JP2014077188A - Method and apparatus for producing aluminum powder, and aluminum powder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアルミニウム粉末の製造方法及び製造装置並びにアルミニウム粉末に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing aluminum powder and an aluminum powder.
アルミニウムは優れた還元力を有しており、多くの酸化物から酸素を奪う性質を有している。例えば、粉末状のアルミニウムと金属酸化物との混合物を加熱すると、アルミニウムは金属酸化物を還元しながら発熱する。この生成熱は極めて大きいため、還元された金属は融塊となって沈降し純粋な金属となる。 Aluminum has excellent reducing power and has the property of depriving oxygen from many oxides. For example, when a mixture of powdered aluminum and a metal oxide is heated, the aluminum generates heat while reducing the metal oxide. Since this heat of formation is extremely large, the reduced metal precipitates as a molten mass and becomes pure metal.
この性質は多方面で利用されており、例えば、レール等を溶接するテルミット溶接法が知られている。テルミット溶接は、粉末状のアルミニウムと酸化鉄とをモル比で２：１の割合で混合して着火し、得られた溶鋼を溶接部に流しこんで溶接する方法である。 This property is used in many fields. For example, a thermite welding method for welding a rail or the like is known. Thermite welding is a method in which powdered aluminum and iron oxide are mixed and ignited in a molar ratio of 2: 1, and the obtained molten steel is poured into a welded portion and welded.
また、アルミニウムと金属酸化物の金属のイオン化傾向の差が大きいほど生成熱が大きくなる。上記の粉末状のアルミニウムと酸化鉄の混合物はテルミット剤として知られており、例えば、焼却灰を溶融する灰溶融炉内において加熱助剤などにも利用されている（特許文献１、２等参照）。
Also, the greater the difference in ionization tendency between aluminum and metal oxide, the greater the heat of formation. The above-mentioned mixture of powdered aluminum and iron oxide is known as a thermite agent, and is also used, for example, as a heating aid in an ash melting furnace for melting incinerated ash (see
アルミニウムは大気中の酸素とも反応するため、アルミニウム表面には必ず酸化膜（Ａl2Ｏ3）が形成されている。この酸化膜は上記のようにアルミニウムと金属酸化物とを反応させる際に酸化還元反応の進行の妨げになるという問題がある。
アルミニウム表面の酸化膜の厚さは通常１００ｎｍ程度であるが、このような酸化膜の厚さを薄くする方法は知られていない。
Since aluminum also reacts with oxygen in the atmosphere, an oxide film (Al 2 O 3 ) is always formed on the aluminum surface. As described above, this oxide film has a problem that it interferes with the progress of the oxidation-reduction reaction when aluminum and the metal oxide are reacted.
Although the thickness of the oxide film on the aluminum surface is usually about 100 nm, there is no known method for reducing the thickness of such an oxide film.
従って、本発明は上記問題点に鑑みて、表面の酸化膜（Ａl2Ｏ3）が従来のものよりも非常に少ないアルミニウム粉末、並びに該アルミニウム粉末を得ることが可能なアルミニウム粉末の製造方法及び製造装置を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides an aluminum powder having a surface oxide film (Al 2 O 3 ) much less than the conventional one, and a method for producing the aluminum powder capable of obtaining the aluminum powder, and It is an object to provide a manufacturing apparatus.
本発明者等は上記問題点を解決すべく鋭意探求を重ねた結果、溶融塩を含む電解液中で、表面酸化膜を有する金属基体にアルミニウムを電着させる工程と、前記金属基体から前記アルミニウムを剥離させる工程と、を有するアルミニウム粉末の製造方法が有効であることを見出し、本発明を完成させた。本発明は以下の構成を有する。 As a result of intensive investigations to solve the above-mentioned problems, the present inventors have electrodeposited aluminum onto a metal substrate having a surface oxide film in an electrolytic solution containing a molten salt, and from the metal substrate to the aluminum The present invention has been completed by finding that a method for producing an aluminum powder having a step of peeling off is effective. The present invention has the following configuration.
