(57)【要約】【課題】塩素ガスの放出量を低減し、環境負荷を低減させることができる酸化タングステンの製造方法を提供する。【解決手段】酸化タングステンの製造方法は、塩素ガスを含むプロセスガスの加熱雰囲気中に、コバルトを含む炭化タングステンを曝して、塩化コバルト及び塩化タングステンを生成する第１の工程Ｓ１と、塩化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスから塩化タングステンを分離する第２の工程Ｓ２と、塩化タングステンを分離した後に、塩化タングステンを酸化して酸化タングステン及び塩素ガスを生成する第３の工程Ｓ４と、酸化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスから塩素ガスを分離して、酸化タングステンを得る第４の工程Ｓ５，Ｓ６と、を備える。第４の工程Ｓ５，Ｓ６で分離された塩素ガスは第１の工程Ｓ１で用いられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素ガスを含むプロセスガスの加熱雰囲気中に、不純物を含む炭化タングステンを曝して、前記不純物の塩化物、及び塩化タングステンを生成する第１の工程と、
前記塩化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスから前記塩化タングステンを分離する第２の工程と、
前記塩化タングステンを分離した後に、前記塩化タングステンを酸化して酸化タングステン及び塩素ガスを生成する第３の工程と、
前記酸化タングステン及び塩素ガスから前記塩素ガスを分離して、前記酸化タングステンを得る第４の工程と、
を備え、
前記第４の工程で分離された塩素ガスを前記第１の工程に用いる酸化タングステンの製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、
前記塩素ガス、及び前記不純物を含む炭化タングステンは、前記不純物の塩化物の沸点未満の温度で加熱される、請求項１に記載の酸化タングステンの製造方法。
【請求項３】
前記プロセスガスは、塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガスであり、
前記第１の工程では、
前記炭化タングステンは、７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱される、請求項１又は２に記載の酸化タングステンの製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程において、前記塩化物は液体である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化タングステンの製造方法。
【請求項５】
前記不純物は、コバルトである、請求項１〜４のいずれか一項に記の酸化タングステンの製造方法。
【請求項６】
塩素ガスを含むプロセスガスの加熱雰囲気中に、不純物を含む炭化タングステンを曝して、前記不純物の塩化物、及び塩化タングステンを生成する第１の工程と、
前記塩化タングステン及び前記塩素ガスから前記塩化タングステンを分離する第２の工程と、
前記塩化タングステンを分離した後に、前記塩化タングステンを還元してタングステン及び塩酸ガスを生成する第３の工程と、
前記タングステン及び塩酸ガスから前記塩酸ガスを分離して、前記タングステンを得る第４の工程と、
前記塩酸ガスを分離した後に、前記塩酸ガス及びケイ素を加熱して塩化ケイ素を生成する第５の工程と、
前記塩化ケイ素及び酸素を加熱して酸化ケイ素及び塩素ガスを生成する第６の工程と、
前記酸化ケイ素及び塩素ガスから前記塩素ガスを分離して、前記酸化ケイ素を得る第７の工程と、
を備え、
前記第７の工程で分離された塩素ガスを前記第１の工程に用いるタングステンの製造方法。
【請求項７】
前記第１の工程では、
前記塩素ガス、及び前記不純物を含む炭化タングステンは、前記不純物の塩化物の沸点未満の温度で加熱される、請求項６に記載のタングステンの製造方法。
【請求項８】
前記プロセスガスは、塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガスであり、
前記第１の工程では、
前記炭化タングステンは、７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱される、請求項６又は７に記載のタングステンの製造方法。
【請求項９】
