JP5983969B2 - High frequency plasma synthesis method - Google Patents
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Description
本発明は、高周波プラズマ合成方法に関し、特に、熱いプラズマ処理と高温で、アルミニウムかすを浄化して、アルミニウムかすからアルミナを析出し、アルミナセラミック粉末が得られ、特に、同時に、アルミニウムかすを処理しながら、アルミナを生産でき、アルミニウムかすを、販売可能な製品に変換するものに関する。 The present invention relates to a high-frequency plasma synthesis method, in particular, hot plasma treatment and high temperature to purify aluminum debris and deposit alumina from the aluminum debris to obtain an alumina ceramic powder. However, it relates to the one that can produce alumina and convert aluminum waste into a product that can be sold.
一般の、回収されたアルミニウムスクラップ（Aluminium scrap）からアルミニウムを回収する流れは、図６のようである。アルミニウム冶金（Aluminium metallurgy）期間に、溶融アルミニウム（Molten aluminum）と微細粒子（Fine particle）が生成され、上記溶融アルミニウムを鋳型で鋳造（Cast）して、アルミニウムインゴット（Ingot）や合金（Alloy）が得られ、また、溶融金属の表面と炉内空気とが反応する時、ドロス（Dross）が生成され、上記微細粒子は、例えば、バッグ式集塵機である空気汚染制御システムによって収集された焼却灰（Incinerator ash）で、上記ドロスと焼却灰は、アルミニウムかす（Aluminum residues）として、定義されている。そのため、アルミニウムスクラップ融解過程において、アルミニウムかすは、アルミナやアルミニウム合金及び少量の添加元素の酸化物と窒化アルミニウムからなる。 A general flow of recovering aluminum from recovered aluminum scrap is as shown in FIG. During the aluminum metallurgy period, molten aluminum and fine particles are generated, and the molten aluminum is cast in a mold to produce an aluminum ingot or alloy. When the surface of the molten metal reacts with the furnace air, dross is generated, and the fine particles are incinerated ash (for example, collected by an air pollution control system which is a bag type dust collector). Incinerator ash), the dross and incineration ash are defined as aluminum residues. Therefore, in the aluminum scrap melting process, the aluminum residue is composed of alumina, an aluminum alloy, a small amount of an oxide of an additive element, and aluminum nitride.
台湾において、アルミニウム再生過程に生成したドロスの量は、20万トン/年を超えると推定され、大部分のアルミニウムかすは、主として、一般事業廃棄物埋立て場や不法格納によって処理されている。一般事業廃棄物埋立て場や格納場所は、台湾において、制限されているだけでなく、埋立て場や格納場所が足りないため、また、埋立て場によって処理費が高すぎるため、任意に捨てられる現象が多くあり、そのため、上記のような方法は、アルミニウムかすを処理する良い方法ではない。アルミニウムかすの主な成分が、アルミナ（Al2O3、約７５％〜９２％）であり、その他が、アルミニウム（Al）や窒化アルミニウム（AlN）及び炭化アルミニウム（ALC）であり、アルミニウムかすが、湿気や水と接触すると、不安定になって、例えば、アンモニア（NH3）やメタン（CH4）及び水素ガス（H2）である有害気体が、放出され、そのため、アルミニウムかすは、危険廃棄物と見なされ、それを、一般事業廃棄物埋立て場において処理されると、深刻な環境汚染問題が起こり、生態に膨大な悪影響を与える。 In Taiwan, the amount of dross produced during the aluminum reclamation process is estimated to exceed 200,000 tons / year, and most of the aluminum debris is mainly processed by general waste disposal sites and illegal storage. General business waste landfills and storage locations are not only restricted in Taiwan, but are also discarded due to the lack of landfills and storage locations, and the disposal costs of the landfill sites are too high. Therefore, the above method is not a good method for treating aluminum debris. The main component of aluminum debris is alumina (Al 2 O 3 , about 75% to 92%), and the others are aluminum (Al), aluminum nitride (AlN), and aluminum carbide (ALC). When in contact with moisture or water, it becomes unstable and, for example, harmful gases such as ammonia (NH 3 ), methane (CH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) are released, so aluminum debris is hazardous waste If it is regarded as an object and it is processed at a general waste disposal site, serious environmental pollution problems will occur and the ecology will be greatly affected.
