スカンジウム含有合金の製造方法およびこの方法により得られたスカンジウム含有合金
【課題】坩堝素材および還元剤由来の汚染が抑制され、さらに簡便な方法で高純度なＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得ることができるスカンジウム含有合金の製造方法およびこの方法により得られたスカンジウム含有合金を提供する。
【解決手段】本発明のスカンジウム含有合金の製造方法は、スカンジウム含有化合物と、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘとからなる溶融原料２２に、金属還元剤（Ｚ）２４の蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することによりＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得ることを特徴とする。
【解決手段】本発明のスカンジウム含有合金の製造方法は、スカンジウム含有化合物と、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘとからなる溶融原料２２に、金属還元剤（Ｚ）２４の蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することによりＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得ることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スカンジウム含有合金の製造方法およびこの方法により得られたスカンジウム含有合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
資源としてのスカンジウム（Ｓｃ）は、地殻中に５〜１０ｐｐｍ程度含まれており、いわゆるクラーク数は５ｐｐｍ程度であるといわれている。現在知られているスカンジウム単独鉱石として、トルベイト石（（Ｓｃ，Ｙ）２Ｓｉ２Ｏ７）が知られているが、産出量は非常に少なく工業的な製錬対象となっていない。スカンジウム資源は、スズ、チタン、ウラン等の製錬の際に生成される製錬残渣から工業的に回収されているのが現状である。この製錬残渣には、数十ｐｐｍ程度のスカンジウムが含まれている。
【０００３】
このように、スカンジウムは非常に稀少な金属であり、安定的に供給することが困難であり、さらに非常に高価なため、実用的な用途開発もあまり進んでいない状況であった。しかしながら、近年、アルミニウムに少量のスカンジウムを加えることによりその性状、機械的性質が飛躍的に向上することがわかり、活発に研究が行われている。
【０００４】
また、ニッケル酸化鉱石中に微量であるが、クラーク数の２〜２０倍程度のスカンジウムが含まれていることが確認されている。このニッケル酸化鉱石からスカンジウムを回収する方法が、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。これらの公報には、ニッケル酸化鉱石を酸浸出するいわゆる湿式製錬における副産物により、スカンジウムが元の含量に対して１０〜２０００倍の濃縮物として回収できる方法が記載されている。この濃縮物は、水酸化物や炭酸化物の形態で回収できるため、高純度な酸化スカンジウムを得ることができる。
【０００５】
通常、金属スカンジウムの製造方法として、ハロゲン化したスカンジウム(主としてフッ素化スカンジウム)に、金属還元剤であるカルシウムを混合した原料を、坩堝内で溶融還元する方法が用いられている。
【０００６】
その応用として、特許文献３には、ハロゲン化スカンジウムに、金属還元剤であるカルシウムと、低融点合金化剤として亜鉛と、さらにはフラックス剤としてフッ素化リチウム等とを混合した原料を、不活性ガス雰囲気において坩堝内で溶融還元処理を行って、Ｚｎ-Ｓｃ合金を製造する方法が記載されている。その後、Ｚｎを揮発除去して金属スカンジウムを得るというものである。
【０００７】
また、Ａｌ−Ｓｃ母合金を製造する方法が特許文献４に記載されている。特許文献４には、Ａｌと、Ａｌ中のスカンジウム含有量が２％前後となるような量のハロゲン化スカンジウムとを原料として、それらに金属還元剤を加えて溶融還元し、Ａｌ−Ｓｃの溶融金属を生成させる。次いで、その溶融金属を冷却し、Ａｌ合金塊の一部分に、Ａｌ−Ｓｃ含有化合物を高密度に析出させる。さらに、この高密度析出部分を取り出すことにより、スカンジウム含有率が７％以上、場合によっては２０％をも超えるＡｌ−Ｓｃ母合金が得られると記載されている。
【０００８】
これらの方法は、坩堝内で溶融還元処理を行うため、坩堝素材等から不純物がＡｌ−Ｓｃ母合金中に混入することがあった。
【０００９】
また、酸化スカンジウムをＡｌと共にペレット化し、それを溶融Ａｌ浴で合金化する方法が特許文献５に記載されている。この方法においては、Ａｌと酸化スカンジウムの粒度に十分配慮し、しかも一定以上の圧力下においてペレット化する必要があり、製造設備や製造工程が複雑化する傾向があった。
【００１０】
また、金属原料成形体に金属還元剤の蒸気を接触させて、金属原料を還元する方法が、特許文献６に記載されている。
【特許文献１】特開２０００−３１３９２８号公報
【特許文献２】特開平９−１４３５８８号公報
【特許文献３】特開平４−１３１３０８号公報
【特許文献４】特開２００３−１７１７２４号公報
【特許文献５】特開平４−２３５２３１号公報
【特許文献６】特開２００４−６８１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、従来のスカンジウム含有合金の製造方法においては、坩堝内で溶融還元処理を行うため、坩堝素材などの不純物がスカンジウム含有合金に混入することがあった。さらに、製造設備や製造工程が複雑化する傾向があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、不純物による汚染が抑制され、さらに簡便な製造工程等で高純度のスカンジウム含有合金を得ることができる製造方法およびこの方法により得られたスカンジウム含有合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、スカンジウム含有化合物と、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘとからなる溶融原料に、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することによりＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得るスカンジウム含有合金が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属還元剤の蒸気を溶融しているスカンジウム含有化合物と接触させて還元しているため、坩堝素材や金属還元剤などからの不純物の混入が抑制され、さらに簡便な製造工程で高純度なスカンジウム含有合金を得ることができる製造方法、およびこの方法により得られたスカンジウム含有合金が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本実施形態に係るスカンジウム含有合金の製造方法及びその製法により得られるスカンジウム含有合金について、図１の製造装置に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に示されるように、スカンジウム含有合金の製造装置１０は、耐熱材料からなる密閉耐熱容器１２と、その内部に複数セットされた耐熱反応容器１４と、耐熱反応容器１４内に複数段設けられた耐熱支柱１６と、耐熱支柱１６上に載置された坩堝１８とを有している。