(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇華温度が１００℃〜６００℃で昇華精製可能な固体のエレクトロルミネッセンス素子材料を、筒状の金属材料から構成される昇華部及び捕集部を有する昇華精製装置の昇華部に装入し、電磁誘導加熱により昇華部の筒状の金属材料を発熱させて昇華させ、これを電磁誘導加熱により捕集部の筒状の金属材料を発熱させて温度調整したゾーンを少なくとも１つ有する捕集部に導入し、目的の昇華性物質を捕集することを特徴とする昇華精製方法。
【請求項２】
昇華温度が１００℃〜６００℃で昇華精製可能な固体のエレクトロルミネッセンス素子材料を、昇華精製するための昇華精製装置であって、筒状の金属材料から構成される昇華部及び捕集部を有する昇華精製装置において、昇華部の筒状の金属材料の少なくとも１層が磁性金属材料であり、その外周にはこれを電磁誘導式で発熱させるための誘導コイルを有し、昇華部の下流側には温度の異なる複数のゾーンを有することのできる捕集部が設けられ、その少なくとも１つのゾーンは筒状の金属材料の少なくとも１層が磁性金属材料であり、その外周にはこれを電磁誘導式で発熱させるための誘導コイルとを有しており、昇華部と捕集部との間には下流側に向かって温度がほぼ階段状に低下する温度勾配を設けてなる昇華精製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇華精製方法及びこれに用いる昇華精製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
常圧又は減圧下で分解することなく蒸留できる固体は、適当な温度と圧力のもとでは、原理的には全て昇華精製することができることが知られているが、昇華速度が遅いこと、精製効率が低いことからごく限られた固体の精製に使用されているに過ぎない。しかしながら、蒸留や再結晶精製が困難な固体の精製には有用であり、特に沸点付近の温度では分解が生ずるような化合物の精製には有用である。このための昇華精製装置としては、実験室的な装置は「実験化学講座」等の一般的な文献に記載されているが、工業的な装置については、特開平６−２６３４３８号公報、特開平７−２４２０５号公報等にいくつか示されている。
【０００３】
昇華精製装置には、その形状から垂直型、水平型等があり、昇華方法からガス随伴型昇華装置、真空昇華装置等などに大別される。これらを適宜組み合わせることにより、様々な昇華精製装置が作られ、精製すべき昇華性物質の熱安定性、その蒸気圧と蒸発の容易性、精製量、収率、目的物質の純度などにより、昇華精製装置の種類が選択される。
【０００４】
しかしながら、このような従来の昇華精製装置では、精製すべき固体が比較的多量である場合、これを短時間で加熱して昇華させることが困難であり、この間に精製すべき固体が分解したり、変性する可能性が増大する。また、昇華部及び捕集部の温度をある一定範囲にわたって正確に制御することも困難であり、このため分解又は変性が生じるだけでなく、十分純度が向上しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、微量から多量の供給原料を均一にしかも短時間に加熱すると共に、その加熱温度を精度高く制御でき、それによって熱安定性に乏しい固体材料を効率よく昇華精製する方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、昇華温度が１００℃〜６００℃で昇華精製可能な固体のエレクトロルミネッセンス素子材料を、筒状の金属材料から構成される昇華部及び捕集部を有する昇華精製装置の昇華部に装入し、電磁誘導加熱により昇華部の筒状の金属材料を発熱させて昇華させ、これを電磁誘導加熱により捕集部の筒状の金属材料を発熱させて温度調整したゾーンを少なくとも１つ有する捕集部に導入し、目的の昇華性物質を捕集することを特徴とする昇華精製方法である。
