JPH07507602A - ウラン，トリウム及び希土類含有率の低い電気精錬アルミニウム - Google Patents

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】 ウラン、トリウム及び希土類含有率の低い電気精錬アルミ本発明は電解精錬製品 である純度が９９．９９８％より高いアルミニウム及びこのアルミニウムの取１ ４方法に係る。

従来技術 例えば電子回路に蒸着するのに使用される高純度アルミニウムは不純物、特に回 路のメモリの内容を変更する恐れのあるα粒子を放出する危険のある不純物の含 有率を非常に低（する必要がある。

一般に、少なくとも３種の高純度アルミニウムが殆どの場合には高純度合金成分 の添加後に、回路製造業者により第１種は要件の厳しくない用途に用いられ、ウ ラン申トリメ〜有率が２０ｐｐｂ　（１０億分率）未満及び最小アルミニウム含 有率が９９．９９８％より大であり、第２種は通常用途に用いられ、Ｕ及びＴ　 ｂの含有率が５ｐｐｂ未満及び最小Ａ１含有率が９９．９９９％より大であり、 第３種は要件のより厳しい用途に用いられ、最小アルミニウム含有率が９９．９ ９９５％より大（場合によっては９９゜９９９７％より犬）であってＵ及びＴｈ の含有率が１ｐｐｂ未満、場合によってはＱ、３ｐｐｂ又はＯ，ＩＤＩ）ｂ未満 である。

サマリウムのように顕著なα放射能を有するものを含む希土類も同様に望ましく ない。例えば１０ｐｐｂの天然サマリウムは０．Ｉｐｐｂのウラン２３８と同程 度のα粒子を放出する。

本用途に使用される高純度アルミニウムは一般に連続する２段階により得られる 。

ａ）第１段階は、例えば鎖国特許第７５９５８８号明細書及び８３２５２８号明 細書に記載されているような３層電解として知られる方法による電解精錬である 。

少な（とも７００℃の温度に維持されるこれらの３層は、アノード電位にされた 精錬すべき高密度アルミニウムー銅合金からなる底部層と、底部の合金上を浮動 する弗化物及び場合により塩化物の溶融混合物から構成される電解浴からなる中 央層と、電解浴上を浮動する非常に高純度のカソードアルミニウムからなる上部 層とを順次配置してなる。

精錬はアルミニウムよりも責な不純物を底部の不純合金中に残してアルミニウム を底部から表面層に移動させ、又アルミニウムよりも卑で浴中にトラップされた 金属不純物を酸化することにより実施される。

しかしながら、電解精錬は一次アルミニウムから例えばＦｅ、Ｓ　ｉ、Ｇａ、Ｚ ｎのような主要不純物を除去するのには非常に有効であるが、精錬すべきアルミ ニウム中のみならず電気精練浴を構成し又は正しい組成に保つハロゲン化塩中に も常に存在する特定の不純物（例えばウラン、トリウム及び希土類）を除去する のにはほとんど無効である。

場合によってはハロゲン化塩の存在によりこれらの不純物成分の含有率が増加す る可能性もある。これらの特定不純物に対し無効であることの理由はまだ解明さ れていない。

従って、−次アルミニウムから電解精錬した金属は、そ一旦電解精錬したアルミ ニウムから電解精錬した金属であっても、５０ｐｐｂ＃−より多いＵ及びＴｈ及 び２００ｐｐｂより多い希土類（主にＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ５Ｐｒ、Ｓｍ）を依然と して含有している。

この理由により、目的とする用途のために、この電解精錬段階後に、これらの有 害不純物を除去する第２の精製段階が常に行われている。

ｂ）第２段階では電気精錬後の金属を例えばチョクラルスキー法による結晶引き 上げ、ゾーン溶解又は偏析等の種々の方法により物理的に精製する。最後の方法 は仏国特許第１５９４１５４号明細書（米国特許第３６７１２２９号明細書）に 記載されている。この方法は、周囲液体よりも重く且つ純粋な晶出結晶を回収及 び分離するために適正に決定された熱条件下で、精製すべきアルミニウムをるつ ぼ内で冷却することからなる。順次再溶解及び再凝固した後、圧縮し、結晶間に トラップされた残留不純液体を排出することにより、るつぼの底部で非常に純粋 な金属が得られ、液体状態に維持された上部には、精製すべき金属中に最初に含 まれていた共晶不純物の大部分が残存している。