アルミニウムの生産やアルミニウムの回収の過程に、廃棄物として、大量のアルミニウムかすが生成されるため、新規且つ適当な回収技術は、アルミニウムかすにとって、不可欠なものになるが、今までに、アルミニウムかすの処理において、実用上、有効な技術を欠いている。 Since a large amount of aluminum debris is generated as waste in the process of aluminum production and aluminum recovery, new and appropriate recovery techniques will be indispensable for aluminum debris. In processing, it lacks a practically effective technique.
本発明者は、上記欠点を解消するため、慎重に研究し、また、学理を活用して、有効に上記欠点を解消でき、設計が合理である本発明を提案する。 The present inventor proposes the present invention in which the above-mentioned drawbacks are solved by careful research, and the above-mentioned drawbacks can be effectively eliminated by utilizing science, and the design is rational.
本発明の主な目的は、従来技術の上記問題を解消して、熱いプラズマ技術を利用し、高温熱源として、高周波プラズマ合成装置を作製し、熱いプラズマ処理と高温により、アルミニウムかすが浄化され、アルミニウムかすからアルミナが析出されて、アルミナセラミック粉末が得られ、同時に、アルミニウムかすを処理することと、アルミナを生産することを実現でき、アルミニウムかすを、販売可能の製品に変換する方法を提供する。 The main object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, use hot plasma technology, and produce a high-frequency plasma synthesizer as a high-temperature heat source. Alumina is deposited from the debris to obtain an alumina ceramic powder, and at the same time it is possible to treat the aluminum debris and produce alumina, providing a method for converting the aluminum debris into a marketable product.
本発明の他の目的は、二次資源の生命周期が増加されることや工業廃棄物の不適当処理により環境に悪影響を与えることを防止できること、および主な資源を入力する需要を低減することが、実現され、自然資源の開発を低下させて、二酸化炭素の排出量を低減できる方法を提供する。 Another object of the present invention is to prevent the life cycle of secondary resources from being increased and to adversely affect the environment due to inappropriate treatment of industrial waste, and to reduce the demand for input of main resources. Is realized and provides a way to reduce the development of natural resources and reduce carbon dioxide emissions.
以上の目的を達成するための本発明は、高周波プラズマ合成方法であり、アルミニウムかすからアルミナを析出する方法であり、少なくとも、供給装置と、マッチングボックス内に収納されて基板に設置され、マッチング回路を介して、誘導コイルにカップリングされる高周波生成器と、その一端が、上記供給装置に連結され、もう一端が、上記基板に貫設され、上記誘導コイルを有する熱いプラズマ源と、上記熱いプラズマ源のもう一端に連結される反応室と、上記反応室に連結される粉末収集ユニットと、上記粉末収集ユニットに連結される真空ポンプと、を有する高周波プラズマ合成装置を用意するステップ（Ａ）と、上記アルミニウムかすを、上記供給装置を介して、キャリヤガスの輸送により、上記反応室に導入する処理待ちのアルミニウムかすを用意するステップ（Ｂ）と、上記反応室に対して、上記真空ポンプにより、真空にさせ、上記アルミニウムかすに、真空雰囲気において、保護気体と反応気体を導入し、上記高周波生成器で、上記熱いプラズマ源に対してRFエネルギーを生成し、RFエネルギーを利用して、上記誘導コイルにより、交番電磁界が生成され、また、放電空間を維持しながら、熱いプラズマ火炎が形成され、上記アルミニウムかすに対して、熱いプラズマ処理や高温浄化反応が行われ、上記アルミニウムかすから、アルミナが析出されて、アルミナセラミック粉末が得られるステップ（Ｃ）と、上記粉末収集ユニットで、排出された大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が収集されるステップ（Ｄ）と、が含有される。 The present invention for achieving the above object is a high-frequency plasma synthesis method, which is a method for depositing alumina from aluminum debris. At least, a matching device is installed in a substrate by being accommodated in a supply device and a matching box. A high-frequency generator coupled to the induction coil, one end of which is connected to the supply device, the other end is penetrated through the substrate , the hot plasma source having the induction coil, and the hot Step (A) of preparing a high-frequency plasma synthesizer having a reaction chamber connected to the other end of the plasma source, a powder collection unit connected to the reaction chamber, and a vacuum pump connected to the powder collection unit And the aluminum debris that is waiting to be introduced into the reaction chamber by transporting a carrier gas through the supply device. Step (B) for preparing minium dust, and the reaction chamber is evacuated by the vacuum pump, and a protective gas and a reaction gas are introduced into the aluminum dust in a vacuum atmosphere, and the high frequency generator is used. Generating RF energy to the hot plasma source, and using the RF energy, an induction electromagnetic field is generated by the induction coil, and a hot plasma flame is formed while maintaining a discharge space, A hot plasma treatment or a high temperature purification reaction is performed on the aluminum debris, and alumina is precipitated from the aluminum debris to obtain an alumina ceramic powder, and the large amount discharged in the powder collecting unit. Step (D) in which grains, small grains and fine grains of alumina ceramic powder are collected.