坩堝１８内には、スカンジウム含有化合物と、金属（Ｘ）等からなる原料２２が投入され、坩堝１８の下方に金属還元剤（Ｚ）２４が投入される。密閉耐熱容器１２は、ＴＩＧ溶接により密閉されていてもよい。スカンジウム含有合金を製造する際には、このようにセットされた密閉耐熱容器１２を所定の温度に過熱された加熱装置２０の中に入れ、耐熱反応容器１４内を加熱する。これにより、坩堝１８内の原料２２を溶融させるとともに金属還元剤（Ｚ）２４を蒸気化する。この蒸気化した金属還元剤（Ｚ）２４を坩堝１８内の溶融した原料２２に接触させてスカンジウム含有化合物を熱還元することによりスカンジウム含有合金を製造する。
【００１７】
密閉耐熱容器１２は、完全に密閉できるものであればよく、ステンレスや耐熱鋼或いはセラミック製容器を使用することができる。耐熱反応容器１４も、ステンレスや耐熱鋼或いはセラミック容器を使用することができる。耐熱反応容器１４は必ずしも密閉する必要はなく、キャップや蓋等で系を閉じた状態で用いることができる。これにより、密閉耐熱容器１２を開放する場合でも、耐熱反応容器１４内において生成物への汚染が生じることがない。
【００１８】
耐熱支柱１６もステンレスや耐熱鋼或いはセラミック製とすることができる。この耐熱支柱１６により、坩堝１８内に投入される原料２２と、金属還元剤（Ｚ）２４や捕捉剤２６とが直接固体状態で接触しないようにすることができる。本発明においては、耐熱支柱１６を設けた例によって説明するが、これらが接触しなければこの構成に限定されるものではない。
【００１９】
坩堝１８の材質は、ステンレスや耐熱鋼或いはセラミックスを使用することができるが、原料の汚染等を防止する観点からタンタル製坩堝が好ましい。これらいずれの材料も再使用が可能であり、経済性に優れている。
【００２０】
製造装置１０を用いてスカンジウム含有合金を製造するには、まず坩堝１８内に、主原料であるスカンジウム含有化合物と、抽出母剤である金属（Ｘ）とからなる原料２２を入れる。なお、生成する金属相とスラグ相との分離性を改良し、回収率を向上させる観点から、原料２２にはフラックス剤を含むことが好ましい。
【００２１】
さらに、この原料２２とは接触しないように耐熱反応容器１４内に金属還元剤（Ｚ）２４と捕捉剤２６とを入れる。金属還元剤（Ｚ）２４は、スカンジウム含有化合物を還元することができ、また捕捉剤２６は、容器内の酸素や窒素を捕捉することができる。
【００２２】
スカンジウム含有化合物としては、特に限定されるものではないが、フッ素化スカンジウム、酸化スカンジウムを用いることが好ましい。本発明においては、酸化スカンジウムを用いることがさらに好ましい。
【００２３】
金属（Ｘ）としては、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ａｇ等を挙げることができ、これらを１種または２種以上組み合わせて用いることができる。金属（Ｘ）は、目的とする合金の種類に応じて適宜選択される。例えば、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金を母合金として用いて、Ａｌ−Ｓｃ合金を製造する場合には、金属（Ｘ）としてはＡｌを用い、Ｍｇ−Ｓｃ合金を製造する場合には、金属（Ｘ）としてはＭｇを用いる。
【００２４】
スカンジウム含有化合物と金属材料（Ｘ）との配合量は、金属材料（Ｘ）に対してスカンジウムを好ましくは０．１モル％以上、２５モル％以下、さらに好ましくは１モル％以上、７モル％以下となるようにすることが望ましい。上記範囲内にあると、母合金として用いた場合、その添加効果を得ることができ、さらに安定な金属間化合物（例えば、Ａｌ３Ｓｃ）を得ることができるため、スカンジウムの歩留まりが改善され、回収率が向上する。
【００２５】
フラックス剤はスラグ生成促進剤として機能を有するものである。フラックス剤としては、後述する金属還元剤（Ｚ）２４の塩化物、フッ素化物、酸化物から選ばれる１種類以上のものを使用することが好ましい。フラックス剤として、例えば、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ等の塩化物、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＮａＦ、ＫＦ等のフッ素化物、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の酸化物を用いることができる。フラックス剤は、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これら原料は混合して使用することが望ましく、粉末状のものがより望ましい。フラックス剤の添加量は、理論的に得られるＸ−Ｓｃ−Ｚ合金の生成量に対して（フラックス剤／Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金）、好ましくは１／２０倍重量以上、１０／１倍重量以下、より好ましくは１／８倍重量以上、２／１倍重量以下となる量で使用することができる。フラックス剤の量が上記範囲であると還元反応で生成したスラグとＸ−Ｓｃ−Ｚ合金との分離性に優れ、スラグ中への合金の混入を抑制することができ、回収率を向上させることができる。
【００２６】
金属還元剤（Ｚ）２４は、Ｃａ，Ｍｇ，ＮａおよびＫからなる群より選ばれる1種類以上のものを使用することが望ましい。金属還元剤（Ｚ）２４は、金属スカンジウムが得られる反応における理論還元量の好ましくは０．５倍当量以上、５倍当量以下、さらに好ましくは１倍当量以上、２倍当量以下が望ましい。上記範囲にあると、十分に還元反応が行われ還元率の向上によりスカンジウムの回収率が向上する。
【００２７】
捕捉剤２６は、例えば、Ｔｉ、ＮｂおよびＴａから選択される１種以上の金属からなる。捕捉剤２６は、反応により生成する酸素等を捕捉する。
【００２８】
耐熱反応容器１４内に上記の原料等を投入した後、加熱装置２０により耐熱反応容器１４内を加熱し、原料２２を溶融させるとともに金属還元剤（Ｚ）２４を蒸気として供給する。金属還元剤（Ｚ）の蒸気を、溶融された原料２２に接触させることにより、スカンジウム含有化合物が熱還元される。なお、金属還元剤（Ｚ）の蒸気でスカンジウム含有化合物を熱還元する場合において、金属還元剤（Ｚ）が、溶融原料２２中で部分的に凝集して液状化することがある。この場合、液状の金属還元剤（Ｚ）が、スカンジウム含有化合物の熱還元に寄与する。金属還元剤（Ｚ）の蒸気をスカンジウム含有化合物に接触させる際における、金属還元剤（Ｚ）の蒸気圧は、好ましくは１×１０−４ａｔｍ以上、より好ましくは１×１０−２ａｔｍ以上であることが望ましい。上限は特に制限されないが、１ａｔｍ以下とすることが好ましい。金属（Ｚ）の蒸気圧が上記の範囲であれば、実用的な蒸発速度が得られ、スカンジウム含有化合物との反応を迅速に進めることができる。
