JP4323078B2 - 高純度鉄およびその製造方法ならびに高純度鉄ターゲット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅などの不純物の含有量を低減した高純度鉄およびその製造方法ならびに高純度鉄ターゲットに関する。
【0002】
【従来の技術】
VLSI(very Large Scale Integrated circuit ),ULSI(ultra LSI)などの半導体デバイスは、例えば、シリコン(Si)ウェハーの上に様々な金属の薄膜が設けられた構造を有している。近年では、磁気固体メモリー(Magnetic random access memory ;MRAM)の材料として鉄(Fe)を用いる検討がなされているが、鉄に有害な不純物が含まれていると、半導体デバイスに誤動作あるいは劣化などを生じさせる原因となり好ましくない。例えば、銅(Cu)はシリコン中での拡散速度が大きく短絡の原因となり、ウラン(U)あるいはトリウム(Th)などの放射性元素は誤作動を引き起こす可能性が高く、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属は特性劣化の原因となる。
【0003】
更に、将来における環境問題あるいは資源の枯渇問題に対処する新しいエンジニアリングの構築をめざして提案された環境半導体材料としてケイ化鉄(FeSi2 )がある。環境半導体としてのケイ化鉄に許される不純物の含有量は、現在一般に使用されているガリウムヒ素(GaAs)あるいはカドミウムテルル(CdTe)に代表される化合物半導体と同様、VLSIあるいはULSIと呼ばれる半導体デバイスに比較して非常に少ない。微量の不純物により不要な不純物準位が形成されてしまうとすぐさま半導体特性の劣化につながるため、原材料の鉄は高純度であることが要求される。
【0004】
ところが、現在世界的に取引されている粗鉄の品位は98%〜99.8%程度である。このような粗鉄には、ニッケル(Ni),コバルト(Co)あるいはクロム(Cr)などの遷移金属、および酸素(O),窒素(N)あるいは硫黄(S)などのガス性元素をはじめ、様々な不純物が含有されている。よって、鉄を半導体デバイスあるいは環境半導体の材料としてに利用するには、粗鉄からこれらの不純物を除去し高純度化する必要がある。また、鉄は、半導体デバイス以外にも、強磁性金属としての特性を生かし、磁気記録媒体あるいは磁気記録ヘッドなどの材料として、非常に有望視されている。鉄の高純度化はこれらへの利用を図る上でも必須である。
【0005】
粗鉄から不純物を除去する方法は、これまでにも種々研究されてきており、例えば、溶媒抽出,イオン交換あるいは電解精製などの湿式処理による金属元素の分離、乾燥水素ガス(H2 )処理による酸素あるいは窒素などのガス性元素の除去、または浮遊帯熔融精製がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶媒抽出では、抽出・逆抽出の制御が難しく工業的に安定に鉄を精製することが難しいという問題があった。イオン交換では、ほぼすべての金属不純物を分離できるものの、銅の除去が困難であり、精製前後で含有量が変わらないという問題があった。電解精製では、電解液のpH領域での制御が必要であり、またニッケルあるいは銅などの除去が困難であるという問題もあった。浮遊帯熔融精製はある程度純化した金属に適用して更に純度をあげることを目的とし、実際に大きな精製効果をあげた報告がなされているが(石川幸雄,三村耕司,一色実,東北大学素材工学研究所彙報,51(1995),10-18 参照)、大型化することが困難なことと、決して安定して生産できる方法ではないことから、安価に大量の高純度鉄を製造するのは難しいという問題があった。よって、容易に安定して鉄を高純度化する方法、特に銅を除去する方法の開発が望まれていた。
【0007】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、不純物である銅の含有量が低減された高純度鉄および高純度鉄ターゲットを提供することにある。
【0008】
本発明の第2の目的は、容易に安定して高純度鉄を得ることができる高純度鉄の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明による高純度鉄は、純度が99.99質量%以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下のものである。
