JP2024047578A - Metal compound fine particle manufacturing device, metal compound fine particle manufacturing system - Google Patents
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Abstract
【課題】球形度が高く、ニッケル含有量が物質量比で90%以上と高く、かつ平均粒子径d50が3μm以下の金属化合物の微小粒子の製造装置を提供する。【解決手段】径方向に貫通する複数の孔を備えるとともに中心軸回りに回転可能な撹拌翼と、前記撹拌翼を同心状に内部に収容可能な有底円筒状の反応槽と、前記反応槽に設けられるとともに前記反応槽の内部に第1の反応液を供給可能な第1給液部と、前記撹拌翼に設けられるとともに前記反応槽の内部に第2の反応液を供給可能な第2給液部と、前記撹拌翼の周速を制御する制御部と、を備えることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置。【選択図】図1[Problem] To provide an apparatus for producing fine particles of a metal compound having high sphericity, a high nickel content of 90% or more in terms of substance amount ratio, and an average particle diameter d50 of 3 μm or less. [Solution] An apparatus for producing fine particles of a metal compound, comprising: an agitator blade having a plurality of holes passing through in the radial direction and capable of rotating around a central axis, a cylindrical reaction vessel with a bottom capable of concentrically accommodating the agitator blade inside, a first liquid supply unit provided in the reaction vessel and capable of supplying a first reaction liquid to the inside of the reaction vessel, a second liquid supply unit provided in the agitator blade and capable of supplying a second reaction liquid to the inside of the reaction vessel, and a control unit for controlling the peripheral speed of the agitator blade. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、金属化合物の微粒子の製造装置、金属化合物の微粒子の製造システムに関する。 The present invention relates to an apparatus for producing fine particles of metal compounds and a system for producing fine particles of metal compounds.
二次電池の高機能化や全固体電池などの次世代電池向けの正極材において、高容量、高出力化が求められている。 There is a demand for higher capacity and power output in cathode materials for next-generation batteries, such as high-performance secondary batteries and all-solid-state batteries.
高容量、高出力の達成のために、正極材料中のニッケル含有量の増加と粒子径(二次粒子径)の微粒子化の研究が進められている。 In order to achieve high capacity and high output, research is being conducted to increase the nickel content in the positive electrode material and to reduce the particle size (secondary particle size).
正極材の原料である金属水酸化物の製造方法として共沈法が一般的に用いられている。正極材の高容量化のために金属水酸化物中のニッケル含有量を増加させるほど、共沈法で得られる金属水酸化物の粒子径は増大し易くなり、高出力を得るための微粒子化と相反する。高容量と高出力の両立のために、ニッケル含有量が高く、且つ微粒子化する技術の検討が進められている。 The co-precipitation method is commonly used to manufacture metal hydroxides, which are the raw material for cathode materials. The more the nickel content in the metal hydroxide is increased to increase the capacity of the cathode material, the larger the particle size of the metal hydroxide obtained by the co-precipitation method tends to become, which conflicts with the need for microparticulation to obtain high output. In order to achieve both high capacity and high output, research is being conducted into technology that can increase the nickel content and produce microparticulate material.
ニッケル含有量が高く、且つ微粒子化する方法として、反応槽内における結晶の滞留時間を短くしたり、pHを高くしたりするなどの方法がある。これにより、二次粒子径を小さくすることは可能であるが、過度の滞留時間の短縮や高いpHは、一次粒子の微細化や二次粒子の形状悪化(球形度の低下)など結晶品質の低下につながるため、結晶品質の維持の限界が上記のような方法での調整の限界となる。ここで、球形度は、(粒子投影像の面積円相当径)/(粒子投影像の外接最小円の直径)により定義される。 Methods for achieving high nickel content and fine particle size include shortening the residence time of the crystals in the reaction tank and increasing the pH. This makes it possible to reduce the secondary particle size, but excessive shortening of the residence time or high pH leads to a decrease in crystal quality, such as miniaturization of primary particles and deterioration of the shape of secondary particles (reduced sphericity), and the limit of maintaining crystal quality is the limit of adjustment using the above methods. Here, sphericity is defined as (diameter equivalent to the area circle of the projected image of the particle) / (diameter of the smallest circumscribed circle of the projected image of the particle).
反応装置における撹拌力や剪断力を上昇させることで粒子径の成長を抑制することが研究されているが、非常に反応時間が短い金属水酸化物の微小反応場へ高効率にて高い撹拌力や剪断力を伝達することが求められる。特にニッケル含有量が高い金属水酸化物で、平均粒子径d50=3μm以下の超微粒子を製造する場合、球形度を高くするには、高い撹拌力と剪断力とを高効率に微小反応場へ伝達することが課題である。 Research has been conducted into suppressing particle size growth by increasing the stirring and shearing forces in the reaction apparatus, but there is a need to transmit high stirring and shearing forces with high efficiency to the micro-reaction field of metal hydroxides, which have very short reaction times. In particular, when producing ultrafine particles with an average particle size d50 of 3 μm or less from metal hydroxides with a high nickel content, the challenge in increasing sphericity is to transmit high stirring and shearing forces with high efficiency to the micro-reaction field.
特許文献1には、平均粒子径が1.00μm~3.0μmであり、ニッケルの含有率が最大で80%となる非水系電解質二次電池用正極活物質を製造する、ポンプと、プロペラ型の回転翼型の撹拌機と、を備える製造装置が開示されている。
特許文献2には、平均粒子径d50が1.0~5.0μmである全固体リチウムイオン電池用酸化物系正極活物質を製造する、撹拌翼としてのタービン翼を備える製造装置が開示されている。
特許文献3には、1次粒子径の平均粒子径が0.5~100nmであり二次粒子径の平均粒子径が2~100nmである、セリウム、ジルコニウム、イットリウムから構成される3元系酸化物微粒子の製造装置が開示されている。
本発明は、このような背景の下になされ、次世代電池向けの正極材に使用可能な程度に高容量及び高出力化を実現可能な、ニッケル含有量が高い金属化合物の微粒子の平均粒子径d50を主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made against this background, and aims to provide a manufacturing device for metal compound fine particles that can realize high capacity and high output to the extent that they can be used as positive electrode materials for next-generation batteries, and that can control the average particle diameter d50 of metal compound fine particles with a high nickel content mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade.
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第1の態様は、径方向に貫通する複数の孔を備えるとともに中心軸の回りに回転可能な撹拌翼と、前記撹拌翼を同心状に内部に収容可能な有底円筒状の反応槽と、前記反応槽に設けられるとともに前記反応槽の内部に第1の反応液を供給可能な第1給液部と、前記撹拌翼に設けられるとともに前記反応槽の内部に第2の反応液を供給可能な第2給液部と、前記撹拌翼の周速を制御する制御部と、を備えることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置。
In order to solve the above problems and achieve the above object, the present invention proposes the following means.
A first aspect of the present invention is an apparatus for producing fine particles of a metal compound, comprising: an agitator having a plurality of holes penetrating in the radial direction and capable of rotatable around a central axis; a bottomed cylindrical reaction vessel capable of concentrically accommodating the agitator therein; a first liquid supply section provided in the reaction vessel and capable of supplying a first reaction liquid to the inside of the reaction vessel; a second liquid supply section provided in the agitator and capable of supplying a second reaction liquid to the inside of the reaction vessel; and a control section for controlling the peripheral speed of the agitator.
本発明の第1の態様によれば、高い球形度を備える金属化合物の平均粒子径d50を、主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を得ることができる。即ち、撹拌翼の周速を制御可能な制御部が設けられ、剪断力と循環流を個別に調節できるようにしたことで、反応槽では剪断力の伝達に特化した攪拌が可能となる。この機構改良による大きなメリットは、主として攪拌翼の周速調整で粒子径の制御が可能となることである。従来の滞留時間やpH値の調整に頼った粒子径制御から、滞留時間、pH値の設定値は製品品質の低下が無い条件で一定のまま、主として攪拌翼の周速調整で粒子径の制御が可能なため、粒子径の制御性能は飛躍的に向上する。この機能性向上により、粒子形状の悪化を引き起こさない滞留時間、および、pH値を維持したまま、粒子径を制御することができ、平均粒子径が微小、且つ、球形度が高い高品質のニッケル含有率の高い金属水酸化物を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, a manufacturing device for producing fine particles of a metal compound can be obtained in which the average particle diameter d50 of a metal compound having high sphericity can be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade. That is, a control unit capable of controlling the peripheral speed of the stirring blade is provided, and the shear force and the circulating flow can be adjusted separately, so that stirring specialized for the transmission of shear force is possible in the reaction tank. The great advantage of this mechanism improvement is that the particle diameter can be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade. Since the particle diameter can be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade while the set values of the residence time and pH value remain constant under conditions that do not deteriorate the product quality, the control performance of the particle diameter is dramatically improved. This improvement in functionality makes it possible to control the particle diameter while maintaining the residence time and pH value that do not cause deterioration of the particle shape, and to obtain a high-quality metal hydroxide with a high nickel content and a small average particle diameter and high sphericity.
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記晶析装置の前記撹拌翼は、前記径方向に貫通する前記複数の孔を備える円筒状の円筒部と、前記円筒部の内周面に外縁部が固定される円盤状の円盤部と、前記円盤部の平面視の中心から前記中心軸に沿って上方に延びる回転軸と、を備え、前記円盤部と前記回転軸との内部を前記第2の反応液が流通可能であり、前記円盤部の前記外縁部に前記第2給液部が設けられていることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置である。 The second aspect of the present invention is an apparatus for producing fine particles of a metal compound, characterized in that in the first aspect, the stirring blade of the crystallization device comprises a cylindrical portion having the plurality of holes penetrating in the radial direction, a disk-shaped disk portion having an outer periphery fixed to the inner circumferential surface of the cylindrical portion, and a rotating shaft extending upward from the center of the disk portion along the central axis in a plan view, the second reaction liquid can flow through the inside of the disk portion and the rotating shaft, and the second liquid supply portion is provided on the outer periphery of the disk portion.
本発明の第2の態様によれば、第2の反応液を剪断力が高い撹拌翼の内外周から至近距離の範囲に供給することができ、高い球形度を備える金属化合物の平均粒子径d50を、主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain a manufacturing device for producing fine particles of a metal compound, which can supply the second reaction liquid to a range close to the inner and outer periphery of the stirring blade where the shear force is high, and the average particle diameter d50 of the metal compound having high sphericity can be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade.
本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記第2給液部は下方に向けて開口していることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置である。 The third aspect of the present invention is a manufacturing device for metal compound microparticles, which is the second aspect, characterized in that the second liquid supply section opens downward.
本発明の第3の態様によれば、第2の反応液を剪断力が高い撹拌翼の内外周から至近距離の範囲に供給することができ、高い球形度を備える金属化合物の平均粒子径d50を、主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を得ることができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to obtain a manufacturing device for metal compound fine particles, which can supply the second reaction liquid to a range close to the inner and outer periphery of the stirring blade where the shear force is high, and can control the average particle diameter d50 of the metal compound with high sphericity mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade.
