JP2023001434A - Manufacturing method of nickel powder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層セラミック部品の電極材として用いられる、安価で高性能なニッケル粉末の製造方法に関するものであり、特に湿式法により得られる安価で高性能なニッケル粉末の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing inexpensive and high-performance nickel powder used as an electrode material for laminated ceramic parts, and more particularly to a method for producing inexpensive and high-performance nickel powder obtained by a wet method.
従来、導電性粉末、樹脂および有機溶剤を主成分とする導電性ペーストは、電気回路の配線基板を構成する導電層、電極層、層間接続材や、電子部品の電極層などの形成に使用されている。これらの配線基板や電子部品の小型化および高密度化に伴って、導電層および電極層の幅や厚みが縮小される傾向にある。このため、これらを形成する材料として用いられる導電性ペーストの材料である導電性粉末についても、その小径化が要求されている。粉体には、通常、特定の大きさの粒径を超える粗大粒子が存在するが、導電性粉末の小径化に伴って、導電性粉末中に粗大粒子が存在することによる導電性粉末の特性に対する悪影響が問題となっている。そのため、導電性粉末には、粗大粒子が含まれないこと、あるいは粗大粒子が非常に少ないことという特性が求められている。 Conventionally, conductive pastes mainly composed of conductive powder, resin and organic solvent have been used to form conductive layers, electrode layers, interlayer connecting materials that constitute wiring boards of electric circuits, and electrode layers of electronic parts. ing. As these wiring boards and electronic components become smaller and more dense, the width and thickness of the conductive layers and electrode layers tend to be reduced. For this reason, it is also required to reduce the diameter of the conductive powder, which is the material of the conductive paste used as the material for forming these components. Coarse particles exceeding a specific particle size are usually present in the powder. The problem is the negative impact on Therefore, the conductive powder is required to have the property of containing no coarse particles or containing very few coarse particles.
この粉体中における粗大粒子の存在による問題は、積層セラミックコンデンサ(MLCC)の内部電極用導電性ペーストの分野で、特に問題となっている。積層セラミックコンデンサは、例えば誘電体グリーンシート上に、導電性粉末として主にニッケル粉末を分散させた導電性ペーストをスクリーン印刷することにより内部電極を形成し、この内部電極が印刷された複数のグリーンシートを、内部電極が交互に重なるように積層して圧着することにより積層体を得て、この積層体を、所定の大きさに切断し、脱バインダ処理を行った後、1300℃まで高温焼成してセラミック焼結体を得て、最後に、このセラミック焼結体に外部電極を取り付ける工程により、作製されている。 The problem caused by the presence of coarse particles in the powder is a particular problem in the field of conductive pastes for internal electrodes of multilayer ceramic capacitors (MLCCs). In a multilayer ceramic capacitor, for example, internal electrodes are formed by screen-printing a conductive paste in which nickel powder is mainly dispersed as a conductive powder on a dielectric green sheet, and a plurality of greens on which the internal electrodes are printed is formed. The sheets are stacked so that the internal electrodes are alternately stacked and pressed to obtain a laminate, which is then cut into a predetermined size, subjected to binder removal treatment, and then fired at a high temperature of 1300°C. to obtain a ceramic sintered body, and finally to attach external electrodes to this ceramic sintered body.
積層セラミックコンデンサの小型化および大容量化に伴い、内部電極や誘電体はともに薄層化が進められている。これに伴って、内部電極ペーストに使用されるニッケル粉末の粒径も微細化が進行し、平均粒径0.4μm以下のニッケル粉末が必要とされ、特に平均粒径0.3μm以下のニッケル粉末の使用が主流となっている。また、内部電極の膜厚にもよるが、導電性粉末において、通常、粉体全体の数平均粒径の3倍~5倍程度以上の粒径を基準粒径として、この基準粒径よりも大きな粒子が粗大粒子とみなされる。ここで、導電性粉末が主として一次粒子で構成されている場合、粗大粒子には、一次粒子径が基準以上の大きな粒子だけでなく、一次粒子が強固に連結ないしは凝集して容易に解砕できない状態である二次粒子で、基準の粒径以上の粒径を有する粒子も含まれる。 Along with the miniaturization and increase in capacity of laminated ceramic capacitors, the thickness of both internal electrodes and dielectrics is being reduced. Along with this, the particle size of the nickel powder used in the internal electrode paste is also becoming finer, necessitating a nickel powder with an average particle size of 0.4 μm or less, especially a nickel powder with an average particle size of 0.3 μm or less. is predominantly used. In addition, although it depends on the film thickness of the internal electrode, the standard particle size of the conductive powder is usually three to five times the number average particle size of the entire powder. Large particles are considered coarse particles. Here, when the conductive powder is mainly composed of primary particles, the coarse particles include not only particles having a primary particle size larger than the standard, but also primary particles that are strongly connected or aggregated and cannot be easily crushed. Secondary particles that are in a state and have a particle size equal to or larger than the standard particle size are also included.
ニッケル粉末の製造方法には、大別すると、気相法と湿式法がある。気相法としては、例えば、特許文献1に記載されている塩化ニッケル蒸気を水素により還元してニッケル粉末(気相ニッケル粉末)を作製する方法や、特許文献2に記載されているニッケル金属をプラズマ中で蒸気化してニッケル粉末(気相ニッケル粉末)を作製する方法がある。また、湿式法としては、例えば、特許文献3に記載されている、ニッケル塩溶液に還元剤を添加してニッケル粉末(以下、湿式法で得たニッケル粉末を「湿式ニッケル粉末」とする場合がある)を作製する方法がある。 Methods for producing nickel powder are roughly classified into a vapor phase method and a wet method. As the gas phase method, for example, a method of producing nickel powder (gas phase nickel powder) by reducing nickel chloride vapor with hydrogen described in Patent Document 1, and a method of producing nickel metal described in Patent Document 2. There is a method of vaporizing in plasma to produce nickel powder (vapor phase nickel powder). In addition, as a wet method, for example, nickel powder obtained by adding a reducing agent to a nickel salt solution described in Patent Document 3 (hereinafter, nickel powder obtained by a wet method may be referred to as "wet nickel powder". There is a method to make
気相法は、1000℃程度以上の高温プロセスのため結晶性に優れる高特性のニッケル粉末を得るためには有効な手段ではあるが、得られるニッケル粉末の粒径分布が広くなるという問題がある。上述の通り、内部電極の薄層化においては、粗大粒子を含まず、比較的粒径分布の狭い平均粒径0.4μm以下のニッケル粉末が必要とされるため、気相法でこのようなニッケル粉末を得るためには、高価な分級装置の導入による分級処理が必須となる。 The vapor phase method is an effective means for obtaining nickel powder with excellent crystallinity and high characteristics because it is a high-temperature process of about 1000° C. or more, but there is a problem that the particle size distribution of the obtained nickel powder is widened. . As described above, nickel powder containing no coarse particles and having a relatively narrow particle size distribution and an average particle size of 0.4 μm or less is required for thinning the internal electrodes. In order to obtain nickel powder, classification treatment by introducing an expensive classifier is essential.
なお、分級処理では、0.6μm~2μm程度の任意の値の分級点を目途に、分級点よりも大きな粗大粒子の除去が可能であるが、分級点よりも小さな粒子の一部も同時に除去されてしまうため、製品実収が大幅に低下するという問題もある。したがって、気相法では、上述の高額な設備導入も含めて、製品のコストアップが避けられない。 In the classification process, coarse particles larger than the classification point can be removed with the classification point of an arbitrary value of about 0.6 μm to 2 μm as a goal, but some particles smaller than the classification point are also removed at the same time. There is also the problem that the actual yield of the product drops significantly because the product is depleted. Therefore, the vapor phase method cannot avoid increasing the cost of the product, including the introduction of the above-mentioned expensive equipment.
さらに、気相法では、平均粒径が0.2μm以下、特に、0.1μm以下のニッケル粉末を用いる場合に、分級処理による粗大粒子の除去自体が困難になるため、今後の内部電極の一層の薄層化に対応できない。 Furthermore, in the vapor phase method, when using nickel powder with an average particle size of 0.2 μm or less, particularly 0.1 μm or less, it becomes difficult to remove coarse particles by classification treatment. cannot be applied to thin layers.
一方で、湿式法は、気相法と比較して、得られるニッケル粉末の粒径分布が狭いという利点がある。特に、特許文献3に記載されているニッケル塩と銅塩を含む溶液に還元剤としてヒドラジンを含む溶液を添加してニッケル粉末を作製する方法では、ニッケルよりも貴な金属の金属塩(銅塩)が核剤となり、この核剤の共存下でニッケル塩(正確には、ニッケルイオン(Ni2+)、またはニッケル錯イオン)がヒドラジンで還元される。そのため、核発生数を制御することで粒径を制御することができ、かつ核の発生とニッケル粒子の成長が均一となるため、気相法より狭い粒径分布で微細なニッケル粉末を得られることが知られている。 On the other hand, the wet method has the advantage that the resulting nickel powder has a narrower particle size distribution than the vapor phase method. In particular, in the method of producing nickel powder by adding a solution containing hydrazine as a reducing agent to a solution containing a nickel salt and a copper salt described in Patent Document 3, a metal salt of a metal nobler than nickel (copper salt ) serves as a nucleating agent, and nickel salt (more precisely, nickel ion (Ni 2+ ) or nickel complex ion) is reduced with hydrazine in the presence of this nucleating agent. Therefore, the particle size can be controlled by controlling the number of nuclei generated, and the generation of nuclei and the growth of nickel particles are uniform, so fine nickel powder can be obtained with a narrower particle size distribution than the vapor phase method. It is known.
ところで、上記湿式法で得られるニッケル粉末を積層セラミックコンデンサに適用する場合には、前述した内部電極層と誘電体層からなる積層体における電極間ショート(短絡)を防止するため、ニッケル粉末と樹脂を主成分とするニッケルペースト乾燥膜(ニッケルペーストを印刷・乾燥させて得られる乾燥膜)には高い平坦性が求められる。特に、近年の積層セラミックコンデンサの高容量化に伴う内部電極層の薄膜化(0.5μm~1.0μm程度)に対応するためには、平均粒径0.3μm以下、好ましくは0.2μm以下の微細なニッケル粉末が用いられ、また、そのニッケル粉末中に含まれる内部電極層の膜厚と同程度のサイズ(例えば、0.8μm~1.2μm)の粗大粒子は極限まで低減することが要求されている。 By the way, when applying the nickel powder obtained by the wet method to a multilayer ceramic capacitor, in order to prevent short-circuiting between the electrodes in the laminate composed of the internal electrode layers and the dielectric layers described above, the nickel powder and the resin A nickel paste dry film (a dry film obtained by printing and drying a nickel paste) mainly composed of is required to have high flatness. In particular, in order to cope with the thinning (approximately 0.5 μm to 1.0 μm) of internal electrode layers accompanying the recent increase in capacity of multilayer ceramic capacitors, the average grain size is 0.3 μm or less, preferably 0.2 μm or less. of fine nickel powder is used, and coarse particles of the same size (for example, 0.8 μm to 1.2 μm) as the film thickness of the internal electrode layer contained in the nickel powder can be reduced to the limit. requested.
そこで、特許文献4には、湿式法を用いたニッケル粉末の製造方法として、ヒドラジンの還元力を高めるために強アルカリ性反応液中で還元反応を行う晶析工程において、反応液中に特定のアミン化合物やスルフィド化合物を極微量添加して、ヒドラジンの自己分解反応を著しく抑制するとともに、ニッケル粒子同士が連結して生じる粗大粒子を形成しにくくして、粗大粒子の含有量が非常に少ない高性能なニッケル粉末を安価に得る方法が示されている。
Therefore, in
ニッケル粉末中の粗大粒子を低減するための手段としては、気相ニッケル粉では上述の分級処理による粗大粒子の除去が挙げられるが、特許文献5に記載されるように、分級処理を行うニッケル粉スラリー中においてグルタミン酸などを用いて気相ニッケル粉末の凝集体形成を抑制する手法なども用いられている。一方で、湿式ニッケル粉末では、粗大粒子を低減するための手段として解砕処理などが提案されている。たとえば、特許文献6には、特定の解砕処理により、特定の粒度分布を有し、かつ、特定の範囲の平均一次粒子径を有する湿式ニッケル粉末およびその製造方法が開示されている。 As a means for reducing coarse particles in the nickel powder, removal of coarse particles by the above-described classification treatment is exemplified for gas phase nickel powder. Techniques such as using glutamic acid or the like in the slurry to suppress the formation of aggregates of the vapor phase nickel powder are also used. On the other hand, for wet nickel powder, a crushing treatment or the like has been proposed as a means for reducing coarse particles. For example, Patent Document 6 discloses a wet nickel powder having a specific particle size distribution and an average primary particle size within a specific range by a specific pulverization treatment, and a method for producing the same.
しかしながら、上記分級処理や解砕処理は、平均粒径が0.2μm以下、特に、0.1μm以下のニッケル粉末を対象とした場合に、粗大粒子の除去または解砕自体がますます困難になってくる。特に、0.15μm以下のニッケル粉末に乾式解砕を施す場合、個々のニッケル粒子の質量減少による運動エネルギー低下に起因して、解砕力不足となるおそれや、比表面積増加に伴う解砕新生面での酸化熱増大に起因する発熱・発火の危険性がある。そのため、分級処理や解砕処理によって、今後の内部電極の薄層化へ対応することの難度が一層高まっている。 However, when the above-mentioned classification treatment and crushing treatment target nickel powder having an average particle size of 0.2 μm or less, particularly 0.1 μm or less, it becomes increasingly difficult to remove or crush coarse particles. come. In particular, when dry pulverization is applied to nickel powder of 0.15 μm or less, there is a risk of insufficient pulverization force due to a decrease in kinetic energy due to a decrease in the mass of individual nickel particles, and a new pulverization surface due to an increase in specific surface area. There is a risk of heat generation and ignition due to increased heat of oxidation. Therefore, it is becoming more and more difficult to cope with future thinning of internal electrodes by means of classification processing and crushing processing.
一方、分散性に優れたニッケル粉末の製造方法として、たとえば、特許文献7には水熱合成法を用いた方法が報告されている。この提案された方法によれば、水熱反応後の結果物を、脱イオン水およびエタノールを用いて洗浄することが開示されているが、得られるニッケル粉末は、その凝集度合いをSEM観察のみで判断しており、粗大粒子の含有量に関して定量評価を行っていない。そのため、粗大粒子の発生を抑制する観点から、水熱合成法が有効であるか、明らかとなっていない。 On the other hand, as a method for producing nickel powder having excellent dispersibility, for example, Patent Document 7 reports a method using a hydrothermal synthesis method. According to this proposed method, it is disclosed that the product after the hydrothermal reaction is washed with deionized water and ethanol, but the degree of agglomeration of the resulting nickel powder can be determined only by SEM observation. Quantitative evaluation is not performed on the content of coarse particles. Therefore, it is not clear whether the hydrothermal synthesis method is effective from the viewpoint of suppressing the generation of coarse particles.
また、特許文献8には、湿式法による晶析後に、デカンテーションによって反応後液を水で希釈除去し、さらに同様に水を水溶性有機溶媒で希釈除去する方法が報告されている。この提案された方法によれば、得られるニッケル粉末は酸素含有量が少ないこと、および凝集が抑制されていることが記載されているものの、粗大粒子に関する評価はSEM観察のみであり、定量化した結果は報告されていない。そのため、粗大粒子の発生を抑制する観点から、この方法が有効であるか、明らかとなっていない。 Further, Patent Document 8 reports a method of diluting and removing the post-reaction liquid with water by decantation after crystallization by a wet method, and then similarly diluting and removing water with a water-soluble organic solvent. According to this proposed method, although it is described that the nickel powder obtained has a low oxygen content and that aggregation is suppressed, evaluation of coarse particles is only SEM observation, and quantification No results were reported. Therefore, it is not clear whether this method is effective from the viewpoint of suppressing the generation of coarse particles.