（１）溶融塩を含む電解液中で、表面酸化膜を有する金属基体にアルミニウムを電着させる工程と、
前記金属基体から前記アルミニウムを剥離させる工程と、
を有するアルミニウム粉末の製造方法。
上記（１）に記載のアルミニウム粉末の製造方法により、表面の酸化膜（Ａl2Ｏ3）が従来のものよりも非常に少ないアルミニウム粉末を得ることができる。
（２）前記金属基体は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、クロム、クロム合金、及びステンレス鋼の内の少なくとも１種からなる上記（１）に記載のアルミニウム粉末の製造方法。
上記（２）に記載の発明によれば、金属基体の表面に、より効率よく島状にアルミニウムを電着させることができ、アルミニウム粉末が得られ易くなる。
（３）前記金属基体の表面の十点平均粗さが０．２μｍ〜１．０μｍである上記（１）又は（２）に記載のアルミニウム粉末の製造方法。
上記（３）に記載の発明によれば、金属基体の表面に電着したアルミニウムを容易に剥がすことができ、より効率よくアルミニウム粉末を得ることができる。
（４）前記溶融塩は、イミダゾリウム塩及びピリジニウム塩からなる群より選択される少なくとも１種、及び塩化アルミニウムを含む上記（１）から（３）のいずれか一項に記載のアルミニウム粉末の製造方法。
上記（４）に記載の発明によれば、より低温で液体状態の溶融塩を用いてアルミニウム粉末を得ることができる。
（５）前記イミダゾリウム塩はアルキルイミダゾリウムクロリドであり、
前記ピリジニウム塩はアルキルピリジニウムクロリドであり、
前記アルキルイミダゾリウムクロリド及び前記アルキルピリジニウムクロリドにおけるアルキル基の炭素原子数が１個から５個の範囲にある上記（４）に記載のアルミニウム粉末の製造方法。
上記（５）の発明によれば、より低温で液体状態であり、かつより安定な溶融塩を用いてアルミニウム粉末を得ることができる。
（６）前記電解液中に不活性ガスをバブリングしながらアルミニウムの電着を行う上記（１）から（５）のいずれか一項に記載のアルミニウム粉末の製造方法。
上記（６）に記載の発明によれば、溶融塩中に水分や酸素が混入して溶融塩が劣化することを抑制することができる。
（７）溶融塩を含む電解液を充填した電解槽と、
表面に酸化膜を有し、前記電解槽内で回転可能に支持される陰極ドラムと、
前記陰極ドラムの曲面に沿い、該曲面から一定の距離を保って配置されたアルミニウムからなる電解用陽極と、
前記陰極ドラムと前記電解用陽極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記陰極ドラムからアルミニウムを剥離する剥離手段と、
剥離した前記アルミニウムの粉末を回収する回収手段と、
を有するアルミニウム粉末の製造装置。
上記（７）に記載のアルミニウム粉末の製造装置を用いることにより、表面の酸化膜（Ａl2Ｏ3）が従来のものよりも非常に少ないアルミニウム粉末を得ることができる。
（８）少なくとも、前記電解槽における前記電解液の表面と接する雰囲気が、不活性ガス雰囲気である上記（７）に記載のアルミニウム粉末の製造装置。
上記（８）に記載の発明によれば、溶融塩中に水分や酸素が混入して溶融塩が劣化することを抑制することができる。
（９）上記（１）から（６）のいずれか一項に記載のアルミニウム粉末の製造方法によって得られたアルミニウム粉末。
上記（９）に記載の発明によれば、表面の酸化膜（Ａl2Ｏ3）が従来のものよりも非常に少ないアルミニウム粉末を提供することができる。
（１０）前記アルミニウム粉末の表面に形成される酸化膜の厚さが１０ｎｍ〜３０ｎｍである上記（９）に記載のアルミニウム粉末。
上記（１０）に記載の発明によれば、還元力に非常に優れたアルミニウム粉末を提供することができる。
(1) electrodepositing aluminum on a metal substrate having a surface oxide film in an electrolyte containing a molten salt;
Peeling the aluminum from the metal substrate;
The manufacturing method of the aluminum powder which has this.
By the method for producing aluminum powder described in (1) above, an aluminum powder having a surface oxide film (Al 2 O 3 ) much less than that of the conventional one can be obtained.
(2) The method for producing an aluminum powder according to (1), wherein the metal base is made of at least one of aluminum, an aluminum alloy, titanium, a titanium alloy, chromium, a chromium alloy, and stainless steel.
According to the invention described in (2) above, aluminum can be electrodeposited on the surface of the metal substrate more efficiently in an island shape, and aluminum powder can be easily obtained.
(3) The method for producing an aluminum powder according to (1) or (2), wherein the ten-point average roughness of the surface of the metal substrate is 0.2 μm to 1.0 μm.
According to the invention described in (3) above, the aluminum electrodeposited on the surface of the metal substrate can be easily peeled off, and the aluminum powder can be obtained more efficiently.
(4) The said molten salt manufactures the aluminum powder as described in any one of said (1) to (3) containing at least 1 sort (s) selected from the group which consists of an imidazolium salt and a pyridinium salt, and aluminum chloride. Method.
According to the invention described in (4) above, aluminum powder can be obtained using a molten salt in a liquid state at a lower temperature.
(5) The imidazolium salt is an alkyl imidazolium chloride,
The pyridinium salt is an alkyl pyridinium chloride;
The method for producing aluminum powder according to (4) above, wherein the alkyl group in the alkylimidazolium chloride and the alkylpyridinium chloride has 1 to 5 carbon atoms.
According to the invention of (5) above, aluminum powder can be obtained using a molten salt that is in a liquid state at a lower temperature and is more stable.
(6) The method for producing an aluminum powder according to any one of (1) to (5), wherein the electrodeposition of aluminum is performed while bubbling an inert gas into the electrolytic solution.
According to the invention as described in said (6), it can suppress that a molten salt mixes in a molten salt and a molten salt deteriorates.