【0010】
本発明による他の高純度鉄は、残留抵抗比が3000以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下のものである。
【0011】
本発明による高純度鉄の製造方法は、塩化鉄水溶液に含まれる鉄を2価イオンとすると共に、不純物として含まれる銅を1価イオンとし、塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の範囲内に調整して、1価イオンの銅をイオン交換樹脂により塩化鉄水溶液から分離する工程を含むものである。
【0013】
本発明による高純度鉄ターゲットは、純度が99.99質量%以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下のものである。
【0014】
本発明による他の高純度鉄ターゲットは、残留抵抗比が3000以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下のものである。
【0015】
本発明による高純度鉄および高純度鉄ターゲットでは、銅の濃度が50質量ppb以下に高純度化されている。
【0016】
本発明による高純度鉄の製造方法では、鉄を2価イオン、銅を1価イオンとし、塩酸濃度を調整する。これにより、1価イオンの銅は陰イオン交換樹脂に吸着されるのに対して、2価イオンの鉄は吸着されず、塩化鉄水溶液から銅が容易にかつ安定して分離される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0019】
本発明の一実施の形態に係る高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、純度が99.99質量%以上、好ましくは99.999質量%以上、または残留抵抗比が3000以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下のものである。
【0020】
ここで、純度(すなわち化学的純度)は、現在利用できる分析機器・方法を用いて定量可能なすべての不純物濃度を定量し、1から差し引いたものである(一色実,三村耕司,日本金属学会会報、31 (1992), 880-887参照)。例えば,分析機器にグロー放電質量分析(Glow Discharge Mass Spectroscopy)を使用し、定量可能な70元素あるいはそれ以上の不純物を測定して1から差し引くことにより求められる。酸素,窒素あるいは水素などのガス性元素については、必要に応じて非分散赤外線吸収法,熱伝導度法あるいは不活性ガス中で融解したのちカラムで分離し熱伝導度を測定するなどの適当な方法が適用される。
【0021】
また、残留抵抗比は高純度金属の純度を示す一つの指標となるものであり、数1に示したように298Kにおける比抵抗と4.2Kにおける比抵抗との比を取ったものである。比抵抗は抵抗値(電気抵抗)と数2に示したような関係があるので、残留抵抗比は数3に示したように変換することができ、温度による体積変化が無視できる程度であれば、298Kにおける抵抗値と4.2Kにおける抵抗値との比で近似される。なお、鉄は強磁性金属であるので、抵抗を測定する際には、地磁気,消磁条件あるいは測定電流による磁場などによる影響を抑える必要があり、通常60kA/m程度の縦磁場をかけて測定を行うようにする(高木清一,まてりあ,33 (1994), 6-10 参照)。
【0022】
【数1】
RRR=ρ298K/ρ4.2K
RRR;残留抵抗比
ρ298K;298Kにおける比抵抗(Ωm)
ρ4.2K;4.2Kにおける比抵抗(Ωm)
【0023】
【数2】
ρ=R×(S/L)
ρ;比抵抗(Ωm)
R;抵抗値(Ω)
S;電流の方向に垂直な断面積(m2 )
L;長さ(m)
【0024】
【数3】
RRR;残留抵抗比
R298K,S298K,L298K
;298Kにおける抵抗値,断面積,長さ
R4.2K,S4.2K,L4.2K
;4.2Kにおける抵抗値,断面積,長さ
【0025】
この高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、例えば、半導体デバイス,磁気記録媒体,磁気記録ヘッドあるいは環境半導体を用いたデバイスなどの材料として用いられる。なお、環境半導体とは、地球上に豊富に存在しかつ環境に優しい材料から構成される半導体物質のことであり、例えば、ケイ化鉄(FeSi2 )あるいはケイ化カルシウム(Ca2 Si)が挙げられる(環境半導体研究会ホームページ(http://kan.engjm.saitama-u.ac.jp/SKS/index2.html)参照)。