前記第１の工程において、前記塩化物は液体である、請求項６〜８のいずれか一項に記載のタングステンの製造方法。
【請求項１０】
前記不純物は、コバルトである、請求項６〜９のいずれか一項に記のタングステンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化タングステンの製造方法及びタングステンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、工具等のスクラップからタングステンを回収する方法が記載されている。この方法では、スクラップを硝酸ナトリウムで溶解することによりタングステン酸ナトリウムを得る。このタングステン酸ナトリウムをタングステン酸アンモニウムに変換する。その後に、タングステンカーバイドを回収している。
【０００３】
特許文献２には、タングステン酸アンモニウム水溶液の製造方法が記載されている。この方法は、ｐＨが９以上１４以下であって不純物を含有するタングステン酸アルカリ金属塩水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させる工程と、陰イオン交換樹脂に低濃度陰イオン含有溶液を接触させる工程と、を含んでいる。
【０００４】
非特許文献１は、希少金属の回収について記載されている。この回収においては、コーティングチップの被覆層の除去を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２０８９０９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８４２２０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】平成１９年度  エネルギー使用合理化技術開発  希少金属等高効率回収システムの開発事業  成果報告書  P242-243
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、希少金属の回収を行う場合には、塩素ガスが大気中に放出されることがある。この塩素ガスの放出量が増大すると、環境負荷が高まるという問題を引き起こす虞がある。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、塩素ガスの放出量を低減し、環境負荷を低減させることができる酸化タングステンの製造方法及びタングステンの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る酸化タングステンの製造方法は、塩素ガスを含むプロセスガスの加熱雰囲気中に、不純物を含む炭化タングステンを曝して、前記不純物の塩化物、及び塩化タングステンを生成する第１の工程と、前記塩化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスから前記塩化タングステンを分離する第２の工程と、前記塩化タングステンを分離した後に、前記塩化タングステンを酸化して酸化タングステン及び塩素ガスを生成する第３の工程と、前記酸化タングステン及び塩素ガスから前記塩素ガスを分離して、前記酸化タングステンを得る第４の工程と、を備え、前記第４の工程で分離された塩素ガスは前記第１の工程で用いられる。
【００１０】
この製造方法では、第１の工程で不純物の塩化物を生成すると共に塩化タングステンが生成される。続いて、塩化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスから塩化タングステンを分離し、この分離した塩化タングステンを酸化して酸化タングステン及び塩素ガスを生成する。そして、酸化タングステン及び塩素ガスから塩素ガスを分離する。分離した塩素ガスは、第１の工程で用いられる。従って、この製造方法によれば、分離した塩素ガスを再度用いることにより、塩素ガスの放出量が低減されるので、環境負荷を低減させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る製造方法の前記第１の工程では、前記塩素ガス、及び前記不純物を含む炭化タングステンは、前記不純物の塩化物の沸点未満の温度で加熱される。不純物の塩化物の沸点未満の温度範囲では、不純物の塩化物が液体又は固体となるので、不純物の塩化物を凝縮又は凝固して、凝縮又は凝固した不純物の塩化物を容易に除去することができる。
【００１２】