(7) an electrolytic cell filled with an electrolytic solution containing a molten salt;
A cathode drum having an oxide film on the surface and rotatably supported in the electrolytic cell;
An anode for electrolysis made of aluminum disposed along the curved surface of the cathode drum and maintaining a certain distance from the curved surface;
Voltage application means for applying a voltage between the cathode drum and the electrolysis anode;
Peeling means for peeling aluminum from the cathode drum;
Recovery means for recovering the peeled aluminum powder;
An apparatus for producing aluminum powder.
By using the apparatus for producing aluminum powder described in (7) above, an aluminum powder having a surface oxide film (Al 2 O 3 ) much less than the conventional one can be obtained.
(8) The apparatus for producing aluminum powder according to (7), wherein the atmosphere in contact with the surface of the electrolytic solution in the electrolytic cell is an inert gas atmosphere.
According to the invention as described in said (8), it can suppress that a molten salt mixes in a molten salt and a molten salt deteriorates.
(9) Aluminum powder obtained by the method for producing aluminum powder according to any one of (1) to (6) above.
According to the invention described in (9) above, it is possible to provide an aluminum powder having a surface oxide film (Al 2 O 3 ) much less than that of the conventional one.
(10) The aluminum powder according to (9), wherein the thickness of the oxide film formed on the surface of the aluminum powder is 10 nm to 30 nm.
According to the invention described in (10) above, it is possible to provide an aluminum powder that is extremely excellent in reducing power.
本発明のアルミニウム粉末の製造方法及び製造装置により、表面の酸化膜（Ａl2Ｏ3）が従来のものよりも非常に少ないアルミニウム粉末を得ることができる。 With the method and apparatus for producing aluminum powder of the present invention, an aluminum powder having a surface oxide film (Al 2 O 3 ) much less than that of the conventional one can be obtained.
−アルミニウム粉末の製造方法−
本発明に係るアルミニウム粉末の製造方法は、溶融塩を含む電解液中で、表面酸化膜を有する金属基体にアルミニウムを電着させる工程と、前記金属基体から前記アルミニウムを剥離させる工程と、を有するものである。
-Manufacturing method of aluminum powder-
The method for producing aluminum powder according to the present invention includes a step of electrodepositing aluminum on a metal substrate having a surface oxide film in an electrolytic solution containing a molten salt, and a step of peeling the aluminum from the metal substrate. Is.
本発明のアルミニウム粉末の製造方法においてアルミニウムを電着させる金属基体の表面に形成されている酸化膜（表面酸化膜）は不働態膜であり、前記金属基体の金属の材質は、当該不働態膜を形成する金属であれば、特に限定されるものではない。このような金属としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、クロム、クロム合金、ステンレス鋼、などが挙げられ、これら内の少なくとも１種からなるものであればよい。 In the method for producing aluminum powder of the present invention, the oxide film (surface oxide film) formed on the surface of the metal base on which aluminum is electrodeposited is a passive film, and the metal material of the metal base is the passive film. The metal is not particularly limited as long as it forms a metal. Examples of such a metal include aluminum, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, chromium, chromium alloy, and stainless steel, and any metal may be used as long as it is composed of at least one of them.
金属表面に形成される酸化膜は不導体であり、本発明においては前記金属基体の表面に酸化膜が形成されているため、アルミニウムは金属基体に電着しにくくなっている。このためアルミニウムは金属基体の表面酸化膜が薄くて通電が可能な部分から電着し始める。金属基体の表面酸化膜の厚さは均一ではないため、アルミニウムは金属基体の表面に島状に電着する。
上記のようにして島状に電着したアルミニウムは簡単に金属基体から剥離させることが可能である。例えば、ブラシ、ブレード等を用いて物理的刺激を与えることで金属基体から容易に剥離することができる。また、金属基体表面に電着するアルミニウムは島状であって連続していないため、金属基体から剥離させるだけで粉末状のアルミニウムを得ることができる。
The oxide film formed on the metal surface is a non-conductor, and in the present invention, since the oxide film is formed on the surface of the metal substrate, aluminum is not easily electrodeposited on the metal substrate. Therefore, aluminum begins to be electrodeposited from the portion where the surface oxide film of the metal substrate is thin and can be energized. Since the thickness of the surface oxide film on the metal substrate is not uniform, aluminum is electrodeposited on the surface of the metal substrate in an island shape.
The aluminum electrodeposited as described above can be easily peeled off from the metal substrate. For example, it can be easily peeled from the metal substrate by applying a physical stimulus using a brush, a blade or the like. Moreover, since the aluminum electrodeposited on the surface of the metal substrate is island-like and not continuous, powdered aluminum can be obtained simply by peeling off from the metal substrate.