【0026】
このような高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、次のようにして製造することができる。
【0027】
図1および図2は本実施の形態に係る高純度鉄の製造工程を表すものである。まず、銅などの不純物を含む鉄を塩酸溶液に溶解し、塩化鉄(FeCl2 あるいはFeCl3 )水溶液を作製する(ステップS101)。その際、塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の範囲内に調整する。
【0028】
次いで、図3に示したように、この塩化鉄水溶液Mを鉄などの金属11と共に容器12に入れ、窒素ガス(N2 )あるいはアルゴンガス(Ar)などの不活性ガス13を吹き込むと共に、塩化鉄水溶液Mと金属11とを例えばスターラー14により攪拌して十分に接触させる(ステップS102)。これにより、塩化鉄水溶液Mに含まれる銅は、例えば化1に示したように反応し、2価イオンから1価イオンまたは金属銅となる。また、塩化鉄水溶液Mに含まれる鉄は、例えば化2に示したように反応し、3価イオンから2価イオンとなる。なお、化1に示した反応式は完全に右に進行せず、1価の銅イオンが少し塩化鉄水溶液に残存する。
【0029】
【化1】
【化2】
【0030】
ここで塩化鉄水溶液Mに不活性ガス13を吹き込むのは、塩化鉄水溶液Mに溶存している酸素を追い出すためであり、化1および化2に示した反応などは塩化鉄水溶液Mに酸素が溶存していると進行しない。この不活性ガス13の吹き込みは塩化鉄水溶液Mと金属11とを攪拌する際に同時に行ってもよく、塩化鉄水溶液Mに金属11を入れる前に行ってもよい。
【0031】
金属11は粉末のように表面積の大きいものが好ましい。塩化鉄水溶液Mとの接触面積を大きくすることにより、銅および鉄を十分に反応させることができるからである。金属11には鉄以外のものも用いることができるが、好ましいのは鉄である。塩化鉄水溶液Mに他の不純物が混入することを可能な限り防止するためである。
【0032】
なお、ここでは塩化鉄水溶液Mの塩酸濃度を調整したのち、塩化鉄水溶液Mと金属11とを接触させて鉄を2価イオンとすると共に銅を1価イオンとするようにしたが、塩化鉄水溶液Mを金属11と接触させて鉄を2価イオンとしかつ銅を1価イオンとしたのち、塩化鉄水溶液Mの塩酸濃度を調整するようにしてもよい。
【0033】
続いて、図4に示したように、陰イオン交換樹脂21を充填したカラム22を用意し、塩化鉄水溶液Mを貯蔵タンク23からカラム22に流し込み、陰イオン交換樹脂21と十分に接触させる(ステップS103)。塩化鉄水溶液Mの流速は、塩化鉄水溶液Mが陰イオン交換樹脂21と十分に接触するように、樹脂容量分を1時間かけて流す程度(1bed volume(s)/hour)が好ましい。ここでは、鉄を2価イオンとしかつ銅を1価イオンとしているので、1価イオンの銅は陰イオン交換樹脂21に吸着され、2価イオンの鉄は陰イオン交換樹脂21に全く吸着することなくカラム22から溶出される。この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化(溶離曲線)を図5に示す。図5において横軸は溶出容量、縦軸は金属イオンの最大濃度で規格化した濃度である。このように、2価イオンの鉄と1価イオンの銅との溶離曲線のピークは全く重なる部分がなく、塩化鉄水溶液から銅を完全に分離できることが分かる。すなわち、回収タンク24には、銅が分離された塩化鉄水溶液Mが回収される。
【0034】
なお、塩化鉄水溶液Mに亜鉛(Zn),ガリウム(Ga),ニオブ(Nb),テクネチウム(Tc),ルテニウム(Ru),ロジウム(Rh),パラジウム(Pd),銀(Ag),カドミウム(Cd),インジウム(In),スズ(Sn),アンチモン(Sb),テルル(Te),タンタル(Ta),タングステン(W),レニウム(Re),オスミウム(Os),イリジウム(Ir),白金(Pt),金(Au),水銀(Hg),タリウム(Tl),鉛(Pb)およびビスマス(Bi)からなる群のうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、図5に亜鉛およびスズで示したように、ステップS103によりこれらの不純物も銅と共に陰イオン交換樹脂21に吸着され、塩化鉄水溶液Mから分離される。
