KR101689487B1 - 칼슘 플루오라이드의 정제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기 화합물, 특히 칼슘 플루오라이드의 정제 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 무기 화합물을 수용액, 특히 염산으로 접촉하는(예컨대, 세척하는) 것을 포함한다.

Description

칼슘 플루오라이드의 정제 방법{METHOD OF PURIFYING CALCIUM FLUORIDE}

본 발명은 그 전체가 인용에 의해 본 발명에 포함되는 2012년 6월 25일자로 출원된 미국 가출원 제61/663,877호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명은 칼슘 플루오라이드의 정제 방법에 관한 것이다.

산업적 등급의 칼슘 플루오라이드(CaF₂)는 상대적으로 많은 양의 불순물(예컨대, 인-함유 불순물, 알루미늄-함유 불순물, 철-함유 불순물 및/또는 붕소-함유 불순물)을 함유한다. 높은 등급의 칼슘 플루오라이드가 이용가능하지만, 더 고가이다. 높은 등급의 칼슘 플루오라이드, 즉 적은 양의 불순물을 함유하는 칼슘 플루오라이드는 태양 전지를 제조하기 위한 업그레이드된 금속 등급(upgraded metallurgical grade, UMG)의 실리콘(UMG-Si로도 알려짐)의 제조에 유용하다. 상기 업그레이드된 금속 등급의 실리콘의 가격은 전형적으로 그 내부에 존재하는 불순물의 본성 및 양에 의존한다.

본 발명은 무기 화합물의 정제 방법을 제공한다. 예를 들면, 불순물(예컨대, 인-함유 물질)의 적어도 일부는 상기 무기 화합물로부터 제거될 수 있다. 상기 방법은 상기 무기 화합물을 수용액으로 접촉하는(예컨대, 세척하는) 것을 포함한다.

본 발명은 또한 인-함유 불순물을 함유하는 결정형(crystalline) 칼슘 플루오라이드(CaF₂)의 정제 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)를, 예를 들면 약 20 중량%까지의 수성 염산을 포함하는 수용액으로 접촉하는(예컨대, 세척하는) 것을 포함한다. 상기 방법은 상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)로부터 인-함유 불순물의 적어도 일부를 제거한다.

이제 참조물이 본 발명의 대상물(subject matter)의 특정 청구항에 대해 상세하게 개시될 것이며, 그 예들은 부속하는 구조 및 식에서 예시되어 있다. 개시된 대상물은 열거된 청구항과 함께 개시될 것이지만, 이들은 개시된 대상물을 청구항에만 한정하기 위한 의도가 아님이 이해될 것이다. 이와 대조적으로, 상기 개시된 대상물은 모든 대체물(alternative), 변형물(modification) 및 등가물(equivalent)을 포괄하는 것을 의도하며, 이들은 청구항에 의해 정의된 것과 같은 본 발명에 개시된 대상물의 범위 내에 포함될 수 있다.

명세서에서 "한 구현예", "하나의 구현예", "예시적인 구현예" 등에 대한 참조물은 개시된 구현예가 특정한 특성, 구조 또는 특징을 포함할 수 있지만, 모든 구현예가 필연적으로 상기 특정한 특성, 구조 또는 특징을 포함하지는 않을 수 있음을 나타낸다. 또한, 이러한 어구(phrase)는 동일한 구현예를 필연적으로 나타내는 것은 아니다. 또한, 특정한 특성, 구조 또는 특징이 구현예와 관련되어 개시될 때, 명확하게 개시되어 있는 것 여부와 무관하게 다른 구현예와 관련된 이러한 특성, 구조 또는 특징에 영향을 미치는 것은 본 기술분야의 통상의 기술자의 지식 이내임이 제안된다.