本発明の上記実施例によれば、上記アルミニウムかすは、ドロス（Dross）や焼却灰（Incinerator ash）である。 According to the above embodiment of the present invention, the aluminum residue is dross or incinerator ash.
本発明の上記実施例によれば、上記高周波生成器は、1KW〜10MWのプラズマパワーを供給する。 According to the above embodiment of the present invention, the high frequency generator supplies a plasma power of 1 KW to 10 MW.
本発明の上記実施例によれば、上記高周波生成器は、1MHz〜500MHzの高周波プラズマを発生する。 According to the embodiment of the present invention, the high frequency generator generates a high frequency plasma of 1 MHz to 500 MHz.
本発明の上記実施例によれば、上記熱いプラズマ源は、高週波プラズマトーチや直流プラズマトーチ或いはバーナーである。 According to the embodiment of the invention, the hot plasma source is a high frequency plasma torch, a direct current plasma torch or a burner.
本発明の上記実施例によれば、上記誘導コイルの巻き数は、２〜６である。 According to the embodiment of the present invention, the number of turns of the induction coil is 2-6.
本発明の上記実施例によれば、上記熱いプラズマ源は、５００℃〜５０００℃の温度で操作される。 According to the above embodiment of the present invention, the hot plasma source is operated at a temperature between 500 ° C and 5000 ° C.
本発明の上記実施例によれば、上記熱いプラズマ源は、主として、原料供給バルブと石英管、ケーシングパイプ及び反応気体入口からなる。 According to the embodiment of the present invention, the hot plasma source mainly comprises a raw material supply valve, a quartz tube, a casing pipe, and a reaction gas inlet.
本発明の上記実施例によれば、上記粉末収集ユニットは、上記反応室に連結された第一導管と、上記第一導管に連結された第二導管と、上記第二導管に連結されたろ過管と、が含有され、大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が、それぞれ、上記第一導管や第二導管及びろ過管によって収集されて排出される。 According to the embodiment of the invention, the powder collection unit comprises a first conduit connected to the reaction chamber, a second conduit connected to the first conduit, and a filtration connected to the second conduit. And the large, small and fine alumina ceramic powders are collected and discharged by the first conduit, the second conduit and the filter tube, respectively.
本発明の上記実施例によれば、上記ろ過管に、フィルタースクリーンが設けられ、小さい粒状のアルミナセラミック粉末が、上記フィルタースクリーンによってろ過されて、上記第二導管から排出される。 According to the embodiment of the present invention, the filter tube is provided with a filter screen, and small granular alumina ceramic powder is filtered by the filter screen and discharged from the second conduit.
本発明の上記実施例によれば、上記真空ポンプは、上記粉末収集ユニットのろ過管に連結され、上記反応室に形成された小さい粒と微細粒のアルミナセラミック粉末を吸引する。 According to the embodiment of the present invention, the vacuum pump is connected to the filter tube of the powder collecting unit and sucks the small and fine alumina ceramic powder formed in the reaction chamber.
本発明の上記実施例によれば、上記反応気体は、酸素ガスであり、上記キャリヤガスと保護気体は、アルゴンガスである。 According to the embodiment of the present invention, the reaction gas is oxygen gas, and the carrier gas and the protective gas are argon gas.
