JPH0280399A - 炭化珪素ウィスカーに含有する遊離炭素の流動燃焼除去方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は繊維状の炭化珪素ウィスカーに含有する遊離炭
素を流動層内で流動燃焼除去する方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 炭化珪素ウィスカーは工業的には主として珪素・の酸化
物に炭素を反応させて製造される。前記の方法によって
製造される炭化珪素Ｉクイヌカ−中には不可避的に化学
量論量以上の遊離炭素が混入しているために、この余剰
な遊離炭素を除去する炭化珪素ウィスカーの精製工程が
重要となっている。

前記炭化珪素ウィスカー中に含有する遊離炭素を除去す
るには工業的には該遊離炭素を燃焼用ガスで燃焼するの
が最も効率的であり、それには■試料を皿型の容器に充
填して固定層の状態で燃焼する方法、■ロータリーキル
ンのような回転炉で移動層の状態で燃焼する方法、■試
料を燃焼用ガスによって流動化させながら燃焼する方法
が考えられる。このうち■、■の方法はいずれも遊離炭
素と燃焼用ガスとの接触効率が低いため、遊離炭素を完
全に燃焼させるには長時間を要すること、更に炭化珪素
ウィスカーも可成り酸化を受けるという欠点があった。

特に■の方法においては、炭化珪素ウィスカーの炉壁へ
の付着が顕著であり長時間の運転が困難であった。一方
、■の方法については特開昭５５−１００２ｆ４号にそ
の方法が開示されている。しかし、これはガス流速を大
きくとり、原料粉体を流動媒体粒子層中を通過させなが
ら燃焼させて、精製粉体を燃焼炉外に飛び出させて回収
する方法で、粒状物質の処理には有効であるが、繊維状
の炭化珪素ウィスカーの場合には、気流による流！ｌ！
への安定な原料装入が困難であり、また、流動媒体粒子
層とその上部から飛び出す微細粒子からなる希薄層との
間に粒子の偏析が生じ、特に、その流動層には凝集した
粗粒子が蓄積するため炭化珪素ウィスカーの酸化が大き
くなったり、また流動化状態で流動媒体粒子と精製した
炭化珪素ウィスカーを効率よく分離、回収することがで
きない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来遊離炭素を効率よく燃焼除去することが
困難であった繊維状炭化珪素ウィスカーに含有する遊離
炭素を短時間で流動燃焼し、しかも燃焼に伴う炭化珪素
ウィスカーの酸化を極力少なく抑えるとともに流動媒体
粒子との分離、回収を効率よく行う方法を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、遊離炭素を含有する炭化珪素ウィスカ
ーを流動層燃焼炉の流動層に装入し、燃焼温度を７５０
〜９００℃に保持することにより前記遊離炭素を燃焼せ
しめるとともに炭化珪素ウィスカーを凝集して粒状化せ
しめ、該粒状体を流動燃焼ガスの流速を低下して流動層
上面に移動せしめ、炉外に排出・回収することを特徴と
する炭化珪素ウィスカーに含有する遊離炭素の流動燃焼
除去方法が提供される。

即ち、特定の流動燃焼条件を設定することにより、繊維
状炭化珪素ウィスカーの遊離炭素を燃焼除去するととも
に、繊維状炭化珪素ウィスカーを流動層で凝集して粒状
化し、流動層から効率よく分離、回収するものである。

通常、遊離炭素を含有する炭化珪素ウィスカーの大きさ
は、径が０．１〜３μｍ（平均径１．０７１ｍ以下）で
、長さが１０〜３００μｍ（平均長さ５０　／４　ｍ以
上）である。但し、該ウィスカーは付着性が強く二次凝
集を形成しているために、直接これらのウィスカーを燃
焼用ガスによって流動化し遊離炭素を燃焼除去すること
は困難である。従−）て流動性の良好な流動媒体粒子層
にこれらのウィスカーを装入することにより、炭化珪素
ウィスカーは流動媒体粒子とともに良好に流動化し、し
かも両者の混合が充分なために層内温度を均一に保持し
ながら容易に遊離炭素の燃焼除去処理ができる。

本発明によれば、燃焼温度は、７５０℃以上。

９００℃以下とすることが必要である。７５０℃以下で
は精製炭化珪素中に未燃炭素量が多く、また９００℃以
上では二酸化珪素の生成率が約４％以上となり、ともに
製品炭化珪素として好ましくない。

本発明によれば、流動媒体粒子としては燃焼温度域にお
いて性状が安定であり、しかも炭化珪素ウィスカー及び
燃焼用ガスと反応しない不活性な無機質系の粒子、例え
ばアルミナ粒子やシリカ粒子が好ましい。また流動層を
形成する流動媒体粒子の平均粒子径は５０〜２００　／
１ｍの範囲にあること、及び粒子形状は球形であること
が均一な流動ないし混合状態を得るため、さらに適度な
大きさの炭化珪素ウィスカー粒状体を形成するのに好ま
しい。流動媒体粒子の平均粒形が５０７１ｍ以下の場合
には、精製炭化珪素ウィスカーは凝集して充分な粒状体
を形成しないので、流動媒体粒子との流動分離が困難に
なり、また平均粒径が２００μｍ以上の場合には遊離炭
素を含有する炭化珪素ウィスカーは流動媒体粒子層上部
に多く偏在するために層上部は局所的に高温となり炭化
珪素ウィスカーも大きく酸化を受けることになる。