本発明の第4の態様は、第3の態様において、前記円盤部より上側の前記円筒部において、前記径方向に貫通する複数の孔が閉塞されているとともに、前記円筒部の内周面に外縁部が固定される円盤状の第2円盤部が前記円筒部の上端部に設けられていることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置である。 The fourth aspect of the present invention is an apparatus for producing fine particles of a metal compound according to the third aspect, characterized in that in the cylindrical portion above the disk portion, a plurality of holes penetrating in the radial direction are blocked, and a disk-shaped second disk portion having an outer periphery fixed to the inner circumferential surface of the cylindrical portion is provided at the upper end of the cylindrical portion.
本発明の第4の態様によれば、撹拌翼を回転させるための動力を抑え、高い球形度を備える金属化合物の平均粒子径d50を、主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を得ることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to obtain a manufacturing device for producing fine particles of metal compounds, which reduces the power required to rotate the stirring blades and allows the average particle diameter d50 of metal compounds with high sphericity to be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blades.
本発明の第5の態様は、第3の態様において、前記円盤部が前記円筒部の上端部に設けられることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置である。 The fifth aspect of the present invention is the third aspect of the apparatus for producing fine particles of a metal compound, characterized in that the disk portion is provided at the upper end of the cylindrical portion.
本発明の第5の態様によれば、撹拌翼を回転させるための動力を抑え、高い球形度を備える金属化合物の平均粒子径d50を、主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を得ることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to obtain a manufacturing device for producing fine particles of a metal compound, which reduces the power required to rotate the stirring blade and allows the average particle diameter d50 of a metal compound with high sphericity to be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade.
本発明の第6の態様は、第2から第5いずれか一つの態様において、前記円筒部の外周面と前記反応槽の内周面との間のクリアランスをL3とし、前記円筒部の高さをHeとした場合に、He/L3が10以上であることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置である。 The sixth aspect of the present invention is an apparatus for producing fine particles of a metal compound according to any one of the second to fifth aspects, characterized in that, when the clearance between the outer peripheral surface of the cylindrical portion and the inner peripheral surface of the reaction tank is L3 and the height of the cylindrical portion is He, He/L3 is 10 or more.
本発明の第6の態様によれば、高い球形度を備える金属化合物の平均粒子径d50を、主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を得ることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to obtain a manufacturing device for fine particles of a metal compound, in which the average particle diameter d50 of the metal compound having high sphericity can be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade.
本発明の第7の態様は、第1から第6のいずれか一つの態様において、前記第2給液部は複数設けられていることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置である。 The seventh aspect of the present invention is an apparatus for producing fine particles of a metal compound according to any one of the first to sixth aspects, characterized in that a plurality of the second liquid supply sections are provided.
本発明の第7の態様によれば、第2の反応液を円盤部の周方向に均一に供給することができ、高い球形度を備える金属化合物の平均粒子径d50を、主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を得ることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to obtain a manufacturing device for producing fine particles of a metal compound, which can supply the second reaction liquid uniformly in the circumferential direction of the disk portion, and in which the average particle diameter d50 of a metal compound having high sphericity can be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade.
本発明の第8の態様は、第1から第7のいずれか一つの態様に係る前記製造装置と、前記製造装置の排出口から排出される前記微粒子を含むスラリを流動させ前記製造装置の前記第1給液部から前記製造装置内に前記スラリを循環させる循環管路と、前記スラリを前記製造装置と前記循環管路との間で循環させる循環ポンプとを備え、前記循環管路は、蛇行形状をなす屈曲部を有する金属化合物の微粒子の製造システムである。 The eighth aspect of the present invention is a system for producing fine particles of a metal compound, comprising the manufacturing apparatus according to any one of the first to seventh aspects, a circulation line for flowing a slurry containing the fine particles discharged from an outlet of the manufacturing apparatus and circulating the slurry from the first liquid supply section of the manufacturing apparatus into the manufacturing apparatus, and a circulation pump for circulating the slurry between the manufacturing apparatus and the circulation line, the circulation line having a bent portion forming a serpentine shape.
本発明の第8の態様によれば、高い球形度を備える金属化合物の平均粒子径d50を、主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造システムを得ることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, a production system for fine particles of metal compounds can be obtained in which the average particle diameter d50 of metal compounds with high sphericity can be controlled mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blades.
本発明の第9の態様は、第1の態様において、前記撹拌翼は、前記径方向に貫通する前記複数の孔を備える円筒状の円筒部と、前記円筒部の内周面に外縁部が固定される円盤状の円盤部と、前記円盤部の平面視の中心から前記中心軸に沿って上方に延びる回転軸と、を備え、前記円盤部の径方向外側に前記円盤部を前記回転軸の延びる方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記第2給液部が、前記回転軸の延びる方向において異なる2箇所に設けられており、上側に設けられる上側第2給液部は、前記円盤部の前記外縁部に設けられ、下側に設けられる下側第2給液部は、前記回転軸の下部から径方向外側に延びる延出部に設けられ、前記回転軸と前記円盤部及び前記延出部の内部を前記第2の反応液が流通可能であることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置である。 The ninth aspect of the present invention is an apparatus for producing fine particles of a metal compound, characterized in that in the first aspect, the stirring blade comprises a cylindrical cylinder portion having the plurality of holes penetrating in the radial direction, a disk-shaped disk portion whose outer periphery is fixed to the inner circumferential surface of the cylindrical portion, and a rotating shaft extending upward from the center of the disk portion along the central axis in a plan view, a through hole penetrating the disk portion in the direction of extension of the rotating shaft is provided on the radial outer side of the disk portion, the second liquid supply portion is provided at two different locations in the direction of extension of the rotating shaft, the upper second liquid supply portion provided on the upper side is provided on the outer periphery of the disk portion, and the lower second liquid supply portion provided on the lower side is provided on an extension portion extending radially outward from the lower part of the rotating shaft, and the second reaction liquid can flow through the inside of the rotating shaft, the disk portion, and the extension portion.
本発明の第9の態様によれば、第2の反応液を供給する第2給液部が回転軸の延びる方向において異なる2箇所に設けられているため、第1の反応液と第2の反応液との混合がより良好に行われる。また、回転軸の延びる方向に円盤部を貫通する貫通孔が設けられているため、反応槽を流れる混合液の流れがスムーズとなり圧力損失を低減できる。つまり、混合液の流れに対して反応槽の流路抵抗を低減できるため反応槽における圧力損失を低減できる。そのため、循環流量を増大させる際にポンプの消費動力を抑制することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the second liquid supply section for supplying the second reaction liquid is provided at two different locations in the direction in which the rotation shaft extends, so that the first reaction liquid and the second reaction liquid are mixed more effectively. In addition, a through hole is provided through the disk section in the direction in which the rotation shaft extends, so that the flow of the mixed liquid in the reaction tank becomes smoother and pressure loss can be reduced. In other words, the flow resistance of the reaction tank to the flow of the mixed liquid can be reduced, so that pressure loss in the reaction tank can be reduced. Therefore, the power consumption of the pump can be suppressed when increasing the circulation flow rate.
本発明の第10の態様は、第9の態様において、前記反応槽の排出口が、前記反応槽において前記回転軸が延びる方向に開口していることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置である。 The tenth aspect of the present invention is the apparatus for producing fine particles of a metal compound according to the ninth aspect, characterized in that the outlet of the reaction vessel is open in the direction in which the rotation shaft extends in the reaction vessel.
本発明の第10の態様によれば、攪拌翼の周速の増加が、第1給液部(導入口)から排出口に向かう混合液の循環流量の増加に直結しない。つまり、攪拌翼の周速の増大は混合液に作用する剪断力のみを増加させ、導入口から排出口に向かう混合液の循環流量の増大は、製造装置の外部に設けられるポンプの流量のみに依存させることができる。そのため、製造装置における混合液の循環流量と、攪拌翼の周速の増減に起因して混合液に作用する剪断力の増減と、をより高精度に個別に制御することができる。よって、生成される粒子の特性をより高精度に制御することができる。 According to the tenth aspect of the present invention, an increase in the peripheral speed of the stirring blade does not directly lead to an increase in the circulation flow rate of the mixed liquid from the first liquid supply section (inlet) to the outlet. In other words, an increase in the peripheral speed of the stirring blade increases only the shear force acting on the mixed liquid, and the increase in the circulation flow rate of the mixed liquid from the inlet to the outlet can be made to depend only on the flow rate of the pump installed outside the manufacturing apparatus. Therefore, it is possible to individually control with higher precision the circulation flow rate of the mixed liquid in the manufacturing apparatus and the increase or decrease in the shear force acting on the mixed liquid due to the increase or decrease in the peripheral speed of the stirring blade. Therefore, it is possible to control the properties of the generated particles with higher precision.
本発明の第11の態様は、第10の態様の前記製造装置と、前記製造装置の前記排出口から排出される前記微粒子を含むスラリを流動させ前記製造装置の前記第1給液部から前記製造装置内に前記スラリを循環させる循環管路と、前記スラリを前記製造装置と前記循環管路との間で循環させる循環ポンプと、を備え、前記循環管路は滞留槽を含むことを特徴とする金属化合物の微粒子の製造システムである。 The eleventh aspect of the present invention is a system for producing fine particles of a metal compound, comprising the production apparatus of the tenth aspect, a circulation line for flowing a slurry containing the fine particles discharged from the discharge port of the production apparatus and circulating the slurry from the first liquid supply unit of the production apparatus into the production apparatus, and a circulation pump for circulating the slurry between the production apparatus and the circulation line, the circulation line including a retention tank.
本発明の第11の態様によれば、滞留槽を備えることで、微粒子の生成に必要な反応時間や滞留時間を適宜調整することで所望の微粒子を得ることができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, by providing a retention tank, the reaction time and retention time required for generating the microparticles can be appropriately adjusted to obtain the desired microparticles.
本発明の第12の態様は、第10の態様の前記製造装置と、前記製造装置の前記排出口から排出される前記微粒子を含むスラリを流動させ前記製造装置の前記第1給液部から前記製造装置内に前記スラリを循環させる循環管路と、前記スラリを前記製造装置と前記循環管路との間で循環させる循環ポンプと、を備え、前記循環管路は滞留槽を含まないことを特徴とする金属化合物の微粒子の製造システムである。 The twelfth aspect of the present invention is a system for producing fine particles of a metal compound, comprising the production apparatus of the tenth aspect, a circulation line for flowing a slurry containing the fine particles discharged from the discharge port of the production apparatus and circulating the slurry from the first liquid supply unit of the production apparatus into the production apparatus, and a circulation pump for circulating the slurry between the production apparatus and the circulation line, wherein the circulation line does not include a retention tank.