また、本発明に係る製造方法では、前記プロセスガスは、塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガスであり、前記第１の工程では、前記炭化タングステンは、７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱される。塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガス中において、不純物を含む炭化タングステンを７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱すると、不純物の塩化物の生成が促進される。
【００１３】
また、本発明に係る製造方法では、前記第１の工程において、前記塩化物は液体である。不純物の塩化物を液体とする場合、不純物の塩化物を気体の塩化タングステンから容易に分離することができる。
【００１４】
また、本発明に係る製造方法では、前記不純物は、コバルトである。このように不純物をコバルトとした場合でも、塩素ガスの放出量が低減され、環境負荷を低減させることができる。
【００１５】
本発明に係るタングステンの製造方法では、塩素ガスを含むプロセスガスの加熱雰囲気中に、不純物を含む炭化タングステンを曝して、前記不純物の塩化物、及び塩化タングステンを生成する第１の工程と、前記塩化タングステン及び前記塩素ガスを含む混合ガスから前記塩化タングステンを分離する第２の工程と、前記塩化タングステンを分離した後に、前記塩化タングステンを還元してタングステン及び塩酸ガスを生成する第３の工程と、前記タングステン及び塩酸ガスから前記塩酸ガスを分離して、前記タングステンを得る第４の工程と、前記塩酸ガスを分離した後に、前記塩酸ガス及びケイ素を加熱して塩化ケイ素を生成する第５の工程と、前記塩化ケイ素及び酸素を加熱して酸化ケイ素及び塩素ガスを生成する第６の工程と、前記酸化ケイ素及び塩素ガスから前記塩素ガスを分離して、前記酸化ケイ素を得る第７の工程と、を備え、前記第７の工程で分離された塩素ガスは前記第１の工程で用いられる。
【００１６】
この製造方法では、第１の工程で不純物の塩化物、及び塩化タングステンが生成される。続いて、塩化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスから塩化タングステンを分離し、この分離した塩化タングステンを還元してタングステン及び塩酸ガスを生成する。そして、塩酸ガスを分離した後に、分離した塩酸ガスとケイ素とを加熱して塩化ケイ素を生成し、その後塩化ケイ素及び酸素を加熱して酸化ケイ素及び塩素ガスを生成する。そして、この塩素ガスを第１の工程で用いる。従って、この製造方法によれば、生成した塩素ガスを再度用いることにより、塩素ガスの放出量が低減されるので、環境負荷を低減させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る製造方法の前記第１の工程では、前記塩素ガス、及び前記不純物を含む炭化タングステンは、前記不純物の塩化物の沸点未満の温度で加熱される。不純物の塩化物の沸点未満の温度範囲では、不純物の塩化物が液体又は固体となるので、不純物の塩化物を凝縮又は凝固して、凝縮又は凝固した不純物の塩化物を容易に除去することができる。
【００１８】
また、本発明に係る製造方法では、前記プロセスガスは、塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガスであり、前記第１の工程では、前記炭化タングステンは、７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱される。塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガス中において、不純物を含む炭化タングステンを７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱すると、不純物の塩化物の生成が促進される。
【００１９】
また、本発明に係る製造方法では、前記第１の工程において、前記塩化物は液体である。不純物の塩化物を液体とする場合、不純物の塩化物を気体の塩化タングステンから容易に分離することができる。
【００２０】
また、本発明に係る製造方法では、前記不純物は、コバルトである。このように不純物をコバルトとした場合でも、塩素ガスの放出量が低減され、環境負荷を低減させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、塩素ガスの放出量を低減し、環境負荷を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態に係る酸化タングステンの製造方法の工程を示す図である。
