JP3181362B2 - 希ガスの精製方法 - Google Patents

希ガスの精製方法

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JP3181362B2 JP08654092A JP8654092A JP3181362B2 JP 3181362 B2 JP3181362 B2 JP 3181362B2 JP 08654092 A JP08654092 A JP 08654092A JP 8654092 A JP8654092 A JP 8654092A JP 3181362 B2 JP3181362 B2 JP 3181362B2
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00Noble gases; Compounds thereof

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、希ガス中に含まれるN2 ガス等
の不純物を除去して、その純度を高める精製方法に係
り、特に、水素吸蔵合金を利用した希ガスの精製方法に
関するものである。
【0002】
【背景技術】従来から、Arガス等に代表される希ガス
の精製方法としては、吸収法、吸着法、拡散法、冷却分
離法、化学反応法等があり、精製目的や精製条件の差に
よって、各方法が使い分けられている。そして、それら
の中でも、一般的に広く利用されている方法は、吸着法
であり、Pd系触媒やNi系触媒、ゼオライト系触媒等
が主に採用されている。しかし、それらの触媒は比較的
高価であるところから、それをより安価な触媒で代替し
ようとすると、吸着特性や再生法等に問題を生じるもの
であった。
【0003】そのため、安価で、取扱いが容易な希ガス
の精製方法が希求されており、特公昭62−30127
号公報においては、少なくとも1回の水素吸蔵・放出
(脱水素)操作を施した水素吸蔵合金粉末を用い、これ
に原料希ガスを接触させることによって、希ガス中のO
2 、N2 、CO、CO2 、CH4 、H2 O等の各種不純
物を吸着させ、除去する方法が提案されている。また、
特開平3−126607号公報においては、水素吸蔵合
金粉末を他の金属やセラミックスと一体に成形して成形
体と為し、該成形体に対して原料ガスを接触させて、希
ガスを精製する方法が明らかにされている。特に、後者
のような成形体を用いる場合には、水素吸蔵合金に対し
て原料ガスを均一に接触させることができ、水素吸蔵合
金と不純物たるN2 ガスとが不均質に反応して固結化す
ることを良好に防止することができるため、優れた精製
特性が良好に維持されるのである。
【0004】しかしながら、この水素吸蔵合金粉末の成
形体には、次のような大きな問題があった。即ち、該成
形体を活性化するためには少なくとも1回の水素吸蔵・
放出操作を施す必要があるが、この操作を経ることによ
って、該成形体が崩壊し始め、割れたり、甚だしい場合
には粉化してしまうのである。更に、水素吸蔵合金粉末
成形体の崩壊は、希ガスの精製中にN2 ガス等の不純物
を吸着して膨張することによっても進んでしまうのであ
る。そして、崩壊によって生じた微粉が成形体充填層の
目に詰まって、次第に原料希ガスの流通状態を悪化せし
めたり、そのような微粉が不純物として精製ガスに混入
してしまうといった不具合が生じるのである。
【0005】
【解決課題】本発明は、このような事情を背景として為
されたものであって、その解決課題とするところは、水
素吸蔵合金粉末の成形体を活性化するための水素吸蔵・
放出操作中や、原料希ガスの精製中において、かかる水
素吸蔵合金粉末成形体の崩壊が効果的に防止され得るよ
うに為すことにある。
【0006】
【解決手段】そして、上記の課題を解決するために、本
発明にあっては、水素吸蔵合金を粉砕し、粉末化する工
程と、該水素吸蔵合金の粉末に金属粉末を混合して、混
合粉末を得る工程と、該混合粉末を成形する工程と、得
られた成形体を600℃〜800℃の温度で加熱処理す
る工程とを経て得られる水素吸蔵合金粉末成形体を用
い、該水素吸蔵合金粉末成形体を所定の容器に収容し
て、少なくとも一回以上水素の吸蔵・放出操作を実施し
た後、原料希ガスを該容器内に導入し、該水素吸蔵合金
粉末成形体に接触させることによって、かかる原料希ガ
ス中の不純物を除去することを特徴とする希ガスの精製
方法を、その要旨とするものである。
【0007】
【作用・効果】要するに、本発明に従う希ガスの精製方
法では、原料希ガス中の不純物を吸着せしめる水素吸蔵
合金粉末成形体として、成形後に、600℃〜800℃
の温度で加熱処理を施してなるものが、使用されるので
ある。そして、そのような加熱処理により効果的に焼結
せしめられていることによって、該成形体は、使用に先
立って水素吸蔵・放出操作を施す際にも、その後に原料
希ガスを接触させ、不純物を吸着させて、精製を行なう
際にも、崩壊が良好に防止され、微粉の発生が抑制され
得るようになるのである。従って、従来問題となってい
た成形体の充填層の目詰まりや原料希ガスの流通状態の
悪化等が良好に防止され得、長期間に亘って優れた精製