図1に、従来の湿式ニッケル粉末の製造過程を示すが、固液分離工程や乾燥工程において、例えば、固液分離工程で得られるニッケル粉ケーキ(ニッケル晶析粉+付着液)がそのハンドリング中に空気と触れる時間が長くなると、図2に示すように、ニッケル粒子が酸化して水酸化ニッケルが生成して複数のニッケル粒子を包み込んだ1μm程度以上のサイズの粗大粒子2(以後、この粗大粒子を「水酸化ニッケル含有粗大粒子」とする場合がある)を形成する場合が多くなる。また、ニッケル粉ケーキの乾燥が進むと付着液(水が主成分)の高い表面張力に起因してニッケル粒子同士が互いに強く引付けあって強い凝集(乾燥凝集)を生じる場合が多くなる。これらの場合、水酸化ニッケル含有粗大粒子や乾燥凝集によって、湿式ニッケル粉末中の粗大粒子が単に多くなるのみならず、湿式ニッケル粉末を用いて導電性ペーストを製造する際に、ニッケル粒子の分散性が低下するという問題も生じてしまう。 FIG. 1 shows the conventional wet nickel powder manufacturing process. As shown in FIG. 2, nickel particles are oxidized to form nickel hydroxide, and coarse particles 2 of about 1 μm or more in size enveloping a plurality of nickel particles (hereinafter referred to as this coarse particle). The particles are sometimes referred to as "nickel hydroxide-containing coarse particles"). In addition, as the nickel powder cake is dried, the nickel particles are strongly attracted to each other due to the high surface tension of the adhering liquid (mainly water), which often results in strong aggregation (dry aggregation). In these cases, nickel hydroxide-containing coarse particles and dry agglomeration not only increase the number of coarse particles in the wet nickel powder, but also affect the dispersibility of the nickel particles when producing a conductive paste using the wet nickel powder. There is also the problem of a decrease in
特許文献9には、湿式法による晶析後に固液分離を実施したうえで、水溶性有機溶剤で再度スラリー化したのちに固液分離・乾燥を施すことによってニッケル粉末を得る方法が報告されている。この提案された方法によれば、水酸化ニッケル含有粗大粒子の生成やニッケル粒子の乾燥凝集を抑えることが可能である。また、得られたニッケル粉末は、必要に応じてスパイラルジェット解砕処理やカウンタージェットミル解砕処理などの乾式解砕方法や、高圧流体衝突解砕処理などの湿式解砕方法、その他の汎用解砕方法が適用可能な旨が記載されている。しかし、実施例においては乾式解砕方法を用いた場合しか記載がなく、前述のとおり、平均粒径0.15μm以下のニッケル粉末に対して乾式解砕方法の適用は難しいため、湿式による処理が好ましいが、湿式解砕方法を適用した場合に、解砕後のニッケル乾燥粉末を得る具体的方法については言及されていない。 Patent Document 9 reports a method of obtaining nickel powder by performing solid-liquid separation after crystallization by a wet method, slurrying again with a water-soluble organic solvent, and then performing solid-liquid separation and drying. there is According to this proposed method, it is possible to suppress the formation of nickel hydroxide-containing coarse particles and the dry agglomeration of nickel particles. In addition, the obtained nickel powder can be processed by dry crushing methods such as spiral jet crushing and counter jet mill crushing, wet crushing such as high-pressure fluid impingement crushing, and other general-purpose crushing methods. It is stated that the crushing method is applicable. However, in the examples, only the dry crushing method is described. Although it is preferable, no mention is made of a specific method for obtaining dry nickel powder after crushing when a wet crushing method is applied.
本発明は、水溶液系の湿式法を用いてニッケル粉末を製造する場合において、粗大粒子が少ないニッケル粉末を得るためのニッケル粉末の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a nickel powder production method for producing nickel powder with few coarse particles when producing nickel powder using an aqueous solution-based wet method.
上記課題を解決するために、本発明のニッケル粉末の製造方法は、水溶性ニッケル塩、ニッケルよりも貴な金属の金属塩、ヒドラジン、水酸化アルカリおよび水を含む反応液中において、前記ヒドラジンによる還元反応で前記水溶性ニッケル塩を晶析させて得られるニッケル晶析粉のスラリーを湿式解砕し、粗大粒子を低減したニッケル粉スラリーを得る湿式解砕工程と、前記湿式解砕工程後の前記ニッケル粉スラリーの溶媒を水溶性有機溶剤に置換する溶媒置換工程と、前記溶媒置換工程後のニッケル粉スラリーを固液分離してニッケル粉ケーキを得る固液分離工程と、前記固液分離工程後の前記ニッケル粉ケーキを乾燥してニッケル粉末を得る乾燥工程とを含む。 In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing nickel powder of the present invention comprises: a wet crushing step of wet crushing a slurry of nickel crystallized powder obtained by crystallizing the water-soluble nickel salt in a reduction reaction to obtain a nickel powder slurry with reduced coarse particles; and after the wet crushing step. A solvent replacement step of replacing the solvent of the nickel powder slurry with a water-soluble organic solvent, a solid-liquid separation step of solid-liquid separating the nickel powder slurry after the solvent replacement step to obtain a nickel powder cake, and the solid-liquid separation step and a subsequent drying step of drying the nickel powder cake to obtain nickel powder.
以上説明したように、本発明によれば、水溶液系の湿式法を用いてニッケル粉末を製造する場合において、粗大粒子が少ないニッケル粉末を得ることができるニッケル粉末の製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing nickel powder that can obtain nickel powder with few coarse particles when nickel powder is produced using an aqueous wet method. .
以下、本発明に係るニッケル粉末の製造方法について図面を参照しながら以下の順序で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能である。 Hereinafter, the method for producing nickel powder according to the present invention will be described in the following order with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.
ニッケル粉末の製造方法
1.晶析工程
1-1.晶析工程で用いる薬剤
1-2.晶析反応の手順(晶析手順)
1-3.晶析反応(還元反応、ヒドラジン自己分解反応)
1-4.晶析条件(反応開始温度)
2.湿式解砕工程
3.溶媒置換工程
4.固液分離工程
5.乾燥工程
Method for producing nickel powder 1 . Crystallization step 1-1. Agents Used in Crystallization Step 1-2. Crystallization reaction procedure (crystallization procedure)
1-3. Crystallization reaction (reduction reaction, hydrazine autolysis reaction)
1-4. Crystallization conditions (reaction initiation temperature)
2. Wet crushing process 3 .
<湿式ニッケル粉末の粗大粒子低減方法(製造方法)>
まず、本発明の一実施形態に係るニッケル粉末の製造方法について説明する。図3には、本発明の一実施形態に係るニッケル粉末の製造方法における製造工程の一例である模式図を示す。本発明の一実施形態に係るニッケル粉末の製造方法は、晶析工程と、湿式解砕工程と、溶媒置換工程と、固液分離工程と、乾燥工程を含む。
<Method for reducing coarse particles of wet nickel powder (manufacturing method)>
First, a method for producing nickel powder according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a schematic diagram as an example of the production process in the method for producing nickel powder according to one embodiment of the present invention. A method for producing nickel powder according to an embodiment of the present invention includes a crystallization step, a wet pulverization step, a solvent replacement step, a solid-liquid separation step, and a drying step.
なお、所望により、ニッケル晶析粉を含む反応液や、洗浄液に硫黄化合物を添加して、硫黄成分でニッケル晶析粉の表面を修飾する表面処理(硫黄コート処理)を施して、湿式ニッケル粉末(ニッケル晶析粉)を得てもよい。このように湿式ニッケル粉末を表面処理することにより、ニッケルが有機物を分解する活性を弱めることが可能であり、例えば導電性ペースト中にて湿式ニッケル粉末と共存する樹脂の劣化を抑制することができる。なお、本発明において、「粉末」および「粉」は、粒子が多数集合して集合体となっている状態であり、晶析したニッケル粒子がスラリー状に分散しているものや、乾燥させて固体の集合体となったものはニッケル粉末やニッケル粉に該当する。例えば、「ニッケル晶析粉」は晶析工程で還元された状態のニッケル粉である。 If desired, a sulfur compound is added to the reaction liquid containing the nickel crystallized powder or the cleaning liquid, and a surface treatment (sulfur coating treatment) is performed to modify the surface of the nickel crystallized powder with a sulfur component to obtain a wet nickel powder. (Nickel crystallized powder) may be obtained. By surface-treating the wet nickel powder in this way, it is possible to weaken the activity of nickel to decompose organic substances, and for example, it is possible to suppress the deterioration of the resin coexisting with the wet nickel powder in the conductive paste. . In the present invention, "powder" and "powder" are states in which a large number of particles are aggregated to form an aggregate, and crystallized nickel particles are dispersed in a slurry or dried. A solid aggregate corresponds to nickel powder or nickel powder. For example, "crystallized nickel powder" is nickel powder that has been reduced in the crystallization process.
(1.晶析工程)
晶析工程では、少なくとも水溶性ニッケル塩、ニッケルよりも貴な金属の塩、還元剤、水酸化アルカリ、および水を混合した反応液中でニッケル塩(正確には、ニッケルイオン、またはニッケル錯イオン)を、例えばヒドラジン等の還元剤を用いた還元反応により還元することができる。本発明では、ヒドラジンを用いる場合には、この反応液に、必要に応じてアミン化合物や硫黄含有化合物を混合させ、アミン化合物や硫黄含有化合物の存在下で、還元剤としてのヒドラジンの分解抑制をしながら、ニッケル塩を還元することもできる。
(1. Crystallization step)
In the crystallization process, a nickel salt (more precisely, nickel ion or nickel complex ion ) can be reduced by a reduction reaction using a reducing agent such as hydrazine. In the present invention, when hydrazine is used, the reaction solution is mixed with an amine compound or a sulfur-containing compound, if necessary, in the presence of the amine compound or sulfur-containing compound to suppress the decomposition of hydrazine as a reducing agent. However, nickel salts can also be reduced.
(1-1.晶析工程で用いる薬剤)
本発明の晶析工程では、ニッケル塩、ニッケルよりも貴な金属の塩、還元剤、水酸化アルカリ、必要に応じて、アミン化合物や硫黄含有化合物などの各種薬剤と水を含む反応液が用いられている。溶媒としての水は、得られるニッケル粉末中の不純物量を低減させる観点から、超純水(導電率:≦0.06μS/cm(マイクロジーメンス・パー・センチメートル)、純水(導電率:≦1μS/cm)という高純度のものがよく、中でも安価で入手が容易な純水を用いることが好ましい。以下、上記各種薬剤について、それぞれ詳述する。
(1-1. Agents used in the crystallization step)
In the crystallization step of the present invention, a reaction solution containing nickel salts, salts of metals nobler than nickel, reducing agents, alkali hydroxides, various chemicals such as amine compounds and sulfur-containing compounds, and water as necessary is used. It is From the viewpoint of reducing the amount of impurities in the resulting nickel powder, water as a solvent includes ultrapure water (conductivity: ≤ 0.06 μS / cm (micro Siemens per centimeter), pure water (conductivity: ≤ A high purity of 1 μS/cm) is preferred, and pure water, which is inexpensive and readily available, is preferably used.
(a)水溶性ニッケル塩
水溶性ニッケル塩は、水に易溶であるニッケル塩であれば、特に限定されるものではなく、例えば、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケルから選ばれる1種以上を用いることができる。これらのニッケル塩の中では、塩化ニッケル、硫酸ニッケルあるいはこれらの混合物を用いることが、より好ましい。
(a) Water-soluble nickel salt The water-soluble nickel salt is not particularly limited as long as it is a nickel salt that is readily soluble in water. For example, one or more selected from nickel chloride, nickel sulfate, and nickel nitrate. can be used. Among these nickel salts, it is more preferable to use nickel chloride, nickel sulfate, or a mixture thereof.
(b)ニッケルよりも貴な金属の金属塩
ニッケルよりも貴な金属の塩は、ニッケルよりもイオン化傾向が低いことにより、ニッケルを還元析出させる際にニッケルよりも先に還元される。したがって、ニッケルよりも貴な金属の塩は、ニッケル塩溶液に含有させると、ニッケルを還元析出させる際に、ニッケルよりも貴な金属が先に還元されて初期核となる核剤として作用するため、この初期核が粒子成長して得られるニッケル晶析粉(ニッケル粉末)において粒径制御や微細化を容易に行なうことができるようになる。
(b) Metal Salts of Metals Noble to Nickel Salts of metals nobler than nickel have a lower ionization tendency than nickel, and thus are reduced before nickel when nickel is deposited by reduction. Therefore, when a salt of a metal nobler than nickel is contained in a nickel salt solution, the metal nobler than nickel is first reduced and acts as a nucleating agent to form initial nuclei when nickel is reduced and deposited. In the nickel crystallized powder (nickel powder) obtained by the particle growth of the initial nuclei, it becomes possible to easily perform particle size control and refinement.
ニッケルよりも貴な金属の金属塩としては、水溶性でニッケルよりもイオン化傾向が低い金属の金属塩であればよく、例えば水溶性の銅塩や、金塩、銀塩、プラチナ塩、パラジウム塩、ロジウム塩、イリジウム塩などの水溶性の貴金属塩が挙げられる。例えば、水溶性の銅塩としては硫酸銅を、水溶性の銀塩としては硝酸銀を、水溶性のパラジウム塩としては塩化パラジウム(II)ナトリウム、塩化パラジウム(II)アンモニウム、硝酸パラジウム(II)、硫酸パラジウム(II)などを用いることができるが、これらには限定されない。 The metal salt of a metal nobler than nickel may be a metal salt of a metal that is water-soluble and has a lower ionization tendency than nickel, such as water-soluble copper salts, gold salts, silver salts, platinum salts, and palladium salts. , rhodium salts, iridium salts, and other water-soluble noble metal salts. For example, water-soluble copper salts include copper sulfate, water-soluble silver salts include silver nitrate, and water-soluble palladium salts include sodium palladium(II) chloride, ammonium palladium(II) chloride, palladium(II) nitrate, Palladium (II) sulfate and the like can be used, but are not limited to these.
ニッケルよりも貴な金属の金属塩としては、特に上述したパラジウム塩を用いると、粒度分布は幾分広くなるものの、得られるニッケル粉末の粒径をより微細に制御することが可能となるため好ましい。パラジウム塩を用いた場合の、パラジウム塩とニッケルの割合[モルppm](パラジウム塩のモル数/ニッケルのモル数×106)は、湿式ニッケル粉末の目的とする数平均粒径によって適宜選択することができる。例えば、湿式ニッケル粉末の数平均粒径を0.05μm~0.5μmに設定するのであれば、パラジウム塩とニッケルの割合を0.2モルppm~100モルppmの範囲内、好ましくは0.5モルppm~80モルppmの範囲内とすることが好ましい。この割合が0.2モルppm未満だと、製造された湿式ニッケル粉末の数平均粒径が0.4μmを超えてしまう場合がある。一方で、この割合が100モルppmを超えると、高価なパラジウム塩を多く使用することとなり、湿式ニッケル粉末を製造するためのコスト増につながるおそれがある。 As the metal salt of a metal nobler than nickel, it is preferable to use the above-described palladium salt, because the particle size distribution of the obtained nickel powder can be more finely controlled, although the particle size distribution becomes somewhat wider. . When a palladium salt is used, the ratio [moles ppm] of the palladium salt and nickel (number of moles of palladium salt/number of moles of nickel×10 6 ) is appropriately selected depending on the desired number average particle size of the wet nickel powder. be able to. For example, if the number average particle diameter of wet nickel powder is set to 0.05 μm to 0.5 μm, the ratio of palladium salt and nickel is within the range of 0.2 mol ppm to 100 mol ppm, preferably 0.5 It is preferably in the range of mol ppm to 80 mol ppm. If this ratio is less than 0.2 mol ppm, the number average particle size of the produced wet nickel powder may exceed 0.4 μm. On the other hand, if this ratio exceeds 100 mol ppm, a large amount of expensive palladium salt will be used, which may lead to an increase in cost for producing wet nickel powder.
(c)還元剤
本発明の晶析工程に用いる還元剤は、特に限定されるものではないが、例えばヒドラジン(N2H4、分子量:32.05)が挙げられる。なお、ヒドラジンには、無水のヒドラジンの他にヒドラジン水和物である抱水ヒドラジン(N2H4・H2O、分子量:50.06)があるが、どちらを用いてもかまわない。ヒドラジンの還元反応は、後述する式(2)に示す通りであるが、特にアルカリ性で還元力が高いこと、還元反応の副生成物が窒素ガスと水であるために、還元反応による不純物成分が反応液中に生じないこと、ヒドラジン中の不純物がそもそも少ないこと、および入手が容易なこと、という特徴を有している。そのため、ヒドラジンは還元剤に好適であり、例えば、市販されている工業グレードの60質量%抱水ヒドラジンを用いることができる。
(c) Reducing Agent The reducing agent used in the crystallization step of the present invention is not particularly limited, but hydrazine (N 2 H 4 , molecular weight: 32.05) can be mentioned, for example. In addition to anhydrous hydrazine, hydrazine includes hydrazine hydrate (N 2 H 4 ·H 2 O, molecular weight: 50.06), which is a hydrazine hydrate, and either of them may be used. The reduction reaction of hydrazine is as shown in the formula (2) described later, but since it is particularly alkaline and has a high reducing power, and the by-products of the reduction reaction are nitrogen gas and water, impurity components due to the reduction reaction are reduced. It has the characteristics that it does not occur in the reaction solution, the amount of impurities in hydrazine is originally low, and it is easily available. Therefore, hydrazine is suitable as a reducing agent, and for example, commercially available industrial grade 60 mass % hydrazine hydrate can be used.
(d)水酸化アルカリ
ヒドラジンの還元力は、反応液のアルカリ性が強い程大きくなるため(後述する式(2)参照)、晶析工程において、アルカリ性を高めるpH調整剤として水酸化アルカリを用いることができる。水酸化アルカリとしては、特に限定されるものではないが、入手の容易さや価格の面から、アルカリ金属水酸化物を用いることが好ましい。具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムから選ばれる1種以上を用いることがより好ましい。
(d) Alkali hydroxide Since the reducing power of hydrazine increases as the alkalinity of the reaction solution increases (see formula (2) described later), alkali hydroxide is used as a pH adjuster to increase alkalinity in the crystallization step. can be done. Although the alkali hydroxide is not particularly limited, it is preferable to use an alkali metal hydroxide from the standpoint of availability and cost. Specifically, it is more preferable to use one or more selected from sodium hydroxide and potassium hydroxide.
