(57)【要約】【課題】従来の方法では高純度化や微量元素の量の制御の工程が非常に複雑になり、コストが高くなるため、工業規模で実施されている例は少なく、一般産業での利用も非常に少ない。ましてや、微量元素の選択的な制御或いは除去は工業規模ではほとんど行われていないのが現状である。【解決手段】金属或いは合金に含まれる微量元素を制御・除去する方法において、金属又は合金原料に含まれる各元素の蒸気圧の違いによる蒸気組成の時間変化を利用し、更にレーザー照射によるイオン化、化学反応若しくは偏向により、微量元素を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微量元素を含む金属或いは合金を原料として高真空状態において高温で溶融・蒸発させ、原料に含まれる各元素の蒸気圧の違いによる蒸気の組成の時間変化を利用して、原料に含まれる複数の微量元素の量を制御或いは除去する、金属或いは合金に含まれる微量元素を制御・除去する方法。
【請求項２】
蒸気圧の違いにより組成が変化した蒸気中の微量元素の吸収波長に一致した波長のレーザー光を照射することによって原料に含まれる複数の微量元素の量を選択的に制御或いは除去する請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数の微量元素をイオン化、化学反応又は偏向を利用し蒸気から分離することにより、微量元素の量を制御或いは除去する請求項１記載の方法。
【請求項４】
金属或いは合金を溶融・蒸発する方法が、高周波誘導加熱、電子ビーム加熱、抵抗加熱、レーザー蒸発のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
元素の制御・除去用レーザーの波長が可変で紫外から赤外域にあることを特長とする請求項２記載の方法。
【請求項６】
元素の制御・除去用レーザーが色素レーザー又は波長可変固体レーザー及びそれらの和周波、差周波、高次高調波或いは自由電子レーザーのいずれかであることを特徴とする請求項２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属或いは合金に含まれる微量元素を制御・除去する方法において、金属又は合金原料に含まれる各元素の蒸気圧の違いによる蒸気組成の時間変化を利用することにより、又は微量元素蒸気のレーザー光の照射によるイオン化、化学反応若しくは偏向により、微量元素を除去する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属及び合金はそれに含まれる微量元素の種類や量により、その性質が大きく変化する。工業的に使用されている鉄やアルミニウム、マグネシウムその他の金属には多くの微量元素が含まれるため、例えば、微量元素の混入により錆びる等の耐食性（化学的性質）が劣化し、それを改善するために合金が使用されている。また、これら耐食性等を制御した合金においても微量元素の量により耐食性その他の性質に大きな影響がある。
【０００３】
しかし、金属の微量元素の制御或いは除去により高純度化が可能になれば、耐食性などの化学的性質のほか、電気・磁気的性質、機械的性質等を向上、制御することができる。現在、工業的に実施されている高純度金属は、真空精錬、転炉法、電解精製法や偏析法等の数種類の方法を組み合わせることにより精製されている。従って、基本的に特定の微量元素の量の制御は不可能であり、また、高純度化を進めるに従って工程が複雑になり、コストが高くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に金属材料は加工性に優れ、リサイクルも容易であるため世界的に古くから利用が進められてきた。一方、これら金属材料はプラスチック材料等の石油製品に比べ腐食性が高く、それを克服するため高純度化や合金化等さまざまな方法で高機能化が進められてきた。このように、金属の高純度化や合金化は金属材料利用の上で非常に重要である。
【０００５】
しかし、従来の方法では高純度化や微量元素の量の制御の工程が非常に複雑になり、コストが高くなるため、工業規模で実施されている例は少なく、一般産業での利用も非常に少ない。ましてや、微量元素の選択的な制御或いは除去は工業規模ではほとんど行われていないのが現状である。
【０００６】
従って、本発明により金属及び合金の微量元素の制御或いは除去を容易に行うことができるようになれば、（１）工程の簡素化により精製コストを低くできる、（２）従来方法以上の高純度化が可能になる、（３）金属及び合金中の微量元素の量の制御或いは除去が可能になり、新機能材料が生産できる、などの利点が発生する。この結果、産業界における高純度金属や新機能材料の利用が飛躍的に進む。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の方法により、金属及び合金の微量元素の制御或いは除去を行う。金属は元素の種類及び蒸発温度によって蒸気圧が異なるため、金属を高真空中で溶融・蒸発させた場合、蒸気圧の高い元素から順に蒸発し、蒸気圧の低いものほど後で蒸発する。このため蒸気中の元素の組成は、時間によって変化する。このような物性を利用することによって金属中の微量元素の量を制御或いは除去することができる（蒸発蒸留法）。しかし、蒸発元素の組成の変化は劇的ではない。従って、蒸気圧の違いによる蒸発蒸留だけでは微量元素の制御或いは除去は困難である。
【０００８】
そこで、この蒸発蒸留法にレーザー元素制御・除去法を組み合わせる。レーザーは、制御或いは除去すべき元素のみに選択的にエネルギーを与え高いエネルギー状態にする。この高いエネルギー状態の原子にさらにレーザーでエネルギーを与えてイオン化したり、他の物質と化学反応を起こさせたり或いは偏向を利用することなどによって微量元素の量を選択的に制御或いは除去することが可能になる。