特性が維持され得るのである。更には、微粉が不純物と
して精製ガス中に混入してしまう不具合が有利に防止さ
れ得ることとなったのである。
【0008】
【具体的構成】ところで、本発明手法において、水素吸
蔵合金としては、公知のものが何れも使用され得るもの
である。例えば、Ti−Mn系合金、Ti−Fe系合
金、La−Ni系合金等が用いられ、中でも、MgZn
2 型Ti−Mn系合金が好適である。そして、該合金を
粉砕することによって、水素吸蔵合金粉末が調製される
のであるが、その粒度が大き過ぎると水素吸蔵合金成形
体が崩壊し易くなることから、好ましくは100メッシ
ュ以下の粒度に整えられる。
【0009】また、かかる水素吸蔵合金粉末に混合され
る金属粉末としては、水素吸蔵合金粉末の成形のための
バインダーとして有効なものであれば、特に限定され
ず、例えばAl、Zn、Ni、Cu、Fe、Co、Mn
等の粉末、或いはそれらの混合粉末や合金粉末等が用い
られる。中でも、水素吸蔵合金粉末成形体の不純物吸着
特性を高める上で、Ni粉末やCu粉末の採用が推奨さ
れる。そして、該金属粉末の粒度は、後述する加熱処理
において良好に焼結するように、400メッシュ以下に
整えられることが好ましい。更に、この金属粉末の混合
割合は、通常、水素吸蔵合金粉末との混合粉末において
30重量%〜60重量%程度の含有量となるように決定
されることが望ましい。何故なら、金属粉末の割合が少
な過ぎると、水素吸蔵合金粉末成形体が崩壊し易くなる
一方、多過ぎると、水素吸蔵合金の割合が少なくなるた
め、水素吸蔵合金粉末成形体の不純物吸着特性が低くな
るからである。
【0010】次いで、このようにして調製された混合粉
末が、種々なる公知の成形法によって成形されることに
よって、所定形状の水素吸蔵合金粉末成形体が作製され
るのである。その中でも、特に、プレス成形法は、水素
吸蔵合金粉末成形体の品質が安定すると共に、加工性に
優れる利点があり、有利に採用されるものである。
【0011】そして、本発明手法では、かかる水素吸蔵
合金粉末成形体が600℃〜800℃の温度で加熱処理
され、焼結せしめられるのである。その際、加熱温度が
600℃未満では、焼結が不十分となり、水素吸蔵合金
粉末成形体の崩壊が十分に防止され得ない。また、加熱
温度が800℃を越えると、バインダーたる金属粉末と
水素吸蔵合金粉末とが反応してしまい、水素吸蔵合金粉
末成形体の不純物吸着特性が低下してしまうのである。
なお、加熱時間は、水素吸蔵合金粉末成形体の大きさや
形状等に応じて適宜に決定されるところとなる。また、
かかる加熱処理は、水素吸蔵合金の酸化を防止するため
に、水素吸蔵合金に対して不活性な雰囲気中で行なうの
が好ましい。
【0012】そして、上記のようにして準備された水素
吸蔵合金粉末成形体は、所定の容器に収容され、少なく
とも一回以上の水素吸蔵・放出操作が施されて、活性化
される。しかる後、原料希ガスが該容器内に導入され、
該成形体に接触せしめられることによって、その原料希
ガス中の不純物が該成形体に吸着され、除去されるので
ある。しかも、このような希ガスの精製方法では、水素
吸蔵・放出操作中及び希ガスの精製中において、水素吸
蔵合金粉末成形体が崩壊することが良好に防止されるの
である。従って、該成形体を充填してなる充填層の目詰
まりや流通状態の悪化等の問題が効果的に抑制され、ま
た崩壊した微粉が不純物として精製ガスに混入すること
が有利に防止されるため、長期間に亘って優れた希ガス
の精製能力を維持することができるのである。
【0013】なお、原料ガスとしては、He、Ne、A
r、Kr、Xe、Rn等の各種希ガスが何れも適用可能
であり、またそれらの混合ガスでも良い。また、精製時
の容器内の温度は、水素吸蔵合金粉末成形体の不純物吸
着特性を高める上において、200℃〜400℃に設定
することが望ましい。
【0014】
【実施例】以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本
発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明
が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも
受けるものでないことは、言うまでもないところであ
る。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には
上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、
修正、改良等を加え得るものであることが、理解される
べきである。
【0015】実施例 1〜6及び比較例 1〜2 TiMn1.5 合金を、乳鉢を使用して、100メッシュ
以下に粉砕し、これに400メッシュ以下のCu粉末若
しくはNi粉末をそれぞれ下記表1に示す割合で混合
し、各種混合粉末を調製した。そして、該混合粉末を金
型に入れて、成形圧力:1 t/cm2 で10mmφ×8mmの
大きさにプレス成形し、次いで、H2 ガス若しくはAr
ガス中にて、表1に示す種々なる温度で1時間加熱処理
を施した。
