JPH0438801B2

JPH0438801B2 -

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Publication number: JPH0438801B2
Application number: JP59175347A
Authority: JP
Priority date: 1984-08-22
Filing date: 1984-08-22
Publication date: 1992-06-25
Also published as: JPS6152306A

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞本発明はプラズマ加熱による金属微粉末の製造
方法に関する。近年、金属微粉末は、その金属塊には全く見ら
れないような磁気特性、光学特性、電気特性、化
学反応性及び焼結性等により、大容量の磁気メモ
リー、センサ、太陽熱吸収塗料、超電導材料、高
効率触媒、新焼結体等、その新規利用分野が急展
開している。本発明は、かかる新規利用に応える高純度の金
属微粉末を生産性良く製造する方法に関するもの
である。＜従来の技術とその問題点＞従来、金属微粉末の製造方法として、化学的方
法と物理的方法が採用されている。前者の化学的
方法は、溶液中での化学反応により沈澱物として
金属微粉末を得たり、或いは金属よりも蒸気圧が
大きく且つ融点の低い金属化合物、例えば金属の
塩化物を、加熱蒸発させて水素で還元し、金属微
粉末を捕集する方法であるが、これらの従来法に
よると、得られる金属微粉末の粒径が大きく、ま
た該金属微粉末が水分や副生成物等で汚染される
ことを避けられないために純度の低いものとなる
問題点がある。また後者の物理的方法は、真空蒸
発法と通称され、金属を低圧の不活性ガス中で加
熱蒸発させて金属微粉末を捕集する方法で、現在
一般的に採用されているが、この従来法による
と、粒径が小さく且つ純度の高いものが得られる
反面、蒸発速度が遅いために生産性が低く、した
がつて高価なものとなる問題点がある。最近、プラズマ水素ガスの金属に対する反応性
を利用し、金属をプラズマ加熱する金属微粉末の
製造方法（通称、ガス中蒸発法）が提案されてい
る（例えば、雑誌「化学と工業」、第36巻第８号、
72〜74頁、1983年）。これは、水素ガス雰囲気下
に金属をプラズマ加熱し、この際、溶融金属の周
辺部から激しく発生する所謂金属煙を捕集する方
法であるが、この方法でも依然として、得られる
金属微粉末の生産性（例えば生成速度や収率）の
点で問題点があり、しかも加熱に伴つて生じる溶
融物の飛散で粒径の大きな粒が混入する等他の問
題点もある。＜発明が解決しようとする問題点＞本発明は、叙上の如き従来法の問題点を解決す
るもので、金属の塩化物を水素ガス存在下にプラ
ズマ加熱して還元した後、その生成物を特定条件
下で捕集し、精製することにより、高純度の金属
微粉末を生産性良く製造する方法を提供するもの
である。＜問題点を解決するための手段＞しかして本発明者らは、得られる金属微粉末の
粒度、純度及び生産性を平均的に充足する上で従
来法の中では比較的有効なプラズマ加熱による金
属微粉末を製造方法について鋭意研究した結果、
この従来法においても生産性や純度等がなお充分
でなく、それらの低い原因が、金属を加熱蒸発さ
せる場合にはもともとその蒸気圧が低い上に、溶
融物の飛散防止のためプラズマ加熱の電力を充分
に与えられず、また金属の塩化物を加熱蒸発させ
る場合には蒸発は充分に速くさせることができる
が、プラズマ加熱で発生させた所謂金属煙（金属
蒸気）を、気相で凝縮させて捕集するだけでは塩
素等の除去が充分になし得ないところにあり、こ
こにおいて原料と加熱源の特定及び捕集関連操作
を以下に詳述するような特定条件下で行なえば、
高純度の金属微粉末を生産性良く製造できること
を見出し、本発明を完成するに到つた。すなわち本発明は、金属の塩化物を作動ガス及
び還元性ガスとしての水素ガス存在下にプラズマ
加熱して還元した後、その生成物を高温状態のま
まで水中に導びいて水中に捕捉させ、次いで水か
ら分離した固形分を水素ガス存在下に加熱精製す
ることを特徴とする金属微粉末の製造方法に係
る。以下、図面に基づいて本発明の構成を更に詳細
に説明する。第１図は本発明の一実施手順を示す
系統工程図である。本発明において処理対象とな
る原料は、例えば鉄やニツケルの金属微粉末を製
造する場合にそれぞれ塩化第一鉄（FeCl₂）や塩
化ニツケル（NiCl₂）等、金属の塩化物である。
これらは結晶水を含むものでも（例えばNiCl₂・
6H₂O）、又は無水物でもよく、その形態は粉末
状でも、又はペレツト状に成形されたもの等でも
よいが、後述するプラズマ加熱の安定性等の点
で、結晶水も含めて脱水乾燥したものが好まし
い。これらの原料Ａを、加熱炉１に供給する。加
熱炉１にはプラズマトーチ２が装備されていて、
このプラズマトーチ２から水素ガス及び不活性ガ
ス（以下、アルゴンガスで例示する）を作動ガス
とするプラズマアーク（プラズマジエツト）が噴
射されている。加熱炉１に供給された原料Ａは、
作動ガス及び還元性ガスとしての水素ガス存在下
