JPH0436427A

JPH0436427A - 希土類金属の製造装置

Info

Publication number: JPH0436427A
Application number: JP14135690A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Sakami; 酒見　和文; Toshiaki Ishigaki; 石垣　敏明; Takashi Ogata; 緒方　俊
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd; Nikko Kyodo Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、希土類金属及びその装置に関するものである
。

［従来の技術］希土類金属は、活性が高いので、その製造には、高度な
技術が要求される。希土類金属を製造する方法として、
代表的なものは、下記の通りである。

】）無水希土類塩化物または希土類フッ化物を、溶融塩
の電解浴中で電解採取する方法２）無水希土類塩化物または希土類フッ化物を、アルカ
リ、アルカリ土類金属により熱還元する方法３）希土類酸化物をカルシウム、マグネシウム、アルミ
ニウム、ケイ素、炭素などで熱還元する方法４）希土類アマルガムを真空加熱により、水銀を分離す
る方法５）希土類酸化物を溶融塩の電解浴中で電解採取する方
法しかし、これらの方法では副原料や装置からの不純物の
汚染があり、高純度金属を得ることは困難であった。

これらの方法で得られた希土類金属をさらに高純度化す
るためには、通常は、蒸留精製法、エレクトロ・トラン
スポート法、ゾーン精製法等を用いて精製するなど高度
な設備や技術を必要としている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

希土類金属は、非常に活性であり、高純度なものを得る
ためには、蒸留精製法、ゾーン精製法等を用いることが
、必要とされている。しかし、これらの方法で、希土類
金属と同じ挙動をする不純物成分は除去することはでき
ない。

現在、市販されている希土類酸化物は、溶媒抽出法ある
いはイオン交換法等の精製法で製造されておりその純度
は３Ｎ（９９，９ｗｔ％）以上であり、品質的には優れ
ている。しかしながら、これらの高純度希土類酸化物を
原料として製造される希土類金属は、製造工程において
雰囲気あるいは使用薬品、製造容器等により汚染され、
高純度なものは得られない。　以上に鑑み、本発明は、
高純度希土類金属及びその工業的に採算のとれる高純度
希土類金属製造に関する装置を確立することにある。

〔問題点を解決するための手段及び作用］本発明は、希
土類金属製造法において、還元等に用いられるタンタル
及び又はタングステン製の溶解容器の上部又は蓋の横側
に穴を設け、その容器をさらに大きなタンタル及び又は
タングステン製の材料からなるもので二重の構造にする
ことにより、雰囲気、製造容器の材料からなるものから
の汚染に対し、好ましい装置であることが初めて判明し
たことによる。

斯くして、本発明は、１）希土類ハロゲン化物ならびにその合金を還元・蒸留
する工程で、希土類金属を製造する装置において、少な
くともタンタル及び又はタングステン製の溶解容器の上
部又は蓋の横側に、不純物であって揮発除去する成分で
あるものを抜く開孔部を設け、製造した希土類金属及び
その合金への前記不純物による汚染を防止することを特
徴とする希土類金属製造装置。

２）特許請求の範囲第１項記載の希土類金属を製造する
装置おいて、そのタンタル及び又はタングステン製の溶
解容器を、さらに大きなタンタル及び又はタングステン
の材料からなるものとの二重構造とし、該材料が５００
℃以下の温度ゾーンの高さまで設置され、周囲の不純金
属からの汚染を未然に防止することを特徴とする希土類
金属製造装置。

３）得られる希土類金属中のＡｌ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｆｅ等
の含有率が、それぞれ５０ｐｐｍ以下であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項の装置。

を提供する希土類金属の製造装置である。

［発明の詳細な説明］本発明でいう希土類金属とはＬａ、Ｃｅ％Ｐｒ、Ｎａ、
Ｙ％Ｇｄ、Ｔｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒをさす
ものである。上に述べた様に、これらの希土類金属をさ
らに高純度化するためには、通常は、蒸留精製法、エレ
クトロ・トランスポート法、ゾーン精製法等を用いて精
製する。しかしながら、これらの方法で高純度化するた
めには、限界があるために精製する前に、予め不純物濃
度を少なくしておく必要がある。

希土類金属製造装置は、溶解容器の上部又は蓋の横側に
、不純物であって揮発除去する成分を抜く開孔部を設け
る。

これは、揮発除去した不純物が、再び溶解容器内に落下
し、精製希土類金属を汚染しないようにするためである
。

開孔部は、例えば０．５〜２　ｃｍ　　あるいは０．５
〜２ｃｍφであり、その数は、５〜１５個程度設けられ
る。

あまり小さくまた数が少なければ、不純物の除去が効率
的に行われないためであり、大きすぎたり多すぎては、
不純物による汚染を防止できないためである。

溶解容器は、通常１００〜４００ｍｍφのものが用いら
れる。

該容器の材質は、タンタル及び又はタングステン製のも
のである。これは高融点の材質のものを用いることによ
り、材質が溶解し、希土類金属を汚染することを防止す
るためである。

