JP2001220122A - 酸化珪素粉末の製造方法 - Google Patents
酸化珪素粉末の製造方法Info
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Abstract
以上であり、嵩密度が0.3g/cm3以上である混合
原料粉末を不活性ガスもしくは減圧下に1100〜16
00℃に加熱して酸化珪素ガスを発生させ、この酸化珪
素ガスを冷却した基体表面に析出させ、この酸化珪素析
出物を回収することを特徴とする酸化珪素粉末の製造方
法。 【効果】 本発明の酸化珪素粉末の製造方法によれば、
反応性が著しく向上するため、高純度な非晶質酸化珪素
粉末を生産性よく効率的に製造することができる。
Description
着用、リチウムイオン2次電池負極活物質などとして好
適に使用される酸化珪素粉末の製造方法に関する。
二酸化珪素系酸化物粉末からなる混合原料物を減圧非酸
化性雰囲気中で熱処理し、SiO蒸気を発生させ、この
SiO蒸気を気相中で凝縮させて、0.1μm以下の微
細アモルファス状のSiO粉末を連続的に製造する方法
(特開昭63−103815号公報)、及び原料珪素を
加熱蒸発させて、表面組織を粗とした基体の表面に蒸着
させる方法(特開平9−110412号公報)が知られ
ており、いずれの方法においても、酸化珪素製造用原料
は、二酸化珪素系酸化物粉末とそれを還元する物質、例
えば金属珪素、炭素との混合物が用いられていた。
は、いずれにしても下記式に示すような固・固反応によ
り酸化珪素を製造するものであり、反応には固体同士の
接触面積を含む接触効率が重要である。 SiO2(s)+Si(s)→2SiO(g) SiO2(s)+C(s) →SiO(g)+CO
(g)
な酸化珪素製造においては、原料の物性については明記
されておらず、場合によっては反応速度が低下し、生産
性が低下してしまったり、高温反応が必要となり、電力
コストの上昇あるいは高温部材選定が制限されるといっ
た問題があった。
で、高純度の酸化珪素粉末を効率的に低コストで製造す
ることができる酸化珪素粉末の製造方法を提供すること
を目的とする。
発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った
結果、原料の混合を十分に行い、後述するRoseの式
による混合度を0.9以上とした混合度の高い混合原料
粉末を用いること、しかも嵩密度を0.3g/cm3以
上と大きくした混合原料粉末を用いることにより、反応
性が高まり、低温反応を可能にし得て、高純度の酸化珪
素粉末を効率よく低コストで製造し得ることを知見し、
本発明をなすに至った。
み、混合度が0.9以上であり、嵩密度が0.3g/c
m3以上である混合原料粉末を不活性ガスもしくは減圧
下に1100〜1600℃に加熱して酸化珪素ガスを発
生させ、この酸化珪素ガスを冷却した基体表面に析出さ
せ、この酸化珪素析出物を回収することを特徴とする酸
化珪素粉末の製造方法を提供する。
本発明の酸化珪素粉末の製造方法において、原料として
は、二酸化珪素粉末とこれを還元する粉末との混合物を
用いる。具体的な還元粉末としては、金属珪素化合物、
炭素含有粉末などが挙げられるが、特に金属珪素粉末を
用いたものが、反応性を高める、収率を高めるとい
った点で効果的であり、好ましく用いられる。
限定されないが、比表面積の大きいヒュームドシリカを
用いることが好ましい。二酸化珪素粉末のBET比表面
積は50m2/g以上、特には80m2/g以上であるこ
とが好ましく、また、金属珪素粉末のBET比表面積は
0.5m2/g以上、より好ましくは1.0m2/g以上
であることが望ましい。二酸化珪素粉末の比表面積が5
0m2/g未満及び金属珪素粉末の比表面積が0.5m2
/g未満では、両物質の接触面積が小さくなり、反応性
が低下してしまうおそれがあるためである。なお、二酸