以下、図面を参照しながら、本発明の特徴や技術内容について、詳しく説明するが、それらの図面等は、参考や説明のためであり、本発明は、それによって制限されることが無い。 Hereinafter, the features and technical contents of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the drawings and the like are for reference and explanation, and the present invention is not limited thereby.
図１〜図３は、それぞれ、本発明のアルミナセラミック粉末を合成する流れの概念図と本発明の高周波プラズマ合成装置概念図及び本発明の反応器-熱いプラズマ源概念図である。図のように、本発明は、高周波プラズマ合成方法であり、アルミニウムかす（Aluminum residues）から、アルミナ（Al2O3）を析出し、少なくとも、供給装置1と、マッチングボックス２１内に収納されて基板２２に設置され、マッチング回路２３を介して、誘導コイル３１にカップリングされる高周波生成器２と、その一端が、上記供給装置１に連結され、もう一端が、上記基板２２に貫設され、巻き数が２〜６である誘導コイル３１を有する熱いプラズマ源３と、上記熱いプラズマ源３のもう一端に連結される反応室４と、上記反応室４に連結される粉末収集ユニット５と、上記粉末収集ユニット５に連結される真空ポンプ６と、を有する高周波プラズマ合成装置を用意するステップＳ11（Ａ）と、ドロス（Dross）や焼却灰（Incinerator ash）である上記アルミニウムかすを、上記供給装置１を介して、キャリヤガスの輸送により、上記反応室４に導入する処理待ちのアルミニウムかすを用意するステップＳ１２（Ｂ）と、上記反応室４に対して、上記真空ポンプ６により、真空にさせ、上記アルミニウムかすに、真空雰囲気において、保護気体と反応気体を導入し、上記高周波生成器２で、上記熱いプラズマ源３に対してRFエネルギーを生成し、RFエネルギーを利用して、上記誘導コイル３１により、交番電磁界が生成され、また、放電空間を維持しながら、熱いプラズマ火炎が形成され、上記アルミニウムかすに対して、熱いプラズマ処理や高温浄化反応が行われ、上記アルミニウムかすから、アルミナが析出されて、アルミナセラミック粉末が得られるステップＳ１３（Ｃ）と、上記粉末収集ユニットで、排出された大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が収集されるステップＳ１４（Ｄ）と、が含有される。上記により、新規の高周波プラズマ合成方法が構成される。 1 to 3 are a conceptual diagram of a flow for synthesizing the alumina ceramic powder of the present invention, a conceptual diagram of a high-frequency plasma synthesizer of the present invention, and a conceptual diagram of a reactor-hot plasma source of the present invention. As shown in the figure, the present invention is a high-frequency plasma synthesis method in which alumina (Al 2 O 3 ) is precipitated from aluminum residues and is stored in at least the supply device 1 and the matching box 21. The high-frequency generator 2 installed on the substrate 22 and coupled to the induction coil 31 via the matching circuit 23 and one end thereof are connected to the supply device 1 and the other end penetrates the substrate 22. A hot plasma source 3 having an induction coil 31 having 2-6 turns, a reaction chamber 4 connected to the other end of the hot plasma source 3, and a powder collecting unit 5 connected to the reaction chamber 4. Step S11 (A) for preparing a high-frequency plasma synthesizer having a vacuum pump 6 connected to the powder collecting unit 5, and Dross and Incinerator ash Step S12 (B) of preparing the aluminum debris waiting to be introduced into the reaction chamber 4 by transporting the carrier gas through the supply device 1 through the supply apparatus 1; A vacuum pump 6 is used to create a vacuum, a protective gas and a reactive gas are introduced into the aluminum residue in a vacuum atmosphere, and the RF generator 2 generates RF energy with respect to the hot plasma source 3. Using the induction coil 31, an alternating electromagnetic field is generated by the induction coil 31, and a hot plasma flame is formed while maintaining the discharge space. A hot plasma treatment or a high-temperature purification reaction is performed on the aluminum residue. Step S13 (C) in which alumina is precipitated from the aluminum residue to obtain an alumina ceramic powder, and the powder Step S <b> 14 (D) in which the large, small, and fine alumina ceramic powders discharged are collected in the powder collection unit. As described above, a novel high-frequency plasma synthesis method is configured.