【0035】
銅を分離したのち、塩化鉄水溶液Mにリチウム(Li),ベリリウム(Be),ナトリウム(Na),マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),リン(P),カリウム(K),カルシウム(Ca),スカンジウム(Sc),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),マンガン(Mn),コバルト(Co),ニッケル(Ni),ルビジウム(Rb),ストロンチウム(Sr),イットリウム(Y),ジルコニウム(Zr),セシウム(Cs),バリウム(Ba),ランタノイド類,ハフニウム(Hf),フランシウム(Fr),ラジウム(Ra)およびアクチノイド類からなる群のうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、塩化鉄水溶液Mに例えば過酸化水素水を入れて酸化し、鉄を2価イオンから3価イオンとする(ステップS104)。なお、この酸化は放置していても自然に起こるので、積極的に酸化工程を行わなくてもよい。
【0036】
そののち、塩化鉄水溶液Mの塩酸濃度を2kmol/m3 以上11kmol/m3 以下の範囲内に調整し、図4に示したように、塩化鉄水溶液Mを陰イオン交換樹脂21と十分に接触させる(ステップS105)。これにより、3価イオンの鉄は陰イオン交換樹脂21に吸着され、リチウム,ベリリウム,ナトリウム,マグネシウム,アルミニウム,ケイ素,リン,カリウム,カルシウム,スカンジウム,チタン,バナジウム,クロム,マンガン,コバルト,ニッケル,ルビジウム,ストロンチウム,イットリウム,ジルコニウム,セシウム,バリウム,ランタノイド類,ハフニウム,フランシウム,ラジウムおよびアクチノイド類は陰イオン交換樹脂21に吸着することなく溶出される。
【0037】
この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化(溶離曲線)を図6に示す。図6は上述した不純物を代表してアルミニウム,ケイ素,リン,チタン,マンガン,コバルトおよびクロムを鉄と比較したものであり、横軸および縦軸は図5と同様である。このように、これらの不純物と3価イオンの鉄との溶離曲線のピークはほぼ重なる部分がなく、これらの不純物と鉄とをほぼ分離できることが分かる。
【0038】
また、塩化鉄水溶液Mに亜鉛,ガリウム,ニオブ,モリブデン(Mo),テクネチウム,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,アンチモン,テルル,タンタル,タングステン,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛,ビスマスおよびポロニウム(Po)からなる群のうちの少なくとも1種の不純物が含まれている場合には、ステップS105においてこれらの不純物も鉄と共に陰イオン交換樹脂21に吸着される。
【0039】
この場合には、鉄を陰イオン交換樹脂21に吸着させたのち、濃度が0.1kmol/m3 以上2kmol/m3 以下の塩酸溶液を流して陰イオン交換樹脂21から鉄を溶離させ、鉄と共に陰イオン交換樹脂に吸着された亜鉛,ガリウム,ニオブ,モリブデン,テクネチウム,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,アンチモン,テルル,タンタル,タングステン,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛,ビスマスおよびポロニウムと鉄とを分離する(ステップS106)。この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化(溶離曲線)を図6に合わせて示す。図6は上述した不純物を代表してモリブデンおよび亜鉛を鉄と比較したものである。このように、これら不純物と3価イオンの鉄との溶離曲線のピークはほぼ重なる部分がなく、これら不純物と鉄とをほぼ分離できることが分かる。
【0040】
但し、ここでは、ステップS103において既に亜鉛,ガリウム,ニオブ,テクネチウム,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,アンチモン,テルル,タンタル,タングステン,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛およびビスマスは銅と共に塩化鉄水溶液Mから分離されているので、ステップS106では主としてモリブデンおよびポロニウムが鉄と分離される。