본 명세서에 개시된 방법에 있어서, 단계들은 일시적인 또는 가동적인(operational) 순서가 명확하게 인용되어 있을 때를 제외하고는 개시된 대상물의 원칙을 벗어나는 일 없이 임의의 순서로 수행될 수 있다. 청구항에 제1 단계가 수행된 후, 몇 개의 다른 단계들이 후속해서 수행되는 효과를 인용하는 것은 상기 제1 단계가 임의의 다른 단계들 이전에 수행되지만, 다른 단계들 내에서의 순서가 추가로 인용되어 있지 않다면, 다른 단계들은 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있음을 의미하는 것으로 간주될 것이다. 예를 들면, "단계 A, 단계 B, 단계 C, 단계 D 및 단계 E"를 인용하는 청구항의 구성요소는 단계 A가 제일 먼저 수행되고, 단계 E가 제일 나중에 수행되며, 단계 B, C 및 D는 단계 A 및 E 사이에 임의의 순서로 수행될 수 있으며, 그 순서는 여전히 청구된 공정의 문자그대로의 범위 내에 속함을 의미하는 것으로 이해될 것이다.

아울러, 특정 단계들은 청구항의 표현이 이들이 별개로 수행되는 것임을 명확하게 인용하지 않는 한 동시에 수행될 수 있다. 예를 들면, X를 수행하는 청구항의 단계 및 Y를 수행하는 청구항의 단계는 단일한 조작 내에서 동시에 수행될 수 있고, 결과적인 공정은 청구된 공정의 문자그대로의 범위 내에 속할 것이다.

본 발명에서 개시된 대상물은 무기 화합물의 정제 방법에 관한 것이다. 무기 화합물의 정제 방법을 개시할 때, 다음의 용어들은 달리 특정하지 않는 한 다음의 의미를 갖는다.

정의

달리 언급하지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 것과 같은 다음의 용어 및 어구는 다음의 의미를 갖는다는 의도이다:

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "접촉하는"은 닿는, 접촉을 만드는, 또는 가까이에 근접하는 행동을 나타낸다. 특정 구현예에서, '접촉하는'은 '세척하는'을 포함한다. 상기 '접촉하는'은 전형적으로 "체류 시간(residence time)"을 포함할 것이다.

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "체류 시간"은 물질이 다른 물질과 접촉하게 되는 시간의 길이를 나타낸다. 각각의 제1 수용액 및 제2 수용액은 독립적으로 체류 시간을 가질 것이다. 적합한 체류 시간은 예컨대 적어도 약 10분을 포함한다. 예를 들면, 상기 제1 수용액은 적어도 약 10분(예컨대, 약 1-2시간)의 체류 시간을 가질 수 있고, 상기 제2 수용액은 적어도 약 10분(예컨대, 약 15-30분)의 체류 시간을 가질 수 있다.

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "세척하는"은 용해성 물질을 제거하기 위하여 고체 덩어리(solid mass) 위로 및/또는 이를 통해 액체를 통과시킴으로써 상기 고체 덩어리(예컨대, 결정)를 정제하는 공정을 나타낸다. 상기 공정은 희석된 미네랄 산(mineral acid) 또는 증류수와 같은 용매를 여과, 디캔팅(decanting), 또는 이들의 조합으로부터 얻어진 침전물 위로 및/또는 이를 통해 통과시키는 것을 포함한다. 예를 들면, 한 구현예에서, '세척하는'은 고체를 희석된 미네랄 산 또는 물과 접촉, 격렬하게 흔들기, 휘젓기, 혼합 또는 교반(예컨대, 약 2시간 동안) 및 분리(예컨대, 여과 또는 디캔팅)하는 것을 포함한다. 상기 용매는 물일 수 있고, 수성 용매 시스템일 수 있고, 또는 희석된 미네랄 산일 수 있다. 이와 같이, 상기 용어는 물을 유일한 용매로서 이용하는 "세정하는"을 포함한다. 추가적으로, 상기 세척은 임의의 적합한 온도를 갖는 용매로 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 세척은 약 0℃ 및 약 120℃ 사이, 또는 약 5℃ 및 약 75℃ 사이의 온도를 갖는 용매로 수행될 수 있다. 상기 세척은 임의의 적합한 횟수, 예컨대 1회, 2회, 3회, 4회, 5회 등의 횟수로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 고체 덩어리(예컨대, 결정)는 예컨대 1회, 2회, 3회, 4회, 5회 등의 적합한 횟수 동안 제1 수용액으로 세척될 수 있고, 독립적으로 예컨대 1회, 2회, 3회, 4회, 5회 등의 적합한 횟수 동안 제2 수용액으로 세척될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "미네랄 산"은 하나 이상의 무기 화합물로부터 유래되는 산을 나타낸다. 미네랄 산은 유기가 아니며, 모든 미네랄 산은 물에 용해될 때 수소 이온을 방출한다.

