TW201522653A - 高純度錳之製造方法及高純度錳 - Google Patents

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Abstract

關於一種製造高純度錳之方法,係將片狀電解錳原料放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於500Torr以下之非活性環境下,以熔解溫度1240~1400℃進行熔解,以錳重量之0.5~2.0%的範圍添加鈣,進行去氧及去硫,於去氧及去硫結束後,澆鑄至鐵製鑄模,製造鑄錠,接著把此錳鑄錠再次放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於200Torr以下之非活性環境下,將熔解溫度調整成1200~1450℃且維持10~60分鐘,然後澆鑄至鐵製鑄模,製造鑄錠,接著把此金屬錳鑄錠放入氧化鋁坩鍋,以真空泵抽真空成0.1Torr後進行加熱,進行昇華及蒸餾反應,製造高純度錳。提供一種從市售之電解錳製造高純度金屬錳的方法,尤其是課題在於得到一種B、Mg、Al、Si等雜質量少之高純度金屬錳。

Description

高純度錳之製造方法及高純度錳
本發明係關於一種從市售之電解錳(Mn)製造之高純度錳(Mn)及其製造方法。
可自市售獲得之金屬錳的製造方法,係用硫酸銨電解浴之電解法,藉由此方法獲得之市售電解錳含有硫(S)100~3000ppm左右,亦含有碳(C)數百ppm。亦含有氯(Cl)數百ppm,且因來自水溶液中之電沉積物,亦含有氧(O)數千ppm左右。
作為自前述電解錳去除S、O之方法,先前技術中熟知有昇華純化法。然而,昇華純化法具有下述缺點:裝置非常昂貴而且產率非常差。又,昇華純化法中即便可減少S與O,亦會受到因昇華純化裝置之加熱器材質、冷凝器材質等所引起之污染,因此以純化法所得之金屬錳,會有不適宜作為電子元件用原料之問題。
作為先前技術,於下述專利文獻1記載有一種去除金屬錳中之硫的方法:係添加MnO、Mn3O4、MnO2等錳氧化物及/或會於金屬錳之熔融溫度變成此等Mn氧化物者例如碳酸Mn等,使添加有Mn化合物之金屬Mn於非活性環境熔融,於熔融狀態下較佳保持30~60分鐘,使硫含量成為0.002%。
然而,於此文獻1,對於氧(O)、氮(N)、碳(C)、氯(Cl) 之含量完全沒有記載,因含有此等所造成之問題並無獲得解決。
於下述專利文獻2記載有一種金屬錳之電解提煉方法,其特徵在於使用下述方式製備而成之電解液:將高純度金屬錳過量溶解於鹽酸,過濾未溶解物,得到溶解液,於該溶解液添加氧化劑且進行中和,過濾生成之沈澱物,添加緩衝劑,並記載有使用下述電解液進行金屬錳之電解提煉的方法:較佳於金屬錳之鹽酸溶解液進一步添加金屬錳,過濾掉未溶解物,得到溶解液,於該溶解液添加過氧化氫與氨水,過濾掉弱酸性乃至中性之液體性質下所生成的沈澱物,添加緩衝劑,製備電解液。
然而,於此文獻2雖有將高純度錳中之S減低至1ppm的記載,但對於氧(O)、氮(N)、碳(C)、氯(Cl)之含量完全沒有記載,因含有此等所造成之問題並無獲得解決。
於下述專利文獻3,記載有高純度錳之製造方法,記載如下:應用將螯合樹脂使用在氯化錳水溶液之離子交換純化法,接著,藉由電解提煉法對該純化氯化錳水溶液進行高純度化之方法。有如下記載:乾式法係藉由真空昇華純化法(藉由蒸氣壓差,使由固相錳之昇華而獲得之錳蒸氣於冷卻部選擇性地冷凝蒸鍍)而從固相錳獲得高純度錳。
並且,此文獻3記載有硫(S)、氧(O)、氮(N)、碳(C)之合計濃度在10ppm以下。
然而,於此文獻3,並無對製造半導體零件有害之氯(Cl)含量的記載。由於使用氯化錳作為原料,因此可能含有高濃度的氯,而有問題。
於下述專利文獻4,記載有一種低氧錳材料之製造方法,有如下記載:藉由在非活性氣體環境中對錳原料進行感應殼式熔解(skull melting),而得到氧量減少至100ppm以下之錳材料,又,於進行感應殼式熔解前,對錳原料進行酸清洗,由於可更加減少氧,故較佳。然而,於此文獻4,雖有關於降低高純度錳中之氧(O)、硫(S)、氮(N)的記載,但關於其他雜質之含量完全沒有記載,因含有此等所造成之問題並無獲得解決。
