JP3253338B2 - 金属酸化物粉末の製造方法 - Google Patents

金属酸化物粉末の製造方法

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JP3253338B2
JP3253338B2 JP02564392A JP2564392A JP3253338B2 JP 3253338 B2 JP3253338 B2 JP 3253338B2 JP 02564392 A JP02564392 A JP 02564392A JP 2564392 A JP2564392 A JP 2564392A JP 3253338 B2 JP3253338 B2 JP 3253338B2
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    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
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    • C01B13/20Methods for preparing oxides or hydroxides in general by oxidation of elements in the gaseous state; by oxidation or hydrolysis of compounds in the gaseous state
    • C01B13/22Methods for preparing oxides or hydroxides in general by oxidation of elements in the gaseous state; by oxidation or hydrolysis of compounds in the gaseous state of halides or oxyhalides
    • C01B13/24Methods for preparing oxides or hydroxides in general by oxidation of elements in the gaseous state; by oxidation or hydrolysis of compounds in the gaseous state of halides or oxyhalides in the presence of hot combustion gases

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属酸化物粉末の製造方
法、特には燃焼により生成する金属酸化物粉末の粒子径
を制御できる金属酸化物粉末の製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】金属酸化物粉末の製造方法については、
金属粉末を火炎中に導入し、酸素含有雰囲気下で連続的
に爆発燃焼をさせる方法が公知とされており(特開昭60
-255602 号公報参照)、これによれば酸化チタン、酸化
ジルコニウム、酸化アルミニウム、二酸化けい素などを
超微粒子状で熱効率、量産性よく生産することができる
とされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
金属粉末の溶融微細化、蒸発、酸化燃焼という一連の工
程が瞬時に併行して起こるために、この酸化反応速度を
調整することができず、したがって生成する金属酸化物
粉末の粒子径を制御することが困難であるという不利が
ある。また、これについては燃焼火炎の外側から水を噴
霧する方法も提案されている(特開昭64-79004号公報参
照)が、これには燃焼火炎中で水の急激な蒸発によって
蒸発潜熱が奪われると共に、体積膨張が起り、火炎温度
の低下と火炎の乱れが生じるために、この場合でも生成
する金属酸化物粉末の粒子径を制御することが困難にな
るという欠点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような欠点
を解決した金属酸化物粉末の製造方法に関するものであ
り、これはキャリアガスを同伴した金属粉末と酸素とを
可燃性ガスにより形成したバーナー火炎中に導入し、連
続的な酸化燃焼によって金属酸化物粉末を製造する方法
において、支燃性ガスとして供給する酸素中の水分量、
キャリアガス中の水分量、金属粉末中の水分量の一つを
調整することにより、燃焼火炎中の水分量を調整するこ
とを特徴とするものである。
【0005】
【発明の実施の形態】すなわち、本発明者らは、粒子径
の制御された金属酸化物粉末の製造方法について種々検
討した結果、金属粉末を可燃性ガスで形成したバーナー
火炎中で酸化燃焼させるときに、この燃焼火炎中の水分
量を調整すれば生成する金属酸化物粉末の粒子径を制御
することができることを見出して本発明を完成させた。
以下にこれをさらに詳述する。
【0006】
【0007】本発明における金属粉末からの金属酸化物
粉末の製造は公知の方法に準じて行なわれる。したがっ
て、この金属としてはシリコン、アルミニウム、マグネ
シウム、チタン、ジルコニウム、その他ムライト組成を
形成するアルミニウムとシリコンとの混合物などが例示
される。この金属は本発明の目的物が金属酸化物粉末で
あることから、金属粉末として供給されるが、高純度の
金属酸化物粉末を得るためには純度が99.9% 以上のも
のとすることがよい。
【0008】この金属粉末は、火炎中に別途酸素ガスが
供給されているので、バーナー火炎中における酸化燃焼
によって金属酸化物とされるのであるが、このもののバ
ーナーへの導入はキャリアガスへの同伴によって行なわ