上記高周波生成器２は、1KW〜10MWのプラズマパワーを供給し、1MHz〜500MHzの高周波プラズマを発生でき、上記粉末収集ユニット５は、図２のように、上記反応室４に連結された第一導管５１と、上記第一導管５１に連結された第二導管５２と、上記第二導管５２に連結されたろ過管５３と、が備えられ、上記ろ過管５３に、更に、フィルタースクリーン（図示せず）が設けられ、大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が、それぞれ、上記第一導管５１と第二導管５２及びろ過管５３により、収集されて排出され、上記真空ポンプ６は、上記ろ過管５３に連結される。 The high frequency generator 2 supplies a plasma power of 1 KW to 10 MW and can generate a high frequency plasma of 1 MHz to 500 MHz. The powder collection unit 5 is connected to the reaction chamber 4 as shown in FIG. A conduit 51, a second conduit 52 connected to the first conduit 51, and a filter tube 53 connected to the second conduit 52 are provided. The filter tube 53 further includes a filter screen (not shown). Large particles, small particles and fine alumina ceramic powder are collected and discharged by the first conduit 51, the second conduit 52 and the filter tube 53, respectively, and the vacuum pump 6 Connected to the filtration tube 53.
上記熱いプラズマ源３は、図３のように、主として、原料送料バルブ（図示せず）と石英管３２、ケーシングパイプ３３及び反応気体入口３４からなり、上記熱いプラズマ源３は、RFエネルギーで、気体分子イオン化を励起させて、プラズマ流の高週波プラズマトーチや直流プラズマトーチ或いはバーナーの何れかの一つを生成する。 As shown in FIG. 3, the hot plasma source 3 mainly comprises a raw material shipping valve (not shown), a quartz tube 32, a casing pipe 33 and a reaction gas inlet 34. The hot plasma source 3 is RF energy, Gas molecule ionization is excited to produce one of a high frequency plasma torch, a DC plasma torch or a burner of the plasma flow.
本発明による高周波プラズマ合成装置は、1.2キロ/時間の電気容量で、アルミニウムかすを処理してアルミナを生成し、具体的な実施例によれば、当該装置の高さが、約2100ミリメートルである。それによれば、反応室４に対して、真空ポンプ６で、約10-2トルの真空にして、高周波生成器２を利用して、熱いプラズマ源３に対して、13.56 MHzとプラズマパワーが5KWであるRFエネルギーを供給し、高周波電流が、6巻き数の誘導コイル３１により、交番電磁界が生成され、完全な調整や負荷範囲を有するため、放電空間を維持して、優れた反応領域があり、５００℃〜５０００℃の温度下で、熱いプラズマ火炎が形成されて、反応室４にスプレーすることができる。アルミニウムかすを、キャリヤガスとして、アルゴンガスを利用して、300 SCCMの流量で、供給装置１が、20グラム/分の供給速度で、反応室４に対して供給し、上記反応室４に、保護気体として、アルゴンガスが導入されて混み込まれ、18 SLPMの流量で供給されて時間軸を安定させ、また、アルミニウムかすが、熱いプラズマ火炎に案内され、時軸方向に、出発原料とする反応気体として、酸素ガスが送られる。アルミニウムかすを、熱いプラズマ処理と高温によって浄化することにより、高純度のアルミナセラミック粉末が得られる。最後に、粉末収集ユニット５によって、排出された大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が収集され、また、大きい粒状のアルミナセラミック粉末が、その重力作用により、直接に、上記第一導管５１を経由して、第一収集箱５１１に落下し、小さい粒と微細粒のアルミナセラミック粉末が、更に、上記真空ポンプ６によって吸引され、小さい粒状のアルミナセラミック粉末が、フィルタースクリーンによってろ過され、上記第二導管５２から、第二収集箱５２１に落下し、微細粒のアルミナセラミック粉末が、フィルタースクリーンを通して、上記ろ過管５３から第三収集箱５３１に落下する。上記は、ただ、より良い実施例であり、それによって、制限されることなく、実用に応じて、適当に調整することもできる。 The high-frequency plasma synthesizer according to the present invention treats aluminum dust to produce alumina with an electric capacity of 1.2 kg / hour, and according to a specific embodiment, the height of the apparatus is about 2100 millimeters. . According to this, a vacuum of about 10 −2 Torr is applied to the reaction chamber 4 with a vacuum pump 6, and the high frequency generator 2 is used to generate 13.56 MHz and a plasma power of 5 kW for the hot plasma source 3. An RF electromagnetic field is generated and an alternating electromagnetic field is generated by the induction coil 31 having six windings, and a high frequency current is generated, and has a complete adjustment and load range. There can be at a temperature of 500 ° C. ~ 5000 ° C., it is hot plasma flame is formed and sprayed into the reaction chamber 4. The aluminum dross, as a carrier gas, using an argon gas at a flow rate of 300 SCCM, the supply device 1, at 20 g / min feed rate, and supplied to the reaction chamber 4, to the reaction chamber 4, as protective gas, it is incorporated crowded