於下述專利文獻5,記載有一種磁性材料用錳合金材料、錳 合金濺鍍靶及磁性薄膜,且記載有氧(O)含量在500ppm以下,硫(S)含量在100ppm以下,較佳為進一步使雜質(除錳及合金成分以外之元素)含量合計在1000ppm以下。
並且,於該文獻記載有一種下述方法及在預備熔解後進行真空蒸餾來高純度化,該方法為在市售之電解Mn加入Ca、Mg、La等作為去氧、去硫劑,進行高頻熔解,藉此將氧(O)、硫(S)去除。
於上述錳原料中,於實施例3有下述記載:加入去氧、去硫 劑進行高頻熔解,使氧含量為50ppm,硫含量為10ppm(表3),且於實施例7中則有下述記載:在預備熔解後進行真空蒸餾,使氧含量為30ppm,硫含量為10ppm(表7)。又,於此等之例中,含有10~20ppm左右之Si,10~30ppm左右之Pb。
然而,下述專利文獻5所製造之錳的純度為3N等級,並無 法得到本發明所得之高純度錳。並且,於下述專利文獻5之實施例3,由於加入去氧、去硫劑並進行高頻熔解,故會有去氧、去硫劑混入錳中而使純度降低的問題,於實施例7之情形,由於在預備熔解後進行真空蒸餾,使熔解錳之99%以上揮發,故會有製造成本高之問題。
於下述專利文獻6,記載有一種高純度錳材料之製造方法及 薄膜形成用高純度錳材料。有下述記載:於此情形時,以1250~1500℃將粗錳預備熔解後,以1100~1500℃進行真空蒸餾,藉此而獲得高純度錳材料。較佳使真空蒸餾時之真空度為5×10-5~10Torr。
藉此所獲得之高純度錳的雜質含量合計在100ppm以下,氧 (O):200ppm以下,氮(N):50ppm以下,硫(S):50ppm以下,碳(C):100ppm以下。並且,於實施例2(表2)中,記載有氧為30ppm,其他元素未達10ppm之例。然而,於此情形時,雜質程度並未達到目標之程度。
此外,於下述專利文獻7記載有一種由高純度錳合金構成之 濺鍍靶,於專利文獻8記載有一種使用硫酸之錳的回收方法,於專利文獻9則記載有一種製造將氧化錳加熱還原而成之金屬錳的方法,但並未有去硫的相關記載。
因此,本發明人等提出下述製造方法:以酸浸取錳原料,並 以過濾器將殘渣過濾掉後,在電解過程中於陰極側使用該過濾後之液體,並且對前述電解錳進行脫氣處理,使電解錳中之Cl含量在100ppm以下,進一步對前述電解錳原料進行脫氣處理,並於非活性環境中進行熔解,藉此製造Cl≦10ppm,C≦50ppm,S<50ppm,O<30ppm之Mn(參照專利文獻10)。
此方法,係對錳之高純度化有效。本發明之目的在於得到一種可進一步達成高純度化,且可降低成本之製造方法與高純度錳。
專利文獻1:日本特開昭53-8309號公報
專利文獻2:日本特開2007-119854號公報
專利文獻3:日本特開2002-285373號公報
專利文獻4:日本特開2002-167630號公報
專利文獻5:日本特開平11-100631號公報
專利文獻6:日本特開平11-152528號公報
專利文獻7:日本特開2011-068992號公報
專利文獻8:日本特開2010-209384號公報
專利文獻9:日本特開2011-094207號公報
專利文獻10:日本特開2013-142184號公報
本發明之目的在於提供一種自市售之電解錳製造之高純度錳及其製造方法,尤其課題在於:雜質量相較於先前技術顯著較少,且以低成本製造高純度錳。
本發明係解決上述課題者,提供以下發明。
1)一種高純度錳之製造方法,把錳原料放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於500Torr以下之非活性環境下,以熔解溫度1240~1400℃熔解後,以錳重量之0.5~2.0%的範圍添加鈣(Ca),進行去氧及去硫,於去氧及去硫結束後,澆鑄至鐵製鑄模,製造鑄錠,接著把此錳鑄錠再次放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於200Torr以下之非活性環境下,將熔解溫度調整成1200~1450℃且維持10~60分鐘,然後澆鑄至鐵製鑄模,製造鑄錠,接著把此金屬錳鑄錠放入氧化鋁坩鍋,以真空泵抽真空成0.01~1Torr後進行加熱,進行昇 華及蒸餾反應而得到高純度錳。