【0041】
鉄を溶離したのち、得られた塩化鉄水溶液Mを蒸発乾固および酸化して、酸化鉄とする(ステップS107)。そののち、酸化鉄を水素雰囲気中において500K以上1800K未満の温度で加熱する(ステップS108)。但し、還元を速やかに行うには、1000K以上の温度で加熱することが好ましい。これにより、酸化鉄は化3に示したように反応し、鉄が得られる。
【0042】
【化3】
3Fe2 O3 +H2 =2Fe3 O4 +H2 O
Fe3 O4 +H2 =3FeO+H2 O
Fe3 O4 +4H2 =3Fe+4H2 O
FeO+H2 =Fe+H2 O
【0043】
酸化鉄を反応させたのち、得られた鉄を、活性水素を含むプラズマ生成ガスを用いたプラズマアークで溶融し、酸素,窒素,炭素(C),硫黄,ハロゲン,アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群のうちの少なくとも1種の不純物を除去する(ステップS109)。これにより、本実施の形態に係る高純度鉄および高純度鉄ターゲットが得られる。
【0044】
このように本実施の形態の高純度鉄および高純度鉄ターゲットによれば、銅の濃度を50質量ppb以下とすることができるので、例えば、半導体デバイスに用いても短絡を生じさせることがなく、半導体デバイスの特性を向上させることができる。また、磁気記録媒体,磁気記録ヘッドなどのデバイスなどにも用いることができ、それらの特性を向上させることができる。更に、ケイ化鉄のような化合物半導体の材料として用いた場合、特性劣化まの原因となるような微量不純物による不要な不純物準位が形成されず、優れた特性を得ることができる。
【0045】
また、本実施の形態に係る高純度鉄の製造方法によれば、鉄を2価イオン、銅を1価イオンとしかつ塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の範囲内に調整したのち、塩化鉄水溶液を陰イオン交換樹脂と接触させるようにしたので、銅を塩化鉄水溶液から容易に分離することができる。よって、銅の濃度が低い高純度鉄および高純度鉄ターゲットを容易に安定して得ることができる。
【0046】
更に、鉄を2価イオンとするようにしたので、亜鉛,ガリウム,ニオブ,テクネチウム,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,アンチモン,テルル,タンタル,タングステン,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛およびビスマスからなる群のうちの少なくとも1種の不純物についても銅と共に塩化鉄水溶液から容易に分離することができる。よって、高純度鉄および高純度鉄ターゲットを容易に安定して得ることができる。
【0047】
【実施例】
更に、本発明の実施例について、図1ないし図6を参照して具体的に説明する。なお、以下の実施例では、上記実施の形態において用いた符合および記号をそのまま対応させて用いる。
【0048】
まず、スクラップ鉄を原料とし、これを濃度2kmol/m3 の塩酸溶液に鉄濃度が0.179kmol/m3 (10g/dm3 )となるように溶解し、塩化鉄(FeCl3 )水溶液Mを作製した(ステップS101)。次いで、図3に示したように、この塩化鉄水溶液Mに粉末状の鉄11を入れ、不活性ガスを吹き込みつつ攪拌して銅を1価イオンとすると共に、鉄を2価イオンとした(ステップS102)。続いて、図4に示したように、塩化鉄水溶液Mを陰イオン交換樹脂21に接触させ、銅を吸着させて塩化鉄水溶液Mから分離した(ステップS103)。
【0049】
銅を分離したのち、塩化鉄水溶液Mに過酸化水素水を添加して鉄を3価イオンとした(ステップS104)。そののち、塩化鉄水溶液Mの塩酸濃度を5kmol/m3 とし、塩化鉄水溶液Mを陰イオン交換樹脂21に接触させて鉄を吸着させ、リチウムなどの不純物と分離した(ステップS105)。次いで、濃度1kmol/m3 の塩酸溶液により陰イオン交換樹脂21から鉄を溶離させ、モリブデンなどの不純物と分離した(ステップS106)。
【0050】
鉄を陰イオン交換樹脂21から溶離したのち、得られた塩化鉄水溶液Mを蒸発乾固および酸化し、酸化鉄を得た(ステップS107)。そののち、得られた酸化鉄を水素雰囲気中において1073K(800℃)で加熱し、鉄を得た(ステップS108)。鉄を得たのち、この鉄を活性水素を含むプラズマアークで溶融して酸素などの不純物を除去し(ステップS109)、高純度鉄を得た。
