.0
陰イオン交換膜:セレミオンAMT
得られた硝酸ビスマス溶液は、Bi濃度43.3g/L、pH=1.1であり、このうち100Lを次の実験に用いた。
この硝酸ビスマス溶液に銅粒(粒径5mm〜20mm、平均粒径約10mm)を2.2kg投入し、23h浸漬処理した。
次に、上記処理後の液中より銅粒を取り除き、50A、0.80A/cm2で電解採取して金属ビスマスを得た。
そして、金属ビスマスをα線測定装置でα線量を、後述する方法によって測定した。原料の表面α線量は0.34cph/cm2であったが、精製後は0.0007cph/cm2となり、α線量の低下は顕著であった。また、GDMS(グロー放電質量分析法)により得られたビスマスを分析したところ、Pbの含有量は0.1ppm以下、U、Thの含有量はそれぞれ5ppb以下であった。
[Example 1]
[Cu]
Raw material bismuth (purity: 4N) having an α dose of 0.34 cph / cm 2 was dissolved in a nitric acid solution by electrolysis under the following conditions.
Electrolyzer: PVC (Catholite and Anorite are separated by anion exchange membrane)
Cathode: Titanium Anode: Bismuth Current density: 0.95 A / dm 2
Catholite pH (at start): 1.0
Anorite pH (at start): 1.0
Anion exchange membrane: Ceremion AMT
The resulting bismuth nitrate solution had a Bi concentration of 43.3 g / L and pH = 1.1, and 100 L of this was used in the next experiment.
To this bismuth nitrate solution, 2.2 kg of copper particles (particle size: 5 mm to 20 mm, average particle size: about 10 mm) was added and immersed for 23 hours.
Next, copper particles were removed from the liquid after the above treatment, and electrowinning was performed at 50 A and 0.80 A / cm 2 to obtain metal bismuth.
And metal bismuth was measured with the method mentioned later by (alpha) dose with the alpha ray measuring apparatus. The surface α dose of the raw material was 0.34 cph / cm 2 , but after purification, it was 0.0007 cph / cm 2 , and the α dose was significantly reduced. When bismuth obtained by GDMS (glow discharge mass spectrometry) was analyzed, the Pb content was 0.1 ppm or less, and the U and Th contents were 5 ppb or less, respectively.

[実施例2]
[Bi]
α線量が0.34cph/cm2である原料ビスマス(純度:4N)を実施例1と同様の条件で電気分解により硝酸溶液に溶解した。
得られた硝酸ビスマス溶液は、Bi濃度46.2g/L、pH=1.1であり、このうち100Lを次の実験に用いた。
この硝酸ビスマス溶液にビスマスフレーク(扁平形状、扁平面大きさ約15mm×約15mm、平均厚さ約3mm、表面α線量1cph/cm2以下)を2kg投入し、96h浸漬処理した。
次に、上記処理後の液中よりビスマスフレークを取り除き、50A、0.80A/cm2で電解採取して金属ビスマスを得た。
そして、金属ビスマスをα線測定装置でα線量を測定した。原料の表面α線量は0.34cph/cm2であったが、精製後は0.0004cph/cm2となり、α線量の低下は顕著であった。また、GDMS(グロー放電質量分析法)により得られたビスマスを分析したところ、Pbの含有量は0.1ppm以下、U、Thの含有量はそれぞれ5ppb以下であった。
[Example 2]
[Bi]
Raw material bismuth (purity: 4N) having an α dose of 0.34 cph / cm 2 was dissolved in a nitric acid solution by electrolysis under the same conditions as in Example 1.
The obtained bismuth nitrate solution had a Bi concentration of 46.2 g / L and pH = 1.1, and 100 L of this was used in the next experiment.
2 kg of bismuth flakes (flat shape, flat surface size of about 15 mm × about 15 mm, average thickness of about 3 mm, surface α dose of 1 cph / cm 2 or less) were added to this bismuth nitrate solution, and immersed for 96 hours.
Next, bismuth flakes were removed from the liquid after the above treatment, and electrowinning was performed at 50 A and 0.80 A / cm 2 to obtain metal bismuth.
Then, the α dose of metal bismuth was measured with an α ray measuring device. The surface α dose of the raw material was 0.34 cph / cm 2 , but after purification, it was 0.0004 cph / cm 2 , and the α dose was significantly reduced. When bismuth obtained by GDMS (glow discharge mass spectrometry) was analyzed, the Pb content was 0.1 ppm or less, and the U and Th contents were 5 ppb or less, respectively.

[比較例1]
[Ru]
α線量が0.34cph/cm2である原料ビスマス(純度:4N)を実施例1と同様の条件で電気分解により硝酸溶液に溶解した。
得られた硝酸ビスマス溶液は、Bi濃度44.2g/L、pH=1.0であり、このうち100Lを次の実験に用いた。
この硝酸ビスマス溶液に表面をRuめっきしたTi板を挿入し、24h浸漬処理した。
次に、上記処理後の液中よりTi板を取り除き、水洗、乾燥した。
そして、上記浸漬・水洗・乾燥した後のTi板をα線測定装置でα線量を測定した。RuめっきしたTi板の表面α線量は、浸漬前0.027cph/cm2であったが、浸漬後は0.023cph/cm2となり、α線量はほとんど変化しなかった。RuではPoの置換吸着の効果がなく、Poを除去できないことが分かった。
[Comparative Example 1]
[Ru]
Raw material bismuth (purity: 4N) having an α dose of 0.34 cph / cm 2 was dissolved in a nitric acid solution by electrolysis under the same conditions as in Example 1.
The obtained bismuth nitrate solution had a Bi concentration of 44.2 g / L and pH = 1.0, and 100 L of this was used in the next experiment.
A Ti plate with a Ru-plated surface was inserted into this bismuth nitrate solution and immersed for 24 hours.
Next, the Ti plate was removed from the treated liquid, washed with water and dried.
And the alpha dose was measured with the alpha ray measuring apparatus for the Ti plate after the said immersion, water washing, and drying. The surface α dose of the Ru-plated Ti plate was 0.027 cph / cm 2 before immersion, but 0.023 cph / cm 2 after immersion, and the α dose hardly changed. It was found that Ru has no effect of substitution adsorption of Po and Po cannot be removed.

