プラズマ帯溶融精製法の開発とレアメタル高純度化への応用

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熱プラズマを加熱源とするプラズマ帯溶融装置を製作した。具体的には、圧力可変容器(水冷式高真空用容器)内にプラズマト-チ(最大出力20kW)を取り付け、プラズマト-チの下方に一定速度で水平方向に移動可能な細長い水冷銅ハ-スを設置した。銅ハ-スには10mm×200mm、深さ約5mmの溝を穿ち、直径10mm,長さ200mmの棒状金属試料の帯溶融ができるようにした。銅ハ-ス移動用の駆動モータには変速ギアを取り付け、0.1〜5mm/minの範囲内で一定移動速度の設定が可能とした。また、圧力可変容器へのプラズマガス供給系にはニードルバルブ式の圧力コントロール装置を付設し、帯溶融時の容器内圧力を6kPa程度の減圧から101kPa(1気圧)まで任意に設定可能とし、特に減圧下でのプラズマ帯溶融が容易に実施できるようにした。試作したプラズマ帯溶融装置の試運転を兼ねて、棒状の鉄試料(直径 約8mm、長さ約150mm)を対象に、鉄の高純度化を試みた。プラズマガスに水素を使用した際には、顕著な酸素、窒素の低減が確認され、特に酸素に関しては帯溶融部全般で5mass ppm以下(原料鉄の酸素は約100mass ppm)にまで減じられ、優れた脱酸効果が確認された。また帯溶融時の偏析効果による不純物の濃集分離除去に関しては、現在ICPによる金属不純物分析を実施中である。今後、シリコン、クロムなどレアメタルを対象に、高純度化精製を図る。具体的には、帯溶融時のプラズマガス組成(水素濃度)、容器内圧力(5〜101kPa)、溶融帯温度(プラズマ出力で調整)、溶融帯移動速度(0.1〜3 mm/min)等をパラメータに種々な条件下で帯溶融を実施後、微量不純物分析や残留抵抗比測定を行い、レアメタルの高純度化に対するプラズマ帯溶融精製法の最適化を図るとともに、その有用性を明らかにする。