argon gas is introduced, 18 to stabilize the test sheet has been time axis at a flow rate of SLPM, also aluminum Kasuga, is guided to the hot plasma flame, in a time axis direction, as a starting material Oxygen gas is sent as a reaction gas. High purity alumina ceramic powder can be obtained by purifying aluminum dust by hot plasma treatment and high temperature. Finally, the discharged, large, small, and fine alumina ceramic powder is collected by the powder collecting unit 5, and the large granular alumina ceramic powder is directly collected by the gravitational action of the first conduit. 51, it falls into the first collection box 511, small and fine alumina ceramic powder is further sucked by the vacuum pump 6, and the small granular alumina ceramic powder is filtered by a filter screen, From the second conduit 52, it falls to the second collection box 521, and fine-grained alumina ceramic powder falls from the filter tube 53 to the third collection box 531 through the filter screen. The above is only a better embodiment, and without limitation, it can be adjusted appropriately according to practical use.
まず、合成されたアルミナの外観を調査する。アルミニウムかす自身のカラーは、灰色で、本発明において、アルミニウムかすを原料として生産した高純度の精細アルミナセラミック粉末は、異なる入力されたパワー（1KW〜3.5KW）によって、カラーが、次第に、白い色に変化し、また、パワーが、3.5KWに向上すると、合成されたアルミナセラミック粉末のカラーは、純白色に変化する。 First, the appearance of the synthesized alumina is investigated. The color of the aluminum dust itself is gray. In the present invention, the high-purity fine alumina ceramic powder produced using aluminum dust as the raw material has a color that gradually becomes white depending on the different input power (1KW to 3.5KW). When the power is increased to 3.5 KW, the color of the synthesized alumina ceramic powder changes to pure white.
図４は、本発明の3.5KWで合成された粉末の粒径分布曲線概念図である。図のように、合成されたアルミナの粒径分布を調査する。3.5KWで合成された粉末の粒径分布を例とすれば、図において、粒径が、3.0μmより小さいものは、すべての合成されたアルミナ粉末の10%になり、粒径が、8.0μmより小さいものは、すべての合成されたアルミナ粉末の50%になり、また、粒径が、15.6μmより小さいものは、すべての合成されたアルミナ粉末の90%になる。また、出発原料であるアルミニウムかすの粒径、d50とd90の直径が、それぞれ、22.1μmと73.5μmである。そのため、本装置で、プラズマ合成工程を行うと、有効に、精細セラミック粉末が得られる。また、体積分布とは、粒子が、所定のサイズ範囲で、総サンプリングに対する体積％であり、100%に近づくと、累積体積曲線が、全てのサイズ範囲の総体積に類似する。図のように、d10やd50及びd90は、X軸（直径）の値によって決められ、また、累積体積曲線が、Y軸上において、10%や50%及び90%で交差する。 FIG. 4 is a conceptual diagram of the particle size distribution curve of the powder synthesized at 3.5 KW of the present invention. As shown in the figure, the particle size distribution of the synthesized alumina is investigated. Taking the particle size distribution of the powder synthesized at 3.5 KW as an example, in the figure, when the particle size is smaller than 3.0 μm, it becomes 10% of all synthesized alumina powder, and the particle size is 8.0 μm. The smaller is 50% of all synthesized alumina powder, and the smaller particle size is less than 15.6 μm is 90% of all synthesized alumina powder. The particle size of aluminum dross, which is a starting material, the diameter of d50 and d 90, respectively, is 22.1μm and 73.5μm. Therefore, when the plasma synthesis process is performed with this apparatus, fine ceramic powder can be obtained effectively. The volume distribution is the volume% of the total sampling in a predetermined size range, and the cumulative volume curve resembles the total volume of all size ranges as it approaches 100%. As shown in FIG, d 10 and d 50 and d 90 is determined by the value of X-axis (diameter), also the cumulative volume curve, on the Y-axis, intersect at 10% and 50% and 90%.
