JP7098919B2 - 酸化ニッケル微粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
中和工程は、反応槽内において原料としての硫酸ニッケル水溶液と、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等のナトリウムを含む塩基性溶液とを混合して中和反応を生じさせることにより、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル等のニッケル化合物の中間体粒子を晶析させる工程である。原料として用いる硫酸ニッケルには、例えば硫酸ニッケル六水和物等を用いることができ、これと水とを後述するニッケル濃度になるような配合割合で混合することで水溶液にする。なお、最終的に得られる酸化ニッケル微粉末は電子部品用材料や電池用材料として用いられることから、その腐食防止のため、原料中に含まれる不純物は100質量ppm未満であることが望ましい。
上記の中和工程で得たケーキは、水等の洗浄液を用いて洗浄処理する洗浄工程を必要に応じて経由してもよい。この洗浄工程により、中間体粒子に混在している硫酸イオン等の陰イオンやナトリウム成分を効果的に除去することができるので、最終的に得られる酸化ニッケル微粉末の不純物含有量を特に低くすることが求められる場合は、熱処理工程の前に洗浄工程を設けるのが好ましい。この洗浄処理はケーキに洗浄液を加えることで得られるスラリーを撹拌することで洗浄を行った後、該スラリーを固液分離することで固形分を回収する洗浄方法であるいわゆるレパルプ洗浄とすることが好ましく、その場合に用いる洗浄液としては水が好ましく、純水がより好ましい。
熱処理工程は、上記の中和工程によって若しくは洗浄工程を経由する場合は該洗浄工程によって得た中間体粒子のケーキに対して、雰囲気ガスを導入しながら乾燥処理及び焼成処理を行って酸化ニッケル粉末を得る工程である。この場合、乾燥処理と焼成処理とは別々の設備で処理を行ってもよいし、同一の設備で連続的に処理を行ってもよい。いずれの場合においても、熱処理後の酸化ニッケル粉末には複数の酸化ニッケル粒子が焼結した構造の焼結体が含まれている。
R=h/λw×A×(t-tw)
NiSO4⇔NiO+SO3
[式3]
2NiSO4⇔2NiO+2SO2+O2
解砕工程は、上記の熱処理工程の際に形成され得る酸化ニッケル粒子の焼結体を分離、破壊して酸化ニッケル微粉末を得る工程である。上記の熱処理工程では中間体粒子が熱分解されて酸化ニッケル粒子が形成されるが、その際、粒径の微細化が起こると共に、高温の影響で酸化ニッケル粒子同士の焼結がある程度進行する。この焼結体を破壊するため、解砕工程では焼成後の酸化ニッケル粉末に対して解砕処理を行い、粒子同士を衝突させたり、圧縮力やせん断力を加えたりすることにより所望の粒度を有する酸化ニッケル微粉末を得ている。
以上説明した一連の工程からなる製造方法により作製される酸化ニッケル微粉末は、制御された硫黄含有量を有すると共に、一次粒子まで解砕すれば、粒径が極めて小さく微細である。具体的には、上記した各工程の条件を適宜調整することで硫黄含有量を100質量ppm以下に、より好ましくは50質量ppm以下にすることができ、レーザー散乱法で測定したD50を0.6μm以下に、より好ましくは0.3~0.6μmに、更に好ましくは0.35~0.50μmにすることができる。
(2)酸化ニッケル微粉末の比表面積の測定には、比表面積測定装置(NOVA 1000e、ユアサアイオニクス株式会社製)によるBET法を採用した。
(3)硫黄含有量の分析には、ICP発光分光分析法を採用した。
(4)昇温速度低下時間の評価は、評価対象の水酸化ニッケル粒子の加熱処理の際、該粉末に付着した水分が沸点に達するとその蒸発潜熱により炉内の熱が奪われるので、この水分が全て蒸発するまでの間の炉内の昇温速度が低下している時間(昇温速度低下時間)で評価した。
撹拌機を備えた反応槽内で硫酸ニッケルの水溶液と水酸化ナトリウム水溶液とを混合して中和反応を行わせ、中間体粒子として水酸化ニッケルを晶析させた。中和反応の条件としては、反応槽内では反応液の液温を60℃にし、pHは8.5を中心としてその変動幅が絶対値で0.2以内となるように制御しながら連続晶析法にて中和反応を行なった(中和工程)。得られた中間体粒子を含むスラリーを、ヌッチェに載置した濾紙を用いて固液分離し、固形分側をレパルプ水洗してから、固液分離して水酸化ニッケル粒子のケーキを得た(洗浄工程)。得られた水酸化ニッケル粒子は、硫黄含有量が2質量%であった。
焼成工程において、導入した気流を99.99容量%の窒素とした以外は実施例1と同様にして酸化ニッケル微粉末を作製した。得られた酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量は10質量ppmであり、D50は0.47μmであり、比表面積は3.5m2/gであった。また120℃まで一定熱量で加熱を行った際の定率乾燥における昇温速度低下時間は14分であった。
焼成工程において、熱処理の温度を860℃とした以外は実施例1と同様にして酸化ニッケル微粉末を作製した。得られた酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量は100質量ppmであり、D50は0.37μmであり、比表面積は4.9m2/gであった。また120℃まで一定熱量で加熱を行った際の定率乾燥における昇温速度低下時間は16分であった。
焼成工程において、導入した気流を99.99容量%の窒素とし、熱処理の温度を860℃とした以外は実施例1と同様にして酸化ニッケル微粉末を作製した。得られた酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量は50質量ppmであり、D50は0.40μmであり、比表面積は4.6m2/gであった。また120℃まで一定熱量で加熱を行った際の定率乾燥における昇温速度低下時間は15分であった。
