JP3122948B1 - 高純度コバルトの製造方法 - Google Patents

高純度コバルトの製造方法

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Abstract

【要約】 【課題】金属不純物含量の極めて低い高純度コバルトを
効率良く製造する方法を提供する。 【解決手段】原料塩化コバルト水溶液中に含まれる鉄、
亜鉛、スズ、ニッケル、カルシウム、ナトリウム、マグ
ネシウムなどの金属不純物のうち、塩化物イオンと塩化
物錯体を形成するものをA群の不純物、形成しないもの
をB群の不純物とし、該塩化コバルト水溶液を陰イオン
交換樹脂に接触させることによりA群の不純物を除去す
る第一工程と、アミン系有機溶媒抽出剤を使用してB群
の不純物を除去する第二工程により、不純物を効率良く
除去して得た高純度塩化コバルト水溶液を、濃縮乾固後
水素気流中で還元、または電解還元して高純度コバルト
を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不純物を含む塩化
コバルト水溶液から効率良く金属不純物を除去し、次い
で濃縮乾固したのち水素気流中で還元、または電解還元
することにより、高純度コバルトを製造する方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の電極材料及び磁性材料とし
て、鉄、ニッケル、カルシウム、ナトリウムなどの不純
物を含まない高純度のコバルトが注目されている。しか
し現在市販されているコバルト地金には、一般的に鉄、
亜鉛、スズ、ニッケル、カルシウム、ナトリウム、マグ
ネシウムなどの不純物が数十〜数百ppm含まれている
ため、精製する必要がある。
【0003】高純度コバルトの原料である塩化コバルト
水溶液の精製法としてイオン交換法が提案されたが、こ
れは塩酸中で塩化物錯体を形成する元素を、カラムを形
成した陰イオン交換樹脂に吸着させて分離する方法であ
り、コバルト塩化物錯体を陰イオン交換樹脂に吸着させ
る一方、ニッケル、カルシウム、ナトリウム、マグネシ
ウムなど塩化物錯体を形成しない不純物は該樹脂に吸着
せずカラムより流出することを利用して分離する。しか
し、それらの不純物は樹脂の粒子間や細孔内に保持され
たままであるから、後にコバルト塩化物錯体を樹脂から
溶離させる際に同時に流出して、塩化コバルト水溶液の
純度を低下させるという問題があった。これを防ぐに
は、コバルト塩化物錯体を溶離させる前に、カラムをあ
らかじめ多量の高濃度塩酸で洗い流す必要があり、多量
の廃液を排出する欠点があった。一方、鉄、亜鉛、スズ
などの不純物は、コバルト同様塩化物錯体を形成して樹
脂に吸着されるため、これらの錯体をコバルト塩化物錯
体と分離するには、異なる濃度の塩酸を流してそれぞれ
を個別に樹脂から溶離させなければならず、操作が煩雑
であった。また主成分であるコバルト塩化物錯体の全量
を吸着させなければならないため、大型のカラムを必要
とする欠点があった。
【0004】溶媒抽出法による塩化コバルト水溶液の精
製において、抽出有機溶媒として有機リン酸型抽出剤、
アミン系抽出剤を用いる方法が検討された。有機リン酸
型抽出剤は、溶液中の陽イオンを抽出剤自身の持つ水素
イオンと交換して抽出するため、コバルトのみならずカ
ルシウムやナトリウムなどの不純物陽イオンをも抽出す
る。溶液のpH調整により各イオンの有機相への分配率
を変化させれば、理論的には分離が可能であるが、実際
は分配率にそれほど大きな差がないため、多段の連続向
流抽出装置が必要となり多大なコストを要し、分離効率
も低い。また有機相中のコバルトを逆抽出した後も有機
相中に不純物が残存しているので、有機相の再生工程が
別に必要となる。
【0005】アミン系抽出剤を用いる場合はコバルトを
塩化物錯体として抽出するので、ニッケルやカルシウ
ム、ナトリウム、マグネシウムなどの塩化物錯体を形成
しない不純物は抽出せず、コバルトとの完全な分離が可
能である。しかし、コバルト同様塩化物錯体を形成する
鉄や亜鉛などの不純物を分離するには、分配率の差を利
用するため、有機リン酸型抽出剤を用いる場合と同様、
多段の連続向流抽出装置が必要となり、非効率的であ
る。さらにアミン系抽出剤を単独で用いる場合には、粘
性が高いため実用は困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決し、高純度塩化コバルト水溶液を得た後、濃縮
乾固し次いで水素気流中で還元、または電解還元するこ
とにより、半導体材料用、磁性材料用に適した高純度