前記金属基体の表面は粗面である方が表面に電着したアルミニウムがより剥離しやすくなり好ましい。この観点から、前記金属基体の表面の十点平均粗さは０．２μｍ〜１．０μｍであることが好ましい。より好ましい十点平均粗さは０．４μｍ〜１．０μｍであり、更に好ましくは０．６μｍ〜０．８μｍである。
前記金属基体の表面の十点平均粗さＲz jisが０．２μｍ以上であることにより、前記金属基体に電着したアルミニウムを良好に剥がすことができる。また、前記金属基体の表面の十点平均粗さＲz jisが１．０μｍ以下であることにより、前記金属基体の表面に電着したアルミニウムが適度に金属基体に密着しており、自然に剥離して溶融塩中に脱落してしまうことを抑制することができる。
なお、本発明において十点平均粗さとはＪＩＳ Ｂ０６０１’２００１に基づくＲz jisをいう。
It is preferable that the surface of the metal substrate is rough because aluminum electrodeposited on the surface is more easily peeled off. From this viewpoint, the ten-point average roughness of the surface of the metal substrate is preferably 0.2 μm to 1.0 μm. The 10-point average roughness is more preferably 0.4 μm to 1.0 μm, and still more preferably 0.6 μm to 0.8 μm.
When the ten-point average roughness Rz jis on the surface of the metal substrate is 0.2 μm or more, the aluminum electrodeposited on the metal substrate can be peeled off satisfactorily. In addition, since the ten-point average roughness Rz jis of the surface of the metal substrate is 1.0 μm or less, the aluminum electrodeposited on the surface of the metal substrate is appropriately adhered to the metal substrate and is naturally peeled off. Thus, it can be prevented from falling into the molten salt.
In the present invention, the ten-point average roughness means Rz jis based on JIS B0601'2001.
前記電解液はアルミニウムを電気めっきさせることのできる組成のものであれば特に限定されるものではない。アルミニウムは酸素に対する親和力が大きく、電位が水素より低いため、水溶液系のめっき浴では電気めっきを行うことが困難であるため、溶融塩を用いる。 The electrolyte solution is not particularly limited as long as it has a composition capable of electroplating aluminum. Since aluminum has a higher affinity for oxygen and a lower potential than hydrogen, it is difficult to perform electroplating in an aqueous plating bath. Therefore, molten salt is used.
前記溶融塩としては、有機系ハロゲン化物とアルミニウムハロゲン化物の共晶塩である有機溶融塩、アルカリ金属のハロゲン化物とアルミニウムハロゲン化物の共晶塩である無機溶融塩を使用することができる。比較的低温で溶融する有機溶融塩浴を使用すれば操業時の加熱に要するエネルギーを小さくすることができる。
有機系ハロゲン化物としてはイミダゾリウム塩及びピリジニウム塩からなる群より選択される少なくとも１種を好ましく使用することができ、前記溶融塩としては、これらと塩化アルミニウムとを含むものであることが好ましい。また、前記イミダゾリウム塩はアルキルイミダゾリウムクロリドであることが好ましく、前記ピリジニウム塩はアルキルピリジニウムクロリドであることが好ましい。この場合に、アルキルイミダゾリウムクロリド及びアルキルピリジニウムクロリドにおけるアルキル基の炭素原子数は１個〜５個の範囲にあることが好ましい。具体的には、前記アルキルイミダゾリウムクロリドとしては１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド（ＥＭＩＣ）がより好ましく、前記アルキルピリジニウムクロリドとしてはブチルピリジニウムクロリド（ＢＰＣ）がより好ましい。
As the molten salt, an organic molten salt which is a eutectic salt of an organic halide and an aluminum halide, or an inorganic molten salt which is a eutectic salt of an alkali metal halide and an aluminum halide can be used. If an organic molten salt bath that melts at a relatively low temperature is used, the energy required for heating during operation can be reduced.
As the organic halide, at least one selected from the group consisting of imidazolium salts and pyridinium salts can be preferably used, and the molten salt preferably contains these and aluminum chloride. The imidazolium salt is preferably an alkyl imidazolium chloride, and the pyridinium salt is preferably an alkyl pyridinium chloride. In this case, the number of carbon atoms of the alkyl group in the alkyl imidazolium chloride and the alkyl pyridinium chloride is preferably in the range of 1 to 5. Specifically, the alkyl imidazolium chloride is more preferably 1-ethyl-3-methyl imidazolium chloride (EMIC), and the alkyl pyridinium chloride is more preferably butyl pyridinium chloride (BPC).
前記溶融塩としては、前記の中でも特に塩化アルミニウムと１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリドとを含む溶融塩（ＡｌＣｌ３−ＥＭＩＣ）が、安定性が高く分解し難いことから最も好ましく用いられる。溶融塩を含む電解液の温度は１０℃〜１００℃、好ましくは２５℃〜４５℃とすることができる。 Among the above-mentioned molten salts, a molten salt containing aluminum chloride and 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (AlCl 3 -EMIC) is most preferably used because it is highly stable and difficult to decompose. The temperature of the electrolytic solution containing the molten salt can be 10 ° C to 100 ° C, preferably 25 ° C to 45 ° C.
また、前記のように、溶融塩として無機塩浴を用いることもできる。無機塩浴とは、代表的にはＡlＣl3−ＸＣl（Ｘ：アルカリ金属）の２成分系あるいは多成分系の塩である。このような無機塩浴はイミダゾリウム塩浴のような有機塩浴に比べて一般に溶融温度は高いが、水分や酸素など環境条件の制約が少ないため、全体に低コストでの実用化が可能である。 Further, as described above, an inorganic salt bath can be used as the molten salt. The inorganic salt bath is typically a binary or multicomponent salt of AlCl 3 -XCl (X: alkali metal). Such an inorganic salt bath generally has a higher melting temperature than an organic salt bath such as an imidazolium salt bath, but since there are few restrictions on environmental conditions such as moisture and oxygen, it can be put into practical use at a low cost overall. is there.