【０００９】
即ち、本発明は、複数の微量金属元素を含む金属或いは合金を原料として高真空状態において高温で溶融、蒸発させ、原料に含まれる微量金属元素の蒸気圧の違いにより各金属元素の蒸気を時間的変化をもって順次蒸発させ、目的金属以外の金属元素蒸気に対しその吸収波長に一致したレーザービームを照射して励起イオン化し、目的金属以外のイオン化された金属蒸気を電気磁気的に蒸着分離することからなる、原料に含まれる複数の微量元素の量を制御或いは除去する方法である。又、励起された複数の微量元素は、イオン化による方法の他、他の物質と化学反応させたり、或いは偏向させたりすることにより分離することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
金属或いは合金原料に含まれる微量元素を蒸発蒸留し、レーザー光を照射し、イオン化を用いて微量元素の種類及び量を選択的に制御或いは除去する場合の装置の構成を図１に示す。１は蒸気発生装置、２は波長可変レーザー装置、３は微量元素回収装置、４は製品回収装置、５は蒸気、６は真空セル、７はレーザー光導入用窓、８は真空排気装置、９はレーザー光である。
【００１１】
即ち、微量元素の種類及び量を選択的に制御或いは除去する装置は、真空排気装置８を備えた真空セル６、そのセルに配置された蒸気発生装置１、その蒸気発生装置から発生した蒸気の進行方向に設けられた微量元素回収装置３、製品回収装置４、真空セルにレーザー光９を導入するためのレーザー光導入用窓７、及び導入窓を経て導入するレーザー光を発生させるための波長可変レーザー装置２から構成される。
【００１２】
微量元素の種類及び量を選択的に制御或いは除去する方法は、金属又は合金材料を蒸気発生装置１に入れ、金属又は合金から金属元素蒸気５を発生させる。この時、金属元素蒸気の成分は時間とともに変化し微量金属元素は目的金属元素から、大まかに時間的に分離される。その蒸気は、微量金属回収装置３に導入され、更にその蒸気に目的金属元素蒸気以外の微量金属元素蒸気のみを励起・電離するエネルギーを有するレーザー光９を照射して微量金属蒸気のみをイオン化し、そのイオン化された微量金属蒸気を微量元素回収装置で電気的に分離し、目的とする金属を製品回収装置に回収するものである。
【００１３】
なお、上記の方法は、イオン化により目的とする金属以外の元素を回収し、除去するものであるが、化学反応による方法は、図２に示すように、レーザー光を照射され選択的に励起された微量金属元素に反応物質導入装置３’により、他の物質を導入し、反応させることにより、固体化、液体化、気体化などして化学的或いは物理的性質や状態の全く異なる化合物とすることにより、目的とする金属以外の元素を微量元素回収装置３に導入することにより回収し、除去する方法である。
【００１４】
また、偏向による方法は、図３に示すように、レーザー光を照射し、その光の圧力により選択的に運動エネルギーを与えることにより微量金属元素の蒸発する方向を蒸発方向５’に変化させ、目的とする金属以外の元素を微量金属回収装置３で回収し、除去する方法である。即ち、蒸気となって上方に飛んで行く元素がレーザー光を照射されることによって、その飛んで行く向きが変わることを利用して分離する方法である。
【００１５】
【実施例】
ここでは熱分解還元法により精製されたマグネシウム合金を例に微量元素の除去による高純度化について説明する。１に入れられたマグネシウム地金は蒸発蒸留によって、亜鉛、マグネシウム、マンガン、アルミ、銅、鉄、ニッケル等の順で蒸発する。２からのレーザービームは、順番に蒸発してくるマグネシウム以外の微量元素にのみエネルギーを与えて励起電離する。３にプラス、マイナスの電位を印加するとプラスの電荷を持つイオンはマイナス電位の微量元素回収装置の方向に移動し、原子蒸気から除去される。高純度マグネシウムは４に回収される。マグネシウムが蒸発し終わった後には、マンガン、アルミ、銅、鉄、ニッケル等の低蒸気圧金属が１に残る。
【００１６】
近年、その軽量性、比強度、比剛性、電磁遮蔽能、リサイクル性などに優れることから利用の進んでいるマグネシウムは通常、熱分解還元法で工業生産されているが、その純度が低いため腐食性が高く、アルミニウム等との合金として利用されている。一方、マグネシウムの高純度化により、耐食性が著しく向上することが判っているが、これは、アルミニウム等との合金の場合においても同様である。現在、高純度マグネシウム合金は真空蒸留法等により高純度化されているが、工業的に生産されているとはいえない。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、金属及び合金の微量元素の制御或いは除去を容易に行うことができる。その結果、（１）工程の簡素化により精製コストを低くでき、（２）従来方法以上の高純度化が可能になり、（３）金属及び合金中の微量元素の量の制御或いは除去が可能になり、新機能材料が生産できる、などの利点が発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属又は合金からイオン化により微量元素の制御・除去を行う装置の構造を示す図である。
【図２】本発明の金属又は合金から化学反応により微量元素の制御・除去を行う装置の構造を示す図である。
【図３】本発明の金属又は合金から偏向により微量元素の制御・除去を行う装置の構造を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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