JPH01294865A - 気流により固体粒子を被覆するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は粒子状の材料の表面を金属の被膜により覆う操
作に係り、特に気流の流れる反応容器内にて金属カルボ
ニルの熱解離を促がすことにより材料に金属被膜を形成
する装置に関する。

（従来の技術） 金属カルボニルの熱による分解を利用して粒子状の材料
を被覆する操作として流動層による反応炉を用いて大規
模に処理する方法（例えばカナダ国特許８３６４８３号
参照）が知られている。

この方法の要点を述べると、気体状の金属カルボニル、
（多くの場合、ニッケルテトラカルボニルＮｉ　　（Ｃ
ｏ）　　　これに次いでは鉄ペンタカル４ゝ ボニルＦｅ（Ｃｏ）ｓか、コバルトテトラカルボニルＣ
ｏ　　（ＣＯ）　ａか、コバルトリカルボニルＣｏ４　
（ＣＯ）、２が使われる）が流動層において粒子状の材
料と密に接触させられ、温度条件が約１４９〜３１６℃
の範囲にあるとき、金属カルボニルがニッケル（Ｎｉ）
と−酸化炭素（Ｃｏ）とに分解し、このときニッケルが
粒子状の材料の表面に付着する。

この際、温度がこれよりも高くなると、−酸化炭素は二
酸化炭素（ＣＯ２）と炭素（Ｃ）とに不均衡に解離する
傾向があり、このため被覆された製品が炭素のために汚
染されることがある。したがって、この流動層反応炉で
は温度の監視が欠かせないものとなっている。

（発明が解決しようとする課題） この流動層反応炉の適用には被覆される固体粒子のサイ
ズについて、５０マイクロメートルかそれ以上という等
吸上の制限がある。しかしながら、被覆される基体（固
体粒子）の中には約１０マイクロメートルか、それより
も小さい等級のものがあり、このようなサイズの固体粒
子に対して流動層反応炉の適用は不可能である。

また、流動層反応炉では、分解および加熱ゾーンが一つ
の容器に並存している。この場合、材料を流動層反応炉
およびこれに附随する設備の全体に動かし続けるために
気体の圧力が保たれていなければならず、容量の大きさ
が問題になることがある。固体粒子の加熱は容器の下部
にて、そして分解は加熱装置の表面や気体ノズル等に付
着する金属の幾分かを費やしながらその最上部にてそれ
ぞれ行なわれる。

さらに、問題は金属カルボニルが流動層を形成するため
に使用されるオフガスの再循環を果たすために、完全に
分解するまでに至らないことである。

本発明の目的は、被覆媒体の滞留時間を均一に保つこと
ができる被覆装置を提供するにある。

また、別の目的は、被覆媒体と固体粒子との接触を効果
的に果たし、効率よく被膜を形成し得るようにした被覆
装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は少なくとも一種類の金属カルボニルをその選択
された金属と一酸化炭素とに分解せしめ、その際金属を
固体粒子の表面に付着させて固体粒子を被覆するための
装置であって、上側端部と下側端部とを有する反応／輸
送管と、この反応／輸送管の上側端部と連絡している降
下管と、この降下管と反応／輸送管とを連結する装置と
、被覆装置と連絡している固体粒子用ソースと、被覆装
置と連絡している金属カルボニルを含む輸送流体用ソー
スと、輸送流体から被覆された固体粒子を分離する装置
と、固体粒子を収集する装置と、固体粒子を加熱する装
置と、反応／輸送管に送られる固体粒子の流量を調節す
る装置と、被覆された固体粒子を回収する装置とを備え
ることを特徴とする。

（作　用） 直立導管により形成される反応／輸送管と、降下管とは
互いの頂部が通じ合い、その底部も流量調節装置を介し
て連絡している。したがって、これらの間には閉じた経
路が形成され、固体粒子はこの内部を加圧されて供給さ
れる輸送流体と共に循環する。固体粒子は降下管の上部
に備えられる収集装置から重力によって降下管内を下り
、この途中で加熱装置により所定の温度に加熱される。

この加熱された固体粒子が反応／輸送管に導入されると
き、その流量が流量調節装置により調節され、反応／輸
送管に押し込まれる金属カルボニルを含んでいる輸送流
体によって反応／輸送管の底部から頂部にかけて気流に
乗せられて運ばれる。

