(57)【要約】本発明の目的は、高温域で酸素が存在する雰囲気下で使用しても、酸化劣化及び酸化揮発を抑制することができ、高温装置の長寿命化及び白金族金属などの金属を容易に回収することができる高温装置の保護構造及び金属元素の回収方法を提供することである。本実施形態に係る高温装置の保護構造は、１２００℃以上の高温域で使用される高温装置の保護構造において、高温装置１の外表面の一部又は全部が、主成分として金属酸化物を含むリボン状の成形体２で覆われ、かつ、成形体２が高温装置１の外表面に固着しない状態で固定されており、成形体２が、高温装置１の外表面と外気との接触を抑制している。
2015005208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１２００℃以上の高温域で使用される高温装置の保護構造において、
前記高温装置の外表面の一部又は全部が、主成分として金属酸化物を含むシート状、リボン状、紐状又は織物状の成形体で覆われ、かつ、該成形体が前記高温装置の外表面に固着しない状態で固定されており、
前記成形体が、前記高温装置の外表面と外気との接触を抑制していることを特徴とする高温装置の保護構造。
【請求項２】
前記高温装置が、ガラス製造用炉、該ガラス製造用炉に接続されるパイプ、該ガラス製造用炉で使用される攪拌部品又は該ガラス製造用炉の付帯冶具；ルツボ；又は、単結晶育成用容器であることを特徴とする請求項１に記載の高温装置の保護構造。
【請求項３】
前記高温装置が、（１）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種を用いて形成されているか、（２）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の二種若しくは三種を含む合金を用いて形成されているか、又は、（３）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種若しくは二種と、Ｐｄ又はＡｕの少なくとも一種とを含む合金を用いて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高温装置の保護構造。
【請求項４】
前記成形体の金属酸化物の金属種が、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の高温装置の保護構造。
【請求項５】
前記高温装置の外表面の一部又は全部と、前記成形体との間に、前記高温装置の外表面に近い側から順に、拡散防止層、及び、金属又は合金層を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の高温装置の保護構造。
【請求項６】
前記拡散防止層は主成分として酸化物を含み、該酸化物の酸素と結合する元素が、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項５に記載の高温装置の保護構造。
【請求項７】
前記金属又は合金層は、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種を用いて形成されているか、又はＲｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の二種以上を含む合金を用いて形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の高温装置の保護構造。
【請求項８】
前記金属又は合金層が、前記高温装置の補強層であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の高温装置の保護構造。
【請求項９】
前記高温装置の外表面の一部又は全部に、金属酸化物膜、金属窒化物膜、窒化硼素膜又は窒化珪素膜が固着されてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の高温装置の保護構造。
【請求項１０】
前記膜が、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、塗布熱分解法、スプレー熱分解法又は噴霧熱分解法によって形成されることを特徴する請求項９に記載の高温装置の保護構造。
【請求項１１】
前記成形体が、Ｐｔ線、Ｐｔ−Ｒｈ線、Ｉｒ線又はＩｒ−Ｒｈ線の少なくとも１種で巻かれており、Ｐｔ線、Ｐｔ−Ｒｈ線、Ｉｒ線又はＩｒ−Ｒｈ線の少なくとも１種の終端部が高温装置に括り付けられているか又は溶接されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の高温装置の保護構造。
【請求項１２】
前記成形体が、更に、前記高温装置の内表面であって外気が触れる部分に固着しない状態で固定されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の高温装置の保護構造。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一つに記載の高温装置の保護構造で使用した成形体を該高温装置から取り出す工程１、及び／又は、請求項５〜８のいずれか一つに記載の高温装置の保護構造で使用した拡散防止層を該高温装置及び前記金属又は合金層から取り出す工程２を行う取り出し工程と、
該取り出し工程で取り出した成形体及び／又は拡散防止層に、付着、又は、付着及び内部へ拡散した金属元素を回収する回収工程と、を有することを特徴とする金属元素の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１２００℃以上の高温域で使用される高温装置の保護構造及び金属元素の回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１２００℃以上の高温域で使用される高温装置としては、例えば、液晶ディスプレイ用ガラス、光学ガラス又は酸化物単結晶の製造装置がある。これらの高温装置では、高温となる耐熱部品は、通常、金属又は酸化物で形成されている。【０００３】
ところが、高温装置を金属で形成した場合には、高温域で酸素が存在する雰囲気下で金属が酸化し、酸化劣化及び酸化揮発によって強度が低下して製品寿命が短くなる問題があった。さらに、白金族金属などの高価な金属を用いた場合、その回収が困難となる問題があった。一方、高温装置を酸化物で形成した場合には、酸化物は高温域で酸素が存在する雰囲気下で安定であるが、溶融ガラス若しくは溶融酸化物と酸化物との反応による不純物の混入、又は酸化物のカケ若しくは酸化物の粒の脱落による不純物の混入の問題があった。【０００４】