【００２９】
耐熱反応容器１４内の温度は、金属還元剤（Ｚ）２４の種類によって好ましい範囲が異なるが、好ましくは８００℃以上、１４００℃以下、さらに好ましくは１０００℃以上、１２００℃以下の温度範囲とすることが望ましい。上記範囲内であれば、金属還元剤（Ｚ）２４は、還元反応を進めるのに十分な蒸気圧を得ることができ、スカンジウムの回収率が向上する。さらに安価な耐熱材料を使用することができるとともに、エネルギーコストも低減され経済性に優れる。
【００３０】
また、反応時間は、上記温度範囲において０．５時間以上、８時間以下で十分であり、例えば温度１０００℃では３時間以上、６時間以下で十分に還元反応が進行する。
【００３１】
上記方法により、スカンジウム含有合金として、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金が得られる。Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金は、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金（ＸはＡｌ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ａｇのいずれかを表し、ＺはＣａ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｋのいずれかを表す）として表すことができる。
【００３２】
このＸ−Ｓｃ−Ｚ合金をＸ−Ｓｃ合金の添加剤（母合金）として使用する場合、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ母合金中に存在する金属還元剤量にもよるが、この金属還元剤Ｚを除去することが望ましい。この場合、金属還元剤Ｚを含むＸ−Ｓｃ−Ｚ母合金を高周波誘導炉、アーク炉、電子ビーム炉等の溶解炉で真空溶解することにより、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ母合金中に含まれた金属還元剤Ｚを揮発除去する。これにより、Ｘ−Ｓｃ合金の添加剤として最適なＸ−Ｓｃ母合金を得ることができる。
【００３３】
以下に本実施形態の効果を説明する。
本実施形態においては、スカンジウム含有化合物と、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘとからなる溶融原料に、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させることにより、該スカンジウム含有化合物を熱還元してＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を製造している。
【００３４】
このような方法によれば、スカンジウム含有化合物と金属還元剤とを溶融させる溶融還元処理とは異なり、坩堝素材や金属還元剤由来の不純物の混入が抑制され、高純度なスカンジウム含有合金を簡便な方法で得ることができる。また、金属還元剤Ｚを蒸気としているため、溶融還元法に比べて低温で還元工程を行うことが可能となり、製造プロセスのマージンを広げることができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させることにより、スカンジウム含有化合物を熱還元しているため、スカンジウム含有化合物の材料選択の幅を広げることができる。例えば、極めて安定な酸化スカンジウムを原料として用いて、スカンジウム含有合金を得ることができる。
【００３６】
酸化スカンジウムは極めて安定であるため、一般的な溶融還元法によりスカンジウム含有合金を製造することが困難であった。そのため、従来、熱力学的な観点からフッ素化スカンジウムを原料として用いた溶融還元法によりスカンジウム含有合金が製造されている。
【００３７】
しかしながら、フッ素化スカンジウムを原料として用いた場合、（ａ）フッ素化スカンジウムは酸化スカンジウムをフッ素化することにより得られるため、フッ素化工程を別途必要とすること、（ｂ）フッ素を用いているため環境や人体等への負荷が大きいこと、などを認めることができる。
【００３８】
このような状況下において、本発明者らは鋭意研究したところ、酸化スカンジウムと、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘと、フラックス剤とからなる溶融原料に、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することにより、スカンジウム含有合金が得られることを見出したのである。
【００３９】
なお、特許文献６には、金属化合物を粘結剤と混合して成形した後、焼成して金属原料成形体を作製し、この金属原料成形体を金属蒸気と接触させることにより、金属原料成形体を還元する方法が記載されている。しかしながら、当該文献に記載の方法は、成形体とした金属化合物を金属蒸気として接触させる方法であり、溶融原料に金属還元剤の蒸気を接触させる方法と比較してスカンジウム含有合金を安定的に生成することは困難である。
【００４０】
これに対し、本実施形態では、酸化スカンジウムを、上記金属Ｘとともに溶解させ、この溶融原料に金属還元剤Ｚの蒸気を接触させることにより、還元反応が可能となり、スカンジウム含有合金を安定的に得ることができる。
［実施例］
【００４１】
［実験例１］
図１に示した製造装置１０を用いて金属スカンジウムの製造を行った。ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の耐熱反応容器１４内の上部において、耐熱支柱１６にタンタル製坩堝１８を設置しその中に酸化スカンジウム原料をセットした。さらに、耐熱反応容器１４内の底部に、酸化スカンジウムの理論反応当量の２倍量となるように金属還元剤２４であるカルシウムを入れ、酸素や窒素ガスの捕捉剤２６となるスポンジチタンを入れた。このステンレス鋼製耐熱反応容器１４の４セットをスポンジチタンとともにステンレス鋼製密閉耐熱容器（チャンバー）１２内に入れ、ＴＩＧ溶接により密閉した。この密閉したチャンバーを外熱式電気炉（加熱装置２０）により１０００℃に昇温し、６時間保持し、Ｃａ蒸気により還元を行った。その後、チャンバーごと水中に浸漬し急冷した後、チャンバーの蓋を取り外し、粉末状の生成物を得た。得られた粉末状の生成物をＸＲＤ測定により相の同定を行った。図２に得られた生成物の外観写真と、ＸＲＤ測定結果を示す。
【００４２】
Ｘ線パターン結果から金属スカンジウムのピークが確認されたことから、従来熱力学的に不可能とされていた酸化スカンジウムから金属スカンジウムが生成された。しかし、複合酸化物であるＣａＳｃ２Ｏ４相やＳｃ２Ｏ３の存在が確認され、還元反応はまだ十分に進行しておらず、改良の余地があった。
【００４３】
［実験例２］