【0051】
得られた高純度鉄について、グロー放電質量分析により不純物の定量を行い純度を求めると共に、残留抵抗比を求めた。その結果を表1に示す。表1に示したように、銅の濃度は50質量ppb以下と極めて低く、純度は99.9997%、残留比抵抗は5500と極めて高い値が得られた。
【0052】
【表1】
【0053】
すなわち、鉄を2価イオンとし、銅を1価イオンとすると共に、塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下に調整することにより、塩化鉄水溶液から銅を容易に分離でき、銅の濃度を50質量ppb以下に低減した高純度鉄を容易に得られることが分かった。
【0054】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、塩化鉄水溶液に含まれる鉄を2価イオン、銅を1価イオンとし、塩化鉄水溶液の塩酸濃度を調整して、塩化鉄水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させ、銅を吸着させて分離するようにしたが、鉄および銅のイオン価数を調整したのち、陰イオン交換樹脂に鉄および銅を吸着させ、濃度が0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の塩酸溶液により鉄を溶離させることにより塩化鉄水溶液から銅を分離するようにしてもよい。
【0055】
また、上記実施の形態および実施例では、銅以外の不純物を除去する方法についても具体的に説明したが、他の方法により除去するようにしてもよい。更に、鉄を2価イオンとすることにより銅と共に亜鉛などの不純物を塩化鉄水溶液から分離するようにしたが、銅を他の方法により分離するようにしてもよい。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1あるいは請求項2に記載の高純度鉄、または請求項11あるいは請求項12に記載の高純度鉄ターゲットによれば、銅の濃度を50質量ppb以下とすることができるので、例えば、半導体デバイスに用いても短絡を生じさせることがなく、半導体デバイスの特性を向上させることができるという効果を奏する。また、磁気記録媒体,磁気記録ヘッドなどのデバイスなどにも用いることができ、それらの特性を向上させることができる。更に、ケイ化鉄のような化合物半導体の材料として用いた場合、特性劣化まの原因となるような微量不純物による不要な不純物準位が形成されず、優れた特性を得ることができる。
【0057】
また、請求項3ないし請求項10のいずれか1に記載の高純度鉄の製造方法によれば、鉄を2価イオン、銅を1価イオンとし、塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の範囲内に調整するようにしたので、銅を陰イオン交換樹脂に吸着させて塩化鉄水溶液から容易に分離することができる。よって、銅の濃度が低い高純度鉄および高純度鉄ターゲットを容易に安定して得ることができるという効果を奏する。
【0058】
更に、請求項6に記載の高純度鉄の製造方法によれば、鉄を2価イオンとし、塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の範囲内に調整するようにしたので、亜鉛などの不純物を陰イオン交換樹脂に吸着させて塩化鉄水溶液から容易に分離することができる。よって、高純度鉄および高純度鉄ターゲットを容易に安定して得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る高純度鉄および高純度鉄ターゲットの製造工程を表す流れ図である。
【図2】図1に続く製造工程を表す流れ図である。
【図3】図1に示した一製造工程を説明するための図である。
【図4】図1に示した他の一製造工程を説明するための図である。
【図5】陰イオン交換樹脂の溶出液中における金属イオン濃度の変化を表す特性図である。
【図6】陰イオン交換樹脂の溶出液中における金属イオン濃度の変化を表す他の特性図である。
【符号の説明】
11…金属、12…容器、13…不活性ガス、14…スターラー、21…陰イオン交換樹脂、22…カラム、23…貯蔵タンク、24…回収タンク、M…塩化鉄溶液。
Claims (12)