また、溶融塩中に水分や酸素が混入すると溶融塩が劣化するため、前記アルミニウムの電着は窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、かつ密閉した環境下で行うことが好ましい。例えば、外気と遮断し環境下で、前記電解液に不活性ガスをバブリングしながらアルミニウムの電着を行うことが好ましい。
前記不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴンガス等を好ましく用いることができる。また、前記不活性ガスの露点は−５０℃以下であることが好ましい。
Moreover, when moisture or oxygen is mixed in the molten salt, the molten salt deteriorates. Therefore, the electrodeposition of the aluminum is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon and in a sealed environment. For example, it is preferable to perform electrodeposition of aluminum while bubbling an inert gas in the electrolytic solution under an environment shut off from outside air.
As the inert gas, for example, nitrogen, argon gas or the like can be preferably used. Moreover, it is preferable that the dew point of the said inert gas is -50 degrees C or less.
−アルミニウム粉末の製造装置−
以下、適宜図面を参照しながら本発明に係るアルミニウム粉末の製造装置を詳細に説明する。
図１は本発明のアルミニウム粉末の製造装置の構成の一例を表す概略図である。図１に示すように本発明のアルミニウム粉末の製造装置は、溶融塩を含む電解液（１０４）を充填した電解槽（１０５）と、表面に酸化膜を有し前記電解槽（１０５）内で回転可能に支持されている陰極ドラム（１０１）と、前記陰極ドラム（１０１）に沿ってほぼ一定の距離を保って配置されたアルミニウムからなる電解用陽極（１０２）と、前記陰極ドラム（１０１）と前記電解用陽極（１０２）との間に電圧を印加する電圧印加手段（１０３）と、前記陰極ドラム（１０１）からアルミニウムを剥離する剥離手段（１０６）と、剥離したアルミニウム粉末を回収する回収手段（１０７）と、を有することを特徴とする。
-Aluminum powder manufacturing equipment-
Hereinafter, the aluminum powder manufacturing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of an apparatus for producing aluminum powder of the present invention. As shown in FIG. 1, the apparatus for producing aluminum powder of the present invention includes an electrolytic cell (105) filled with an electrolytic solution (104) containing a molten salt, an oxide film on the surface, and the electrolytic cell (105). A cathode drum (101) rotatably supported, an anode for electrolysis (102) made of aluminum and arranged at a substantially constant distance along the cathode drum (101), and the cathode drum (101) Voltage applying means (103) for applying a voltage between the anode for electrolysis and the anode for electrolysis (102), peeling means (106) for peeling aluminum from the cathode drum (101), and recovery for recovering the peeled aluminum powder And means (107).
前記アルミニウム粉末の製造装置は、前記陰極ドラム（１０１）と電解用陽極（１０２）との間に電圧を印加することで陰極ドラム（１０１）の表面にアルミニウムを電着させることができる。陰極ドラム（１０１）の表面には不導体の酸化膜が形成されているため、当該酸化膜の薄い部分からアルミニウムが電着し始める。このため陰極ドラム（１０１）の表面には島状にアルミニウムが電着する。 The apparatus for producing aluminum powder can electrodeposit aluminum on the surface of the cathode drum (101) by applying a voltage between the cathode drum (101) and the electrolysis anode (102). Since a non-conductive oxide film is formed on the surface of the cathode drum (101), aluminum begins to be electrodeposited from a thin portion of the oxide film. For this reason, aluminum is electrodeposited in the shape of islands on the surface of the cathode drum (101).
前記陰極ドラム（１０１）は、表面に酸化膜を有する金属であれば特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金、クロム、クロム合金、ステンレス鋼などを好ましく用いることができ、これらの内の少なくとも１種からなるものであることが好ましい。また、陰極ドラム（１０１）の表面は粗面である方が表面に電着したアルミニウムがより剥離しやすくなる。この観点から、前記陰極ドラム（１０１）の表面の十点平均粗さＲz jisは０．２μｍ〜１．０μｍであることが好ましい。より好ましい十点平均粗さＲz jisは０．４μｍ〜１．０μｍであり、更に好ましくは０．６μｍ〜０．８μｍである。 The cathode drum (101) is not particularly limited as long as it is a metal having an oxide film on the surface. For example, aluminum, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, chromium, chromium alloy, stainless steel, etc. are preferably used. It is preferable that it consists of at least one of these. In addition, when the surface of the cathode drum (101) is rough, aluminum electrodeposited on the surface is more easily peeled off. From this viewpoint, the ten-point average roughness Rz jis of the surface of the cathode drum (101) is preferably 0.2 μm to 1.0 μm. The more preferable ten-point average roughness Rz jis is 0.4 μm to 1.0 μm, and further preferably 0.6 μm to 0.8 μm.