タンタル製坩堝１８内に、酸化スカンジウムと、抽出剤として金属Ａｌ粉末とを、全量（１００モル％）に対してＳｃが３モル％となるように配合した以外は実験例1と同様にして実施した。得られた粉末状の生成物をＸＲＤ測定により相の同定を行った。図３に、得られた生成物の外観写真と、ＸＲＤ測定結果を示す。Ｘ線パターン結果から、抽出母剤のＡｌとＡｌ３Ｓｃ相の存在が確認され、Ａｌ−Ｓｃ含有合金を直接製造することができた。還元剤であるカルシウムを過剰に使用したためＡｌ４Ｃａとしての存在も確認された。
以上のことから、Ａｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金の生成が確認された。また、同定できない回折ピークもいくつか認められ、金属相とスラグ相の分離を完全に行うことはできなかった。
【００４４】
［実験例３］
タンタル製坩堝１８内に、酸化スカンジウムと、抽出剤として金属Ａｌ粉末と、スラグ生成のフラックス剤であるＣａＣｌ２をＡｌ−Ｓｃ含有合金の理論生成量に対して０．１２５、０．２５、０．５、１．０、１．２倍量となるように配合した以外は実験例２と同様にして実施した。得られた粉末状の生成物をＸＲＤ測定により相の同定を行った。図４に、ＣａＣｌ２をＡｌ−Ｓｃ含有合金の理論生成量に対して１．０倍量の条件で還元を行って得られた生成物の外観写真と、ＸＲＤ測定結果を示す。Ｘ線パターン結果から抽出母剤のＡｌとＡｌ３Ｓｃ相の存在が確認され、Ａｌ−Ｓｃ含有合金を直接製造することができた。還元剤であるＣａを過剰に使用したためＡｌ４Ｃａの存在も確認された。
以上のことから、Ａｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金の生成が確認された。また、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析により分析した結果、元素組成比はＳｃ：Ｃａ：Ａｌ＝４．３：０．８：９４．７であった。
また、図５に記載の生成物の外観から解るように、フラックス剤量が０．２５倍量以上使用することにより、数ミリ粒径のＡｌ−Ｓｃ含有合金相が得られスラグ相との分離性が良好であることが確認された。また、フラックス剤量が多くなるに従って粒径の大きい合金が得られる傾向が確認され、Ａｌ−Ｓｃ含有合金相とスラグ相の分離性が一層向上することが確認された。
【００４５】
［実験例４］
タンタル製坩堝１８内にフッ素化スカンジウムをセットして実施した以外は、実験例１と同様にして行った。得られた粉末状の生成物をＸＲＤ測定により相の同定を行った。図６に生成物の外観写真と、ＸＲＤ測定結果を示す。Ｘ線パターン結果から金属スカンジウムが生成したことがわかる。このことから、１０００℃と低い温度でフッ素化スカンジウムから金属スカンジウムを生成することが確認された。
【００４６】
上記の実験例においては、捕捉剤を用いることによりＡｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金が得られることが確認された。また、捕捉剤を用いることなくＡｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金を製造したところ、Ａｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態に係るＸ−Ｓｃ−Ｚ合金の製造装置を模式的に示した断面図である。
【図２】実験例１において得られた生成物の外観写真（ａ）とＸＲＤ測定結果（ｂ）とを示す。
【図３】実験例２において得られた生成物の外観写真（ａ）とＸＲＤ測定結果（ｂ）とを示す。
【図４】実験例３において、フラックス剤であるＣａＣｌ２をＡｌ−Ｓｃ含有合金の理論生成量に対して１．０倍量となるように配合した場合に得られた生成物の外観写真（ａ）とＸＲＤ測定結果（ｂ）とを示す。
【図５】実験例３において、フラックス剤であるＣａＣｌ２をＡｌ−Ｓｃ含有合金の理論生成量に対して１．２、０．５，０．２５，０．１２５倍量となるように配合した場合に得られた生成物の外観写真（ａ）〜（ｄ）を示す。
【図６】実験例４において得られた生成物の外観写真（ａ）とＸＲＤ測定結果（ｂ）とを示す。
【符号の説明】
【００４８】
１０ Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金の製造装置
１２ 密閉耐熱容器
１４ 耐熱反応容器
１６ 耐熱支柱
１８ 坩堝
２０ 加熱装置
２２ 原料
２４ 金属還元剤Ｚ
２６ 捕捉剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スカンジウム含有合金の製造方法およびこの方法により得られたスカンジウム含有合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
資源としてのスカンジウム（Ｓｃ）は、地殻中に５〜１０ｐｐｍ程度含まれており、いわゆるクラーク数は５ｐｐｍ程度であるといわれている。現在知られているスカンジウム単独鉱石として、トルベイト石（（Ｓｃ，Ｙ）２Ｓｉ２Ｏ７）が知られているが、産出量は非常に少なく工業的な製錬対象となっていない。スカンジウム資源は、スズ、チタン、ウラン等の製錬の際に生成される製錬残渣から工業的に回収されているのが現状である。この製錬残渣には、数十ｐｐｍ程度のスカンジウムが含まれている。
【０００３】
このように、スカンジウムは非常に稀少な金属であり、安定的に供給することが困難であり、さらに非常に高価なため、実用的な用途開発もあまり進んでいない状況であった。しかしながら、近年、アルミニウムに少量のスカンジウムを加えることによりその性状、機械的性質が飛躍的に向上することがわかり、活発に研究が行われている。
【０００４】
また、ニッケル酸化鉱石中に微量であるが、クラーク数の２〜２０倍程度のスカンジウムが含まれていることが確認されている。このニッケル酸化鉱石からスカンジウムを回収する方法が、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。これらの公報には、ニッケル酸化鉱石を酸浸出するいわゆる湿式製錬における副産物により、スカンジウムが元の含量に対して１０〜２０００倍の濃縮物として回収できる方法が記載されている。この濃縮物は、水酸化物や炭酸化物の形態で回収できるため、高純度な酸化スカンジウムを得ることができる。
【０００５】
通常、金属スカンジウムの製造方法として、ハロゲン化したスカンジウム(主としてフッ素化スカンジウム)に、金属還元剤であるカルシウムを混合した原料を、坩堝内で溶融還元する方法が用いられている。
【０００６】
その応用として、特許文献３には、ハロゲン化スカンジウムに、金属還元剤であるカルシウムと、低融点合金化剤として亜鉛と、さらにはフラックス剤としてフッ素化リチウム等とを混合した原料を、不活性ガス雰囲気において坩堝内で溶融還元処理を行って、Ｚｎ-Ｓｃ合金を製造する方法が記載されている。その後、Ｚｎを揮発除去して金属スカンジウムを得るというものである。
【０００７】
また、Ａｌ−Ｓｃ母合金を製造する方法が特許文献４に記載されている。特許文献４には、Ａｌと、Ａｌ中のスカンジウム含有量が２％前後となるような量のハロゲン化スカンジウムとを原料として、それらに金属還元剤を加えて溶融還元し、Ａｌ−Ｓｃの溶融金属を生成させる。次いで、その溶融金属を冷却し、Ａｌ合金塊の一部分に、Ａｌ−Ｓｃ含有化合物を高密度に析出させる。さらに、この高密度析出部分を取り出すことにより、スカンジウム含有率が７％以上、場合によっては２０％をも超えるＡｌ−Ｓｃ母合金が得られると記載されている。