化珪素粉末、金属珪素粉末のBET比表面積の上限は、
特に制限されるものではないが、二酸化珪素粉末の場合
は500m2/g以下、金属珪素粉末の場合は100m2
/g以下とすることができる。
これを還元する粉末(混合原料粉末)の混合度を0.9
以上、より好ましくは0.93以上にすることが必要で
あり、このように混合度を0.9以上とすることによ
り、二酸化珪素粉末とこれを還元する粉末との反応性が
向上し、低温反応が可能となる。これに対し、混合度が
0.9より小さいと、著しく反応性が低下し、高温反応
が必要となってしまう。
ら求めたものであり、混合を十分行うことで1に近づ
き、完全混合状態(下記式でxi=x0の場合)は1であ
る。
濃度の標準偏差値、σ0は混合前の完全分離状態におけ
る母集団の酸素濃度の標準偏差値を示し、以下の式によ
り求められる。
ルの酸素濃度、x0は混合物中の酸素濃度の平均濃度、
即ち母平均値であり、既知である。
できるだけ多い方が正確な混合度を測定でき、好ましい
が、本発明者の検討によれば、N≧20であれば有意差
のないものであり、従って、本発明において、混合度は
その混合物からスポットサンプリング法で棒状型又はミ
ゼットスプーン型サンプラーを用いて1〜50gのサン
プルを20個以上採取した場合の値を示す。
及び操作条件(回転速度、粉体充填率など)によって異
なるものであり、例えばボールミル混合機、高速剪断型
混合機により混合条件を確立する必要がある。
/cm3以上、より好ましくは0.4g/cm3以上とす
ることが適当である。嵩密度を0.3g/cm3以上と
することで原料間の接触距離が近くなり、反応性が向上
する。しかも、単位炉内容積に対する仕込み量が増加
し、生産性が向上する。この場合、嵩密度を0.3g/
cm3以上とする方法としては、混合度が0.9以上で
ある混合原料を機械圧、ガス圧、水圧等で圧密化した
り、混合度が0.9以上である混合原料に水を添加し、
その吸着力により圧密化する方法がある。なお、嵩密度
の上限も特に制限されないが、2.0g/cm3以下、
特に1.0g/cm3以下とすることが作業性の点から
好ましい。
において1100〜1600℃、好ましくは1200〜
1500℃、更に好ましくは1200〜1350℃の温
度に加熱、保持し、酸化珪素ガスを生成させる。反応温
度が1100℃未満では、反応が進行し難く生産性が低
下してしまうし、1600℃を超えると、混合原料粉末
が熔融して逆に反応性が低下したり、炉材の選定が困難
になるおそれがある。
圧下であるが、熱力学的に減圧下の方が反応性が高く、
低温反応が可能となるため、減圧下で行うことが望まし
い。
ガスを冷却された基体に接触させるもので、上記酸化珪
素ガスがこの冷却基体に接触、冷却されることにより、
この基体上に酸化珪素粉末が析出する。ここで、基体を
冷却する目的は、非晶質な酸化珪素を製造するためであ
り、無冷却の場合は、析出した酸化珪素が不均化反応に
より二酸化珪素と金属珪素に分かれてしまったり、一部
結晶質の金属珪素が混入してしまう。冷媒の種類につい
ては特に限定しないが、水、熱媒といった液体、空気、
窒素といった気体がその目的によって使われる。また、
基体の種類も特に限定しないが、加工性の点でSUSや
モリブデン、タングステンといった高融点金属が好適に
用いられる。なお、基体の冷却温度は200〜500
℃、特に300〜400℃が好ましい。
き取り等の適宜な手段により回収する。
いが、例えば図1に示す装置を挙げることができる。こ
こで、図1において、1はアルミナ等により形成された
炉芯管で、その外周にはヒーター2が配設され、このヒ
ーターにより炉芯管1内が1100〜1600℃の温度
に保持される。なお、3は断熱材である。上記炉芯管1
内には、原料容器4が配置され、この容器4内に混合原
料粉末5が入れられる。また、炉芯管1内には基体6が
