(57)【要約】【課題】種子結晶の存在下に結晶化させて金属ガリウムを精製する方法において、頻繁に監視して、種子結晶を追加してやる等の手間をかけることなく、確実に結晶化させて金属ガリウムを精製する方法を提供する。【解決手段】種子結晶体を先端が開口しているプラスチック容器に入れ、該種子結晶体入りのプラスチック容器を先端の開口部の種子結晶体が溶融金属ガリウムに没するように溶融金属ガリウム上に配置し、溶融金属ガリウムを冷却して結晶化させることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
種子結晶体を先端が開口しているプラスチック容器に入れ、該種子結晶体入りのプラスチック容器を先端の開口部の種子結晶体が溶融金属ガリウムに没するように溶融金属ガリウム上に配置し、溶融金属ガリウムを冷却して結晶化させることを特徴とする金属ガリウムの精製方法。
【請求項２】
先端が開口しているプラスチック容器が円錐形状または角錐形状であり、種子結晶体がプラスチック容器と相似形状である請求項１記載の金属ガリウムの精製方法。
【請求項３】
プラスチック容器がポリオレフィン製容器である請求項１又は２記載の金属ガリウムの精製方法。
【請求項４】
種子結晶体が、先端が開口しているプラスチック容器内で高純度の溶融金属ガリウムを冷却し、結晶化させて形成したものである請求項１記載の金属ガリウムの精製方法。
【請求項５】
種子結晶体入りのプラスチック容器を、開口部を下にしてプラスチック製支持具に保持し、該支持具を溶融金属ガリウム上に配置する請求項１記載の金属ガリウムの精製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ガリウムの精製方法に関する。詳しくは種子結晶の存在下に溶融金属ガリウムを冷却し、結晶化させて金属ガリウムを精製する方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属ガリウムの精製方法として、分別結晶法、電解精製法、ゾーンメルト法および単結晶引上げ法などが知られている。設備が簡単で、容易に低コストで精製できることから溶融金属ガリウムを結晶化させて行う分別結晶法が採用されることが多い。
【０００３】
溶融金属ガリウムは冷却しても過冷却状態になり、結晶核を存在させない限り、容易に結晶化せず、粒子状または粉体状の種子結晶を溶融金属ガリウム上に存在させて結晶化が行われる。
例えば、冷却された純水を溶融金属ガリウム上に滴下して発生させた結晶を種子結晶として溶融金属ガリウム上に存在させ、表面を気体によって冷却して結晶化を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−２７０４９４号公報
【０００５】
粒子状または粉体状の種子結晶を存在させて結晶化させる分別結晶法による精製においては、急速に冷却すると結晶化速度が早くなり過ぎて精製効果が低下する。従って、ゆっくり冷却して結晶化させる必要があるが、その間に種子結晶が溶解してしまい、結晶化しなくなることが多い。そのため頻繁に監視して、種子結晶が溶解している場合には、種子結晶を追加してやる必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、種子結晶を存在させて結晶化させる分別結晶法によって金属ガリウムを精製する際に、手間をかけずに確実に結晶化させる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は金属ガリウムの分別結晶法による精製方法において、容易で確実に結晶化させる方法について鋭意検討した結果、種子結晶体の先端を溶融金属ガリウムに没した状態で溶融金属ガリウムを冷却し、結晶化させることによって、確実に結晶化させることができることを見出し、本発明に至った。
すなわち本発明は、種子結晶体を先端が開口しているプラスチック容器に入れ、該種子結晶体入りのプラスチック容器を先端の開口部の種子結晶体が溶融金属ガリウムに没するように溶融金属ガリウム上に配置し、溶融金属ガリウムを冷却して結晶化させることを特徴とする金属ガリウムの精製方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を図１及び図２に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は本発明の方法を示す模式図である。図２は種子結晶を入れた先端が開口したプラスチック容器およびその支持具の断面図である。