【０００８】
これらの方法は、坩堝内で溶融還元処理を行うため、坩堝素材等から不純物がＡｌ−Ｓｃ母合金中に混入することがあった。
【０００９】
また、酸化スカンジウムをＡｌと共にペレット化し、それを溶融Ａｌ浴で合金化する方法が特許文献５に記載されている。この方法においては、Ａｌと酸化スカンジウムの粒度に十分配慮し、しかも一定以上の圧力下においてペレット化する必要があり、製造設備や製造工程が複雑化する傾向があった。
【００１０】
また、金属原料成形体に金属還元剤の蒸気を接触させて、金属原料を還元する方法が、特許文献６に記載されている。
【特許文献１】特開２０００−３１３９２８号公報
【特許文献２】特開平９−１４３５８８号公報
【特許文献３】特開平４−１３１３０８号公報
【特許文献４】特開２００３−１７１７２４号公報
【特許文献５】特開平４−２３５２３１号公報
【特許文献６】特開２００４−６８１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、従来のスカンジウム含有合金の製造方法においては、坩堝内で溶融還元処理を行うため、坩堝素材などの不純物がスカンジウム含有合金に混入することがあった。さらに、製造設備や製造工程が複雑化する傾向があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、不純物による汚染が抑制され、さらに簡便な製造工程等で高純度のスカンジウム含有合金を得ることができる製造方法およびこの方法により得られたスカンジウム含有合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、スカンジウム含有化合物と、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘとからなる溶融原料に、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することによりＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得るスカンジウム含有合金が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、金属還元剤の蒸気を溶融しているスカンジウム含有化合物と接触させて還元しているため、坩堝素材や金属還元剤などからの不純物の混入が抑制され、さらに簡便な製造工程で高純度なスカンジウム含有合金を得ることができる製造方法、およびこの方法により得られたスカンジウム含有合金が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本実施形態に係るスカンジウム含有合金の製造方法及びその製法により得られるスカンジウム含有合金について、図１の製造装置に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に示されるように、スカンジウム含有合金の製造装置１０は、耐熱材料からなる密閉耐熱容器１２と、その内部に複数セットされた耐熱反応容器１４と、耐熱反応容器１４内に複数段設けられた耐熱支柱１６と、耐熱支柱１６上に載置された坩堝１８とを有している。坩堝１８内には、スカンジウム含有化合物と、金属（Ｘ）等からなる原料２２が投入され、坩堝１８の下方に金属還元剤（Ｚ）２４が投入される。密閉耐熱容器１２は、ＴＩＧ溶接により密閉されていてもよい。スカンジウム含有合金を製造する際には、このようにセットされた密閉耐熱容器１２を所定の温度に過熱された加熱装置２０の中に入れ、耐熱反応容器１４内を加熱する。これにより、坩堝１８内の原料２２を溶融させるとともに金属還元剤（Ｚ）２４を蒸気化する。この蒸気化した金属還元剤（Ｚ）２４を坩堝１８内の溶融した原料２２に接触させてスカンジウム含有化合物を熱還元することによりスカンジウム含有合金を製造する。
【００１７】
密閉耐熱容器１２は、完全に密閉できるものであればよく、ステンレスや耐熱鋼或いはセラミック製容器を使用することができる。耐熱反応容器１４も、ステンレスや耐熱鋼或いはセラミック容器を使用することができる。耐熱反応容器１４は必ずしも密閉する必要はなく、キャップや蓋等で系を閉じた状態で用いることができる。これにより、密閉耐熱容器１２を開放する場合でも、耐熱反応容器１４内において生成物への汚染が生じることがない。
【００１８】
耐熱支柱１６もステンレスや耐熱鋼或いはセラミック製とすることができる。この耐熱支柱１６により、坩堝１８内に投入される原料２２と、金属還元剤（Ｚ）２４や捕捉剤２６とが直接固体状態で接触しないようにすることができる。本発明においては、耐熱支柱１６を設けた例によって説明するが、これらが接触しなければこの構成に限定されるものではない。
【００１９】
坩堝１８の材質は、ステンレスや耐熱鋼或いはセラミックスを使用することができるが、原料の汚染等を防止する観点からタンタル製坩堝が好ましい。これらいずれの材料も再使用が可能であり、経済性に優れている。
【００２０】
製造装置１０を用いてスカンジウム含有合金を製造するには、まず坩堝１８内に、主原料であるスカンジウム含有化合物と、抽出母剤である金属（Ｘ）とからなる原料２２を入れる。なお、生成する金属相とスラグ相との分離性を改良し、回収率を向上させる観点から、原料２２にはフラックス剤を含むことが好ましい。
【００２１】
さらに、この原料２２とは接触しないように耐熱反応容器１４内に金属還元剤（Ｚ）２４と捕捉剤２６とを入れる。金属還元剤（Ｚ）２４は、スカンジウム含有化合物を還元することができ、また捕捉剤２６は、容器内の酸素や窒素を捕捉することができる。
【００２２】
スカンジウム含有化合物としては、特に限定されるものではないが、フッ素化スカンジウム、酸化スカンジウムを用いることが好ましい。本発明においては、酸化スカンジウムを用いることがさらに好ましい。
【００２３】
金属（Ｘ）としては、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ａｇ等を挙げることができ、これらを１種または２種以上組み合わせて用いることができる。金属（Ｘ）は、目的とする合金の種類に応じて適宜選択される。例えば、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金を母合金として用いて、Ａｌ−Ｓｃ合金を製造する場合には、金属（Ｘ）としてはＡｌを用い、Ｍｇ−Ｓｃ合金を製造する場合には、金属（Ｘ）としてはＭｇを用いる。
【００２４】
スカンジウム含有化合物と金属材料（Ｘ）との配合量は、金属材料（Ｘ）に対してスカンジウムを好ましくは０．１モル％以上、２５モル％以下、さらに好ましくは１モル％以上、７モル％以下となるようにすることが望ましい。上記範囲内にあると、母合金として用いた場合、その添加効果を得ることができ、さらに安定な金属間化合物（例えば、Ａｌ３Ｓｃ）を得ることができるため、スカンジウムの歩留まりが改善され、回収率が向上する。
【００２５】
