JPS63159223A - 高純度四塩化ジルコニウムの製造方法 - Google Patents

高純度四塩化ジルコニウムの製造方法

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JPS63159223A JP30662986A JP30662986A JPS63159223A JP S63159223 A JPS63159223 A JP S63159223A JP 30662986 A JP30662986 A JP 30662986A JP 30662986 A JP30662986 A JP 30662986A JP S63159223 A JPS63159223 A JP S63159223A
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zirconium tetrachloride
zirconium
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木村 悦治
Katsumi Ogi
勝実 小木
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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] 本発明は四塩化ジルコニウム(Zr0文4)の製造方法
に関し、とくに種々の電子材料に利用される各種のZr
含有化合物の原料として用いられる高純度のZr0文、
を製造する方法に関する。
Zrは各種電子材料としての用途が急増しており、高純
度のZrが求められている。特に、気相成長法(CVD
法)によりZr含有化合物を製造する場合等は、原料と
してZrCfL、ガスが用いられており、純度の極めて
高いZrCl,が必要とされている6本発明は、電子材
料として利用されるZr含有化合物等の原料として最適
な高純度のZrCl,を効率良く、かつ容易に製造する
方法を提供する。
[従来技術と問題点] 現在、ZrCl4はZr製錬の際に金属Zrを採取する
中間工程から得られる。Zr鉱石は通常、Fe、An、
P、U、Hf等を含有するので、これらの不純物を除去
するために、例えば次の工程に従って製錬される。最初
にZr鉱石を塩素化し、更にオキシ塩化物に転換して液
液抽出法で精製し、抽出物を一度酸化物に代え、これを
再び塩化物に転化する。生成したZrCJlaは固形物
であり、これを金属Mgと共に加熱炉に装入し、Mgに
より還元してスポンジ状の金属Zrを得る。
上記Zr製錬工程により得られるZ rC14にはアル
カリ金属、重金属等が数10pp−以上含有されており
、電子材料用原料として用いるには純度が低く利用でき
ない。
[問題解決に係る知見] 本発明者等は、従来のZr製錬方法に代えて、Zr0文
4の蒸留器と複合還元蒸留装置を組合せることにより、
高純度の金属Zrを製造する方法を完成した(特願昭6
0−275928号)。
該方法の概略は、ZrCfL4とアルカリ金属塩化物と
の混合物等からなる溶融浴に粗Z rcu。
を加え、Z r Cl aを蒸留して予め金属Mgを存
在させた還元域に導き、上記蒸留域と還元域との内圧差
によりZrCl,ガスを間欠的に該還元域に導入してZ
rCl,をMgにより還元して金属Zrスポンジを生成
させ、副生ずるMgC文2文体融体欠的に抜き出して、
その後未反応Mgと副生MgC1,とを真空蒸着でZr
スポンジから除去することによって高純度金属Zrを製
造する方法である。該方法は原料のZrClaを気体状
態で還元域に導入するため高純度の金属Zrを効率よ〈
製造できる利点を有している。
本発明は、上記高純度金属Zrの製造方法に用いられる
蒸留装置を利用し、これに塩素ガスの供給手段を付設し
て、粗ZrCl4.金属ZrあるいはZr含有スクラッ
プ等を原料として高純度のZr0文、を製造できるよう
にしたものである。
[発明の構成] 本発明によれば、蒸留器に、ZrCl4の昇華点よりは
るかに高い沸点を有する溶融塩と、Zr原料とを装入し
、該蒸留器内に塩素ガスを吹込み7rCQ、のH華占ロ
トに加1iklf7rco、*蒸留し回収する高純度四
塩化ジルコニウムの製造方法が提供される。
本発明は、Z rcJl。の昇華点よりはるかに高い沸
点を右する溶融塩を用いて、Zr原料を溶融し、ZrC
lqを蒸留する。Zr原料としては粗Z r Cl a
 、金属Zr、Zr合金あるいはZr含有化合物等を用