図５は、本発明の合成粉末のX線回折概念図である。図のよう、図の異なるカラーにより、1.0KW乃至3.5KWの各入力パワーが示される。X線回折（X-Ray Diffractometer, XRD）分析によれば、合成された粉末は、コランダム構造に属され、また、アルミニウム金属が残されず、アルミナだけを有し、合成された粉末が、確実にアルミナであることと認められ、また、パワーの増加とともに、合成された粉末が、より高い強度を有する。 FIG. 5 is a conceptual diagram of X-ray diffraction of the synthetic powder of the present invention. As shown in the figure, each input power from 1.0 KW to 3.5 KW is indicated by different colors in the figure. According to X-Ray Diffractometer (XRD) analysis, the synthesized powder belongs to the corundum structure, and no aluminum metal is left, it has only alumina, and the synthesized powder is reliably Acknowledged to be alumina, and with increasing power, the synthesized powder has higher strength.
下記表一は、合成粉末の主な成分である。当該表に、異なるパワーによって合成された粉末の化学成分の分析結果が示され、全体のアルミナは、その濃度が、ともに、95%よりも高く、特に、3.5KWの時、アルミナの濃度が、99.95%になる。 Table 1 below shows the main components of the synthetic powder. The table shows the analysis results of the chemical components of the powders synthesized with different powers, and the overall alumina has a concentration of both higher than 95%, especially at 3.5 KW, the concentration of alumina is 99.95%.
本発明は、熱いプラズマ技術を、利用して、高温熱源として、高周波プラズマ合成装置を構築し、熱いプラズマ処理と高温により、アルミニウムかすが浄化され、アルミニウムかすから、アルミナが析出されて、アルミナセラミック粉末が得られ、これにより、同時に、アルミニウムかすを処理することとアルミナを生産することが実現され、アルミニウムかすが、販売可能の製品になる。そのため、本発明による方法や装置を利用して、二次資源の生命周期が増加されることや工業廃棄物の不適当処理により環境に悪影響を与えることを防止できることおよび主な資源を入力する需要を低減することが、実現され、自然資源の開発を低下させて、二酸化炭素の排放量を低減できる。 The present invention uses a hot plasma technology to construct a high-frequency plasma synthesizer as a high-temperature heat source, and the hot plasma treatment and high temperature purify aluminum debris. From the aluminum debris, alumina is precipitated, and the alumina ceramic powder This results in the simultaneous treatment of aluminum dust and the production of alumina, making the aluminum dust a saleable product. Therefore, by using the method and apparatus according to the present invention, it is possible to prevent the life cycle of secondary resources from being increased and to prevent adverse effects on the environment due to inappropriate treatment of industrial waste, and the demand for inputting main resources. Can be achieved, reducing the development of natural resources and reducing the emission of carbon dioxide.
以上のように、本発明に係る高周波プラズマ合成方法は、有効に、従来の諸欠点を解消でき、熱いプラズマ処理と高温により、アルミニウムかすが浄化され、アルミニウムかすからアルミナ（Al2O3）を析出でき、アルミナセラミック粉末が得られ、これにより、同時に、アルミニウムかすを処理することとアルミナを生産することが実現され、アルミニウムかすが、販売可能の製品になる。そのため、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。 As described above, the high-frequency plasma synthesis method according to the present invention can effectively eliminate the conventional drawbacks, and the hot dust is purified by hot plasma treatment and high temperature, and alumina (Al 2 O 3 ) is precipitated from the aluminum dust. Alumina ceramic powder is obtained, which simultaneously realizes the treatment of aluminum debris and the production of alumina, making the aluminum debris a saleable product. As such, the present invention is more progressive and more practical, and claims are filed according to law.