純度９９．９９９％のアルミニウムを得るためにこれらの２種の技術を順次適用 する方法の１例は仏国特許第２４４５３８０号明細書（米国特許第４２２２８３ ０号明細書）に記載されている。

この特許文献に記載されているように、分別結晶段階は一般に所望の金属の純度 に依存して３０〜７０％といった並の金属収率である。このために、予め電気精 錬した金属の多くの部分が品質の低下したものになり、金属の使用可能なフラク ションを得るためには操業費用が増加する。

発明の目的 本発明は、精錬槽の出口で後処理なしに希土類含有率が０ｐｐｂ未満であるよう な、電解精錬により得られる純度が９９．９９９％よりも高いアルミニウムに係 る。

本発明は更に、５０〜８０％の予備精製金属収率で予備で９０％より大きな最終 精製金属収率で３層型の電解精錬を行うことからなる、前記高純度アルミニウム の経済的な製造方法に係る。

発明の説明 第１の工程は、例えば仏国特許第１５９４１５４号明細書に記載されているよう な偏析を用いる予備分別結晶化工程により共晶元素、特にウラン、トリウム、そ れらの核分裂核種及び希土類（ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジム、 サマリウム）を含む一次アルミニウムをほぼ実質的に精製することからなる。予 備精製金属収率が５０〜８０％であるため、これらの特定不純物中の金属含有率 を１０分の１以下、多くの場合には１００分の１にすることができる。

この工程は標準純度のるつぼを使用することにより迅速なサイクルと良好な金属 収率で実施され、従って不純金属が品質の低下したものになる割合が制限され、 特に共晶不経済的に有利な条件下で実施される。

第２段階は、予め偏析させてα粒子放出性不純物を殆ど除去しておいた金属を３ 層法式電解精錬容器に供給することからなる。

得られる金属の純度を更に改善するためには、電解浴を構成するために使用され る塩（例えば弗化ナトリウム、弗化アルミニウム、塩化バリウム又は弗化バリウ ム）と、損失を補償するために浴を初期組成に維持すべく工程中に添加すべき塩 とを精製することができる。

このためには、アルミニウムよりも責な不純物を還元して吸収することが可能な 溶融アルミニウム塊とこれらの塩を接触させる。

この接触は種々の方法で実施することができ、例えば精錬槽から分離したるつぼ 内で実施してもよいし、上層の精錬金属中を通したグラファイトリングを通して 実施してもために使用される固体塩を液体電解浴層に供給し、塩の不純物を還元 及び吸収することが可能な溶融アルミニウム塊をリングの内側に保持する。この 溶融アルミニウム塊はグラファイトリングを取り出す前にグラファイトリングか ら引き出す。

従って、ウラン、トリウム及び希土類の含有率が特に低（、不純物含有率がＳｉ ２ｐｐｍ未満、Ｆｅ２ｐｐｍ未満、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ及びＳｍの合計が１００ｐ ｐｂ未満である純度が９９．９９９％よりも大のアルミニウムを得ることが可能 であり、これに対して未処理の一次アルミニウムから従来通りに製造した電気精 錬アルミニウムは依然として５０ｐｐｂよりも多いＵ及びＴｈ及び２００ｐｐｂ よりも多い希土類を含有している。