また、本発明によれば流動媒体粒子層の静止層高さは燃
焼炉の塔径の２〜４倍の範囲とすることが好ましい。層
高が塔径の２倍より低い場合は炭化珪素ウィスカーを流
動媒体粒子層に巻き込むことが困難で、均ゴな混合状態
を形成することができない。一方、層高を４倍以上にす
る場合は、流動媒体粒子層が炉内を上下に大きく変動し
ながら流動するために炭化珪素ウィスカーは層上部に偏
在したままの状態になり、流動媒体粒子層の混合効果を
殆と受けない状態になる。

ざらに、本発明によれば遊離炭素を含有する炭化珪素ウ
ィスカーの装入量は該装入量と流動媒体粒子層との重量
相の２０％以下にすることが好ましい。遊離炭素を含有
する炭化珪素の装入量が２０％以上では流動媒体粒子と
の混合性が悪く、層上部に該炭化珪素ウィスカーが多く
偏在するために燃焼温度が極度に高くなり、炭化珪素ウ
ィスカーが酸化され易くなるので好ましくない。

本発明では、遊離炭素が燃焼除去されるにつれて炭化珪
素ウィスカーは凝集し粒状化され、粒子径も流動媒体粒
子より大きく、見掛は比重は小さくなる。従って、燃焼
精製後には、流動燃焼用ガスの流速を低下することによ
り、炭化珪素ウィスカーを流動媒体粒子層の表面に分離
し、効率よく回収することができる。

本発明方法を適用した流動層燃焼装置の概略を第１図に
示す。燃焼炉（２１）は電気加熱炉（７）の中央部に設
置され、送風機（１）からの燃焼用ガス（通常は空気）
は水分除去器（２）で水分を除去し、流量計（３）を経
て炉底部に導かれ分散板（４）の小孔から噴出し流動媒
体を流動化し、流動層（５）を形成する。

原料炭化珪素は粉体定量供給機（２２）から、炉側壁を
貫き分散板（４）の直上に開口した原料装入口（２３）
により流動層に装入される。燃焼反応後の精製炭化珪素
は、燃焼用ガス流速を低下して流動層上部に分離し、流
動層上面に集められ、炉の側壁流動層上部に開口した製
品取出口（２４）から取り出される。一方、燃焼排ガス
は集塵機（８）を経て系外に排出される。製品排出後、
原料装入口から一定量の原料を装入し、再び流動層燃焼
を行う。これを繰り返すことにより、流動媒体粒子を炉
内に残留させたまま、半連続的に遊離炭素の燃焼除去を
行なうことができろ。もちろん、回分操作も可能である
。電気加熱炉（７）及び流動層（５）内の温度は熱電対
（６）を介しデジダル温度計（９）により検知され、温
度記録計（１０）に記録されるとともに、温度プロゲラ
１１調節計（！１）に伝えられ、電気加熱炉の加熱温度
を調節し、炉温を所定温度に保持する。

第１図に示した装置を使用し、遊離炭素を含有する炭化
珪素の流動燃焼条件を検討した。空気流量を０．７５　
　Ｉ／ｗｉｎ　（室温での値、Ｗ！層内温度おける空筒
空気流速は１３〜１７．５　ｃｍ／ｓｅｅ　）　。

原料装入ｍ／（原Ｎ装入量＋流動媒体量）を８．０％、
また流動媒体粒子（粒径が７５〜１２５μｍの球状アル
ミナを使用）の静止層高さを８〜６．５ｃｍ　（塔径の
２６５〜３．２５倍）と一定にして、燃焼温度を６１７
℃〜９０８℃の範囲で変化させて遊離炭素を燃焼させた
場合の炭化珪素ウィスカー中に未燃の状態て残存する炭
素含有率を第２図に、および炭化珪素ウィスカーの酸化
による二酸化珪素の生成率を第３図に示した。回収した
炭化珪素ウィスカー中の遊離炭素含有率は層内最高温度
が高くなるにつれて低下し、７５０℃以上で１％程度の
低い値になる。また炭化珪素ウィスカーの酸化による二
酸化珪素の生成率は層内温度の上昇とともに２％程度か
ら増大するが、温度が９００℃でも二酸化珪素の生成率
は約４％である。即ち、燃焼を温度７５０〜９００℃の
範囲で行なえば、炭化珪素ウィスカーの酸化を低く抑え
、遊離炭素を効率よく燃焼できる。

本発明方法は、従来のロータリーキルン法が未燃焼残留
炭素が３〜５％、また二酸化珪素生成率がロータリーキ
ルン法、固定層法で４〜５％程度であるので、これらに
比べ残留炭素率、二酸化珪素生成率を５０％以上低くす
ることができる。また、本発明方法で得られた精製炭化
珪素ウィスカー凝集体の粒径は、５０％中位径で約０．
７ｍｍであり、流動媒体粒子との分離も良好で、回収炭
化珪素ウィスカーの中には球形アルミナ粒子の混入は認
められなかった。

