JP5487319B2 - チタン酸バリウムの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、チタン酸バリウムの製造方法に関する。
チタン酸バリウム材料は、電子機能性セラミック及び自動車動力電池などを含む分野で広く用いられる。
チタン酸バリウムの製造方法は多数存在する。高温固相合成によるチタン酸バリウムの粒子は比較的大きく、その分布も比較的広い。シュウ酸塩共沈法では、Ba/Tiモル比を精確にコントロールすることが比較的に困難であり、焼成中深刻な凝集固結が起こる。水熱合成方法では、バッチごとの量が比較的小さく、設備コストが極めて高い。ゾルゲル法で製造されたチタン酸バリウムは、品質が優良であるものの、製造コストが極めて高い。
本発明は、チタン酸バリウムの製造方法を提供する。本発明の方法によれば、液‐液合成により分布の比較的狭いサブマイクロチタン酸バリウム材料が得られ、BaCOとHTiOとが複合ゲルを形成することにより洗浄過程におけるBa/Tiモル比の偏析の問題を解決でき、HTiOから形成された無機ゲルを利用することにより低温焼成合成を実現することができ、しかも製造コストを大幅に低下することができる。
本発明に関係する主な化学反応は以下の反応である。
Figure 0005487319
本発明で提供するチタン酸バリウムの製造方法は、
(1)TiCl溶液にBaCl・2HOを加え、溶解させて、Ba/Tiモル比が1:1の溶液を調製する、Ba−Ti混合液を生成する工程と、
(2)脱イオン水にアンモニア水と重炭酸アンモニウムとを加え、NHOH/NHHCO=5:1の溶液を調製する、合成剤を生成する工程と、
(3)反応器にBa−Ti混合液と合成剤とを投入し、合成反応を行い、スラリーを得る、チタン酸バリウムを合成する工程と、
(4)工程(3)で得たスラリーを圧力濾過によって分離して、好ましくは、CaOと母液においてのNHClとを反応させてNHOHを回収し、固体を熱洗浄した後に、圧力濾過によって分離し、母液を処理した後に排出し、ろ塊を得る、分離工程と、
(5)工程(4)で得たろ塊を590−610℃にて1時間焼成してから、700−950℃にて2時間で焼成する、焼成工程と、
(6)工程(5)で得た固体を粉砕機で粉砕してチタン酸バリウム製品を得る、粉砕工程とを含む。
好ましくは、工程(1)において、TiCl溶液は、市販の工業級TiClに脱イオン水を加えることで調製され、その溶液中で、[Ti4+]=0.5−2.5mol/Lであり、更に好ましくは[Ti4+]=1.0−2.0mol/Lである。
好ましくは、工程(1)において、Ba−Ti混合液における[Ti4+]=[Ba2+]= 0.1−0.8mol/Lであり、更に好ましくは[Ti4+]=0.4−0.6mol/Lである。
好ましくは、工程(2)において、合成剤中、[CO 2−]=0.2−2.5mol/Lであり、更に好ましくは[CO 2−]=1.0−1.5mol/Lである。
好ましくは、工程(3)において、Ba−Ti混合液の流量は100−4000L/hであり、更に好ましくは1000−2000L/hであり、また、合成剤の流量は100−4000 L/hであり、更に好ましくは500−1500L/hである。その混合液中、合成剤過剰率(体積%)は、2−15%、更に好ましくは5−7%であり、また、合成反応器の回転数は100−700rpmであり、更に好ましくは300−500rpmである。
好ましくは、工程(4)において、熱洗浄操作におけるスラリーと水との比は、1:4−1:7であり、更に好ましくは1:6−1:7であり、温度は90−95℃であり、また、時間は2時間である。
好ましくは、工程(5)における焼成操作温度は、5℃/minの速度で室温から590−610℃まで昇温してから、1時間焼成し、さらに、3℃/minの速度で700−950℃まで昇温してから、2時間焼成し、さらに、室温まで冷却するという履歴を経る。
本発明によれば、液‐液合成で得たサブマイクロチタン酸バリウム材料の分布は比較的狭くなり、複合ゲルにより洗浄過程におけるBa/Tiモル比の偏析の問題を解決でき、無機ゲル法により低温焼成合成を実現でき、しかも製造コストを大幅に低下でき、かつ球状のチタン酸バリウム粒子を得ることができる。
本発明のチタン酸バリウムの製造方法の概要フローチャートである。
以下、実施例を参照して本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
(実施例1)
(1)Ba−Ti混合液を生成する工程
市販の国家1級のTiClに脱イオン水を加え、[Ti4+]=0.5 mol/Lとなるよう、TiCl溶液を調製した。その溶液にBaCl・2HOを加え、溶解させ、Ba/Tiモル比1:1としさらに脱イオン水を加え、希釈し[Ti4+]=[Ba2+]=0.10mol/Lの溶液を調製した。