いることができ、これらは2種以上の混合物でもよい、
ZrClaの昇華点は331℃であり、上記溶融塩は融
点が比較的低くかつ上記昇華点よりはるかに高い沸点を
有するものを用いる。沸点がZrCfLaの昇華点に近
いものは該溶融塩から揮発するZrCl4ガスに該溶融
塩の蒸発ガスが混入し、Zr0文4を蒸留分離すること
ができない、一方、該溶融塩は出来るだけ低融点である
ことが好ましく、溶融塩の浴中に塩素ガスを吹込みZr
原料の塩素化を促進する必要上少なくとも上記ZrCJ
laの昇華点以下の融点を有するものが用いられる。ま
た該蒸留は Zr原料の塩素化を行なうものであること
から該溶融塩の成分は塩化物が好ましい、とくに複合塩
とすれば融点が低下するので、上記溶融塩としてZrC
l,とアルカリ金属塩化物の混合物が好適である。因に
、上記溶融塩は実用上230℃以上で溶融するものが好
ましく、以下のものが好適に用いられる。
NaC1−ZrCl4ZrCla 82.4モル2 融
点314℃KCl−ZrCl4   ZrClm 85
.5モル2 融点235℃NaC14Cl−ZrCl4
 ZrCla 61.E1モルを融点260℃密閉され
た蒸留器内に上記溶融塩とZr原料を装入し、これらを
上記昇華点以上に加熱し、墳素ガスを吹込みZr原料を
塩素化する。この場合、塩素化を促進するため、溶融浴
を攪拌し、該浴中に塩素ガスを導入すると良い、溶融塩
とZr原料との混合物の浴中で塩素ガスによりZr原料
が塩素化され、次のようにZ r Cl 4が生成され
る。
Zr  +  ZrCl2 −e−Zr0文4生成した
Z rclaは直ちに昇華しZrCJL。
ガスとなり蒸留器から抜き出され、系外のコンデンサー
等に導かれる。
一方、不純物として含まれるFe、AfL、P、U等の
塩化物は、アルカリ金属塩化物との錯形成定数がZ r
’ Cn aより大きいので蒸発せず、該溶融浴中に残
留する。溶融塩を用いて溶融することにより、局部的な
反応が起こることがなく、反応がスムーズに進行する。
また上記反応は発熱反応であり、反応媒体が液であるた
めに、反応熱の反応容器への伝達がよく、反応熱の除去
が容易である。
コンデンサーに導かれたZrCl,ガスは、該Z r 
Cl aの昇華点以下に温度制御されたコンデンサー内
で凝縮され分離される。尚、”1rcl。
より低い沸点を有するC3L2、HC文、COC! 2
、S*C1q等が該Z rcl。ガス中に不純物として
混在する場合には、該コンデンサーでの凝縮の際、コン
デンサーの温度をZrCJlaの昇華点以下であって、
かつ上記不純物ガスの沸点以上に設定することにより、
粉体状に凝縮する”1rcl。
とガス状の上記塩化物とが分離される。
回収されるZ r Cn 4に含有されるアルカリ金属
およびアルカリ土類金属はippm未満であり、また他
の重金属の含有量はloppm未満である。尚、従来の
方法により得られる’1rcl。
にはアルカリ金属、アルカリ土類金属および他の重金属
が10ppm以上含有されており、本発明の方法によっ
て製造されるZrCl,の10倍以上の不純物が含有さ
れている。
次に、本発明の方法を実施する装置構成の一例を第1図
に示す。
蒸留器10は密閉された蒸留槽11と該蒸留槽11を囲
む加熱炉12を有する。蒸留槽11にはZr原料と上記
溶融塩が装入される。蒸留槽11の内部には溶融塩中で
回転する攪拌羽根13が設けられており、該攪拌羽根1
3はステム14を介して蒸留器11の蓋部15に装着さ
れたモータ16によって回転される。更に蒸留槽11の
内部には塩素ガスを導入するための供給管17が配設さ
れており、該供給管17は溶融塩とZr原料との混合浴
中に塩素ガスが供給されるように該蒸留槽11の底部に
向って延びている。また蒸留槽11の底部には残留溶融
液を抜出すための排出管18が付設され、一方、蓋部1
5には混合浴から昇華する四塩化ジルコニウムガスをコ
ンデンサー19の導く連通管20が連結されている。コ
ンデンサー19はガス状で導入される四塩化ジルコニウ
ムを凝縮して分離回収するためのものであり、上記昇華
点以下、即ち330℃以下に保持されており、その底部
には凝縮して内壁に付着する粉体状の四塩化ジルコニウ
ムを回収する排出管21が設けられてる。また四塩化ジ
ルコニウム以外のガスを排出するための排気管22が付
設されている。上記各管路には制御バルブ23が夫々介
設されており、また四塩化ジルコニウムをコンデンサー
19に導く連結管22の外周には四塩化ジルコニウムの
凝縮による管路の閉塞を防止するため該管路内温度を四