ビーカー１内に溶融金属ガリウム２が入れられており、種子結晶体４を入れたプラスチック容器３が支持具５に保持されて溶融金属ガリウムの表面に配置されている。容器先端の開口部の種子結晶は溶融金属ガリウムに没した状態にある。
溶融金属ガリウムがゆっくり冷却され、略融点温度に保持され、種子結晶のところから結晶化が起こる。
【０００９】
種子結晶体の形状は特に限定されるものではないが、作製のし易さ、保持のし易さから細長い円錐形状または角錐形状のものが用いられる。中でも円錐形状のものが好ましく用いられる。
以下、円錐形状のものについて説明するが、他の形状のものも同様である。
【００１０】
円錐形状の種子結晶体は、先端が開口している円錐形状のプラスチック容器に粒状または粉末状の高純度金属ガリウムを入れ、加温して溶解後、粒状または粉末状の種子を添加し、冷却して結晶化させ作製する。従って、種子結晶体はプラスチック容器と相似形状をしている。
円錐形状のプラスチック容器は、最大径が約６〜１０ｍｍφ、長さが約２０〜３０ｍｍ、厚みが約０．５〜０．８ｍｍのものが用いられるが、これに限定されるものではない。
開口部の直径は約０．８〜２ｍｍφ、好ましくは約１．０〜１．５ｍｍφとするのが良い。約２ｍｍφ以上にすると溶解した金属ガリウムが零れ出すので好ましくない。
このような容器はプラスチックシートから容易に作製可能であり、プラスチックとしてはポリオレフィン、中でもポリエチレン、ポリプロピレンが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００１１】
上記のようにして作製した細長い円錐形状の種子結晶体の先端はプラスチック容器の先端の開口部から一部はみ出た状態になっている。種子結晶体はそのままプラスチック容器に入ったまま使用する。
【００１２】
支持具は中空の台状をしており、直径が約２５〜３５ｍｍφで高さが約１０〜２０ｍｍである。中央部に上記円錐形状のプラスチック容器を、先端の開口部を下方に差し込む孔が設けられている。中央部の孔径は、支持具の下端からプラスチック容器の先端が約１〜２ｍｍ出る程度にしておく。このことによって、種子結晶体が入ったプラスチック容器を支持具で保持して、溶融金属ガリウム上に配置した時に、種子結晶体の先端が溶融金属ガリウムに没した状態になる。
この支持具は、上記プラスチック容器と同様にポリオレフィン等から作製される。なお、支持具は上記の形状に限定されるものではなく、多角筒、半球状等でも良い。
【００１３】
精製しようとする金属ガリウムを融点（２９．８℃）より約５〜１０℃高い温度に加熱して金属ガリウムを溶融させ、溶融金属ガリウムに固形状物がないことを確認する。溶融金属ガリウムを容器に入れ、表面の皮膜を取り除く。なお、容器としては、通常、テフロン（登録商標）製ビーカー等のプラスチック製のものが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
次に、略融点温度に温度調節されたところに溶融金属ガリウムを入れた容器を置き、溶融金属ガリウム上に、上記の支持具に保持された種子結晶体を配置する。種子結晶の先端は溶融するが、結晶と連続した状態で保持されている。溶融金属ガリウムの温度が融点より数度高い程度では種子結晶の大半は溶融せず、この状態が維持される。温度調節手段は特に限定されるものではなく、通常、室温雰囲気下で設定温度を略融点温度にした加温板上に溶融金属ガリウム入り容器を載せて行われる。設定温度は室温にもよるが、約２７〜２９℃である。
【００１５】
溶融金属ガリウムの温度が徐々に低下し、加温板の温度が略上記温度になると種子結晶のところから結晶化が起こる。この状態で保持して結晶化を進める。上記温度より高いと結晶化し難く、低いと結晶化速度が速くなって不純物を巻き込み、精製効率が低下する。
約５０〜８０％結晶化させた後、精製された結晶を取出す。この結晶について上記と同じ溶融・結晶化操作を繰り返すことによって、純度を向上させる。
【００１６】