(2)合成剤を生成する工程
脱イオン水にアンモニア水及び重炭酸アンモニウムを加え、NHOH/NHHCO=5:1、[CO 2−]=1.0 mol/Lの溶液を調製した。
(3)チタン酸バリウムを合成する工程
反応器にBa−Ti混合液及び合成剤を投入し、Ba−Ti混合液の流量を1000L/h、合成剤の流量を100L/h、合成反応器の回転数を350rpmになるようにコントロールして合成反応をさせ、スラリーを得た。
(4)分離工程
合成したスラリーを圧搾濾過機で圧力濾過により分離し、CaOと母液との反応によりNHOHを回収し、固体を90℃まで加熱し、洗浄釜内でスラリーと水との比を1:7として2時間熱洗浄を行った後に、圧力濾過により分離し、母液を処理した後に排出して、ろ塊を得た。
(5)焼成工程
ろ塊を5℃/minの速度で室温から600℃まで昇温してから、1時間焼成し、更に、3℃/minの速度で780℃まで昇温してから、2時間焼成した後に、室温まで冷却した。
(6)粉砕の工程
焼成した産物を粉砕機で粉砕してチタン酸バリウムサンプル1#を得た。
(実施例2)
下記のパラメータの選択及び工程が異なる以外、実施例1と同じ工程でBaTiOサンプル2#を得た。
(1)TiCl溶液中、[Ti4+]=1.0mol/Lであり、Ba−Ti混合液中、[Ba2+]= 0.47mol/Lである。
(2)合成剤中、[CO 2−]=1.22mol/Lである。
(3)Ba−Ti混合液の流量は1500L/hであり、合成剤の流量は607L/hであり、合成反応器の回転数は500rpmである。
(4)固体の熱洗浄において、洗浄のスラリーと水との比は1:6であり、洗浄温度は90℃であり、洗浄時間は2時間である。
(5)焼成では、5℃/minの速度で室温から610℃まで昇温してから、1時間焼成し、更に、3℃/minの速度で800℃まで昇温してから、2時間焼成した。
(実施例3)
下記のパラメータの選択が異なる以外、実施例1と同じ工程でBaTiOサンプル3#を得た。
(1)TiCl溶液中、[Ti4+]=2.5mol/Lであり、Ba−Ti混合液中、[Ba2+]= 0.8mol/Lである。
(2)合成剤中、[CO 2−]=1.5mol/Lである。
(3)Ba−Ti混合液の流量は2000L/hであり、合成剤の流量は1500L/hであり、合成反応器の回転数は300rpmである。
(4)固体の熱洗浄において、洗浄のスラリーと水との比は1:4であり、洗浄温度は95℃であり、洗浄時間は2時間である。
(5)焼成では、5℃/minの速度で室温から590℃まで昇温してから、1時間焼成し、更に、3℃/minの速度で950℃まで昇温してから、2時間焼成した後に、室温まで冷却した。
(実施例4)
下記のパラメータの選択が異なる以外、実施例1と同じ工程でBaTiOサンプル4#を得た。
(1)TiCl溶液中、[Ti4+]=1.5mol/Lであり、Ba−Ti混合液中、[Ba2+]= 0.4mol/Lである。
(2)合成剤中、[CO 2−]=2.5mol/Lである。
(3)Ba−Ti混合液の流量は4000L/hであり、合成剤の流量は4000L/hであり、合成反応器の回転数は700rpmである。
(4)固体の熱洗浄において、洗浄のスラリーと水との比は1:6であり、洗浄温度は95℃であり、洗浄時間は2時間である。
(5)焼成では、5℃/minの速度で室温から600℃まで昇温してから、1時間焼成し、更に、3℃/minの速度で700℃まで昇温してから、2時間焼成した後に、室温まで冷却した。
(実施例5)
下記のパラメータの選択が異なる以外、実施例1と同じ工程でBaTiOサンプル5#を得た。
(1)TiCl溶液中、[Ti4+]=1.8mol/Lであり、Ba−Ti混合液中、[Ba2+]= 0.6mol/Lである。
(2)合成剤中、[CO 2−]=0.2mol/Lである。
(3)Ba−Ti混合液の流量は100L/hであり、合成剤の流量は500L/hであり、合成反応器の回転数は100rpmである。
(4)固体の熱洗浄において、洗浄のスラリーと水との比は1:6であり、洗浄温度は95℃であり、洗浄時間は2時間である。
(5)焼成では、5℃/minの速度で室温から600℃まで昇温してから、1時間焼成し、更に、3℃/minの速度で700℃まで昇温してから、2時間焼成した後に、室温まで冷却した。
(実施例6)
下記のパラメータの選択が異なる以外、実施例1と同じ工程で、BaTiOサンプル6#を得た。
(1)TiCl溶液中、[Ti4+]=1.5mol/Lであり、Ba−Ti混合液中、[Ba2+]= 0.5mol/Lである。