【図２】一実施形態に係る酸化タングステンの製造方法の工程を示す図である。
【図３】一実施形態に係る酸化タングステンの製造方法で用いられる処理装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】酸化反応装置の構成を簡略化して示す図である。
【図５】酸素除去装置の構成を簡略化して示す図である。
【図６】一実施形態に係るタングステンの製造方法の工程を示す図である。
【図７】一実施形態に係るタングステンの製造方法の工程を示す図である。
【図８】還元反応装置の構成を簡略化して示す図である。
【図９】一実施形態に係るタングステンの製造方法で用いられる処理装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】酸化反応装置の構成を簡略化して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る酸化タングステンの製造方法の実施形態を第１実施形態として説明し、本発明に係るタングステンの製造方法の実施形態を第２実施形態として説明する。
【００２４】
第１実施形態の酸化タングステンの製造方法では、不純物を含む炭化タングステンから不純物を除去した後に酸化タングステンを製造する。ここで、不純物を含む炭化タングステンとしては、例えば金属コバルトを不純物として含むタングステン製の工具が挙げられる。タングステン製の工具の表面には、窒化チタン（ＴｉＮ）等のチタン化合物がコーティングされている。以下では、このタングステン製の工具から酸化タングステンを製造する工程について説明する。
【００２５】
図１及び図２は、本実施形態に係る酸化タングステンの製造方法の主要な工程を示す図である。工程Ｓ１（第１の工程）は、塩素ガス中で不純物を含む炭化タングステンを加熱処理する工程である。工程Ｓ１では、塩素ガスを含むプロセスガスの加熱雰囲気中に、不純物を含む炭化タングステンを曝して、不純物の塩化物、及び塩化タングステンを生成する。
【００２６】
工程Ｓ１は、例えば、図３に示す処理装置１０の反応炉１１で行われる。処理装置１０は、反応炉１１と、冷却トラップ１２と、貯留タンク１３とを備えている。反応炉１１は、複数の段部を有する載置棚１１ａを備えている。載置棚１１ａは、支持棒１１ｂによって吊り下げて支持されている。載置棚１１ａには、例えばコバルトを１４％含む炭化タングステン製の工具である被処理物Ｍ１が個々の段部に、工具を破砕した状態で載置される。
【００２７】
また、反応炉１１には、ガス導入口１１ｃが設けられている。このガス導入口１１ｃからは、プロセスガスＧ１が反応炉１１に供給される。プロセスガスＧ１は、塩素ガスと不活性ガスとの混合ガス、又は実質的に１００％の塩素ガスである。不活性ガスとしては、例えば窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、又はキセノン等を用いることができる。具体的には、例えば、５００ｍｌ／分の塩素ガス、及び５０００ｍｌ／分の窒素が反応炉１１に供給される。また、反応炉１１には、載置棚１１ａを囲むように設けられたヒータ１１ｄを有する。このヒータ１１ｄにより、被処理物Ｍ１の周囲の塩素ガスを含む雰囲気が、例えば１０００℃となるように加熱される。また、反応炉１１には、ガス排出口１１ｅが設けられている。
【００２８】
以上、工程Ｓ１が実行される反応炉１１について説明した。しかし、工程Ｓ１を実行する装置としては反応炉１１に限定されず、種々の装置を用いることが可能である。以下では、反応炉１１を用いた場合における被処理物Ｍ１の反応プロセスについて説明する。
【００２９】
まず、載置棚１１ａの個々の段部に被処理物Ｍ１を載置する。次に、ガス導入口１１ｃから反応炉１１内にプロセスガスＧ１を供給しつつ、ヒータ１１ｄを用いてプロセスガスＧ１を加熱する。被処理物Ｍ１は、例えば１０００℃の加熱雰囲気中で２時間曝される。この加熱により、工程Ｓ１の前に、被処理物Ｍ１にコーティングされている窒化チタンが塩素ガスによりエッチングされる。このとき、気体の塩化チタンと窒素とが気体として生成される。この塩化チタン及び窒素は、排気除去される。この反応を示す化学式は（１）となる。
ＴｉＮ＋２Ｃｌ２→ＴｉＣｌ４＋（１／２）Ｎ２  （１）
【００３０】