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "분리하는"은 혼합물로부터 고체를 제거하는 공정을 나타낸다. 상기 공정은 본 기술분야의 기술자에게 알려진 임의의 기술, 예컨대 상기 혼합물을 디캔팅하거나, 상기 혼합물로부터 고체를 여과하거나, 또는 이들의 조합을 도입할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "여과하는"은 필터를 통해 액체를 통과시켜 상기 필터 상의 고체를 현탁시킴으로써 혼합물로부터 고체를 제거하는 공정을 나타낸다.

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "디캔팅하는"은 침전물(sediment)을 건드리지 않고 혼합물로부터 액체를 부어버리는 공정, 또는 침전물을 최소로 건드리고 액체를 부어버리는 공정을 나타낸다.

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "건조하는"은 유기 용매 및 그 내부에 존재하는 물의 상당 부분(예컨대, 90 중량% 이상)을 제거하는 것을 포함한다. 상기 건조는 물 및/또는 용매 함량이 약 5 중량% 이하, 약 2 중량% 이하, 또는 약 1 중량% 이하가 되도록 물 및/또는 용매를 제거하는 것을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 것과 같이, "정제하는"은 불순물의 고체 물질(예컨대, 결정)을 제거하는 공정을 나타낸다. 적합한 정제 방법은, 예컨대 세척 및 건조를 포함한다.

명확하게, 본 발명에 개시된 대상물의 무수한 변형 및 변경(variation)이 상기 개시된 내용에 비추어 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위 내에서, 상기 개시된 대상물은 본 명세서에 구체적으로 개시된 것과 다르게 실행될 수 있음이 이해되어야 한다.

하기 제공된 특정 범위, 값 및 구현예는 예시를 위한 목적일 뿐이며, 청구항에 의해 정의된 것과 같은 상기 개시된 대상물의 범위를 달리 제한하는 것은 아니다. 하기 개시된 특정 범위, 값 및 구현예는 이와 같이 명확하게 개시되어 있는 것 여부와 무관하게 각각의 개시된 범위, 값 및 구현예의 모든 조합 및 서브-조합을 포괄한다.

특정 범위, 값 및 구현예

특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 비결정형 분말이다. 다른 특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 결정형 고체이다.

특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 칼슘 클로라이드, 칼슘 브로마이드, 칼슘 아이오다이드, 베릴륨 플루오라이드, 마그네슘 플루오라이드, 스트론튬 플루오라이드, 바륨 플루오라이드 및 칼슘 플루오라이드 중 적어도 하나를 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 칼슘 플루오라이드(CaF₂)이다.

특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 20℃에서 약 0.0050 g/100 ㎖ 이하의 물에 대한 용해도를 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 20℃에서 약 0.0025 g/100 ㎖ 이하의 물에 대한 용해도를 갖는다.추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 20℃에서 약 0.0020 g/100 ㎖ 이하의 물에 대한 용해도를 갖는다.

특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 20℃에서 약 0.0050 g/100 ㎖ 이하의 1 중량% 염산에 대한 용해도를 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 20℃에서 약 0.0025 g/100 ㎖ 이하의 1 중량% 염산에 대한 용해도를 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 20℃에서 약 0.0020 g/100 ㎖ 이하의 1 중량% 염산에 대한 용해도를 갖는다.

특정 구현예에서, 상기 조(crude) 무기 화합물은 적어도 약 50 ppm의 불순물을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 조 무기 화합물은 적어도 약 50 ppm의 불순물을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 조 무기 화합물은 약 750 ppm까지의 불순물을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 조 무기 화합물은 약 100-200 ppm의 불순물을 포함한다.

특정 구현예에서, 상기 조 무기 화합물은 인-함유 불순물, 알루미늄-함유 불순물, 철-함유 불순물 및 붕소-함유 불순물 중 적어도 하나를 포함한다.