本発明の第12の態様によれば、滞留槽を含まないことにより、微粒子の製造システムを完全密閉構造とすることができる。そのため、製造装置を加圧下で運転することが可能となるため、攪拌翼の回転に伴い発生する低圧領域において混合液が飽和蒸気圧以下となることに起因するキャビテーションの発生を抑制することができ、飽和蒸気圧が上昇する高温の条件においてもキャビテーションの発生を抑制することができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, by not including a retention tank, the microparticle production system can have a completely sealed structure. Therefore, since the production apparatus can be operated under pressure, it is possible to suppress the occurrence of cavitation caused by the mixed liquid becoming equal to or lower than the saturated vapor pressure in the low pressure region generated by the rotation of the stirring blade, and it is also possible to suppress the occurrence of cavitation even under high temperature conditions where the saturated vapor pressure increases.
本発明の第13の態様は、第11又は第12の態様において、前記反応槽の内部に前記第2の反応液を供給可能な前記第2給液部が、前記反応槽において前記攪拌翼及び前記第1給液部よりも上側にさらに設けられていることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造システムである。 The thirteenth aspect of the present invention is the system for producing fine particles of a metal compound according to the eleventh or twelfth aspect, characterized in that the second liquid supply part capable of supplying the second reaction liquid to the inside of the reaction tank is further provided above the stirring blade and the first liquid supply part in the reaction tank.
本発明の第13の態様によれば、攪拌翼よりも上側の領域と攪拌翼以下の領域において混合液に作用する剪断力を個別に制御することができる。そのため、結晶粒子径のみならず、結晶形状の調整機能を向上させることができる。さらに、第2の反応液を供給する箇所が増えるため、混合液の分散性が向上し、微粒子の生産能力を向上させることができる。また、第2の反応液を、上側第2給液部と下側第2給液部とに供給する系統と、前記反応槽において前記攪拌翼及び前記第1給液部よりも上側に供給する系統とに分けることができる。そのため、一方の系統には主原料を供給し、もう一方の系統には結晶製品の品質向上に寄与する異なる添加剤を供給することで、添加剤の添加工程の短縮や添加剤を成分に含む製品の製造が可能となる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, the shear force acting on the mixed liquid in the region above the stirring blade and the region below the stirring blade can be individually controlled. Therefore, it is possible to improve the adjustment function of not only the crystal particle size but also the crystal shape. Furthermore, since the number of places to supply the second reaction liquid is increased, the dispersibility of the mixed liquid is improved, and the production capacity of fine particles can be improved. In addition, the second reaction liquid can be divided into a system that supplies the upper second liquid supply part and the lower second liquid supply part, and a system that supplies the second reaction liquid to the upper side of the stirring blade and the first liquid supply part in the reaction tank. Therefore, by supplying the main raw material to one system and supplying a different additive that contributes to improving the quality of the crystal product to the other system, it is possible to shorten the additive addition process and produce a product containing the additive as an ingredient.
本発明によれば、次世代電池向けの正極材に使用可能な程度に高容量及び高出力化を実現可能な、ニッケル含有量が高い金属化合物の微粒子の平均粒子径d50を主として撹拌翼の周速の調節で制御可能な、金属化合物の微粒子の製造装置を提供することができる。 The present invention provides a manufacturing device for metal compound microparticles that can achieve high capacity and high output to the extent that they can be used as positive electrode materials for next-generation batteries, and that can control the average particle diameter d50 of metal compound microparticles with a high nickel content mainly by adjusting the peripheral speed of the stirring blade.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係る晶析システム10Aを、図1を参照しながら説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a
晶析システム10Aは、複数の原料溶液を混合して、これら複数の原料溶液の中の原料に由来する粒子を生成させる晶析装置4と、晶析装置4の下流に設けられ、晶析装置4の排出口6から排出されるスラリD1を晶析装置4の導入口(第1給液部)5aまで循環させる循環管路Poと、スラリD1を晶析装置4と循環管路Poとの間で循環させる循環ポンプ30と、を備える。なお、以下の説明において、粒子を微粒子、又は金属化合物の微粒子と表記する場合がある。さらに、晶析システム10Aを金属化合物の微粒子の製造システム、晶析装置4を金属化合物の微粒子の製造装置と表記する場合がある。
The
循環管路Poは、蛇行形状の管路である屈曲部Ppを備えている。さらに、循環管路Poは、晶析装置4と屈曲部Ppとを接続する配管22と、循環ポンプ30と屈曲部Ppとを接続する配管23と、循環ポンプ30と晶析装置4とを接続する配管24と、を備えている。なお、屈曲部Ppは、蛇行形状に限定されず、螺旋形状をなしていても良い。
The circulation pipeline Po has a bent portion Pp, which is a serpentine-shaped pipeline. Furthermore, the circulation pipeline Po has a
循環ポンプ30は、スラリD1を、晶析装置4と屈曲部Ppとの間で流量を調整可能に循環させる機能を有する循環ポンプである。しかしながら、同様の機能を有する装置であれば必ずしも循環ポンプに限定されず、例えば、回転数を制御可能な羽根車が配管23或いは配管24に設けられていても良い。
The
晶析装置4は、鉛直方向を向いた中心軸O1を備える有底円筒状の反応槽1と、円筒状の撹拌翼Wcと、を備える。撹拌翼Wcは、撹拌翼Wcの平面視の中心から中心軸O1に沿って上方に延びる中空の回転軸3を中心に回転可能であり、中心軸O1を同一の中心軸として反応槽1の内部に収容されている。回転軸3は、晶析装置4の外部に設けられる原動機MからベルトBを介して供給される回転力により回転する。なお、原動機Mはモータやエンジンなど回転動力を発生させる装置であれば特に限定されない。また、回転力を回転軸3に伝達するベルトBはチェーンや歯車など回転力を伝達できれば特に限定されない。なお、反応槽1の底面は、図示されるような平面状である他に、下方に対して凸となるコーン形状であっても良い。反応槽1の上部には反応槽1で生成された粒子(結晶)を含むスラリを次工程に排出可能な排出口6が設けられている。排出口6から配管22に排出されたスラリD1の圧力を維持又は調節する圧力指示調整計(Pressure Indication Controller)が配管22に設けられている。撹拌翼Wcの詳細は後述する。
The
反応槽1の下部には第1の反応液L1と循環管路Poを流動したスラリD1が供給される導入口5aが設けられている。第1の反応液L1は、外部の副原料SAやSBを貯蔵する不図示のタンクから副原料SAやSBが供給され混合されることで生成される。第1の反応液L1の副原料SAやSBの流量は、流量指示調節計(Flow Indication Controller)FIC2、FIC3で維持又は調節される。第1の反応液L1は、導入口5aから反応槽1に所定の量だけ供給される。第1の反応液L1の導入口5aからの供給量は、例えば循環ポンプ30の回転数を調節することで所定の量に調整することができる。第1の反応液L1が流れる配管24には必要に応じて圧力計(Pressure Indicator)PI1が設けられる。
また、撹拌翼Wcに設けられる給液部(第2給液部)5bから第2の反応液L2が反応槽1の中に供給される。第2の反応液L2は、外部の主原料SMを貯蔵する不図示のタンクから供給される。第2の反応液L2の流量は、流量指示調節計FIC1で維持又は調節される。
反応槽1の中に供給された第1の反応液L1と第2の反応液L2とが反応することで、析出され結晶化された金属化合物の微粒子が生成される。スラリD1は、この金属化合物の微粒子を含んだ流体である。
The lower part of the
A second reaction liquid L2 is supplied into the
The first reaction liquid L1 and the second reaction liquid L2 supplied to the
屈曲部Ppは、互いに間隔を空けて略同じ方向を向くように配置された内径r2の複数の直管部(Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6)と、隣接する複数の直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6同士を分離可能、或いは着脱可能に連結する内径r3の複数の曲管部C(C1、C2、C3、C4、C5)と、複数の直管部を固定する固定板21と、から構成されている。複数の曲管部Cが分離可能であるとは、例えば、直管部Po5及び直管部Po6とを接続するように設けられている曲管部C5を、直管部Po5及び直管部Po6とから分離させることができることを意味する。
曲管部C5と、直管部Po5及び直管部Po6との着脱方法としては、不図示のフランジ部が曲管部C5の両端部と、直管部Po5及び直管部Po6の左端部に設けられており、ボルトやナット等を用いてフランジ部を締め付けたり緩めたりすることで、直管部Po5及び直管部Po6に対して、曲管部C5を着脱しても良い。着脱方法はこれに限定されず、着脱自在であれば、例えば、フランジ部を使用する方法に限らず、直管部Po5及び直管部Po6の左端部に曲管部C5の両端を螺合させることで着脱しても良い。
固定板21は、図1では矩形状となっているが、複数の直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6が固定板21に固定された状態で保持できれば、その素材や形状は特に限定されない。
上記のように、分離可能な、複数の直管部と複数の曲管部Cにおいては、分離させることで容易に直管部及び曲管部Cの内周面を清掃することができるので、晶析システム10Aのメンテナンス性を向上させることができる。
The bent portion Pp is composed of a plurality of straight pipe sections (Po1, Po2, Po3, Po4, Po5, Po6) with an inner diameter r2 arranged to face substantially the same direction with a space between them, a plurality of curved pipe sections C ( C1 , C2, C3, C4, C5 ) with an inner diameter r3 that connect the adjacent straight pipe sections Po1, Po2 , Po3 , Po4 , Po5, Po6 in a separable or detachable manner, and a fixing
As a method of attaching and detaching the curved pipe section C5 to the straight pipe sections Po5 and Po6, flange sections (not shown) are provided on both ends of the curved pipe section C5 and on the left ends of the straight pipe sections Po5 and Po6, and the curved pipe section C5 may be attached and detached to and from the straight pipe sections Po5 and Po6 by fastening and loosening the flange sections using bolts, nuts, etc. The attachment and detachment method is not limited to this, and as long as it is freely attachable and detachable, for example, it is not limited to a method using flange sections, and the curved pipe section C5 may be attached and detached by screwing both ends to the left ends of the straight pipe sections Po5 and Po6.
Although the fixed
As described above, in the case of multiple separable straight pipe sections and multiple curved pipe sections C, the inner surfaces of the straight pipe sections and curved pipe sections C can be easily cleaned by separating them, thereby improving the maintainability of the
図1の例では、直管部は、直管部Po1、直管部Po2、直管部Po3、直管部Po4、直管部Po5、直管部Po6の6つの直管部により構成されており、曲管部Cは、曲管部C1、曲管部C2、曲管部C3、曲管部C4、曲管部C5の5つの曲管部から構成されているが、この例に限定されない。
直管部Poは、6つ以上の直管部Poから構成されていても良いし、6つ以下の直管部Poから構成されていても良い。直管部Poの個数に合わせて、曲管部Cの個数も増減する。例えば、図1の例において、直管部Po3の右端部に第一端が接続されている曲管部C2の第二端を配管22の左端部に接続しても良い。この場合、曲管部C2に伸縮及び湾曲自在の蛇腹部が設けられていることにより、曲管部C2が伸縮自在であっても良い。
In the example of Figure 1, the straight pipe section is composed of six straight pipe sections, namely straight pipe section Po1, straight pipe section Po2, straight pipe section Po3, straight pipe section Po4, straight pipe section Po5, and straight pipe section Po6, and the curved pipe section C is composed of five curved pipe sections, namely curved pipe section C1 , curved pipe section C2 , curved pipe section C3 , curved pipe section C4 , and curved pipe section C5 , but is not limited to this example.