水酸化アルカリの配合量は、還元剤としてのヒドラジンの還元力が十分高まるように、反応液のpHが、反応温度において、9.5以上、好ましくは10以上、さらに好ましくは10.5以上となるように決定するとよい。反応液のpHは、例えば、25℃と70℃程度を比較すると、高温の70℃の方が小さくなる。 The amount of the alkali hydroxide is such that the pH of the reaction solution at the reaction temperature is 9.5 or higher, preferably 10 or higher, and more preferably 10.5 or higher so that the reducing power of hydrazine as a reducing agent is sufficiently increased. should be determined so that When the pH of the reaction solution is compared at 25° C. and 70° C., for example, the high temperature of 70° C. is lower.
(e)アミン化合物
本発明のアミン化合物は、前述のようにヒドラジンの自己分解抑制剤、還元反応促進剤、さらにはニッケル粒子同士の連結抑制剤の作用を有しているため、必要に応じて、反応液に含まれてもよい。上記アミン化合物としては、分子内に第1級アミノ基(-NH2)または第2級アミノ基(-NH-)をから選ばれる官能基のいずれかを合わせて2個以上含有する化合物であって、例えば、アルキレンアミンまたはアルキレンアミン誘導体の少なくともいずれかを用いることができる。一例としては、分子内のアミノ基の窒素原子が炭素数2の炭素鎖を介して結合した下記式Aの構造を少なくとも有しているアミン化合物を用いることが好ましい。
(e) Amine compound The amine compound of the present invention acts as a hydrazine self-decomposition inhibitor, a reduction reaction accelerator, and a linking inhibitor between nickel particles as described above. , may be included in the reaction solution. The amine compound is a compound containing two or more functional groups selected from a primary amino group (--NH.sub.2) or a secondary amino group (--NH--) in the molecule. For example, alkyleneamines and/or alkyleneamine derivatives can be used. As an example, it is preferable to use an amine compound having at least the structure of the following formula A in which nitrogen atoms of amino groups in the molecule are bonded through a carbon chain having 2 carbon atoms.
より具体的には、アルキレンアミンとしては、エチレンジアミン(H2NC2H4NH2)、ジエチレントリアミン(H2NC2H4NHC2H4NH2)、トリエチレンテトラミン(H2N(C2H4NH)2C2H4NH2)、テトラエチレンペンタミン(H2N(C2H4NH)3C2H4NH2)、ペンタエチレンヘキサミン(H2N(C2H4NH)4C2H4NH2)、プロピレンジアミン(別名称:1,2-ジアミノプロパン、1,2-プロパンジアミン)(CH3CH(NH2)CH2NH2)から選ばれる1種以上を用いることができる。また、アルキレンアミン誘導体としては、トリス(2-アミノエチル)アミン(N(C2H4NH2)3)、N-(2-アミノエチル)エタノールアミン(別名称:2-(2-アミノエチルアミノ)エタノール(H2NC2H4NHC2H4OH)、N-(2-アミノエチル)プロパノールアミン(別名称:2-(2-アミノエチルアミノ)プロパノール)(H2NC2H4NHC3H6OH)、L(または、D、DL)-2,3-ジアミノプロピオン酸(別名称:3-アミノ-L(または、D、DL)-アラニン)(H2NCH2CH(NH)COOH)、エチレンジアミン-N,N’-二酢酸(別名称:エチレン-N,N’-ジグリシン)(HOOCCH2NHC2H4NHCH2COOH)、N,N’-ジアセチルエチレンジアミン(別名称:N,N’-エチレンビスアセトアミド)(CH3CONHC2H4NHCOCH3)、1,2-シクロヘキサンジアミン(別名称:1,2-ジアミノシクロヘキサン)(H2NC6H10NH2)、N,N’-ジメチルエチレンジアミン(CH3NHC2H4NHCH3)、N,N’-ジエチルエチレンジアミン(C2H5NHC2H4NHC2H5)、N,N’-ジイソプロピルエチレンジアミン(CH3(CH3)CHNHC2H4NHCH(CH3)CH3)から選ばれる1種以上を用いることができる。これらのアルキレンアミン、アルキレンアミン誘導体は水溶性であり、中でもエチレンジアミン、ジエチレントリアミンは、ヒドラジンの自己分解抑制作用が比較的強く、入手が容易で安価のため好ましい。 More specifically, alkyleneamines include ethylenediamine ( H2NC2H4NH2 ), diethylenetriamine ( H2NC2H4NHC2H4NH2 ), triethylenetetramine ( H2N ( C2H 4NH ) 2C2H4NH2 ), tetraethylenepentamine ( H2N ( C2H4NH ) 3C2H4NH2 ) , pentaethylenehexaamine ( H2N ( C2H4NH ) 4 C 2 H 4 NH 2 ), propylenediamine (also known as 1,2-diaminopropane, 1,2-propanediamine) (CH 3 CH(NH 2 )CH 2 NH 2 ). be able to. Examples of alkyleneamine derivatives include tris(2-aminoethyl)amine (N(C 2 H 4 NH 2 ) 3 ), N-(2-aminoethyl)ethanolamine (also known as 2-(2-aminoethyl amino) ethanol (H 2 NC 2 H 4 NHC 2 H 4 OH), N-(2-aminoethyl) propanolamine (also known as 2-(2-aminoethylamino) propanol) (H 2 NC 2 H 4 NHC 3 H 6 OH), L (or D, DL)-2,3-diaminopropionic acid (also known as 3-amino-L (or D, DL)-alanine) (H 2 NCH 2 CH(NH) COOH), ethylenediamine-N,N'-diacetic acid (also known as ethylene-N,N'-diglycine) (HOOCCH 2 NHC 2 H 4 NHCH 2 COOH), N,N'-diacetylethylenediamine (also known as N, N′-ethylenebisacetamide) (CH 3 CONHC 2 H 4 NHCOCH 3 ), 1,2-cyclohexanediamine (also known as 1,2-diaminocyclohexane) (H 2 NC 6 H 10 NH 2 ), N,N′ -dimethylethylenediamine ( CH3NHC2H4NHCH3 ), N,N' - diethylethylenediamine ( C2H5NHC2H4NHC2H5 ), N , N' - diisopropylethylenediamine ( CH3 ( CH3 ) CHNHC 2 H 4 NHCH(CH 3 )CH 3 ).These alkyleneamines and alkyleneamine derivatives are water-soluble, and among them, ethylenediamine and diethylenetriamine have the effect of inhibiting the self-decomposition of hydrazine. is relatively strong, readily available, and inexpensive.
上記アミン化合物の還元反応促進剤としての作用は、反応液中のニッケルイオン(Ni2+)を錯化してニッケル錯イオンを形成する錯化剤としての働きによると考えられる。また、ヒドラジンの自己分解抑制剤や、ニッケル粒子同士の連結抑制剤としての作用については、アミン化合物分子内の第1級アミノ基(-NH2)や第2級アミノ基(-NH-)と、ヒドラジンやニッケル晶析粉の表面との相互作用により、発現しているものと推測される。 The action of the amine compound as a reduction reaction accelerator is considered to be due to its action as a complexing agent that complexes nickel ions (Ni 2+ ) in the reaction solution to form nickel complex ions. In addition, regarding the action of hydrazine as an inhibitor of self-decomposition and an inhibitor of linkage between nickel particles, the primary amino group (—NH 2 ) and the secondary amino group (—NH—) in the amine compound molecule. , is presumed to be expressed by interaction with the surface of hydrazine or nickel crystallized powder.
なお、アミン化合物であるアルキレンアミンまたはアルキレンアミン誘導体が、分子内のアミノ基の窒素原子が炭素数2の炭素鎖を介して結合した上記式Aの構造を有するのが好ましい。ヒドラジン分子の分解を抑制する効果が大きくなるからである。例えば、ニッケル晶析粉に強く吸着するアミノ基の窒素原子が炭素数3以上の炭素鎖を介して結合していると、炭素鎖が長くなることでアミン化合物分子の炭素鎖部分の運動の自由度(分子の柔軟性)が大きくなると考えられる。その結果として、ニッケル晶析粉へのヒドラジン分子の接触を効果的に妨害できなくなって、ニッケルの触媒活性により自己分解するヒドラジン分子が多くなり、ヒドラジンの自己分解の抑制効果を低下させるものと考えられる。 The alkyleneamine or alkyleneamine derivative, which is the amine compound, preferably has the structure of the above formula A in which nitrogen atoms of amino groups in the molecule are bonded through a carbon chain having 2 carbon atoms. This is because the effect of suppressing the decomposition of hydrazine molecules is increased. For example, if the nitrogen atoms of the amino group, which strongly adsorbs to the nickel crystallized powder, are bonded through a carbon chain with 3 or more carbon atoms, the length of the carbon chain increases the freedom of movement of the carbon chain portion of the amine compound molecule. degree (molecular flexibility) increases. As a result, it becomes impossible to effectively prevent hydrazine molecules from coming into contact with the nickel crystallized powder, and more hydrazine molecules undergo self-decomposition due to the catalytic activity of nickel. be done.
実際に、分子内のアミノ基の窒素原子が炭素数2の炭素鎖を介して結合したエチレンジアミン(H2NC2H4NH2)やプロピレンジアミン(別名称:1,2-ジアミノプロパン、1,2-プロパンジアミン)(CH3CH(NH2)CH2NH2)と比べると、分子内のアミノ基の窒素原子が炭素数3の炭素鎖を介して結合したトリメチレンジアミン(別名称:1,3-ジアミノプロパン、1,3-プロパンジアミン)(H2NC3H6NH2)は、ヒドラジンの自己分解抑制作用が劣っていることが確認されている。 In fact, ethylenediamine (H 2 NC 2 H 4 NH 2 ) and propylenediamine (also known as 1,2-diaminopropane, 1,2-diaminopropane, 1,2-diaminopropane, 1,2-diaminopropane, 2-propanediamine) (CH 3 CH(NH 2 )CH 2 NH 2 ), trimethylenediamine (also known as 1 It has been confirmed that ,3-diaminopropane, 1,3-propanediamine) (H 2 NC 3 H 6 NH 2 ) is inferior in the autolysis inhibitory action of hydrazine.
ここで、反応液中の上記アミン化合物とニッケルの割合[モル%]((アミン化合物のモル数/ニッケルのモル数)×100)は、0.01モル%~5モル%の範囲、好ましくは0.03モル%~2モル%の範囲がよい。上記割合が0.01モル%未満の場合、上記アミン化合物の量が少なすぎて、ヒドラジンの自己分解抑制剤、還元反応促進剤、またはニッケル粒子同士の連結抑制剤としての各作用を得ることができない場合がある。一方で、上記割合が5モル%を超えると、アミン化合物がニッケル錯イオンを形成する錯化剤としての働きが強くなりすぎる結果、ニッケル晶析粉の粒子の成長に異常をきたす場合があり、ニッケル粉末の粒状性や球状性が失われていびつな形状となったり、ニッケル粒子同士が互いに連結した粗大粒子が多く形成されるなど、ニッケル粉末の特性の劣化が生じるおそれがある。 Here, the ratio [mol%] of the amine compound and nickel in the reaction solution ((number of moles of amine compound/number of moles of nickel) × 100) is in the range of 0.01 mol% to 5 mol%, preferably A range of 0.03 mol % to 2 mol % is preferable. If the ratio is less than 0.01 mol%, the amount of the amine compound is too small, and it is not possible to obtain each action as a self-decomposition inhibitor of hydrazine, a reduction reaction accelerator, or a linking inhibitor between nickel particles. Sometimes you can't. On the other hand, if the above ratio exceeds 5 mol %, the amine compound acts too strongly as a complexing agent to form nickel complex ions, which may result in abnormal growth of particles of the crystallized nickel powder. The characteristics of the nickel powder may be degraded, for example, the nickel powder loses its granularity and sphericalness and becomes distorted, and a large number of coarse particles in which the nickel particles are connected to each other are formed.
(f)硫黄含有化合物(ヒドラジンの自己分解抑制補助剤)
反応液は、硫黄含有化合物を含んでもよい。本発明に用いる硫黄含有化合物は、ニッケルめっきの光沢剤やめっき浴の安定剤に適用される化合物であって、上記アミン化合物と異なり、単独で用いた場合にはヒドラジンの自己分解抑制作用はそれ程大きくない。ただし、ニッケル粒子表面と吸着などの相互作用を有しており、上記アミン化合物と併用すると、ヒドラジンの自己分解抑制作用を大幅に強めることができるヒドラジンの自己分解抑制補助剤の作用を有している。そのため、必要に応じて、反応液に添加するとよい。そして上記硫黄含有化合物は、分子内に、スルフィド基(-S-)、スルホニル基(-S(=O)2-)、スルホン酸基(-S(=O)2-O-)、チオケトン基(-C(=S)-)のいずれかを少なくとも1個以上含有する化合物である。さらに、上記硫黄含有化合物は、ヒドラジンの自己分解抑制補助剤の作用に加えて、ニッケル粒子同士の連結抑制剤としての作用も有しており、上記アミン化合物と併用すると、ニッケル粒子同士が互いに連結した粗大粒子の生成量をより効果的に低減することもできる。
(f) Sulfur-containing compound (auxiliary agent for inhibiting autolysis of hydrazine)
The reaction liquid may contain a sulfur-containing compound. The sulfur-containing compound used in the present invention is a compound that is applied as a brightening agent for nickel plating or a stabilizer for a plating bath. not big. However, it has an interaction such as adsorption with the nickel particle surface, and when used in combination with the above amine compound, it has the action of a hydrazine self-decomposition inhibitor auxiliary agent that can greatly strengthen the self-decomposition inhibitory action of hydrazine. there is Therefore, it may be added to the reaction solution as needed. The sulfur-containing compound contains a sulfide group (--S--), a sulfonyl group (--S(=O) 2 --), a sulfonic acid group (--S(=O) 2 --O--), and a thioketone group in the molecule. A compound containing at least one of (-C(=S)-). Furthermore, the sulfur-containing compound acts as an auxiliary agent for suppressing the self-decomposition of hydrazine, and also acts as a linking inhibitor for nickel particles. It is also possible to more effectively reduce the amount of coarse particles produced.
硫黄含有化合物としては、例えば、分子内に、スルフィド基(-S-)を有するスルフィド化合物においては、水溶性が高い方が望ましく、したがって、分子内にさらにカルボキシ基(-COOH)、水酸基(-OH)、アミノ基(第1級:-NH2、第2級:-NH-、第3級:-N<)のいずれかを少なくとも1個以上含有するカルボキシ基含有スルフィド化合物、水酸基含有スルフィド化合物、アミノ基含有スルフィド化合物のいずれかであることが好適であり、チアゾール環(C3H3NS)を少なくとも1個以上含有するチアゾール環含有スルフィド化合物も水溶性は高くないが適用可能である。より具体的には、L(または、D、DL)-メチオニン(CH3SC2H4CH(NH2)COOH)、L(または、D、DL)-エチオニン(C2H5SC2H4CH(NH2)COOH)、N-アセチル-L(または、D、DL)-メチオニン(CH3SC2H4CH(NH(COCH3))COOH)、ランチオニン(別名称:3,3’-チオジアラニン)(HOOCCH(NH2)CH2SCH2CH(NH2)COOH)、チオジプロピオン酸(別名称:3,3’-チオジプロピオン酸)(HOOCC2H4SC2H4COOH)、チオジグリコール酸(別名称:2,2’-チオジグリコール酸、2,2’-チオ二酢酸、2,2’-チオビス酢酸、メルカプト二酢酸)(HOOCCH2SCH2COOH)、メチオノール(別名称:3-メチルチオ-1-プロパノール)(CH3SC3H6OH)、チオジグリコール(別名称:2,2’-チオジエタノール)(HOC2H5SC2H5OH)、チオモルホリン(C4H9NS)、チアゾール(C3H3NS)、ベンゾチアゾール(C7H5NS)から選ばれる1種以上が好適である。これらの中でもメチオニンやチオジグリコール酸は、ヒドラジンの自己分解抑制補助作用に優れ、かつ入手が容易で安価のため好ましい。なお、「L(または、D、DL)-メチオニン」は、「L-メチオニン、D-メチオニンまたはDL-メチオニン」の意味であり、L(または、D、DL)の表記がある他の化合物においても同様である。 As the sulfur-containing compound, for example, a sulfide compound having a sulfide group (-S-) in the molecule should preferably have high water solubility. OH), carboxy group-containing sulfide compounds containing at least one amino group (primary: -NH 2 , secondary: -NH-, tertiary: -N<), hydroxyl group-containing sulfide compounds , amino group-containing sulfide compounds, and thiazole ring-containing sulfide compounds containing at least one thiazole ring (C 3 H 3 NS) are also applicable, although they are not highly water-soluble. More specifically, L (or D, DL)-methionine (CH 3 SC 2 H 4 CH(NH 2 )COOH), L (or D, DL)-ethionine (C 2 H 5 SC 2 H 4 CH(NH 2 )COOH), N-acetyl-L (or D, DL)-methionine (CH 3 SC 2 H 4 CH(NH(COCH 3 ))COOH), lanthionine (also known as 3,3′- thiodialanine ) (HOOCCH( NH2 ) CH2SCH2CH ( NH2 )COOH), thiodipropionic acid (also known as 3,3'-thiodipropionic acid) ( HOOCC2H4SC2H4COOH ), Thiodiglycolic acid (also known as 2,2′-thiodiglycolic acid, 2,2′-thiodiacetic acid, 2,2′-thiobisacetic acid, mercaptodiacetic acid) (HOOCCH 2 SCH 2 COOH), Names: 3-methylthio-1-propanol) (CH 3 SC 3 H 6 OH), thiodiglycol (also known as 2,2′-thiodiethanol) (HOC 2 H 5 SC 2 H 5 OH), thiomorpholine ( C 4 H 9 NS), thiazole (C 3 H 3 NS), and benzothiazole (C 7 H 5 NS) are preferred. Among these, methionine and thiodiglycolic acid are preferable because they are excellent in the autolysis-suppressing effect of hydrazine, are readily available, and are inexpensive. In addition, "L (or D, DL)-methionine" means "L-methionine, D-methionine or DL-methionine", and in other compounds with the notation of L (or D, DL) The same is true for
スルフィド化合物以外の硫黄含有化合物としては、より具体的には、サッカリン(別名称:o-安息香酸スルフィミド、o-スルホベンズイミド)(C7H5NO3S)、ドデシル硫酸ナトリウム(C12H25OS(O)2ONa)、ドデシルベンゼンスルホン酸(C12H25C6H4S(O)2OH)、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(C12H25C6H4S(O)2ONa)、スルホこはく酸ビス(2-エチルヘキシル)ナトリウム(別名称:スルホこはく酸ジ2-エチルヘキシルナトリウム、スルホこはく酸ジオクチルナトリウム)(NaOS(O)2CH(COOCH2CH(C2H5)C4H9)CH2(COOCH2CH(C2H5)C4H9)、チオ尿素(H2NC(S)NH2)から選ばれる1種以上である。これらの硫黄含有化合物は水溶性であり、中でもサッカリンやチオ尿素は、ヒドラジンの自己分解抑制補助作用に優れ、かつ入手が容易で安価のため好ましい。 More specifically, sulfur-containing compounds other than sulfide compounds include saccharin (also known as o-benzoic acid sulfimide, o-sulfobenzimide) (C 7 H 5 NO 3 S), sodium dodecyl sulfate (C 12 H 25OS ( O) 2ONa ), dodecylbenzenesulfonic acid ( C12H25C6H4S (O) 2OH ), sodium dodecylbenzenesulfonate ( C12H25C6H4S ( O) 2ONa ) ), bis(2-ethylhexyl) sodium sulfosuccinate (also known as di-2-ethylhexyl sodium sulfosuccinate, dioctyl sodium sulfosuccinate) (NaOS(O) 2 CH(COOCH 2 CH(C 2 H 5 )C 4 H 9 )CH 2 (COOCH 2 CH(C 2 H 5 )C 4 H 9 ), thiourea (H 2 NC(S)NH 2 ) These sulfur-containing compounds are water-soluble Among them, saccharin and thiourea are preferable because they are excellent in assisting the autolysis inhibition of hydrazine, are readily available, and are inexpensive.