フラックス剤はスラグ生成促進剤として機能を有するものである。フラックス剤としては、後述する金属還元剤（Ｚ）２４の塩化物、フッ素化物、酸化物から選ばれる１種類以上のものを使用することが好ましい。フラックス剤として、例えば、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＮａＣｌ、ＫＣｌ等の塩化物、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＮａＦ、ＫＦ等のフッ素化物、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の酸化物を用いることができる。フラックス剤は、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これら原料は混合して使用することが望ましく、粉末状のものがより望ましい。フラックス剤の添加量は、理論的に得られるＸ−Ｓｃ−Ｚ合金の生成量に対して（フラックス剤／Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金）、好ましくは１／２０倍重量以上、１０／１倍重量以下、より好ましくは１／８倍重量以上、２／１倍重量以下となる量で使用することができる。フラックス剤の量が上記範囲であると還元反応で生成したスラグとＸ−Ｓｃ−Ｚ合金との分離性に優れ、スラグ中への合金の混入を抑制することができ、回収率を向上させることができる。
【００２６】
金属還元剤（Ｚ）２４は、Ｃａ，Ｍｇ，ＮａおよびＫからなる群より選ばれる1種類以上のものを使用することが望ましい。金属還元剤（Ｚ）２４は、金属スカンジウムが得られる反応における理論還元量の好ましくは０．５倍当量以上、５倍当量以下、さらに好ましくは１倍当量以上、２倍当量以下が望ましい。上記範囲にあると、十分に還元反応が行われ還元率の向上によりスカンジウムの回収率が向上する。
【００２７】
捕捉剤２６は、例えば、Ｔｉ、ＮｂおよびＴａから選択される１種以上の金属からなる。捕捉剤２６は、反応により生成する酸素等を捕捉する。
【００２８】
耐熱反応容器１４内に上記の原料等を投入した後、加熱装置２０により耐熱反応容器１４内を加熱し、原料２２を溶融させるとともに金属還元剤（Ｚ）２４を蒸気として供給する。金属還元剤（Ｚ）の蒸気を、溶融された原料２２に接触させることにより、スカンジウム含有化合物が熱還元される。なお、金属還元剤（Ｚ）の蒸気でスカンジウム含有化合物を熱還元する場合において、金属還元剤（Ｚ）が、溶融原料２２中で部分的に凝集して液状化することがある。この場合、液状の金属還元剤（Ｚ）が、スカンジウム含有化合物の熱還元に寄与する。金属還元剤（Ｚ）の蒸気をスカンジウム含有化合物に接触させる際における、金属還元剤（Ｚ）の蒸気圧は、好ましくは１×１０−４ａｔｍ以上、より好ましくは１×１０−２ａｔｍ以上であることが望ましい。上限は特に制限されないが、１ａｔｍ以下とすることが好ましい。金属（Ｚ）の蒸気圧が上記の範囲であれば、実用的な蒸発速度が得られ、スカンジウム含有化合物との反応を迅速に進めることができる。
【００２９】
耐熱反応容器１４内の温度は、金属還元剤（Ｚ）２４の種類によって好ましい範囲が異なるが、好ましくは８００℃以上、１４００℃以下、さらに好ましくは１０００℃以上、１２００℃以下の温度範囲とすることが望ましい。上記範囲内であれば、金属還元剤（Ｚ）２４は、還元反応を進めるのに十分な蒸気圧を得ることができ、スカンジウムの回収率が向上する。さらに安価な耐熱材料を使用することができるとともに、エネルギーコストも低減され経済性に優れる。
【００３０】
また、反応時間は、上記温度範囲において０．５時間以上、８時間以下で十分であり、例えば温度１０００℃では３時間以上、６時間以下で十分に還元反応が進行する。
【００３１】
上記方法により、スカンジウム含有合金として、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金が得られる。Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金は、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金（ＸはＡｌ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ａｇのいずれかを表し、ＺはＣａ，Ｍｇ，Ｎａ，Ｋのいずれかを表す）として表すことができる。
【００３２】
このＸ−Ｓｃ−Ｚ合金をＸ−Ｓｃ合金の添加剤（母合金）として使用する場合、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ母合金中に存在する金属還元剤量にもよるが、この金属還元剤Ｚを除去することが望ましい。この場合、金属還元剤Ｚを含むＸ−Ｓｃ−Ｚ母合金を高周波誘導炉、アーク炉、電子ビーム炉等の溶解炉で真空溶解することにより、Ｘ−Ｓｃ−Ｚ母合金中に含まれた金属還元剤Ｚを揮発除去する。これにより、Ｘ−Ｓｃ合金の添加剤として最適なＸ−Ｓｃ母合金を得ることができる。
【００３３】
以下に本実施形態の効果を説明する。
本実施形態においては、スカンジウム含有化合物と、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘとからなる溶融原料に、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させることにより、該スカンジウム含有化合物を熱還元してＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を製造している。
【００３４】
このような方法によれば、スカンジウム含有化合物と金属還元剤とを溶融させる溶融還元処理とは異なり、坩堝素材や金属還元剤由来の不純物の混入が抑制され、高純度なスカンジウム含有合金を簡便な方法で得ることができる。また、金属還元剤Ｚを蒸気としているため、溶融還元法に比べて低温で還元工程を行うことが可能となり、製造プロセスのマージンを広げることができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させることにより、スカンジウム含有化合物を熱還元しているため、スカンジウム含有化合物の材料選択の幅を広げることができる。例えば、極めて安定な酸化スカンジウムを原料として用いて、スカンジウム含有合金を得ることができる。
【００３６】
酸化スカンジウムは極めて安定であるため、一般的な溶融還元法によりスカンジウム含有合金を製造することが困難であった。そのため、従来、熱力学的な観点からフッ素化スカンジウムを原料として用いた溶融還元法によりスカンジウム含有合金が製造されている。
【００３７】
しかしながら、フッ素化スカンジウムを原料として用いた場合、（ａ）フッ素化スカンジウムは酸化スカンジウムをフッ素化することにより得られるため、フッ素化工程を別途必要とすること、（ｂ）フッ素を用いているため環境や人体等への負荷が大きいこと、などを認めることができる。
【００３８】
このような状況下において、本発明者らは鋭意研究したところ、酸化スカンジウムと、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘと、フラックス剤とからなる溶融原料に、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することにより、スカンジウム含有合金が得られることを見出したのである。