続いて、工程Ｓ１が実行される。工程Ｓ１において、例えば、反応炉１１内で被処理物Ｍ１を１０００℃で加熱すると、コバルトが塩化されて塩化コバルトが生成される。また、一気圧において、塩化コバルトの融点は７２４℃であり、その沸点は１０４９℃であるので、生成された塩化コバルトは液体である。この塩化コバルトは、炉下部に溶融落下し除去される。
【００３１】
また、反応炉１１内の気圧を一気圧として、被処理物Ｍ１を１０００℃で加熱すると、炭化タングステンが塩化され、塩化タングステンと炭素とが生成される。一気圧において、塩化タングステンの融点は２７５℃であり、その沸点は３４６．７℃であるので、生成された塩化タングステンは気体である。また、炭素は、一気圧において、その融点が反応炉１１内の温度より高いので、固体として生成される。
【００３２】
以上のように、工程Ｓ１では、液体の塩化コバルトと、気体の塩化タングステンと、固体の炭素とが生成される。ここで、生成された固体の炭素は、多孔質構造を有する多孔質炭素である。この多孔質炭素は、比表面積が非常に大きな活性炭として用いることができる。図２には、この工程Ｓ１の反応を示す化学式（２）及び（３）が示されている。
ＷＣ＋３Ｃｌ２→ＷＣｌ６＋Ｃ  （２）
Ｃｏ＋Ｃｌ２→ＣｏＣｌ２      （３）
【００３３】
化学式（２）の反応によって得られる塩化タングステンの生成は、載置棚１１ａに載置した炭化タングステンの粒子径が１００μｍ以下である場合には、反応炉１１内を１０００℃に加熱してから約８０分で終了する。そして、化学式（２）及び（３）の反応が終了した後には、反応炉１１内にアルゴンガスが供給される。このアルゴンガスの供給によって、反応炉１１内の塩素ガスがガス排出口１１ｅから排出される。その後、載置棚１１ａに残留した炭素は４００℃に冷却される。そして、載置棚１１ａは反応炉１１から引き上げられ、その後に、残留した炭素が大気中に取り出される。
【００３４】
また、化学式（２）の反応により生じた塩化タングステン及びプロセスガスＧ１は、図３に示すように、例えば、ガス排出口１１ｅから冷却トラップ１２に排出される。
【００３５】
ここで、塩化タングステンを凝縮する工程Ｓ２（第２の工程）が行われる。工程Ｓ２では、塩化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスＧ２から塩化タングステンを分離する。
【００３６】
工程Ｓ２は、例えば、処理装置１０の冷却トラップ１２及び貯留タンク１３で行われる。冷却トラップ１２は、冷媒１２ａを備えている。冷媒１２ａは、冷却トラップ１２内を循環する。貯留タンク１３は、冷却トラップ１２に接続されている。貯留タンク１３には、冷却トラップ１２で冷却された液体が貯留される。なお、工程Ｓ２を実行する装置としては冷却トラップ１２及び貯留タンク１３に限定されず、塩化タングステンを凝縮可能な冷却装置であれば、種々の装置を用いることができる。以下では、冷却トラップ１２及び貯留タンク１３を用いて混合ガスＧ２を処理する方法について説明する。
【００３７】
工程Ｓ２において、ガス排出口１１ｅから冷却トラップ１２に排出された混合ガスＧ２は、プロセスガスＧ１の沸点以上、且つ塩化タングステンの沸点以下の温度に冷却される。ここで、塩化タングステンの融点は２７５℃であり、その沸点は３４６．７℃である。また、プロセスガスＧ１の沸点は、２７５℃未満である。よって、混合ガスＧ２を、例えば２８０℃で冷却すると、冷却トラップ１２内で塩化タングステンのみが液体となりプロセスガスＧ１は気体のままとなる。
【００３８】
そして、液化された塩化タングステンは、貯留タンク１３に貯留される。その後、塩化タングステンは、図４に示す酸化反応装置１４へ送られる（図３の参照符号Ｂ１）。以上のように、工程Ｓ２では、塩化タングステンを液化することで、混合ガスＧ２から分離する。また、冷却トラップ１２を通過したプロセスガスＧ１は、三方弁１７を介して、処理装置１０の外部へ排気されるか、又は再び反応炉１１のガス導入口１１ｃへ送られる。ここで、プロセスガスＧ１を再度ガス導入口１１ｃに送る場合には、プロセスガスＧ１を無駄なく有効利用できる。
【００３９】
次に、塩化タングステンを加熱する工程Ｓ３が行われる。工程Ｓ３では、工程Ｓ２で凝縮された塩化タングステンが塩化タングステンの沸点以上の温度で加熱される。そして、塩化タングステンは、気化される。ここで、塩化タングステンを加熱する温度は、塩化タングステンの沸点が３４６．７℃であるので、例えば３５０℃とすることができる。
【００４０】