前記電解用陽極（１０２）としては、アルミニウムからなる陽極を用いればよい。この電解用電極（１０２）は、電解液（１０４）中において前記陰極ドラム（１０１）となるべく近接して設けられていると効率よく電解が生じる。本発明のアルミニウム粉末の製造装置において陰極ドラム（１０１）は円筒状であるため、当該形状にそって、ほぼ一定の距離を保つように配置すればよい。陰極ドラム（１０１）と電解用陽極（１０２）との距離は接触しない程度に離れており、かつ、液抵抗が大きくなり過ぎない程度になっていればよく、０ｃｍ超、７ｃｍ以下であることが好ましい。
また、図１に示すように、電解用陽極（１０２）を２つ設けることにより、電解用陽極（１０２）同士の隙間を通じて、後述する不活性ガスを導入したり、電解液（１０４）を効率よく循環させたりすることができ好ましい。
As the electrolysis anode (102), an anode made of aluminum may be used. When the electrode for electrolysis (102) is provided as close as possible to the cathode drum (101) in the electrolytic solution (104), electrolysis occurs efficiently. Since the cathode drum (101) is cylindrical in the aluminum powder production apparatus of the present invention, the cathode drum (101) may be arranged so as to maintain a substantially constant distance along the shape. The distance between the cathode drum (101) and the electrolysis anode (102) should be such that it does not come into contact with each other and that the liquid resistance does not become too large, and is greater than 0 cm and 7 cm or less. preferable.
In addition, as shown in FIG. 1, by providing two electrolysis anodes (102), an inert gas described later can be introduced through the gap between the electrolysis anodes (102), or the electrolytic solution (104) can be efficiently used. It is preferable because it can be circulated well.
前記陰極ドラム（１０１）が回転するにつれて表面に電着したアルミニウムは徐々に厚くなり、電解液（１０４）から露出したところで前記剥離手段（１０６）によって陰極ドラム（１０１）の表面から剥離され、回収手段（１０７）によって回収される。電着するアルミニウムの大きさは、陰極ドラム（１０１）の回転速度や、電流密度等を調整することにより適宜変更することができる。 As the cathode drum (101) rotates, the aluminum electrodeposited on the surface gradually thickens, and is peeled off from the surface of the cathode drum (101) by the peeling means (106) when it is exposed from the electrolytic solution (104) and recovered. Recovered by means (107). The size of the electrodeposited aluminum can be appropriately changed by adjusting the rotation speed of the cathode drum (101), the current density, and the like.
図１では剥離手段（１０６）がブラシの場合を例示している。図１に示すように、陰極ドラム（１０１）の表面と接触するようにブラシを回転させることで、電着したアルミニウムを容易に剥離することができる。前述のように陰極ドラム（１０１）の表面にはアルミニウムが島状に電着しているため、剥離手段（１０６）によって剥離させるのみで粉末状のアルミニウムを得ることができる。剥離手段（１０６）はこれに限定されるものではなく、他にも例えば、ブレード、などを利用することができる。 FIG. 1 illustrates the case where the peeling means (106) is a brush. As shown in FIG. 1, the electrodeposited aluminum can be easily peeled by rotating the brush so as to be in contact with the surface of the cathode drum (101). As described above, since aluminum is electrodeposited in the form of islands on the surface of the cathode drum (101), powdered aluminum can be obtained simply by peeling off by the peeling means (106). The peeling means (106) is not limited to this, and for example, a blade can be used.
このようにして剥離したアルミニウム粉末を回収手段（１０７）によって回収することで、本発明のアルミニウム粉末（１１１）を得ることができる。回収手段（１０７）としては、例えば、ポンプ等による吸引機能を有する手段を利用することができる。前記剥離手段（１０６）を覆うようにして吸引することで、陰極ドラム（１０１）の表面から剥離したアルミニウム粉末（１１１）を効率よく回収することができる。 The aluminum powder (111) of the present invention can be obtained by recovering the aluminum powder thus peeled off by the recovery means (107). As the recovery means (107), for example, a means having a suction function by a pump or the like can be used. By sucking so as to cover the peeling means (106), the aluminum powder (111) peeled from the surface of the cathode drum (101) can be efficiently recovered.
前記溶融塩を含む電解液（１０４）は、前記本発明のアルミニウム粉末の製造方法において利用可能な溶融塩を利用することができ、前記イミダゾリウム塩及びピリジニウム塩からなる群より選択される少なくとも１種、及び塩化アルミニウムを含む溶融塩を用いることが好ましい。
前記したように、溶融塩中に水分や酸素が混入すると溶融塩が劣化するため、前記電解液（１０４）中に不活性ガス（１０８）を供給するためのバブリング装置を有することが好ましい。不活性ガス（１０８）としては、例えば、窒素、アルゴン等を利用することができる。
The electrolyte solution (104) containing the molten salt can use a molten salt that can be used in the method for producing an aluminum powder of the present invention, and is at least one selected from the group consisting of the imidazolium salt and the pyridinium salt. It is preferable to use a molten salt containing seeds and aluminum chloride.