The straight pipe section Po may be composed of six or more straight pipe sections Po, or six or less straight pipe sections Po. The number of curved pipe sections C increases or decreases according to the number of straight pipe sections Po. For example, in the example of FIG. 1, the second end of the curved pipe section C2 , the first end of which is connected to the right end of the straight pipe section Po3, may be connected to the left end of the
このように、屈曲部Ppの管路長、即ち、直管部と曲管部Cの合計の長さ(直管部と曲管部Cの個数)は、スラリD1を所望の滞留時間だけ、滞留させることを目的に要望に応じて調節することができる。即ち、より長い滞留時間が望まれる場合には、直管部と曲管部Cの数を増して屈曲部Ppの管路長を長くすることが望ましく、より短い滞留時間が望まれる場合には、直管部と曲管部Cの数を減らして屈曲部Ppの管路長を短くすることが望ましい。 In this way, the pipeline length of the bent section Pp, i.e., the total length of the straight pipe sections and curved pipe sections C (the number of straight pipe sections and curved pipe sections C), can be adjusted as desired to retain the slurry D1 for the desired retention time. That is, if a longer retention time is desired, it is desirable to increase the number of straight pipe sections and curved pipe sections C to lengthen the pipeline length of the bent section Pp, and if a shorter retention time is desired, it is desirable to decrease the number of straight pipe sections and curved pipe sections C to shorten the pipeline length of the bent section Pp.
ここで、スラリD1の流速は、スラリD1を構成する粒子の比重と径により決まる。即ち、スラリD1を構成する粒子の比重と径により、スラリD1を構成する粒子の沈降速度が決まるので、スラリD1が配管内で沈降することなく流通されるようにスラリD1の流速を決める。そのため、所望のスラリD1の滞留時間と、スラリD1を沈降させないためのスラリD1の流速とから、屈曲部Ppの管路長を求めることができる。 The flow rate of the slurry D1 is determined by the specific gravity and diameter of the particles that make up the slurry D1. In other words, the settling speed of the particles that make up the slurry D1 is determined by the specific gravity and diameter of the particles that make up the slurry D1, so the flow rate of the slurry D1 is determined so that the slurry D1 flows without settling in the piping. Therefore, the pipe length of the bent section Pp can be calculated from the desired residence time of the slurry D1 and the flow rate of the slurry D1 to prevent the slurry D1 from settling.
晶析装置4と屈曲部Ppは内径r1の配管22により接続されている。屈曲部Ppと循環ポンプ30は内径r4の配管23により接続されている。循環ポンプ30と晶析装置4は内径r5の配管24により接続されている。
図1の例では、循環管路Poの内径、即ち、配管22の内径r1、直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6の内径r2、曲管部C1、C2、C3、C4、C5の内径r3、配管23の内径r4、配管24の内径r5は、同一とされている。この場合、配管22、直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6、曲管部C1、C2、C3、C4、C5、配管23、配管24の断面積が一定となるため、管路を流れるスラリD1の流動解析が容易となる。しかしながら、上記の例に限定されず、循環管路Poの内径、即ち、配管22の内径r1、直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6の内径r2、曲管部C1、C2、C3、C4、C5の内径r3、配管23の内径r4、配管24の内径r5が互いに異なっていても良い。その場合、異なった内径を考慮して流動解析を行えばよい。
The
1, the inner diameter of the circulation pipeline Po, i.e., the inner diameter r1 of the
屈曲部Ppから排出されるスラリD1が流れる配管23には、スラリ排出ポンプ31に接続される管路が接続されている。この管路が配管23からスラリD1を引き抜き、これを集積する事で製品となる。スラリ排出ポンプ31の近傍に流量指示調節計(Flow Indication Controller)FIC4が設けられ、晶析システム10Aの外部に引き抜かれるスラリD1の流量の維持又は調節を行う。スラリ排出ポンプ31は、循環ポンプ30と同様に、流量を調整可能な機能を有するスラリ排出ポンプである。しかしながら、配管23からスラリD1を引き抜く機能を有する装置であれば必ずしもスラリ排出ポンプに限定されず、例えば、回転数を制御可能な羽根車が管路に設けられていても良い。
スラリD1が外部に引き抜かれた直後の配管23におけるスラリD1の圧力を必要に応じて圧力計(Pressure Indicator)PI2でモニターする。
A pipeline connected to a
The pressure of the slurry D1 in the
晶析システム10Aでは、屈曲部Ppの少なくとも一部が温度調節槽13の中に設けられている。
温度調節槽13は、不図示のポンプ等により、冷水等の冷媒CWが温度調節槽13の内部を一方向に流れる状態を維持している部材である。このような温度調節槽13の中に、屈曲部Ppの少なくとも一部を設けた場合、屈曲部Ppの直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6に冷媒が衝突する。この場合、屈曲部Ppの直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6を流れるスラリD1と冷媒CWとの間で、直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6を構成する部材を介して熱交換が行われる。よって、スラリD1を冷却又は加熱することができる。
ここで、図1の場合は、冷媒CWの流れ方向に対して直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6が略垂直に設けられているが、必ずしも冷媒CWの流れ方向に対して直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6が略垂直に設けられていなくとも良く、垂直ではない角度を付けて設けられていても良い。また、屈曲部Ppの曲管部Cにおいて冷媒CWとの熱交換が行われても良いし、屈曲部Ppの直管部と曲管部Cとの両方で冷媒CWとの熱交換が行われても良い。
In the
The
1, the straight pipe sections Po1, Po2, Po3, Po4, Po5, and Po6 are provided substantially perpendicular to the flow direction of the refrigerant CW, but the straight pipe sections Po1, Po2, Po3, Po4, Po5, and Po6 do not necessarily have to be provided substantially perpendicular to the flow direction of the refrigerant CW, and may be provided at an angle other than perpendicular. Also, heat exchange with the refrigerant CW may be performed in the curved pipe section C of the bent portion Pp, or heat exchange with the refrigerant CW may be performed in both the straight pipe section and the curved pipe section C of the bent portion Pp.
ここで、屈曲部Ppのうち、直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6の長さ、或いは直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6の数を調節することで、スラリD1に対する温度調整能力を調整することができる。例えば、直管部Po1を流れる熱量Qを有するスラリD1から熱量Q1が熱交換により冷媒CWに移動したとすると、直管部Po2を流れる熱量(Q-Q1)を有するスラリD1から熱量Q2が熱交換により冷媒CWに移動する。さらに、直管部Po3を流れる熱量(Q-(Q1+Q2))を有するスラリD1から熱量Q3が熱交換により冷媒CWに移動すると、直管部Po4を流れるスラリD1の熱量は(Q-(Q1+Q2+Q3))となる。これを所望の回数繰り返すことで、スラリD1の熱量を低減させることができるので、スラリD1を所望の量だけ冷却することができる。スラリD1を加熱する場合も同様である。 Here, the temperature adjustment capability for the slurry D1 can be adjusted by adjusting the length of the straight pipe sections Po1, Po2, Po3, Po4, Po5, and Po6 of the bent section Pp, or the number of the straight pipe sections Po1, Po2, Po3, Po4, Po5, and Po6. For example, if the heat quantity Q1 is transferred from the slurry D1 having the heat quantity Q flowing through the straight pipe section Po1 to the refrigerant CW by heat exchange, the heat quantity Q2 is transferred from the slurry D1 having the heat quantity (Q-Q1) flowing through the straight pipe section Po2 to the refrigerant CW by heat exchange. Furthermore, if the heat quantity Q3 is transferred from the slurry D1 having the heat quantity (Q-(Q1+Q2)) flowing through the straight pipe section Po3 to the refrigerant CW by heat exchange, the heat quantity of the slurry D1 flowing through the straight pipe section Po4 becomes (Q-(Q1+Q2+Q3)). By repeating this process a desired number of times, the amount of heat in the slurry D1 can be reduced, allowing the slurry D1 to be cooled by a desired amount. The same applies when heating the slurry D1.