【０００７】
また、本発明は、昇華温度が１００℃〜６００℃で昇華精製可能な固体のエレクトロルミネッセンス素子材料を、昇華精製するための昇華精製装置であって、筒状の金属材料から構成される昇華部及び捕集部を有する昇華精製装置において、昇華部の筒状の金属材料の少なくとも１層が磁性金属材料であり、その外周にはこれを電磁誘導式で発熱させるための誘導コイルを有し、昇華部の下流側には温度の異なる複数のゾーンを有することのできる捕集部が設けられ、その少なくとも１つのゾーンは筒状の金属材料の少なくとも１層が磁性金属材料であり、その外周にはこれを電磁誘導式で発熱させるための誘導コイルとを有しており、昇華部と捕集部との間には下流側に向かって温度がほぼ階段状に低下する温度勾配を設けてなる昇華精製装置である。
【０００８】
本発明で昇華精製する固体材料は、格別の制限はないが、昇華精製温度付近では、分解又は変質（結晶形の変質等を含む）する恐れのある固体材料に特に、有効であり、例えば微量の不純物や結晶形の相違又は変形が大きな影響を与えたりすることの多い電気、電子材料用、発光材料等の光学材料用の固体材料に対し有効である。このような物質としては、エレクトロルミネッセンス素子材料、半導体素子材料などが挙げられる。しかし、これらに限られるものではなく、アントラキノン、無水ピロメリット酸等の通常の用途に用いられることの多い固体材料に対しても適用できることは当然である。
【０００９】
電磁誘導式の加熱装置は、導電性の金属材料の周りに配置されたコイルに低周波交流電流を流すことにより発熱を生じさせるものであればよい。電流の周波数は５０〜５００Ｈｚが一般的であり、商用周波数で差し支えない。
【００１０】
本発明で用いる昇華精製装置は、途中で径や断面形状が異なってもよい筒状であり、精製されるべき固体材料の流れの方向にしたがって、上流側に昇華部、下流側に捕集部を有する。そして、昇華部及び捕集部の少なくと一部は、電磁誘導加熱できるように、その部分の筒状体が導電性の金属材料から構成されており、その周囲にはコイルが配置されている。
【００１１】
【発明の実施の態様】
図１は、本発明の昇華性物質の精製方法を実施するための精製装置の一例を示す断面図であり、それぞれ直列に連結された昇華部Ａ、捕集部Ｂ及び捕集部Ｃからなる。
【００１２】
昇華部Ａは、内部に昇華室１を形成し、しかも誘導電流により自ら発熱する金属材料製の筒状体２、筒状体２の外周を囲む誘導コイル３、熱電対４及び温度調節器５を備えている。誘導コイル３は、交流電源に接続され、熱電対４と接続している温度調節器５により、供給電力が制御される。この部分の筒状体２の形状は、これを横に置く場合は円筒を長さ方向に半分に分割したような半円筒形状とし、平らな面を下面することが、原料である固体材料を所定位置に装入、設置できるので好ましい。また、筒状体２の材質は導電性の筒状の金属材料から形成されるが、筒状体２が１層の金属材料から構成されていても、２層以上の金属材料から構成されていても、少なくとも１層の金属材料と他の非金属材料から構成されていても差し支えない。しかしながら、少なくとも１層は誘導電流により自ら発熱する金属材料である必要があり、それは磁性体であることが好ましい。
【００１３】
精製する固体材料は粉末等の形で連続的に昇華室に装入してもよいが、ボート等に載せて間欠的に装入することが簡便である。固体材料が熱により変質しやすい場合は、連続的に装入したり、少量づつ間欠的に装入することがよい。
【００１４】
加熱は電力を供給することにより行うが、可及的短時間で昇華温度に達するように電力供給量を制御する。なお、熱容量を小さくすることも昇温速度を早めるため有効であるので、必要以上に筒状体２の径を大きくしたり、肉厚を厚くしないことが有利である。
