JP6806517B2 - Alkaline earth metal manufacturing equipment and manufacturing method - Google Patents
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
本発明は、アルカリ土類金属の製造装置及び製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for producing an alkaline earth metal.
近年、高純度のアルカリ土類金属、特に高純度の金属カルシウムは、レアメタル及びレアアースの還元剤、合金の添加剤その他種々の用途に供され、需要が増加している。 In recent years, high-purity alkaline earth metals, particularly high-purity metallic calcium, have been used for various purposes such as reducing agents for rare metals and rare earths, additives for alloys, and the demand for them is increasing.
従来、高純度カルシウムの製造方法として、ルツボに装入したカルシウムの原料を加熱して昇華させ、昇華容器内の側壁に蒸着させて第１回目の昇華精製を行い、回収した第１回目の昇華精製されたカルシウムを再度加熱して第２回目の昇華精製を行い、昇華容器内の側壁に蒸着させて高純度のカルシウムを回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。 Conventionally, as a method for producing high-purity calcium, a raw material of calcium charged in a rutsubo is heated and sublimated, and then vapor-deposited on a side wall in a sublimation container to perform the first sublimation purification and the first sublimation recovered. A method has been proposed in which the purified calcium is heated again to perform a second sublimation purification, and the purified calcium is deposited on the side wall in the sublimation container to recover high-purity calcium (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献１に記載された高純度カルシウムの製造方法は、昇華容器内の側壁にカルシウムが蒸着するので、側壁に蒸着したカルシウムを回収するために、カルシウムが空気に曝される可能性がある。カルシウム等のアルカリ土類金属は僅かな空気と接触した場合でも容易に酸化物、窒化物に反応し、品質を劣化させる。 However, in the method for producing high-purity calcium described in Patent Document 1, since calcium is vapor-deposited on the side wall in the sublimation container, calcium may be exposed to air in order to recover the calcium deposited on the side wall. is there. Alkaline earth metals such as calcium easily react with oxides and nitrides even when they come into contact with a small amount of air, degrading the quality.
そこで、本発明は、アルカリ土類金属が空気に曝されることを防止し、品質の劣化を抑制できるとともに、精製効率の向上を図ることができるアルカリ土類金属の製造装置及び製造方法を提供することを提案することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an alkaline earth metal manufacturing apparatus and manufacturing method capable of preventing the alkaline earth metal from being exposed to air, suppressing deterioration of quality, and improving purification efficiency. The purpose is to propose to do.
本発明は、以下の［１］〜［３］のアルカリ土類金属の製造装置、及び、［４］のアルカリ土類金属の製造方法を提供する。
［１］反応器と、前記反応器内に配置され、アルカリ土類金属の原料を収容する第１の容器と、前記反応器を加熱するヒータと、前記反応器に接続され、前記反応器内にアルカリ土類金属に対して不活性な不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記反応器に接続され、前記反応器内を真空状態に減圧する真空発生手段と、前記反応器内に配置され、前記真空発生手段により形成された真空状態で前記ヒータにより加熱されて気化したアルカリ土類金属を冷却して、表面にアルカリ土類金属を蒸着させるコレクタと、前記反応器内において前記コレクタの下方に配置され、前記コレクタの表面に蒸着したうえで前記ヒータによって昇温されたことにより融解されたアルカリ土類金属を回収する第２の容器と、を備えるアルカリ土類金属の製造装置。
［２］［１］記載のアルカリ土類金属の製造装置であって、前記反応器は鉛直方向に沿って立設され、前記第１の容器は前記反応器内の下方に配置され、前記第２の容器は前記第１の容器の上方に配置されていることを特徴とするアルカリ土類金属の製造装置。
［３］［２］記載のアルカリ土類金属の製造装置であって、前記コレクタを昇降するための昇降駆動装置を備えていることを特徴とするアルカリ土類金属の製造装置。
［４］反応器内を真空状態に減圧し、反応器内に配置された第１の容器に収容されたアルカリ土類金属の原料をヒータによって加熱して原料からアルカリ土類金属を気化させる加熱工程と、前記反応器内に配置されたコレクタを冷却することによって、前記加熱工程により前記原料から気化したアルカリ土類金属を前記コレクタの表面に蒸着させる蒸着工程と、アルカリ土類金属に対して不活性なガスを反応器内に供給して前記不活性なガスの雰囲気の非真空状態を形成するとともに、前記コレクタの冷却を終了し、前記蒸着工程により前記コレクタの表面に蒸着したアルカリ土類金属を前記ヒータによって昇温させて融解し、融解したアルカリ土類金属を前記反応器内において前記コレクタの下方に配置された第２の容器に回収する回収工程と、を備えるアルカリ土類金属の製造方法。
The present invention provides the following equipment for producing an alkaline earth metal of [1] to [3] and the method for producing an alkaline earth metal according to [4].
[1] A reactor, a first container arranged in the reactor and containing a raw material of an alkaline earth metal, a heater for heating the reactor, and a heater connected to the reactor and inside the reactor. An inert gas supply means for supplying an inert gas inert to an alkaline earth metal, a vacuum generating means connected to the reactor and depressurizing the inside of the reactor to a vacuum state, and the inside of the reactor. A collector that cools the alkaline earth metal that has been heated and vaporized by the heater in the vacuum state formed by the vacuum generating means to deposit the alkaline earth metal on the surface, and the above-mentioned in the reactor. A device for producing an alkaline earth metal, which is arranged below the collector and includes a second container for recovering the alkaline earth metal melted by being vaporized on the surface of the collector and then heated by the heater. ..
[2] The apparatus for producing an alkaline earth metal according to [1], wherein the reactor is erected along the vertical direction, the first container is arranged below the inside of the reactor, and the first container is arranged. A device for producing an alkaline earth metal, wherein the container 2 is arranged above the first container.
[3] The alkaline earth metal manufacturing apparatus according to [2], wherein the alkaline earth metal manufacturing apparatus includes an elevating drive device for raising and lowering the collector.