(2)合成剤中、[CO 2−]=1.5mol/Lである。
(3)Ba−Ti混合液の流量は1500L/hであり、合成剤の流量は525L/hであり、合成反応器の回転数は400rpmである。
(4)固体の熱洗浄において、洗浄のスラリーと水との比は1:6であり、洗浄温度は90℃であり、洗浄時間は2時間である。
(5)焼成では、5℃/minの速度で室温から600℃まで昇温してから、1時間焼成し、更に、3℃/minの速度で800℃まで昇温してから、2時間焼成した後に、室温まで冷却した。
各実施例で得たサンプルの各含有量は以下の表に示す。
Figure 0005487319

Claims (12)

  1. TiCl溶液にBaCl・2HOを加え、溶解させて、Ba/Tiモル比が1:1の溶液を調製する、Ba−Ti混合液を生成する工程(1)と、
    脱イオン水にアンモニア水と重炭酸アンモニウムとを加え、NHOH/NHHCO モル比が5:1の溶液を調製する、合成剤を生成する工程(2)と、
    反応器にBa−Ti混合液と合成剤とを投入し、合成反応を行い、スラリーを得る、チタン酸バリウムを合成する工程(3)と、
    工程(3)で得たスラリーを圧力濾過によって分離して、得られた固体を熱洗浄してから、圧力濾過によって分離して、ろ塊を得る、分離工程(4)と、
    工程(4)で得たろ塊を590−610℃にて1時間焼成してから、700−950℃にて2時間焼成する、焼成工程(5)と、
    工程(5)で得た固体を粉砕機で粉砕してチタン酸バリウム製品を得る、粉砕工程(6)とを、
    含むことを特徴とするチタン酸バリウムの製造方法。
  2. 前記工程(1)において、TiCl溶液中、[Ti4+]=0.5−2.5mol/Lであることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  3. 前記工程(1)において、TiCl溶液中、[Ti4+]=1.0−2.0mol/Lであることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  4. 前記工程(1)において、Ba−Ti混合液中、[Ti4+]=[Ba2+]=0.1−0.8 mol/Lであることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  5. 前記工程(1)において、Ba−Ti混合液中、[Ti4+]=[Ba2+]=0.4−0.6 mol/Lであることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  6. 前記工程(2)において、合成剤中、[CO 2−]=0.2−2.5mol/Lであることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  7. 前記工程(2)において、合成剤中、[CO 2−]=1.0−1.5mol/Lであることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  8. 前記工程(3)において、Ba−Ti混合液の流量が100−4000L/hであり、合成剤の流量が100−4000L/hであり、合成反応器の回転数が100−700rpmであることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  9. 前記工程(3)において、Ba−Ti混合液の流量が1000−2000L /hであり、合成剤の流量が500−1500L/hであり、合成反応器の回転数が300−500rpmであることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  10. 前記工程(4)は、更に、一回目の圧力濾過によって分離された母液をCaOと反応させてNHOHを回収する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  11. 前記工程(4)において、熱洗浄操作温度が90−95℃であり、時間が2時間であることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
  12. 前記工程(5)における焼成操作温度は、5℃/minの速度で室温から590−610℃まで昇温してから、1時間焼成し、さらに、3℃/minの速度で700−950℃まで昇温してから、2時間焼成し、さらに、室温まで冷却するという履歴を経ることを特徴とする請求項1に記載のチタン酸バリウムの製造方法。
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