JP3865033B2 - 酸化珪素粉末の連続製造方法及び連続製造装置 - Google Patents

酸化珪素粉末の連続製造方法及び連続製造装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、包装用フィルム蒸着用、リチウムイオン２次電池負極活物質などとして好適に使用される酸化珪素粉末の連続製造方法及び連続製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化珪素粉末の製造方法として、二酸化珪素系酸化物粉末からなる原料混合物を減圧非酸化性雰囲気中で熱処理し、ＳｉＯ蒸気を発生させ、このＳｉＯ蒸気を気相中で凝縮させて、０．１μｍ以下の微細アモルファス状のＳｉＯ粉末を連続的に製造する方法（特開昭６３−１０３８１５号公報）、及び原料珪素を加熱蒸発させて、表面組織を粗とした基体の表面に蒸着させる方法（特開平９−１１０４１２号公報）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開昭６３−１０３８１５号公報の方法は、連続的な製造が可能であるが、生成したＳｉＯ粉末は微粉であり、大気に取り出した際の酸化反応により高純度の酸化珪素粉末が製造できない問題がある。一方で、特開平９−１１０４１２号公報に記載の方法は、高純度の酸化珪素粉末が製造できるものの、回分法を前提としているため、量産化が困難であり、結果として高価な酸化珪素粉末しか製造できない。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高純度の酸化珪素粉末を効率的に低コストで製造することができる酸化珪素粉末の連続製造方法及び連続製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、少なくとも二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を１１００〜１６００℃に加熱保持された反応室内に供給し、反応室内で発生した酸化珪素蒸気を１０００℃を超え１３００℃以下に保持された搬送ラインを介して析出室に搬送し、析出室内で冷却された基体表面に析出させ、この析出物を随時掻き取り、回収室で回収することで、酸化珪素粉末の連続的な製造が可能であることを見出した。
【０００６】
従って、本発明は、
（１）二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を反応炉内に供給し、この反応炉内で不活性ガスもしくは減圧下に１１００〜１６００℃に加熱して酸化珪素ガスを発生させ、この酸化珪素ガスを１０００℃を超え１３００℃以下に保持された搬送管を通して冷却室内に導入し、ＢＥＴ比表面積が０．５〜３００ｍ 2 ／ｇの非晶質酸化珪素粉末として冷却した基体表面に析出させ、次いでこの酸化珪素析出物を連続的に回収することを特徴とする酸化珪素粉末の連続製造方法、及び、
（２）二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガスもしくは減圧下に１１００〜１６００℃に加熱し、反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、この反応室内に上記混合原料粉末を供給する原料供給機構と、上記酸化珪素ガスを冷却した基体表面に析出させる析出室と、上記酸化珪素ガスを上記反応室から上記析出室に搬送する、ヒーターが設けられて内部を１０００℃を超え１３００℃以下に保持された搬送ラインと、上記基体表面に析出した酸化珪素粉末を回収する回収機構とを具備することを特徴とするＢＥＴ比表面積が０．５〜３００ｍ 2 ／ｇの非晶質酸化珪素粉末の連続製造装置
を提供する。
この場合、混合原料粉末は、二酸化珪素粉末と金属珪素粉末との混合物であることが好ましく、基体の冷却温度は２００〜４００℃であることが好ましい。また、得られた酸化珪素粉末は、包装用フィルム蒸着用、リチウムイオン２次電池負極活物質用として好適である。
また、上記製造装置は、前記基体内に、冷媒導入管及び冷媒排出管がそれぞれ連通し、冷媒が流通して基体を２００〜４００℃に冷却する冷媒通路を形成することが好適である。
【０００７】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の酸化珪素粉末の連続製造方法において、原料としては、二酸化珪素粉末とこれを還元する粉末との混合物を用いる。具体的な還元粉末としては、金属珪素化合物、炭素含有粉末などが挙げられるが、特に金属珪素粉末を用いたものが、▲１▼反応性を高める、▲２▼収率を高めるといった点で効果的であり、好ましく用いられる。