【0016】かくして得られた水素吸蔵合金粉末成形体
を、内径:50mm、長さ:50mmのステンレス製容器の
中央部に約200g詰め、そして従来と同様にして、容
器内に純水素を加圧、導入して水素を吸蔵させた後、水
素を放出させた。そして、完全に水素の放出が終了した
時点で、容器内に比較的低純度のArガス(主な不純ガ
スはN2 ガスであり、3000ppm含有)を導入し、
容器の加熱温度をいろいろ変えて、出口側のArガス中
のN2 ガス量をガスクロマト分析計により分析した。ま
た、一通りの反応終了後、容器より水素吸蔵合金粉末成
形体を取り出して、その崩壊状況を調べ、それらの結果
を、下記表1に併せて示した。
【0017】
【表1】
【0018】かかる表1の結果より明らかなように、比
較例1は、水素吸蔵合金粉末成形体を成形した後の加熱
処理において、加熱温度が500℃と低過ぎたため、水
素による活性化後、該成形体が大部分粉化してしまっ
た。一方、加熱温度が900℃と高過ぎた比較例2で
は、TiMn1.5 合金粉末とNi粉末とが反応してしま
い、N2 ガスの吸着量が著しく低下した。
【0019】これに対して、水素吸蔵合金粉末成形体を
成形した後に600℃〜800℃の範囲で加熱処理が行
なわれた実施例1〜6では、該成形体の崩壊が良好に抑
制されると共に、優れたN2 ガス吸着特性が発揮され得
た。また、本実施例の結果より、容器内温度が250℃
付近で最も優れたN2 ガス吸着特性が発揮されることが
判り、更に、金属粉末としてNi粉末を用いた成形体
が、Cu粉末を用いた成形体よりも優れたN2 ガス吸着
特性を示すことが判った。
【0020】実施例 7 TiMn1.5 合金を、乳鉢を使用して、100メッシュ
以下に粉砕し、これに400メッシュ以下のカルボニル
Ni粉末を50重量%の割合で混合して、混合粉末を調
製した。そして、該混合粉末を金型に入れて、成形圧
力:1 t/cm2 で5mmφ×5mmの円板形状にプレス成形
し、次いで、H2 ガス中にて、700℃で1時間加熱処
理を施した。
【0021】かくして得られた水素吸蔵合金粉末成形体
を、内径:10.7mm、長さ:550mmのステンレス製
容器の中央部に約40g詰め、容器内に純水素を加圧、
導入して水素を吸蔵させた後、水素を放出させた。そし
て、完全に水素の放出が終了した時点で、容器を350
℃に加熱して、容器内にArガスを3 l/min の流量で
導入し、出口側のガス中の不純物ガス量をガスクロマト
分析計を用いて分析した。その結果を下記表2に示した
が、極めて効果的にArガスの高純度化が達成されてい
ることが明らかである。
【0022】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 孝純 愛知県一宮市大字高田字北門37番地 (56)参考文献 特開 昭57−156314(JP,A) 特開 昭62−212208(JP,A) 特開 昭63−64901(JP,A) 特開 平3−126607(JP,A) 特開 昭63−4829(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 23/00 B22F 1/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素吸蔵合金を粉砕し、粉末化する工程
    と、該水素吸蔵合金の粉末に金属粉末を混合して、混合
    粉末を得る工程と、該混合粉末を成形する工程と、得ら
    れた成形体を600℃〜800℃の温度で加熱処理する
    工程とを経て得られる水素吸蔵合金粉末成形体を用い、
    該水素吸蔵合金粉末成形体を所定の容器に収容して、少
    なくとも一回以上水素の吸蔵・放出操作を実施した後、
    原料希ガスを該容器内に導入し、該水素吸蔵合金粉末成
    形体に接触させることによって、かかる原料希ガス中の
    不純物を除去することを特徴とする希ガスの精製方法。
  2. 【請求項2】 前記水素吸蔵合金粉末の粒度を100メ
    ッシュ以下とすることを特徴とする請求項1記載の希ガ
    スの精製方法。
  3. 【請求項3】 前記金属粉末として、400メッシュ以
    下の粒度のCu粉末及びNi粉末の中の1種以上を用
    い、これを、前記水素吸蔵合金粉末に対して、30重量
    %〜60重量%の割合で混合することを特徴とする請求
    項1又は2記載の希ガスの精製方法。
  4. 【請求項4】 前記加熱処理を、水素吸蔵合金に対して
    不活性な雰囲気中で行なうことを特徴とする請求項1乃
    至3の何れかに記載の希ガスの精製方法。
  5. 【請求項5】 前記水素吸蔵合金粉末成形体を収容する
    容器内を200℃〜400℃に加熱した状態で、原料希
    ガスを該容器内に導入し、該水素吸蔵合金粉末成形体に
    接触させることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに
    記載の希ガスの精製方法。
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