れる。このキャリアガスとしては窒素、ヘリウム、アル
ゴンなどの不活性ガスまたは空気を用いればよい。この
場合における金属粉末の粒度分布やキャリアガス中の金
属粉末濃度は、バーナー火炎中で粉塵爆発に必要な粉塵
雲を形成する条件の範囲内にあればよく、具体的には2
00メッシュの篩を通過し、なだらかな粉度分布をも
ち、爆発下限以上の粉塵濃度をもつものとすればよい
が、好ましくは粒子径が10μm以下の微粉を含むもの
とすることがよい。
【0009】この金属粉末はバ−ナ−火炎中での爆発燃
焼によって金属酸化物粉末とされるのであるが、この金
属粉末の連続爆発を安定して形成させるための種火とし
ては可燃性ガスによる燃焼火炎を使用することがよい。
この可燃性ガスとしてはメタン、プロパンなどのような
化学式 CmH2m+2 で示される炭素水素ガスまたは水素ガ
スを用いればよいが、この種火用の燃焼火炎は粉塵爆発
を形成するのに必要な最小着火エネルギ−を与えればよ
いので、反応容器の熱負荷を減らすということからも可
燃性ガスをできるだけ少ないものとすることがよい。
【0010】この金属粉末および燃焼用ガスは通常室温
で供給されるが、反応容器は燃焼火炎温度が1,000 ℃以
上となるためにアルミナなどの耐熱材料で内張りしたも
のとすることがよく、これは煙道側に排風機を設けて吸
引し、圧力が大気圧基準で−200mmHg から-100mmHgの負
圧となるようにすることがよい。
【0011】この金属粉末はキヤリアガスに同伴されて
バ−ナ−から反応容器内に放出され、種火火炎によって
着火し、連続的に爆発燃焼して金属酸化物粉末となり、
反応容器中の補集機で回収されるのであるが、この場合
には酸化反応熱が大きいことから、生成する金属酸化物
粉末の粒子径を制御することができず、このようにして
得られた金属酸化物粉末は通常その粒子径は微細なもの
となる。
【0012】本発明ではこの金属粉末の酸化燃焼による
金属酸化物粉末の製造が燃焼火炎中における水分量の調
整下において行なわれる。すなわち、この燃焼火炎中に
おいて金属粉末は輻射熱および熱伝導により熱を受け、
これと併行して粒子表面での酸化反応で自己発熱して昇
温するのであるが、この酸化反応による発熱の大きいほ
ど金属粒子の溶融微細化と表面蒸発が促進され、生成す
る金属酸化物粉末はより微細化される。
【0013】しかし、金属粒子の酸化反応は水分の存在
により促進されることが知られており、これは水蒸気の
金属粒子への拡散が酸素より速く、金属粒子をMで表わ
すと 、式 XM + YH2O→MxOy + YH2 のように金属酸化MxOyが生成することによるものである
ことから、この燃焼火炎中の水分量を調整すれば火炎を
乱さずに金属酸化物粉末の粒子径を制御することができ
ることになる。
【0014】なお、本発明ではこの燃焼火炎中の水分量
が調整されるのであるが、この水分量の調整は、 1)支燃性ガスとして供給する酸素中の水分を調整する
方法、 2)キャリアガスとして供給する窒素、ヘリウム、アル
ゴンなどの不活性ガスまたは空気中の水分を調整する方
法、 3)金属粉末中の水分を調整する方法、という3種の方
法のいずれかで行えばよい。
【0015】この第1の酸素ガス中の水分を調整する方
法および第2のキャリアガス中の水分を調整する方法
は、具体的には、除湿された酸素またはキャリアガスを
5℃以上80℃以下の範囲で温度調整された純水中にバ
ブリングして、上記設定温度範囲内の飽和水蒸気を含ん
だ酸素を供給するものであるが、これによれば供給する
水蒸気と酸素またはキャリアガスとを容積比率で0.0
1〜0.88の範囲に調整することができる。なお、こ
こに使用する酸素は露点が−50℃以下のものとし、バ
ブリング槽中の純水の温度は5℃以上、80℃以下とす
ることが好ましいが、室温以上の飽和水蒸気を含む酸素
またはキャリアガスを供給するときには、供給配管内で
の水の凝縮を防止するためにバブリング槽からバーナー
までの配管は保温またはヒーター加熱することが好まし
い。
【0016】
【0017】さらにこの第3の金属粉末中の水分量の調
整は、具体的には調湿された容器内に金属粉末を保存し
て吸湿水分を調整すればよいが、吸湿水分を含まない金
属粉末は乾燥処理後、除湿窒素ガス雰囲気下に保存すれ
ばよい。なお、この金属粉末は吸湿水分が多過ぎると凝
集、付着する傾向が強くなり、供給が困難となるので、
この金属粉末の吸着水分は0.1 重量%以下とすることが
好ましい。
【0018】本発明による金属酸化物粉末の製造は上記
したような方法で燃焼火炎中の水分量を調整することに
よって行なわれるが、これによれば燃焼火炎を乱すこと
なく、生成する金属酸化物粉末の粒子径を制御すること
ができる。なお、このようにして得られた金属酸化物粉
末は燃焼排ガスと共に煙道に送られ、冷却されたのち金
属酸化物粉末だけが分離補集されて製品とされるが、こ
の分離補集はサイクロン、バグフイルタ−で行えばよ
い。
【0019】つぎに本発明による金属酸化物粉末の製造
に使用される反応装置を添付の図面にもとづいて説明す
る。図1はこの反応装置の縦断面図を示したものある
が、金属粉末2は原料ホッパ−1から定量供給機3で切
り出され、キヤリアガス4に同伴されて導入管5を通
り、バ−ナ−6に導かれる。反応容器7は耐熱レンガ8
で内張りされたものとされており、金属粉末2はこの反
応容器7に放出され、反応容器内に形成されている種火
火炎により着火して燃焼火炎9を形成する。この燃焼反
応により生成した金属酸化物粉末は排ガスと共に煙道10
を通って冷却され、金属酸化物粉末は補集機11で分離補
集され、排ガスは排風機12により排気される。
【0020】また、図2はここに使用される支燃性酸素
ガスを調湿するための調湿機構を示す縦断面図である
が、この場合水槽22内の温度計25と外部温度調整器23に