(純度99.999%以上、以下5N以上という)のコ
バルトの製造方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、原料である塩
酸濃度2〜6mol/Lの塩化コバルト水溶液中に含ま
れる金属不純物のうち、陰イオン交換樹脂に対する分配
係数がコバルト塩化物錯体の分配係数よりも大きい錯体
を形成する不純物(鉄、亜鉛、スズ等)をA群の不純
物、錯体を形成しない不純物(ニッケル、カルシウム、
ナトリウム、マグネシウム等)をB群の不純物とし、該
塩化コバルト水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させるこ
とによりA群の不純物を吸着させて除去する第一工程
と、第一工程で得られた塩化コバルト水溶液をアミン系
有機溶媒抽出剤と接触させてコバルト塩化物錯体のみを
有機相中に抽出させた後、該有機相を水と接触させてコ
バルト塩化物錯体を逆抽出し、B群の不純物を含まない
塩化コバルト水溶液を得る第二工程を組み合わせること
により得られる高純度塩化コバルト水溶液を、濃縮乾固
後水素気流中で還元、または電解還元することを特徴と
する高純度コバルトの製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明で用いる塩化コバルト水溶
液は、市販される塩化コバルト含水塩(鉄、ニッケルな
どの不純物を各数〜数百ppm含む)を塩酸に溶解した
ものである。コバルト濃度は20〜100g/L、好ま
しくは60〜85g/Lである。
【0009】塩化コバルト水溶液の塩酸濃度は2〜6m
ol/L、好ましくは3〜5mol/Lである。この塩
酸濃度範囲では陰イオン交換樹脂に対するコバルト塩化
物錯体の分配係数は2以下であるが、鉄、亜鉛、スズの
塩化物錯体の分配係数はコバルト塩化物錯体の50〜1
0000倍であり、強く吸着される。
【0010】第一工程で用いる樹脂には市販の陰イオン
交換樹脂を用いればよい。前記塩化コバルト水溶液を該
樹脂に接触させると、A群の不純物すなわち鉄、亜鉛、
スズなどの塩化物錯体が選択的に吸着され、コバルト塩
化物錯体はB群の不純物すなわちニッケル、カルシウ
ム、ナトリウム、マグネシウムなどと共にカラムより流
出する。得られた塩化コバルト水溶液は、第二工程であ
る溶媒抽出の原料となる。一方、樹脂に吸着された不純
物は低濃度の塩酸(1mol/L以下)により容易に溶
離するので、樹脂は再生され、この目的に繰り返し利用
できる。従来法のようにコバルト塩化物錯体を吸着させ
た後カラムを高濃度塩酸で洗浄する必要がないので廃液
が少なくて済む上、不純物の塩化物錯体のみを吸着させ
るため小型のカラムで多量の水溶液を精製することがで
きる。
【0011】第二工程で用いるアミン系抽出剤とは、ト
リ−n−オクチルアミン、トリ−i−オクチルアミンな
どのトリアルキルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ
−2−エチルヘキシルアミンなどのジアルキルアミン、
モノ−n−オクチルアミン、モノ−2−エチルヘキシル
アミンなどのモノアルキルアミンである。これらの抽出
剤を希釈する非水溶性有機溶媒にはキシレン、トルエ
ン、ケロシンなどが用いられるが、人体や火災に対する
安全性を考慮すると、沸点が高く引火性の低いアルキル
ベンゼンが好ましい。抽出剤の比率は10〜60%、好
ましくは30〜50%であり、60%以上では粘性が高
く抽出操作が困難となる。
【0012】第一工程で得られた塩化コバルト水溶液を
抽出溶媒に接触させることにより、コバルト塩化物錯体
のみが抽出溶媒中に抽出され、B群の不純物すなわちニ
ッケル、カルシウム、ナトリウム、マグネシウムなどは
抽出されずに原料中にとどまる。該抽出溶媒を水に接触
させることにより、コバルト塩化物錯体が逆抽出され、
同時に抽出溶媒が再生される。こうして自動的に再生さ
れた抽出溶媒を再度原料水溶液に接触させれば、再びコ
バルト塩化物錯体を抽出することができ、連続的な溶媒
抽出が可能である。また抽出溶媒を別工程で再生する必
要がない。抽出溶媒に抽出されない不純物を含む原料水
溶液は、コバルト濃度が十分低くなったのち廃棄する。
逆抽出により回収される塩化コバルト水溶液は、不純物
を含まない極めて高純度なものである。また原料塩化コ
バルト水溶液の塩酸濃度を3〜5mol/Lとすれば、
第一工程終了後そのまま溶媒抽出原料溶液として供する
ことができ、塩酸濃度の再調整は不要である。さらに多
段の向流抽出装置を必要としないので、溶媒抽出装置な
らびに操作は簡単であり、製造コストは極めて低減され
る。