塩化ジルコニウムの昇華点以上に保持する加熱手段24
が設けられている。
上記溶融塩とZr原料は予め蒸留槽11に装入され、加
熱炉12により四塩化ジルコニウムの昇華点以上に加熱
され、攪拌羽根13によりこれら混合浴を攪拌しながら
供給管17を通じて塩素ガスが混合浴中に吹込まれる。
該塩素化により生成された四塩化ジルコニウムはガス状
となって連結管20を通じてコンデンサー19に導かれ
、ここで凝縮され排出管21を通じて回収される。四塩
化ジルコニウムの昇華点より低い沸点を有するガスは排
気管23を通じて外部に導かれる。
[発明の効果] 本発明の方法においては、低融点でありなが四塩化ジル
コニウムの昇華点よりは高い沸点を有する溶融塩を用い
てZr原料を塩素化し溶解するので、塩素化効率が極め
て良く、また四塩化ジルコニウムが蒸留する際、Zrl
料に混在する不純物が該溶融塩に取込まれて残留し、確
実に分離される。従って純度の高い四塩化ジルコニウム
を得ることが出来る。
またZr原料としては粗ZrCJLa、金属Zr、Zr
合金あるいはZr含有化合物等各種のZr含有物質を用
いることができ、該原料から直接高純度の四塩化ジルコ
ニウムを製造することが出来る。
[実施例] NaCl3.8Kg、KCl7.5Kg、市販のZrC
la 75.3KgとをVブレンダーで混合し、均一に
混合した。これらの混合物88.6Kgを11400m
m、高さ800mmのステアL/ス製の反応容器内に充
填し、120℃まで真空ポンプで脱気しながら昇温し、
吸着水分や揮発成分を除去した後330℃で溶解した0
反応装訝の概略は1図1に示した。モしてZrスクラッ
プ又はZrスポンジを43.5Kg供給した。これを攪
拌機で攪拌しながら塩素ガスを導入した。導入した塩素
ガスはすべての塩素ガスが、ジルコニウムスクラップ又
はスポンジと反応して、未反応ガスがでないようにその
流量をコントロールした。
反応の開始はZr+ZrCfL2 +  Zrcl。
と進行し、生成したZ r Cl aは昇華し、ZrC
l4ガスとしてコンデンサー内に導びかれた。コンデン
サーの周囲は水冷されており、Z rcl。の凝縮に十
分な冷却速度を提供した。その結果76.5KgのZr
Cl4が得られ、その分析値はLl、Na、K、Ca、
Mg、Baそれぞれ1 ppm以下、Feその他の重金
属は10ppm以下であった。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の方法を実施する装置構成の一例を示す概略
断面図。 図面中、  1〇−蒸留器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)蒸留器に、四塩化ジルコニウムの昇華点より高い
    沸点を有する溶融塩と、ジルコニウム原料とを装入し、
    該蒸留器内に塩素ガスを吹込み四塩化ジルコニウムの昇
    華点以上に加熱して四塩化ジルコニウムを蒸留し回収す
    る高純度四塩化ジルコニウムの製造方法。
  2. (2)上記溶融塩として、ZrCl_4−KCl−Na
    Cl、ZrCl_4−KCl、又はZrCl_4−Na
    Clを用いる特許請求の範囲第1項の方法。
  3. (3)上記溶融塩とジルコニウム原料との溶融浴を23
    0〜600℃に加熱し、攪拌しながら該浴中に塩素ガス
    を吹込む特許請求の範囲第1項の製造方法。
  4. (4)上記ジルコニウム原料として、粗四塩化ジルコニ
    ウム、金属ジルコニウム若しくはジルコニウム含有合金
    又はこれらの混合物を用いる特許請求の範囲第1項の製
    造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03176110A (ja) * 1989-12-06 1991-07-31 Mitsui Toatsu Chem Inc 軟質ウレタンフォームの製造方法
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CN114480849A (zh) * 2022-01-05 2022-05-13 中国原子能科学研究院 一种回收废锆包壳中锆元素的装置及方法
CN114835160A (zh) * 2022-05-18 2022-08-02 江苏南大光电材料股份有限公司 半导体级四氯化铪的制备方法

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