以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。 The above is merely a better embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereby, and equivalent changes made based on the scope of the claims and the description of the present invention. All modifications are within the scope of the claims of the present invention.
１ 供給装置
２ 高周波生成器
２１ マッチングボックス
２２ 基板
２３ マッチング回路
３ 熱いプラズマ源
３１ 誘導コイル
３２ 石英管
３３ ケーシングパイプ
３４ 反応気体入口
４ 反応室
５ 粉末収集ユニット
５１ 第一導管
５１１ 第一収集箱
５２ 第二導管
５２１ 第二収集箱
５３ ろ過管
５３１ 第三収集箱
６ 真空ポンプ
S11〜S14 ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supply apparatus 2 High frequency generator 21 Matching box 22 Substrate 23 Matching circuit 3 Hot plasma source 31 Induction coil 32 Quartz tube 33 Casing pipe 34 Reaction gas inlet 4 Reaction chamber 5 Powder collection unit 51 First conduit 511 First collection box 52 First Two conduits 521 Second collection box 53 Filtration tube 531 Third collection box 6 Vacuum pump
S11 to S14 steps
Claims (10)
供給装置と、マッチングボックス内に収納されて基板に設置され、マッチング回路を介して、誘導コイルにカップリングされる高周波生成器と、その一端が、上記供給装置に連結され、もう一端が、上記基板に貫設され、上記誘導コイルを有する熱いプラズマ源と、上記熱いプラズマ源のもう一端に連結される反応室と、上記反応室に連結される粉末収集ユニットと、上記粉末収集ユニットに連結される真空ポンプと、を有する高周波プラズマ合成装置を用意するステップ（Ａ）と、
上記アルミニウムかすを、上記供給装置を介して、キャリヤガスの輸送により、上記反応室に導入する処理待ちのアルミニウムかすを用意するステップ（Ｂ）と、
上記反応室に対して、上記真空ポンプにより、真空にさせ、上記アルミニウムかすに、真空雰囲気において、保護気体と反応気体を導入し、上記高周波生成器で、上記熱いプラズマ源に対してRFエネルギーを生成し、RFエネルギーを利用して、上記誘導コイルにより、交番電磁界が生成され、また、放電空間を維持しながら、熱いプラズマ火炎が形成され、上記アルミニウムかすに対して、熱いプラズマ処理や高温浄化反応が行われ、上記アルミニウムかすから、アルミナが析出されて、アルミナセラミック粉末が得られるステップ（Ｃ）と、
上記粉末収集ユニットで、排出された大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が収集されるステップ（Ｄ）と、
が含有される、ことを特徴とする高周波プラズマ合成方法。 A high-frequency plasma synthesis method for depositing alumina (Al 2 O 3 ) from aluminum waste,
A supply device, a high-frequency generator housed in a matching box and installed on a substrate , coupled to an induction coil via a matching circuit, one end of which is connected to the supply device, and the other end is connected to the supply device A hot plasma source penetrating the substrate and having the induction coil, a reaction chamber connected to the other end of the hot plasma source, a powder collecting unit connected to the reaction chamber, and connected to the powder collecting unit A step (A) of preparing a high-frequency plasma synthesizer having a vacuum pump;
A step (B) of preparing the aluminum waste awaiting treatment to be introduced into the reaction chamber by transporting a carrier gas through the supply device;
The reaction chamber is evacuated by the vacuum pump, and a protective gas and a reaction gas are introduced into the aluminum residue in a vacuum atmosphere, and RF energy is applied to the hot plasma source by the high-frequency generator. Using the RF energy, an alternating electromagnetic field is generated by the induction coil, and a hot plasma flame is formed while maintaining the discharge space. A step (C) in which a purification reaction is performed and alumina is precipitated from the aluminum residue to obtain an alumina ceramic powder;
A step (D) in which the discharged large grains, small grains and fine grains of alumina ceramic powder are collected in the powder collecting unit;
A high-frequency plasma synthesis method characterized by comprising:
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