配置される。この基体6内には冷媒通路が形成され、冷
媒導入管7から供給された冷媒により基体6が所定温度
に冷却され、上記混合原料粉末5の反応により生成した
酸化珪素ガスがこの冷却基体6に接触、冷却することに
より、基体6上に酸化珪素粉末が析出する。なお、上記
冷媒は、基体6の冷媒通路を通った後、冷媒排出管8よ
り排出される。また、9は真空ポンプである。
体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるも
のではない。
珪素粉末を製造した。原料は、ヒュームドシリカ粉末
(BET比表面積200m2/g)300gと金属珪素
粉末(BET比表面積3m2/g)140gを高速剪断
型混合機を用いて粉体充填率30%,回転数500rp
mの条件で30分混合した後、水300gを混合し、1
50℃で5時間乾燥、脱水した混合粉末であり、混合度
は0.98、嵩密度は0.45g/cm3であった。こ
の混合粉末5を原料容器4に100g仕込み、真空ポン
プ9を用いて炉内を0.1Torr以下に減圧した後、
ヒーター2に通電し、1300℃の温度に昇温して5時
間保持した。発生した酸化珪素蒸気は、水を流出入し冷
却されたSUS製の析出基体6上に析出された。その結
果、反応率は98.5%であり、非晶質な純度99.9
%以上の高純度酸化珪素粉末を得ることができた。
T比表面積200m2/g)300gと金属珪素粉末
(BET比表面積3m2/g)140gをビニール袋内
で手混合した混合粉末を原料としたほかは、実施例と同
じ条件で酸化珪素粉末製造実験を行った。なお、用いた
混合原料粉末の混合度は0.87、嵩密度は0.22g
/cm3であった。その結果、析出物は非晶質な純度9
9.9%以上の高純度酸化珪素粉末であったが、反応率
は65%であり、明らかに上記実施例に比べ反応性に劣
るものであった。
T比表面積200m2/g)300gと金属珪素粉末
(BET比表面積3m2/g)140gを高速剪断型混
合機を用いて粉体充填率30%,回転数500rpmの
条件で30分混合した混合粉末を原料としたほかは、実
施例と同じ条件で酸化珪素粉末製造実験を行った。な
お、用いた混合原料粉末の混合度は0.97、嵩密度は
0.22g/cm3であった。析出物は上記例と同様に
非晶質な純度99.9%以上の高純度酸化珪素粉末であ
ったが、反応率は88%であった。
T比表面積200m2/g)300gと金属珪素粉末
(BET比表面積3m2/g)140gをビニール袋内
で手混合した混合粉末に水300gを混合、撹拌した
後、150℃で5時間乾燥、脱水した混合粉末を原料と
したほかは、実施例と同じ条件で酸化珪素粉末製造実験
を行った。なお、用いた混合原料粉末の混合度は0.8
5、嵩密度は0.45g/cm3であった。析出物は上
記例と同様に非晶質な純度99.9%以上の高純度酸化
珪素粉末であったが、反応率は78%であった。
ば、反応性が著しく向上するため、高純度な非晶質酸化
珪素粉末を生産性よく効率的に製造することができる。
面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 二酸化珪素粉末を含み、混合度が0.9
以上であり、嵩密度が0.3g/cm3以上である混合
原料粉末を不活性ガスもしくは減圧下に1100〜16
00℃に加熱して酸化珪素ガスを発生させ、この酸化珪
素ガスを冷却した基体表面に析出させ、この酸化珪素析
出物を回収することを特徴とする酸化珪素粉末の製造方
法。 - 【請求項2】 混合原料粉末が二酸化珪素粉末と金属珪
素粉末との混合物である請求項1記載の製造方法。 - 【請求項3】 二酸化珪素粉末のBET比表面積が50
m2/g以上であり、金属珪素粉末のBET比表面積が
0.5m2/g以上である請求項2記載の製造方法。
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