続いて、塩化タングステンを酸化して酸化タングステン及び塩素ガスを生成する工程Ｓ４（第３の工程）が行われる。工程Ｓ４では、工程Ｓ３で気化された塩化タングステンと酸素とが例えば１１００℃で加熱される。そして、酸化タングステンと塩素ガスとが生成される。酸化タングステンは、粉体として生成される。図２には、この工程Ｓ４の反応を示す化学式（４）が示されている。
ＷＣｌ６＋（３／２）Ｏ２→ＷＯ３＋３Ｃｌ２  （４）
【００４１】
工程Ｓ３，Ｓ４は、例えば図４に示す酸化反応装置１４で行われる。酸化反応装置１４は、電気炉であり、ヒータ１４ｂを備えている。酸化反応装置１４には、例えば、５００ｍｌ／分の塩化タングステンと、５５０ｍｌ／分の酸素とが供給される。
【００４２】
次に、酸化タングステンを取り出す工程Ｓ５が行われる。工程Ｓ５では、工程Ｓ４で生成された酸化タングステン、塩素ガス、及び残留酸素から、塩素ガス及び残留酸素からなる混合ガスＣ１と、酸化タングステンとを分離する。
【００４３】
工程Ｓ５は、例えば図４に示すサイクロン１５で行われる。サイクロン１５は、酸化反応装置１４で生成された酸化タングステン、塩素ガス、及び残留酸素を撹拌する。この撹拌により、粉体である酸化タングステンが落下し、気体の塩素ガス及び残留酸素はサイクロン１５の外部に排出される。サイクロン１５によって落下した酸化タングステンは、例えば、サイクロン１５下部の容器に貯留される。容器に貯留された酸化タングステンは、例えば、炭素粉末と混合された後に焼成されることにより、炭化タングステンに変換される。なお、工程Ｓ５を実行する装置としてはサイクロン１５に限定されず、例えば、サイクロン１５に代えてフィルタを用いることもできる。
【００４４】
次に、残留酸素を活性炭と反応させる工程Ｓ６が行われる。工程Ｓ６では、例えば図５に示すように、工程Ｓ５で分離された混合ガスＣ１が活性炭を有する処理装置１６によって処理される。具体的には、処理装置１６内の温度を例えば６００℃とすると、処理装置１６の活性炭によって、混合ガスＣ１のうち残留酸素のみが活性炭に吸着される。こうして、混合ガスＣ１は、残留酸素が除去されて塩素ガスに変換される。以上の工程Ｓ５，Ｓ６は、塩素ガスを、酸化タングステン及び混合ガスＣ１から分離する第４の工程に相当する。
【００４５】
工程Ｓ７では、処理装置１６内の塩素ガスは、処理装置１６から排出された後、プロセスガスＧ１として反応炉１１のガス導入口１１ｃに還流される。
【００４６】
この製造方法では、工程Ｓ１で塩化コバルト及び塩化タングステンが生成される。工程Ｓ２で塩化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスから塩化タングステンが分離される。工程Ｓ３，Ｓ４で、分離された塩化タングステンが酸化されて酸化タングステン及び塩素ガスが生成される。そして、工程Ｓ５，Ｓ６で酸化タングステン及び塩素ガスから塩素ガスが分離され、分離した塩素ガスは再度工程Ｓ１で用いられる。従って、分離された塩素ガスが再度用いられることにより、塩素ガスの放出量が低減されるので、環境負荷を低減させることができる。このように、本実施形態では、塩素ガスの放出を抑えつつ、タングステン成分を抽出することができる。
【００４７】
また、工程Ｓ１では、塩素ガス、及びコバルトを含む炭化タングステンは、塩化コバルトの沸点未満の温度で加熱される。従って、塩化コバルトは液体又は固体となるので、塩化コバルトは凝縮又は凝固される。よって、凝縮又は凝固された塩化コバルトは容易に除去される。
【００４８】
また、プロセスガスＧ１は、塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガスであり、工程Ｓ１では、炭化タングステンは、７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱される。このように、塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガス中において、コバルトを含む炭化タングステンを７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱すると、塩化コバルトの生成が促進される。
【００４９】
以下では、第２実施形態のタングステンの製造方法について説明する。本実施形態のタングステンの製造方法では、不純物を含む炭化タングステンから不純物を除去した後にタングステンを製造する。ここでは、第１実施形態同様、タングステン製の工具からタングステンを製造する工程について説明する。
【００５０】