특정 구현예에서, 상기 조 무기 화합물은 적어도 약 100 ppm의 인-함유 불순물을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 조 무기 화합물은 약 750 ppm까지의 인-함유 불순물을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 조 무기 화합물은 약 100-200 ppm의 인-함유 불순물을 포함한다.

특정 구현예에서, 상기 적어도 하나의 미네랄 산은 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 수성 염산을 포함할 수 있다.

특정 구현예에서, 상기 적어도 하나의 미네랄 산은 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 수성 염산을 포함할 수 있다.

특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 상기 수용액으로부터 분리된다.

특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 제2 수용액으로 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 제2 수용액으로 세척되어 상기 무기 화합물로부터 미네랄 산을 제거한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제2 수용액은 물(예컨대, 증류수)일 수 있다.

특정 구현예에서, 상기 무기 화합물은 상기 제2 수용액으로부터 분리된다.

특정 구현예에서, 상기 무기 화합물을 상기 제2 수용액으로 세척하는 것은 상기 무기 화합물 및 상기 제2 수용액을 흔들기, 휘젓기, 혼합 및 교반하는 것 중 적어도 하나를 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 화합물을 상기 제2 수용액으로 세척하는 것은 상기 무기 화합물 및 상기 제2 수용액을 혼합하는 것을 포함한다.

특정 구현예에서, 상기 세척은 약 5℃ 및 약 75℃ 사이의 온도를 갖는 제2 수용액으로 수행된다. 특정 구현예에서, 상기 세척은 약 10℃ 및 약 50℃ 사이의 온도를 갖는 제2 수용액으로 수행된다. 특정 구현예에서, 상기 세척은 약 15℃ 및 약 25℃ 사이의 온도를 갖는 제2 수용액으로 수행된다.

특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 화합물은 약 50 ppm 이하의 인-함유 불순물을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 화합물은 약 10 ppm 이하의 인-함유 불순물을 포함한다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 화합물은 약 5 ppm 이하의 인-함유 불순물을 포함한다.

특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 화합물은 순도가 적어도 약 99.9 중량%이다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 화합물은 순도가 적어도 약 99.99 중량%이다. 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 화합물은 순도가 적어도 약 99.999 중량%이다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 화합물은 순도가 적어도 약 99.9999 중량%이다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 화합물은 순도가 적어도 약 99.99999 중량%이다.

특정 구현예에서, 약 99 중량%까지의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 10 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 20 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 30 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 40 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 50 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 60 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 70 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 80 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 90 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다. 추가적인 특정 구현예에서, 적어도 약 95 중량%의 인-함유 불순물이 상기 무기 화합물로부터 제거된다.

특정 구현예에서, 상기 제1 수용액은 적어도 약 1시간의 체류 시간을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제1 수용액은 적어도 약 2시간의 체류 시간을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제1 수용액은 약 30분 내지 약 150분의 체류 시간을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제1 수용액은 약 5시간까지의 체류 시간을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제1 수용액은 적어도 약 1-2시간의 체류 시간을 갖는다.

특정 구현예에서, 상기 제2 수용액은 적어도 약 5분의 체류 시간을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제2 수용액은 적어도 약 10분의 체류 시간을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제2 수용액은 약 5분 내지 약 60분의 체류 시간을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제2 수용액은 약 2시간까지의 체류 시간을 갖는다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 제2 수용액은 약 15-30분의 체류 시간을 갖는다.

특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제1 수용액으로 1회 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제1 수용액으로 2회 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제1 수용액으로 3회 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제1 수용액으로 2회 이상 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제1 수용액으로 5회까지 세척된다.

특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제2 수용액으로 1회 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제2 수용액으로 2회 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제2 수용액으로 3회 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제2 수용액으로 2회 이상 세척된다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 무기 고체는 상기 제2 수용액으로 5회까지 세척된다.

특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 약 99 중량%까지의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 약 90 중량%까지의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 약 85 중량%까지의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 약 80 중량%까지의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 약 75 중량%까지의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 약 70 중량%까지의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 약 65 중량%까지의 수율로 얻어진다.

