JPH0565549A

JPH0565549A - 金属の純化方法

Info

Publication number: JPH0565549A
Application number: JP25448691A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kudo; 秀明工藤; Koichi Ohara; 弘一尾原; Mitsuhiro Otaki; 光弘大滝; Akira Yamazaki; 明山崎; Yoshihiro Yama; 善裕山
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1991-09-05
Filing date: 1991-09-05
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】効率の良い、金属の純化方法を提供する。【構成】固相粒子生成用の核生成装置８を配置した核
生成室２と前記核生成室２で生成した固相粒子６を溶解
する核溶解室３とを下部に通路を設けて連結したユニッ
ト炉１に溶湯７を保持し、核生成室２にて生成した固相
粒子６を下部通路４を通して核溶解室３に連続的に移送
し溶解する金属の純化方法において、核生成室２内の溶
湯７を上下方向の所定領域で局部的に強加熱して、前記
固相粒子６周辺の低温溶湯７の下降流を上昇流に転じ
て、前記低温溶湯７が核溶解室３に流入するの防止す
る。【効果】核生成室２内の低温溶湯７が核溶解室３に流
入しないので、核溶解室３内の溶湯温度が高温に保持さ
れて、核溶解室３内に移送される固相粒子６が急速に溶
解し純化効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高純度金属を効率よく
製造し得る金属の純化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の超小型化、精密化に伴
い、これに使用される金属材料には、導電性、柔軟性、
表面特性等の一層の向上が求められており、これに呼応
して高純度金属をベースとする金属材料の開発が年々活
発になされてきている。高純度金属を得る為の金属の純
化方法には、大別して電解法と偏析法とがあるが、微量
不純物を除去するには偏析法が優れている。偏析法とは
溶湯が凝固する時の溶質の分配法則を応用する純化方法
で、帯溶融方式と凝固方式とが知られている。

【０００３】ここで前記の分配法則を状態図を参照して
説明する。図５は分配係数Ｋ〔Ｋ＝液相線温度に達した
時の（晶出固相の溶質濃度）／（初期溶質濃度）〕が１
より小さい溶質を含有する金属の状態図を示すものであ
り、不純物元素の大半はＫ＜１である。さて、この状態
図の溶質濃度Ｃ₀の溶湯を冷却していって、その温度が
液相線温度Ｔ₁に達するとＣ₁濃度の核（固相粒子）が
最初に晶出する。更に温度を下げていくと晶出する固相
の溶質濃度は次第に高くなるが、温度をＴ₁に保持する
間は溶質濃度Ｃ₁の固相粒子が晶出する。

【０００４】ところで、前述の凝固方式による純化法
は、従来からバッチ式で行われていて生産性に劣るもの
であり、これを改善する為に、本発明者等は高純度金属
を連続して製造できる金属の純化装置を開発した（特願
昭61-241037)。この金属の純化装置は、図４に例示したような構造のも
ので、この装置を用いて分配係数Ｋが１未満の溶質つま
り不純物を含有する金属溶湯を純化する方法は、次に説
明する通りである。即ち、第１のユニット炉１の核生成
室２にて核生成装置８により生成した固相粒子６を、核
生成室２から核溶解室３へアンダーフロー部の床面の傾
斜に沿って重力移送させ、核溶解室３に移送された固相
粒子６を核溶解室３にて再溶融して核溶解室３内の溶湯
７の純度を高め、次いでこの溶湯７を樋10を通して図示
しない第２のユニット炉の核生成室に移送する。この第
２ユニット炉でも、第１ユニット炉１で行ったのと同じ
操作を溶湯の設定温度を幾分上げた状態で行い、以下最
終のユニット炉まで同じ操作を繰り返して、溶湯の純度
を次第に高めていく。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな金属の純化方法では、１ユニット炉当たりの純化効
率が低い為ユニット炉を多数設置する必要があり、設備
費が高くなるというような問題があった。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明はこのような状況に
鑑み鋭意研究を行った結果、核生成室内の核生成装置近
傍で冷却された低温溶湯が核生成室内を固相粒子ととも
に下降して、そのまま隣の核溶解室に流入し、その結果
核溶解室の温度が下がり、前記固相粒子の溶解速度が低
下することを知見し、更に研究を進めて本発明を完成す
るに至ったものである。即ち、本発明は、固相粒子生成
用の核生成装置を配置した核生成室と前記核生成室で生
成した固相粒子を溶解する核溶解室とを下部に通路を設
けて連結したユニット炉に金属溶湯を保持し、核生成室
にて生成した固相粒子を下部通路を通して核溶解室に連
続的に移送し溶解する金属の純化方法において、核生成
室内の溶湯を上下方向の所定領域で局部的に強加熱し
て、前記固相粒子周辺の低温溶湯の下降流を上昇流に転
じて、前記低温溶湯が核溶解室に流入するの防止するこ
とを特徴とするものである。