図６及び図７は、本実施形態に係るタングステンの製造方法の主要な工程を示す図である。図６中の工程Ｓ１１〜Ｓ１３は、第１実施形態の工程Ｓ１〜Ｓ３と同じ内容であるため、詳細な説明を省略する。
【００５１】
工程Ｓ１４（第３の工程）では、塩化タングステンを還元してタングステン及び塩素ガスを生成する。工程Ｓ１４では、工程Ｓ１３で気化された塩化タングステン及び水素が例えば１０００℃で加熱される。そして、タングステンと塩酸ガスとが生成される。タングステンは、粉体として生成される。図７には、この工程Ｓ１４の反応を示す化学式（５）が示されている。
ＷＣｌ６＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＣｌ  （５）
【００５２】
工程Ｓ１４は、例えば図８に示す還元反応装置２４で行われる。還元反応装置２４は、電気炉であり、ヒータ２４ｂを備えている。還元反応装置２４には、例えば５００ｍ／分の塩化タングステンと、５５０ｍ／分の水素ガスとが供給される。
【００５３】
次に、タングステンを取り出す工程Ｓ１５が行われる。工程Ｓ１５では、工程Ｓ１４で生成されたタングステン、塩酸ガス、及び残留水素から、塩酸ガス及び残留水素からなる混合ガスＣ２と、タングステンとを分離する。
【００５４】
工程Ｓ１５は、例えば図８に示すサイクロン２５で行われる。サイクロン２５は、サイクロン１５と同様に、タングステン、塩酸ガス、及び残留酸素を撹拌する。そして、気体の塩酸ガス及び残留水素はサイクロン２５の外部に排出される。サイクロン２５によって落下したタングステンは、例えばサイクロン２５下部の容器に貯留される。なお、工程Ｓ１５を実行する装置としてはサイクロン２５に限定されない。また、工程Ｓ１４，Ｓ１５に代えて、還元反応装置２４で塩化タングステンとメタンガスとを反応させるようにしてもよい。この反応を示す化学式（６）を以下に示す。
ＷＣｌ６＋（３／２）ＣＨ４→ＷＣ＋６ＨＣｌ＋（１／２）Ｃ  （６）
【００５５】
化学式（６）の反応では、工程Ｓ１５でタングステンが得られる代わりに、炭化タングステン及び炭素が粉体として得られる。また、化学式（６）の反応では、工程Ｓ１５と同様に、塩酸ガスが得られる。
【００５６】
次に、塩酸ガスをケイ素と反応させる工程Ｓ１６（第５の工程）が行われる。工程Ｓ１６では、工程Ｓ１５で得られた塩酸ガス、残留水素、及び金属シリコンを加熱して塩化ケイ素を生成する。
【００５７】
工程Ｓ１６は、例えば、図９に示す処理装置１０と同一構成の処理装置３０の反応炉１１で行われる。反応炉１１の載置棚１１ａには、金属シリコンＭ３が載置される。反応炉１１のガス導入口１１ｃからは、混合ガスＣ２が反応炉１１に供給される。また、反応炉１１のヒータ１１ｄにより、金属シリコンＭ３の周囲の塩酸ガスを含む雰囲気が、例えば９００℃〜１１００℃となるように加熱される。
【００５８】
金属シリコンＭ３及び塩酸ガスを例えば一気圧の下で９００℃〜１１００℃で加熱すると、金属シリコンＭ３が塩化され、塩化ケイ素と水素とが生成される。また、一気圧において、塩化ケイ素の融点は−７０℃であり、その沸点は５７．６℃であるので、生成された塩化ケイ素は気体である。また、水素は、その沸点が反応炉１１内の温度より低いので、気体である。図７には、この工程Ｓ１６の反応を示す化学式（７）が示されている。
Ｓｉ＋４ＨＣｌ→ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２  （７）
【００５９】
また、化学式（７）の反応により生じた塩化ケイ素及び水素ガスは、図９に示すように、例えば、ガス排出口１１ｅから冷却トラップ１２に排出される。
【００６０】
ここで、塩化ケイ素を凝縮する工程Ｓ１７が行われる。工程Ｓ１７では、塩化ケイ素及び水素ガスを含む混合ガスＧ４から塩化ケイ素が分離される。
【００６１】
工程Ｓ１７は、例えば、処理装置３０の冷却トラップ１２及び貯留タンク１３で行われる。工程Ｓ１７において、混合ガスＧ４は、水素ガスの沸点以上、且つ塩化ケイ素の沸点以下の温度に冷却される。ここで、一気圧において、塩化ケイ素の融点は−７０℃であり、その沸点は５７．６℃である。また、一気圧において、水素ガスの沸点は、塩化ケイ素の融点である−７０℃未満である。よって、混合ガスＧ４を、例えば−２０℃で冷却すると、冷却トラップ１２内で塩化ケイ素のみが液体となり水素ガスは気体のままとなる。なお、工程Ｓ１７を実行する装置としては、冷却トラップ１２及び貯留タンク１３に限られず、別の装置を用いてもよい。
【００６２】