このような屈曲部Ppを有する循環管路Poを備える晶析システム10Aによれば、晶析装置4において生成される粒子を含むスラリD1を、循環ポンプ30の流量制御により、容易に完全均一混合することができる。さらに、晶析装置4において生成される粒子を含むスラリD1を、屈曲部Ppの管路長を調節することで、滞留槽を必須とすることなく、所望の時間だけ滞留させることができる。従って、滞留槽を用いる場合に要求されたスラリD1の複雑な流動解析を行うことなく、屈曲部PpにおけるスラリD1の滞留時間を調節することができる。なお、不図示の滞留槽を晶析システム10Aに加えても良い。
According to the
また、このような晶析システム10Aによれば、冷媒CWと熱交換が行われる屈曲部Ppの管路長、即ち、直管部Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6の管路長、或いは数を調節することで、スラリD1を所望の量だけ冷却又は加熱することができる。
In addition, with this type of
次に、晶析システム10Aの撹拌翼Wcについて詳細に説明する。撹拌翼Wcは、円筒部2と、円筒部2の内周面2iに外縁部が固定される円盤状の円盤部8と、円筒部2の上端部の内周面2iに外縁部が固定される第2円盤部15と、を備えている。
円盤部8は、円筒部2の高さが概ね半分となる位置に設けられるが、この例に限定されず、円筒部2の高さの概ね半分よりも下側や上側に設けられても良い。円盤部8の平面視の中心に回転軸3が固定されている。
第2円盤部15は、円盤部8よりも上側に設けられる円盤状の部材であり、その平面視の中心に回転軸3が貫通する孔を有する。回転軸3が貫通する孔を除き、中心軸O1方向に第2円盤部15を貫通する孔はない。従って、第2円盤部15の内側に第1の反応液L1、第2の反応液L2、及びその混合液が入り込むことはない。
回転軸3の中空の内部は管路P1とされている。円盤部8の内部には複数の管路P2が中心から放射状に外縁部に向かって延びている。回転軸3の管路P1と円盤部8の管路P2とは連通している。撹拌翼Wcの回転軸3には、晶析装置4の外部に設けられる主原料SMを貯蔵する不図示のタンクから第2の反応液L2が供給される。第2の反応液L2は、ロータリージョイントRを介して回転軸3の中空の管路P1に供給され、その後、円盤部8の管路P2に供給される。管路P2の反応槽1の径方向外側の先端は下方に向けて開口しており第2の反応液L2が排出される給液部(第2給液部)5bとされている。従って、円盤部8には、給液部5bが円盤部の周方向に間隔を空けて複数設けられている。給液部5bの個数は例えば8個設けられている。給液部5bの個数は限定されないが、中心軸O1に対して対称に設けることが望ましい。
Next, the stirring impeller Wc of the
The
The second disk portion 15 is a disk-shaped member provided above the
The hollow interior of the
本実施形態においては、撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2iと給液部5bの中心との距離は2mm以下とされている。また、図2に示されるように、撹拌翼Wcの円筒部2の外周面2oと反応槽1の内周面1iとの距離(クリアランス)をL3、撹拌翼Wc(円筒部2)の中心軸O1に沿う高さをHeとすると、HeとL3との比であるHe/L3が10以上であることが好ましい。また、He/L3が25以上であることがより好ましい。従って、この実施形態と異なるサイズの装置を使用する場合であっても、この比を基に同様の装置を製作することができる。撹拌翼Wcは、5m/秒以上50m/秒以下の周速で回転する。なお、He/L3の比率は、目的によって、上述の比率と異なる場合がある。例えば、結晶破砕を抑制したい場合には、比率を上記の値から下げても良い。
In this embodiment, the distance between the inner
撹拌翼Wcの円筒部2には、円筒部2の径方向に貫通する複数の孔hが円盤部8よりも下側に設けられている。これらの孔hは、第1の反応液L1、第2の反応液L2、或いはその混合液が流通可能とされている。そのため、第1の反応液L1、第2の反応液L2、或いはその混合液は、複数の孔hを通じて、撹拌翼Wcの内側から外側に、又は撹拌翼Wの外側から内側に移動可能である。このように、円筒部2の径方向に貫通する複数の孔hが円盤部8よりも下側に設けられている場合、複数の孔hが円盤部8の下側と上側の両方に設けられている場合に比べて、より少ない動力で撹拌翼Wcを回転させることができる。
このような円筒部2は、円筒部2の高さ方向に亘って均等に孔hが設けられている加工前の円筒部2を、円盤部8より上側の孔hを閉塞するように加工することで、円盤部8より下側のみに孔hが設けられている円筒部2を形成してもよい。または、円筒部2において、円盤部8より下側のみに孔hを設ける加工を行い、円盤部8よりも上側には孔hを設ける加工を行わないように円筒部2を形成しても良い。
In the
Such a
このような撹拌翼Wcを備える晶析装置4において、導入口5aから所定量の第1の反応液L1を反応槽1に供給する。供給される第1の反応液L1の量は、反応槽1を満たす程度(満液状態)でも良いし、或いは、撹拌翼Wが回転した際に第1の反応液L1が反応槽1の中心軸O1を中心として円運動を行うことにより第1の反応液L1に発生する遠心力により反応槽1の内周面1iに押し付けられて、反応槽1の内周面1iに第1の反応液L1の液膜が形成される程度に供給しても良い。以下では、第1の反応液L1が満液状態になる程度供給される場合を想定して説明する。また、第1の反応液L1を上述の満液状態または液膜形成状態となる程度に供給した後に第1の反応液L1の供給を止めてから反応槽1で反応をさせても良いし(後述のバッチ方式)、第1の反応液L1を上述の満液状態または液膜形成状態となる程度の流量に維持しながら反応槽1での反応を継続的に行っても良い(後述の連続方式)。
例えば、排出口6に不図示の開度調整バルブを設け、この開度調整バルブの開度を調整することにより、反応槽1を、満液状態と液膜が形成される液膜状態とのいずれかに選択することができる。
In the
For example, by providing an aperture adjustment valve (not shown) at the
反応槽1が第1の反応液L1で満たされた状態において、撹拌翼Wcを回転させるとともに、第2の反応液L2を給液部5bから撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2iに沿って排出することで、第2の反応液L2を反応槽1内に供給する。こうすることで、給液部5bから撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2iに沿って排出された第2の反応液L2が、第1の反応液L1で満たされた反応槽1のうちで撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2i近傍で撹拌翼Wcの回転に伴って回転している第1の反応液L1と接触する。こうして第1の反応液L1と第2の反応液L2とが接触することにより反応が発生して粒子が生成される。
When the
この際、第1の反応液L1に、5m/秒以上50m/秒以下の周速で回転している撹拌翼Wcの給液部5bから第2の反応液L2を供給することで、第2の反応液L2を第1の反応液L1と均一に混合することができる。
At this time, the second reaction liquid L2 is supplied to the first reaction liquid L1 from the
ここで、撹拌翼Wcの回転に伴って回転している第1の反応液L1と、5m/秒以上50m/秒以下の周速で回転している撹拌翼Wcの給液部5bから排出される第2の反応液L2と、これらの混合液に発生する遠心力により、第1の反応液L1、第2の反応液L2、及び混合液(以下、まとめて混合液と呼ぶ場合がある)は撹拌翼Wcの円筒部2の径方向外側に移動し、撹拌翼Wcの円筒部2に設けられた複数の孔hを通って反応槽1の内周面1iに衝突し、その後、反応槽1の内周面1iに沿って上下方向に移動する。主に下方に移動した混合液は、撹拌翼Wcの回転により生じる遠心力に起因する径方向外側に向かう流れに引き寄せられて再び撹拌翼Wcの円筒部2に設けられた複数の孔hを通って反応槽1の内周面1iに衝突し、その後、反応槽1の内周面1iに沿って上下方向に移動することで対流が生まれる。ここで、複数の孔hを混合液が通過する際、絞り流路の効果により、混合液は径方向外側に加速されるので、混合液の径方向外向きの流速は、複数の孔h近傍で最も高い。さらに、5m/秒以上50m/秒以下の周速で回転する撹拌翼Wcの円筒部2の外周面2o及び内周面2iと固定されている反応槽1の内周面1iとの間に存在する混合液には、周方向に剪断力が与えられる。混合液に与えられる剪断力は撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2iと外周面2oとに近ければ近い程大きい。混合液に与えられる剪断力は、得られる粒子の粒子径と均一性を決定する大きな要因となる。特に与えられる剪断力が大きければ大きい程、微細な粒子径を持つ粒子を得ることができる。
Here, due to the centrifugal force generated in the first reaction liquid L1 rotating with the rotation of the agitator Wc, the second reaction liquid L2 discharged from the
本実施形態の晶析装置4では、給液部5bが、円盤部8の外縁部に設けられている。具体的には上記のように撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2iと給液部5bの中心との距離が2mm以下とされている。そのため、給液部5bから撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2iに沿って排出される第2の反応液L2と、撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2i近傍で撹拌翼Wcの回転に伴って回転している第1の反応液L1と、が初めて接触して反応を開始する反応開始ポイントには、遠心力と絞り流路の効果による径方向外側に向かう流れに加えて剪断力が最大限に与えられる。よって、与えられる剪断力が最も大きい領域を反応開始ポイントとすることができる。具体的には、撹拌翼Wcの円筒部2の内周面2iと外周面2oから至近距離、例えば2mm以内、の領域に反応開始ポイントを形成することができる。ここで、混合液は上記の複数の孔hを通って円筒部2の内周側から外周側に移動可能である。従って、反応開始ポイントにおける第1の反応液L1と第2の反応液L2との撹拌が剪断力により促進される。そのため、より均一な第1の反応液L1と第2の反応液L2との混合が反応開始ポイントから開始され、混合液の流れに沿って反応が起こる場である反応場で混合及び反応が行われることで微細かつ均一な径を有する粒子を生成することができる。ここで、反応開始ポイントは反応が開始される領域を指し、反応場は反応が起きる場全体を指す。従って、反応開始ポイントは反応場に含まれる。
なお、撹拌翼Wcの上部に相当する反応槽1の内周面に図2に示すバッフル(邪魔板)7が設けられていても良い。バッフル7は、反応槽1が満液の状態においては、渦の発生を抑制し混合液の撹拌を促進させる効果がある。一方、反応槽1が満液ではなく混合液の液膜が形成される状態においてはバッフル7を設ける必要はない。
なお、バッフル7は必須の構成ではなく、設けなくても良い。例えば、反応槽1における回転軸3が挿入される箇所に不図示のメカニカルシールを設け、気相部の無い完全な満液状態とする場合、渦の発生が抑制されるため、バッフル7を設けなくても良い。バッフル7を設けない場合、流路抵抗が低減され、原動機Mの動力を低減できる。
In the
A baffle (baffle plate) 7 shown in Fig. 2 may be provided on the inner peripheral surface of the
The
なお、満液状態ではなく液膜が形成される状態においても満液状態の場合と同様の効果が得られる。 The same effect can be obtained even when the container is not filled with liquid but instead a liquid film is formed.
このような晶析装置4を含む晶析システム10Aによれば、晶析装置4における反応生成物の粒子径、粒度分布、球形度などの粒子品質に影響を与える剪断力、第1の反応液L1の循環量、スラリの滞留時間を個別に調整することができ、より一層、粒子品質の制御性能を向上することができる。
According to the
このような晶析システム10Aの晶析装置4には、原動機Mの回転速度を制御可能な制御部CONがさらに設けられている。従って、制御部CONにより原動機Mの回転速度を制御することで、撹拌翼Wcの回転速度(周速)を制御することができる。
制御部CONは、晶析システム10Aの操作者による操作等に基づいて、原動機Mの回転速度を制御するコンピュータである。即ち、制御部CONは、上記のような制御を実施できるようなCPU,RAM,ROM等を含む公知の計算機でもよい。制御部CONによる制御の詳細は、ユーザーが任意に変更または更新可能なソフトウェアにより定義されても良い。図1や図2に示すように、制御部CONは、電気的あるいは電子的に原動機Mに接続されている。また、制御部CONには撹拌翼Wc(回転軸3)の回転数を計測する回転数センサが含まれていても良く、回転数センサから受信した回転数信号が所望の周速に対応する回転数となるように制御部CONは原動機Mの回転数を制御しても良い。例えば、原動機Mがモータの場合、制御部CONは、モータの駆動電圧を制御することで、モータの回転数を制御しても良い。原動機Mがエンジンの場合、制御部CONは、エンジンへの燃料供給量を制御することで、エンジンの回転数を制御しても良い。
The
The control unit CON is a computer that controls the rotation speed of the prime mover M based on the operation by the operator of the
このような晶析システム10Aを用いて、反応槽1内における結晶の滞留時間と反応槽1内におけるpHを一定の条件に固定し、撹拌翼Wcの周速を変化させた場合に得られた微粒子の平均粒子径d50を測定した。その結果、撹拌翼Wcの周速が20m/sの時に得られた微粒子の平均粒子径d50は3.79μmであった(測定点a)。撹拌翼Wcの周速が40m/sの時に得られた微粒子の平均粒子径d50は1.71μmであった(測定点b)。撹拌翼Wcの周速が50m/sの時に得られた微粒子の平均粒子径d50は1.32μmであった(測定点c)。
Using this
得られた測定点a、b、cを公知の方法で補間することで得られたグラフを図3に示す。図3より、撹拌翼Wcの周速を大きくするに連れて、より微小な平均粒子径d50を備える微粒子が得られることが確認された。また、図3より、周速が略25m/s以上で、得られる平均粒子径d50は3μm以下となることが確認された。ここで、略25m/s以上の周速とは、平均粒子径d50が3μm以下となる場合の、周速23m/sから周速25m/s以上の間を指す。 Figure 3 shows a graph obtained by interpolating the obtained measurement points a, b, and c using a known method. It was confirmed from Figure 3 that as the peripheral speed of the stirring blade Wc increases, fine particles with a smaller average particle diameter d50 are obtained. It was also confirmed from Figure 3 that when the peripheral speed is approximately 25 m/s or more, the obtained average particle diameter d50 is 3 μm or less. Here, a peripheral speed of approximately 25 m/s or more refers to a peripheral speed between 23 m/s and 25 m/s or more, where the average particle diameter d50 is 3 μm or less.