As described above, when moisture or oxygen is mixed in the molten salt, the molten salt deteriorates. Therefore, it is preferable to have a bubbling device for supplying an inert gas (108) into the electrolytic solution (104). As the inert gas (108), for example, nitrogen, argon or the like can be used.
また、電解液（１０４）の液表面から酸素が取り込まれることを防止するために、前記電解槽（１０５）には、電解液（１０４）表面部分の空間を外気から遮断するための仕切り板（１１０）を設け、前記空間は不活性雰囲気（１０９）にしておくことが好ましい。前記仕切り板（１１０）のかわりに電解液（１０４）表面に浮き板を設けたり、これを併用したりすることも好ましい。 In order to prevent oxygen from being taken in from the liquid surface of the electrolytic solution (104), the electrolytic cell (105) has a partition plate (for separating the space on the surface of the electrolytic solution (104) from the outside air ( 110), and the space is preferably an inert atmosphere (109). It is also preferable to provide a floating plate on the surface of the electrolytic solution (104) instead of the partition plate (110), or to use this together.
−アルミニウム粉末−
前記本発明のアルミニウム粉末の製造方法、及びこれを実施可能なアルミニウム粉末の製造装置を使用することにより得られるアルミニウム粉末は、表面に形成されている酸化膜は非常に少ないという特徴を有する。
具体的には、表面の酸化膜が１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度のアルミニウム粉末を得ることができる。これは従来のアルミニウム粉末表面に形成されている酸化膜の厚さ（５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度）に比べて非常に薄いものである。このため従来のアルミニウム粉末に比べて還元力に優れており、テルミット剤等に用いた場合に酸化還元反応を起こしやすい。
また、本発明のアルミニウム粉末をテルミット剤等に使用する場合には、平均粒径を１μｍ〜２０μｍ程度とすることが好ましい。
-Aluminum powder-
The aluminum powder obtained by using the method for producing aluminum powder of the present invention and the apparatus for producing aluminum powder capable of carrying out the same has a feature that the oxide film formed on the surface is very few.
Specifically, an aluminum powder having a surface oxide film of about 10 nm to 30 nm can be obtained. This is very thin compared to the thickness (about 50 nm to 200 nm) of the oxide film formed on the surface of the conventional aluminum powder. For this reason, it is excellent in reducing power compared with the conventional aluminum powder, and when used in a thermite agent etc., it tends to cause a redox reaction.
Moreover, when using the aluminum powder of this invention for a thermite agent etc., it is preferable that an average particle diameter shall be about 1 micrometer-20 micrometers.
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は例示であって、本発明のアルミニウム粉末の製造装置等はこれらに限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲の範囲によって示され、特許請求の範囲の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, these Examples are illustrations, Comprising: The manufacturing apparatus of the aluminum powder of this invention, etc. are not limited to these. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and includes meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.
［実施例１］
表面酸化膜を有する金属基体として市販のアルミニウム板（Ａ１０５０、住友軽金属工業株式会社製）を用いてアルミニウムの電着を行った。陽極にも同様にアルミニウム板（Ａ１０５０、住友軽金属工業株式会社製）を用いた。電解液としては、窒素雰囲気で３３ｍｏｌ％ＥＭＩＣ−６７ｍｏｌ％ＡlＣl3となるように混合して作製した溶融塩を用いた。両極間に電圧を印加し、電流密度が２Ａ／ｄｍ2となるようにしてアルミニウムの電着を行った。
陰極側のアルミニウム板にはアルミニウムが島状に電着した。この電着したアルミニウムは、ブラシでこすることで陰極として用いたアルミニウム板から容易に脱落した。
このようにして得られたアルミニウム粉末を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、酸化膜の厚さは１０ｎｍであることが確認された。これは市販されているアルミニウム板の酸化膜の厚さ（１００ｎｍ程度）よりも極めて薄いものである。
[Example 1]
Aluminum was electrodeposited using a commercially available aluminum plate (A1050, manufactured by Sumitomo Light Metal Industries, Ltd.) as a metal substrate having a surface oxide film. Similarly, an aluminum plate (A1050, manufactured by Sumitomo Light Metal Industry Co., Ltd.) was used for the anode. As the electrolytic solution, a molten salt prepared by mixing in a nitrogen atmosphere so as to be 33 mol% EMIC-67 mol% AlCl 3 was used. A voltage was applied between both electrodes, and aluminum was electrodeposited so that the current density was 2 A / dm 2 .
Aluminum was electrodeposited in an island shape on the cathode side aluminum plate. The electrodeposited aluminum was easily removed from the aluminum plate used as the cathode by rubbing with a brush.
When the aluminum powder thus obtained was observed with a transmission electron microscope (TEM), it was confirmed that the thickness of the oxide film was 10 nm. This is extremely thinner than the thickness (about 100 nm) of the oxide film of a commercially available aluminum plate.