【０００７】以下に本発明を図を参照して具体的に説明
する。図１は本発明にて使用する金属の純化装置の態様
例を示す要部説明図である。ユニット炉１は断面角型の
核生成室２と核溶解室３とからなり、核生成室２と核溶
解室３とは、核生成室２から核溶解室３に向けて下り勾
配の下部通路４を介して連結されている。核生成室２と
核溶解室３の壁部には、シリコニット発熱体５が埋込ん
であるが、特に核生成室２の上方壁部には、上下方向に
４組のシリコニット発熱体５が配線系統をそれぞれ別に
して埋込まれている。又核生成室２の下方の核溶解室３
に遠い側の内壁面は、下部通路４と同じ勾配で傾斜させ
てあり、固相粒子６が前記内壁面及び下部通路４に沿っ
てスムーズに移送されるように設計されている。

【０００８】次に、この装置を用いて分配係数Ｋが１未
満の溶質を不純物として含有するＡｌ溶湯を純化する方
法を説明する。先ず、第１ユニット炉１の核生成室２と
核溶解室３に純化しようとする金属の溶湯７を所定量注
入し、次に核生成室２の核生成装置８を稼動させつつ溶
湯温度を液相線温度にまで下げて、そのままその温度に
保持する。この際、核生成室２の上から４組目のシリコ
ニット発熱体15の電流値を、他の発熱体５の電流値より
高目に設定しておいて、この発熱体５の配置部位を強加
熱領域９とする。核生成装置２の溶湯７と接する面に
は、前述の分配法則に従って純度の高い固相粒子６が生
成し、この固相粒子６はその周辺の低温溶湯と一緒に核
生成室２内を下降する。この固相粒子６が核生成室２内
の強加熱領域９に到達すると、固相粒子６周辺の低温溶
湯は強加熱されて上昇流に転ずる。他方、固相粒子６は
運動エネルギーを有しているので、そのまま下降して核
溶解室３内に移動する。核溶解室３内には低温溶湯が流
れ込まないので、溶湯は高温度に保持されて、固相粒子
６は速やかに溶解し、純化効率が高まる。第１のユニッ
ト炉１の核生成室２には原料のＡｌ溶湯７を、固相粒子
10の生成速度に合わせて補充する。核溶解室３からは高
純化された溶湯７がオーバーフローして製出される。本
発明方法において、核生成室２内で溶湯７を強加熱する
領域９は、固相粒子６が溶湯７の動きに乗じて上昇した
りしない程度の所要の運動エネルギーを有する領域、つ
まり核生成室内のより下方の領域が好ましい。又強加熱
領域は、投げ込みヒーター等を用いて形成することも可
能である。