[4] The inside of the reactor is depressurized to a vacuum state, and the raw material of the alkaline earth metal contained in the first container arranged in the reactor is heated by a heater to vaporize the alkaline earth metal from the raw material. For the step, the vapor deposition step of depositing the alkaline earth metal vaporized from the raw material on the surface of the collector by cooling the collector arranged in the reactor, and the alkaline earth metal. An inert gas is supplied into the reactor to form a non-vacuum state of the atmosphere of the inert gas, the cooling of the collector is completed, and the alkaline earth deposited on the surface of the collector by the vapor deposition step. An alkaline earth metal comprising a recovery step of heating the metal with the heater to melt it and recovering the melted alkaline earth metal in a second container arranged below the collector in the reactor. Production method.
［１］記載のアルカリ土類金属の製造装置によれば、まず、真空発生手段により形成された真空状態でヒータにより加熱されて気化したアルカリ土類金属をコレクタにより冷却して、コレクタ表面にアルカリ土類金属を蒸着させる。次に、不活性ガス供給手段により不活性ガスが供給された非真空状態で、ヒータによりコレクタ表面に蒸着したアルカリ土類金属を昇温し融解する。そして、融解したアルカリ土類金属を、コレクタ下方に配置された第２の容器に重力により落下させて回収する。 According to the alkaline earth metal manufacturing apparatus according to [1], first, the alkaline earth metal vaporized by being heated by a heater in a vacuum state formed by a vacuum generating means is cooled by a collector, and the collector surface is made alkaline. Evaporate earth metals. Next, the alkaline earth metal deposited on the collector surface is heated and melted by the heater in a non-vacuum state in which the inert gas is supplied by the inert gas supply means. Then, the molten alkaline earth metal is dropped by gravity into a second container arranged below the collector and recovered.
従って、当該製造装置によれば、アルカリ土類金属の原料を当該製造装置内に収容してから製造されたアルカリ土類金属を第２の容器に回収するまで、製造装置内でアルカリ土類金属が空気に曝されることを防止して、品質の劣化を抑制したアルカリ土類金属を製造することができる。また、製造されたアルカリ土類金属は第２の容器に回収され、空気に曝される面積が小さくなるので、回収後の品質の劣化を抑制することができる。 Therefore, according to the manufacturing apparatus, the alkaline earth metal is stored in the manufacturing apparatus until the manufactured alkaline earth metal is recovered in the second container after the raw material of the alkaline earth metal is stored in the manufacturing apparatus. It is possible to produce an alkaline earth metal in which deterioration of quality is suppressed by preventing the metal from being exposed to the air. In addition, the produced alkaline earth metal is recovered in the second container, and the area exposed to air is reduced, so that deterioration of quality after recovery can be suppressed.
さらに、当該製造装置は、コレクタ表面にアルカリ土類金属を蒸着させる反応器内の温度状態と、コレクタ表面に蒸着したアルカリ土類金属を融解させる反応器内の温度状態とを、簡易な構成で形成し、精製効率の向上を図ることができる。 Further, the manufacturing apparatus has a simple configuration of a temperature state in the reactor for depositing an alkaline earth metal on the collector surface and a temperature state in the reactor for melting the alkaline earth metal deposited on the collector surface. It can be formed and the purification efficiency can be improved.
［２］記載のアルカリ土類金属の製造装置によれば、製造装置のコンパクト化を図ることができ、特に水平方向に複数の製造装置を並列させることで省スペースで生産量の増加を図ることができる。 According to the alkaline earth metal manufacturing apparatus described in [2], the manufacturing apparatus can be made compact, and in particular, a plurality of manufacturing apparatus can be arranged in parallel in the horizontal direction to save space and increase the production amount. Can be done.
［３］記載のアルカリ土類金属の製造装置によれば、第１の容器内の原料からアルカリ土類金属を気化させる場合、コレクタを反応器内の上方に移動させ、ヒータからコレクタまでの距離を長くしてコレクタによる冷却効率を高め、ヒータからコレクタまでの温度差を大きくし、コレクタ表面にアルカリ土類金属を蒸着させる。また、コレクタ表面に蒸着したアルカリ土類金属を融解させる場合、コレクタを第２の容器近傍まで移動させ、コレクタ表面に蒸着したアルカリ土類金属に対する加熱効率を高めるとともに、第２の容器に落下する融解したアルカリ土類金属が第２の容器から飛散することを防止する。 According to the alkaline earth metal manufacturing apparatus described in [3], when the alkaline earth metal is vaporized from the raw material in the first container, the collector is moved upward in the reactor and the distance from the heater to the collector. To increase the cooling efficiency of the collector, increase the temperature difference from the heater to the collector, and deposit alkaline earth metal on the collector surface. Further, when melting the alkaline earth metal deposited on the collector surface, the collector is moved to the vicinity of the second container to increase the heating efficiency for the alkaline earth metal deposited on the collector surface, and the metal is dropped into the second container. Prevents the molten alkaline earth metal from scattering from the second container.
従って、当該製造装置によれば、精製したアルカリ土類金属を効率的に回収することができるとともに、原料加熱からカルシウムの回収までの１サイクルに要する時間の短縮化を図ることができる。 Therefore, according to the manufacturing apparatus, the refined alkaline earth metal can be efficiently recovered, and the time required for one cycle from the heating of the raw material to the recovery of calcium can be shortened.
［４］記載のアルカリ土類金属の製造方法によれば、製造装置内でアルカリ土類金属が空気に曝されることを防止して、品質の劣化を抑制した、アルカリ土類金属を製造することができる。 According to the method for producing an alkaline earth metal according to [4], the alkaline earth metal is produced by preventing the alkaline earth metal from being exposed to the air in the production apparatus and suppressing deterioration of quality. be able to.