2)如上述1)記載之高純度錳之製造方法,其中,當進行 該昇華及蒸餾反應時,把金屬錳鑄錠放入圓筒狀之氧化鋁坩鍋,在此圓筒狀坩鍋上,垂直地疊合同形狀之氧化鋁圓筒體(冷卻筒),進行昇華及蒸餾反應,使錳凝著於上部之氧化鋁圓筒體的內部。
3)如上述1)或2)記載之高純度錳之製造方法,其中,在放入有該金屬錳鑄錠之圓筒狀氧化鋁坩鍋的外側安裝碳加熱器進行加熱。
4)如上述1)至3)中任一項記載之高純度錳之製造方法,其中,於1100~1250℃進行昇華蒸餾純化,使昇華速度為20~184g/h。
5)如上述1)至4)中任一項記載之高純度錳之製造方法,其中,於昇華及蒸餾純化步驟中,於所昇華、蒸餾之錳的凝著量達到填充在氧化鋁坩鍋內之金屬錳鑄錠重量的70%時,結束昇華、蒸餾步驟。
6)一種高純度錳,其雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量在50ppm以下,不包括氣體成分,具有4N5(99.995%)以上之純度。另,本發明中之氣體成分元素係指氫(H)、氧(O)、氮(N)、碳(C)。以下亦同。
7)一種高純度錳,其雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量在10ppm以下,不包括氣體成分,具有5N(99.999%)以上之純度。
8)一種高純度錳,其雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量在50ppm以下,不包括氣體成分,具有4N5(99.995%)以上之純度,氣體成分O、N各自未達10ppm。
9)一種高純度錳,其雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、 Cr、Fe、Ni的總量在10ppm以下,不包括氣體成分,具有5N(99.999%)以上之純度,氣體成分O、N各自未達10ppm。
另,本案說明書所使用之單位「ppm」,皆指「wtppm」,不 包括氣體成分元素之氮(N)、氧(O),各元素濃度分析值係藉由GDMS(Glow Discharge Mass Spectrometry)法進行分析,又,氣體成分元素之分析係使用LECO公司製造的氧、氮分析裝置進行分析。
根據本發明,具有以下效果。
(1)可得到雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni之總量在50ppm以下,不包括氣體成分,具有4N5(99.995%)以上之純度的高純度錳,並且可得到雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni之總量在10ppm以下,不包括氣體成分,具有5N(99.999%)以上之純度的高純度錳。
(2)並且,可使氣體成分之O、N各自未達10ppm。
(3)可列舉如下效果:無需特別裝置,能以通用爐進行製造,與以往方法即蒸餾法相比,能以低成本且高產率獲得高純度錳等。
圖1:係自原料錳,經第一次VIM熔解、第二次VIM熔解、昇華及蒸餾純化步驟,至純化高純度錳之一連串步驟的概略說明圖。
以下,詳細說明本發明之實施形態。
本發明之高純度錳之製造方法,可使用市售(2N等級)之片狀電解錳作為原料,由於不影響原料純度,故於原料種類上並無特別限制。
當製造高純度錳時,首先把錳原料放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於500Torr以下之非活性環境下,以熔解溫度1240~1400℃進行熔解(第一次VIM熔解)。
若未達1240℃,則由於錳不會熔解,故無法進行VIM處理。若超過1400℃,則由於氧化物、硫化物之浮遊物溫度高而會再熔解混入於錳中,第一次VIM熔解後之鎂(Mg)、鈣(Ca)、氧(O)及硫(S)的濃度會成為數百ppm~千ppm等級,最後無法達成本發明目的之純度。將此結果示於表2。
又,以錳重量之0.5~2.0%的範圍將鈣緩慢地添加至此錳熔液,進行去氧及去硫。於去氧及去硫結束後,澆鑄至鐵製鑄模製造鑄錠。鑄錠冷卻後,去除附著在鑄錠之熔渣。