白金族金属の高温酸化による揮発損失を抑制する方法として、高温装置の外表面に、安定化ジルコニアからなるコーティング層を溶射により形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。イリジウム又はイリジウム合金からなる基材と、その基材表面の一部又は全部に基材成分と不動態酸化被膜形成元素とを含んでなる合金層を備え、その合金層中のイリジウムが基材界面から表面にかけて連続的に組成傾斜する耐酸化性イリジウム合金が開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。【０００５】
ところで、ジルコニア系粉末とバインダーとを含み、ドクターブレード法により成形されたジルコニア系グリーンシート及びそれを焼成したジルコニア系シートが知られている（例えば、特許文献３又は４を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１３２０７１号公報
【特許文献２】特開２００８−２８０５９７号公報
【特許文献３】特開２００６−２９０７０７号公報
【特許文献４】特開２０１２−８７０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、高温装置を形成する金属とコーティング層の安定化ジルコニアとの熱膨張率の違いから、高温域での使用で膨張及び収縮が繰り返されると、コーティング層が剥離する、又はコーティング層にクラックが発生するといった問題があり、高温装置を形成する金属の酸化劣化及び酸化揮発を抑制する効果は十分とはいえない。また、特許文献２では、イリジウム基材と合金層とが一体化しているため、それぞれの金属元素を分離・精製することが難しい。【０００８】
本発明の目的は、高温域で酸素が存在する雰囲気下で使用しても、高温装置を形成する金属の酸化劣化及び酸化揮発を抑制することができ、高温装置の長寿命化及び白金族金属などの高価な金属を容易に回収することができる高温装置の保護構造及び金属元素の回収方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る高温装置の保護構造は、１２００℃以上の高温域で使用される高温装置の保護構造において、前記高温装置の外表面の一部又は全部が、主成分として金属酸化物を含むシート状、リボン状、紐状又は織物状の成形体で覆われ、かつ、該成形体が前記高温装置の外表面に固着しない状態で固定されており、前記成形体が、前記高温装置の外表面と外気との接触を抑制していることを特徴とする。【００１０】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記高温装置が、ガラス製造用炉、該ガラス製造用炉に接続されるパイプ、該ガラス製造用炉で使用される攪拌部品又は該ガラス製造用炉の付帯冶具；ルツボ；又は、単結晶育成用容器である形態を包含する。【００１１】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記高温装置が、（１）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種を用いて形成されているか、（２）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の二種若しくは三種を含む合金を用いて形成されているか、又は、（３）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種若しくは二種と、Ｐｄ又はＡｕの少なくとも一種とを含む合金を用いて形成されていることが好ましい。目的とする製造物の純度及び品質に応じて、高温装置の材質を選定できる。【００１２】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記成形体の金属酸化物の金属種が、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。高温装置を形成する金属の酸化劣化及び酸化揮発をより抑制することができる。【００１３】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記高温装置の外表面の一部又は全部と、前記成形体との間に、前記高温装置の外表面に近い側から順に、拡散防止層、及び、金属又は合金層を配置したことが好ましい。高温装置をより高強度とすることができる。【００１４】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記拡散防止層は主成分として酸化物を含み、該酸化物の酸素と結合する元素が、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。高温装置の材質と金属又は合金層の材質とが拡散することをより効率的に抑制することができる。【００１５】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記金属又は合金層は、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種を用いて形成されているか、又はＲｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の二種以上を含む合金を用いて形成されていることが好ましい。高温装置を薄肉化できる。【００１６】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記金属又は合金層が、前記高温装置の補強層であることが好ましい。高温装置を薄肉で形成することができ、高温装置に白金族金属などの高価な金属を使用した場合にコストをより抑えることができる。【００１７】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記高温装置の外表面の一部又は全部に、金属酸化物膜、金属窒化物膜、窒化硼素膜又は窒化珪素膜が固着されてなることが好ましい。高温装置を形成する金属の酸化劣化及び酸化揮発をより抑制することができる。【００１８】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記膜が、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、塗布熱分解法、スプレー熱分解法又は噴霧熱分解法によって形成されることが好ましい。高温装置の形状又は用途に応じて適切な膜を選択することができる。【００１９】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記成形体が、Ｐｔ線、Ｐｔ−Ｒｈ線、Ｉｒ線又はＩｒ−Ｒｈ線で巻かれており、Ｐｔ線、Ｐｔ−Ｒｈ線、Ｉｒ線又はＩｒ−Ｒｈ線の終端部が高温装置に括り付けられているか又は溶接されていることが好ましい。成形体を高温装置の外表面の所定の位置により確実に固定することができる。【００２０】
本発明に係る高温装置の保護構造では、前記成形体が、更に、前記高温装置の内表面であって外気が触れる部分に固着しない状態で固定されていることが好ましい。高温装置を形成する材質の酸化劣化及び酸化揮発をより抑制することができる。【００２１】