【０００８】
本発明では、上記混合原料粉末を反応室内において１１００〜１６００℃、好ましくは１２００〜１５００℃の温度に加熱、保持し、酸化珪素ガスを生成させる。反応温度が１１００℃未満では、反応が進行し難く生産性が低下してしまうし、１６００℃を超えると、混合原料粉末が熔融して逆に反応性が低下したり、炉材の選定が困難になるおそれがある。
【０００９】
一方、炉内雰囲気は不活性ガスもしくは減圧下であるが、熱力学的に減圧下の方が反応性が高く、低温反応が可能となるため、減圧下で行うことが望ましい。
【００１０】
この場合、上記反応室には、原料供給機構（フィーダー）にて、上記混合原料粉末を適宜間隔ごとに又は連続的に供給し、反応を連続的に行うものである。
【００１１】
上記反応室内で生成した酸化珪素ガスは、これを搬送ラインを介して析出室に連続的に供給する。
【００１２】
この場合、搬送ラインは、１０００℃を超え１３００℃以下、好ましくは１１００〜１２００℃に加熱、保持する。搬送ラインの温度が１０００℃以下では、酸化珪素蒸気が搬送管内壁に析出、付着し、運転上支障を生じ、安定的な連続運転ができなくなる。逆に、１３００℃を超える温度に加熱しても、それ以上の効果は見られないばかりか、電力コストの上昇を招いてしまう。
【００１３】
上記析出室内には、冷却された基体が配置され、この析出室内に導入された上記酸化珪素ガスがこの冷却基体に接触、冷却されることにより、この基体上に酸化珪素粉末が析出する。ここで、基体を冷却する目的は、非晶質な酸化珪素を製造するためであり、無冷却の場合は、析出した酸化珪素が不均化反応により二酸化珪素と金属珪素に分かれてしまったり、一部結晶質の金属珪素が混入してしまう。冷媒の種類については特に限定しないが、水、熱媒といった液体、空気、窒素といった気体がその目的によって使われる。また、基体の種類も特に限定しないが、加工性の点でＳＵＳやモリブデン、タングステンといった高融点金属が好適に用いられる。なお、基体の冷却温度は２００〜５００℃、特に３００〜４００℃が好ましい。
【００１４】
上記基体上に析出した酸化珪素粉末は、掻き取り等の適宜な手段により回収する。
【００１５】
上記方法に用いる装置としては、例えば図１に示すような装置を用いることができる。ここで、図１において、１は反応炉であり、その内部の反応室２に上記混合原料粉末３が供給される。この反応炉１にはヒーター４が配設され、ヒーター４を通電することにより反応室２が１１００〜１６００℃に保持される。なお、５は断熱材である。
【００１６】
６は、補給ホッパー７と、フィーダー８と、原料供給管９を具備する原料供給機構で、ホッパー７からフィーダー８に供給された混合原料粉末をフィーダー８を作動させることにより原料供給管９を介して上記反応室２に供給する。供給は、反応室内炉圧Ｐを観察し、反応室内の原料残存量を推測しながら間欠的又は連続的に行うことができる。
【００１７】
１１は、ヒーターが設けられ、内部を１０００℃を超え１３００℃以下に保持された搬送管（搬送ライン）１０を介して上記反応炉１と連結された析出槽であり、その内部の析出室１２には、基体１３が配置される。この基体１３内には冷媒通路が形成され、この冷媒通路に冷媒導入管１４及び冷媒排出管１５がそれぞれ連通し、基体１３がこの冷媒によって所定温度に冷却されるようになっている。また、上記基体１３上には、この基体１３に析出した酸化珪素粉末を掻き取り回収する掻き取り装置（酸化珪素粉末回収機構）１６が配設されている。
【００１８】
また、１８は、回収管１７を介して上記析出槽１１と連結された回収槽であり、上記析出室１２内の基体１３上に析出され、かつ上記掻き取り装置１６によって掻き取り、回収された酸化珪素粉末が、回収管１７を介して回収槽１８に落下、回収されるものである。なお、図中１９，２０，２１はそれぞれ真空ポンプである。
【００１９】
上記装置によれば、非晶質の酸化珪素粉末を連続して安定に製造できる。
【００２０】
なお、上記方法、装置によって得られる酸化珪素粉末は、通常ＢＥＴ比表面積０．５〜３００ｍ2／ｇ、特に５〜１００ｍ2／ｇであり、また純度９９．９％以上、特に９９．９５％以上である。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２２】
〔実施例〕