［実施例２］
図１に示した本発明のアルミニウム粉末の製造装置を用いてアルミニウム粉末を作製した。
陰極ドラムは直径１ｍのアルミニウム製のものとし、電解用陽極はアルミニウムとした。また、電解液には実施例１で用いた溶融塩を使用した。電解液中には不活性ガスとして窒素ガスをバブリングして供給し、仕切り板と電解液の液表面の空間も窒素ガス雰囲気とした。そして、陰極ドラムを０．２５ｒｐｍで回転させながら、電流密度が２Ａ／ｄｍ2となるように電圧を印加した。これにより、陰極ドラムの表面に７００ｍｍ／分の線速でアルミニウムを電着させることができた。陰極ドラムの表面には島状にアルミニウムが電着した。
陰極ドラムの表面に接触するようにして設けたブラシを回転させることにより、電着したアルミニウムを剥離させた。そして、剥離したアルミニウムを、ダクトを設けた吸引ポンプにより回収し本発明のアルミニウム粉末を得た。
得られたアルミニウム粉末をＴＥＭで観察したところ、酸化膜の厚さは実施例１と同様に１０ｎｍと非常に薄いことが確認された。
[Example 2]
Aluminum powder was produced using the aluminum powder production apparatus of the present invention shown in FIG.
The cathode drum was made of aluminum having a diameter of 1 m, and the electrolysis anode was aluminum. Moreover, the molten salt used in Example 1 was used for electrolyte solution. Nitrogen gas was bubbled into the electrolyte solution as an inert gas, and the space between the partition plate and the electrolyte surface was also a nitrogen gas atmosphere. Then, a voltage was applied so that the current density was 2 A / dm 2 while rotating the cathode drum at 0.25 rpm. As a result, aluminum could be electrodeposited on the surface of the cathode drum at a linear speed of 700 mm / min. Aluminum was electrodeposited in the form of islands on the surface of the cathode drum.
The electrodeposited aluminum was peeled off by rotating a brush provided in contact with the surface of the cathode drum. And the peeled aluminum was collect | recovered with the suction pump which provided the duct, and the aluminum powder of this invention was obtained.
When the obtained aluminum powder was observed by TEM, it was confirmed that the thickness of the oxide film was as very thin as 10 nm as in Example 1.
［実施例３］
陰極ドラムとしてステンレス鋼（ＳＵＳ）製のものを用いた以外は実施例２と同様にして本発明のアルミニウム粉末を作製した。
得られたアルミニウム粉末をＴＥＭで観察したところ、酸化膜の厚さは１０ｎｍと非常に薄いことが確認された。
[Example 3]
An aluminum powder of the present invention was produced in the same manner as in Example 2 except that a cathode drum made of stainless steel (SUS) was used.
When the obtained aluminum powder was observed by TEM, it was confirmed that the thickness of the oxide film was as very thin as 10 nm.
［参考例］
市販のアルミニウム粉末（Ａ１０５０、東洋アルミニウム株式会社）をＴＥＭで観察したところ、酸化膜の厚さは１００ｎｍであった。
[Reference example]
When commercially available aluminum powder (A1050, Toyo Aluminum Co., Ltd.) was observed with TEM, the thickness of the oxide film was 100 nm.
１０１ 陰極ドラム
１０２ 電解用陽極
１０３ 電圧印加手段
１０４ 電解液
１０５ 電解槽
１０６ 剥離手段
１０７ 回収手段
１０８ 不活性ガス
１０９ 不活性雰囲気
１１０ 仕切り板
１１１ アルミニウム粉末
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記金属基体から前記アルミニウムを剥離させる工程と、
を有するアルミニウム粉末の製造方法。 A step of electrodepositing aluminum on a metal substrate having a surface oxide film in an electrolytic solution containing a molten salt;
Peeling the aluminum from the metal substrate;
The manufacturing method of the aluminum powder which has this.
前記ピリジニウム塩はアルキルピリジニウムクロリドであり、
前記アルキルイミダゾリウムクロリド及び前記アルキルピリジニウムクロリドにおけるアルキル基の炭素原子数が１個から５個の範囲にある請求項４に記載のアルミニウム粉末の製造方法。 The imidazolium salt is an alkyl imidazolium chloride;
The pyridinium salt is an alkyl pyridinium chloride;
The method for producing an aluminum powder according to claim 4, wherein the alkyl group in the alkylimidazolium chloride and the alkylpyridinium chloride has a carbon atom number in the range of 1 to 5.
表面に酸化膜を有し、前記電解槽内で回転可能に支持される陰極ドラムと、
前記陰極ドラムの曲面に沿い、該曲面から一定の距離を保って配置されたアルミニウムからなる電解用陽極と、
前記陰極ドラムと前記電解用陽極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記陰極ドラムからアルミニウムを剥離する剥離手段と、
剥離した前記アルミニウムの粉末を回収する回収手段と、
を有するアルミニウム粉末の製造装置。 An electrolytic cell filled with an electrolyte containing a molten salt;
A cathode drum having an oxide film on the surface and rotatably supported in the electrolytic cell;
An anode for electrolysis made of aluminum disposed along the curved surface of the cathode drum and maintaining a certain distance from the curved surface;
Voltage application means for applying a voltage between the cathode drum and the electrolysis anode;
Peeling means for peeling aluminum from the cathode drum;
Recovery means for recovering the peeled aluminum powder;
An apparatus for producing aluminum powder.
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