図3の結果から、晶析システム10Aを用いて、撹拌翼Wcの周速を略25m/s以上とすることで、平均粒子径d50が3μm以下の微粒子が得られることが確認された。そして、撹拌翼Wcの周速を増加させると、より平均粒子径d50の小さい微粒子が得られることが確認された。これは、流体には速度差によって剪断力が生じるため、撹拌翼Wcの周速を増加させればさせる程、撹拌翼Wcと共に回転している混合液と、反応槽1内で静止している混合液との速度差が大きくなり、より大きな剪断力を混合液に与えることに起因すると考えられる。従って、原動機Mの回転速度を制御することで撹拌翼Wcの周速を制御する制御部CONは、混合液に与える剪断力を制御し、さらには、製造される微粒子の平均粒子径d50を制御する。
From the results of FIG. 3, it was confirmed that by using the
なお、図3で得られた微粒子は、ニッケル、コバルト、マンガンを含む金属化合物である。より具体的には、ニッケル、コバルト、マンガンから構成される三元系金属水酸化物である。この微粒子において、ニッケルの物質量比は90%以上である。ここで言う物質量比が90%以上とは、ニッケル、コバルト、マンガンの合計の物質量を100とした場合に、ニッケルの物質量が90以上であることを言う。従って、ニッケルの含有率が高い状態にもかかわらず、平均粒子径d50が3μm以下という微小な微粒子が得られることが確認された。
なお、微粒子は、ニッケル、コバルト、マンガンから構成される三元系金属水酸化物の微粒子に必ずしも限定されず、ニッケル、コバルト、アルミニウムから構成される金属化合物の微粒子であっても良い。
The microparticles obtained in Fig. 3 are metal compounds containing nickel, cobalt, and manganese. More specifically, they are ternary metal hydroxides composed of nickel, cobalt, and manganese. In these microparticles, the substance amount ratio of nickel is 90% or more. The substance amount ratio of 90% or more here means that the substance amount of nickel is 90% or more when the total substance amount of nickel, cobalt, and manganese is 100. Therefore, it was confirmed that, despite the high nickel content, minute microparticles with an average particle size d50 of 3 µm or less were obtained.
The fine particles are not necessarily limited to fine particles of a ternary metal hydroxide composed of nickel, cobalt, and manganese, but may be fine particles of a metal compound composed of nickel, cobalt, and aluminum.
ここで、図3の結果は、晶析システム10Aを連続方式で運転した際に得られた。連続方式とは、図1に示す晶析システム10Aを運転中に、主原料SMと副原料SAやSBが連続的に供給され、生成された微粒子を含むスラリD1が連続的に晶析システム10Aから外部に排出される運転形式を言う。晶析システム10Aで製造されるニッケル、コバルト、マンガンから構成される三元系金属水酸化物のニッケルの物質量比は90%以上であるため、晶析システム10Aに投入される金属系原料においてもニッケルの物質量比が90%以上である。
なお、連続方式の運転の他にバッチ方式の運転がある。これは、晶析システム10Aの運転中には主原料SMと副原料SAやSBを供給せずに、晶析システム10Aの運転を開始する前に所定量の主原料SMと副原料SAやSBを晶析システム10Aに供給した後、晶析システム10Aを運転し、晶析システム10Aの運転を止めてから生成された微粒子を含むスラリD1を外部に排出する運転方式である。
Here, the results in Fig. 3 were obtained when the
In addition to the continuous operation, there is also a batch operation, in which the main raw material S M and the auxiliary raw materials S A and S B are not supplied during the operation of the
図4は、このような連続方式で、撹拌翼Wcの周速が略25m/s以上となるように晶析システム10Aを運転して得られた微粒子の電子顕微鏡写真である。粒子の球形度は平均値で0.85以上であり、高いことが分かる。この場合の平均粒子径d50は1.32μmであった。図5は、晶析システム10Aの撹拌翼Wcのような形状の撹拌翼を使用しない従来技術で得られた微粒子の電子顕微鏡写真である。図4の微粒子と比較すると、微粒子の球形度が明らかに低いことが分かる。この場合の平均粒子径d50は1.37μmであった。
Figure 4 is an electron microscope photograph of fine particles obtained by operating the
図6は、後述の晶析システム10C又は晶析システム10Dをバッチ方式で運転して得られた微粒子の電子顕微鏡写真である。図4に示す連続方式で得られた微粒子と同様に、バッチ方式で運転しても、粒子の球形度は平均値で0.9以上であり、高い球形度の微粒子が得られることが分かる。さらに、連続方式に比べ、粒度分布の均一性が大幅に向上し、スパン:(d90-d10)/d50=0.7以下を達成する。この場合の平均粒子径d50は1.40μmであった。
Figure 6 is an electron microscope photograph of microparticles obtained by operating
よって、撹拌翼Wcの周速を制御可能な制御部CONを備える晶析装置4を含む晶析システム10Aによれば、球形度が高く、ニッケルの含有量が物質量比で90%以上と高く、かつ平均粒子径d50が3μm以下と微小な、ニッケル、コバルト、マンガンから構成される三元系金属水酸化物の微粒子を得ることができる。さらに、制御部CONの制御の下で主として撹拌翼Wcの周速を調節させることで、得られる金属化合物の微粒子の平均粒子径d50を制御することができる。即ち、撹拌翼の周速を制御可能な制御部CONが設けられ、剪断力と循環流を個別に調節できるようにしたことで、反応槽1では剪断力の伝達に特化した攪拌が可能となる。即ち、撹拌翼Wcの周速を調節することで反応槽1内の混合液に与える剪断力を調節し、図1の循環ポンプ30の回転数を調節することで循環流を調節する。この機構改良による大きなメリットは、主として攪拌翼Wcの周速調整で粒子径の制御が可能となることである。従来の滞留時間やpH値の調整に頼った粒子径制御から、滞留時間、pH値の設定値は製品品質の低下が無い条件で一定のまま、主として攪拌翼Wcの周速調整で粒子径の制御が可能なため、粒子径の制御性能は飛躍的に向上する。この機能性向上により、粒子形状の悪化を引き起こさない滞留時間、および、pH値を維持したまま、粒子径を制御することができ、平均粒子径d50が微小、且つ、球形度が高い高品質のニッケル含有率の高い金属水酸化物を得ることができる。
Therefore, according to the
<第1実施形態の第1の変形例>
図7は、本発明の第1実施形態の第1の変形例に係る晶析システム10Bを示す概略図である。以下の説明では、第1実施形態に係る晶析システム10Aとの差異のみを説明する。
<First Modification of First Embodiment>
7 is a schematic diagram showing a
晶析システム10Bは、撹拌翼Wdの形状が、晶析システム10Aの撹拌翼Wcと異なっている点と、屈曲部Ppが温度調節槽13の中に設けられていない点で晶析システム10Aと異なっている。
撹拌翼Wdは、図7に示されるように、円盤部8が円筒部2の上端部に設けられている点において撹拌翼Wcと異なっている。また、円筒部2の高さが撹拌翼Wcの円筒部2の高さの半分程度である。このような撹拌翼Wdを備える晶析装置4dを用いることでも、撹拌翼Wcを備える晶析装置4と同様の効果を奏することができる。また、円盤部8よりも上方に円筒部2が設けられていないため、撹拌翼Wdを撹拌翼Wcよりも軽量とすることができる。また撹拌翼Wdを簡易な構造とすることができるので、撹拌翼Wcよりも少ない動力で撹拌翼Wdを運転することができ、晶析装置4dの省エネ化と、撹拌翼Wdの製造の容易化が期待できる。さらに、円筒部2の高さが短く抑えられているため、晶析装置4dを小型化することができる。
As shown in FIG. 7, the stirring blade Wd is different from the stirring blade Wc in that the
このような晶析装置4dを含む第1の変形例に係る晶析システム10Bを用いても、晶析システム10Aを使用した場合と同様に、球形度が高く、ニッケルの含有量が物質量比で90%以上と高く、かつ平均粒子径d50が3μm以下と微小である、ニッケル、コバルト、マンガンから構成される三元系金属水酸化物の微粒子を、製造することができる。
なお、晶析システム10Bに、晶析システム10Aに使用される温度調節槽13が設けられても良い。その場合、晶析システム10Aと同様にスラリD1を所望の量だけ冷却又は加熱することができる。
The use of the
The
<第1実施形態の第2の変形例>
図8は、本発明の第1実施形態の第2の変形例に係る晶析システム10Cを示す概略図である。以下の説明では、第1実施形態に係る晶析システム10Aとの差異のみを説明する。
<Second Modification of First Embodiment>
8 is a schematic diagram showing a
晶析システム10Cは、晶析システム10Aの屈曲部Ppに代わり、滞留槽10が設けられている点で晶析システム10Aと異なっている。
晶析システム10Aと晶析システム10Bが連続方式で運転する場合に採用される構成であるのに対し、晶析システム10Cはバッチ方式で運転する場合に採用される構成である。この場合、屈曲部Ppを用いる場合よりも装置容量が多く確保できるので、運転中に晶析システム10Cを形成する系が外部に対して閉ざされるバッチ方式において、1回の運転でより多くの微粒子を製造することができる。よって、効率の良い微粒子の製造を行うことができる。このような晶析システム10Cをバッチ方式で運転した場合にも、図6に示すような、球形度が高く、ニッケル含有量が物質量比で90%以上と高く、かつ平均粒子径d50が3μm以下の微小粒子を製造することができる。さらに、バッチ方式で微粒子を製造した場合、連続方式に比べ、粒度分布の均一性が大幅に向上し、スパン:(d90-d10)/d50=0.7以下を達成することができる。
なお、晶析システム10Cの滞留槽10に不図示の撹拌機が設けられていても良い。撹拌機として、例えばスクリュウタイプの公知の撹拌機が設けられていても良い。この場合、滞留槽10での更なる流動性の向上と、滞留槽10にも原料や添加剤を添加する際の分散性を向上することができる。
The
The
<第1実施形態の第3の変形例>
図9は、本発明の第1実施形態の第3の変形例に係る晶析システム10Dを示す概略図である。以下の説明では、第1実施形態の第2の変形例に係る晶析システム10Cとの差異のみを説明する。
<Third Modification of First Embodiment>
9 is a schematic diagram showing a
晶析システム10Dは、晶析システム10Cの滞留槽10に濃縮機11が接続されている点で晶析システム10Cと異なっている。
晶析システム10Dのように、濃縮機11と組合せることで、装置内のスラリ濃度を上昇させ、単位容量当たりの生産量を向上させることができる。原理的には、スラリの流動性があり、ポンプ搬送できる濃度までスラリ濃度を上昇させることができる。濃縮機11には、ろ過機、遠心分離機、シックナーなどを適用することができる。このような晶析システム10Dを用いた場合にも、図6に示すような、球形度が高く、ニッケル含有量が物質量比で90%以上と高く、かつ平均粒子径d50が3μm以下の微小粒子を製造することができる。
なお、晶析システム10Dの滞留槽10に不図示の撹拌機が設けられていても良い。撹拌機として、例えばスクリュウタイプの公知の撹拌機が設けられていても良い。この場合、滞留槽10での更なる流動性の向上と、滞留槽10にも原料や添加剤を添加する際の分散性を向上することができる。
By combining the
The
ここで、撹拌翼Wc又は撹拌翼Wdを用いる場合の利点を異なる観点から説明する。特許文献3に開示されるようなフラットディスクタービンを用いた場合と比較すると、同じ動力で運転した場合、フラットディスクタービンの1.25倍の翼径を備える撹拌翼Wc又は撹拌翼Wdを、フラットディスクタービンの周速の3.3倍の周速で運転することができる。従って、撹拌翼Wc又は撹拌翼Wdを用いる場合、従来技術よりも、より大きな剪断力を金属水酸化物の微小反応場に与えることができる。これは、フラットディスクタービンに比べると、撹拌翼Wc又は撹拌翼Wdを回転させたときに水から受ける抵抗がより少ないためであると考えられる。そのため、より高速で撹拌翼Wc又は撹拌翼Wdを回転させることができるので、より大きな剪断力を金属水酸化物の微小反応場に与えることができると考えられる。
Here, the advantages of using the stirring blades Wc or Wd will be explained from a different perspective. Compared to using a flat disk turbine as disclosed in