図１に示す連続製造装置を用いて酸化珪素粉末を製造した。原料は、二酸化珪素粉末（ＢＥＴ比表面積２００ｍ2／ｇ）と金属珪素粉末（ＢＥＴ比表面積３ｍ2／ｇ）を等量モルの割合で撹拌混合機を用いて混合した混合粉末であり、反応室２の容積が０．５ｍ3の反応炉１内に２０ｋｇ仕込んだ。次に、真空ポンプを用いて炉内を０．１Ｔｏｒｒ以下に減圧した後、ヒーター４に通電し、１３００℃の温度に昇温、保持した。一方で、搬送管１０を１１００℃に加熱、保持し、冷媒導入管１４に水を流入し、ＳＵＳ製の基体１３を冷却した。次に、フィーダー８を作動させ、混合原料粉末を２ｋｇ／Ｈｒの割合で連続供給し、連続反応を行わせた。基体１３上に析出した酸化珪素は、スクレーバー１６により連続的に掻き取られ、回収室１８によって回収した。上記運転を１２０時間連続して行った結果、酸化珪素粉末は１．６ｋｇ／Ｈｒ（収率＝８０％）で回収された。また、得られた酸化珪素粉末は、ＢＥＴ比表面積８ｍ2／ｇ、純度９９．９％以上の非晶質粉末であり、運転終了後、装置内観察においても特に問題がないことが確認された。
【００２３】
〔比較例１〕
搬送管１０を１０００℃としたほかは、実施例と同じ条件で酸化珪素を連続的に製造した。得られた酸化珪素粉末は、ＢＥＴ比表面積８ｍ2／ｇ、純度９９．９％以上の非晶質粉末であったが、運転開始２５時間後に搬送管１０が酸化珪素析出物により閉塞し、運転継続が不可能な状態となった。
【００２４】
〔比較例２〕
基体１３を冷却しないほかは、実施例と同じ条件で酸化珪素を連続的に製造した。運転終了後の内部観察では特に問題は見られなかったが、得られた酸化珪素粉末は、結晶質金属珪素の含有が認められ、ＢＥＴ比表面積４ｍ2／ｇ、純度９２％の低純度粉末であった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の酸化珪素粉末の製造方法及び製造装置によれば、高純度な非晶質酸化珪素粉末を連続的かつ安定的に製造することができ、結果として安価な酸化珪素を市場に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 反応炉
２ 反応室
３ 混合原料粉末
４ ヒーター
５ 断熱材
６ 原料供給機構
７ 補給ホッパー
８ フィーダー
９ 原料供給管
１０ 搬送管（搬送ライン）
１１ 析出槽
１２ 析出室
１３ 基体
１４ 冷媒導入管
１５ 冷媒排出管
１６ 掻き取り装置（回収機構）
１７ 回収管
１８ 回収槽
１９ 真空ポンプ
２０ 真空ポンプ
２１ 真空ポンプ

Claims (7)

  1. 二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を反応炉内に供給し、この反応炉内で不活性ガスもしくは減圧下に１１００〜１６００℃に加熱して酸化珪素ガスを発生させ、この酸化珪素ガスを１０００℃を超え１３００℃以下に保持された搬送管を通して冷却室内に導入し、ＢＥＴ比表面積が０．５〜３００ｍ 2 ／ｇの非晶質酸化珪素粉末として
    冷却した基体表面に析出させ、次いでこの酸化珪素析出物を連続的に回収することを特徴とする酸化珪素粉末の連続製造方法。
  2. 混合原料粉末が二酸化珪素粉末と金属珪素粉末との混合物である請求項１記載の製造方法。
  3. 基体の冷却温度が２００〜４００℃である請求項１又は２記載の製造方法。
  4. 酸化珪素粉末が包装用フィルム蒸着用である請求項１，２又は３記載の製造方法。
  5. 酸化珪素粉末がリチウムイオン２次電池負極活物質用である請求項１，２又は３記載の製造方法。
  6. 二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガスもしくは減圧下に１１００〜１６００℃に加熱し、反応させて酸化珪素ガスを生成させる反応室と、この反応室内に上記混合原料粉末を供給する原料供給機構と、上記酸化珪素ガスを冷却した基体表面に析出させる析出室と、上記酸化珪素ガスを上記反応室から上記析出室に搬送する、ヒーターが設けられて内部を１０００℃を超え１３００℃以下に保持された搬送ラインと、上記基体表面に析出した酸化珪素粉末を回収する回収機構とを具備することを特徴とするＢＥＴ比表面積が０．５〜３００ｍ 2 ／ｇの非晶質酸化珪素粉末の連続製造装置。
  7. 前記基体内に、冷媒導入管及び冷媒排出管がそれぞれ連通し、冷媒が流通して基体を２００〜４００℃に冷却する冷媒通路が形成された請求項６記載の製造装置。
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