本発明に係る金属元素の回収方法は、本発明に係る高温装置の保護構造で使用した成形体を該高温装置から取り出す工程１、及び／又は、本発明に係る高温装置の保護構造で使用した拡散防止層を該高温装置及び前記金属又は合金層から取り出す工程２を行う取り出し工程と、該取り出し工程で取り出した成形体及び／又は拡散防止層に、付着、又は、付着及び内部へ拡散した金属元素を回収する回収工程と、を有する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、高温域で酸素が存在する雰囲気下で使用しても、高温装置を形成する金属の酸化劣化及び酸化揮発を抑制することができ、高温装置の長寿命化及び白金族金属などの金属を容易に回収することができる高温装置の保護構造及び金属元素の回収方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る高温装置の保護構造の一例を示す図であり、高温装置がガラス製造用炉に接続されるパイプである場合を示す。
【図２】図１のＸ−Ｘ破断面図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ破断面図の変形例を示す。
【図４】本実施形態に係る高温装置の保護構造の一例を示す図であり、高温装置がルツボである場合を示す。
【図５】本実施形態に係る高温装置の保護構造の一例を示す図であり、高温装置がガラス製造用炉である場合を示す。
【図６】本実施形態に係る高温装置の保護構造の具体的形態の第一例を示す写真である。
【図７】本実施形態に係る高温装置の保護構造の具体的形態の第二例を示す写真である。
【図８】本実施形態に係る高温装置の保護構造の具体的形態の第三例を示す写真である。
【図９】高温装置、拡散防止層、及び、金属又は合金層の組合せの第一例を示す写真である。
【図１０】高温装置、拡散防止層、及び、金属又は合金層の組合せの第二例を示す写真である。
【図１１】Ｉｒについて熱重量分析の結果を示す。
【図１２】シートを配置しない場合のＥＤＸ分析スペクトルを示す。
【図１３】シートを配置した場合のＥＤＸ分析スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以降本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る高温装置の保護構造の一例を示す図であり、高温装置がガラス製造用炉に接続されるパイプである場合を示す。図２は、図１のＸ−Ｘ破断面図である。本実施形態に係る高温装置の保護構造は、１２００℃以上の高温域で使用される高温装置の保護構造において、高温装置１の外表面の一部又は全部が、主成分として金属酸化物を含むリボン状の成形体２で覆われ、かつ、成形体２が高温装置１の外表面に固着しない状態で固定されており、成形体２が、高温装置１の外表面と外気との接触を抑制している。
【００２６】
高温装置１は、１２００℃以上の高温域で使用される装置であり、例えば、ガラス製造用炉、ガラス製造用炉に接続されるパイプ、ガラス製造用炉で使用される攪拌部品又はガラス製造用炉の付帯冶具；ルツボ；又は、単結晶育成用容器である形態を包含する。図１では、一例として高温装置１が、ガラス製造用炉に接続されるパイプである形態を示した。本実施形態は、高温装置１の形状及び用途に限定されない。
【００２７】
本実施形態に係る保護構造は、高温装置１が１２００℃以上の高温域で酸素が存在する雰囲気下で使用しても、高温装置を形成する金属の酸化劣化及び酸化揮発を抑制することができる。したがって、本実施形態に係る保護構造を１２００℃未満で使用される装置に適用した場合であっても、当然に装置の酸化劣化及び酸化揮発を抑制することができる。
【００２８】
高温装置１が使用される温度の上限は、高温装置１の材質によって異なる。例えば、高温装置１がＰｔからなるとき、高温装置１が使用される温度の上限は、１６００℃以下であることが好ましく、１５００℃以下であることがより好ましい。また、高温装置１がＩｒからなるとき、高温装置１が使用される温度の上限は、２３００℃以下であることが好ましく、２１００℃以下であることがより好ましい。
【００２９】
本実施形態に係る高温装置の保護構造では、高温装置１が、（１）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種を用いて形成されているか、（２）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の二種若しくは三種を含む合金を用いて形成されているか、又は、（３）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種若しくは二種と、Ｐｄ又はＡｕの少なくとも一種とを含む合金を用いて形成されていることが好ましい。目的とする製造物の純度及び品質に応じて、高温装置１の材質を選定できる。目的とする製造物が、光学ガラス、液晶ディスプレイ用ガラス、各種光学又は電子素子などの用途で使用される単結晶など高い純度が要求される場合には、高温装置１に白金族金属などの高価な金属を用いる必要があるが、本実施形態に係る高温装置の保護構造は白金族金属などの高価な金属の酸化揮発及び酸化劣化を抑制することができるため、装置を長寿命とすることができる。また、本実施形態に係る高温装置１の保護構造では、高温装置１の内表面は、前記した（１）〜（３）の金属又は合金が剥き出しの状態となっており、目的とする製造物を安定して製造することができる。
【００３０】
高温装置１が、（１）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種を用いて形成されている形態は、純金属の他、各金属元素に酸化物又は窒化物を分散させた分散強化型合金であってもよい。酸化物は、例えば、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化チタン又は酸化アルミニウムである。窒化物は、例えば、窒化ボロン、窒化シリコン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化ハフニウム又は窒化イットリウムである。セラミックスは、１種だけ使用するか又は２種以上を併用してもよい。
【００３１】