この過程で金属カルボニルが熱により分解し、金属が固
体粒子の表面に付着する。すなわち、固体粒子は、この
とき選ばれた金属によって被覆される。この被覆された
粒子は反応／輸送管を通過した後、収集装置に戻され、
再び加熱および流量調節を経ながら、金属被膜の厚さが
要求される厚さにまで閉じた経路を連続的に循環させら
れる。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。符号１０は
カルボニル気体を金属と金属を含まない気体とに分解さ
せ、同時に流される固体粒子にその金属による被膜を形
成させる実質的に閉じている経路を構成する被覆装置を
示している。なお、図中破線で示される矢印は、固体粒
子／カルボニル気体の重なった流れ、実線の矢印は、固
体粒子だけの流れをそれぞれ示している。

被覆装置１０は、導管を連ねてつくられる反応／輸送管
１２と、降下管１４と、双方の連結体としてＬ形に形成
される弁１６とを備える。この反応／輸送管１２の上部
は、ホッパー２０に連なる円筒状の胴１８と連絡してい
る。なお、説明の便宜上、反応／輸送管１２の下部は、
本体から区別して下部区間１２Ａとして示される。また
、降下管１４は、胴１８とホッパー２０とに対応する区
域を上部区間１４Ａ１この区域の下側を下部区間１４Ｂ
にそれぞれ区別して示される。

フランジ構造の標的体２２は、反応／輸送管１２の上部
に配置される。さらに、サイクロン分離器２４が降下管
１４の上部区間１４Ａに設けられる。ホッパー２０の下
端は、ヒーター２６を備える下部区間１４Ｂと連絡して
いる。降下管１４の下部区間１４°Ｂは、反応／輸送管
１２の下部区間１２Ａと連絡している弁１６と連結され
ている。

また、気体ソース３４は弁１６の入口側に連絡しており
、さらに被覆された固体粒子を集合させて外部に取り出
す容器３０が降下管１４の下端に弁１６を介して配置さ
れている。なお、図中符号３２は気体ソース、３６は外
部のユニット、３８は粒子ソースをそれぞれ示している
。

次に、上記構成によるところの作用を説明する。

被覆装置１０にはその始動に先立って粒子ソース３８か
らホッパー２０に適当な量の固体粒子が供給され、始動
の準備が整えられる。被覆装置１０と系外との連絡を断
った後、気体ソース３２と気体ソース３４とからイナー
トガス（一般に、窒素ガスと二酸化炭素ガス）が内部に
導かれ、固体粒子の循環が開始される。固体粒子が降下
管１４のヒーター２６部分を通って落ちるとき、加熱さ
れて温度が上昇する。温度が予め決められた値に達した
ところで、イナートガスの供給は停止され、これに代わ
って反応を促がす輸送気体の供給が開始される。被覆装
置１０の運転が行なわれる間、−酸化炭素を可能な範囲
で添加されたカルボニル気体（一般に、ニッケルおよび
／または鉄カルボニル）を含む輸送気体が気体ソース３
２から供給される。この混合気体（反応および輸送媒体
の双方の役割りを演じる）は、反応／輸送管１２の下側
区間１２Ａに適当な圧力で押し込まれる。

弁１６は実質的に１ウエイエルボ型弁として構成され、
降下管１４に流れた気体は図の矢印（実線）で示される
方向に向けられる。なお、本実施例では、Ｌ型弁として
示されるが、例えばＪ型弁により構成してもよい。また
、この弁１６はヒーター２６の部分を通って下に流れる
固体粒子の流量を調節する調節器としても機能する。気
体ソース３４から下側区間１４Ｂに導入される気体の量
と比率とを変えて反応／輸送管１２に送られる固体粒子
の量と比率が調節される。気体ソース３４から供給され
る気体にはイナートガスが選ばれ、これはパージ気体と
しても働くものである。

固体粒子の温度を選択する際の基準としてカルボニル気
体が分解し、このとき分解された金属が上方に向かって
流れている固体粒子の表面に付着する温度とするのがよ
く、さらに製品の炭素汚染を少な（するためにはその温
度をカルボニルの解離温度範囲の低い方の値にすること
が望ましい。