【００１５】
昇華部Ａの下流側には、それより温度が低く保たれる捕集部が設けられる。この捕集部は複数のゾーンを有することが好ましく、少なくとも１つのゾーンは誘導加熱可能とされている。図面では誘導加熱可能とされた捕集部Ｂのゾーンと、そうではない捕集部Ｃのゾーンが設けられており、捕集部Ｂはバタフライ弁６を介して昇華部Ａと連結している。捕集部Ｂは金属材料製の筒状体７、その外周を囲む誘導コイル８、熱電対９及び温度調節器１０から構成されて誘導加熱可能とされている。この捕集部Ｂの加熱構造については、昇華部Ａと同様な構造が適用できる。そして、捕集部Ｂの下流側には、捕集部Ｃが連結されている。
【００１６】
図面では、この捕集部Ｃは筒状体１１からなるが、その外周は保温されていても、冷却されていても、あるいは空気と接触していても差し支えない。また、図面とは異なり、捕集部Ｂの上流側に置かれてもよい。また、誘導加熱可能とされた捕集部Ｂは、１段であっても２段以上であってもよいが、目的物として捕集すべき物質が１種類である場合は、それを捕集する部分だけを誘導加熱可能とすることでもよい。誘導加熱する捕集部Ｂは、捕集すべき物質が一定以上の純度で捕集されるように温度を制御され、しかも一定の温度に保たれた所定長さのゾーンを有するようにされる。すなわち、昇華部と捕集部にかけて、誘導加熱により温度がほぼ一定とされたゾーンが２つ以上あり、下流側に向かって順次温度が低下するようにされる。そして、最も下流側の捕集部の出口は、トラップ１２を介して真空ポンプ１３につながっている。
【００１７】
以下、上記の昇華精製装置を用いて、不純物を含有する昇華性物質を精製する方法について説明する。なお、説明の便宜上、固体原料には、昇華性成分として目的の昇華性物質とそれより昇華温度の低い昇華性不純物が含まれる場合について説明する。
【００１８】
図１の昇華精製装置において、原料である固体材料を昇華室１に装入し、交流電源から誘導コイル３に交流電流を通じると、昇華部Ａの金属材料からなる筒状体２が電磁誘導加熱により発熱し、装入原料が昇華温度に達する。昇華温度は沸点以下であるが、融点以上であっても、融点以下であっても差し支えなく、所定の蒸気圧が得られる温度であればよい。通常、この蒸気圧は１〜７００mmHg程度である。筒状体２の温度制御は、熱電対４により昇華部Ａの内部温度を測定し、温度調節器５で交流電源をオン・オフしたり、インバータ制御することなどにより、設定温度を保持することができる。昇華部Ａで溶融した装入原料のうち昇華性物質は昇華し、捕集部Ｃの後方にある真空ポンプ１３の吸引力により、昇華ガスとなってバタフライ弁６を通って捕集部Ｂへ移動する。装入原料に含まれる非昇華性不純物は、昇華室１の底部に釜残として残る。
【００１９】
捕集部Ｂへ移動した昇華ガスは、目的の昇華性物質の融点以下で昇華ガスに含まれる不純物の凝固温度以上の温度に保持された筒状体７で冷却され、筒状体７の内壁に目的物質のみが凝縮され、捕集される。捕集部Ｂにおける発熱とその温度制御は、昇華部Ａと同様に行うことができる。この温度は、不純物の露点以上の温度であって、可及的に低い温度とすることが望ましいが、不純物が多数あり、微量の混入が許容される不純物であれば、更に温度を低く設定することも可能である。昇華精製作業の終了後は、捕集部Ｂを取り外すなどして、目的の昇華性物質を回収する。
【００２０】
本発明の昇華精製装置において、昇華部Ａ及び捕集部Ｂを構成する筒状体２、７は、電磁誘導加熱により発熱させるため、それを構成する筒状の金属材料の全体が金属材料製であるか、あるいは２層以上の層で形成され、１層以上が金属材料製であるかする必要があるが、その内少なくとも１層が磁性金属材料製であることが望ましい。このような磁性金属材料としては、一般に鉄が用いられるが、耐熱性と防食性の観点からステンレスを用いることも可能である。