より純水24の温度を調整し、先端に多孔板をもつ導入管
21に酸素20を供給し、純水中の多孔板から連続的に気泡
を発生させ、設定温度での飽和水蒸気を含む酸素ガスを
保温機または加熱ヒ−タ−27でおおわれた導入管26を通
してバ−ナ−6に供給すればよい。
【0021】
【実施例】つぎに本発明の実施例、参考例をあげる。 [実施例1] 図1に示した反応装置を使用し、この反応容器7はアル
ミナレンガ8で内張りをした内径350mm、高さ2,
000mmの円筒状のものとし、この反応容器7に種火
用バーナーからプロパン0.1Nm3/時、酸素1.0
Nm3/時を供給して予じめ種火を形成させた。つい
で、この酸素を2.5Nm3/ 時に増し、キャリアガス
としての3Nm3/時の窒素ガスで平均粒子径が20μ
mで純度が99.8%であるシリコン粉末2を2.1k
g/ 時で供給し、着火とともに連続的に燃焼火炎を形
成させた。
【0022】この際、支燃性ガスとしての酸素ガス2.5
Nm3/時を20℃に温度調節した純水槽中にバブリングし、
20℃の飽和水蒸気を含んだ調湿ガスとしてバ−ナ−6を
経て反応容器に供給した。シリコン粉末の燃焼により生
成したシリカ粉末を透過顕微鏡(TEM)で観察したとこ
ろ、このものは純度が99.8%の真球状のアモルファスで
平均粒子径が2.8 μm のものであり、運転時間1.5 時間
でバグフイルタ−に補集されたシリカ粉末は6.0kg で、
この理論生成量に対する収率は92%であった。
【0023】なお、この場合、純水槽内の水温を50℃、
80℃に変えたほかは上記と同じ条件でシリカ生成を行な
ったところ、生成したシリカ粉末の粒子径、純度、収率
は表1に示したとおりの結果を示した。
【0024】
【表1】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】[参考例] 実施例1と同じ反応容器を使用し、この反応容器7に種
火用バーナーから一酸化炭素0.2Nm3/時、酸素
0.4Nm3/時を供給して予じめ種火を形成してお
き、その後酸素を2Nm3/時に増加し、キャリアガス
としての2.5Nm3/時の窒素ガスで平均粒子径が2
0μm 、純度が99.6%のシリコン粉末を2.0k
g/時供給し、着火と共に連続的に燃焼火炎を形成させ
た。支燃性ガスとしての酸素は露点が−70℃のものと
し、この燃焼で生成したシリカ粉末を透過顕微鏡でしら
べたところ、このものは真球状のアモルファスで平均粒
子径が4.1μm、純度が99.8%のものであり、こ
れを1時間連続運転したときにバグフイルターで補集し
たシリカ粉末は4.0kg/で、収率は93%であっ
た。
【0030】
【発明の効果】金属粒子の酸化反応が水分の存在により
促進され、本発明においてはこの燃焼火炎中における水
分量が調整されるので、火炎を乱さずに金属酸化物粉末
の製造が行なわれ、このときの金属酸化物粉末の粒子径
が制御されるという有利性が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による金属酸化物粉末の製造に使用され
る反応装置の縦断面図を示したものである。
【図2】本発明による金属酸化物粉末の製造に使用され
る反応装置における支燃性酸素ガスの調湿装置の縦断面
図を示したものである。
【符号の説明】
1・・・原料ホッパ−、 2・・・金属粉
末、3・・・定量供給機、 4・・・キャ
リアガス、5・・・導入管、 6・・
・バ−ナ−、7・・・反応容器、 8・
・・耐熱レンガ、9・・・燃焼火炎、 1
0・・・煙道、11・・・補集器、 1
2・・・排風機、20・・・酸素、
21・・・導入管、22・・・水槽、
23・・・温度調節機、24・・・純水、
25・・・温度計、26・・・導入管、
27・・・保温機またはヒ−タ−。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安部 賛 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−289405(JP,A) 特開 平2−199004(JP,A) 特開 昭64−79004(JP,A) 特開 平2−184508(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 13/32 C01B 33/18 C01G 1/02 C01F 7/42 C01F 5/04 C01G 23/047 C01G 25/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キャリアガスで同伴した金属粉末と酸素
    とを可燃性ガスにより形成したバーナー火炎中に導入
    し、連続的な酸化燃焼によって金属酸化物粉末を製造す
    る方法において、支燃性ガスとして供給する酸素中の水
    分量、キャリアガス中の水分量、金属粉末中の水分量の
    一つを調整することにより、燃焼火炎中の水分量を調整
    することを特徴とする金属酸化物粉末の製造方法。
JP02564392A 1992-01-16 1992-01-16 金属酸化物粉末の製造方法 Expired - Lifetime JP3253338B2 (ja)

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JP4315576B2 (ja) * 2000-06-07 2009-08-19 電気化学工業株式会社 超微粉シリカの製造方法
JP4318872B2 (ja) * 2001-07-18 2009-08-26 電気化学工業株式会社 微細球状シリカ粉末の製造方法
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