<第2実施形態>
図10は、本発明の第2実施形態の晶析システム20Aの晶析装置40の概略図である。本発明の第2実施形態の晶析システム20Aは図13に示される。以下の説明では、図7に示す第1実施形態の第1の変形例の晶析システム10Bの晶析装置4dとの差異を中心に説明する。
Second Embodiment
Fig. 10 is a schematic diagram of a
晶析システム20Aの晶析装置40は、反応槽1Aにおいて回転軸3が延びる方向に排出口6aが開口している点と、晶析装置40の攪拌翼Wsが第1実施形態の第1の変形例の晶析システム10Bの攪拌翼Wdと異なる形状である点と、で異なっている。
The
本発明の第2実施形態の晶析システム20Aの晶析装置40における反応槽1Aでは、第1の反応液L1が供給される導入口(第1給液部)5a1が反応槽1Aの上部であって、攪拌翼Wsよりも上側に設けられている。また、本発明の第2実施形態の晶析システム20Aの晶析装置40における反応槽1Aでは、排出口6aは回転軸3が伸びる方向に開口している。図10の例では、排出口6aは反応槽1Aの底部に設けられている。なお、反応槽1Aの底部は、図10に示すような下方に凸となる形状に限定されず、平坦であっても良い。
In the
図12の(a)は、図10のAA断面図を示す。図12の(a)に示すように、導入口5a1は、導入口5a1から反応槽1Aに流入した反応液L1が渦を形成するように、反応槽1Aに接続されている。渦が形成されやすいように、導入口5a1が反応槽1Aの接線方向に接続されていてもよい。
Figure 12 (a) shows a cross-sectional view taken along line AA in Figure 10. As shown in Figure 12 (a), the inlet 5a1 is connected to the
図10に示す攪拌翼Wsは、図7に示す晶析装置4dの攪拌翼Wdにおいて、管路P2が円盤部8の外縁から径方向外側に向けて開口し、円筒部2を径方向に貫通して、円筒部2の径方向外側に向けて第2の反応液L2を反応槽1A内に供給する給液部(上側第2給液部)5b1が円筒部2の外周面2oに設けられている点で異なっている。また、図7に示す晶析装置4dの攪拌翼Wdにおいて、回転軸3が円盤部8の下方に向けてさらに伸び、回転軸3の下端部から径方向外側に向けて、第2の反応液L2を円筒部2の径方向外側に向けて反応槽1A内に供給する給液部(下側第2給液部)5b2が、回転軸3の下端部から径方向外側に向けて延びる延出部9の先端に開口している点で異なっている。さらに、円盤部8を回転軸3の延びる方向に貫通する貫通孔h1が複数設けられている点で異なっている。ここで円筒部2の内周面2iと回転軸3との間のクリアランスは反応槽1Aの内周面1iと攪拌翼Wsとの間のクリアランスよりも大きく設定されている。また、延出部9の先端は、円筒部2の内周面2iよりも径方向内側に設けられている。
The impeller Ws shown in FIG. 10 differs from the impeller Wd of the
以下、攪拌翼Wsの構造をより詳細に説明する。図12の(b)は、図10のBB断面図を示す。管路P2は、回転軸3の内部に設けられる管路P1から回転軸3の径方向外側に向けて分岐している。図12の(b)の例では、管路P2は4個設けられており周方向に等間隔に設けられている。管路P2の数は必ずしも4個に限定されないが、回転軸3を中心として周方向に等間隔に設けられていれば4個より少なくても、4個より多くても良い。また、図12の(b)の例では、貫通孔h1は、円筒部2の周方向に延びるスリット状であり、周方向に等間隔に4個設けられている。貫通孔h1は周方向に等間隔に設けられていれば良く、個数は4個に限定されない。
The structure of the stirring blade Ws will be described in more detail below. (b) of FIG. 12 shows a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 10. The pipe P2 branches from the pipe P1 provided inside the
図12の(c)は、図10のCC断面図を示す。管路P3は、回転軸3の内部に設けられる管路P1から回転軸3の径方向外側に向けて分岐している。図12の(c)の例では、管路P3は4個設けられており周方向に等間隔に設けられている。管路P3の数は必ずしも4個に限定されないが、回転軸3を中心として周方向に等間隔に設けられていれば4個より少なくても、4個より多くても良い。なお、管路P2の数と管路P3の数(延出部の本数)は等しくても異なっていても良い。
Figure 12(c) shows a cross-sectional view taken along line CC in Figure 10. Pipe P3 branches out from pipe P1 provided inside the
また、図10に示すように、回転軸3の下部に拡径部3aが設けられ、延出部9が拡径部3aから径方向外側に延びていても良い。また、拡径部3aが回転軸3に対して着脱自在に設けられ、拡径部3aの下端からナットNで拡径部3aを回転軸3に締め付けて固定するように構成されていても良い。このような構造にすれば、延出部9が異なる本数設けられた別の拡径部3aに簡易に交換することができる。
Also, as shown in FIG. 10, an
このような反応槽1Aと攪拌翼Wsとを備える晶析装置40では、導入口(第1給液部)5a1から供給された第1の反応液L1は、排出口6aに向けて反応槽1Aを流れる。その際、攪拌翼Wsの回転に伴って、第1の反応液L1は回転運動する。この際、回転する攪拌翼Wsに設けられる上側第2給液部5b1と下側第2給液部5b2、即ち、回転軸3の延びる方向(上下方向)において異なる2カ所から第2の反応液L2が径方向外側に向けて反応槽1A内に供給される。そのため、晶析装置4dや晶析装置4の場合よりも、第1の反応液L1と第2の反応液L2との混合がより良好に行われる。さらに、円盤部8を回転軸3の延びる方向に貫通する貫通孔h1が複数設けられているため、晶析装置4dや晶析装置4の場合よりも、導入口5a1から排出口6aに向かう混合液の流れがスムーズとなり圧力損失を低減できる。つまり、導入口5a1から排出口6aに向かう混合液の流れに対して、反応槽1Aの流路抵抗を低減できるため反応槽1Aにおける圧力損失を低減できる。そのため、循環流量を増大させる際にポンプの消費動力を抑制することができる。また、上側第2給液部5b1と下側第2給液部5b2とが径方向外側に向けて開口しているが、上側第2給液部5b1と下側第2給液部5b2の径方向外側には反応槽1Aの内周面1iが存在し、さらに排出口6aが回転軸3の延びる方向に開口している。そのため、攪拌翼Wsの周速が増大し、増大した周速の攪拌翼Wsの周囲で攪拌翼Wsと共に回転している混合液に作用する遠心力が増大しても、遠心力の増大に伴って径方向外側に向かう混合液の流れの増大が反応槽1Aの内周面1iにより打ち消される。そのため、排出口6が反応槽1の径方向外側に向けて開口している晶析装置4d又は晶析装置4における攪拌翼Wd又は攪拌翼Wcの場合と異なり、攪拌翼Wsの周速の増加が、導入口5a1から排出口6aに向かう混合液の循環流量の増加に直結しない。つまり、攪拌翼Wsの周速の増大は、混合液に作用する剪断力のみを増加させ、導入口5a1から排出口6aに向かう混合液の循環流量の増大は、ポンプ30の流量のみに依存させることができる。そのため、晶析システム20Aにおける混合液の循環流量と、攪拌翼Wsの周速の増減に起因して混合液に作用する剪断力の増減と、をより高精度に個別に制御することができる。よって、生成される粒子の特性をより高精度に制御することができる。
In the
なお、図13は、本発明の第2実施形態の晶析システム20Aの概略図である。晶析装置40の排出口6aから排出されるスラリD1は、配管22を通って滞留槽10に流入する。スラリD1は滞留槽10で滞留した後に滞留槽10の底部に設けられた排出口から排出され、配管23を通ってポンプ30に流入し、配管24を通って導入口5a1から反応槽1Aに供給される。スラリD1は、管路23に設けられた不図示の管路からスラリ排出ポンプなどを用いて外部に取り出し可能である。ここで、滞留槽10内は大気圧となっている。
<第2実施形態の変形例>
13 is a schematic diagram of a
<Modification of the second embodiment>
図11は、本発明の第2実施形態の晶析システム20Aの変形例に係る晶析装置41の概略図である。以下の説明では、図10に示す第2実施形態の晶析システム20Aの晶析装置40との差異のみを説明する。
Figure 11 is a schematic diagram of a crystallizer 41 according to a modified example of the
図11に示す第2実施形態の晶析システム20Aの変形例に係る晶析装置41では、反応槽1Bに第1の反応液L1を供給する導入口(第1給液部)5a2が反応槽1Bの底部に設けられ、排出口6bが反応槽1Bの上部に設けられている点で晶析装置40と異なっている。なお、晶析装置41で使用される攪拌翼Wsは、晶析装置40で使用される攪拌翼Wsと同じである。この場合であっても、晶析装置40と同様に、反応槽1Bにおいて回転軸3が延びる方向に排出口6bが開口している。そのため、晶析装置40と同様の効果を奏することができる。
<第2実施形態の晶析システムの第1の変形例>
The crystallizer 41 according to the modified example of the
<First Modification of the Crystallization System of the Second Embodiment>
図14は、本発明の第2実施形態の第1の変形例の晶析システム20Bの概略図である。晶析システム20Bは、滞留槽10が設けられていない点において晶析システム20Aと異なっている。反応時間や滞留時間が短くても良い場合に滞留槽10を設けない構成とすることができる。滞留槽10を設けないことにより、晶析システム20Bを小型化することができる。また、滞留槽10を設けないことにより晶析システム20Bを完全密閉構造とすることができる。そのため、晶析システム20Bを加圧下で運転することが可能となる。この場合、攪拌翼Wsの回転に伴い攪拌翼Wsの周囲で発生する低圧領域が飽和蒸気圧以下となることが抑制されるので、キャビテーションの発生を抑制することができ、粒子の品質を安定させることができる。
<第2実施形態の晶析システムの第2の変形例>
FIG. 14 is a schematic diagram of a
<Second Modification of the Crystallization System of the Second Embodiment>
図15は、本発明の第2実施形態の第2の変形例の晶析システム20Cの概略図である。
晶析システム20Cは、晶析システム20Aと、晶析装置42の構成が異なっている。即ち、晶析システム20Cでは、第2の反応液L2が、攪拌翼Wsに設けられる上側第2給液部5b1と下側第2給液部5b2に加えて反応槽1Cに設けられる固定側第2給液部5b3からも反応槽1C内に供給される点で晶析システム20Aと異なっている。さらに、第1の反応液L1を反応槽1Cに供給する導入口(第1給液部)5a1が、反応槽1Cの接線方向に第1の反応液L1を供給するように設けられている。
FIG. 15 is a schematic diagram of a
The
固定側第2供給部5b3は、反応槽1Cの内周面1i近くに設けられ、回転軸3の延びる方向に第2の反応液L2を反応槽1Cの底部に向けて供給する。ここで、固定側第2給液部5b3は、反応槽1Cの周方向に等間隔に設けられている。反応槽1Cの周方向に等間隔に設けられていれば固定側第2給液部5b3の個数は限定されない。
The fixed side second supply parts 5b3 are provided near the inner
このような晶析システム20Cの晶析装置42では、図15の破線で示す領域Aに上部反応領域が形成され、破線で示す領域Bに下部反応領域Bが形成される。上部反応領域Aでは、反応槽1Cの接線方向に供給されて渦流を形成する第1の反応液L1に、第2の反応液L2が固定側第2給液部5b3から供給され反応が起こる。一方、下部反応領域Bでは、晶析装置40と同様に、導入口(第1給液部)5a1から供給される第1の反応液L1と、攪拌翼Wsから供給される第2の反応液L2との間で反応が起こる。
In the
ここで、上部反応領域Aにおいて混合液に作用する剪断力は、上部反応領域Aにおける反応槽1Cの内周面1i上に静止している混合液と、反応槽1Cの内周面1iより径方向内側にあり、導入口5a1から供給される第1の反応液L1と共に回転軸3を中心に回転する混合液との間で周方向に発生する。流体には速度差によって剪断力が生じるため、上部反応領域Aにおいて混合液に作用する剪断力は、上部反応領域Aにおける混合液の周速に依存する。即ち、混合液の循環流量又はポンプ30の吐出量に依存すると言える。一方、下部反応領域Bにおいては、回転する撹拌翼Wsの円筒部2の外周面2o及び内周面2iと固定されている反応槽1Cの内周面1iとの間に存在する混合液の周方向に剪断力が生じる。即ち、下部反応領域Bにおいて混合液に作用する剪断力は、攪拌翼Wsの周速に依存する。よって、上部反応領域Aと下部反応領域Bにおいて混合液に作用する剪断力を個別に制御することができる。そのため、晶析装置42では、結晶粒子径のみならず、結晶形状の調整機能を向上させることができる。
Here, the shear force acting on the mixed liquid in the upper reaction area A is generated in the circumferential direction between the mixed liquid stationary on the inner