【００２１】
筒状体２及び７を電磁誘導加熱させるために用いられる誘導コイル３、８及び温度調節器５、１０には、従来から公知の電磁誘導加熱装置に用いられるものでよい。誘導コイル３及び８は、筒状体２、７を均一に加熱するため、その外周を所定の長さで囲むように設置することが肝要である。
【００２２】
このように、電磁誘導加熱により筒状体２及び７を発熱させることにより、昇華部Ａ及び捕集部Ｂの一定のゾーン全体を均一に発熱させることができ、例えば室温から４００℃に上げるのに数分〜３０分程度と昇温速度が大きく、また温度制御の精度も高くすることができる。
【００２３】
捕集部Ｂにおいては、目的の昇華性物質のみを凝縮、捕集し、原料中の不純物をガス状のまま通過させ、捕集部Ｂと直結している捕集部Ｃでこの不純物を凝縮、捕集する。したがって、捕集部Ｃは、通常行われる空冷又は液冷等により所定の温度、例えば室温程度に冷却できるようにすることでよい。
【００２４】
これらの昇華部Ａ、捕集部Ｂと捕集部Ｃとの間には、下流側に向かって温度がほぼ階段状に低下する温度勾配を設けることが、目的物の純度を上げると共に回収歩留を高くするために必要である。なお、階段状とは、昇華精製装置でのガスの流れ方向に、温度がほぼ一定のゾーンが複数あることをいい、連続的に温度が低下するゾーンを有することを除外しない。そして、温度がほぼ一定のゾーンの長さは、一定組成の捕集容量を確保する観点から定められる。
【００２５】
昇華精製の精製速度を上げるには、精製装置内を減圧にして目的物の昇華速度を上げることが好ましく、図１に示すように、捕集部Ｃの末端側に真空ポンプ１３等を設けることがよい。また場合によっては、昇華部Ａの入口方向から窒素ガス等の随伴ガスを供給し、この随伴ガスにより昇華速度を高めることもできる。
【００２６】
なお、上記の昇華精製方法の説明では、昇華性成分として目的の昇華性物質とそれより昇華温度又は沸点の低い昇華性不純物が含まれる場合について説明したが、昇華性不純物の沸点が目的の昇華性物質より高いものである場合は、先ず捕集部Ｂで昇華性不純物が捕集され、次いで捕集部Ｃで目的の昇華性物質が捕集されることになる。しかし、目的とする昇華性物質が捕集される捕集部は、誘導加熱可能な捕集部とすることがよく、不純物を捕集する捕集部は誘導加熱可能でなくてもよい。
【００２７】
また、上記の実施の態様においては、昇華部Ａと、捕集部が２つの異なる温度ゾーンを有する、すなわち電磁誘導式で発熱させて温度調整する１つの捕集部Ｂと、通常の冷却法による１つの捕集部Ｃを備えた昇華精製装置の例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２８】
例えば、この捕集部ＢがＢ1 、Ｂ2 のように異なった温度ゾーンが２つあるものなどのように、異なった温度ゾーンに調整した電磁誘導式で発熱させて温度調整する捕集部が２つ以上あり、合計３つ以上の異なる温度ゾーンを有する捕集部を備えたものであってもよい。上記例示の場合も、昇華部Ａと、捕集部Ｂ1 、Ｂ2 と、捕集部Ｃとの間には、下流側に向かって温度がほぼ階段状に低下する温度勾配を設けることにより、３つの異なる温度ゾーンを有する捕集部で、昇華ガス中の各成分をその融点に応じて分縮させることが可能となる。場合によっては、捕集部Ｃを省略して、２以上の電磁誘導式で発熱させて温度調整する捕集部のみで目的物質と不純物等の他成分を分縮させることも可能である。
【００２９】
昇華精製装置に用いる筒状体等の径や長さは、昇華性物質の種類や処理量により適宜決めればよいが、本発明の昇華精製装置は微量から多量の昇華性物質を処理することができ、また昇華温度が１００℃程度の比較的低い物質から６００℃程度の高温の物質までも昇華精製が可能である。さらに、精製装置を減圧にすることにより低温での昇華も容易となり、不安定な昇華性物質の精製にも適している。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例に基づき、本発明の具体例を説明する。