接著,把此錳鑄錠再次放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於200Torr以下之非活性環境下,將熔解溫度調整成1200~1450℃且維持10~60分鐘(第二次VIM熔解)。然後澆鑄至鐵製鑄模製造鑄錠。鑄錠冷卻後,去除附著在鑄錠之熔渣。
此處,於第一次VIM熔解步驟,在熔解過程中,由於在錳熔液中添加有作為去氧、去硫劑之鈣,故在第一次熔解後之錳鑄錠中含有微量的鈣,使錳的熔點下降,第二次VIM熔解之溫度,即使為低於第一次VIM熔解溫度之溫度範圍,亦可熔解。
又,第二次VIM熔解,可去除第一次VIM熔解後所混入之去氧、去硫劑(鈣)。第二次VIM熔解之溫度若超過1450℃,則錳之揮發損失會變得非常多,使產率降低,成本提高,故並不佳。
接著,把此金屬錳鑄錠放入氧化鋁坩鍋,以真空泵抽真空成 0.01~1Torr後,進行加熱,接著使昇華、蒸餾溫度為1100~1250℃,進行昇華、蒸餾反應,製造高純度錳。將因昇華、蒸餾反應所揮發之錳引導至冷卻筒,然後回收凝著之錳。
另,較佳為昇華、蒸餾反應所回收之錳量達到填充在氧化鋁坩鍋之錳原料重量之70%的階段,結束昇華、蒸餾步驟。藉由此結束操作,可防止殘留在坩鍋內之雜質元素昇華,混入於凝著在冷卻筒之錳中使純度降低。圖1顯示此步驟之概要一覽。
藉由此製造方法所得之錳,可使雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量(合計量)為50ppm以下,不包括氣體成分,可得到具有4N5(99.995%)以上之純度的高純度錳。
並且,藉由更換前述昇華、蒸餾純化之條件,可使雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量(合計量)為10ppm以下,可得到具有5N(99.999%)以上之純度的高純度錳。具體而言,可藉由使昇華、蒸餾溫度為1200~1250℃,來進行純化。
又,可於昇華純化時,使氣體成分之O、N各自未達10ppm。
當進行前述昇華及蒸餾反應時,可將金屬錳鑄錠放入圓筒狀之氧化鋁坩鍋,然後在此圓筒狀坩鍋上,垂直地疊合同形狀之氧化鋁圓筒體,進行昇華及蒸餾反應,使錳凝著於上部之氧化鋁圓筒體的內部,製造高純度錳。
由於是重疊圓筒狀之氧化鋁坩鍋(圓筒體)的構造,故很單純,此種裝置之構造成為可降低製造成本之主要原因。
放入前述金屬錳鑄錠之圓筒狀氧化鋁坩鍋雖然需要加熱,但 可在此坩鍋之外側安裝碳加熱器進行加熱。由於此裝置構造也很單純,故成為可降低製造成本之主要原因。
當昇華、蒸餾純化時,宜將圓筒狀氧化鋁坩鍋內之錳加熱至1100~1250℃,並使昇華速度為20~184g/h。於此情形時,昇華、蒸餾純化之時間大約為8~75小時。
藉由調整昇華、蒸餾純化之溫度與昇華速度,可調節雜質量,較佳使昇華、蒸餾速度為20~184g/h,更佳為103~184g/h。
又,於凝著回收之錳量達到填充在氧化鋁坩鍋之錳原料的70重量%(回收率)之階段,結束昇華、蒸餾反應步驟。
係由於在昇華、蒸餾步驟,若持續進行蒸餾,則原料錳中之雜質濃度會變高,於步驟之晚期,雜質元素變得容易昇華,藉由在所凝著回收之錳達到原料錳的70重量%之時點結束,可防止雜質混入蒸餾錳中。
實施例
以下,以實施例及比較例進行說明,但該等係用以使發明容易理解,本發明並不受實施例或比較例之限定。
(實施例1)
使用市售之片狀電解錳(純度2N:99%)作為起始原料。原料錳之雜質係B:15ppm、Mg:90ppm、Al:4.5ppm、Si:39ppm、S:280ppm、Ca:5.9ppm、Cr:2.9ppm、Fe:11ppm、Ni:10ppm、O:720~2500ppm、N:10~20ppm。
(第一次VIM熔解步驟)
把上述錳原料放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於 200Torr以下之非活性環境下,使熔解溫度為1300℃進行熔解。又,緩慢地添加錳重量之1重量%的鈣至此錳熔液,進行去氧及去硫。於去氧及去硫結束後,澆鑄至鐵製鑄模,製造鑄錠。鑄錠冷卻後,去除附著在鑄錠之熔渣。