従来の粒状または粉状の種子結晶を使用する方法では、ゆっくり冷却している間に種子結晶が溶解してしまい、結晶化しなくなることが多く、頻繁に監視して、種子結晶を追加してやる必要があったが、本発明の方法では、種子結晶を載せる溶融金属ガリウムの温度が多少高くても、確実に結晶化させることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明について説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００１８】
実施例１
図２に示す円錐形状（厚さ：０．６ｍｍ、最大径：８ｍｍ、長さ：２５ｍｍ、先端部の開口径：１ｍｍ、ポリプロピレン製）のプラスチック容器に純度シックスナイン（６Ｎ）の高純度ガリウム約０．８〜１．２ｇを入れ、円錐形状の大きい径側から種付けし室温雰囲気下で結晶化させ、円錐形状の種子結晶体を準備した。
次に、約４０℃に加熱して溶融した純度スリーナイン（３Ｎ）の金属ガリウム約５ｋｇを２リットルのテフロン（登録商標）製ビーカーに入れ、固形状物がないことを確認し、表面の皮膜を除去した。そして、このフラスコを室温雰囲気下、表面温度を２８．９℃に設定した加温板上に置いた。
【００１９】
先に準備した種子結晶体入りのプラスチック容器を先端を下にして図２に示す中空の台状の支持具（厚み：０．６ｍｍ、最大外径：３５ｍｍ、ポリプロピレン製）の中央に保持し、これを上記フラスコ内の溶融金属ガリウム上に配置し、プラスチック容器の先端の開口部の種子結晶体が溶融金属ガリウムに没した状態にした。この時、加温板の表面温度は３８．９℃であった。
このまま放置し、１時間３０分後に確認したところ、種子結晶体のところから金属ガリウムの結晶化が起こっていることを確認した。この時、加温板の表面温度は２８．９℃であった。約６０％結晶化させた後、結晶を取出したところ、約３ｋｇの結晶が得られた。
【００２０】
得られた結晶を再溶解し、上記と同様にして結晶化した。更に同様の操作をし（合計５回の結晶化）、得られた結晶をグロー放電マススペクトル分析計で分析した結果、純度６Ｎの金属ガリウムであることを確認した。
【００２１】
実施例２
３７個のビーカーを用いて、同時に実施例１と同様にして結晶化を行った。１時間３０分後に確認したところ、全てのフラスコにおいて、種子結晶体のところから金属ガリウムの結晶化が起こっていることを確認した。
なお、この処置に要した時間は、種子結晶の設置に７分、結晶化の確認に３分の合計１０分であった。
【００２２】
比較例１
３０個のビーカーを用いて、円錐形状の種子結晶体の代わりに、従来法の粒状種子（約２．０〜３．０ｍｍφ）を１個づつ置いて結晶化を行った。３０分毎に結晶の有無を確認し、粒状種子および結晶化の有無の確認を行った。粒状種子が溶解して消失している場合は粒状種子を追加した。
結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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実施例２では、種子結晶体を載せた後、放置し、１時間３０分後に確認した時点で全部のビーカーで結晶化が起こっていた。一方、比較例１では、種子結晶が溶融してしまい、追加する必要があり、全部のビーカーについて結晶化させるのに時間と手間を要した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の方法によって、頻繁に監視して、種子結晶を追加してやる等の手間をかけることなく、確実に結晶化させて金属ガリウムを精製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を示す模式図である。
【図２】種子結晶体を入れた先端が開口しているプラスチック容器およびその支持具の断面図である。
【符号の説明】
１：ビーカー
２：溶融金属ガリウム
３：プラスチック容器
４：種子結晶体
５：支持具
６：析出金属ガリウム
７：容器先端の開口部
【図１】
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【図２】
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