【００３９】
なお、特許文献６には、金属化合物を粘結剤と混合して成形した後、焼成して金属原料成形体を作製し、この金属原料成形体を金属蒸気と接触させることにより、金属原料成形体を還元する方法が記載されている。しかしながら、当該文献に記載の方法は、成形体とした金属化合物を金属蒸気として接触させる方法であり、溶融原料に金属還元剤の蒸気を接触させる方法と比較してスカンジウム含有合金を安定的に生成することは困難である。
【００４０】
これに対し、本実施形態では、酸化スカンジウムを、上記金属Ｘとともに溶解させ、この溶融原料に金属還元剤Ｚの蒸気を接触させることにより、還元反応が可能となり、スカンジウム含有合金を安定的に得ることができる。
［実施例］
【００４１】
［実験例１］
図１に示した製造装置１０を用いて金属スカンジウムの製造を行った。ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の耐熱反応容器１４内の上部において、耐熱支柱１６にタンタル製坩堝１８を設置しその中に酸化スカンジウム原料をセットした。さらに、耐熱反応容器１４内の底部に、酸化スカンジウムの理論反応当量の２倍量となるように金属還元剤２４であるカルシウムを入れ、酸素や窒素ガスの捕捉剤２６となるスポンジチタンを入れた。このステンレス鋼製耐熱反応容器１４の４セットをスポンジチタンとともにステンレス鋼製密閉耐熱容器（チャンバー）１２内に入れ、ＴＩＧ溶接により密閉した。この密閉したチャンバーを外熱式電気炉（加熱装置２０）により１０００℃に昇温し、６時間保持し、Ｃａ蒸気により還元を行った。その後、チャンバーごと水中に浸漬し急冷した後、チャンバーの蓋を取り外し、粉末状の生成物を得た。得られた粉末状の生成物をＸＲＤ測定により相の同定を行った。図２に得られた生成物の外観写真と、ＸＲＤ測定結果を示す。
【００４２】
Ｘ線パターン結果から金属スカンジウムのピークが確認されたことから、従来熱力学的に不可能とされていた酸化スカンジウムから金属スカンジウムが生成された。しかし、複合酸化物であるＣａＳｃ２Ｏ４相やＳｃ２Ｏ３の存在が確認され、還元反応はまだ十分に進行しておらず、改良の余地があった。
【００４３】
［実験例２］
タンタル製坩堝１８内に、酸化スカンジウムと、抽出剤として金属Ａｌ粉末とを、全量（１００モル％）に対してＳｃが３モル％となるように配合した以外は実験例1と同様にして実施した。得られた粉末状の生成物をＸＲＤ測定により相の同定を行った。図３に、得られた生成物の外観写真と、ＸＲＤ測定結果を示す。Ｘ線パターン結果から、抽出母剤のＡｌとＡｌ３Ｓｃ相の存在が確認され、Ａｌ−Ｓｃ含有合金を直接製造することができた。還元剤であるカルシウムを過剰に使用したためＡｌ４Ｃａとしての存在も確認された。
以上のことから、Ａｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金の生成が確認された。また、同定できない回折ピークもいくつか認められ、金属相とスラグ相の分離を完全に行うことはできなかった。
【００４４】
［実験例３］
タンタル製坩堝１８内に、酸化スカンジウムと、抽出剤として金属Ａｌ粉末と、スラグ生成のフラックス剤であるＣａＣｌ２をＡｌ−Ｓｃ含有合金の理論生成量に対して０．１２５、０．２５、０．５、１．０、１．２倍量となるように配合した以外は実験例２と同様にして実施した。得られた粉末状の生成物をＸＲＤ測定により相の同定を行った。図４に、ＣａＣｌ２をＡｌ−Ｓｃ含有合金の理論生成量に対して１．０倍量の条件で還元を行って得られた生成物の外観写真と、ＸＲＤ測定結果を示す。Ｘ線パターン結果から抽出母剤のＡｌとＡｌ３Ｓｃ相の存在が確認され、Ａｌ−Ｓｃ含有合金を直接製造することができた。還元剤であるＣａを過剰に使用したためＡｌ４Ｃａの存在も確認された。
以上のことから、Ａｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金の生成が確認された。また、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析により分析した結果、元素組成比はＳｃ：Ｃａ：Ａｌ＝４．３：０．８：９４．７であった。
また、図５に記載の生成物の外観から解るように、フラックス剤量が０．２５倍量以上使用することにより、数ミリ粒径のＡｌ−Ｓｃ含有合金相が得られスラグ相との分離性が良好であることが確認された。また、フラックス剤量が多くなるに従って粒径の大きい合金が得られる傾向が確認され、Ａｌ−Ｓｃ含有合金相とスラグ相の分離性が一層向上することが確認された。
【００４５】
［実験例４］
タンタル製坩堝１８内にフッ素化スカンジウムをセットして実施した以外は、実験例１と同様にして行った。得られた粉末状の生成物をＸＲＤ測定により相の同定を行った。図６に生成物の外観写真と、ＸＲＤ測定結果を示す。Ｘ線パターン結果から金属スカンジウムが生成したことがわかる。このことから、１０００℃と低い温度でフッ素化スカンジウムから金属スカンジウムを生成することが確認された。
【００４６】
上記の実験例においては、捕捉剤を用いることによりＡｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金が得られることが確認された。また、捕捉剤を用いることなくＡｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金を製造したところ、Ａｌ−Ｓｃ−Ｃａ合金が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態に係るＸ−Ｓｃ−Ｚ合金の製造装置を模式的に示した断面図である。
【図２】実験例１において得られた生成物の外観写真（ａ）とＸＲＤ測定結果（ｂ）とを示す。
【図３】実験例２において得られた生成物の外観写真（ａ）とＸＲＤ測定結果（ｂ）とを示す。
【図４】実験例３において、フラックス剤であるＣａＣｌ２をＡｌ−Ｓｃ含有合金の理論生成量に対して１．０倍量となるように配合した場合に得られた生成物の外観写真（ａ）とＸＲＤ測定結果（ｂ）とを示す。
【図５】実験例３において、フラックス剤であるＣａＣｌ２をＡｌ−Ｓｃ含有合金の理論生成量に対して１．２、０．５，０．２５，０．１２５倍量となるように配合した場合に得られた生成物の外観写真（ａ）〜（ｄ）を示す。
【図６】実験例４において得られた生成物の外観写真（ａ）とＸＲＤ測定結果（ｂ）とを示す。
【符号の説明】
【００４８】
１０ Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金の製造装置
１２ 密閉耐熱容器
１４ 耐熱反応容器
１６ 耐熱支柱
１８ 坩堝
２０ 加熱装置
２２ 原料
２４ 金属還元剤Ｚ
２６ 捕捉剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スカンジウム含有化合物と、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘとからなる溶融原料に、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することによりＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得ることを特徴とするスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項２】