高温装置１が、（２）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の二種若しくは三種を含む合金を用いて形成されている形態は、Ｉｒを主成分とする二元合金若しくは三元合金、Ｐｔを主成分とする二元合金若しくは三元合金、Ｒｈを主成分とする二元合金若しくは三元合金、Ｒｕを主成分とする二元合金若しくは三元合金、Ｍｏを主成分とする二元合金若しくは三元合金、Ｒｅを主成分とする二元合金若しくは三元合金、Ｎｂを主成分とする二元合金若しくは三元合金、Ｔａを主成分とする二元合金若しくは三元合金、又はＷを主成分とする二元合金若しくは三元合金である。本明細書において、Ｉｒを主成分とするとは、合金を構成する金属成分のうちＩｒの含有量が最も多いことをいい、より好ましくは合金中のＩｒの含有量が５０質量％以上である。本明細書では、Ｉｒを主成分とする合金を「Ｉｒ−Ｍ（「「Ｍ」は先頭に記載の元素（この場合はＩｒ）以外の金属を示す。）」と表記することもある。また、他の金属を主成分とする場合についても同様である。合金の好ましい具体例としては、Ｉｒ−Ｐｔ、Ｉｒ−Ｒｈ、Ｉｒ−Ｒｕ、Ｉｒ−Ｒｅ、Ｉｒ−Ｍｏ、Ｉｒ−Ｗ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ｐｔ−Ｒｕ、Ｐｔ−Ｒｅ、Ｐｔ−Ｍｏ、Ｐｔ−Ｗ、Ｒｈ−Ｉｒ、Ｒｈ−Ｐｔ、Ｒｈ−Ｒｕ、Ｒｈ−Ｍｏ、Ｒｈ−Ｒｅ、Ｒｈ−Ｗ、Ｍｏ−Ｒｅ、Ｍｏ−Ｗ、Ｍｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｔａ又はＷ−Ｒｅである。また、各合金に酸化物又は窒化物を分散させた分散強化型合金であってもよい。
【００３２】
高温装置１が、（３）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種若しくは二種（以降、金属種Ａ群ということもある。）と、Ｐｄ又はＡｕの少なくとも一種（以降、金属種Ｂ群ということもある。）とを含む合金を用いて形成されている形態は、融点が例えば１４００℃以上であれば、金属種Ａ群を主成分とする合金であるか、又は金属種Ｂ群を主成分とする合金であってもよい。このうち、金属種Ａ群を主成分とする合金であることがより好ましい。合金の好ましい具体例としては、Ｉｒ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｒｈ−Ｐｄ、Ｒｕ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ａｕ、Ｒｈ−Ａｕ、Ｉｒ−Ｐｔ−Ｐｄ、Ｉｒ−Ｒｈ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｒｈ−Ｐｄ、Ｉｒ−Ｐｔ−Ａｕ又はＩｒ−Ｒｈ−Ａｕである。また、各合金に酸化物又は窒化物を分散させた分散強化型合金であってもよい。
【００３３】
Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷの中でもＭｏは、他の元素と比較して高温域で酸素が存在する雰囲気下での酸化劣化及び酸化揮発しやすい。このため、本実施形態に係る保護構造は、高温装置１がＭｏを用いて形成されている場合に、酸化劣化及び酸化揮発を抑制する効果が特に大きいといえる。Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷはＭｏほどではないが酸化劣化及び酸化揮発するため、高温装置１がＩｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ又はＷである場合も、本実施形態に係る保護構造で保護することで、酸化劣化及び酸化揮発を抑制する効果が得られることはいうまでもない。また、高温装置１が（２）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の二種若しくは三種を含む合金を用いて形成されている場合、高温装置１が（３）Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種若しくは二種と、Ｐｄ又はＡｕの少なくとも一種とを含む合金を用いて形成されている場合も、同様である。
【００３４】
本実施形態では、高温装置１がＩｒ、Ｐｔ、Ｍｏ若しくはＷからなるか、又はＩｒ、Ｐｔ、Ｍｏ若しくはＷを主成分とし、Ｒｈを添加した合金であることがより好ましい。
【００３５】
成形体２は、主成分として金属酸化物を含む。成形体２の金属酸化物の金属種は、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。成形体２の金属酸化物は、金属種が一種である単一金属酸化物であるか、又は金属種が二種以上である複合金属酸化物であってもよい。複合金属酸化物は、固溶体を形成していてもよい。これらの酸化物は、耐熱性が高い。高温装置１の外表面と外気との接触を効率的に抑制して、高温装置１を形成する金属又は合金の酸化劣化及び酸化揮発をより抑制することができる。成形体２のより好ましい形態としては、金属酸化物がジルコニアである形態、金属酸化物がジルコニアと酸化スカンジウム、酸化イットリウム及び酸化イッテルビウムからなる群から選択される少なくとも１種の酸化物を安定化剤としてジルコニアに対して３〜１２モル％含有する安定化ジルコニアである形態、金属酸化物が安定化ジルコニアにＳｉの酸化物、Ａｌの酸化物、Ｇｅの酸化物、Ｓｎの酸化物、Ｔｉの酸化物、Ｓｂの酸化物、Ｔａの酸化物、Ｎｂの酸化物及びＢｉの酸化物からなる群から選択される少なくとも１種の酸化物を更に添加した形態である。成形体２の厚さは、０．０７〜２．５ｍｍであることが好ましく、０．１〜１．０ｍｍであることがより好ましい。
【００３６】
成形体２は高温装置１が使用される温度での耐熱性があればよく、成形体２に用いる酸化物は高温装置１の使用温度に応じて選択される。例えば高温装置１がＰｔからなるとき、Ｐｔの融点は１７６８℃であるから、高温装置１の使用温度は１７６８℃よりも十分に低い温度（例えば１６００℃以下）となるところ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種を含有する酸化物の融点はいずれも１８００℃以上であり、十分な耐熱性を有する。また、高温装置１がＩｒからなるとき、Ｉｒの融点は２４４７℃であるから、Ｐｔからなる高温装置よりも高い使用温度（例えば１６００℃を超え２３００℃以下）で使用される場合がある。このように高温装置１が１６００℃を超え２３００℃以下などの超高温域で使用される場合は、成形体２に用いる酸化物として、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｇ又はＴｈを含有する酸化物を用いることが好ましい。これらの酸化物の融点は２５００℃以上であるから、使用温度が１６００℃を超え２３００℃以下などの超高温域であっても十分な耐熱性を有する。
【００３７】
成形体２は、高温装置１の外表面の一部又は全部を覆う。図１では、成形体２が高温装置１の外表面の全部を覆う形態を示した。成形体２が高温装置１の外表面の一部を覆う形態（不図示）は、例えば、高温となりやすく酸化劣化及び酸化揮発が懸念される部分だけを覆う形態、高温装置１の外表面の一部が目的とする製造物又はその原料に接する場合には、目的とする製造物又はその原料に接しない部分（例えば、撹拌部品の軸部）だけを覆う形態である。
【００３８】