【0013】上記の工程を経て高純度化された塩化コバ
ルト水溶液を濃縮乾固した後、水素気流中500〜12
00℃で還元すれば、高純度金属コバルトの粉末を得る
ことができる。さらに、得られた粉末を真空熔解、エレ
クトロンビーム熔解などの方法で熔解し塊を得ることが
できる。また、塩化コバルト水溶液を電解還元しても、
高純度コバルト塊を得ることができる。
【0014】以上述べたように、塩化コバルト水溶液中
の金属不純物の除去において、A群の不純物にはイオン
交換法、B群の不純物には溶媒抽出法と、それぞれに適
した精製方法を組み合わせれば、単独の精製方法を利用
する場合に比べて極めて効率良く、簡便に高純度の塩化
コバルト水溶液を製造することができる。次いで得られ
た水溶液を、濃縮乾固後水素気流中で還元、または電解
還元することにより高純度コバルトを得ることができ
る。
【0015】
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。原
料には塩化コバルト含水塩(日本化学産業製)を溶解
し、コバルト濃度70g/L、塩酸濃度4mol/Lに
調整した塩化コバルト水溶液を用いた。この水溶液の不
純物濃度を表1に示す。この溶液20Lを、強塩基性陰
イオン交換樹脂(三菱化学製ダイヤイオンSA−10)
2Lを充填したガラス製カラムに通液した。得られた塩
化コバルト水溶液を、アミン系抽出剤のジ−2−エチル
ヘキシルアミン(広栄化学製)をアルキルベンゼンであ
るアルケン56N(日石化学製)で50%希釈した有機
相に接触させ、コバルト塩化物錯体を抽出した後、該有
機相を純水に接触させて逆抽出し、高純度塩化コバルト
水溶液を得た。得られた水溶液の分析結果を表1に示
す。
【0016】
【表1】
【0017】コバルト濃度は45g/Lであった。抽出
槽・逆抽出槽の容量は各15Lであり、有機相と水相の
容量比は1:1である。上記で得られた水溶液を濃縮乾
固した後、水素気流中550℃で7時間還元し、金属コ
バルトの粉末を得た。この粉末の分析結果を表2に示
す。表1、表2から明らかなように、本発明によれば極
めて高純度化が達成されることがわかる。
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、原料塩化コバルト水溶
液を、イオン交換法と溶媒抽出法の組み合わせにより効
率良く精製し、得られた高純度塩化コバルト水溶液を、
濃縮乾固し次いで水素気流中で還元、または電解還元す
ることにより、5N以上の高純度コバルトを得ることが
できる。また、得られた高純度コバルトは、半導体装置
の電極材料および磁性材料として工業的に極めて有用で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−104590(JP,A) 特開 平2−57646(JP,A) 特開 昭63−7342(JP,A) 特開 平9−227967(JP,A) 特開 平8−253888(JP,A) 特開 昭61−143527(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22B 23/00 C01G 51/08 C25C 1/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩酸濃度2〜6mol/Lの塩化コバル
    ト水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させ、陰イオン交換
    樹脂に対する分配係数がコバルト塩化物錯体のそれより
    も大きい錯体を形成する金属不純物(鉄、亜鉛、スズ
    等)を吸着させて分離する第一工程と、第一工程で得ら
    れた塩化コバルト水溶液をアミン系有機溶媒抽出剤と接
    触させ、コバルト塩化物錯体のみを有機相に抽出させた
    後、該有機相を水と接触させてコバルト塩化物錯体を逆
    抽出し、ニッケル、カルシウム、ナトリウム、マグネシ
    ウム等の金属不純物を含まない塩化コバルト水溶液を得
    る第二工程を組み合わせることにより得られる高純度塩
    化コバルト水溶液を、濃縮乾固し次いで水素気流中で還
    元、または電解還元することを特徴とする高純度コバル
    トの製造方法。
  2. 【請求項2】 アミン系有機溶媒抽出剤がトリアルキル
    アミン、ジアルキルアミン、モノアルキルアミンである
    ことを特徴とする請求項1の高純度コバルトの製造方
    法。
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