［製造装置］
図１に示されるように、本実施形態のアルカリ土類金属の製造装置１０は、反応器２０と、ヒータ５０とを備える、カルシウムを精製する装置である。尚、本実施形態の製造装置１０は、カルシウムを精製する装置であるが、カルシウムに限定されず、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属を精製することができる。
[Manufacturing equipment]
As shown in FIG. 1, the alkaline earth metal manufacturing apparatus 10 of the present embodiment is an apparatus for purifying calcium, which comprises a reactor 20 and a heater 50. The manufacturing apparatus 10 of the present embodiment is an apparatus for purifying calcium, but is not limited to calcium, and can purify alkaline earth metals such as strontium and barium.
反応器２０は、略有底円筒状の反応器本体２２と、上蓋部２４とから構成され、鉛直方向に沿って立設される。反応器２０は、カルシウムの原料を収容する有底円筒状の第１の容器３０、精製されたカルシウムを回収する有底円筒状の第２の容器４０、及び有底円筒状のコレクタ６０を内部に備える。 The reactor 20 is composed of a substantially bottomed cylindrical reactor main body 22 and an upper lid portion 24, and is erected along the vertical direction. The reactor 20 contains a bottomed cylindrical first container 30 for containing a raw material for calcium, a bottomed cylindrical second container 40 for collecting purified calcium, and a bottomed cylindrical collector 60. Prepare for.
反応器本体２２は上端に径方向外側に張り出した環状のフランジ２６ａを有する。上蓋部２４はフランジ２６ａ上に載置される環状のフランジ２６ｂを有する。反応器２０は、フランジ２６ａの内径より大きい内径と、フランジ２６ａの外径より小さい外径を有する環状の耐熱ガスケット１４ａにより、フランジ２６ａを有する反応器本体２２とフランジ２６ｂを有する上蓋部２４との間が封止されている。 The reactor body 22 has an annular flange 26a at the upper end that projects radially outward. The upper lid portion 24 has an annular flange 26b mounted on the flange 26a. The reactor 20 has an annular heat-resistant gasket 14a having an inner diameter larger than the inner diameter of the flange 26a and an outer diameter smaller than the outer diameter of the flange 26a, so that the reactor body 22 having the flange 26a and the upper lid portion 24 having the flange 26b The gap is sealed.
上蓋部２４には、反応器２０より小径の有底円筒状のコレクタ６０が昇降可能に貫通した開口が設けられ、上蓋部２４の開口はガスケット１４ｂによりコレクタ６０との間が封止されている。 The upper lid portion 24 is provided with an opening through which a bottomed cylindrical collector 60 having a diameter smaller than that of the reactor 20 can be raised and lowered, and the opening of the upper lid portion 24 is sealed between the collector 60 and the gasket 14b. ..
また、上蓋部２４には、図示しない真空ポンプ等の真空発生装置と真空発生装置に接続する真空発生管路とから構成される真空発生手段１６と、図示しないアルゴンガス供給源とアルゴンガス供給源に接続する不活性ガス供給管路とから構成される不活性ガス供給手段１８が接続されている。尚、真空発生手段１６及び不活性ガス供給手段１８の製造装置１０に対する接続位置は、上蓋部２４に限定されず、反応器本体２２に接続するように変更してもよい。 Further, the upper lid portion 24 includes a vacuum generating means 16 including a vacuum generating device such as a vacuum pump (not shown) and a vacuum generating pipeline connected to the vacuum generating device, and an argon gas supply source and an argon gas supply source (not shown). An inert gas supply means 18 composed of an inert gas supply pipeline connected to the above is connected. The connection positions of the vacuum generating means 16 and the inert gas supply means 18 with respect to the manufacturing apparatus 10 are not limited to the upper lid portion 24, and may be changed so as to be connected to the reactor main body 22.
また、本実施形態では、不活性ガス供給手段１８を介して供給される不活性ガスとしてアルゴンガスが用いられるが、アルカリ土類金属との反応により品質劣化を防止する観点から、窒素以外の不活性ガス、例えばヘリウムガスを用いることができる。 Further, in the present embodiment, argon gas is used as the inert gas supplied via the inert gas supply means 18, but from the viewpoint of preventing quality deterioration due to the reaction with the alkaline earth metal, non-nitrogen gas is used. An active gas such as helium gas can be used.
第１の容器３０は、反応器２０内の下方に配置され、カルシウムの原料を収容する部材である。第１の容器３０は、カルシウムの製造終了後、凝固したカルシウムによって反応器本体２２の底部に固着して取り外し困難となることを防止するために、図示しない井桁あるいは板状の窒化珪素等の部材の上に載置されている。 The first container 30 is a member arranged below in the reactor 20 and accommodating a raw material for calcium. The first container 30 is a member such as a grid girder or a plate-shaped silicon nitride (not shown) in order to prevent the solidified calcium from sticking to the bottom of the reactor body 22 and becoming difficult to remove after the production of calcium is completed. It is placed on the top.
尚、井桁あるいは板状の窒化珪素等の部材は、反応器２０の材料又は第１の容器３０の材料の含有物が反応する場合、例えば、反応器２０の材料がインコネルで、第１の容器３０の材料がチタンであり、インコネルに含まれるＮｉとＴｉが９４２℃以上で液体化（合金化）して合金を生成する場合でも、反応器２０と第１の容器３０が固着することを防止し得る。 When the material of the reactor 20 or the content of the material of the first container 30 reacts with the member such as the girder or the plate-shaped silicon nitride, for example, the material of the reactor 20 is Inconel and the first container. Even when the material of 30 is titanium and Ni and Ti contained in Inconel are liquefied (alloyed) at 942 ° C. or higher to form an alloy, the reactor 20 and the first container 30 are prevented from sticking to each other. Can be.