実施例１
８−ヒドロキシキノリンと硫酸アルミニウムとの反応によって得られた純度９９％程度の粗製８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（以下、Ａｌｑ３という）を、図１に示す昇華精製装置により精製した。
昇華部Ａには、長さ方向に半割りにした１００mmφ、長さ２００mmのステンレス管を用い、捕集部ＢとＣには、それぞれ５０mmφ、長さ２００mmのステンレス管を用いた。昇華部Ａと捕集部Ｂはバタフライ弁６を介して連結し、捕集部ＢとＣはフランジをを介して直結した。交流電源は２００V 、６０Hzとし、温度調節器５、１０にインバータを用いた。
昇華部ＡにＡｌｑ３を７g 装入し、筒状体２の温度を３６０℃、筒状体７の温度を２００℃とし、捕集部Ｃの外周は室温の空気に接触させてほぼ室温に維持すると共に、真空ポンプ１３により精製装置内を２Torrに減圧した。
捕集部Ｂから回収された精製Ａｌｑ３は純度９９．９９％以上、その歩留は約５０％であった。また、捕集部Ｃから分解生成物と見られるものを１０％程度回収したが、残りは装置の器壁に付着していた。
【００３１】
実施例２
実施例１と同様の装置の昇華部Ａには、長さ方向に半割りにした３００mmφ、長さ５００mmの炭素鋼管を用い、捕集部Ｂには１００mmφ、長さ５００mmの炭素鋼管を用い、捕集部Ｃには１００mmφ、長さ５００mmのステンレス管を用いた。昇華部Ａと捕集部Ｂ及び捕集部Ｂと捕集部Ｃとはフランジを介して直結した。筒状体２の温度を４００℃とし、装入量を１００g とした以外は実施例１と同様にして、純度９９．９９％以上の精製Ａｌｑ３を歩留６８％で得た。
【００３２】
実施例３
筒状体７の温度を３８０℃とした以外は実施例２と同様にして、純度９９．９９％以上の精製Ａｌｑ３を歩留７８％で得た。
【００３３】
実施例４（参考例）
粗製アントラセンの接触気相酸化によって得た純度９２％の粗製アントラキノンを、実施例２と同様な精製装置を用いて精製した。昇華部Ａに粗製アントラキノンを１５０g 装入し、筒状体２の温度を３００℃、筒状体７の温度を１５０℃とし、捕集部Ｃの外周は室温の空気に接触させてほぼ室温に維持すると共に、真空ポンプ１３により精製装置内を２００Torr（２００mmHg）に減圧した。捕集部Ｂから回収された精製アントラキノンは純度９８％以上、その歩留は約８３％であり、昇華部Ａに昇華残が約５％、捕集部Ｃに不純物等が約１０％であった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の昇華精製方法によれば、不純物を含有する昇華性物質を電磁誘導加熱により昇華させると共に、電磁誘導により特定温度に保持された捕集部で目的の昇華性物質のみを選択的に捕集することにより、安定性の低い物質でも高純度の製品を高い製品歩留で得ることが可能になる。また、精製装置も微量のものから多量のものまで取り扱うことができ、温度制御の精度が高いうえ、精製時間を短縮できるので、精製装置の生産性も高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の昇華性物質の精製方法を実施するための精製装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ          ：  昇華部
Ｂ、Ｃ      ：  捕集部
１          ：  昇華室
２、７、１１：  筒状体
３、８      ：  誘導コイル
５、１０    ：  温度調節計
【図１】
0004795502.tif 000002