上記硫黄含有化合物によるヒドラジンの自己分解抑制補助剤や、ニッケル粒子同士の連結抑制剤としての作用については、以下のように推測できる。すなわち、硫黄含有化合物は、分子内のスルフィド基(-S-)、スルホニル基(-S(=O)2-)、スルホン酸基(-S(=O)2-O-)、チオケトン基(-C(=S)-)がニッケル粒子のニッケル表面に分子間力により吸着するが、それ単独では、前述したアミン化合物分子のようにニッケル晶析粉を覆って保護する作用が大きくならない。一方で、アミン化合物と硫黄含有化合物を併用すると、アミン化合物分子がニッケル晶析粉の表面に強く吸着して覆い保護する際に、アミン化合物分子同士では完全に覆いきれない微小な領域が生じる可能性が高いが、その部分を硫黄含有化合物分子が吸着により補助的に覆うことで、反応液中のヒドラジン分子とニッケル晶析粉との接触がより効果的に妨げられ、さらにはニッケル晶析粉同志の合体もより強力に防止できて、上記作用が発現しているというものである。 The action of the sulfur-containing compound as an auxiliary agent for suppressing self-decomposition of hydrazine and as an agent for suppressing coupling between nickel particles can be presumed as follows. That is, the sulfur-containing compound has intramolecular sulfide group (-S-), sulfonyl group (-S(=O) 2 -), sulfonic acid group (-S(=O) 2 -O-), thioketone group ( -C(=S)-) is adsorbed on the nickel surface of the nickel particles by intermolecular force, but by itself, it does not increase the effect of covering and protecting the nickel crystallized powder like the amine compound molecules described above. On the other hand, when an amine compound and a sulfur-containing compound are used together, when the amine compound molecules strongly adsorb to the surface of the nickel crystallized powder and cover and protect it, a minute area that cannot be completely covered by the amine compound molecules may occur. However, since the sulfur-containing compound molecules cover the part by adsorption, the contact between the hydrazine molecules in the reaction solution and the nickel crystal powder is more effectively prevented, and furthermore, the nickel crystal powder It is said that it is possible to prevent the coalescence of comrades more strongly, and the above action is manifested.
ここで、反応液中の上記硫黄含有化合物とニッケルの割合[モル%]((硫黄含有化合物のモル数/ニッケルのモル数)×100)は、0.01モル%~5モル%の範囲、好ましくは0.03モル%~2モル%、より好ましくは0.05モル%~1モル%の範囲がよい。上記割合が0.01モル%未満だと、上記硫黄含有化合物が少なすぎて、ヒドラジンの自己分解抑制補助剤やニッケル粒子同士の連結抑制剤の各作用が得られなくなるおそれがある。一方で、上記割合が5モル%を超えても上記各作用の向上は見られないため、単に硫黄含有化合物の使用量が増加するだけであり、薬剤コストが上昇すると同時に、反応液に有機成分の配合量が増大して晶析工程の反応廃液の化学的酸素要求量(COD)が上昇するため廃液処理コスト増大を生じる。 Here, the ratio [mol%] of the sulfur-containing compound and nickel in the reaction solution ((number of moles of sulfur-containing compound/number of moles of nickel) × 100) is in the range of 0.01 mol% to 5 mol%, The range is preferably 0.03 mol % to 2 mol %, more preferably 0.05 mol % to 1 mol %. If the above ratio is less than 0.01 mol %, the amount of the sulfur-containing compound is too small, and there is a risk that the effects of the auxiliary agent for suppressing self-decomposition of hydrazine and the agent for suppressing linking between nickel particles cannot be obtained. On the other hand, even if the above ratio exceeds 5 mol %, the above effects are not improved, so the amount of the sulfur-containing compound used is simply increased, which increases the chemical cost and at the same time adds organic components to the reaction solution. increases the chemical oxygen demand (COD) of the reaction waste liquid in the crystallization process, resulting in an increase in waste liquid treatment costs.
(g)その他の含有物
晶析工程の反応液中には、上記に加え、分散剤、錯化剤、消泡剤などの各種添加剤を含有させてもよい。例えば、分散剤や錯化剤は、適切なものを適正量用いれば、ニッケル晶析粉の粒状性(球状性)やニッケル晶析粉の粒子表面平滑性を改善することや、粗大粒子を低減することが可能になる場合がある。また、消泡剤も、適切なものを適正量用いれば、晶析反応で生じる窒素ガス(後述の式(2)~式(4)参照)に起因する晶析工程での発泡を抑制することで、例えば反応液が容器からあふれてしまうことを防止することが可能となる。分散剤としては、公知の物質を用いることができ、例えば、アラニン(CH3CH(COOH)NH2)、グリシン(H2NCH2COOH)、トリエタノールアミン(N(C2H4OH)3)、ジエタノールアミン(別名:イミノジエタノール)(NH(C2H4OH)2)などが挙げられる。また、錯化剤としては、公知の物質を用いることができ、ヒドロキシカルボン酸、カルボン酸(少なくとも一つのカルボキシル基を含む有機酸)、ヒドロキシカルボン酸塩やヒドロキシカルボン酸誘導体、カルボン酸塩やカルボン酸誘導体、具体的には、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸、蟻酸、酢酸、ピルビン酸、およびそれらの塩や誘導体などが挙げられる。さらに、消泡剤としては、アルカリ性条件下において破泡性に優れたものであれば、特に限定されず、オイル型や溶剤型のシリコーン系またはノンシリコーン系の消泡剤を用いることができる。
(g) Other Contents In addition to the above, various additives such as a dispersant, a complexing agent, and an antifoaming agent may be added to the reaction liquid in the crystallization step. For example, dispersing agents and complexing agents can improve the granularity (sphericity) of nickel crystallized powder, improve the surface smoothness of nickel crystallized powder, and reduce coarse particles if they are used in an appropriate amount. it may be possible to Also, if an appropriate antifoaming agent is used in an appropriate amount, foaming in the crystallization process caused by the nitrogen gas generated in the crystallization reaction (see formulas (2) to (4) below) can be suppressed. Thus, for example, it is possible to prevent the reaction liquid from overflowing from the container. As the dispersant, known substances can be used, for example, alanine (CH 3 CH(COOH)NH 2 ), glycine (H 2 NCH 2 COOH), triethanolamine (N(C 2 H 4 OH) 3 ), diethanolamine (another name: iminodiethanol) (NH(C 2 H 4 OH) 2 ), and the like. As the complexing agent, known substances can be used, and hydroxycarboxylic acids, carboxylic acids (organic acids containing at least one carboxyl group), hydroxycarboxylic acid salts and hydroxycarboxylic acid derivatives, carboxylic acid salts and carboxylic acid derivatives. Acid derivatives, specifically tartaric acid, citric acid, malic acid, ascorbic acid, formic acid, acetic acid, pyruvic acid, and salts and derivatives thereof. Further, the antifoaming agent is not particularly limited as long as it has excellent foam breakability under alkaline conditions, and an oil-type or solvent-type silicone or non-silicone antifoaming agent can be used.
(1-2.晶析反応の手順(晶析手順))
晶析工程では、少なくとも水溶性ニッケル塩とニッケルよりも貴な金属の塩を水に溶解させたニッケル塩溶液と、還元剤(例えばヒドラジン)を水に溶解させた還元剤溶液と、および水酸化アルカリを水に溶解させた水酸化アルカリ溶液を用意し、これらを添加混合させて反応液を調合する。そして、還元反応により、この反応液中でニッケル粒子を晶析させてニッケル晶析粉を得る晶析反応を行う。なお、必要に応じて添加するアミン化合物や硫黄含有化合物は、反応液を調合する前に上記いずれかの溶液またはそれらを混合させた液に添加混合させるか、反応液を調合してから反応液に添加混合させることができる。なお、室温環境下では、反応液が調合された時点で還元反応が開始される。
(1-2. Procedure of crystallization reaction (crystallization procedure))
In the crystallization step, a nickel salt solution in which at least a water-soluble nickel salt and a salt of a metal nobler than nickel are dissolved in water, a reducing agent solution in which a reducing agent (for example, hydrazine) is dissolved in water, and hydroxylation An alkali hydroxide solution is prepared by dissolving an alkali in water, and these are added and mixed to prepare a reaction solution. Then, a crystallization reaction for obtaining crystallized nickel powder by crystallizing nickel particles in the reaction liquid is performed by a reduction reaction. The amine compound and sulfur-containing compound to be added as necessary are added and mixed with any of the above solutions or a mixture thereof before preparing the reaction solution, or after preparing the reaction solution. can be added and mixed. In addition, in a room temperature environment, the reduction reaction starts when the reaction solution is prepared.
ここで、具体的な晶析手順としては、被還元物であるニッケル塩とニッケルよりも貴な金属の塩を含むニッケル塩溶液に、還元剤溶液と水酸化アルカリ溶液をあらかじめ混合して得られる還元剤(例えばヒドラジン)と水酸化アルカリを含む還元剤・水酸化アルカリ溶液を添加混合して反応液を調合する手順と、上記ニッケル塩溶液に還元剤溶液(例えばヒドラジン溶液)を添加混合して得られるニッケル塩・還元剤溶液に、水酸化アルカリ溶液を添加混合して反応液を調合する手順の2種類が挙げられる。前者は、水酸化アルカリによりアルカリ性が高く還元力を高めた還元剤(例えばヒドラジン)を被還元物を含むニッケル塩溶液に添加混合するのに対し、後者は還元剤(例えばヒドラジン)を被還元物を含むニッケル塩溶液にあらかじめ混合させておいてから、水酸化アルカリによりpHを調整(上昇)して還元力を高める違いがある。 Here, as a specific crystallization procedure, a reducing agent solution and an alkali hydroxide solution are mixed in advance with a nickel salt solution containing a nickel salt to be reduced and a salt of a metal nobler than nickel. A procedure of adding and mixing a reducing agent (e.g. hydrazine) and a reducing agent/alkali hydroxide solution containing alkali hydroxide to prepare a reaction solution, and adding and mixing a reducing agent solution (e.g. hydrazine solution) to the nickel salt solution. There are two methods of preparing a reaction solution by adding and mixing an alkali hydroxide solution to the resulting nickel salt/reducing agent solution. In the former, a reducing agent (e.g., hydrazine) that is highly alkaline and has enhanced reducing power due to alkali hydroxide is added to and mixed with a nickel salt solution containing the substance to be reduced. There is a difference in that the pH is adjusted (increased) with alkali hydroxide to increase the reducing power after being mixed in advance with a nickel salt solution containing
前者の場合(ニッケル塩溶液と、還元剤・水酸化アルカリ溶液を添加混合する場合)は、反応液が調合された時点、すなわち還元反応が開始する時点での温度(以降、反応開始温度とすることもある)にもよるが、ニッケル塩溶液(ニッケル塩とニッケルより貴な金属の塩を含む溶液)と水酸化アルカリによりアルカリ性を高くして還元力を高めた還元剤・水酸化アルカリ溶液の添加混合に要する時間(以降、原料混合時間とすることもある)が長くなると、添加混合の途中の段階から、ニッケル塩溶液と還元剤・水酸化アルカリ溶液の添加混合領域の局所においてアルカリ性が上昇してヒドラジンの還元力が高まり、核剤であるニッケルよりも貴な金属の塩に起因した核発生が生じてしまう。したがって、原料混合時間の終盤になるほど、添加された核剤の核発生作用が弱まるという核発生の原料混合時間依存性が大きくなってしまい、ニッケル晶析粉を微細化したり、狭い粒度分布を得ることが困難になるという傾向がある。この傾向は、弱酸性のニッケル塩溶液にアルカリ性の還元剤・水酸化アルカリ溶液を添加混合する場合により顕著である。上記傾向は、原料の混合時間が短いほど抑制できるため、短時間の混合が望ましいが、量産設備面の制約などを考慮すると、原料の混合時間は、好ましくは10秒~180秒、より好ましくは20秒~120秒、さらに好ましくは30秒~80秒がよい。 In the former case (when the nickel salt solution and the reducing agent/alkali hydroxide solution are added and mixed), the temperature at the time the reaction solution is prepared, that is, at the time the reduction reaction starts (hereinafter referred to as the reaction start temperature Nickel salt solution (solution containing nickel salt and a salt of a metal nobler than nickel) and alkali hydroxide to increase the alkalinity and reduce power of the reducing agent/alkali hydroxide solution When the time required for addition and mixing (hereinafter sometimes referred to as the raw material mixing time) becomes longer, the alkalinity increases locally in the addition and mixing region of the nickel salt solution and the reducing agent/alkali hydroxide solution from the middle of the addition and mixing. As a result, the reducing power of hydrazine increases, and nuclei are generated due to salts of metals nobler than nickel, which is the nucleating agent. Therefore, toward the end of the raw material mixing time, the nucleation effect of the added nucleating agent weakens, and the dependence of nucleation on the raw material mixing time increases. tend to be difficult. This tendency is more pronounced when an alkaline reducing agent/alkali hydroxide solution is added to and mixed with a weakly acidic nickel salt solution. Since the above tendency can be suppressed as the mixing time of the raw materials is shortened, it is desirable to mix for a short period of time. 20 seconds to 120 seconds, more preferably 30 seconds to 80 seconds.
一方、後者の場合(ニッケル塩溶液と還元剤溶液を添加混合させたニッケル塩・還元剤溶液に、水酸化アルカリ溶液を添加混合する場合)は、ニッケル塩とニッケルよりも貴な金属の塩と還元剤を含むニッケル塩・還元剤溶液中では還元剤のヒドラジンが予め添加混合されて均一濃度となっている。そのため、水酸化アルカリ溶液を添加混合する際に生じる核発生の、水酸化アルカリの原料混合時間依存性は、前者の場合ほど大きくならず、ニッケル晶析粉を微細化したり、狭い粒度分布を得ることが容易となるという特徴がある。ただし、前者の場合と同様の理由で、水酸化アルカリ溶液の混合時間は短時間であるが望ましく、量産設備面の制約などを考慮すると、かかる混合時間は、好ましくは10秒~180秒、より好ましくは20秒~120秒、さらに好ましくは30秒~80秒がよい。 On the other hand, in the latter case (when an alkali hydroxide solution is added and mixed with a nickel salt/reducing agent solution obtained by adding and mixing a nickel salt solution and a reducing agent solution), a nickel salt and a salt of a metal nobler than nickel are mixed. In the nickel salt/reducing agent solution containing the reducing agent, hydrazine as the reducing agent is added and mixed in advance so as to have a uniform concentration. Therefore, the dependence of the raw material mixing time of the alkali hydroxide on the nucleus generation that occurs when adding and mixing the alkali hydroxide solution is not as large as in the former case, and the nickel crystallized powder can be made finer and a narrow particle size distribution can be obtained. It is characterized by the fact that it is easy to However, for the same reason as the former case, the mixing time of the alkali hydroxide solution is preferably short, and considering the restrictions on mass production equipment, the mixing time is preferably 10 seconds to 180 seconds, or more. It is preferably 20 to 120 seconds, more preferably 30 to 80 seconds.