此第一次熔解後之鑄錠的雜質係B:12ppm、Mg:130ppm、 Al:1.2ppm、Si:20ppm、S:3.4ppm、Ca:520ppm、Cr:0.25ppm、Fe:2.2ppm、Ni:1.4ppm、O:10ppm、N:10ppm。將此結果示於表1。
如此表1所示,可知由於為鈣還原步驟,故所鑄造之錳中鈣增加,又為氧化鎂坩鍋之構成元素的Mg容易被鈣還原,其一部份混入於鑄造錳中,Mg增加,但S大幅降低,其他之元素亦降低。
(第二次VIM熔解步驟)
接著,將第一次VIM熔解所得之錳鑄錠再次放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於100Torr以下之非活性環境下,將熔解溫度調整成1400℃且維持30分鐘,進行第二次V1M熔解。然後,澆鑄至鐵製鑄模,製造鑄錠。鑄錠冷卻後,去除附著在鑄錠之熔渣。
此第二次熔解後之鑄錠的雜質係B:10ppm、Mg:13ppm、Al:1.9ppm、Si:20ppm、S:0.58ppm、Ca:25ppm、Cr:0.28ppm、Fe:2.4ppm、Ni:1.2ppm、O:10ppm、N:10ppm。將此結果同樣地示於表1。
如表1所示,可知於第二次熔解後,於第一次熔解所增加之鈣與鎂大幅降低。且,S亦降低。此被認為是因為第二次熔解將易揮發之雜質去除。
(昇華、蒸餾反應步驟)
將經上述第一次VIM熔解步驟及第二次VIM熔解步驟得到之金屬錳鑄錠放入圓筒狀氧化鋁坩鍋,在此圓筒狀坩鍋上,垂直地疊合同形狀之氧化鋁圓筒體,進行昇華及蒸餾反應。
以真空泵抽真空成0.1Torr後進行加熱,實施錳之昇華及蒸餾反應。又,使錳凝著於上部之氧化鋁圓筒體的內部,而得到高純度錳。另,放入有錳鑄錠之圓筒狀氧化鋁坩鍋,於坩鍋外側安裝碳加熱器進行加熱。
當昇華、蒸餾純化時,將圓筒狀氧化鋁坩鍋內之錳加熱至1050~1250℃,並使昇華速度為3~184g/h。於此情形,使昇華純化之時間大約為8~75小時。
利用昇華、蒸餾純化去除雜質之效果,由於會大大受到加熱溫度與昇華、蒸餾速度之影響,故如上述,於1050~1250℃之範圍,且以3~184g/h之範圍階段地實施昇華、蒸餾速度。以下顯示具體例(實施例與比較例)。
又,於昇華、蒸餾反應所回收之錳量達到填充在氧化鋁坩鍋之錳原料重量的70%(回收率)之階段,結束昇華、蒸餾步驟,防止雜質 混入蒸餾錳中。昇華、蒸餾步驟之結束時點的判斷,係預先調查加熱溫度與昇華、蒸餾速度之關係,從相對於各加熱溫度之昇華、蒸餾速度算出凝著之錳量,以決定步驟結束時間。
(昇華純化之加熱溫度與昇華速度相關之雜質)
(比較例1)
加熱溫度:1050℃,昇華速度:3(g/h),實施昇華、蒸餾純化之情形
此昇華純化後之金屬錳的雜質,係B:0.2ppm、Mg:20ppm、Al:0.15ppm、Si:0.05ppm、S:0.03ppm、Ca:30ppm、Cr:0.05ppm、Fe<0.1ppm、Ni:0.01ppm、O<10ppm、N<10ppm。將此結果示於表1。
於此情形,由於溫度低,昇華速度慢,故昇華純化之效果並 不足,並無法達成本案目標之4N5(99.995%)以上之純度。將此情形作為參考例或比較例。
(實施例1-1)
加熱溫度:1100℃,昇華速度:23(g/h),實施昇華、蒸餾純化。
此昇華純化後之金屬錳的雜質,係B:0.61ppm、Mg:17ppm、Al:0.25ppm、Si:0.28ppm、S:0.07ppm、Ca:7.3ppm、Cr:0.05ppm、Fe<0.1ppm、Ni:0.03ppm、O<10ppm、N<10ppm。將此結果同樣示於表1。
於此情形,昇華純化之效果充足,可達成本案目標之4N5(99.995%)以上之純度。此係較佳之實施例。
(實施例1-2)
加熱溫度:1200℃,昇華速度:103(g/h),實施昇華、蒸餾純化。
此昇華純化後之金屬錳的雜質,係B:0.46ppm、Mg:0.17ppm、Al:1.4ppm、 Si:1.2ppm、S:0.02ppm、Ca:2.1ppm、Cr:0.69ppm、Fe:0.21ppm、Ni:0.08ppm、O<10ppm、N<10ppm。將此結果同樣示於表1。