このような被覆装置１０に使用される反応／輸送管１２
は、輸送導管および反応容器の双方の機能を果たすもの
で、反応／輸送管と呼ぶものとする。輸送媒体により運
ばれる固体粒子の運動により生じた混合動作は、被膜形
成の効率を高めると同時に、完全な被膜を得ることを確
実にする。

固体粒子は胴１８内で反応／輸送管１２を出た直後に気
体から分離され、ホッパー２０の底に向かって落ちて行
く。固体粒子の大きさによりそのうちの一定量は標的体
２２に衝突し、ホッパー２０の方に向きを変えさせられ
る。気流に乗せられた粒径の小さい固体粒子は、サイク
ロン分＃１器２４に達し、そこで気体から分離され、そ
れ以外はホッパーの方向に向けられる。一方、固体粒子
を除かれた気体は後処理のために設置される他のユニッ
ト３６か、バッグハウスの方向に向けられる。

被覆された固体粒子は重力により降下管１４のヒーター
２６部および下側区間１４Ｂをそれぞれ通過して流れ、
続いて次の循環のために弁１６を通り、反応／輸送管１
２を通り抜ける。

ここで、ヒーター２６は金属カルボニルの分解を促進す
るために予め決められた温度範囲に固体粒子の温度を保
ち、結果的に固体粒子に被膜を形成させる自由金属を生
じさせる。その温度は用いられるカルボニル混合気体の
作用、投入される固体粒子の形やサイズ（それは、また
触媒表面として機能する）および気体ソース３４から被
覆装置１０の系内に供給される気体の有無で決められる
。

一方、それぞれ固体粒子は反応／輸送管１２を通過する
ときに金属の薄い被膜で覆われる。したがって、たとえ
ばニッケル微粒は１０−２０マイクロメートルの種子粒
子から４００マイクロメートルまで成長させることが可
能である。同様に、金属粒子は材料の異なった粒子から
も成長させることもできる。このような微粒の連続的な
生産は粒子ソース３８を用いて定期的に固体粒子を供給
すると共に、容器３０にこの分野でよく知られた抽出装
置を付加し、予め決められた大きさの固体粒子を連続し
て回収することにより達成される。

この被覆装置１０はバッチプロセス用設備として用いら
れる。このような操作に適する粒子状材料は仕分けされ
たグラファイト、タングステン、シリカ、ガラス、タン
グステンカーバイド、シリコンカーバイト、銅などの材
料である。

この反応／輸送管１２を使用した場合は、粒子の極く小
さい固体粒子であっても、大きな固体粒子（４０マイク
ロメートルないしそれ以上）を被覆する場合と同じ程度
に均一な被膜形成を可能にする掻乱された被覆媒体と固
体粒子との接触を生しさせることができる。このような
乱れを生じさせる動作は気流に乗った固体粒子が反応／
輸送管１２を通って上方に向かって流れるときに生じ、
気体／固体粒子の接触を確実なものとする。本発明の導
管方式は反応容器を小型化するのに役立つ。

一方、加熱および反応ゾーンにおける固体粒子の迅速な
分離も可能にする。

固体粒子に形成される被膜は広い範囲、具体的には最終
的にその製品に付着した金属の比率で１−９０％の範囲
にわたって調節することができる。

粒子密度および粒子サイズの変化に対しては被覆された
固体粒子を運ぶために与えられる気流の速度が増減し、
装置が柔軟に対応する。したがって金属付着速度は気流
の速度によって変わることになる。同様に、固体粒子の
サイズ、熱容量、密度および被覆された材料の他の特性
が変われば、気体と金属との比率および反応／輸送管１
２の直径は、これと適合させるために気流の速度と金属
付希率とが単独に調節されて変えられる。材料の焼結お
よび酸化は、カルボニルの分解のために必要とされる最
低の温度を保つように操作することにより減少させるこ
とができる。炭素の付着については装置の浄化を図る気
体ソース３４からのイナートパージガスの注入、あるい
は降下管１４から流れる一酸化炭素とカルボニルとを排
除するか何れかの方法により炭素を制限して行われる。