本発明のアミン化合物や硫黄含有化合物の添加混合についても、上述の通り、反応液が調合される前に反応液にあらかじめ配合しておく手順と、反応液が調合されて還元反応開始以降に添加混合される手順の2種類が挙げられる。 Regarding the addition and mixing of the amine compound and the sulfur-containing compound of the present invention, as described above, the procedure of preliminarily blending the reaction solution before the reaction solution is prepared, and the addition after the reaction solution is prepared and the reduction reaction is started. There are two types of mixed procedures.
前者の場合(反応液が調合される前に反応液にあらかじめ配合する場合)は、反応液に予めアミン化合物や硫黄含有化合物を配合しておくため、ニッケルよりも貴な金属の塩(核剤)に起因した核発生の開始時点から、アミン化合物や硫黄含有化合物の各種作用が発現するという利点がある。一方で、アミン化合物や硫黄含有化合物の有する吸着などのニッケル粒子表面との相互作用が核発生に関与して、得られるニッケル晶析粉の粒径や粒度分布に影響を及ぼす可能性がある。 In the former case (when the reaction solution is mixed in advance before the reaction solution is prepared), an amine compound or a sulfur-containing compound is added to the reaction solution in advance, so a salt of a metal nobler than nickel (nucleating agent) is used. ), there is an advantage that various actions of the amine compound and the sulfur-containing compound are exhibited from the start of nucleation caused by ). On the other hand, interactions with nickel particle surfaces, such as adsorption of amine compounds and sulfur-containing compounds, may be involved in nucleation and affect the particle size and particle size distribution of the resulting nickel crystallized powder.
逆に後者の場合(反応液が調合されて還元反応開始以降に添加混合する場合)は、核剤に起因した核発生が生じる晶析工程の極初期段階を経た後に、アミン化合物や硫黄含有化合物を反応液に添加混合する。そのため、上記説明したアミン化合物や硫黄含有化合物の作用が幾分遅れるものの、アミン化合物や硫黄含有化合物の核発生への関与がなくなるため、得られるニッケル晶析粉の粒径や粒度分布がアミン化合物や硫黄含有化合物によって影響を受けにくくなり、それらを制御しやすくなる利点がある。ここで、この手順でのアミン化合物や硫黄含有化合物の反応液への添加混合における混合時間は、数秒以内に一気に添加してもよいし、数分間~30分間程度にわたり分割添加や滴下添加してもよい。なお、上述のように、アミン化合物には、還元反応促進剤(錯化剤)としての作用がある。そのため、ゆっくり添加する方が結晶成長をゆっくりと進行させてニッケル晶析粉が高結晶性となるが、ヒドラジンの自己分解抑制も徐々に作用することとなり、ヒドラジン消費量の低減効果は減少するため、上記混合時間は、これら両者のバランスをみながら適宜決定すればよい。なお、前者の手順におけるアミン化合物や硫黄含有化合物の添加混合タイミングについては、目的に応じ総合的に判断して適宜選択することができる。 Conversely, in the latter case (when the reaction solution is added and mixed after the start of the reduction reaction), after passing through the very initial stage of the crystallization process in which nucleation due to the nucleating agent occurs, the amine compound or sulfur-containing compound is added to the reaction solution and mixed. Therefore, although the action of the above-described amine compound and sulfur-containing compound is somewhat delayed, since the amine compound and sulfur-containing compound do not participate in nucleation, the particle size and particle size distribution of the obtained nickel crystallization powder are different from those of the amine compound. and sulfur-containing compounds, making them easier to control. Here, the mixing time for adding and mixing the amine compound and the sulfur-containing compound to the reaction solution in this procedure may be added at once within a few seconds, or may be added in portions or added dropwise over a period of about several minutes to 30 minutes. good too. As described above, the amine compound acts as a reduction reaction accelerator (complexing agent). For this reason, the slower the addition, the slower the crystal growth and the higher the crystallinity of the nickel crystallized powder, but the gradual suppression of hydrazine self-decomposition also reduces the effect of reducing hydrazine consumption. , the above-mentioned mixing time may be appropriately determined while considering the balance between the two. The timing of addition and mixing of the amine compound and the sulfur-containing compound in the former procedure can be comprehensively judged according to the purpose and appropriately selected.
ニッケル塩溶液と還元剤・水酸化アルカリ溶液の添加混合や、ニッケル塩溶液と還元剤溶液の添加混合や、ニッケル塩・還元剤溶液への水酸化アルカリ溶液の添加混合は、溶液を撹拌しながら混合する撹拌混合が好ましい。撹拌混合性がよいと、核発生の場所によるが不均一が低下し、かつ、前述したような核発生の原料混合時間依存性や水酸化アルカリ混合時間依存性が低下するため、ニッケル晶析粉を微細化したり、狭い粒度分布を得ることが容易となる。撹拌混合の方法は、公知の方法を用いればよく、撹拌混合性の制御や設備コストの面から撹拌羽根を用いることが好ましい。 The addition and mixing of the nickel salt solution and the reducing agent/alkali hydroxide solution, the addition and mixing of the nickel salt solution and the reducing agent solution, and the addition and mixing of the alkali hydroxide solution to the nickel salt/reducing agent solution are carried out while stirring the solution. Agitation to mix is preferred. If the stirring and mixing property is good, the non-uniformity is reduced, depending on the location of nucleation, and the dependence of the nucleation on the raw material mixing time and the alkali hydroxide mixing time as described above is reduced. It becomes easy to refine the particles and obtain a narrow particle size distribution. A well-known method may be used for stirring and mixing, and it is preferable to use a stirring blade from the viewpoint of stirring and mixing property control and facility cost.
(1-3.晶析反応(還元反応、ヒドラジン自己分解反応))
晶析工程では、反応液中において、水酸化アルカリとニッケルよりも貴な金属の塩の共存下でニッケル塩をヒドラジンで還元することにより、ニッケル晶析粉を得ている。また必要に応じて、極微量の特定のアミン化合物や硫黄含有化合物の作用で、ヒドラジンの自己分解を大幅に抑制して、還元反応させることができる。
(1-3. Crystallization reaction (reduction reaction, hydrazine autolysis reaction))
In the crystallization step, crystallized nickel powder is obtained by reducing a nickel salt with hydrazine in the presence of an alkali hydroxide and a salt of a metal nobler than nickel in a reaction solution. In addition, if necessary, the action of a very small amount of a specific amine compound or sulfur-containing compound can significantly suppress the self-decomposition of hydrazine to cause a reductive reaction.
まず、晶析工程における還元反応について説明する。ニッケルイオン(Ni2+)が晶析してニッケル(Ni)となる場合の反応は、下記の式(1)の2電子反応である。また、ヒドラジン(N2H4)の反応は、前述の下記の式(2)の4電子反応である。例えば、上述のように、ニッケル塩として塩化ニッケル(NiCl2)、水酸化アルカリとして水酸化ナトリウム(NaOH)を用いた場合には、還元反応全体は下記の式(3)のように、塩化ニッケルと水酸化ナトリウムの中和反応で生じた水酸化ニッケル(Ni(OH)2)がヒドラジンで還元される反応で表され、化学量論的には(理論値としては)、ニッケル(Ni)1モルに対し、ヒドラジン(N2H4)0.5モルが必要である。 First, the reduction reaction in the crystallization step will be described. The reaction in which nickel ions (Ni 2+ ) crystallize to form nickel (Ni) is a two-electron reaction represented by the following formula (1). Also, the reaction of hydrazine (N 2 H 4 ) is a four-electron reaction represented by the following formula (2). For example, as described above, when nickel chloride (NiCl 2 ) is used as the nickel salt and sodium hydroxide (NaOH) is used as the alkali hydroxide, the overall reduction reaction is represented by the following formula (3), nickel chloride and nickel hydroxide (Ni(OH) 2 ) produced by the neutralization reaction of sodium hydroxide is reduced by hydrazine. Stoichiometrically (as a theoretical value), nickel (Ni) 1 0.5 moles of hydrazine (N 2 H 4 ) are required per mole.
ここで、式(2)のヒドラジンの還元反応から、ヒドラジンはアルカリ性が強い程、その還元力が大きくなることが分かる。上記水酸化アルカリはアルカリ性を高めるpH調整剤として用いており、ヒドラジンの還元反応を促進する働きを担っている。 Here, from the reduction reaction of hydrazine in Formula (2), it can be seen that the stronger the alkalinity of hydrazine, the greater its reducing power. The above-mentioned alkali hydroxide is used as a pH adjuster for increasing alkalinity and has a function of promoting the reduction reaction of hydrazine.
[化2]
Ni2++2e-→Ni↓ (2電子反応) ・・・(1)
N2H4→N2↑+4H++4e- (4電子反応) ・・・(2)
2NiCl2+N2H4+4NaOH
→2Ni(OH)2+N2H4+4NaCl
→2Ni↓+N2↑+4NaCl+4H2O ・・・(3)
[Chemical 2]
Ni 2+ +2e − →Ni↓ (two-electron reaction) (1)
N 2 H 4 →N 2 ↑ +4H + +4e − (4-electron reaction) (2)
2NiCl2 + N2H4 + 4NaOH
→2Ni(OH) 2 + N2H4 + 4NaCl
→2Ni↓+ N2 ↑+4NaCl + 4H2O (3)
上述の通り、従来の晶析工程では、ニッケル晶析粉の活性な表面が触媒となって、下記の式(4)で示されるヒドラジンの自己分解反応が促進され、還元剤としてのヒドラジンが還元以外に大量に消費される場合があった。そのため、反応開始温度などの晶析条件にもよるが、例えば、ニッケル1モルに対しヒドラジン2モル程度と前述の還元に必要な理論値の4倍程度が一般的に用いられていた。さらに、式(4)に示すように、ヒドラジンの自己分解では多量のアンモニアが副生して、反応液中にアンモニアが高濃度で含有されて含窒素廃液を生じることとなる。このように、高価な薬剤であるヒドラジンの過剰量の使用や、含窒素廃液の処理コストの発生が、湿式法によるニッケル粉末(湿式ニッケル粉末)の製造コストを増加させる要因となっている。 As described above, in the conventional crystallization process, the active surface of the nickel crystallized powder acts as a catalyst to promote the self-decomposition reaction of hydrazine represented by the following formula (4), and hydrazine as a reducing agent is reduced. Others were consumed in large quantities. Therefore, depending on the crystallization conditions such as the reaction initiation temperature, for example, about 2 mols of hydrazine per 1 mol of nickel, which is about 4 times the theoretical value required for the reduction, was generally used. Furthermore, as shown in formula (4), a large amount of ammonia is by-produced in the autolysis of hydrazine, and a high concentration of ammonia is contained in the reaction solution, resulting in a nitrogen-containing waste liquid. Thus, the use of an excessive amount of hydrazine, which is an expensive chemical, and the cost of treating the nitrogen-containing waste liquid are factors that increase the cost of producing nickel powder by the wet method (wet nickel powder).
[化3]
3N2H4→N2↑+4NH3 ・・・(4)
[Chemical 3]
3N 2 H 4 →N 2 ↑ +4NH 3 (4)
本発明の湿式ニッケル粉末の製造方法では、極微量の特定のアミン化合物や硫黄含有化合物を反応液に加えて、ヒドラジンの自己分解反応を著しく抑制し、薬剤として高価なヒドラジンの使用量を大幅に削減することが好ましい。上記特定のアミン化合物がヒドラジンの自己分解を抑制することができるのは、(I)上記特定のアミン化合物や硫黄含有化合物の分子が、反応液中のニッケル晶析粉の表面に吸着し、ニッケル晶析粉の活性な表面とヒドラジン分子との接触を物理的に妨害している、(II)特定のアミン化合物や硫黄含有化合物の分子がニッケル晶析粉の表面に作用し、表面の触媒活性を不活性化している、などが考えられる。 In the wet nickel powder production method of the present invention, a very small amount of a specific amine compound or a sulfur-containing compound is added to the reaction solution to significantly suppress the self-decomposition reaction of hydrazine and significantly reduce the amount of hydrazine, which is expensive as a chemical. Reduction is preferred. The specific amine compound can suppress the self-decomposition of hydrazine because (I) the molecules of the specific amine compound and sulfur-containing compound are adsorbed on the surface of the nickel crystallization powder in the reaction solution, and nickel (II) Molecules of specific amine compounds and sulfur-containing compounds, which physically interfere with the contact between the active surface of the crystallized powder and the hydrazine molecules, act on the surface of the nickel crystallized powder, reducing the catalytic activity of the surface. is inactivated.
なお、従来の湿式法での晶析工程では、還元反応時間(晶析反応時間)を実用的な範囲にまで短縮するために、酒石酸やクエン酸などのニッケルイオン(Ni2+)と錯イオンを形成してイオン状ニッケル濃度を高める錯化剤を還元反応促進剤として用いるのが一般的である。しかしながら、これら酒石酸やクエン酸などの錯化剤は、上記特定のアミン化合物や硫黄含有化合物のようなヒドラジンの自己分解抑制剤の作用は有していない。 In the crystallization process of the conventional wet method, nickel ions (Ni 2+ ) such as tartaric acid and citric acid and complex ions are added in order to shorten the reduction reaction time (crystallization reaction time) to a practical range. A complexing agent that forms to increase the concentration of ionic nickel is generally used as a reduction accelerator. However, these complexing agents such as tartaric acid and citric acid do not have the action of hydrazine self-decomposition inhibitors such as the above-mentioned specific amine compounds and sulfur-containing compounds.
一方で、上記特定のアミン化合物は、酒石酸やクエン酸などと同様に錯化剤としても働き、ヒドラジンの自己分解抑制剤と還元反応促進剤の作用を兼ね備える利点を有している。 On the other hand, the above-mentioned specific amine compound also functions as a complexing agent like tartaric acid, citric acid, etc., and has the advantage of acting both as a hydrazine self-decomposition inhibitor and as a reduction reaction accelerator.
(1-4.晶析条件(反応開始温度))
晶析工程の晶析反応は、例えば、少なくとも水溶性ニッケル塩、ニッケルよりも貴な金属の塩を含む溶液(ニッケル塩溶液)に、還元剤(例えばヒドラジン)と水酸化アルカリを含む溶液(還元剤・水酸化アルカリ溶液)を添加混合させた反応液において開始する。この場合において、晶析反応の反応開始温度が、40℃~95℃とすることが好ましく、50℃~80℃とすることがより好ましく、60℃~70℃とすることがさらに好ましい。なお、上記ニッケル塩溶液と還元剤・水酸化アルカリ溶液のそれぞれ温度は、それらを予備混合して得られる混合液の温度、すなわち反応開始温度が上記温度範囲になれば特に制約はなく、自由に設定することができる。
(1-4. Crystallization conditions (reaction initiation temperature))
In the crystallization reaction in the crystallization step, for example, a solution (nickel salt solution) containing at least a water-soluble nickel salt and a salt of a metal nobler than nickel is added to a solution containing a reducing agent (such as hydrazine) and an alkali hydroxide (reduction It starts with a reaction solution in which an agent and an alkali hydroxide solution) are added and mixed. In this case, the reaction initiation temperature of the crystallization reaction is preferably 40°C to 95°C, more preferably 50°C to 80°C, even more preferably 60°C to 70°C. The temperatures of the nickel salt solution and the reducing agent/alkali hydroxide solution are not particularly limited as long as the temperature of the mixed solution obtained by premixing them, that is, the reaction initiation temperature is within the above temperature range. can be set.
反応開始温度は、高いほど還元反応は促進され、かつニッケル晶析粉は高結晶化する傾向にあるが、一方で、ヒドラジンの自己分解反応がそれ以上に促進される側面があるため、ヒドラジンの消費量が増加するとともに、反応液の発泡が激しくなる傾向がある。したがって、反応開始温度が高すぎると、ヒドラジンの消費量が大幅に増加したり、多量の発泡で晶析反応を継続できなくなる場合がある。一方で、反応開始温度が低くなり過ぎると、ニッケル晶析粉の結晶性が著しく低下したり、還元反応が遅くなって晶析工程の時間が大幅に延長してニッケル粉末の生産性が低下する傾向がある。以上の理由から、上記温度範囲にすることで、ヒドラジン消費量を抑制しながら、高い生産性を維持しつつ、高性能のニッケル粉末を安価に製造することができる。 The higher the reaction initiation temperature, the more the reduction reaction is accelerated, and the nickel crystallized powder tends to be highly crystallized. As the consumption increases, the foaming of the reaction liquid tends to increase. Therefore, if the reaction initiation temperature is too high, hydrazine consumption may increase significantly, or the crystallization reaction may not be continued due to a large amount of foaming. On the other hand, if the reaction start temperature is too low, the crystallinity of the crystallized nickel powder will be significantly reduced, or the reduction reaction will be slowed down, resulting in a significant extension of the crystallization process time and a decrease in the productivity of the nickel powder. Tend. For the above reasons, by setting the temperature within the above range, high-performance nickel powder can be produced at low cost while suppressing hydrazine consumption and maintaining high productivity.