工程Ｓ１７で液化された塩化ケイ素は、酸化反応装置１４と同一構成の図１０に示す酸化反応装置３４へ送られる（図９の参照符号Ｂ３）。このように、工程Ｓ１７では、塩化ケイ素が液化されることにより、塩化ケイ素が混合ガスＧ４から分離される。また、冷却トラップ１２を通過した水素ガスは、三方弁１７を介して処理装置１０の外部へ排気されるか、又は再び反応炉１１のガス導入口１１ｃへ送られる。
【００６３】
次に、塩化ケイ素を加熱する工程Ｓ１８が行われる。工程Ｓ１８では、工程Ｓ１７で凝縮された塩化ケイ素が塩化ケイ素の沸点以上の温度で加熱される。そして、塩化ケイ素は、気化される。ここで、塩化ケイ素を加熱する温度は、塩化ケイ素の沸点が５７．６℃であるので、例えば８０℃とすることができる。
【００６４】
続いて、塩化ケイ素を酸化して酸化ケイ素及び塩素ガスを生成する工程Ｓ１９（第６の工程）が行われる。工程Ｓ１９では、工程Ｓ１８で気化された塩化ケイ素と酸素とが例えば１１０℃で加熱される。そして、酸化ケイ素と塩素ガスとが生成される。酸化ケイ素は、粉体として生成される。図７には、この工程Ｓ１９の反応を示す化学式（８）が示されている。
ＳｉＣｌ４＋Ｏ２→ＳｉＯ２＋２Ｃｌ２  （８）
【００６５】
工程Ｓ１８，Ｓ１９は、例えば図１０に示す、酸化反応装置１４と同一構成の酸化反応装置３４で行われる。酸化反応装置３４には、例えば、例えば５００ｍ／分の四塩化ケイ素と、４９０ｍ／分の酸素とが供給される。
【００６６】
次に、酸化ケイ素を取り出す工程Ｓ２０が行われる。工程Ｓ２０では、工程Ｓ１９で生成された酸化ケイ素、塩素ガス、及び残留酸素から、塩素ガス及び残留酸素からなる混合ガスＣ１と、酸化ケイ素とを分離する。
【００６７】
工程Ｓ２０は、例えば、サイクロン１５と同一構成の図１０に示すサイクロン３５で行われる。サイクロン３５は、酸化反応装置３４で生成された酸化ケイ素、塩素ガス、及び残留酸素を撹拌する。そして、混合ガスＣ１はサイクロン３５の外部に排出される。酸化ケイ素は、例えば、サイクロン３５下部の容器に貯留される。なお、工程Ｓ２０は、サイクロン３５以外の装置で行ってもよい。
【００６８】
次に、残留酸素を活性炭と反応させる工程Ｓ２１が行われる。工程Ｓ２１の処理は、第１実施形態の工程Ｓ６と同一であるため、その説明を省略する。また、以上の工程Ｓ２０，Ｓ２１は、塩素ガスを、酸化ケイ素及び混合ガスＣ１から分離する第７の工程に相当する。そして、工程Ｓ２２では、第１実施形態の工程Ｓ７と同様に、処理装置１６内の塩素ガスがプロセスガスＧ１として反応炉１１のガス導入口１１ｃに還流される。
【００６９】
この製造方法では、工程Ｓ１１で塩化コバルトと塩化タングステンとが生成される。工程Ｓ１２で塩化タングステン及び塩素ガスを含む混合ガスから塩化タングステンが分離される。工程Ｓ１３，Ｓ１４において、分離された塩化タングステンが還元されてタングステン及び塩酸ガスが生成される。そして、工程Ｓ１５で塩酸ガスが分離された後、工程Ｓ１６で塩酸ガスとケイ素とが加熱されて四塩化ケイ素が生成される。工程Ｓ１７〜Ｓ１９で四塩化ケイ素及び酸素が加熱されて酸化ケイ素及び塩素ガスが生成された後、工程Ｓ２０，Ｓ２１で酸化ケイ素及び塩素ガスから塩素ガスが分離される。分離された塩素ガスは再度工程Ｓ１１で用いられる。従って、分離された塩素ガスが再度用いられることにより、塩素ガスの放出量が低減されるので、環境負荷を低減させることができる。このように、本実施形態では、塩素ガスの放出を抑えつつ、タングステンを抽出することができる。
【００７０】
また、工程Ｓ１１では、第１実施形態と同様、塩化コバルトが液体又は固体となるので、塩化コバルトを凝縮又は凝固することによって容易に除去することができる。更に、第１実施形態と同様、プロセスガスＧ１は、塩素ガス及び不活性ガスの混合ガス、又は塩素ガスであり、コバルトを含む炭化タングステンは７５０℃以上１０００℃以下の温度で加熱されるため、塩化コバルトの生成が促進される。
【符号の説明】
【００７１】
１０，３０…処理装置、Ｇ１…プロセスガス、Ｍ１…工具、Ｓ１，Ｓ１１…第１の工程、Ｓ２，Ｓ１２…第２の工程、Ｓ４，１４…第３の工程、Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１５…第４の工程、Ｓ１６…第５の工程、Ｓ１９…第６の工程、Ｓ２０，Ｓ２１…第７の工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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