焼成工程において、熱処理の温度を920℃とした以外は実施例1と同様にして酸化ニッケル微粉末を作製した。得られた酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量は10質量ppmであり、D50は0.48μmであり、比表面積は3.3m2/gであった。また120℃まで一定熱量で加熱を行った際の定率乾燥における昇温速度低下時間は15分であった。
焼成工程において、導入した気流を99.99容量%の窒素とし、熱処理の温度を920℃とした以外は実施例1と同様にして酸化ニッケル微粉末を作製した。得られた酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量は<10質量ppm(測定下限未満)であり、D50は0.53μmであり、比表面積は3.0m2/gであった。また120℃まで一定熱量で加熱を行った際の定率乾燥における昇温速度低下時間は14分であった。
焼成工程において、導入した気流を酸素分圧0.5kPaの窒素-酸素混合ガスとし、熱処理の温度を800℃とした以外は実施例1と同様にして酸化ニッケル微粉末を作製した。得られた酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量は90質量ppmであり、D50は0.32μmであり、比表面積は5.3m2/gであった。また120℃まで一定熱量で加熱を行った際の定率乾燥における昇温速度低下時間は15分であった。
中和工程及び洗浄工程までは実施例1と同様にして、水酸化ニッケル粒子のケーキを得た。得られた水酸化ニッケル粒子の硫黄含有量は2質量%であった。この水酸化ニッケル粒子のケーキ50gを、内寸50mm×50mmアルミナ容器に厚さ約25mmになるまで充填し、電気式横型管状炉の均熱帯範囲内にこの容器が全て入るように設置した。石英管の一端より毎分1Lの空気気流を導入した雰囲気において、乾燥を目的として120℃まで一定熱量(1000W)で加熱を行った。更に焼成を目的として890℃まで毎分10℃の昇温速度で加熱した後、890℃を5時間維持することにより酸化ニッケル粉末を得た(熱処理工程)。得られた酸化ニッケル粉末中の硫黄含有量は70質量ppmであった。
焼成工程において、熱処理の温度を860℃とした以外は比較例1と同様にして酸化ニッケル微粉末を作製した。得られた酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量は160質量ppmであり、D50は0.35μmであり、比表面積は5.1m2/gであった。また120℃まで一定熱量で加熱を行った際の定率乾燥における昇温速度低下時間は27分であった。
焼成工程において、熱処理の温度を920℃とした以外は比較例1と同様にして酸化ニッケル微粉末を作製した。得られた酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量は30質量ppmであり、D50は0.50μmであり、比表面積は3.1m2/gであった。また120℃まで一定熱量で加熱を行った際の定率乾燥における昇温速度低下時間は26分であった。これらの結果を表1にまとめて示す。
Claims (6)
- 硫酸ニッケル水溶液とナトリウムを含む塩基性溶液との中和反応により中間体粒子を晶析させた後、固液分離を行って該中間体粒子を含むケーキを得る中和工程と、前記ケーキをペレット化することで得たかさ密度1.5~2.0g/cm3の成形体を、該成形体は通過できないが雰囲気ガスは流通可能な大きさを有する開口部を複数設けた容器に収容するか該開口部を複数設けた板上に載置し、大気雰囲気ガス下又は酸素分圧1kPa以下の非還元性雰囲気下で乾燥及び焼成して酸化ニッケル粉末を生成する熱処理工程と、前記熱処理工程の際に形成され得る酸化ニッケル粉末の焼結体を解砕して酸化ニッケル微粉末を得る解砕工程とを含む酸化ニッケル微粉末の製造方法であって、
前記熱処理工程では、前記大気雰囲気の場合は850~950℃の熱処理温度で焼成を行い、前記非還元性雰囲気の場合は750~950℃の熱処理温度で焼成を行うことを特徴とする酸化ニッケル微粉末の製造方法。 - 前記熱処理工程において、空気、窒素、二酸化炭素、水蒸気、アルゴン、及びヘリウムから選ばれる少なくとも1種を主成分とするガスを前記雰囲気ガスとして導入することを特徴とする、請求項1に記載の酸化ニッケル粉末の製造方法。
- 前記熱処理工程の前に、前記中和工程で得た前記中間体粒子を含むケーキを洗浄する洗浄工程を有することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の酸化ニッケル微粉末の製造方法。
- 前記ナトリウムを含む塩基性溶液が、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、及び硝酸ナトリウムのうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の酸化ニッケル微粉末の製造方法。
- 前記中間体粒子が、一次粒子の凝集した二次粒子の形態を有していることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の酸化ニッケル微粉末の製造方法。
- 前記解砕工程で得た酸化ニッケル微粉末の硫黄含有量が100質量ppm以下であり、平均粒径D50が0.3~0.6μmであり、比表面積が2~6m2/gであることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の酸化ニッケル微粉末の製造方法。
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