成形体２は、高温装置１の外表面に固着しない状態で固定されている。ここで、固着しない状態は、高温装置１と成形体２とが接着していない形態の他、高温装置１と成形体２との熱膨張率の違いによって成形体２が破損しない限りにおいて、成形体２の一部が固定を目的として高温装置１に接着されている形態を含む。
【００３９】
本実施形態では、「成形体２が高温装置１の外表面に固着しない状態で固定されている」という構成によって、高温装置１と成形体２との熱膨張率の違いによって成形体２が破損することを防止することができる。本実施形態では、少なくとも保護構造を高温装置１に取り付けた保護構造体を作製完了時、かつ、高温装置１を高温域で使用する前に、成形体２が高温装置１の外表面に固着していない状態であればよい。高温装置１を昇温後、高温装置１が熱膨張した後では、成形体２は高温装置１の外表面に固着していないか、又は固着した部分があってもよい。より好ましくは、高温装置１を昇温後であっても、成形体２が高温装置１の外表面に固着していないことである。
【００４０】
次に、成形体２を高温装置１の外表面に固着しない状態で固定する方法の一例を示す。まず、主成分として金属酸化物の粉末を含む成形体２の原料と、バインダーと、溶剤と、必要に応じて添加される可塑剤、分散剤、界面活性剤又は消泡剤などの各種添加剤とを含むスラリーを、ドクターブレードなどの塗布機で薄いリボン状に延ばして乾燥させ、可塑性を有するグリーンシートを作製する。グリーンシートの形状は、リボン状に限定されず、高温装置１の形状に合わせて適宜選択する事項であり、例えば、シート状、紐状又は織物状であってもよい。また、グリーンシートは、キャリアテープとしてプラスチックフィルム上に形成してもよい。また、グリーンシートは、特許文献３又は４に記載されたグリーンシート又は市販のグリーンシートを用いてもよい。
【００４１】
次いで、図１に示すように、グリーンシートを高温装置１の外表面に、例えば螺旋状に巻きつけて高温装置１の外表面を覆って成形体２を形成する。グリーンシートの巻き方は、高温装置１の外表面を成形体２で覆うことができればよく、これに限定されない。成形体２はグリーンシートが重なるように螺旋状に巻くことにより、高温装置１が熱膨張しても螺旋の重なり部分がずれるように成形体２が変形し、外気との接触の抑制が保たれる。本実施形態に係る高温装置の保護構造では、成形体２が、Ｐｔ線３で巻かれており、Ｐｔ線３の終端部が高温装置１に括り付けられているか又は溶接されていることが好ましい。図１では、一例としてＰｔ線３の終端部が高温装置１に括り付けられている形態を示した。Ｐｔ線３で巻くことで、成形体２を高温装置１の外表面の所定の位置により確実に固定することができる。Ｐｔ線３の巻き方は、成形体２を高温装置１の外表面に固定できればよく特に限定されない。図１では、Ｐｔ線３をグリーンシートの巻き終り部２ａを固定するように巻きつける形態を示したが、Ｐｔ線３を成形体２に沿って螺旋状に巻きつける形態（不図示）としてもよい。
【００４２】
最後に、成形体２を焼結する。焼結温度は、成形体２がジルコニア系であるとき、１２００〜１５００℃であることが好ましく、１３００〜１４５０℃であることがより好ましい。焼結は、焼結工程を別途行ってもよいが、高温装置１が例えばガラス製造用炉、ガラス製造用炉に接続されるパイプ又はガラス製造用炉の付帯冶具であるときは、ガラス製造用炉の運転時の加熱で焼結してもよい。グリーンシートは、焼結によって可塑性を失い固化するため、成形体２が高温装置１の外表面に自力で固定される場合がある。図２に示すように、成形体２と高温装置１の外表面との間に隙間を設けることが好ましい。高温装置１の熱膨張によって成形体２が破損することを防止することができる。
【００４３】
本明細書において「成形体が主成分として金属酸化物を含む」とは、成形体が、金属酸化物に加えて、成形体を作製する工程で混入し得る成分を含有することを許容する意味である。成形体を作製する工程で混入し得る成分は、例えばグリーンシート由来のバインダー、溶剤又は各種添加物である。
【００４４】
図示しないが、本実施形態に係る高温装置の保護構造では、高温装置１の外表面の一部又は全部に、金属酸化物膜、金属窒化物膜、窒化硼素膜又は窒化珪素膜を固着してもよい。高温装置１を形成する金属の酸化劣化及び酸化揮発をより抑制することができる。金属酸化物又は金属窒化物の金属種は、例えば、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。膜は、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、塗布熱分解法、スプレー熱分解法又は噴霧熱分解法によって形成されることが好ましい。高温装置の形状又は用途に応じて適切な膜を選択することができる。膜の厚さの上限は、２ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、１ｍｍ以下である。膜の厚さの下限は、特に限定されないが、５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。
【００４５】
図３は、図１のＸ−Ｘ破断面図の変形例を示す。図１では、成形体２を高温装置１の外表面上に直接配置する形態を示したが、本実施形態に係る高温装置の保護構造では、図３に示すように、高温装置１の外表面の一部又は全部と、成形体２との間に、高温装置１の外表面に近い側から順に、拡散防止層４、及び、金属又は合金層５を配置することが好ましい。
【００４６】
本実施形態に係る高温装置の保護構造では、金属又は合金層５は、金属又は合金からなる層であり、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の一種を用いて形成されているか、又はＲｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷから選ばれる元素の二種以上を含む合金を用いて形成されていることが好ましい。合金の好ましい具体例としては、Ｒｕ−Ｍｏ、Ｍｏ−Ｒｕ、Ｍｏ−Ｒｅ、Ｍｏ−Ｔａ、Ｍｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｗ、Ｗ−Ｒｕ、Ｗ−Ｒｅ、Ｗ−Ｔａ、Ｗ−Ｎｂである。高温装置を薄肉化することができ、コストをより抑えることができる。合金は、二元合金であるか、又は三元合金若しくは四元合金などの多元合金であってもよい。また、金属又は合金層５の外表面の一部又は全部に、金属酸化物膜、金属窒化物膜、窒化硼素膜又窒化珪素膜を固着してもよい。
【００４７】