특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 적어도 약 65 중량%의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 적어도 약 70 중량%의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 적어도 약 75 중량%의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 적어도 약 80 중량%의 수율로 얻어진다. 추가적인 특정 구현예에서, 상기 정제된 무기 고체는 적어도 약 85 중량%의 수율로 얻어진다.

상기 세척은 임의의 적합한 횟수, 예컨대 1회, 2회, 3회, 4회, 5회 등의 횟수로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 고체 덩어리(예컨대, 결정)는 상기 제1 수용액으로 적합한 횟수, 예컨대 1회, 2회, 3회, 4회, 5회 등으로 세척될 수 있고, 독립적으로 상기 제2 수용액으로 적합한 횟수로, 예컨대 1회, 2회, 3회, 4회, 5회 등으로 세척될 수 있다.

하기 제공된 특정 열거된 구현예 1 내지 29는 예시를 위한 목적일 뿐이며, 청구항에 의해 정의된 것과 같은 개시된 대상물의 범위를 달리 제한하는 것은 아니다. 상기 열거된 구현예는 모든 조합, 서브-조합, 및 그 내부에 다중 인용된(예컨대, 다중 종속된) 조합을 포괄한다.

열거된 구현예

[1] 무기 화합물의 정제 방법으로서, 상기 방법은 상기 무기 화합물을 수용액으로 세척하는 것을 포함한다.

[2] 구현예 [1]의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 비결정형 분말이다.

[3] 구현예 [1] 내지 [2] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 결정형 고체이다.

[4] 구현예 [1] 내지 [3] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 칼슘 클로라이드, 칼슘 브로마이드, 칼슘 아이오다이드, 베릴륨 플루오라이드, 마그네슘 플루오라이드, 스트론튬 플루오라이드, 바륨 플루오라이드 및 칼슘 플루오라이드 중 적어도 하나를 포함한다.

[5] 구현예 [1] 내지 [4] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 칼슘 플루오라이드(CaF₂)를 포함한다.

[6] 구현예 [1] 내지 [5] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 20℃에서 약 0.0020 g/100 ㎖ 이하의 물에 대한 용해도를 갖는다.

[7] 구현예 [1] 내지 [6] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 적어도 약 100 ppm의 불순물을 포함한다.

[8] 구현예 [1] 내지 [7] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 약 750 ppm까지의 불순물을 포함한다.

[9] 구현예 [1] 내지 [8] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 인-함유 불순물, 알루미늄-함유 불순물, 철-함유 불순물 및 붕소-함유 불순물 중 적어도 하나를 포함한다.

[10] 구현예 [1] 내지 [9] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 출발 무기 화합물은 적어도 약 100 ppm의 인-함유 불순물을 포함한다.

[11] 구현예 [1] 내지 [10] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 약 100-200 ppm의 인-함유 불순물을 포함한다.

[12] 구현예 [7] 내지 [11] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 불순물은 20℃에서 약 0.0025 g/100 ㎖ 이상의 물에 대한 용해도를 갖는다.

[13] 구현예 [1] 내지 [12] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물을 상기 수용액으로 세척하는 것은 상기 무기 화합물 및 상기 수용액을 혼합하는 것을 포함한다.

[14] 구현예 [1] 내지 [13] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 정제된 무기 화합물을 제2 수용액으로 세척하여 상기 정제된 무기 화합물로부터 미네랄 산을 제거하는 것을 추가로 포함한다.

[15] 구현예 [1] 내지 [14] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 정제된 무기 화합물을 물로 세척하여 상기 정제된 무기 화합물로부터 미네랄 산을 제거하는 것을 추가로 포함한다.

[16] 구현예 [1] 내지 [15] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 수용액을 상기 정제된 무기 화합물로부터 분리하는 것을 추가로 포함한다.

[17] 구현예 [14] 내지 [15] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 제2 수용액을 상기 정제된 무기 화합물로부터 분리하는 것을 추가로 포함한다.

[18] 구현예 [1] 내지 [17] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 수용액은 적어도 하나의 미네랄 산을 포함한다.