第２の容器４０は、反応器２０内において第１の容器３０とコレクタ６０との間でコレクタ６０の鉛直方向下方に配置され、精製されたカルシウムを回収する部材である。第２の容器４０の外径は、第２の容器４０と反応器本体２２の内側面との間に間隙を形成するように、第１の容器３０の外径より小さく形成されている。また、第２の容器４０は、第１の容器３０の上に載置された図示しないグレーチングにより、第１の容器３０との間に間隙を有するように、第１の容器３０上に載置されている。 The second container 40 is a member that is arranged vertically below the collector 60 between the first container 30 and the collector 60 in the reactor 20 to recover purified calcium. The outer diameter of the second container 40 is formed to be smaller than the outer diameter of the first container 30 so as to form a gap between the second container 40 and the inner surface of the reactor body 22. Further, the second container 40 is placed on the first container 30 so as to have a gap between the second container 40 and the first container 30 by grating (not shown) placed on the first container 30. Has been done.
コレクタ６０は、反応器２０よりも小径な有底円筒状の部材であり、反応器２０の側内面から離間して配置され、図示しないアクチュエータ等の昇降駆動装置により反応器２０内の上方から下方の第２の容器４０近傍までの間を昇降可能な部材である。 The collector 60 is a bottomed cylindrical member having a diameter smaller than that of the reactor 20, is arranged apart from the inner surface on the side of the reactor 20, and is arranged from above to below in the reactor 20 by an elevating drive device such as an actuator (not shown). It is a member that can move up and down up to the vicinity of the second container 40.
また、コレクタ６０には、コレクタ６０外部から内部に貫通し、冷媒をコレクタ６０内部に供給可能な制御弁を備えた冷媒供給管路６２と、供給された冷媒をコレクタ６０外部に排出可能な図示しない制御弁を備えた冷媒排出管路とが設けられ、冷媒供給管路６２及び冷媒排出管路に空気を流通させることによりコレクタ６０が冷却される。尚、冷媒は、空気に限定されず、水等の流体を用いてもよい。 Further, the collector 60 has a refrigerant supply line 62 having a control valve that penetrates from the outside of the collector 60 to the inside and can supply the refrigerant to the inside of the collector 60, and the supplied refrigerant can be discharged to the outside of the collector 60. A refrigerant discharge pipe provided with a control valve is provided, and the collector 60 is cooled by flowing air through the refrigerant supply pipe 62 and the refrigerant discharge pipe. The refrigerant is not limited to air, and a fluid such as water may be used.
コレクタ６０の鉛直方向端部において、ドロッピングガイド保持部材６４が当該端部から重力方向（鉛直方向下向き）に延出し、ドロッピングガイド保持部材６４の鉛直方向端部において、融解したアルカリ土類金属の落下を補助する円錐状のドロッピングガイド６６が設けられている。また、コレクタ６０とドロッピングガイド６６との間のドロッピングガイド保持部材６４には、複数枚の板状部材からなるリフレクタ６８が設けられている。 At the vertical end of the collector 60, the dropping guide holding member 64 extends in the direction of gravity (downward in the vertical direction) from the end, and the molten alkaline earth metal falls at the vertical end of the dropping guide holding member 64. A conical dropping guide 66 is provided to assist the above. Further, the dropping guide holding member 64 between the collector 60 and the dropping guide 66 is provided with a reflector 68 composed of a plurality of plate-shaped members.
反応器２０、第１の容器３０、第２の容器４０、コレクタ６０の材料として、ＳＵＳ材、ニッケル合金（例えばインコネル（登録商標））、ＳＳ材、モリブデン、チタン、窒化珪素、白金、それらを主成分とする合金等が使用できるが、耐熱性、高温での耐久性、機械加工性、回収するカルシウムの純度に対する影響の観点から、モリブデン、チタン、白金、それらを主成分とする合金が好ましい。また、反応器２０、第１の容器３０、第２の容器４０、コレクタ６０の材料は、同一の材料に限定されず、異なる材料であってもよい。 As materials for the reactor 20, the first container 30, the second container 40, and the collector 60, SUS material, nickel alloy (for example, Inconel (registered trademark)), SS material, molybdenum, titanium, silicon nitride, platinum, and the like. Alloys containing main components can be used, but molybdenum, titanium, platinum, and alloys containing them as main components are preferable from the viewpoints of heat resistance, durability at high temperatures, machinability, and the effect on the purity of calcium to be recovered. .. Further, the materials of the reactor 20, the first container 30, the second container 40, and the collector 60 are not limited to the same material, but may be different materials.
ヒータ５０は、第１の容器３０の周囲に配置され、第１の容器３０を加熱する部材、例えばＳｉＣヒータである。本実施形態では、ヒータを反応器２０の外部に配置したが、第１の容器３０を加熱することができれば、例えば、反応器本体２２の側内面と側外面との間に内在するように配置を変更してもよい。 The heater 50 is a member arranged around the first container 30 and heating the first container 30, for example, a SiC heater. In the present embodiment, the heater is arranged outside the reactor 20, but if the first container 30 can be heated, for example, it is arranged so as to be inside between the side inner surface and the side outer surface of the reactor main body 22. May be changed.
本実施形態では、反応器２０は、装置のコンパクト化の観点から、鉛直方向に沿って立設された円筒状の部材であることが好ましいが、第２の容器４０が反応器２０内において第１の容器３０とコレクタ６０との間に配置されず、かつコレクタ６０の鉛直方向下方に配置されれば、鉛直方向に立設される円筒状部材に限定されず、例えば鉛直方向に立設される矩形筒状、Ｌ字状部材等の複雑な形状の反応器に形成されてもよい。 In the present embodiment, the reactor 20 is preferably a cylindrical member erected along the vertical direction from the viewpoint of compactness of the apparatus, but the second container 40 is the first in the reactor 20. If it is not arranged between the container 30 and the collector 60 of 1 and is arranged below the collector 60 in the vertical direction, it is not limited to the cylindrical member erected in the vertical direction, and is erected in the vertical direction, for example. It may be formed in a reactor having a complicated shape such as a rectangular cylinder or an L-shaped member.