［実施例コ 次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。

使用した未精製炭化珪素ウィスカーは遊離炭素を重量分
率で、３８．３％含有し、平均径０．５７１ｍ、平均長
さ約１００μｍで、空気により流動層を形成する球状ア
ルミナ粒子層に燃焼炉の上部から装入し、炉内温度が均
一な状態において、燃焼除去試験を行なった。

使用した装置は、第１図に示したものと同様の構造で、
燃焼炉として、内径が１０ｃｍのステンレス円筒管を使
用した。

実施例 流動媒体として粒径が７４〜１２５７１ｍφの球状アル
ミナ粒子を使用し、その静止層高さを塔径の２．５倍と
した。初め、流動媒体の層内温度を６９０℃にし、また
、この空気の空筒基準ガス速度を１４．２ｃｍ／ｓｅｃ
にして原料を全体として８．０重量％の割合になるよう
にして流動層内に装入し、２０分間燃焼させた。その結
果、層内温度は最高７′？５℃まで達した。

流動燃焼後、ガス流速を低下させたところ、凝集して粒
状化していた炭化珪素ウィスカーが層上部に浮上した。

これを製品取出口より回収し、組成分析を行なったが、
遊離炭素含有率は０．４％であり、また酸化により生成
した二酸化珪素の含有率は３．２％であった。なお、流
動媒体成分は認められなかった。

比較例 流動媒体粒子として粒径２５０〜５００φ７１　ｍの球
状アルミナ粒子を使用し、その静止層高を５０ｃｍ（塔
径の５倍）とした。また、流動媒体の初ＩＪＩ層内温度
を８００℃にして、この温度におけろ空気の空筒基準ガ
ス速度を１５　、１　ｃｍ／　ｓｅｃにし、原料を全体
として８．０重量％の割合になるようにして流動層内に
装入し、２０分間燃焼させた。

しかし装入された原料は、流動媒体粒子との混合が悪く
、その多くは層上部に偏在した状態のままで燃焼された
ために原料部の温度は最高９５０℃に達した。

回収した炭化珪素ウィスカーの遊離炭素含有量は０．３
％と少なかったが、炭化珪素の酸化による二酸化珪素の
生成量は約７％と多かった。また、炭化珪素ウィスカー
の凝集・粒状体は流動層内ではほとんど形成されず、回
収した炭化珪素ウィスカーの中に流動媒体の混入が認め
られた。

［発明の効果コ 以上から明かなように本発明の炭化珪素ウィスカーに含
有する遊離炭素の流動燃焼除去法によれば、流動性の良
好な流動媒体粒子層によって、今まで流動化が円錐であ
った遊離炭素をａ有する炭化珪素ウィスカーを好適に？
Ａ動化することができるために、均一な燃焼温度条件下
で、炭化珪素ウィスカーの酸化を低く抑えて極めて安定
で効率よく遊離炭素を燃焼除去でき、しかも生成した炭
化珪素ウィスカーを流動媒体粒子層から容易に分離でき
、効率よく回収できるものであって、工業的に極めて有
用な方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に使用した装置の概要を示す図面
で、第２図は流動燃焼したときの燃焼温度と含有炭素率
との関係を示す図面で、第３図は同じく燃焼温度と二酸
化珪素生成率との関係を示す図面である。 （１）・・・送風機、（２）・・・水分除去器、（３）
・・・流量計。 （４）・・・分散板、（５）・・・流動層、　　（６）
・・・熱電対、（７）・・・電気加熱炉、（８）・・・
集塵機、（９）・・・デジタル温度計。 （ｌＯ）・・・温度記録計、　　（Ｉ＋）・・・温度プ
ロゲラＪ１調節計。 （２１）・・・燃焼炉、　　（２２）・・・粉体定量供
給機、　　（２３）・・・原料装入口、　　（２４）・
・・製品取出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遊離炭素を含有する炭化珪素ウィスカーを流動層燃
   焼炉の流動層に装入し、燃焼温度を７５０〜９００℃に
   保持することにより前記遊離炭素を燃焼せしめるととも
   に炭化珪素ウィスカーを凝集して粒状化せしめ、該粒状
   体を流動燃焼ガスの流速を低下して流動層上面に移動せ
   しめ、炉外に排出・回収することを特徴とする炭化珪素
   ウィスカーに含有する遊離炭素の流動燃焼除去方法。 ２、流動層燃焼炉の流動媒体が平均粒径５０〜２００μ
   ｍの耐熱性球状アルミナ粒子および球状シリカ粒子から
   選ばれた少なくとも１種から成り、燃焼温度における流
   動層内の燃焼反応ガスの空筒基準ガス速度が８〜３０ｃ
   ｍ／ｓｅｃで、遊離炭素を含有する炭化珪素ウィスカー
   の装入量が、該装入量と流動媒体の重量和の２０％以下
   であり、かつ流動媒体静止層高さは燃焼炉塔径の２〜４
   倍である請求項１記載の炭化珪素ウィスカーに含有する
   遊離炭素の流動燃焼除去方法。