[19] 구현예 [1] 내지 [18] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 수용액은 염산(HCl)을 포함한다.

[20] 구현예 [1] 내지 [19] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 수용액은 약 6 N까지의 수성 염산을 포함한다.

[21] 구현예 [1] 내지 [20] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 수용액은 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 수성 염산을 포함한다.

[22] 구현예 [1] 내지 [21] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 수용액은 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 수성 염산을 포함한다.

[23] 구현예 [1] 내지 [22] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 정제된 무기 화합물은 약 10 ppm 이하의 인-함유 불순물을 포함한다.

[24] 구현예 [1] 내지 [23] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 정제된 무기 화합물은 약 5 ppm 이하의 인-함유 불순물을 포함한다.

[25] 구현예 [1] 내지 [24] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 정제된 무기 화합물은 순도가 적어도 약 99.99 중량%이다.

[26] 구현예 [1] 내지 [25] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 정제된 무기 화합물은 순도가 적어도 약 99.999 중량%이다.

[27] 구현예 [1] 내지 [26] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 무기 화합물은 상기 수용액으로 흔들기, 휘젓기, 혼합 또는 교반함으로써 세척된다.

[28] 구현예 [1] 내지 [27] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 세척은 약 5℃ 및 약 75℃ 사이의 온도를 갖는 수용액으로 수행된다.

[29] 적어도 약 100 ppm의 인-함유 불순물을 함유하는 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)의 정제 방법으로서, 상기 방법은 상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)를 약 20 중량%까지의 수성 염산을 포함하는 수용액으로 세척하여 상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)로부터 인-함유 불순물의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하며, 상기 정제된 무기 화합물은 약 10 ppm 이하의 인-함유 불순물을 함유한다.

[30] 인-함유 불순물을 함유하는 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)의 정제 방법으로서, 상기 방법은 상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)를 산을 포함하는 수용액으로 세척하여 상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)로부터 상기 인-함유 불순물의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함한다.

[31] 구현예 [30]의 방법에 있어서, 상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)는 적어도 약 100 ppm의 인-함유 불순물을 포함한다.

[32] 구현예 [30] 내지 [31] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 산을 포함하는 수용액은 수성 염산이다.

[33] 구현예 [30] 내지 [32] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 산을 포함하는 수용액은 약 5-20 중량%의 미네랄 산이다.

[34] 구현예 [30] 내지 [33] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 산을 포함하는 수용액은 약 5-20 중량%의 수성 염산이다.

[35] 구현예 [30] 내지 [34] 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 정제된 무기 화합물은 약 10 ppm까지의 인-함유 불순물을 포함한다.

본 발명은 다음의 비-제한적인 실시예에 의해 예시될 수 있다.