なお、晶析工程は、本発明の製造方法において必須の工程ではなく、水溶性ニッケル塩、ニッケルよりも貴な金属の金属塩、ヒドラジン、水酸化アルカリおよび水を含む反応液中において、ヒドラジンによる還元反応で水溶性ニッケル塩を晶析させて得られるニッケル晶析粉を購入する等により入手してこれをスラリー化したり、晶析工程後のニッケル晶析粉のスラリーを購入する等により入手して、後述する湿式解砕工程を行っても良い。 The crystallization step is not an essential step in the production method of the present invention. A nickel crystal powder obtained by crystallizing a water-soluble nickel salt in a reduction reaction is obtained by purchasing the nickel crystal powder and making it into a slurry, or a slurry of the nickel crystal powder obtained after the crystallization process is purchased. Then, a wet crushing step, which will be described later, may be performed.
また、晶析工程により得られたニッケル晶析粉のスラリーや、入手したニッケル晶析粉のスラリーにおいて、ニッケル晶析粉の数平均粒径は、MLCCの材料として用いられることを考慮すると、0.03μm~0.15μmであることが好ましい。 In addition, in the slurry of the crystallized nickel powder obtained in the crystallization step and the slurry of the obtained nickel crystallized powder, the number average particle diameter of the nickel crystallized powder is 0, considering that it is used as a material for MLCC. It is preferably between 0.03 μm and 0.15 μm.
(2.湿式解砕工程)
上述のヒドラジンによる還元反応で反応液中に生成したニッケル晶析粉は、粗大粒子の含有量を少なくおさえられるものの、粗大粒子を極限まで低減したい場合や、晶析手順や晶析条件によっては、晶析中に生じる粒子同士の連結による粗大粒子の含有割合が幾分大きくなって、問題になる場合においては、湿式解砕工程を設け、ニッケル粒子が連結した粗大粒子をその連結部で分断して粗大粒子の低減を図る必要がある。解砕工程としては、前述のとおり、平均粒径0.15μm以下のニッケル粉末に対する乾式解砕方法の適用は難しいため、超高圧に加圧したスラリー上の原料を高速で噴射・衝突させて解砕を行う高圧流体衝突解砕処理や音速を超える気体流に原料スラリーを供給して衝突により解砕を行う超音速液滴衝突分散法などの湿式解砕方法やその他の汎用の解砕方法を適用するとよい。具体的な湿式微粒化装置としては、高圧流体衝突解砕処理に用いるスターバーストや超音速液滴衝突分散法に用いるG-smasherなどが挙げられる。また、湿式解砕工程前のニッケル晶析粉を、前述の通り、必要に応じて、メルカプト化合物やジスルフィド化合物などの硫黄化合物で硫黄コート処理を施した後、純水(導電率:≦1μS/cm)等の高純度の水で十分に洗浄することにより、残存する未反応物や不純物等を除去してもよい。湿式解砕工程に用いるスラリーは、スラリー中の溶存酸素によるニッケルの酸化を抑制するため、ニッケル濃度が、13質量%以上、好ましくは17質量%以上、さらに好ましくは23質量%以上であることが望ましい。
(2. Wet crushing process)
Although the content of coarse particles in the nickel crystallization powder produced in the reaction solution by the above reduction reaction with hydrazine can be kept low, if it is desired to reduce coarse particles to the limit, or depending on the crystallization procedure and crystallization conditions, If the content of coarse particles increases somewhat due to the connection of particles during crystallization and becomes a problem, a wet pulverization step is provided, and the coarse particles to which the nickel particles are connected are divided at the connection portion. It is necessary to reduce coarse particles by As for the crushing process, as described above, it is difficult to apply the dry crushing method to nickel powder with an average particle size of 0.15 μm or less, so the raw material on the slurry pressurized to an ultrahigh pressure is jetted and collided at high speed to break it. Wet crushing methods such as high-pressure fluid impingement crushing, supersonic droplet collision dispersal, and other general-purpose crushing methods, in which raw material slurry is supplied to a gas stream exceeding the speed of sound and crushed by collision. should be applied. Specific examples of wet atomization devices include starburst used for high-pressure fluid collision pulverization and G-smasher used for supersonic droplet collision dispersion. In addition, as described above, the nickel crystallized powder before the wet pulverization step is subjected to a sulfur coating treatment with a sulfur compound such as a mercapto compound or a disulfide compound, if necessary, and then pure water (conductivity: ≤ 1 μS / cm) or other high-purity water to remove remaining unreacted substances, impurities, and the like. The slurry used in the wet crushing step has a nickel concentration of 13% by mass or more, preferably 17% by mass or more, and more preferably 23% by mass or more in order to suppress oxidation of nickel due to dissolved oxygen in the slurry. desirable.
(3.溶媒置換工程)
溶媒置換工程は、ニッケル粉スラリーの溶媒を水溶性有機溶剤に置換することで、スラリー中に含まれる水分を水溶性有機溶剤へ置換する工程である。置換方法は、デカンテーションとニッケル粉を水溶性有機溶剤を含む溶媒で希釈することの繰返しや、後工程の固液分離設備を用いるなど、公知の手順で行えばよい。
(3. Solvent replacement step)
The solvent replacement step is a step of replacing the water contained in the slurry with the water-soluble organic solvent by replacing the solvent of the nickel powder slurry with the water-soluble organic solvent. The replacement method may be carried out by a known procedure such as repeating decantation and diluting the nickel powder with a solvent containing a water-soluble organic solvent, or using solid-liquid separation equipment in the post-process.
ニッケル晶析粉を、水分を含んだ状態のニッケル粉ケーキのままで乾燥すると、水分の高い表面張力(約73mN/m;20℃)に起因してニッケル晶析粉が乾燥凝集を起こして粗大粒子が増大し、さらには、ニッケル粉ケーキがそのハンドリング中に空気と触れてニッケル晶析粉が酸化され水酸化ニッケル含有粗大粒子が形成されやすくなって、粗大粒子の増加だけでなく湿式ニッケル粉末の分散性の低下を招くおそれがある。そこで、溶媒置換によってニッケル粉ケーキに含まれる水分を水溶性有機溶剤で希釈し、後工程である固液分離工程により水分を含む水溶性有機溶剤をろ別・除去して、主に水溶性有機溶剤を含むニッケル粉ケーキとすることで、ニッケル粉ケーキから水分をほとんど除去することができる。 When the crystallized nickel powder is dried as it is as a nickel powder cake containing water, the crystallized nickel powder causes dry agglomeration due to the high surface tension of the water (approximately 73 mN/m; 20°C) and becomes coarse. In addition, the nickel powder cake comes into contact with air during its handling, oxidizing the nickel crystallization powder and facilitating the formation of nickel hydroxide-containing coarse particles. may lead to a decrease in the dispersibility of the Therefore, the water contained in the nickel powder cake is diluted with a water-soluble organic solvent by solvent replacement, and the water-soluble organic solvent containing water is filtered and removed in the solid-liquid separation process, which is a post-process. By forming a nickel powder cake containing a solvent, most of the moisture can be removed from the nickel powder cake.
これにより、後工程として、主に水溶性有機溶剤を含むニッケル粉ケーキを乾燥させる乾燥工程において、ニッケル粉ケーキがほとんど水分を含まないため、水の高い表面張力に起因する乾燥凝集が抑制され、さらには、ニッケル晶析粉が空気と触れて酸化が進んだ場合でも、水酸化ニッケルが、水溶性有機溶剤液中では水酸化ニッケル粒子が複数のニッケル晶析粉を包み込むように成長しないため、水酸化ニッケル含有粗大粒子も抑制することができるため、粗大粒子の増加や湿式ニッケル粉末の分散性の低下を防止することができる。 As a result, in the subsequent drying step of drying the nickel powder cake mainly containing a water-soluble organic solvent, since the nickel powder cake contains almost no water, drying aggregation due to the high surface tension of water is suppressed, Furthermore, even when the crystallized nickel powder is exposed to air and oxidized, the nickel hydroxide does not grow in a water-soluble organic solvent so that the nickel hydroxide particles envelop a plurality of the crystallized nickel powder. Since nickel hydroxide-containing coarse particles can also be suppressed, it is possible to prevent an increase in coarse particles and a decrease in the dispersibility of the wet nickel powder.
このとき、水溶性有機溶剤の使用量を抑えるために、ニッケル粉ケーキを予め純水(導電率:≦1μS/cm)等の高純度の水で洗浄し、固液分離によって一定割合の水分を除去した上で水溶性有機溶剤での置換を行ってもよい。さらに、固液分離と水溶性有機溶剤での置換を複数回繰り返すことにより効率的に水を水溶性有機溶剤で置換できる。 At this time, in order to reduce the amount of water-soluble organic solvent used, the nickel powder cake is washed in advance with high-purity water such as pure water (conductivity: ≤ 1 μS / cm), and a certain percentage of water is removed by solid-liquid separation. After removal, replacement with a water-soluble organic solvent may be performed. Furthermore, water can be efficiently replaced with the water-soluble organic solvent by repeating the solid-liquid separation and replacement with the water-soluble organic solvent a plurality of times.
溶媒置換工程に用いる溶媒は、水溶性有機溶剤を90質量%以上、好ましくは95質量%以上含む溶媒であることが望ましい。溶媒中の水溶性有機溶剤の含有量が90質量%以上であることで、溶媒の表面張力を低い水準でおさえられ、水酸化ニッケル含有粗大粒子や乾燥凝集の抑制を効果的に発揮することができる。溶媒中の水溶性有機溶剤の純度が低くなると、水酸化ニッケル含有粗大粒子や乾燥凝集の抑制効果が不十分となるおそれがある。なお、溶媒置換工程に用いる溶媒は、水と水溶性有機溶剤成分から成る溶媒であってもよい。 The solvent used in the solvent replacement step is desirably a solvent containing 90% by mass or more, preferably 95% by mass or more of a water-soluble organic solvent. When the content of the water-soluble organic solvent in the solvent is 90% by mass or more, the surface tension of the solvent can be suppressed at a low level, and nickel hydroxide-containing coarse particles and dry aggregation can be effectively suppressed. can. If the purity of the water-soluble organic solvent in the solvent is low, the effect of suppressing nickel hydroxide-containing coarse particles and dry aggregation may be insufficient. The solvent used in the solvent replacement step may be a solvent composed of water and a water-soluble organic solvent component.
また、水溶性有機溶剤は沸点が50℃~120℃、好ましくは50℃~100℃、さらに好ましくは50℃~90℃であることが望ましい。沸点が50℃未満だと揮発性が高過ぎて取扱いが難しくなると同時に揮発引火の面で危険性が増すため好ましくなく、120℃を超えると、後工程である乾燥工程にて水溶性有機溶剤を揮発させることが困難となる。水溶性有機溶剤の沸点が高すぎると、乾燥工程に時間がかかり過ぎるため、乾燥効率が大幅に悪化し、コスト面で不利となる。 The water-soluble organic solvent should preferably have a boiling point of 50°C to 120°C, preferably 50°C to 100°C, more preferably 50°C to 90°C. If the boiling point is less than 50°C, the volatility is too high and it becomes difficult to handle, and at the same time, it is not preferable because the danger of volatile ignition increases. It becomes difficult to volatilize. If the boiling point of the water-soluble organic solvent is too high, the drying process will take too long, resulting in a significant deterioration in drying efficiency and a cost disadvantage.
水溶性有機溶剤に代えて、水溶性でない有機溶剤を用いると水との置換が困難となるため好ましくない。なお、水溶性有機溶剤によっては、水との共沸混合物をつくる場合があるが、このような水と水溶性有機溶剤との共沸混合物をつくる場合は、共沸混合物における水の濃度が30質量%未満、好ましくは20質量%未満、さらに好ましくは10質量%未満のものとすることが望ましい(例えば、水-エタノールの共沸混合物組成での水の濃度は4質量%)。比較的低温で揮発除去が可能な水溶性有機溶剤として、具体的には、水溶性で揮発除去が可能な、アセトン(沸点:56.5℃)や、メタノール(沸点:64.7℃)、エタノール(沸点:78.3℃)、1-プロパノール(別名称:n-プロピルアルコール)(沸点:97.2℃)、および2-プロパノール(別名称:イソプロピルアルコール)(沸点:82.4℃)、1,4-ジオキサン(沸点:102℃)、1,2-ジメトキシエタン(沸点:82℃)、テトラヒドロフラン(沸点:65℃)から選択される1種類以上の有期溶剤、またはそれらを主成分として含有する有機溶剤(例えば、各種変性アルコールなど)を用いることができる。これらの中でも、揮発性や安全性(有害性、引火性)を考慮するとアルコール系有機溶剤が好ましい。また、コスト面も考慮すると、エタノールを主成分とし、メタノール、イソプロピルアルコール、n-プロピルアルコール、水等を2種類以上含む混合溶剤である変性アルコールが最も好ましい。また、水溶性有機溶剤は、アルコール、ケトンまたはエーテルを主成分とする溶剤であることが好ましい。また、水溶性有機溶剤は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、アセトン、1,4-ジオキサン、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフランおよび変性アルコールのいずれかを含むことが好ましい。 It is not preferable to use a non-water-soluble organic solvent in place of the water-soluble organic solvent because it becomes difficult to replace the water with the organic solvent. Depending on the water-soluble organic solvent, an azeotropic mixture with water may be formed. It is desired to be less than 20% by weight, more preferably less than 10% by weight (for example, the concentration of water in a water-ethanol azeotrope composition is 4% by weight). Specific examples of water-soluble organic solvents that can be removed by volatilization at relatively low temperatures include acetone (boiling point: 56.5°C) and methanol (boiling point: 64.7°C), which are water-soluble and can be removed by volatilization. Ethanol (boiling point: 78.3°C), 1-propanol (also known as n-propyl alcohol) (boiling point: 97.2°C), and 2-propanol (also known as isopropyl alcohol) (boiling point: 82.4°C) , 1,4-dioxane (boiling point: 102° C.), 1,2-dimethoxyethane (boiling point: 82° C.), tetrahydrofuran (boiling point: 65° C.), or one or more temporary solvents selected from them, or containing them as main components Contained organic solvents (eg, various denatured alcohols, etc.) can be used. Among these, alcohol-based organic solvents are preferable in consideration of volatility and safety (harmfulness and flammability). In consideration of cost, denatured alcohol, which is a mixed solvent containing ethanol as a main component and two or more of methanol, isopropyl alcohol, n-propyl alcohol and water, is most preferable. Also, the water-soluble organic solvent is preferably a solvent containing alcohol, ketone or ether as a main component. Also, the water-soluble organic solvent preferably contains any one of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, acetone, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran and denatured alcohol.
(4.固液分離工程)
固液分離工程は、公知の手順を用いてニッケルスラリーを溶媒から分離してニッケル粉ケーキとすればよい。具体的な方法として、デンバーろ過器、フィルタープレス、遠心分離機、デカンターなどが挙げられるが、これらに限定されない。
(4. Solid-liquid separation step)
In the solid-liquid separation step, the nickel slurry may be separated from the solvent using known procedures to form a nickel powder cake. Specific methods include, but are not limited to, Denver filters, filter presses, centrifuges, decanters, and the like.
(5.乾燥工程)
乾燥工程は、固液分離工程後のニッケル粉ケーキを乾燥して湿式ニッケル粉末を得る工程である。具体的には、不活性ガス雰囲気乾燥機、真空乾燥機などの汎用の乾燥装置を用いて、乾燥温度を30℃~300℃、好ましくは50℃~200℃、さらに好ましくは80℃~150℃として所定時間乾燥することで、ニッケル粉ケーキ中の水分が除去されて乾燥したニッケル粉末が得られる。なお、不活性雰囲気、還元性雰囲気、または真空雰囲気中で200℃~300℃程度で乾燥した場合は、単なる乾燥に加え、熱処理を施した湿式ニッケル粉末を得ることが可能である。熱処理を施すことでニッケル粒子表面に形成される酸化被膜中の表面組成(例えば、ニッケルメタル、酸化ニッケル、および水酸化ニッケルの比率)を変えることができる。具体的には、酸化被膜中の酸化ニッケル割合の増加および水酸化ニッケル割合の減少が起きる。加えて、熱処理により結晶成長が進むことから、乾燥温度が高温であるほど結晶子径の大きな湿式ニッケル粉末が得られる。
(5. Drying process)
The drying step is a step of drying the nickel powder cake after the solid-liquid separation step to obtain wet nickel powder. Specifically, using a general-purpose drying apparatus such as an inert gas atmosphere dryer and a vacuum dryer, the drying temperature is set to 30°C to 300°C, preferably 50°C to 200°C, more preferably 80°C to 150°C. By drying the nickel powder cake for a predetermined time, moisture in the nickel powder cake is removed to obtain dried nickel powder. In the case of drying at about 200° C. to 300° C. in an inert atmosphere, a reducing atmosphere, or a vacuum atmosphere, it is possible to obtain a heat-treated wet nickel powder in addition to simple drying. The heat treatment can change the surface composition (for example, the ratio of nickel metal, nickel oxide, and nickel hydroxide) in the oxide film formed on the surface of the nickel particles. Specifically, the proportion of nickel oxide in the oxide film increases and the proportion of nickel hydroxide decreases. In addition, since the heat treatment promotes crystal growth, the higher the drying temperature, the larger the crystallite diameter of the wet nickel powder obtained.
以下、本発明について、実施例を用いてさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。なお、実施例において用いた評価項目およびその方法は、以下のとおりである。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below using examples, but the present invention is not limited to the following examples. The evaluation items and methods used in the examples are as follows.