溶解容器内では、希土類合金例えば、スカンジウム−亜
鉛合金、ユーロビュムー亜鉛合金等を溶解する。

希土類金属装置は、第１図に示すごとく製造容器（９）
、タンタル坩堝（５）、タンタル容器（６）、　ジャケ
ット（１３）、真空排気系（１４）、　タンタル製蓋（
１１）、電気炉（７）から主に構成されている。

揮発成分は、ジャケット（１３）に凝縮して付着し、そ
れが、タンタル坩堝（５′）内に落下することにより不
純物汚染源となる。又、製造容器（９）からの不純物の
汚染防止するため、タンタル坩堝上部横に開孔部を設け
たタンタルの蓋（１１）を設けることが必要である。こ
こで開孔部は、揮発成分を抜くために設けたものである
。その開孔部の大きさは蒸発させたい物質の量及び蒸発
速度より決めた値である。蓋を設けることとは、タンタ
ル坩堝の上部横に開孔部を設け、その上部に蓋をするこ
とも包括するものである。

揮発成分は、ジャケット（１３）に付着するだけではな
く、その周辺に拡散し、製造容器（９）、タンタル坩堝
（５）内を汚染する。また製造容器（９）からも高温に
なると不純物が揮発し汚染源となるために、さらに大き
なタンタル容器（６）に入れて二重の構造とすることに
より、不純物からの汚染を防止することができる。タン
タル容器（６）の上部は製造容器（９）から発生した不
純物が凝縮する様に５００℃以下にすことが望ましい。

ここで二重構造とは、製造容器（９）の内側にタンタル
等からなるスカートを設けることも含むものである。

第１図に、希土類金属製造装置の例を示しである。まず
製造容器（９）は電気炉内（７）にセットされ、その製
造容器（９）内にタンタル類等からなる容器（６）を挿
入し、さらにタンタル類等からなる坩堝（５）に希土類
ハロゲン化物又はその合金を充填し、上部横側に開孔部
を設けた蓋を取り付けて、タンタル容器（６）内にセッ
トした。

製造容器（９）の上端には、蓋がゴム製のＯリング等の
シールを介して装着される。製造容器（９）の蓋には、
ジャケット（１３）、Ａｒ封入口（１）、熱電対温度計
（炉内）（２）の取付口が設けられている。

その後熱電対温度計を炉内に、製造容器（９）の底から
少し上になるように設定し固定する。この熱電対温度計
の上端、すなわち製造容器の蓋の部分はゴム製のＯリン
グ等のシールを介して装着される。希土類金属は活性で
あるため、熱電対温度計のアルミナ製の絶縁管は、ステ
ンレス製のパイプで保護している。またジャケット（１
３）は、揮発成分等の不純物を凝縮するために水冷構造
とし、ジャケット（１３）の冷却水は、入口（３）から
出口（４）へと排出される。

さらに真空排気系（１４）をセットするが、これは製造
容器（９）との間はゴム製のＯリング等でシールされる
。以上が希土類金属装置の概要である。

本発明は、希土類ハロゲン化物を不活性ガス雰囲気中で
加熱し、活性金属等で還元する工程（ａ工程）、希土類
合金に含有する成分を揮発させる工程（ｂ工程）の２つ
の工程を含む希土類金属製造装置である。

第１図の装置に基づいて希土類金属製造の操業例を説明
する。先ず最初に、タンタル類等の坩堝（５）の中に希
土類ハロゲン化物、還元剤等及び又は希土類合金等を所
定量充填し、その上部にクンタル類等の蓋を取り付ける
。これを予め製造容器（膚）に挿入しておいたタンタル
類等の容器（６）の中に入れ、タンタル類等の足桁（１
６）の上に載せる。

そして製造容器（９）に蓋ならびに不活性ガス封入口（
１）、熱電対温度計（炉内）（２）を取り付けて密閉状
態とする。そして製造容器（９）内を真空ポンプで真空
排気系（１４）を介して十分排気する。

ａ工程の場合、その後、製造容器（９）内に不活性ガス
を導入して０．１〜０．５　ｋｇ／ｃＴ＋！の圧力に保
つ。そして２００〜４００℃位で、付着ガス成分、水分
を取り除く。この不活性ガス雰囲気中で希土類金属の融
点の少なくとも５０℃以上高い温度として希土類金属と
スラグに分離させ、保持後冷却する。この工程において
製造容器（９）内の圧力をｏ、　１〜ｏ、ｓ　ｋｇ／ｃ
ｕｔに保つために圧力調整弁（１５）により自動的に排
出される。

