JP3838717B2 - マグネシウムの精製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、純度９９．９％程度の市販金属マグネシウム等から真空蒸留精製により、純度９９．９９９９％以上の高純度マグネシウムを製造する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に金属マグネシウムは、カーナル石やニガリあるいは海水から製造される塩化マグネシウムを脱水させて得る無水塩化マグネシウムや酸化マグネシウムを塩素化してつくる無水塩化マグネシウムを原料として、溶融塩電解法によって工業的に製造されている。
【０００３】
この電解溶融法は、鉄製の槽内にアノードとして黒鉛、カソードとして鉄、電解浴としてＭｇＣｌ₂ ・ＮａＣｌ・ＫＣｌ液を用い、６６０〜７５０℃の電解温度で、電流密度は両極とも０．５〜１．０Ａ／ｃｍ² で、かつ、浴電圧を６〜８Ｖの電解条件でマグネシウムはこの浴上に浮かび回収される。
【０００４】
上記の電解溶融法の他、ピジョン法と呼ばれるフェロシリコンによる還元法も公知であるが、この方法はレトルト中で真空処理して９９．７％の蒸留マグネシウムを回分方式で回収するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の電解溶融法や、フェロシリコンによる還元法によって得られる金属マグネシウムの純度は９９．０〜９９．９％程度であり不純物として含有されるアルミニウム、ケイ素、塩素、鉄、マンガン、はいずれも１０ppm 以上含まれていた。
【０００６】
上記の金属をさらにゾーン精製法によって精製する手段もあるが、精製後の切断加工の必要性と汚染の危険があることから、精製時の処理量の制約や精製マグネシウムをインゴットにする場合には鋳造時の不純物の混入による汚染の問題があった。
【０００７】
したがって本発明の目的は、従来の電解溶融法ではマグネシウムとの完全分離が困難でったアルミニウム、ケイ素、塩素、鉄、マンガン、等を分離できる新規な精製手段を開発することによって純度９９．９９９９％以上の高純度マグネシウムを直接インゴット状で製造できる製造方法と製造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、外筒と内筒からなる二重の石英筒で封体した内部に原料マグネシウムが装入される原料るつぼとこれに連接して設けられる回収鋳型を配置して真空蒸留を行い、蒸発したマグネシウムを石英筒面に凝縮させ、これを回収鋳型に回収するようにすれば、従来よりも簡易な構造でしかも精製から鋳造までを一回の連続工程で処理できる上、汚染が少ないので、含有する不純物が１ppm 未満の純度９９．９９９９％以上の高純度マグネシウムが得られることを見いだし本発明に到達した。
【０００９】
すなわち本発明は、マグネシウム原料を真空蒸留してマグネシウムを精製する方法において、原料るつぼに装入された原料マグネシウムを温度６００〜８００℃、真空度１×１０^-2〜１×１０^-3Ｔｏｒｒで真空蒸留することにより、蒸発させたマグネシウムを該原料るつぼ上方で凝縮させ該原料るつぼ下方の回収鋳型に回収してインゴットとし、さらに前記凝縮後のガスを該回収鋳型の下方で冷却して固化することを特徴とするマグネシウムの精製方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の高純度マグネシウムの製造装置は、一例として図１の概略図に示す構造とすることができる。すなわち電気炉１内に設置された石英製外筒３内を真空排気装置２により真空排気を行えるよう、上記外筒３内に原料るつぼ５、回収鋳型６、鋳型中央部に設けた吸入台９、吸入台下の冷却トラップ８、これを冷却する水冷フランジ７を脱着可能に連接し、さらに原料るつぼ上面に石英製内筒４を設けて外筒３と共に二重構造となって封体されている。
【００１１】
この場合、原料マグネシウムとして市販金属マグネシウム（純度９９．３％程度）を原料るつぼ５に適量入れ、電気炉で６００℃以上、好ましくは６００〜８００℃の温度範囲にすると共に、真空度を１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１×１０^-2〜１×１０^-3Ｔｏｒｒの範囲に制御すると原料るつぼ内の原料マグネシウムが融解・蒸発し、該るつぼ５と上部の内筒４との間に落下して、るつぼ底部に連接する回収鋳型６の中に回収される。
【００１２】
原料マグネシウム中に含有される不純物のうち、マグネシウムより蒸気圧の低いアルミニウム、ケイ素、カルシウム、クロム、鉄、ニッケル、マンガン、銅、銀、アンチモンは原料るつぼ５内に残留し、逆に蒸気圧の高い、ナトリウム、塩素、カリウム、砒素は凝縮することなく気体状で真空排気装置２によってるつぼ底部に設けられた吸入孔を通って冷却トラップ８内に吸収され、水冷フランジ７の働きにより冷却されて固化する。