(実施例1)
<湿式ニッケル粉末の製造>
[ニッケル塩およびニッケルよりも貴な金属の金属塩の溶液の調製]
塩化ニッケル六水和物(NiCl2・6H2O、分子量:237.69)を、100gのNi金属が1Lの純水中に存在するように溶解した水溶液(「100g-Ni/L水溶液」とする)と、ニッケルよりも貴な金属の金属塩として塩化パラジウム(II)アンモニウム(別名:テトラクロロパラジウム(II)酸アンモニウム)((NH4)2PdCl4、分 子量:284.31)を、1.2gのPd金属が1Lの純水中に存在するように溶解した水溶液(「1.2g-Pd/L水溶液」とする)を調製した。そして、100g-Ni/L水溶液1000mLと1.2g-Pd/L水溶液4.17mL、自己分解抑制補助剤としての硫黄含有化合物として分子内にスルフィド基(-S-)を1個含有するL-メチオニン(CH3SC2H4CH(NH2)COOH、分子量:149.21)1.27gを、純水881mLに溶解して、主成分としてニッケル塩と、硫黄含有化合物と、ニッケルより貴な金属の金属塩である核剤とを含有する水溶液であるニッケル塩核剤含有溶液を調製した。ここで、ニッケル塩核剤含有溶液において、スルフィド化合物であるL-メチオニンはニッケルに対してモル比で0.005(0.5モル%)と微量で、パラジウム(Pd)はニッケル(Ni)に対し50質量ppm(27.58モルppm)である。
(Example 1)
<Production of wet nickel powder>
[Preparation of solutions of nickel salts and metal salts of metals nobler than nickel]
Nickel chloride hexahydrate (NiCl 2 .6H 2 O, molecular weight: 237.69) was dissolved so that 100 g of Ni metal was present in 1 L of pure water (“100 g-Ni/L aqueous solution”). and palladium (II) ammonium chloride (also known as ammonium tetrachloropalladium (II)) ((NH 4 ) 2 PdCl 4 , molecular weight: 284.31) as a metal salt of a metal nobler than nickel. , 1.2 g of Pd metal dissolved in 1 L of pure water (referred to as “1.2 g-Pd/L aqueous solution”). Then, 1000 mL of 100 g-Ni/L aqueous solution and 4.17 mL of 1.2 g-Pd/L aqueous solution, L- 1.27 g of methionine (CH 3 SC 2 H 4 CH(NH 2 )COOH, molecular weight: 149.21) was dissolved in 881 mL of pure water, and nickel salts, sulfur-containing compounds, and nickel-noble A solution containing a nickel salt nucleating agent, which is an aqueous solution containing a nucleating agent that is a metal salt of a metal, was prepared. Here, in the nickel salt nucleating agent-containing solution, L-methionine, which is a sulfide compound, is a very small amount of 0.005 (0.5 mol %) in molar ratio to nickel, and palladium (Pd) is in nickel (Ni). 50 ppm by mass (27.58 mol ppm).
[還元剤溶液の調製]
還元剤として抱水ヒドラジン(N2H4・H2O、分子量:50.06)を純水で1.67倍に希釈した市販の工業グレードの60%抱水ヒドラジン(エムジーシー大塚ケミカル株式会社製)を207g秤量し、水酸化アルカリを含まず、主成分としてのヒドラジンを含有する水溶液である還元剤溶液を調製した。
[Preparation of reducing agent solution]
Commercially available industrial grade 60% hydrazine hydrate (MGC Otsuka Chemical Co., Ltd.) obtained by diluting hydrazine hydrate (N 2 H 4 ·H 2 O, molecular weight: 50.06) with pure water to 1.67 times as a reducing agent. ) was weighed out to prepare a reducing agent solution, which is an aqueous solution containing hydrazine as a main component and containing no alkali hydroxide.
[水酸化アルカリ溶液]
水酸化アルカリとして、水酸化ナトリウム(NaOH、分子量:40.0)を純水に溶解し、水酸化ナトリウムを382g/Lの濃度で含有する水溶液である水酸化アルカリ溶液を757mL用意した。
[Alkali hydroxide solution]
As an alkali hydroxide, sodium hydroxide (NaOH, molecular weight: 40.0) was dissolved in pure water, and 757 mL of an alkali hydroxide solution, which was an aqueous solution containing sodium hydroxide at a concentration of 382 g/L, was prepared.
[アミン化合物溶液]
アミン化合物として、分子内に第1級アミノ基(-NH2)を2個含有するアルキレンアミンであるエチレンジアミン(略称:EDA)(H2NC2H4NH2、分子量:60.1)1.02gを、純水18mLに溶解して、エチレンジアミンを含有する水溶液であるアミン化合物溶液を用意した。
[Amine compound solution]
Ethylenediamine (abbreviation: EDA) (H 2 NC 2 H 4 NH 2 , molecular weight: 60.1), which is an alkyleneamine containing two primary amino groups (—NH 2 ) in the molecule, as the amine compound1. 02 g was dissolved in 18 mL of pure water to prepare an amine compound solution, which is an aqueous solution containing ethylenediamine.
なお、上記ニッケル塩核剤含有溶液、還元剤溶液、水酸化アルカリ溶液、およびアミン化合物溶液における使用材料には、60%抱水ヒドラジンを除き、いずれも和光純薬工業株式会社製の試薬を用いた。 The materials used in the nickel salt nucleating agent-containing solution, the reducing agent solution, the alkali hydroxide solution, and the amine compound solution are reagents manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., except for 60% hydrazine hydrate. board.
[晶析工程]
ニッケル塩核剤含有溶液を撹拌羽根付テフロン(登録商標)被覆ステンレス容器内に入れ、液温が85℃になるように撹拌しながら加熱した後、液温27℃の還元剤溶液を、Ni金属と抱水ヒドラジンとのモル比が1:1.46となるように、混合時間10秒で添加混合してニッケル塩・還元剤含有液とした。このニッケル塩・還元剤含有液に液温27℃の水酸化アルカリ溶液を、Ni金属と水酸化ナトリウムとのモル比が1:3.54となるように、混合時間120秒で添加混合し、液温70℃の反応液(塩化ニッケル+パラジウム塩+ヒドラジン+水酸化ナトリウム)を調合し、還元反応(晶析反応)を開始した(反応開始温度70℃)。反応開始後8分後から28分後までの20分間にかけて上記アミン化合物溶液を、Ni金属とエチレンジアミンとのモル比が1:0.01(1.0モル%)となるように、上記反応液に滴下混合し、ヒドラジンの自己分解を抑制しながら還元反応を進めてニッケル晶析粉を反応液中に析出させた。反応開始から60分以内に還元反応は完了し、反応液の上澄み液は透明であることから、反応液中のニッケル成分はすべて金属ニッケルに還元されて、ニッケル晶析粉となったことを確認した。
[Crystallization step]
The nickel salt nucleating agent-containing solution was placed in a Teflon (registered trademark)-coated stainless steel container with stirring blades and heated with stirring so that the liquid temperature reached 85°C. and hydrazine hydrate at a molar ratio of 1:1.46, adding and mixing for a mixing time of 10 seconds to obtain a nickel salt/reducing agent-containing solution. An alkali hydroxide solution at a liquid temperature of 27° C. was added to the nickel salt/reducing agent-containing liquid so that the molar ratio of Ni metal and sodium hydroxide was 1:3.54, and the mixing time was 120 seconds. A reaction solution (nickel chloride+palladium salt+hydrazine+sodium hydroxide) having a liquid temperature of 70° C. was prepared, and a reduction reaction (crystallization reaction) was initiated (reaction initiation temperature 70° C.). Over 20 minutes from 8 minutes to 28 minutes after the start of the reaction, the amine compound solution was added to the reaction solution so that the molar ratio of Ni metal and ethylenediamine was 1:0.01 (1.0 mol%). , and the reduction reaction was allowed to proceed while suppressing the self-decomposition of hydrazine to deposit crystallized nickel powder in the reaction solution. The reduction reaction was completed within 60 minutes from the start of the reaction, and the supernatant liquid of the reaction solution was transparent. Therefore, it was confirmed that all the nickel components in the reaction solution were reduced to metallic nickel and crystallized nickel powder was obtained. bottom.
ニッケル晶析粉を含む反応液はスラリー状であり、このニッケル晶析粉含有スラリーにメルカプト酢酸(チオグリコール酸)(HSCH2COOH、分子量:92.12)の水溶液を加えて、ニッケル晶析粉の表面処理(硫黄コート処理)を施した。 The reaction liquid containing the crystallized nickel powder is in the form of a slurry, and an aqueous solution of mercaptoacetic acid (thioglycolic acid) (HSCH 2 COOH, molecular weight: 92.12) is added to the slurry containing the crystallized nickel powder to obtain the crystallized nickel powder. surface treatment (sulfur coating treatment).
[湿式解砕工程]
表面処理後、ニッケル晶析粉含有スラリーに対してデカンテーションと純水(導電率1μS/cm)投入を繰り返してスラリー中の導電率が15μS/cm以下になるまで洗浄し、ニッケル濃度が25質量%のニッケル晶析粉含有スラリーとし湿式解砕を施した。
[Wet crushing process]
After the surface treatment, decantation and addition of pure water (electrical conductivity: 1 μS/cm) are repeated to wash the slurry containing the nickel-crystallized powder until the electric conductivity in the slurry is 15 μS/cm or less, and the nickel concentration is 25 mass. % nickel crystal powder containing slurry was subjected to wet pulverization.
[溶媒置換工程、固液分離工程]
湿式解砕工程後、ヌッチェにろ紙をのせ、そこにニッケル晶析粉含有スラリーを投入してろ過し、その後、純度99.5%以上のメタノール(沸点:64.7℃)をヌッチェに投入して通液し、ニッケルスラリー中の溶媒を水からメタノールへ置換した。なお、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれるメタノール濃度は、99.0質量%、残りの1.0質量%は水であった。ここで、メタノール濃度は、固液分離工程の最終ろ液(最後の50mL)を回収し、カールフィッシャー水分率(150℃)を測定し、「100-水分率(%)=ろ液中の溶剤濃度(%)」の計算で得られるろ液中の溶剤濃度を、メタノール濃度とした。他の実施例等でも同様に算出した。溶媒置換後、固形分濃度を40質量%以上となるまでろ過を継続して固液分離し、ニッケル粉ケーキを得た。
[Solvent replacement step, solid-liquid separation step]
After the wet pulverization step, a filter paper is placed on a Nutsche, the slurry containing the nickel crystallization powder is added thereto and filtered, and then methanol with a purity of 99.5% or more (boiling point: 64.7 ° C.) is added to the Nutsche. The solvent in the nickel slurry was replaced from water to methanol. The concentration of methanol contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement was 99.0% by mass, and the remaining 1.0% by mass was water. Here, the methanol concentration was obtained by collecting the final filtrate (last 50 mL) of the solid-liquid separation step, measuring the Karl Fischer moisture content (150 ° C.), and determining "100 - moisture content (%) = solvent in the filtrate The solvent concentration in the filtrate obtained by the calculation of "concentration (%)" was taken as the methanol concentration. It was calculated in the same manner in other examples. After the solvent replacement, solid-liquid separation was continued until the solid content concentration reached 40% by mass or more to obtain a nickel powder cake.
[乾燥工程]
前記ニッケル粉ケーキを、120℃の温度に設定した真空乾燥機中で6時間乾燥して湿式ニッケル粉末を得た。
[Drying process]
The nickel powder cake was dried in a vacuum dryer set at a temperature of 120° C. for 6 hours to obtain a wet nickel powder.
<評価およびその結果>
(数平均粒径)
得られた湿式ニッケル粉末を、走査型電子顕微鏡(SEM、JEOL Ltd.製、JSM-7100F)で観察し、SEM画像を画像処理することにより全体の形状が確認できる100~200個の粒子の面積を測定し、測定した面積から真円換算によりそれぞれの粒子の直径を算出して、さらに算出した直径の平均値を算出し、これを数平均粒径とした。近年の積層セラミックコンデンサの内部電極の薄層化に対応するという観点から、ニッケル粉末の数平均粒径が0.15μm以下であることを設定目標とした。その結果、表1に示すように各実施例、比較例および参考例における数平均粒径は82nmであった。
<Evaluation and its results>
(number average particle size)
The obtained wet nickel powder is observed with a scanning electron microscope (SEM, manufactured by JEOL Ltd., JSM-7100F), and the overall shape can be confirmed by image processing the SEM image. Area of 100 to 200 particles was measured, the diameter of each particle was calculated from the measured area by conversion into a perfect circle, and the average value of the calculated diameters was calculated, which was taken as the number average particle diameter. From the viewpoint of coping with the thinning of internal electrodes of multilayer ceramic capacitors in recent years, the number average particle size of the nickel powder was set to be 0.15 μm or less. As a result, as shown in Table 1, the number average particle diameter in each example, comparative example and reference example was 82 nm.
(粗大粒子の含有量)
解砕処理された湿式ニッケル粉末については、数平均粒径の約5倍である0.4μmを超える粒径を有する粒子を粗大粒子とした。
(Content of coarse particles)
For the crushed wet nickel powder, particles having a particle size exceeding 0.4 μm, which is about five times the number average particle size, were defined as coarse particles.
まず、粗大粒子の評価においては、ニッケル粒子が分散媒中に分散したスラリーを得るために分散工程を行った。具体的には、ニッケル粉末0.03gと、分散媒として0.1質量%のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液100mlと、を250ml容量のガラスビーカー内で撹拌混合した。次に、上記ビーカーを超音波洗浄機の槽内に設置して、超音波(26KHz、300W)を3分間印加して、湿式ニッケル粉末をヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に分散させた。以上の分散工程によりニッケル粒子が分散媒中に分散したスラリーを得た。 First, in the evaluation of coarse particles, a dispersion step was performed to obtain a slurry in which nickel particles were dispersed in a dispersion medium. Specifically, 0.03 g of nickel powder and 100 ml of a 0.1% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution as a dispersion medium were stirred and mixed in a 250 ml capacity glass beaker. Next, the beaker was placed in a bath of an ultrasonic cleaner, and ultrasonic waves (26 kHz, 300 W) were applied for 3 minutes to disperse the wet nickel powder in the sodium hexametaphosphate aqueous solution. A slurry in which the nickel particles were dispersed in the dispersion medium was obtained by the dispersion process described above.
次に、図4に概略図を示した吸引ろ過装置100と同じ構成の吸引ろ過装置を用いて、上記スラリーをろ過工程に供した。解砕処理された湿式ニッケル粉末については、直径90mmで孔径0.4μmの再生セルロース製メンブレンフィルター(富士フイルム社製、MICRO FILTER)を用いた。メンブレンフィルター1をフィルターフォルダ2上に載置して、フィルターフォルダ2に、スラリー投入容器としての吸引カップ3を取り付けて、さらにフィルターフォルダ2をろ液回収容器4に設置し、減圧ポンプ5を稼働した状態で、吸引カップ3に分散媒10aにニッケル粒子10bが分散したスラリー10を注ぎ込み、吸引ろ過を行った。さらに、スラリーが入っていた250ml容量のビーカーに対して、分散媒として用いた50mlの0.1質量%のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を、その壁面を洗い流すようにして吸引カップ3に注ぎ込み、吸引ろ過を行った。以上のろ過工程により、フィルター孔径の0.4μmよりも大きなサイズの粗大粒子が残渣として付着したフィルター1と、分散媒20aとニッケル粒子20bを含むろ液20を得た。
Next, the slurry was subjected to a filtration step using a suction filtration device having the same configuration as the
上記残渣を構成するニッケル粒子をフィルター孔径よりも大きなサイズの粗大粒子として高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP法)を用いて算出し、ニッケル粉末中に含まれる粗大粒子の含有量を求めた。具体的には、上記のろ過工程により得られた、残渣が付着したメンブレンフィルターを自然乾燥させた後、王水により煮沸して粗大粒子を溶解させ、その後メンブレンフィルターを除去した王水溶液を試料溶液とした。この試料溶液をICP分光分析装置(アジレント・テクノロジー株式会社製、ICP720)を用いたICP分光分析法に供して、ニッケルの定量を行った。さらに、ニッケルの定量値から、粗大粒子として捕集された残渣のニッケルの総質量を算出して、評価に供した湿式ニッケル粉末(0.03g)に含まれる粗大粒子の含有量を算出した。その結果、評価に供した湿式ニッケル粉末における粗大粒子の含有量は、解砕処理後の0.4μmを超えるサイズで180質量ppmであった。 The nickel particles constituting the residue were calculated using a high frequency inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP method) as coarse particles having a size larger than the filter pore size, and the content of coarse particles contained in the nickel powder was obtained. . Specifically, after air-drying the membrane filter with the residue obtained by the above filtration step, it was boiled with aqua regia to dissolve coarse particles, and then the membrane filter was removed. and This sample solution was subjected to ICP spectroscopic analysis using an ICP spectroscopic analyzer (ICP720, manufactured by Agilent Technologies) to quantify nickel. Furthermore, from the quantitative value of nickel, the total mass of residual nickel collected as coarse particles was calculated, and the content of coarse particles contained in the wet nickel powder (0.03 g) subjected to evaluation was calculated. As a result, the content of coarse particles in the wet nickel powder used for evaluation was 180 ppm by mass with a size exceeding 0.4 μm after crushing treatment.