ｂ工程の場合、真空排気後、少なくともｌ　Ｏ−’ｔｏ
ｒｒの真空度に保持する。そして２００〜４００℃位で
、付着ガス成分、水分を取り除き、所定の温度まで加熱
し揮発成分を取り除く。

この電気炉（７）は、発熱体（８）より加熱され、熱電
対温度計（炉体）　（１０）で計測して、製造容器（９
）内の温度を制御した。その製造容器内の温度は、熱電
対温度計（炉内）（２）より検出される。

［実施例１第１図の装置（９）を用いて、スカンジウム−亜鉛合金
（１２）より亜鉛を揮発させて、スポンジスカンジウム
を精製する実施例を示す。

２００ｍｍφのタンタル製坩堝（５）に小塊状のスカン
ジウム・亜鉛合金を約１０００ｇ装入し、そしてこの上
部に、横側に１ｃｍ　　の開孔部を８個設けたタンタル
製蓋（１１）を取り付けて、さらに大きなタンタル製容
器（６）に挿入し、電気炉（７）にセットした。電気炉
は、発熱体（８）により加熱され、熱電対温度計（炉体
）（１０）により制御し、熱電対温度計（炉内）（２）
が一定温度となるようにした。

揮発した亜鉛蒸気を凝縮させるために電気炉の上部蓋を
ジャケット（１３）とし、冷却水は、入口（３）より導
入し出口（４）より排出した。炉内及び合金中のガス成
分、付着水分を取り除くために、前操作として真空ポン
プで真空排気系（１４）を介して内部を十分に排気した
のち加熱を開始した。その間に亜鉛の融点４２０℃以上
から１０６０℃の間は亜鉛蒸気によって炉内圧力が高ま
り真空度が悪化するために、加熱速度を弛にかにして、
１０００〜１２００℃まで加熱し、亜鉛を発揮させ、さ
らに亜鉛を揮発させてタンタル坩堝に精製したスポンジ
スカンジウム中に残留する揮発成分（Ｃａ等）を取り除
くために１０００〜１２００℃でさらに数時間保持した
。

常温まで冷却後、電気炉上部のジャケット（１３）に付
着した亜鉛が、タンタル坩堝（５）内に落下しないよう
に取り外し、スポンジスカンジウムを取り出した。取り
呂したスポンジスカンジウムは塊状のポーラスな状態で
あった。

タンタル坩堝（５）の上部又はタンタル製蓋（１１）の
横側に開孔部を設け、さらにそれを大きなタンタル容器
（６）に入れて精製したスポンジスカンジウムと、そう
でないものとの分析値は次表の通りであった。Ａｌ、Ｆ
ｅ等の不純物が本発明の実施例では極めて低いことが把
握される。

以下余白表　スカンジウム中の不純物量（単位ｐｐｍ　）［発明の効果］本発明を実施することにより、希土類金属中のＡｌ、Ｃ
ｒ、Ｃｕ％Ｆｅ等の不純物を極めて低い値とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の希土類金属の製造装置の一例の正面
図である。１：　　Ａｒ封入口２：　熱電対温度計（炉内）３：　冷却水入口４：　冷却水出口５　：６＝７＝８＝９：１〇二１１　：１２：１３：１４　：１５　：１６＝タンタル坩堝タンタル容器電気炉発熱体製造容器熱電対温度計（炉体）タンタル製蓋（スカンジウム＋亜鉛）合金ジャケット真空排気系圧力調整弁タンタル製足桁（充填物）

Claims

【特許請求の範囲】１）希土類ハロゲン化物ならびにその合金を還元・蒸留
する工程で、希土類金属を製造する装置において、少な
くともタンタル及び又はタングステン製の溶解容器の上
部又は蓋の横側に、不純物であって揮発除去する成分で
あるものを抜く開孔部を設け、製造した希土類金属及び
その合金への前記不純物による汚染を防止することを特
徴とする希土類金属製造装置。２）特許請求の範囲第１項記載の希土類金属を製造する
装置おいて、そのタンタル及び又はタングステン製の溶
解容器を、さらに大きなタンタル及び又はタングステン
の材料からなるものとの二重構造とし、該材料が５００
℃以下の温度ゾーンの高さまで設置され、周囲の不純金
属からの汚染を未然に防止することを特徴とする希土類
金属製造装置。３）得られる希土類金属中のＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ等
の含有率が、それぞれ５０ｐｐｍ以下であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項の装置。