また、本実施形態では、第２の容器４０の外径は、第１の容器３０の外径より小さく形成されているが、第１の容器３０と反応器本体２２の内側面との間に間隙が形成できれば、第１の容器３０と第２の容器４０の外径を同一にしてもよい。 Further, in the present embodiment, the outer diameter of the second container 40 is formed to be smaller than the outer diameter of the first container 30, but it is between the first container 30 and the inner surface of the reactor main body 22. If a gap can be formed, the outer diameters of the first container 30 and the second container 40 may be the same.
［アルカリ土類金属の製造方法］
図２を用いて、本実施形態のアルカリ土類金属の製造方法を説明する。図２は、本実施形態のアルカリ土類金属の製造方法を説明する図であり、（ａ）は加熱・蒸着工程を、（ｂ）は回収工程を示す。
[Manufacturing method of alkaline earth metals]
The method for producing an alkaline earth metal of the present embodiment will be described with reference to FIG. 2A and 2B are views for explaining the method for producing an alkaline earth metal of the present embodiment, in which FIG. 2A shows a heating / vapor deposition step and FIG. 2B shows a recovery step.
（準備工程）
まず、カルシウムの原料を充填した第１の容器３０と、第２の容器４０とを、反応器２０内の下部に装入した後、反応器本体２２の開口を閉塞するように上蓋部２４を載置して、反応器２０を封止する。そして、反応器２０を製造装置１０に装置し、真空発生手段１６及び不活性ガス供給手段１８を接続する。
(Preparation process)
First, after charging the first container 30 and the second container 40 filled with the calcium raw material into the lower part of the reactor 20, the upper lid portion 24 is closed so as to close the opening of the reactor body 22. It is placed and the reactor 20 is sealed. Then, the reactor 20 is installed in the manufacturing apparatus 10, and the vacuum generating means 16 and the inert gas supplying means 18 are connected.
次に、真空発生手段１６により反応器２０内を真空状態に減圧した後、不活性ガス供給手段１８を介してアルゴンガスを供給して、反応器２０内をアルゴンガス雰囲気にするアルゴンガス置換を行う。その後、アルゴンガス置換を２回繰り返す。 Next, after the inside of the reactor 20 is depressurized to a vacuum state by the vacuum generating means 16, argon gas is supplied through the inert gas supply means 18 to replace the argon gas in the reactor 20 with an argon gas atmosphere. Do. Then, the argon gas replacement is repeated twice.
そして、アルゴンガス置換の後、真空発生手段１６により反応器２０内を真空状態、例えば５０［Ｐａ］に減圧した後、コレクタ６０内の冷媒供給管路６２に空冷用空気を供給し、コレクタ６０の冷却を開始し、コレクタ６０の冷却状態を維持する。 Then, after the argon gas is replaced, the inside of the reactor 20 is reduced to a vacuum state, for example, 50 [Pa] by the vacuum generating means 16, and then air cooling air is supplied to the refrigerant supply line 62 in the collector 60 to supply the collector 60. The cooling state of the collector 60 is maintained.
（加熱・蒸着工程）
ヒータ５０による第１の容器の加熱を開始し、第１の容器３０内の原料をカルシウムの沸点にまで真空状態を維持しながら加熱する。ヒータ５０は、例えば、５［℃／ｍｉｎ］の昇温速度で反応器２０の下部を加熱し、原料からカルシウムを気化させる。
(Heating / thin film deposition process)
The heating of the first container by the heater 50 is started, and the raw material in the first container 30 is heated to the boiling point of calcium while maintaining a vacuum state. The heater 50 heats the lower part of the reactor 20 at a heating rate of, for example, 5 [° C./min] to vaporize calcium from the raw material.
コレクタ６０の冷却状態は継続しているので、原料から気化したカルシウムはコレクタ６０により冷却され、コレクタ６０の表面にカルシウム（蒸着物Ｄ）が蒸着する（図２（ａ））。特に、鉛直方向に沿って立設された反応器２０内において、第１の容器３０が反応器２０内の下方に、コレクタ６０が反応器２０の上方に設けられることによって、第１の容器３０内の原料を加熱した場合、第１の容器３０からコレクタ６０までの距離が長くなる。従って、コレクタ６０の冷却効果が高まり、反応器２０内は、圧力一定の真空状態で、高温の上方と低温の下方の温度差を大きくすることができるので、より高純度のカルシウムをコレクタ６０の表面に蒸着することができる。 Since the cooling state of the collector 60 continues, the calcium vaporized from the raw material is cooled by the collector 60, and calcium (deposited product D) is deposited on the surface of the collector 60 (FIG. 2A). In particular, in the reactor 20 erected along the vertical direction, the first container 30 is provided below the reactor 20 and the collector 60 is provided above the reactor 20, so that the first container 30 is provided. When the raw material inside is heated, the distance from the first container 30 to the collector 60 becomes long. Therefore, the cooling effect of the collector 60 is enhanced, and the temperature difference between the upper part of the high temperature and the lower part of the low temperature can be increased in the reactor 20 in a vacuum state where the pressure is constant. It can be deposited on the surface.
第１の容器３０内の原料の温度がカルシウムの沸点まで到達した時点で、反応器２０内の圧力が非真空状態になるまで、不活性ガス供給手段１８を介してアルゴンガスを反応器２０内に供給するとともに、冷媒供給管路６２への冷媒供給を終了する。 When the temperature of the raw material in the first container 30 reaches the boiling point of calcium, argon gas is supplied into the reactor 20 via the inert gas supply means 18 until the pressure in the reactor 20 becomes a non-vacuum state. And the supply of the refrigerant to the refrigerant supply line 62 is terminated.