本実施形態に係る保護構造は、金属又は合金層５の外側に成形体２が配置されることで、金属又は合金層５が酸素と接触する機会を減らして、酸化劣化及び酸化揮発を抑制する効果を奏する。Ｒｕ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷの中でもＭｏは、他の元素と比較して高温域で酸素が存在する雰囲気下での酸化劣化及び酸化揮発しやすい。このため、金属又は合金層５がＭｏを用いて形成されている場合に、酸化劣化及び酸化揮発を抑制する効果が特に大きいといえる。Ｒｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷはＭｏほどではないが酸化劣化及び酸化揮発するため、金属又は合金層５がＲｕ、Ｒｅ、Ｎｂ、Ｔａ又はＷである場合も、金属又は合金層５の外側に成形体２を配置することで、酸化劣化及び酸化揮発を抑制する効果が得られることはいうまでもない。このことは、金属又は合金層５が合金で形成されている場合も同様である。
【００４８】
本実施形態に係る高温装置の保護構造では、金属又は合金層５が、高温装置１の補強層であることが好ましい。高温装置１を薄肉で形成することができ、高温装置１に貴金属を使用した場合にコストをより抑えることができる。金属又は合金層５が高温装置１の補強層であるときの好ましい形態例としては、高温装置１がＩｒ、Ｐｔ、Ｒｈ及びＡｕから選ばれる元素の一種で形成されているか、又は二種の合金で形成されており、高温装置１の厚さが、０．１〜１０ｍｍであり、金属又は合金層５の厚さが、３〜１５ｍｍである形態である。高温装置１の厚さは、０．３〜５ｍｍであることがより好ましい。また、金属又は合金層５の厚さは、５〜８ｍｍであることがより好ましい。
【００４９】
本実施形態に係る高温装置の保護構造では、拡散防止層４は主成分として酸化物を含み、酸化物の酸素と結合する元素が、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。拡散防止層４の酸化物は、酸素と結合する元素が一種である単一酸化物であるか、又は酸素と結合する元素が二種以上である複合酸化物であってもよい。複合酸化物は、固溶体を形成していてもよい。拡散防止層４は、高温装置１の材質と金属又は合金層５の材質とが拡散を起こして接着することを抑制する役割をもつ。拡散防止層４は両者の拡散接合を防止できればよく、高温装置１と金属又は合金層５との境界部分の全体に配置するか、又はスペーサーとして部分的に配置してもよい。拡散防止層４の厚さの上限は、２ｍｍ以下であることがより好ましい。より好ましくは、１ｍｍ以下である。さらに好ましくは、２００μｍ以下である。拡散防止層４の厚さの下限は、特に限定されないが、２０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましく、１００μｍ以上であることが更に好ましい。本実施形態では、拡散防止層４は、高温装置１又は、金属又は合金層５に対して、接着しているか否かを問わない。
【００５０】
拡散防止層４が高温装置１と金属又は合金層５との境界部分の全体に配置される場合は、拡散防止層４が物理的な壁となって高温装置１と金属又は合金層５との間での元素の移動を妨げることで、拡散防止効果が得られる。また、拡散防止層４が高温装置１と金属又は合金層５との境界部分に部分的に配置される場合は、拡散防止層４が介在する部分では拡散防止層４が物理的な壁となって高温装置１と金属又は合金層５との間での元素の移動を妨げ、拡散防止層４が介在しない部分では高温装置１と金属又は合金層５との間に空間があることで、高温装置１と金属又は合金層５とが拡散接合することを防止する。このように、拡散防止層４による拡散防止は、物理的な壁又は空間によるものであり、高温装置１、及び、金属又は合金層５の元素の種類に依存する現象ではない。
【００５１】
拡散防止層４は高温装置１が使用される温度での耐熱性があればよく、拡散防止層４に用いる酸化物は高温装置１の使用温度に応じて選択される。例えば高温装置１がＰｔからなるとき、Ｐｔの融点は１７６８℃であるから、高温装置１の使用温度は１７６８℃よりも十分に低い温度（例えば１６００℃以下）となるところ、Ｚｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＴｈから選ばれる少なくとも一種を含有する酸化物の融点はいずれも１８００℃以上であり、十分な耐熱性を有する。また、高温装置１がＩｒからなるとき、Ｉｒの融点は２４４７℃であるから、高温装置１がＰｔからなる容器よりも高い使用温度（例えば１６００℃を超え２３００℃以下）で使用される場合がある。このように高温装置１が１６００℃を超え２３００℃以下などの超高温域で使用される場合は、拡散防止層４に用いる酸化物として、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｇ又はＴｈを含有する酸化物を用いることが好ましい。これらの酸化物の融点は２５００℃以上であるから、使用温度が１６００℃を超え２３００℃以下などの超高温域であっても十分な耐熱性を有する。
【００５２】
拡散防止層４及び金属又は合金層５を設ける方法は、例えば、拡散防止層４のグリーンシートを高温装置１と金属又は合金層５との間に挟んで焼結する方法、拡散防止層４の原料を高温装置１の外表面又は、金属又は合金層５の表面にコーティングする方法、拡散防止層４の原料を含むスラリーを高温装置１の外表面と金属又は合金層５の表面との間に塗布して焼結する方法である。焼結は、焼結工程を別途行ってもよいが、高温装置１が例えばガラス製造用炉、ガラス製造用炉に接続されるパイプ又はガラス製造用炉の付帯冶具であるときは、ガラス製造用炉の運転時の加熱で焼結してもよい。
【００５３】
本実施形態では、少なくとも保護構造を高温装置１に取り付けた保護構造体を作製完了時、かつ、高温装置１を高温域で使用する前に、拡散防止層４が、高温装置１、及び／又は、金属又は合金層５に固着していないことが好ましい。容器を高温域で使用した後では、拡散防止層４は高温装置１、及び／又は、金属又は合金層５に固着していないか、又は固着した部分があってもよい。より好ましくは、容器を高温域で使用した後であっても、拡散防止層４が、高温装置１、及び／又は、金属又は合金層５に固着していないことである。
【００５４】
本明細書において「拡散防止層が主成分として酸化物を含む」とは、拡散防止層が、酸化物に加えて、拡散防止層を作製する工程で混入し得る成分を含有することを許容する意味である。拡散防止層を作製する工程で混入し得る成分は、例えばグリーンシート由来のバインダー、溶剤又は各種添加物である。
【００５５】
保護構造が拡散防止層４、及び、金属又は合金層５を有する形態において、金属酸化物膜、金属窒化物膜、窒化硼素膜又は窒化珪素膜を設ける場合は、金属酸化物膜、金属窒化物膜、窒化硼素膜又は窒化珪素膜を固着させた高温装置１の外表面上に拡散防止層４、及び、金属又は合金層５が順に配置される。
【００５６】
図４は、本実施形態に係る高温装置の保護構造の一例を示す図であり、高温装置がルツボである場合を示す。図４に示すルツボ１０は、上面開口部１１と、胴部１２と、底部１３とを有する。本実施形態は、ルツボ１０の形状に限定されない。高温装置が図４に示すルツボ１０の底部１３のように湾曲した部分を有する場合は、湾曲した部分（底部１３）にリボン状の成形体２を縦方向に配置して覆い、その上からリボン状の成形体２を横方向に巻きつけることで、外表面の全体を覆うことができる。また、図４では、Ｐｔ線３は、胴部１２及び底部１３に沿って縦方向に１本巻かれており、その終端部３ａ，３ｂをルツボ１０の上面開口部１１に溶接することでルツボ１０に固定されている。