【００１３】
本発明においては、予め、回収用の鋳型の形状を精製後の次工程で用いる鋳型の形状にしてあるため、従来法のように精製されたマグネシウムを再度鋳造する必要はなく、このため汚染の少ない高純度マグネシウム製品を精製・鋳造の工程を区別することなく一回の処理で製造できる。
【００１４】
このようにして得られた高純度マグネシウムをグロー放電質量分析装置で分析したところ、ケイ素、アルミニウム、塩素、カルシウム、クロム、鉄、ニッケル、マンガン、銅、アンチモンが０．２ppm 以下であり、ナトリウム、カリウム、砒素、銀がそれぞれ０．０１ppm 以下で、かつガス成分以外の不純物が１ppm 未満の値を示していた。
【００１５】
したがって、本発明においては測定対象元素をＮａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｓ、Ａｇ、Ｓｂとし、グロー放電質量分析装置により定量分析を行い、得られた不純物含有量の総和を１００％から差し引いて得られる数値が９９．９９９９％以上の場合をもって純度９９．９９９９％以上の高純度マグネシウムと定義した。
【００１６】
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
【実施例１】
図１の高純度マグネシウム製造装置を参照して以下説明する。先ず、純度９９．３％の市販金属マグネシウム１００ｇを原料るつぼ５に入れ、回収鋳型６中央部に設置した吸入台９上に固定した後、図１に示すように電気炉１内に装入した。
【００１８】
この場合、原料るつぼ５と回収鋳型６の上面には、石英製の外筒３と内筒４とが設けられ、真空排気装置２によって内筒４内部が真空状態となる構造である。
【００１９】
真空排気装置２で排気して内筒４の真空度を１×１０^-2Ｔｏｒｒとすると共に、炉温を６５０℃一定で１時間精製したところ、原料中のマグネシウムはいったん蒸発した後、原料るつぼ５上の内筒４の面に接触して次第に凝縮し始め、粒状になって原料るつぼ５の底部に設けた回収鋳型６の中に落下した。この粒状マグネシウム８０ｇを回収し、その品位を表１に示した。
【００２０】
一方、マグネシウムより蒸気圧の高いものはガス状のまま排気装置で吸引され、吸入台９の上部に設けられた吸入孔を通過して、冷却トラップ８上で固化した。この固化物を分析したところ、その主成分はマグネシウムで、ナトリウム、塩素、カリウム、砒素などいずれも蒸気圧の高い物質が多く含まれていることがわかった。併せて原料るつぼ内に残っている金属を分析したところ、その主成分はマグネシウムで、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、クロム、鉄、ニッケル、マンガン、銅、銀、などの蒸気圧の低い物質が原料より多く含まれていることがわかった。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【実施例２】
純度９９．３％の市販金属マグネシウム１００ｇを原料るつぼ５に入れて、真空度を１×１０^-3Ｔｏｒｒ、加熱温度を７００℃として実施例１と同様に精製を行い、精製マグネシウム８５ｇを得た。この品位を表１に併せて示した。
【００２３】
【比較例１】
比較のため、純度９９．３％の市販金属マグネシウムの品位を表１に併せて示した。
【００２４】
【発明の効果】
上述のように、本発明の方法に基づく製造装置によれば、原料るつぼに溶解したマグネシウムは蒸発して内筒表面に凝縮し、鋳型に回収されてインゴットを形成するので、従来必要とされていた鋳造や後処理等の複雑な工程に代わって、本発明の簡易な構造の製造装置を用いることにより、精製から鋳造までの一連の工程を汚染の危険が少ない一回の工程で行なえるようになり、従来よりも分離精度が高くしかもコスト低減可能な精製手段を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高純度マグネシウムの製造装置の概要を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 電気炉
２ 真空排気装置
３ 石英製外筒
４ 石英製内筒
５ 原料るつぼ
６ 回収鋳型
７ 水冷フランジ
８ 冷却トラップ
９ 吸入台

Claims (1)

1. マグネシウム原料を真空蒸留してマグネシウムを精製する方法において、原料るつぼに装入された原料マグネシウムを温度６００〜８００℃、真空度１×１０^-2〜１×１０^-3Ｔｏｒｒで真空蒸留することにより、蒸発させたマグネシウムを該原料るつぼ上方で凝縮させ該原料るつぼ下方の回収鋳型に回収してインゴットとし、さらに前記凝縮後のガスを該回収鋳型の下方で冷却して固化することを特徴とするマグネシウムの精製方法。

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