(水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価)
湿式ニッケル粉末中の水酸化ニッケル含有粗大粒子(図2参照)の有無を以下に示す方法で評価した。すなわち、前述した粗大粒子の含有量の測定の過程で得られる、粗大粒子が残渣として付着したメンブレンフィルターについて、倍率10000倍で異なる5視野を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、サイズが0.4μm以上の水酸化ニッケル含有粗大粒子の視野当りの平均個数で評価(1個未満:○、1個以上3個未満:△、3個以上:×)したところ、評価結果は「○」であった。
(Evaluation of coarse particles containing nickel hydroxide)
The presence or absence of nickel hydroxide-containing coarse particles (see FIG. 2) in the wet nickel powder was evaluated by the method shown below. That is, the membrane filter to which the coarse particles adhered as residue, obtained in the process of measuring the content of the coarse particles described above, was observed with a scanning electron microscope (SEM) in five different fields of view at a magnification of 10,000 times. When evaluated by the average number of nickel hydroxide-containing coarse particles of 4 μm or more per field of view (less than 1: ○, 1 or more and less than 3: △, 3 or more: ×), the evaluation result was “○”. rice field.
(実施例2)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒を純度99.9%以上のエタノール(沸点:78.3℃)にし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれるエタノール濃度を、98.6質量%、残りの1.4質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで220質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 2)
In the solvent replacement step, ethanol having a purity of 99.9% or more (boiling point: 78.3 ° C.) is used as the replacement solvent to be passed, and the ethanol concentration contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is 98.6% by mass, The same operation as in Example 1 was performed, except that the remaining 1.4% by mass was water. The obtained wet nickel powder had a number average particle size of 82 nm, and a content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 220 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(実施例3)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒をエタノール水溶液とし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれるエタノール濃度を、91.1質量%、残りの8.9質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで120質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 3)
In the solvent replacement step, the replacement solvent to be passed is an ethanol aqueous solution, the ethanol concentration contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is 91.1% by mass, and the remaining 8.9% by mass is water. The same operation as in Example 1 was performed. The obtained wet nickel powder had a number average particle diameter of 82 nm, and a content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 120 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(実施例4)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒を変性アルコール(ネオエタノールP-7、大伸化学株式会社製、沸点:78~97℃)にし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれる変性アルコール濃度を、99.2質量%、残りの0.8質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで100質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 4)
In the solvent replacement step, denatured alcohol (Neoethanol P-7, manufactured by Daishin Chemical Co., Ltd., boiling point: 78 to 97 ° C.) is used as the replacement solvent, and the concentration of denatured alcohol contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is The same operation as in Example 1 was performed except that 99.2% by mass of was used and the remaining 0.8% by mass was water. The obtained wet nickel powder had a number average particle size of 82 nm, and the content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 100 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(実施例5)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒を純度99.5%以上の1-プロパノール(沸点:97.2℃)にし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれる1-プロパノール濃度を、98.5質量%、残りの1.5質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで240質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 5)
In the solvent replacement step, 1-propanol with a purity of 99.5% or higher (boiling point: 97.2° C.) is used as the replacement solvent, and the concentration of 1-propanol contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is 98.5%. The same operation as in Example 1 was performed except that 5% by mass and the remaining 1.5% by mass was water. The obtained wet nickel powder had a number average particle size of 82 nm, and the content of coarse particles with a size exceeding 0.4 μm was 240 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(実施例6)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒を純度99.5%以上の2-プロパノール(沸点:82℃)にし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれる2-プロパノール濃度を、99.1質量%、残りの0.9質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで260質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 6)
In the solvent replacement step, 2-propanol with a purity of 99.5% or higher (boiling point: 82 ° C.) is used as the replacement solvent, and the 2-propanol concentration contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is 99.1 mass. %, and the remaining 0.9% by mass was water. The obtained wet nickel powder had a number average particle size of 82 nm, and the content of coarse particles with a size exceeding 0.4 μm was 260 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(実施例7)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒を純度99.0%以上のアセトン(沸点:56.5℃)にし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれるアセトン濃度を、87.1質量%、残りの12.9質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで200質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 7)
In the solvent replacement step, acetone with a purity of 99.0% or more (boiling point: 56.5°C) is used as the replacement solvent to be passed, and the acetone concentration contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is 87.1% by mass, The same operation as in Example 1 was performed except that the remaining 12.9% by mass was water. The obtained wet nickel powder had a number average particle size of 82 nm, and a content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 200 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(実施例8)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒を純度99.5%以上の1,4-ジオキサン(沸点:102℃)にし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれる1,4-ジオキサン濃度を、99.4質量%、残りの0.6質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで280質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 8)
In the solvent replacement step, 1,4-dioxane with a purity of 99.5% or more (boiling point: 102° C.) is used as the replacement solvent to be passed, and the concentration of 1,4-dioxane contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is The same operation as in Example 1 was performed except that 99.4% by mass and the remaining 0.6% by mass were water. The obtained wet nickel powder had a number average particle size of 82 nm, and a content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 280 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(実施例9)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒を純度99.0%以上の1,2-ジメトキシエタン(沸点:82℃)にし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれる1,2-ジメトキシエタン濃度を、98.8質量%、残りの1.2質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで160質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 9)
In the solvent replacement step, 1,2-dimethoxyethane with a purity of 99.0% or higher (boiling point: 82°C) is used as the replacement solvent, and the concentration of 1,2-dimethoxyethane contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is The same operation as in Example 1 was performed except that 98.8% by mass of was used and the remaining 1.2% by mass was water. The obtained wet nickel powder had a number average particle diameter of 82 nm, and a content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 160 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(実施例10)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒を純度99.5%以上のテトラヒドロフラン(沸点:65℃)にし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれるテトラヒドロフラン濃度を、99.0質量%、残りの1.0質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで150質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。
(Example 10)
In the solvent replacement step, tetrahydrofuran having a purity of 99.5% or more (boiling point: 65 ° C.) is used as the replacement solvent to be passed, and the tetrahydrofuran concentration contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is 99.0% by mass, and the remaining The same operation as in Example 1 was performed, except that 1.0% by mass was water. The obtained wet nickel powder had a number average particle diameter of 82 nm, and a content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 150 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Good".
(参考例)
湿式ニッケル粉末の製造において、湿式解砕工程までは、実施例1と同様の操作を行い、湿式解砕工程で得られたニッケル粉スラリーを乾燥させず、空気にも触れさせないようにして、そのままの状態でニッケル粉末を0.03g含むスラリーを0.1質量%のヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液100mlに分散させて、水酸化ニッケル含有粗大粒子や乾燥凝集が生じていない場合の湿式ニッケル粉末(ニッケル晶析粉)の粗大粒子の含有量を求めた。粗大粒子の含有量は、0.4μmを超えるサイズで120質量ppmであり、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「○」であった。また、湿式解砕工程で得られたニッケル粉スラリーを、120℃の温度に設定した真空乾燥機中で6時間乾燥して湿式ニッケル粉末を得て、得られた湿式ニッケル粉末を、走査型電子顕微鏡(SEM、JEOL Ltd.製、JSM-7100F)で観察して数平均粒径を測定したところ、数平均粒径は82nmであった。
(Reference example)
In the production of wet nickel powder, the same operations as in Example 1 were performed up to the wet crushing step, and the nickel powder slurry obtained in the wet crushing step was neither dried nor exposed to air. A slurry containing 0.03 g of nickel powder in the state of is dispersed in 100 ml of a 0.1% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution, and wet nickel powder (nickel crystallization The content of coarse particles in powder) was determined. The content of coarse particles was 120 ppm by mass with a size exceeding 0.4 μm, and the evaluation result of nickel hydroxide-containing coarse particles was “◯”. Further, the nickel powder slurry obtained in the wet pulverization step is dried in a vacuum dryer set at a temperature of 120° C. for 6 hours to obtain wet nickel powder. When the number average particle diameter was measured by observing with a microscope (SEM, manufactured by JEOL Ltd., JSM-7100F), the number average particle diameter was 82 nm.
(比較例1)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒をエタノール水溶液とし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれるエタノール濃度を、85.0質量%、残りの15.0質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで760質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「△」であった。
(Comparative example 1)
In the solvent replacement step, the replacement solvent to be passed is an ethanol aqueous solution, the ethanol concentration contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is 85.0% by mass, and the remaining 15.0% by mass is water. The same operation as in Example 1 was performed. The obtained wet nickel powder had a number average particle size of 82 nm, and a content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 760 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "Δ".
(比較例2)
溶媒置換工程において、通液する置換溶媒をエタノール水溶液とし、溶媒置換後のニッケルスラリーの溶媒に含まれるエタノール濃度を、47.0質量%、残りの53.0質量%は水とした以外は、実施例1と同様の操作を行った。得られた湿式ニッケル粉末の数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は0.4μmを超えるサイズで2200質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「×」であった。
(Comparative example 2)
In the solvent replacement step, the replacement solvent to be passed is an ethanol aqueous solution, the ethanol concentration contained in the solvent of the nickel slurry after solvent replacement is 47.0% by mass, and the remaining 53.0% by mass is water. The same operation as in Example 1 was performed. The obtained wet nickel powder had a number average particle diameter of 82 nm, and a content of coarse particles having a size exceeding 0.4 μm was 2200 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "x".
(比較例3)
湿式ニッケル粉末の製造において、溶媒置換工程を省略し、溶媒置換を行わずに湿式解砕工程から固液分離工程を実施し、その後乾燥工程を行った以外は、実施例1と同様の操作を行った。その結果、数平均粒径は82nmであり、粗大粒子の含有量は、0.4μmを超えるサイズで3440質量ppmであった。また、水酸化ニッケル含有粗大粒子の評価結果は「×」であった。
(Comparative Example 3)
In the production of wet nickel powder, the same operation as in Example 1 was performed except that the solvent replacement step was omitted, the wet pulverization step was followed by the solid-liquid separation step without solvent replacement, and then the drying step was performed. went. As a result, the number average particle diameter was 82 nm, and the content of coarse particles with a size exceeding 0.4 μm was 3440 mass ppm. In addition, the evaluation result of the nickel hydroxide-containing coarse particles was "x".
(評価結果)
表1に、実施例1~12、比較例、および参考例における溶媒置換率、粗大粒子の含有量、水酸化ニッケル含有粗粒の評価結果、および得られたニッケル粉末の数平均粒径を示す。
(Evaluation results)
Table 1 shows the solvent substitution rate, the content of coarse particles, the evaluation results of nickel hydroxide-containing coarse particles, and the number average particle diameter of the obtained nickel powder in Examples 1 to 12, Comparative Examples, and Reference Examples. .
実施例1~12、比較例、および参考例のいずれにおいても、同じ条件の晶析工程によりニッケル晶析粉を得ており、数平均粒径は同じであった。実施例1~12のように溶媒置換工程を実施して水溶性有機溶剤でのニッケル粉スラリーの溶媒の置換処理を施すことで、水酸化ニッケル含有粗大粒子の生成やニッケル粒子の乾燥凝集を抑えることが可能であり、湿式解砕工程直後で水酸化ニッケル含有粗大粒子やニッケル粒子の乾燥凝集が生じていない参考例とほぼ同等レベルの粗大粒子の含有量に維持することができた。 In each of Examples 1 to 12, Comparative Example, and Reference Example, crystallized nickel powder was obtained by the crystallization process under the same conditions, and the number average particle diameter was the same. By performing a solvent replacement step as in Examples 1 to 12 to replace the solvent of the nickel powder slurry with a water-soluble organic solvent, the generation of nickel hydroxide-containing coarse particles and the dry aggregation of nickel particles are suppressed. It was possible to maintain the content of coarse particles at almost the same level as in the reference example in which nickel hydroxide-containing coarse particles and nickel particles did not dry agglomerate immediately after the wet pulverization step.
[まとめ]
本発明に係るニッケル粉末の製造方法は、還元剤としてヒドラジンを用いた湿式法によるニッケル粉末の製造方法であって、湿式法の一工程である湿式解砕工程後に溶媒置換工程による水溶性有機溶剤でのニッケル粉スラリーの溶媒の置換処理を行うことで、水酸化ニッケル含有粗大粒子の形成を効果的に防止し、かつ、ニッケル粒子の乾燥凝集により形成する粗大粒子の量および結合強度を抑制するため、分散性に優れた粗大粒子の少ない湿式ニッケル粉末を得ることができる。そのため、積層セラミックコンデンサの内部電極に好適な高性能な湿式ニッケル粉末を安価に製造することができる。
[summary]
The method for producing nickel powder according to the present invention is a method for producing nickel powder by a wet method using hydrazine as a reducing agent, wherein a water-soluble organic solvent is used in a solvent replacement step after a wet crushing step, which is one step of the wet method. By performing a solvent replacement treatment of the nickel powder slurry in, the formation of nickel hydroxide-containing coarse particles is effectively prevented, and the amount and bonding strength of coarse particles formed by dry aggregation of nickel particles are suppressed. Therefore, a wet nickel powder having excellent dispersibility and less coarse particles can be obtained. Therefore, high-performance wet nickel powder suitable for internal electrodes of laminated ceramic capacitors can be produced at low cost.
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present invention.
1 メンブレンフィルター
2 フィルターフォルダ
3 吸引カップ
4 ろ液回収容器
5 減圧ポンプ
10 スラリー
10a 分散媒
10b ニッケル粒子
20 ろ液
20a 分散媒
20b ニッケル粒子
100 吸引ろ過装置
1 Membrane Filter 2 Filter Folder 3
Claims (12)
前記湿式解砕工程後の前記ニッケル粉スラリーの溶媒を水溶性有機溶剤に置換する溶媒置換工程と、
前記溶媒置換工程後のニッケル粉スラリーを固液分離してニッケル粉ケーキを得る固液分離工程と、
前記固液分離工程後の前記ニッケル粉ケーキを乾燥してニッケル粉末を得る乾燥工程とを含む、ニッケル粉末の製造方法。 Nickel crystallization obtained by crystallizing the water-soluble nickel salt through a reduction reaction with hydrazine in a reaction solution containing a water-soluble nickel salt, a metal salt of a metal nobler than nickel, hydrazine, an alkali hydroxide, and water. a wet pulverizing step of wet pulverizing the powder slurry to obtain a nickel powder slurry with reduced coarse particles;
a solvent replacement step of replacing the solvent of the nickel powder slurry after the wet pulverization step with a water-soluble organic solvent;
A solid-liquid separation step of solid-liquid separating the nickel powder slurry after the solvent replacement step to obtain a nickel powder cake;
and a drying step of drying the nickel powder cake after the solid-liquid separation step to obtain nickel powder.
前記アミン化合物がアルキレンアミンまたはアルキレンアミン誘導体の少なくともいずれかであって、分子内のアミノ基の窒素原子が炭素数2の炭素鎖を介して結合した下記式A
The amine compound is at least one of an alkyleneamine or an alkyleneamine derivative, and the nitrogen atom of the amino group in the molecule is bonded via a carbon chain having 2 carbon atoms.
前記アルキレンアミン誘導体が、トリス(2-アミノエチル)アミン(N(C2H4NH2)3)、N-(2-アミノエチル)エタノールアミン(H2NC2H4NHC2H4OH)、N-(2-アミノエチル)プロパノールアミン(H2NC2H4NHC3H6OH)、2,3-ジアミノプロピオン酸(H2NCH2CH(NH)COOH)、1,2-シクロヘキサンジアミン(H2NC6H10NH2)、エチレンジアミン-N,N’-二酢酸(HOOCCH2NHC2H4NHCH2COOH)、N,N’-ジアセチルエチレンジアミン(CH3CONHC2H4NHCOCH3)、N,N’-ジメチルエチレンジアミン(CH3NHC2H4NHCH3)、N,N’-ジエチルエチレンジアミン(C2H5NHC2H4NHC2H5)、およびN,N’-ジイソプロピルエチレンジアミン(CH3(CH3)CHNHC2H4NHCH(CH3)CH3)から選ばれる1種以上である、請求項9に記載のニッケル粉末の製造方法。 The alkyleneamine is ethylenediamine ( H2NC2H4NH2 ), diethylenetriamine ( H2NC2H4NHC2H4NH2 ), triethylenetetramine ( H2N ( C2H4NH ) 2C2 H4NH2 ), tetraethylenepentamine ( H2N ( C2H4NH ) 3C2H4NH2 ) , pentaethylenehexamine ( H2N ( C2H4NH ) 4C2H4NH 2 ), and one or more selected from propylenediamine (CH 3 CH(NH 2 )CH 2 NH 2 ),
The alkyleneamine derivatives are tris(2-aminoethyl)amine (N(C 2 H 4 NH 2 ) 3 ), N-(2-aminoethyl)ethanolamine (H 2 NC 2 H 4 NHC 2 H 4 OH). , N-(2-aminoethyl)propanolamine (H 2 NC 2 H 4 NHC 3 H 6 OH), 2,3-diaminopropionic acid (H 2 NCH 2 CH(NH)COOH), 1,2-cyclohexanediamine ( H2NC6H10NH2 ), ethylenediamine - N,N' - diacetic acid ( HOOCCH2NHC2H4NHCH2COOH ), N ,N' - diacetylethylenediamine ( CH3CONHC2H4NHCOCH3 ) , N,N' - dimethylethylenediamine ( CH3NHC2H4NHCH3 ), N,N' - diethylethylenediamine ( C2H5NHC2H4NHC2H5 ), and N ,N' - diisopropylethylenediamine ( CH 3 (CH 3 )CHNHC 2 H 4 NHCH(CH 3 )CH 3 ), the method for producing nickel powder according to claim 9 .
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