【０００９】本発明方法における核生成室内の溶湯及び
固相粒子の流れ方を、従来法の場合と比較して、図２，
３を参照して説明する。従来法では、図３に示したよう
に、核生成装置８近傍で冷却された低温溶湯（流れを矢
印で示す。）は核生成室２内を固相粒子６と一緒に下降
して核溶解室に流入する。本発明方法では、図２に示し
たように、核生成室２の上下方向の所定領域９で溶湯７
を局部的に強加熱するので、低温溶湯は上昇流に転じて
下降しなくなり、運動エネルギーを有する固相粒子６の
みが核生成室２内を下降して核溶解室へ移動する。従っ
て、核溶解室内の溶湯温度の低下が防止される。

【００１０】

【作用】本発明方法では、ユニット炉を構成する核生成
室の所定領域で核生成室内の溶湯を局部的に強加熱する
ので、固相粒子周辺の低温溶湯の下降流は前記強加熱領
域にて上昇流に転じて、隣の核溶解室に流入するような
ことがなく、従って核溶解室内の溶湯温度は高温度に保
持される。又固相粒子は運動エネルギーを有しているの
で、低温溶湯の動きとは別にそのまま核生成室内を下降
して核溶解室内に移動し、前述の高温に保持された核溶
解室内の溶湯中に速やかに溶解し、依って高純度の溶湯
が効率良く製出される。

【００１１】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。実施例１図１に示したユニット炉を５基、先のユニット炉の核溶
解室と次のユニット炉の核生成室との上部を樋で連結し
て純化装置となし、この純化装置を用いてＡｌ溶湯の純
化実験を行った。ユニット炉の核生成室は、通路入口ま
での深さが４００ｍｍ、断面内径が２００×１１０ｍｍ
の角型で、上部１６０ｍｍまでの壁部内に４組のシリコ
ニット発熱体を上下に等間隔に、電気系統を独立させて
埋設した。又核溶解室は、深さが５００ｍｍ，断面内径
が６０×１１０ｍｍの角型で、核生成炉と核溶解炉をつ
なぐ下部通路には断面内径が２５×１１０ｍｍの黒鉛製
筒を用いた。Ａｌ溶湯には、分配係数が１より小さいＣ
ｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｚｎ等の不純物元
素をそれぞれ1500,300,300,200,400,200,500ppm 含有す
る９９．７％純度のものを用いた。第１ユニット炉の核
生成室内の溶湯温度は６６５℃に、又核溶解室の溶湯温
度は６７５℃に制御した。核生成室内の溶湯上部には核
生成装置を浸漬した。核生成装置は内部水冷式交流振動
型のもので、溶湯浸漬部は黒鉛とアルミナを混合焼結し
た材質のものを用いた。前記核生成装置には５０Ｈｚの
振動を発生させ又毎分３０ｍｌの冷却水を流して、毎分
４０ｇの固相粒子を生成させた。第一ユニット炉の核生
成室には、毎分４０ｇの原料溶湯を補給した。核生成室
の上部３組のシリコニット発熱体には同じ電流値を流
し、最下部の第４組目の発熱体の電流値は種々の値に増
加させて、この発熱体部位を強加熱領域とした。このよ
うにして純化実験を連続１０時間行った時点で、各々の
核溶解室からオーバーフローする溶湯をサンプリングし
て不純物を定量分析した。結果は表１に示した。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１より明らかなように、本発明方法品
（No．１〜３）は比較例品（No．４）に較べて、いずれ
も不純物量が少ないものであった。中でも、第４番目の
発熱体の電流値を３０％増加させたNo．２は、純化効率
が最も良く、第４ユニット炉出口で、比較例品（No．
４）の第５ユニット炉出口の純度を上回っていた。この
ことから、本発明方法によれば、ユニット炉の基数の節
減が可能なことが実証された。尚、No．１は、第４番目
の発熱体の電流値を１０％しか増加させなかった為溶湯
の下降流を上昇流に十分転ずることができずに、又No．
３は第４番目の発熱体の電流値を５０％も増加させた為
固相粒子が溶湯の動きに乗じて上昇し又は再溶解して、
いずれも純化効率がNo. ２を下回るものとなった。