本発明を卓上規模で実現した装置を用いる操作では、種
類の異なった基体に対してニッケルを付着させるのに成
功している。

その操作で得られたデータは下記の通りである。

ここに、本発明の実施例は法律の規定に従い図示され、
かつ説明されるが、特許請求の範囲により保護された発
明の形式を変更すること、発明の一部の特徴を用いるこ
となく、ある特徴についてその利益を得るため利用する
ことなどは当業者が等しく了解するところである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は金属カルボニルを含む輸送
気体および予め加熱された固体粒子を反応／輸送管に導
いて輸送気体中に含まれる金属カルボニルを熱により分
解させ、固体粒子の表面にこの分解された金属を付着さ
せ、実質的に閉じている経路を連峰的に循環させて固体
粒子を所望の厚さの金属被膜で被覆するようにしている
がら、反応／輸送管内での被覆媒体の滞留時間を均一に
保つことができ、しかも被覆媒体と固体粒子との接触を
効率よく果たすことが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による被覆装置の系統図である。 １２・・・・・・・・・反応／輸送管 １４・・・・・・・・・降下管 １６・・・・・・・・・弁 １８・・・・・・・・・胴 ２０・・・・・・・・・ホッパー ２４・・・・・・・・・サイクロン分離器２６・・・・
・・・・・ヒーター ３２．３４・・・・・・・・・気体ソース３８・・・・
・・・・・粒子ソース 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一種類の金属カルボニルをその選択され
   た金属と一酸化炭素とに分解せしめ、前記金属を固体粒
   子の表面に付着させて前記固体粒子を被覆するための装
   置であって、上側端部と下側端部とを有する反応／輸送
   管と、この反応／輸送管の前記上側端部と連絡している
   降下管と、この降下管と前記反応／輸送管とを連結する
   装置と、前記被覆装置と連絡している固体粒子用ソース
   と、前記被覆装置と連絡している金属カルボニルを含む
   輸送流体用ソースと、輸送流体から被覆された固体粒子
   を分離する装置と、固体粒子を収集する装置と、固体粒
   子を加熱する装置と、前記反応／輸送管に送られる固体
   粒子の流量を調節する装置と、被覆された固体粒子を回
   収する装置とを備えることを特徴とする気流による固体
   粒子を被覆するための装置。 ２、前記降下管が固体粒子分離装置および前記加熱装置
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の被覆装置。 ３、前記反応／輸送管は直立導管により形成され、その
   下側端部が前記輸送流体用ソースと、また前記上側端部
   が前記分離装置とそれぞれ連絡していることを特徴とす
   る請求項１に記載の被覆装置。 ４、輸送流体と固体流体とを前記反応／輸送管を通して
   上方に向かわせる循環装置を備えることを特徴とする請
   求項１に記載の被覆装置。 ５、前記収集装置が前記分離装置の下側に配置されたホ
   ッパーを備えることを特徴とする請求項１に記載の被覆
   装置。 ６、前記降下管が前記ホッパーを備えることを特徴とす
   る請求項５に記載の被覆装置。 ７、前記固体粒子用ソースが前記降下管と連絡している
   ことを特徴とする請求項１に記載の被覆装置。 ８、前記流量調節装置が前記降下管と連絡している第２
   の輸送流体用ソースを備えることを特徴とする請求項１
   に記載の被覆装置。 ９、弁が前記降下管と前記反応／輸送管とに連結され、
   かつ前記第２の輸送流体用ソースと連絡していることを
   特徴とする請求項８に記載の被覆装置。 １０、前記弁がＬ型弁あるいはＪ型弁により形成される
   ことを特徴とする請求項９に記載の被覆装置。 １１、前記分離装置がサイクロン分離器を備えることを
   特徴とする請求項１に記載の被覆装置。 １２、前記分離装置が前記反応／輸送管の上方に配置さ
   れた標的体を備えることを特徴とする請求項１に記載の
   被覆装置。 １３、固体粒子の分離された後の気体を処理するための
   装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の被覆装
   置。 １４、輸送流体に対して付加される流体を導くための装
   置を備えることを特徴とする請求項１に記載の被覆装置
   。 １５、前記被覆装置内を流体によって浄化するための装
   置を備えることを特徴とする請求項１に記載の被覆装置
   。 １６、粒子径約４マイクロメートルかそれ以上の固体粒
   子を用いて操作されることを特徴とする請求項１に記載
   の被覆装置。 １７、前記反応／輸送管の上流側に前記加熱装置を配置
   したことを特徴とする請求項１に記載の被覆装置。 １８、前記収集装置が前記加熱装置と連絡していること
   を特徴とする請求項１に記載の被覆装置。