尚、コレクタ６０の材料が高温で酸化するＴｉ等である場合、酸化物（例えば、Ｔｉの場合、酸化チタン）を生成してコレクタ６０が劣化するので、酸化を防止するために、冷媒供給管路６２を利用して、アルゴン、窒素等の不活性ガスをコレクタ６０内部に供給し、冷媒排出管路の制御弁を閉止して、コレクタ６０内部を不活性ガス雰囲気にする。また、冷媒供給管路６２を利用せず、当該不活性ガスを供給する管路をコレクタ６０に接続し、不活性ガスをコレクタ６０内部に供給し、コレクタ６０内部を不活性ガス雰囲気にしてもよい。 If the material of the collector 60 is Ti or the like that oxidizes at a high temperature, an oxide (for example, titanium oxide in the case of Ti) is generated and the collector 60 deteriorates. Therefore, in order to prevent oxidation, a refrigerant supply pipe is used. An inert gas such as argon or nitrogen is supplied to the inside of the collector 60 by using the passage 62, and the control valve of the refrigerant discharge pipeline is closed to create an inert gas atmosphere inside the collector 60. Further, instead of using the refrigerant supply pipe 62, the pipe for supplying the inert gas is connected to the collector 60, the inert gas is supplied to the inside of the collector 60, and the inside of the collector 60 is made into an inert gas atmosphere. Good.
（回収工程）
ヒータ５０による原料加熱は継続され、冷媒が冷媒供給管路６２に供給されていないことから、コレクタ６０は次第に昇温され、コレクタ６０表面の温度がカルシウムの融点に到達する。回収工程では、図２（ｂ）に示されるように、蒸着工程によりコレクタ６０の表面に蒸着した蒸着物Ｄをアルゴンガス雰囲気の非真空状態で融解し、反応器２０内においてコレクタ６０の鉛直方向下方に配置された第２の容器４０に、融解した融解物Ｍを回収する。
(Recovery process)
Since the heating of the raw material by the heater 50 is continued and the refrigerant is not supplied to the refrigerant supply line 62, the temperature of the collector 60 is gradually raised, and the temperature of the surface of the collector 60 reaches the melting point of calcium. In the recovery step, as shown in FIG. 2B, the vapor deposition D deposited on the surface of the collector 60 by the vapor deposition step is melted in a non-vacuum state in an argon gas atmosphere, and the collector 60 is vertically oriented in the reactor 20. The melt M melted is collected in a second container 40 arranged below.
第２の容器４０がコレクタ６０の鉛直方向下方に配置されているので、ヒータ５０によって加熱されたアルゴンガスによって、コレクタ６０の表面のカルシウムである蒸着物Ｄが加熱され融解すると、カルシウムの融解物Ｍが重力により第２の容器４０に落下し、精製されたアルカリ土類金属を容易に回収することができる。 Since the second container 40 is arranged vertically below the collector 60, when the deposit D, which is calcium on the surface of the collector 60, is heated and melted by the argon gas heated by the heater 50, the melt of calcium is melted. M falls into the second container 40 due to gravity, and the purified alkaline earth metal can be easily recovered.
そして、コレクタ６０の表面温度が当該融点を超えた時点で回収工程を終了し、カルシウムの精製を終了する。 Then, when the surface temperature of the collector 60 exceeds the melting point, the recovery step is ended and the purification of calcium is completed.
尚、図２（ａ）に示されるように、コレクタ６０は反応器２０の側内面から離間して配置されているので、カルシウムが反応器２０の側内面に蒸着することを抑制できる。従って、コレクタ６０表面の蒸着物Ｄが融解した融解物Ｍを第２の容器４０に落下させ、精製されたカルシウムを効率的に回収することができる。 As shown in FIG. 2A, since the collector 60 is arranged away from the inner surface of the reactor 20, it is possible to prevent calcium from being deposited on the inner surface of the reactor 20. Therefore, the melt M melted by the vapor deposition D on the surface of the collector 60 can be dropped into the second container 40, and the purified calcium can be efficiently recovered.
さらに、コレクタ６０は反応器２０内の上部から第２の容器４０までの間を、昇降駆動部材により昇降可能な部材である。第１の容器３０内の原料からカルシウムを気化させる場合、コレクタ６０を反応器２０内の上方に上昇させ、第１の容器３０からコレクタ６０までの温度差を大きくし、コレクタ６０表面に高純度のカルシウムの蒸着物Ｄを蒸着させる。そして、コレクタ６０表面の蒸着物Ｄを融解させる場合、コレクタ６０を第２の容器４０近傍まで降下させ、第２の容器４０に落下する融解物Ｍが第２の容器４０から飛散することを防止する。従って、精製されたカルシウムを効率的に回収することができる。 Further, the collector 60 is a member that can be raised and lowered by an elevating drive member between the upper part of the reactor 20 and the second container 40. When calcium is vaporized from the raw material in the first container 30, the collector 60 is raised upward in the reactor 20 to increase the temperature difference from the first container 30 to the collector 60, and the surface of the collector 60 is highly purified. Calcium deposit D is deposited. Then, when the vapor deposition D on the surface of the collector 60 is melted, the collector 60 is lowered to the vicinity of the second container 40 to prevent the melt M falling into the second container 40 from scattering from the second container 40. To do. Therefore, the purified calcium can be efficiently recovered.
本実施形態によれば、原料の加熱から精製されたカルシウムの回収まで、カルシウムを空気に曝すことなく製造装置１０内でカルシウムを製造でき、酸化物、窒化物の生成を防止し、品質の劣化を抑制できる。 According to this embodiment, calcium can be produced in the production apparatus 10 without exposing the calcium to air, from heating of the raw material to recovery of purified calcium, preventing the formation of oxides and nitrides, and deteriorating the quality. Can be suppressed.