【００１４】実施例２実施例１で用いたのと同じ純化装置及び核生成装置を用
いて、銅の純化実験を行った。銅溶湯には分配係数が１
より小さいＡｌ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓ，Ｐｂ，Ｃｒ，
Ｍｇ等の不純物元素をそれぞれ180,350,65,500,100,60
0,75,150ppm含有する９９．８％純度のものを用いた。
第１ユニット炉の核生成室内の溶湯温度は１０８５℃
に、又核溶解室の溶湯温度は１１００℃に制御した。核
生成装置には５０Ｈｚの振動を付与し又毎分３５ｍｌの
冷却水を流して、毎分６０ｇの固相粒子を生成させた。
第一ユニット炉の核生成室には毎分６０ｇの溶湯を補充
した。強加熱領域は実施例１の場合と同様に最下部の第
４組目の発熱体部位とした。このようにして純化実験を
連続１０時間行った時点で、各々の核溶解室からオーバ
ーフローする溶湯をサンプリングして、不純物を定量分
析した。結果は表２に示した。

【００１５】

【表２】

【００１６】表２より明らかなように、本発明方法品
（No．５〜７）は比較例品（No．８）に較べて、いずれ
も不純物量が少ないものであった。中でも、第４番目の
発熱体の電流値を５０％増加させたNo．７の純化効率が
最も良く、第４ユニット炉の出口で比較例品の第５ユニ
ット炉出口の純度を上回っていた。これは、本発明方法
によればユニット炉の基数の節減が可能なことを実証す
るものである。尚、No．５及びNo．６は、第４番目の発
熱体の通電量が低すぎて、溶湯の下降流を上昇流に十分
転じることができずに、いずれも純化効率が、電流値を
５０％増加させたNo．７より劣るものとなった。以上Ａ
ｌ及び銅の純化実験について説明したが、本発明方法
は、他の金属に応用しても同様の効果が得られるもので
ある。又本発明方法は、本発明者等が先に特願昭61-241
036 で提案した分配係数が１より大きい不純物を含有す
る金属の純化方法に適用しても、その純化効率を向上さ
せることができる。

【００１７】

【効果】以上述べたように、本発明方法によれば、ユニ
ット炉の核生成室内の溶湯を核生成室内の所定領域で強
加熱するという簡単な操作により、金属の純化効率を高
めることができ、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法にて用いる金属の純化装置の態様例
を示す要部説明図である。

【図２】本発明方法における核生成室内の溶湯及び固相
粒子の流れの説明図である。

【図３】従来法における核生成炉内の溶湯及び固相粒子
の流れの説明図である。

【図４】従来法で用いる金属の純化装置の要部説明図で
ある。

【図５】溶質元素の分配法則を説明する為の金属状態図
である。

【符号の説明】

１ユニット炉２核生成室３核溶解室４下部通路５，15 シリコニット発熱体６固相粒子７溶湯８核生成装置９強加熱領域 10 樋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎明東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者山善裕東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固相粒子生成用の核生成装置を配置した
核生成室と前記核生成室で生成した固相粒子を溶解する
核溶解室とを下部に通路を設けて連結したユニット炉に
金属溶湯を保持し、核生成室にて生成した固相粒子を下
部通路を通して核溶解室に連続的に移送し溶解する金属
の純化方法において、核生成室内の溶湯を上下方向の所
定領域で局部的に強加熱して、前記固相粒子周辺の低温
溶湯の下降流を上昇流に転じて、前記低温溶湯が核溶解
室に流入するの防止することを特徴とする金属の純化方
法。
【請求項２】複数のユニット炉を、先のユニット炉の
核溶解室と次のユニット炉の核生成室とを、上記各室の
上部に樋を配置して連結して用いることを特徴とする請
求項１記載の金属の純化方法。
【請求項３】核生成室内の溶湯の強加熱を、核生成室
の壁部に埋設した発熱体を強発熱させて行うことを特徴
とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の金属の純
化方法。