- 純度が99.99質量%以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下であることを特徴とする高純度鉄。
- 残留抵抗比が3000以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下であることを特徴とする高純度鉄。
- 塩化鉄水溶液に含まれる鉄を2価イオンとすると共に、不純物として含まれる銅を1価イオンとし、塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の範囲内に調整して、1価イオンの銅をイオン交換樹脂により塩化鉄水溶液から分離する工程
を含むことを特徴とする高純度鉄の製造方法。 - 塩化鉄水溶液に含まれる鉄を2価イオンとすると共に、不純物として含まれる銅を1価イオンとする工程と、
塩化鉄水溶液の塩酸濃度を0.1kmol/m3 以上6kmol/m3 以下の範囲内に調整する工程と、
鉄を2価イオン、銅を1価イオンとしかつ塩酸濃度を調整したのち、塩化鉄水溶液を陰イオン交換樹脂と接触させ、塩化鉄水溶液から銅を分離する工程と
を含むことを特徴とする請求項3記載の高純度鉄の製造方法。 - 塩化鉄水溶液に不活性ガスを吹き込むと共に、塩化鉄水溶液と鉄とを接触させることにより、塩化鉄水溶液に含まれる鉄を2価イオンとすると共に、銅を1価イオンとすることを特徴とする請求項3記載の高純度鉄の製造方法。
- 亜鉛,ガリウム,ニオブ,テクネチウム,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,アンチモン,テルル,タンタル,タングステン,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛およびビスマスからなる群のうちの少なくとも1種の不純物を、銅と共に塩化鉄水溶液から分離することを特徴とする請求項3記載の高純度鉄の製造方法。
- 前記銅を塩化鉄水溶液から分離したのち、更に、前記2価イオンの鉄を3価イオンとし、
塩化鉄水溶液の塩酸濃度を2kmol/m3 以上11kmol/m3 以下の範囲内に調整したのち、塩化鉄水溶液を陰イオン交換樹脂と接触させて3価イオンの鉄を吸着させ、塩化鉄水溶液に含まれるリチウム,ベリリウム,ナトリウム,マグネシウム,アルミニウム,ケイ素,リン,カリウム,カルシウム,スカンジウム,チタン,バナジウム,クロム,マンガン,コバルト,ニッケル,ルビジウム,ストロンチウム,イットリウム,ジルコニウム,セシウム,バリウム,ランタノイド類,ハフニウム,フランシウム,ラジウム,およびアクチノイド類からなる群のうちの少なくとも1種の不純物と鉄とを分離する工程と、
陰イオン交換樹脂に吸着させた鉄を、塩酸溶液により陰イオン交換樹脂から溶離させる工程と
を含むことを特徴とする請求項3記載の高純度鉄の製造方法。 - 陰イオン交換樹脂に吸着させた鉄を、濃度が0.1kmol/m3 以上2kmol/m3 以下の塩酸溶液により陰イオン交換樹脂から溶離させ、鉄と共に陰イオン交換樹脂に吸着された亜鉛,ガリウム,ニオブ,モリブデン,テクネチウム,ルテニウム,ロジウム,パラジウム,銀,カドミウム,インジウム,スズ,アンチモン,テルル,タンタル,タングステン,レニウム,オスミウム,イリジウム,白金,金,水銀,タリウム,鉛,ビスマスおよびポロニウムからなる群のうちの少なくとも1種の不純物と鉄とを分離することを特徴とする請求項7記載の高純度鉄の製造方法。
- 更に、
銅を分離した塩化鉄水溶液から酸化鉄を生成する工程と、
酸化鉄を水素雰囲気中において加熱し、鉄を生成する工程と
を含むことを特徴とする請求項3記載の高純度鉄の製造方法。 - 更に、
得られた鉄を、活性水素を含むプラズマ生成ガスを用いたプラズマアークで溶融し、酸素,窒素,炭素,硫黄,ハロゲン,アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群のうちの少なくとも1種の不純物を除去する工程
を含むことを特徴とする請求項9記載の高純度鉄の製造方法。 - 純度が99.99質量%以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下であることを特徴とする高純度鉄ターゲット。
- 残留抵抗比が3000以上であり、不純物である銅の濃度が50質量ppb以下であることを特徴とする高純度鉄ターゲット。
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