실시예 1

200 gal의 원뿔형-바닥의 폴리에틸렌 탱크를 대략 60 ℓ의 수돗물(대략 15℃)로 채웠고, 단일한 8" 프로펠러 공압성(pneumatic) 믹서로 혼합하였다. 대략 68 ㎏의 칼슘 플루오라이드(3개의 백)를 상기 휘젓는 물에 첨가하였다. 상기 믹서의 속도를 조정하여 상기 칼슘 플루오라이드가 서스펜션(suspension)을 유지하도록 하였다. 최상부의 드래프트 환기장치(draft ventilation)를 갖는 탱크 뚜껑을 상기 원뿔형 바닥 탱크에 위치시키고, 60 ℓ의 29% 염산(주위 온도)을 약 4 ℓ/분의 속도로 상기 물/CaF₂ 혼합물에 첨가하였다. 상기 성분들을 대략 2시간 동안 상기 원뿔형 바닥 탱크 내의 프로펠러 믹서로 계속적으로 혼합하였다. 상기 믹서를 중지하였고, 상기 혼합물을 1시간 동안 놓아두었다. 상기 뚜껑을 제거하였고, 상기 액체를 공기로 작동되는 이중 다이어프램(diaphragm) 펌프 및 수동으로 조작되는 호스를 이용하여 상기 최상부로부터 디캔팅하였다. 상기 뚜껑을 교체하였고, 대략 120 ℓ의 수돗물(15℃)을 상기 젖은 칼슘 플루오라이드에 첨가하였고, 이를 다시 상기 믹서를 이용하여 서스펜션으로 하였다. 상기 성분들을 대략 1/2시간 동안 계속적으로 혼합하였다. 상기 믹서를 중지시켰고, 상기 혼합물을 1시간 동안 놓아두었다. 상기 뚜껑을 제거하였고, 상기 물을 최상부로부터 디캔팅하였으며, 상기 뚜껑을 교체하였다. 대략 120 ℓ의 수돗물(∼15℃)을 다시 상기 탱크에 첨가하였고, 1/2시간 동안 혼합하였다. 상기 칼슘 플루오라이드는 상기 믹서를 이용하여 서스펜션을 유지하면서, 상기 혼합물을 상기 원뿔형 바닥 탱크의 바닥을 통해 제거하였고, 융합된 실리카 건조 도가니 내로 펌핑하였다. 상기 혼합물을 상기 도가니 내에 대략 1시간 동안 놓아둔 후, 상기 액체를 AODD 펌프를 이용하여 상기 최상부로부터 디캔팅하였다. 상기 도가니를 전기 저항 가열 오븐에서 대략 12시간 동안 500℃까지 가열하여 남아있는 물을 증발시켰다. 단단하게 패킹된(hard-packed) 최상부 크러스트(crust)는 불순물 농도가 더 높은(거의 10배) 것으로 나타났기 때문에 제거 및 버렸다. 아래의 덜 조밀한 칼슘 플루오라이드 베드(bed)를 제거하였고, 분말로 다시 찧거나 부수었으며, 혼합한 후 불순물 농도에 대해 테스트하였다.

모든 문헌, 특허 및 특허 출원은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 전술한 명세서에서, 상기 개시된 대상물은 특정 바람직한 구현예에 관해 개시되었고 많은 상세한 내용들은 설명의 목적으로 제시되었지만, 상기 개시된 대상물은 상기 개시된 대상물의 기본적인 원칙을 벗어나지 않으면서 추가적인 구현예를 허용할 수 있고, 본 명세서에서 개시된 상세한 내용의 일부가 상당히 변화될 수 있음은 본 기술분야의 기술자에게 자명할 것이다.

Claims (34)

1. 정제된 무기 화합물을 제공하기 위해 무기 화합물을 수용액으로 세척하는 공정을 포함하는 무기 화합물의 정제 방법으로서,
   상기 수용액이 적어도 1 종의 미네랄 산을 포함하고,
   상기 무기 화합물이 수 중에서 20℃에서 0.0020 g/100 ㎖ 미만의 용해도를 갖고, 또한 적어도 칼슘 플루오라이드를 포함하며,
   상기 무기 화합물이 인-함유 불순물, 알루미늄-함유 불순물, 철-함유 불순물 및 붕소-함유 불순물 중 적어도 하나를 포함하고,
   상기 정제된 무기 화합물이 10 ppm까지의 인-함유 불순물을 포함하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 무기 화합물이 750 ppm까지의 불순물을 포함하는 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 수용액이 염산(HCl)을 포함하는 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 정제된 무기 화합물이 5 ppm 미만의 인-함유 불순물을 포함하는 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 정제된 무기 화합물이 적어도 99.99 중량%의 순도인 방법.
6. 10 ppm 미만의 인-함유 불순물을 갖는 정제된 칼슘 플루오라이드(CaF₂)를 제공하기 위해 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)로부터 인-함유 불순물의 적어도 일부를 제거하기 위해 산을 포함하는 수용액으로 상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)를 세척하는 공정을 포함하는 인-함유 불순물을 포함하는 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)의 정제 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 결정형 칼슘 플루오라이드(CaF₂)가 적어도 100 ppm의 인-함유 불순물을 포함하는 방법.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 산을 포함하는 수용액이 염산 수용액인 방법.
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 산을 포함하는 수용액이 5 내지 20 중량%의 미네랄 산인 방법.
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 정제된 칼슘 플루오라이드(CaF₂)가 5 ppm까지의 인-함유 불순물을 포함하는 방법.
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