於此情形,昇華純化之效果充足,可達成本案目標之5N(99.999%)以上之純度。此係更佳之實施例。
(實施例1-3)
加熱溫度:1250℃,昇華速度:184(g/h),實施昇華、蒸餾純化。
此昇華純化後之金屬錳的雜質,係B:1.1ppm、Mg<0.01ppm、Al:0.85ppm、Si:3.6ppm、S:0.04ppm、Ca:1.9ppm、Cr:1.4ppm、Fe:0.77ppm、Ni:0.18ppm、O<10ppm、N<10ppm。將此結果同樣示於表1。
於此情形,昇華純化之效果充足,可達成本案目標之5N(99.999%)以上之純度。此係較佳之實施例。
產業上之可利用性
根據本發明,可得到極高純度之錳,並且製造步驟亦相對較簡單,可降低製造成本,因此適用作為用以製作配線材料、磁性材料(磁頭)等電子零件材料、半導體零件材料所使用之金屬錳、金屬錳薄膜尤其是含錳薄膜的濺鍍靶材。本發明無需特別裝置,能以通用爐製造,與以往方法即蒸餾法相比,能以低成本且高產率獲得高純度錳,故產業上之利用價值高。

Claims (9)

  1. 一種高純度錳之製造方法,把錳原料放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於500Torr以下之非活性環境下,以熔解溫度1240~1400℃熔解,以錳重量之0.5~2.0%的範圍添加鈣,進行去氧及去硫,於去氧及去硫結束後,澆鑄至鐵製鑄模,製造鑄錠,接著把此錳鑄錠再次放入氧化鎂坩鍋,使用真空感應熔解爐(VIM爐)於200Torr以下之非活性環境下,將熔解溫度調整成1200~1450℃且維持10~60分鐘,然後澆鑄至鐵製鑄模,製造鑄錠,接著把此金屬錳鑄錠放入氧化鋁坩鍋,以真空泵抽真空成0.01~1Torr後進行加熱,進行昇華及蒸餾反應而得到高純度錳。
  2. 如申請專利範圍第1項之高純度錳之製造方法,其中,當進行該昇華及蒸餾反應時,把金屬錳鑄錠放入圓筒狀之氧化鋁坩鍋,在此圓筒狀坩鍋上,垂直地疊合同形狀之氧化鋁圓筒體,進行昇華及蒸餾反應,使錳凝著於上部之氧化鋁圓筒體的內部。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之高純度錳之製造方法,其中,在放入有該金屬錳鑄錠之圓筒狀氧化鋁坩鍋的外側安裝碳加熱器進行加熱。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之高純度錳之製造方法,其中,於1100~1250℃進行昇華及蒸餾純化,並使昇華及蒸餾速度為20~184g/h。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之高純度錳之製造方法,其中,於昇華及蒸餾純化步驟中,於所昇華、蒸餾之錳的凝著量達到填充在氧化鋁坩鍋內之金屬錳鑄錠重量的70%時,結束昇華、蒸餾步驟。
  6. 一種高純度錳,其雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量在50ppm以下,不包括氣體成分,具有4N5(99.995%)以上之純度。
  7. 一種高純度錳,其雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量在10ppm以下,不包括氣體成分,具有5N(99.999%)以上之純度。
  8. 一種高純度錳,其雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量在50ppm以下,不包括氣體成分,具有4N5(99.995%)以上之純度,氣體成分O、N各自未達10ppm。
  9. 一種高純度錳,其雜質元素B、Mg、Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni的總量在10ppm以下,不包括氣體成分,具有5N(99.999%)以上之純度,氣體成分O、N各自未達10ppm。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7298893B2 (ja) * 2019-12-04 2023-06-27 株式会社 大阪アサヒメタル工場 高純度マンガンの製造方法および高純度マンガン