[α線量測定]
上記各実施例及び比較例で使用した測定試料は、以下に記載するように作製した。
まず、実施例1および実施例2では、硝酸溶液へ金属Biを添加し、電気分解により硝酸Bi溶液を作製し、この硝酸Bi溶液中に銅粒またはBiフレークをそれぞれ添加し、電解液中のPoを置換除去した後に、電着させたBiを、310mm×310mmの鋳型に厚さ約1.5mmに鋳込み、一辺310mm、厚さ約1.5mmの正方形の薄板状の金属Bi試料を作製した。
[Α dose measurement]
The measurement samples used in the above examples and comparative examples were prepared as described below.
First, in Example 1 and Example 2, a metal Bi is added to a nitric acid solution, and a nitric acid Bi solution is prepared by electrolysis. Then, copper particles or Bi flakes are added to the nitric acid Bi solution, respectively. After removing Po, the electrodeposited Bi was cast into a 310 mm × 310 mm mold to a thickness of about 1.5 mm, and a square thin metal Bi sample having a side of 310 mm and a thickness of about 1.5 mm was produced. .

α線測定装置は、Ordela社製のGasFlow ProportionalCounterモデル8600A−LBを用いた。使用ガスは90%アルゴン−10%メタンであり、測定時間はバックグラウンド及び試料ともに、504時間で、最初の4時間は測定室パージに必要な時間として、5時間後から504時間後までのデータをα線量算出に用いた。測定装置から微量のα線(バックグラウンド(BG)α線)が出るため、α線カウント数の測定データからバッググラウンドα線カウント数を差し引いた値を、金属ビスマスのα線カウント数として評価した。上記測定装置のディテクター面積は1008cm2であり、α線の計数効率は90%であった。測定条件下でバックグラウンドのα線カウント数は1250カウント/500時間であったため、検出限界は0.00036cph/cm2であった。
測定用試料は、密封された試料チャンバ内に配置され、試料の表面から放射されるα線を試料チャンバ上部に配置された検出器によって検出するタイプの装置であり、α線測定装置として一般的なものである。
本願発明における試料のα線測定では、上述したサイズ、形状の試料を、試料の一方の主表面が上部のα線検出器の検出面に正対するように、測定装置の測定チャンバに載置して行った。この際、試料背面側の表面は測定チャンバに接して載置されていること、試料の側面はα線検出面に対して垂直で、かつ検出器が正対する主表面に対して相対的に面積がかなり小さいこと、さらにα線の飛程は十分に小さいことから、背面や側面からの回り込みは無視できる程度であり、検出されたα線量を主表面の面積で規格化した値を本願発明におけるα線量とした。
As the α-ray measuring apparatus, GasFlow Proportional Counter model 8600A-LB manufactured by Ordella was used. The gas used is 90% argon-10% methane, the measurement time is 504 hours for both the background and the sample, and the first 4 hours is the time required for the measurement chamber purge. Was used for α dose calculation. Since a very small amount of α-rays (background (BG) α-rays) are emitted from the measuring device, the value obtained by subtracting the background α-ray count from the measurement data of the α-ray count was evaluated as the α-ray count of metal bismuth. . The measuring device had a detector area of 1008 cm 2 and an α ray counting efficiency of 90%. Since the background α-ray count was 1250 counts / 500 hours under the measurement conditions, the detection limit was 0.00036 cph / cm 2 .
A measurement sample is a type of device that is placed in a sealed sample chamber and detects alpha rays emitted from the surface of the sample with a detector placed at the top of the sample chamber. Is something.
In the α ray measurement of the sample in the present invention, the sample of the size and shape described above is placed in the measurement chamber of the measurement apparatus so that one main surface of the sample faces the detection surface of the upper α ray detector. I went. At this time, the surface on the back side of the sample is placed in contact with the measurement chamber, the side surface of the sample is perpendicular to the α-ray detection surface, and the area is relative to the main surface facing the detector. Is considerably small, and the range of α rays is sufficiently small, the wraparound from the back and side surfaces is negligible, and the value obtained by normalizing the detected α dose with the area of the main surface is in the present invention. α dose was used.

本発明によれば、α線が最小化された低α線ビスマスを得ることができる。本発明は産業上有用な発明である。   According to the present invention, low α-ray bismuth in which α rays are minimized can be obtained. The present invention is industrially useful.

Claims (3)

表面α線量が0.001cph/cm2以下であり、Pb含有量が0.1ppm以下、U、Thの含有量が、それぞれ5ppb以下である、低α線ビスマス。 Low α-ray bismuth having a surface α dose of 0.001 cph / cm 2 or less, a Pb content of 0.1 ppm or less, and U and Th contents of 5 ppb or less, respectively. 表面α線量が0.0008cph/cm2未満である、請求項1に記載の低α線ビスマス。 The low α-ray bismuth of claim 1, wherein the surface α dose is less than 0.0008 cph / cm 2 . 表面α線量が0.0005cph/cm2未満である、請求項1に記載の低α線ビスマス。 The low α-ray bismuth of claim 1, wherein the surface α dose is less than 0.0005 cph / cm 2 .
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