【００５７】
図５は、本実施形態に係る高温装置の保護構造の一例を示す図であり、高温装置がガラス製造用炉である場合を示す。図５に示すガラス製造用炉２０は、上面開口部２１と、上面開口部２１から延出するフランジ部２１ａと、胴部２２と、底部２３と、底部２３の中央部に接続されたパイプ２４とを有する。本実施形態は、ガラス製造用炉２０の形状に限定されない。高温装置が図５に示すガラス製造用炉２０の底部２３とパイプ２４との境界部２３ａのように縮径した部分がある場合は、胴部２２からパイプ２４までを一連の成形体２で螺旋状に巻きつけることで、縮径した部分（境界部２３ａ）でガラス製造用炉２０の外表面を露出させずに、外表面の全体を覆うことができる。また、図５では、Ｐｔ線３は、底部２３の中央部から胴部２２に向かって放射状に複数本巻かれており、それらの終端部（不図示）は、ガラス製造用炉２０のフランジ部２１ａの下面（図示されていない面）に溶接することでガラス製造用炉２０に固定されている。
【００５８】
本実施形態に係る高温装置の保護構造では、成形体２が、更に、高温装置１の内表面であって外気が触れる部分に固着しない状態で固定されていることが好ましい。高温装置１を形成する金属の酸化劣化及び酸化揮発をより抑制することができる。高温装置１の内表面であって外気が触れる部分は、例えば、ルツボ又はガラス製造用炉の内表面のうち目的とする製造物又はその原料に接しない部分、ルツボ又はガラス製造用炉の内表面のうち上面開口部の近傍である。成形体２を高温装置１の内表面であって外気が触れる部分に固着しない状態で固定する方法は、特に限定されないが、図４のルツボ１０を例にとって説明すると、成形体２を胴部１２から上端開口部１１を通って内表面に沿って折り込む方法がある。
【００５９】
本実施形態に係る保護構造は、高温装置１の製造工程若しくは製造工程の後工程で取り付けて保護構造体を形成するか、高温装置１として既存の装置に後付けして保護構造体を形成してもよい。
【００６０】
ここまで、成形体２がリボン状である形態を例にとって説明してきたが、本実施形態では、成形体２は、シート状、紐状又は織物状であってもよい。成形体２がシート状であるとき、例えば、シート状の成形体（不図示）で高温装置１の外表面を包んで覆う。成形体２が紐状であるとき、例えば、紐状の成形体（不図示）を高温装置１の外表面に巻きつけて覆う。成形体２が織物状であるとき、例えば、織物状の成形体（不図示）で高温装置１の外表面を包んで覆う。
【００６１】
Ｐｔ線３が１本（図１又は図４）又は複数本（図５）である形態を示したが、Ｐｔ線３は、網状に編んで高温装置１に被せてもよい。また、本実施形態では、Ｐｔ線３に替えて、Ｐｔ−Ｒｈ線、Ｉｒ線又はＩｒ−Ｒｈ線を用いてもよい。Ｐｔ−Ｒｈ線、Ｉｒ線又はＩｒ−Ｒｈ線は、合金中の各金属の比率は特に限定されない。
【００６２】
図６〜図８に、本実施形態に係る保護構造の具体的形態の例を示す。なお、これらはあくまでも具体例であって本発明はこれらに限定されない。具体的形態の第一例としては、図６に示すように、高温装置１としてＰｔ製のガラス溶解用のパイプの外表面を、成形体２として酸化ジルコニウムリボンで覆い、Ｐｔ線３を巻きつけて固定した形態である。具体的形態の第二例としては、図７に示すように、高温装置１としてＩｒ製の高温部材用パイプの外表面を、成形体２として酸化ジルコニウムシートで覆った形態である。具体的形態の第三例としては、図８に示すように、高温装置１としてＩｒ製の結晶育成用容器（ルツボ）の外表面を、成形体２として酸化ジルコニウム織物で覆った形態である。
【００６３】
図９及び図１０に、高温装置、拡散防止層、及び、金属又は合金層の組合せ例を示す。なお、これらはあくまでも具体例であって本発明はこれらに限定されない。図９及び図１０では、成形体を不図示としている。図９及び図１０に示すように、高温装置１がルツボであるとき、金属又は合金層５として、高温装置１となるルツボを収容可能な大きさを有するルツボを用いてもよい。具体的形態の一例としては、図９に示すように、高温装置１としてＩｒ製ルツボ（外径φ（直径）７９ｍｍ×ｈ（高さ）５５ｍｍ×ｔ（厚さ）０．５ｍｍ）と金属又は合金層５としてＭｏ製ルツボ（外径φ８５ｍｍ×ｈ５７ｍｍ×ｔ２．５ｍｍ）とを入れ子にし、高温装置１と金属又は合金層５との間に拡散防止層（不図示）として酸化ジルコニウムシート（ｔ０．１ｍｍ）を配置した形態である。また、具体的形態の別の例としては、図１０に示すように、高温装置１としてＰｔ製ルツボ（外径φ（直径）１４５ｍｍ×ｈ（高さ）１４９ｍｍ×ｔ（厚さ）０．５ｍｍ）と金属又は合金層５としてＭｏ製ルツボ（外径φ１５０ｍｍ×ｈ１５０ｍｍ×ｔ１．０ｍｍ）とを入れ子にし、高温装置１と金属又は合金層５との間に拡散防止層（不図示）として酸化ジルコニウムシート（ｔ０．１ｍｍ）を配置した形態である。
【００６４】
本実施形態に係る金属元素の回収方法は、本実施形態に係る高温装置の保護構造で使用した成形体２を高温装置１から取り出す工程１と、高温装置１から取り出した成形体２に付着、又は、付着及び内部へ拡散した金属元素を回収する工程と、を有する。本実施形態に係る高温装置の保護構造では、成形体２が高温装置１の外表面に固着しない状態で固定されているため、成形体２を高温装置１から容易に取り外すことができる。成形体２に僅かながらも付着、又は、付着及び内部へ拡散した金属元素を回収することができる。
【００６５】
本実施形態に係る金属元素の回収方法は、本実施形態に係る高温装置の保護構造で使用した拡散防止層４を高温装置１及び金属又は合金層５から取り出す工程２と、高温装置１及び金属又は合金層５から取り出した拡散防止層４に付着、又は、付着及び内部へ拡散した金属元素を回収する工程と、を有する。本実施形態に係る高温装置の保護構造では、特に、拡散防止層４が高温装置１の外表面及び金属又は合金層５の内表面に固着しない状態で固定されている場合は、拡散防止層４を高温装置１及び金属又は合金層５から容易に取り外すことができる。拡散防止層４に僅かながらも付着、又は、付着及び内部へ拡散した金属元素を回収することができる。
【００６６】
本実施形態に係る金属元素の回収方法は、工程１だけを行って成形体２だけから金属元素を回収するか、工程２だけを行って拡散防止層４だけから金属元素を回収するか、又は工程１及び工程２の両方を行って成形体２及び拡散防止層４の両方から金属元素を回収してもよい。工程１及び工程２の両方を行う場合は、工程１、工程２を行う順番は問わない。また、成形体２から金属を回収する工程と拡散防止層４から金属を回収する工程とは、一つの工程でまとめて行うか又は別工程で行ってもよい。本明細書において「内部へ拡散する」の概念には、成形体２又は拡散防止層４に孔が存在する場合には、その孔へ入り込むことを含む。成形体２及び／又は拡散防止層４から金属元素を回収する方法は、乾式法又は湿式法である。