［実施例］
内径１３０［ｍｍ］、全長６５０［ｍｍ］で材質インコネルの反応器２０と、内径１１８［ｍｍ］、深さ５０［ｍｍ］で材質チタンの容器３０と、内径１０６［ｍｍ］、深さ５０［ｍｍ］で材質チタンの容器４０と、外径３５［ｍｍ］、全長４１０［ｍｍ］で材質チタンのコレクタ６０と、反応器２０の外部で容器３０，４０の周囲に配置されたＳｉＣヒータのヒータ５０と備えた製造装置１０（図１）を用いて、表１に示される組成のカルシウム原料から高純度のカルシウムを製造した。
[Example]
Inconel reactor 20 with an inner diameter of 130 [mm] and a total length of 650 [mm], a titanium container 30 with an inner diameter of 118 [mm] and a depth of 50 [mm], and an inner diameter of 106 [mm] and a depth of 50 [mm]. mm] is the material titanium container 40, the outer diameter is 35 [mm], the total length is 410 [mm], the material titanium collector 60, and the heaters of the SiC heaters arranged around the containers 30 and 40 outside the reactor 20. High-purity calcium was produced from the calcium raw material having the composition shown in Table 1 by using the production apparatus 10 (FIG. 1) provided with 50.
まず、反応器２０内の下部に井桁部材を載置し、表１に示された原料２００［ｇ］を充填した第１の容器３０を井桁部材の上に載置し、次いで第１の容器３０の上にグレーチングを載置し、そしてグレーチング上に高純度カルシウム回収用の第２の容器４０を装入した。 First, the girder member is placed in the lower part of the reactor 20, and the first container 30 filled with the raw material 200 [g] shown in Table 1 is placed on the girder member, and then the first container. The grating was placed on the grating, and a second container 40 for collecting high-purity calcium was charged on the grating.
次に、上蓋部２４を反応器本体２２に載置して反応器２０を封止した。そして、反応器２０内を５０［Ｐａ］に減圧した後、アルゴンガスを供給して、反応器２０内をアルゴンガス雰囲気に置換し、同様の置換作業を２回繰り返した。 Next, the upper lid portion 24 was placed on the reactor main body 22 to seal the reactor 20. Then, after the inside of the reactor 20 was depressurized to 50 [Pa], argon gas was supplied to replace the inside of the reactor 20 with an argon gas atmosphere, and the same replacement operation was repeated twice.
次に、反応器２０内を真空状態（５０［Ｐａ］）に減圧した後、コレクタ６０内の冷媒供給管路６２に空冷用空気を供給し、コレクタ６０の冷却を開始し、コレクタ６０の温度を１７０［℃］に維持した。 Next, after depressurizing the inside of the reactor 20 to a vacuum state (50 [Pa]), air for air cooling is supplied to the refrigerant supply pipe line 62 in the collector 60, cooling of the collector 60 is started, and the temperature of the collector 60 is started. Was maintained at 170 [° C.].
次に、コレクタ６０を反応器２０の上部に上昇させた状態で、ＳｉＣヒータ５０を起動させ、第１の容器３０内の原料をカルシウムの沸点（７９８［℃］；１００［Ｐａ］時の沸点）にまで、５［℃／ｍｉｎ］の昇温速度で加熱した。その結果、コレクタ６０の表面に高純度カルシウムの蒸着物が蒸着した。 Next, with the collector 60 raised above the reactor 20, the SiC heater 50 is activated, and the raw material in the first container 30 is brought to the boiling point of calcium (798 [° C.]; boiling point at 100 [Pa]]. ), The heating rate was 5 [° C./min]. As a result, a high-purity calcium vapor deposition was deposited on the surface of the collector 60.
第１の容器３０内の原料の温度がカルシウムの沸点まで到達した時点で、反応器２０内が非真空状態（０．１［ＭＰａ］）になるまでアルゴンガスを反応器２０内に供給してアルゴンガス雰囲気を形成するとともに、空冷用空気の供給を停止することでコレクタ６０の冷却を終了した。また、冷媒供給管路６２を利用してコレクタ６０内部にアルゴンガスを供給し、冷媒排出管路の制御弁を閉止して、コレクタ６０内部にアルゴンガス雰囲気にした。 When the temperature of the raw material in the first container 30 reaches the boiling point of calcium, argon gas is supplied into the reactor 20 until the inside of the reactor 20 becomes a non-vacuum state (0.1 [MPa]). Cooling of the collector 60 was completed by forming an argon gas atmosphere and stopping the supply of air for air cooling. Further, argon gas was supplied to the inside of the collector 60 by using the refrigerant supply line 62, and the control valve of the refrigerant discharge line was closed to create an argon gas atmosphere inside the collector 60.
続いて、コレクタ６０を第２の容器４０の近傍に降下させ、コレクタ６０の表面に蒸着した蒸着物Ｄが融解した融解物Ｍを、ドロッピングガイド６６を介して落下させ、コレクタ６０の鉛直方下方に配置された第２の容器４０に回収した。 Subsequently, the collector 60 is lowered in the vicinity of the second container 40, and the melt M in which the vapor deposition D deposited on the surface of the collector 60 is melted is dropped through the dropping guide 66, and vertically downward of the collector 60. It was collected in a second container 40 arranged in.
そして、コレクタ６０の温度が上昇して、コレクタ６０の表面温度がカルシウムの融点（８４２［℃］）を超えた時点で、ＳｉＣヒータ５０による加熱を終了し、高純度カルシウムの製造を終了した。 Then, when the temperature of the collector 60 rises and the surface temperature of the collector 60 exceeds the melting point of calcium (842 [° C.]), the heating by the SiC heater 50 is terminated, and the production of high-purity calcium is terminated.
この結果、純度９９．９［ｗｔ％］のカルシウムを１９８［ｇ］回収することができた。尚、コレクタ６０は反応器２０の側内面から離間して配置されているので、蒸着したカルシウムが反応器２０の側内面に蒸着することを防止できた。また、原料の加熱から高純度カルシウムの回収まで、カルシウムを空気に曝すことなく製造装置１０内で高純度カルシウムを製造でき、酸化物、窒化物を生成せずに、品質の劣化を抑制できた。 As a result, 198 [g] of calcium having a purity of 99.9 [wt%] could be recovered. Since the collector 60 is arranged away from the inner surface on the side of the reactor 20, it was possible to prevent the deposited calcium from being deposited on the inner surface on the side of the reactor 20. Further, from the heating of the raw material to the recovery of high-purity calcium, high-purity calcium could be produced in the production apparatus 10 without exposing the calcium to air, and deterioration of quality could be suppressed without producing oxides and nitrides. ..