US11242595B1 (en) 2021-04-03 2022-02-08 King Faisal University Method of making metal nanostructures using low temperature deposition
CN113897501A (zh) * 2021-09-30 2022-01-07 宁波创致超纯新材料有限公司 一种真空蒸馏提纯金属锰的方法
PL443702A1 (pl) * 2023-02-03 2024-08-05 Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk Sposób otrzymywania manganu (Mn) o czystości 7N5

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1719544A (en) * 1926-09-15 1929-07-02 Gathmann Emil Method of making ingot molds
US1859680A (en) * 1928-09-19 1932-05-24 Ajax Metal Company Induction electric furnace
US3243493A (en) * 1963-06-17 1966-03-29 Rointan F Bunshah Method and apparatus for induction melting
JPS538309A (en) 1976-07-13 1978-01-25 Toyo Soda Mfg Co Ltd Removing method for sulfer in metalic manganese
JP3544293B2 (ja) 1997-07-31 2004-07-21 株式会社日鉱マテリアルズ 磁性材用Mn合金材料、Mn合金スパッタリングタ−ゲット及び磁性薄膜
JP4013999B2 (ja) * 1997-11-18 2007-11-28 日鉱金属株式会社 高純度Mn材料の製造方法
JP2002167630A (ja) 2000-11-28 2002-06-11 Hitachi Metals Ltd 低酸素Mn材料の製造方法
JP3825984B2 (ja) * 2001-03-26 2006-09-27 株式会社 大阪アサヒメタル工場 高純度マンガンの製造方法
JP4816897B2 (ja) 2005-10-28 2011-11-16 三菱マテリアル株式会社 金属マンガンの電解採取方法および高純度金属マンガン
US20080173543A1 (en) * 2007-01-19 2008-07-24 Heraeus Inc. Low oxygen content, crack-free heusler and heusler-like alloys & deposition sources & methods of making same
JP5495418B2 (ja) 2009-03-09 2014-05-21 Dowaメタルマイン株式会社 マンガンの回収方法
JP5446735B2 (ja) 2009-10-30 2014-03-19 Jfeスチール株式会社 金属マンガンの製造方法
JP5808094B2 (ja) 2010-09-29 2015-11-10 株式会社東芝 スパッタリングターゲットの製造方法
JP5944666B2 (ja) 2012-01-12 2016-07-05 Jx金属株式会社 高純度マンガンの製造方法
US9165750B2 (en) * 2012-01-23 2015-10-20 Jx Nippon Mining & Metals Corporation High purity copper—manganese alloy sputtering target

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