要件がより厳しい用途でＵとＴｈの含有率が０．１ｐｐｂ未満で純度９９．９９ ９５％超といった非常に高純度のアルミニウムが所望される場合には、上記電気 精錬金属を更に迅速な物理的精製工程、例えば偏析、ゾーン溶解又はチョクラル スキー結晶引き上げ法等にかける。このためには、るつぼにより金属が汚染され ないように、今度はｌｐｐｍ未満という低減されたＵとＴｈの含有率を有する一 般にグラファイトからなるるつぼ又は高純度舟形容器を使用する。実際に、偏析 用るつぼの寿命は限られ、消耗するので、製造費用が増すことは知られている。

しかしながら、この第３段階は迅速なサイクルで実施され、従って３０〜８０％ 、殆ど多くの場合には５０％より高い金属収率が得られるので、全体としての総 金属収率は従来技術よりも明らかに高い。従って、本発明により製造される金属 の１トン当たりの費用は著しく廉価である。

実施例１ 最初に純度９９．９２％の一次金属から、二番目に偏析により９９．９９％に精 製した同一金属から３層法により電解精錬アルミニウムを製造した。従来技術の 方法として、電解精錬後に一方では標準るつぼ（例えば炭化ケイ素、クレー及び グラファイトの焼成混合物である黒鉛容器）内で偏析を実施して純度９９．９９ ９％のアルミニウムを得、他方では高純度るつぼで偏析を実施し、純度９９．９ ９９５％のアルミニウムを得た。

本発明の方法では、電解精錬後に高純度るつぼで迅速に偏析を実施し、純度９９ ．９９９８％のアルミニウムを得た。

添付の表は種々の製造段階におけるウラン、トリウム及び希土類の夫々の含有率 と、各操作の金属収率を示す。

純度９９．９９９％のアルミニウムを得るためには、従来技術の方法の金属収率 は０．９７Ｘ０．５＝０．４８５であり、本発明の方法では０．７Ｘ０．９７＝ ０．６７９であることが銘記されよう。

１１９９．９９９５％アルミニウムの場合には、金属収率は従来技術では０．９ ７Ｘ０．３＝０．２９１であり、本発明では０．６７９Ｘ０．６＝０．４０７で ある。

実施例２ 実施例１よりも明らかに低純度の純度９９．６％の一次金属から出発した。ウラ ン、トリウム及び希土類の夫々の含有率と種々の製造段階における金属収率を表 ２に示す。

３層電解精錬と黒鉛るつぼ内での偏析からなる従来技術の方法ではｉ　５　ｐ　 ｐ　ｂのウラン、１８ｐｐｂのトリウム及び１３０ｐｐｂの希土類を含有する金 属が得られ、金属収率は０．９７ＸＯ，５＝０．４８５であった。

標準黒鉛るつぼで迅速に偏析後に３層電解精錬を実施することからなる本発明の 方法では、４ｐｐｂのウラン、１１ｐｐｂのトリウム及び７０ｐｐｂの希土類を 含有するアルミニウムが得られ、金属収率は０．７Ｘ０．９７＝０゜６７９であ った。

初期金属 表２ 初期金属 ↓

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．精錬槽の出口で後処理なしに希土類含有率が１００ｐｐｂ未満でありウラン とトリウムの合計含有率が２０ｐｐｂ未満であることを特徴とする、電解精錬に より得られる純度が９９．９９８％より高いアルミニウム。
2. ２．５０〜８０％の予備精製金属収率で第１の分別結晶化工程を実施した後、９ ０％より高い最終精製金属収率で溶融ハロゲン化塩の浴中で３層法により前記予 備精製金属を電解精錬することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムの製 造方法。
3. ３．電解浴を構成し、又正しい組成に保つために使用されるハロゲン化塩を予め 精製することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. ４．液体アルミニウムと接触させることにより塩を精製することを特徴とする請 求項３に記載の方法。
5. ５．電解精錬工程後にＵ及びＴｈの合計含有率が１ｐｐｍ未満の高純度るつぼで ３０〜８０％の収率で物理的精製を実施することを特徴とする、請求項２から４ のいずれか一項に記載の、純度が９９．９９９５％より高く、かつＵ及びＴｈの 合計含有率が０．１ｐｐｂ未満の非常に高純度のアルミニウムの製造方法。