【００６７】
乾式法としては、例えば、特表２０１２−５０９９８７号公報に記載された技術が利用できる。また、湿式法としては、例えば、従来からよく知られる、王水などの強酸を用いた技術が利用できる。
【実施例】
【００６８】
以降、実施例を示しながら本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定して解釈されない。【００６９】
試験に先立って、試験条件の選定を次の通り行った。Ｉｒについて熱重量分析を行った。熱重量分析の試料は、縦３ｍｍ×横５．９ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの板状のＩｒを７９．６３ｍｇ用いた。結果を図１１に示す。図１１に示すように、Ｉｒの酸化揮発はおおよそ１０００℃から顕著になることが確認できた。このため、加速試験として大気中１５００℃における試験を行うこととした。なお、１５００℃よりも低温もしくは高温においても、成形体によって酸素との接触機会を減らすことでＰｔやＩｒなどの高温装置を形成する金属種の揮発減耗を抑制可能である。【００７０】
高温装置がＩｒ又はＰｔからなる場合について、成形体による揮発防止効果を確認する試験を行った。縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍのＰｔ製の板又は同様の寸法を有するＩｒ製の板をそれぞれ高温装置と見立て、Ｐｔ製の板又はＩｒ製の板の全体をそれぞれ、成形体として厚さ０．１ｍｍの酸化ジルコニウムシートで包み、大気中１５００℃で２４時間後の質量変化を測定し、単位面積あたりの質量減を求めた。ここで、単位面積あたりの質量減とは、質量の減少量（単位：ｇ）をＰｔ製の板又はＩｒ製の板の表面積（表面、裏面及び側面の合計面積）（単位：ｃｍ２）で除した値である。試験は酸化ジルコニウムシートで包まない試料も一緒に供した。結果を表１に示す。成形体で包むことによって、ＰｔやＩｒの貴金属が窒素ガス中の酸素又は管状炉内に残存する酸素と接触しにくくなり、Ｐｔでは約３分の１、Ｉｒでは約６分の１まで揮発減耗量を減少させることができた。【００７１】
【表１】
2015005208.tif 000003
【００７２】
次に、高温装置がＭｏからなる場合について、成形体による揮発防止効果を確認する試験を行った。縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍのＭｏ製の板を高温装置と見立て、Ｍｏ製板の全体を、成形体として厚さ０．１ｍｍの酸化ジルコニウムシートで包み、１５００℃で２４時間後の質量変化を測定し、単位面積当たりの質量減を求めた。ここで、単位面積あたりの質量減とは、質量の減少量（単位：ｇ）をＭｏ製の板の表面積（表面、裏面及び側面の合計面積）（単位：ｃｍ２）で除した値である。ＭｏはＩｒやＰｔなどの貴金属と同様の大気雰囲気では試験が不可能なほど酸化減耗が激しいため、管状炉内に窒素流量１Ｌ/ｍｉｎを供給した雰囲気において試験を行った。試験は酸化ジルコニウムシートで包まない試料も一緒に供した。結果を表２に示す。成形体で包むことによって、Ｍｏが窒素ガス中の酸素又は管状炉内に残存する酸素と接触しにくくなり、約５分の１まで揮発減耗量を減少させることができた。【００７３】
【表２】
2015005208.tif 000004
【００７４】
次に、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ２ｍｍのＩｒ製の板（以降、Ｉｒ板という。）を高温装置、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ１０ｍｍのＭｏ製の板（以降、Ｍｏ板という。）を金属層とそれぞれ見立てて、拡散防止層による拡散防止効果を確認する試験を行った。【００７５】
Ｉｒ板とＭｏ板との間に、拡散防止層として縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの酸化ジルコニウムシートを配置し、１５００℃の管状炉内で２４時間放置後、Ｉｒ板のＭｏ板側の表面に対してＥＤＸによる表面分析を行った。Ｍｏは１５００℃の大気雰囲気中では試験が不可能なほど酸化消耗が激しいため、炉内には、窒素流量１Ｌ/ｍｉｎを供給した。試験は酸化ジルコニウムシートを配置しない試料も一緒に供した。シートを配置しない場合のＥＤＸ分析スペクトルを図１２に、シートを配置した場合のＥＤＸ分析スペクトルを図１３にそれぞれ示す。酸化ジルコニウムシートを配置しない場合、図１２に示すようにＭｏと接触していたＩｒの表面からはＭｏが強く検出された。一方、酸化ジルコニウムシートを配置した場合、図１３に示すようにＩｒの表面からはＭｏがほとんど検出されず、拡散防止層としての機能が確認された。【００７６】
金属元素の回収について次の通り試験を行った。Ｉｒ製の高温装置とＭｏ製の金属層との間に拡散防止層として酸化ジルコニウムシートを配置した高温装置を作製した。この高温装置は酸化アルミニウム単結晶育成装置として約１年間用いた。返却された高温装置は、ＩｒとＭｏとが接合することはなく、拡散が抑制されていることが分かった。また、取り出した酸化ジルコニウムシートを粉砕・分析したところ、１．３％のＩｒが検出され、貴金属の回収が可能であることを確認した。
【符号の説明】
【００７７】
１  高温装置
２  成形体
２ａ  巻き終り部
３  Ｐｔ線
３ａ，３ｂ  終端部
４  拡散防止層
５  金属又は合金層
１０  ルツボ
１１  上面開口部
１２  胴部
１３  底部
２０  ガラス製造用炉
２１  上面開口部
２１ａ  フランジ部
２２  胴部
２３  底部
２４  パイプ
２３ａ  境界部
【図１】
2015005208.tif 000005
【図２】
2015005208.tif 000006
【図３】
2015005208.tif 000007
【図４】
2015005208.tif 000008
【図５】
2015005208.tif 000009
【図１１】
2015005208.tif 000010
【図１２】
2015005208.tif 000011
【図１３】
2015005208.tif 000012
【図６】
2015005208.tif 000013
【図７】
2015005208.tif 000014
【図８】
2015005208.tif 000015
【図９】
2015005208.tif 000016
【図１０】
2015005208.tif 000017
【国際調査報告】
2015005208.tif 000018
2015005208.tif 000019
2015005208.tif 000020
2015005208.tif 000021