さらに、晶析装置42では、第2の反応液L2を供給する箇所が増えるため、混合液の分散性が向上し、これに基づき微粒子の生産能力を向上させることができる。また、第2の反応液L2を、上側第2給液部5b1と下側第2給液部5b2とに供給する系統と、固定側第2給液部5b3に供給する系統とに分けることができる。そのため、一方の系統には主原料SMを供給し、もう一方の系統には結晶製品の品質向上に寄与する異なる添加剤Xを供給することで、添加剤の添加工程の短縮や添加剤を成分に含む製品の製造が可能となる。
Furthermore, in the
以上、この発明の実施形態とその変形例について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態とその変形例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等や実施形態と変形例の相互の組み合わせも含まれる。 The above describes in detail an embodiment of the present invention and its variations with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment and its variations, and also includes designs that do not deviate from the gist of the present invention and combinations of the embodiment and its variations.
1、1A、1B、1C 反応槽
2 円筒部
3 回転軸
4、4d、40、41、42 晶析装置
5a 導入口(第1給液部)
5b 給液部(第2給液部)
6 排出口
8 円盤部
h 孔
10A、10B、10C、10D、20A、20B、20C 晶析システム
22、23、24 配管
30 循環ポンプ
31 第2循環ポンプ
Po 循環管路
Pp 屈曲部
Po1、Po2、Po3、Po4、Po5、Po6 直管部
C、C1、C2、C3、C4、C5 曲管部
Wc、Wd、Ws 撹拌翼
1, 1A, 1B,
5b Liquid supply section (second liquid supply section)
6 Discharge
Claims (13)
前記撹拌翼を同心状に内部に収容可能な有底円筒状の反応槽と、
前記反応槽に設けられるとともに前記反応槽の内部に第1の反応液を供給可能な第1給液部と、
前記撹拌翼に設けられるとともに前記反応槽の内部に第2の反応液を供給可能な第2給液部と、
前記撹拌翼の周速を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする金属化合物の微粒子の製造装置。 A stirring blade having a plurality of holes penetrating in a radial direction and rotatable around a central axis;
a bottomed cylindrical reaction vessel capable of concentrically accommodating the stirring blade therein;
A first liquid supply unit provided in the reaction tank and capable of supplying a first reaction liquid to the inside of the reaction tank;
A second liquid supply part provided on the stirring blade and capable of supplying a second reaction liquid to the inside of the reaction tank;
A control unit for controlling the peripheral speed of the stirring blade;
An apparatus for producing fine particles of a metal compound, comprising:
前記径方向に貫通する前記複数の孔を備える円筒状の円筒部と、
前記円筒部の内周面に外縁部が固定される円盤状の円盤部と、
前記円盤部の平面視の中心から前記中心軸に沿って上方に延びる回転軸と、を備え、
前記円盤部と前記回転軸との内部を前記第2の反応液が流通可能であり、前記円盤部の前記外縁部に前記第2給液部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の金属化合物の微粒子の製造装置。 The stirring blade is
A cylindrical portion having the plurality of holes penetrating in the radial direction;
a disk-shaped portion having an outer peripheral portion fixed to an inner peripheral surface of the cylindrical portion;
a rotation axis extending upward from the center of the disk portion in a plan view along the central axis,
The apparatus for producing metal compound microparticles as described in claim 1, characterized in that the second reaction liquid can flow through the interior of the disk portion and the rotating shaft, and the second liquid supply portion is provided on the outer edge of the disk portion.
前記製造装置の排出口から排出される前記微粒子を含むスラリを流動させ前記製造装置の前記第1給液部から前記製造装置内に前記スラリを循環させる循環管路と、
前記スラリを前記製造装置と前記循環管路との間で循環させる循環ポンプと、を備え、
前記循環管路は、蛇行形状をなす屈曲部を有することを特徴とする金属化合物の微粒子の製造システム。 The manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5;
a circulation pipe for flowing the slurry containing the fine particles discharged from an outlet of the manufacturing apparatus and circulating the slurry from the first liquid supply unit of the manufacturing apparatus into the manufacturing apparatus;
a circulation pump that circulates the slurry between the manufacturing apparatus and the circulation line;
2. A system for producing fine particles of a metal compound, wherein the circulation pipeline has a meandering bent portion.
前記径方向に貫通する前記複数の孔を備える円筒状の円筒部と、
前記円筒部の内周面に外縁部が固定される円盤状の円盤部と、
前記円盤部の平面視の中心から前記中心軸に沿って上方に延びる回転軸と、を備え、
前記円盤部の径方向外側に前記円盤部を前記回転軸の延びる方向に貫通する貫通孔が設けられ、
前記第2給液部が、前記回転軸の延びる方向において異なる2箇所に設けられており、
上側に設けられる上側第2給液部は、前記円盤部の前記外縁部に設けられ、
下側に設けられる下側第2給液部は、前記回転軸の下部から径方向外側に延びる延出部に設けられ、
前記回転軸と前記円盤部及び前記延出部の内部を前記第2の反応液が流通可能であることを特徴とする請求項1に記載の金属化合物の微粒子の製造装置。 The stirring blade is
A cylindrical portion having the plurality of holes penetrating in the radial direction;
a disk-shaped portion having an outer peripheral portion fixed to an inner peripheral surface of the cylindrical portion;
a rotation axis extending upward from the center of the disk portion in a plan view along the central axis,
a through hole penetrating the disk portion in a direction in which the rotation shaft extends, the through hole being provided on a radially outer side of the disk portion;
The second liquid supply portion is provided at two different positions in a direction in which the rotation shaft extends,
the upper second liquid supply portion provided on the upper side is provided on the outer edge portion of the disk portion,
The lower second liquid supply portion is provided on an extension portion extending radially outward from a lower portion of the rotating shaft,
2. The apparatus for producing fine particles of a metal compound according to claim 1, wherein the second reaction liquid is capable of flowing through the interior of the rotating shaft, the disk portion, and the extension portion.
前記製造装置の前記排出口から排出される前記微粒子を含むスラリを流動させ前記製造装置の前記第1給液部から前記製造装置内に前記スラリを循環させる循環管路と、
前記スラリを前記製造装置と前記循環管路との間で循環させる循環ポンプと、を備え、
前記循環管路は滞留槽を含むことを特徴とする金属化合物の微粒子の製造システム。 The manufacturing apparatus according to claim 10;
a circulation pipe for flowing the slurry containing the fine particles discharged from the discharge port of the manufacturing apparatus and circulating the slurry from the first liquid supply unit of the manufacturing apparatus into the manufacturing apparatus;
a circulation pump that circulates the slurry between the manufacturing apparatus and the circulation line;
The system for producing fine particles of a metal compound is characterized in that the circulation pipeline includes a retention tank.
前記製造装置の前記排出口から排出される前記微粒子を含むスラリを流動させ前記製造装置の前記第1給液部から前記製造装置内に前記スラリを循環させる循環管路と、
前記スラリを前記製造装置と前記循環管路との間で循環させる循環ポンプと、を備え、
前記循環管路は滞留槽を含まないことを特徴とする金属化合物の微粒子の製造システム。 The manufacturing apparatus according to claim 10;
a circulation pipe for flowing the slurry containing the fine particles discharged from the discharge port of the manufacturing apparatus and circulating the slurry from the first liquid supply unit of the manufacturing apparatus into the manufacturing apparatus;
a circulation pump that circulates the slurry between the manufacturing apparatus and the circulation line;
A system for producing fine particles of a metal compound, wherein the circulation pipeline does not include a retention tank.
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