前記スカンジウム含有化合物として、酸化スカンジウムまたはフッ素化スカンジウムを用いることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項３】
前記スカンジウム含有化合物として、酸化スカンジウムを用いることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項４】
前記溶融原料中に、フラックス剤を含むことを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項５】
前記フラックス剤が、前記金属還元剤Ｚの塩化物、フッ素化物および酸化物から選択される１種以上の化合物であることを特徴とする請求項４に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項６】
前記金属還元剤Ｚが、Ｃａ、Ｍｇ、ＮａおよびＫから選択される１種以上の金属であることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項７】
前記金属還元剤Ｚの蒸気を接触させる際における、前記金属還元剤Ｚの蒸気圧が１×１０−４ａｔｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項８】
捕捉剤の存在下において、前記スカンジウム含有化合物を熱還元することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項９】
前記捕捉剤が、Ｔｉ、ＮｂおよびＴａから選択される１種以上の金属からなることを特徴とする請求項８に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金から、金属Ｚを揮発除去することによりＸ−Ｓｃ合金を得ることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするＸ−Ｓｃ−Ｚ合金。
【請求項１２】
ＸがＡｌであり、ＺがＣａであることを特徴とする請求項１１に記載のＸ−Ｓｃ−Ｚ合金。
【請求項１３】
請求項１０に記載の製造方法により製造されたことを特徴とするＸ−Ｓｃ合金。
【請求項１４】
ＸがＡｌであることを特徴とする請求項１３に記載のＸ−Ｓｃ合金。
【請求項１５】
酸化スカンジウムと、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘと、フラックス剤とからなる溶融原料中で、金属還元剤Ｚを接触させることにより、該酸化スカンジウムを熱還元することによりＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得ることを特徴とするスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項１】
スカンジウム含有化合物と、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘとからなる溶融原料に、金属還元剤Ｚの蒸気を接触させて、該スカンジウム含有化合物を熱還元することによりＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得ることを特徴とするスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項２】
前記スカンジウム含有化合物として、酸化スカンジウムまたはフッ素化スカンジウムを用いることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項３】
前記スカンジウム含有化合物として、酸化スカンジウムを用いることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項４】
前記溶融原料中に、フラックス剤を含むことを特徴とする請求項1に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項５】
前記フラックス剤が、前記金属還元剤Ｚの塩化物、フッ素化物および酸化物から選択される１種以上の化合物であることを特徴とする請求項４に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項６】
前記金属還元剤Ｚが、Ｃａ、Ｍｇ、ＮａおよびＫから選択される１種以上の金属であることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項７】
前記金属還元剤Ｚの蒸気を接触させる際における、前記金属還元剤Ｚの蒸気圧が１×１０−４ａｔｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項８】
捕捉剤の存在下において、前記スカンジウム含有化合物を熱還元することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項９】
前記捕捉剤が、Ｔｉ、ＮｂおよびＴａから選択される１種以上の金属からなることを特徴とする請求項８に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｘ−Ｓｃ−Ｚ合金から、金属Ｚを揮発除去することによりＸ−Ｓｃ合金を得ることを特徴とする請求項１に記載のスカンジウム含有合金の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするＸ−Ｓｃ−Ｚ合金。
【請求項１２】
ＸがＡｌであり、ＺがＣａであることを特徴とする請求項１１に記載のＸ−Ｓｃ−Ｚ合金。
【請求項１３】
請求項１０に記載の製造方法により製造されたことを特徴とするＸ−Ｓｃ合金。
【請求項１４】
ＸがＡｌであることを特徴とする請求項１３に記載のＸ−Ｓｃ合金。
【請求項１５】
酸化スカンジウムと、Ａｌ、Ｍｇ、ＣｕおよびＡｇから選択される１種以上の金属Ｘと、フラックス剤とからなる溶融原料中で、金属還元剤Ｚを接触させることにより、該酸化スカンジウムを熱還元することによりＸ−Ｓｃ−Ｚ合金を得ることを特徴とするスカンジウム含有合金の製造方法。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２５４８２２（Ｐ２００７−２５４８２２Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８１０１３（Ｐ２００６−８１０１３）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００２０７７３５）大平洋金属株式会社 (10)
【出願人】（５０６０９８０００）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００２０７７３５）大平洋金属株式会社 (10)
【出願人】（５０６０９８０００）
【Ｆターム（参考）】
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