高純度カルシウムの窒化物を生成し、蛍光体の原料として用いた場合、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉが低濃度、例えば２０ｐｐｍ以下の品質が要求されるが、表１より当該品質を満たすことができる。 When a nitride of high-purity calcium is produced and used as a raw material for a phosphor, low concentrations of Fe, Co, and Ni, for example, a quality of 20 ppm or less is required, and the quality can be satisfied from Table 1.
さらに、第１の容器３０、第２の容器４０及びコレクタ６０の材料を表２のように変えた以外は上記実施例と同じ条件で、第１の容器３０、第２の容器４０及びコレクタ６０の材料が回収された高純度カルシウムに与える影響を観察した。表２は、第２の容器４０に回収した高純度カルシウム中の代表的な微量成分を示す。 Further, under the same conditions as in the above embodiment except that the materials of the first container 30, the second container 40 and the collector 60 are changed as shown in Table 2, the first container 30, the second container 40 and the collector 60 are further operated. The effect of the material on the recovered high-purity calcium was observed. Table 2 shows typical trace components in the high-purity calcium recovered in the second container 40.
表２により、第１の容器３０、第２の容器４０及びコレクタ６０の材料として、回収した高純度カルシウム中の微量成分のうち、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉが２０ｐｐｍ以下であるＭｏ及びＴｉが好ましいことがわかった。 According to Table 2, as the materials of the first container 30, the second container 40, and the collector 60, Mo and Ti having Fe, Co, and Ni of 20 ppm or less are preferable among the trace components in the recovered high-purity calcium. I understand.
１０…製造装置、 １６…真空発生手段、 １８…不活性ガス供給手段、 ２０…反応器，３０…第１の容器，４０…第２の容器， ５０…ヒータ， ６０…コレクタ， ６６
…ドロッピングガイド， Ｄ…蒸着物， Ｍ…融解物。
10 ... Manufacturing equipment, 16 ... Vacuum generating means, 18 ... Inert gas supply means, 20 ... Reactor, 30 ... First container, 40 ... Second container, 50 ... Heater, 60 ... Collector, 66
... Dropping guide, D ... Vapor deposition, M ... Melt.
Claims (4)
前記反応器内に配置され、アルカリ土類金属の原料を収容する第１の容器と、
前記反応器を加熱するヒータと、
前記反応器に接続され、前記反応器内にアルカリ土類金属に対して不活性な不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記反応器に接続され、前記反応器内を真空状態に減圧する真空発生手段と、
前記反応器内に配置され、前記真空発生手段により形成された真空状態で前記ヒータにより加熱されて気化したアルカリ土類金属を冷却して、表面にアルカリ土類金属を蒸着させるコレクタと、
前記反応器内において前記コレクタの下方に配置され、前記コレクタの表面に蒸着したうえで前記ヒータによって昇温されたことにより融解されたアルカリ土類金属を回収する第２の容器と、を備えるアルカリ土類金属の製造装置。 Reactor and
A first container arranged in the reactor and containing a raw material for an alkaline earth metal,
A heater that heats the reactor and
An inert gas supply means that is connected to the reactor and supplies the inert gas that is inert to the alkaline earth metal into the reactor.
A vacuum generating means connected to the reactor and depressurizing the inside of the reactor to a vacuum state.
A collector arranged in the reactor, cooling the alkaline earth metal vaporized by being heated by the heater in a vacuum state formed by the vacuum generating means, and depositing the alkaline earth metal on the surface.
An alkali comprising a second container which is arranged below the collector in the reactor and which recovers the alkaline earth metal melted by depositing on the surface of the collector and then raising the temperature by the heater. Earth metal manufacturing equipment.
前記反応器は鉛直方向に沿って立設され、
前記第１の容器は前記反応器内の下方に配置され、
前記第２の容器は前記第１の容器の上方に配置されていることを特徴とするアルカリ土類金属の製造装置。 The alkaline earth metal manufacturing apparatus according to claim 1.
The reactor was erected along the vertical direction and
The first vessel is located below the reactor and
A device for producing an alkaline earth metal, wherein the second container is arranged above the first container.
前記コレクタを昇降するための昇降駆動装置を備えていることを特徴とするアルカリ土類金属の製造装置。 The alkaline earth metal manufacturing apparatus according to claim 2.
An alkaline earth metal manufacturing apparatus comprising an elevating drive device for elevating and lowering the collector.
前記反応器内に配置されたコレクタを冷却することによって、前記加熱工程により前記原料から気化したアルカリ土類金属を前記コレクタの表面に蒸着させる蒸着工程と、
アルカリ土類金属に対して不活性なガスを反応器内に供給して前記不活性なガスの雰囲気の非真空状態を形成するとともに、前記コレクタの冷却を終了し、前記蒸着工程により前記コレクタの表面に蒸着したアルカリ土類金属を前記ヒータによって昇温させて融解し、融解したアルカリ土類金属を前記反応器内において前記コレクタの下方に配置された第２の容器に回収する回収工程と、を備えるアルカリ土類金属の製造方法。 A heating step in which the inside of the reactor is depressurized to a vacuum state and the raw material of the alkaline earth metal contained in the first container arranged in the reactor is heated by a heater to vaporize the alkaline earth metal from the raw material.
A vapor deposition step of depositing an alkaline earth metal vaporized from the raw material on the surface of the collector by cooling the collector arranged in the reactor.
A gas inert to the alkaline earth metal is supplied into the reactor to form a non-vacuum state of the atmosphere of the inert gas, the cooling of the collector is completed, and the collector is subjected to the vapor deposition step. A recovery step in which the alkaline earth metal deposited on the surface is heated by the heater to be melted, and the melted alkaline earth metal is recovered in a second container arranged below the collector in the reactor. A method for producing an alkaline earth metal.
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