にプラズマ加熱され、還元されて、その生成物Ｂ
はプラズマアークの噴射流に乗るが如く排出口３
から搬出される。原料のプラズマ加熱に際して、
原料を加熱炉へ供給する手段、例えば原料を自重
落下させたり或いは原料を水素ガス及び／又はア
ルゴンガスの気流で搬入させたりする手段、また
プラズマアークの発生源や加熱炉の種類並びに形
状、更にはプラズマアークの作動ガスの内容等
は、原料の種類や形態その他の条件に応じて、適
宜選定することができる。排出口３から搬出された生成物Ｂは相当の高温
状態にあるが、こと生成物Ｂはバルブ４を通つて
捕集器５に至り、そのまま水捕集される。図面の
場合、捕集器５は、底部に排水バルブ６を、また
側部の上方に排ガスの排出口７を、更に側部下方
の傾斜面に捕集した懸濁物の抜き出し口８をそれ
ぞれ備えるタンク９内に水Ｃが充填され、この水
Ｃは適宜補充されるようになつていて、バルブ４
に連結された生成物Ｂの誘導管１０がその先端開
口を水Ｃ中に位置決めされているものである。し
たがつて、生成物Ｂは水Ｃ中に投入されて捕集さ
れるようになつているが、本発明における水捕集
はこれに限定されるものではなく、例えば充分な
水量のシヤワー方式であつてもよい。いずれにし
ても肝要な点は、生成物Ｂを高温状態のままで水
中に導入して捕捉することにある。生成物Ｂは水捕集によりその相当部が水Ｃ中に
懸濁化する。この懸濁液をポンプ１１で捕集器５
から抜き出し、例えばフイルタ過等で固液を分
離して、分離して得た固形分を以下、精製して所
望通りに製品である金属微粉末を得る。かくして得た固形分の精製は水素ガス存在下に
該固形分を加熱して行なう。この精製は、本発明
の目的に照らして、不純物が混入しないように、
且つ大気にさらさないように行うのが好ましい。
したがつて、精製の際に固形分が接触すこととな
る例えば受器は、原料Ａの同種金属製のものやセ
ラミツク製のもの等がよく、また完全な水素ガス
気流中で間接加熱するのがよいのである。第２図
は、かかる精製に使用する試験装置を例示する略
視図であり、この試験装置は後述する実施例等の
試験に使用したものである。電熱線１２が埋設さ
れている電気炉１３で外周面を囲繞された石英管
１４があり、この石英管１４の内部には前述の固
形分Ｄが充填されているセラミツク製ボート１５
が挿入載置されていて、その入口側と出口側はそ
れぞれシリコンキヤツプ１６，１７で密栓されて
いる。そして、入口側のシリコンキヤツプ１６に
は温度計１８と水素ガスの供給管１９が、また出
口側のシリコンキヤツプ１７には水素ガスの排出
管２０が、いずれも石英管１４の内部へ通じて取
付けられており、排出管２０の先端は水封されて
いる。連続的に供給される水素ガスの気流下、所
定温度で固形分Ｄを加熱し、この際の発生ガスを
水素ガスで搬出しつつ、固形分Ｄを還元精製する
ようになつている。＜作用＞次に本発明の作用を第１図及び第２図に基づい
て説明する。原料Ａを加熱炉１に供給して、作動
ガス及び還元性ガスとしての水素ガス存在下にプ
ラズマアークで高温加熱すると、該原料Ａはこれ
を構成する金属より蒸気圧が著しく高く、しかも
プラズマアークは10000℃にも達する超高温を有
するため、急速に蒸発気化し、直ちにプラズマア
ークの高温で活性化した水素ガス或いは水素イオ
ンと反応して急速に還元され、微粉末状の生成物
Ｂとなる。この生成物Ｂは、その生成反応が極め
て高温下の気相或いは電離状態下で行われ、原子
や分子等の粒子間の反応で得られるものであるた
め、その粒径が極めて小さい。一般に金属の塩化
物を気化して水素で還元する場合、その生成物中
には所謂金属煙（金属蒸気）の他に、未反応の原
料Ａ（金属の塩化物）、酸素及び遊離塩素等が含ま
れる。しかし、本発明の如くプラズマ加熱の場合
には、極めて高温の反応であるため、未反応物の
含有量は少く、しかも酸素や遊離塩素を付着の仕
方は特殊であつて、次の水捕集と水素精製処理の
組合わせによつて容易に除去できるのである。か
かる生成物Ｂは、プラズマトーチ２からのプラズ
マアーク（プラズマジエツト）の噴射流に乗るが
如く、作動ガスとして使用した水素ガス及びアル
ゴンガスとともに搬送され、排出口３及びバルブ
４を順次通つて捕集器５に至る。この捕集器５に
おいて、高温状態の生成物Ｂは水Ｃにより急冷捕
集され、その一方で水素ガスやアルゴンガスは排
出口７から排気されて、必要に応じ再使用に供さ
れる。高温状態の生成物Ｂが水Ｃにより急冷捕集され
ると、生成物Ｂ中の未反応の原料Ａ（金属の塩化
物、例えばNiCl₂）は水Ｃに溶けて水溶液とな
り、また同じく生成物Ｂ中の酸素や遊離塩素は水
Ｃによる急冷である種の水和物状の物質（以下、
水和物という）を形成し、この水和物は生成した
金属微粉末と弱い結合力で付着した状態であつ
て、水Ｃ中にはこのような金属微粉末が懸濁す
る。金属微粉末に前記水和物が弱く付着した形態
は正しく特徴的である。それはあたかも、金属微
粉末の周面に藻の如きモヤモヤしたものが付着し
ているような形態である。かかる特徴的形態は、
生成物Ｂを従来法のように気相で凝縮させて捕集
したのでは得られない。双方の差は、捕集した固
形分の電子顕微鏡による添付の参考写真を見る
と、一層明らかである（写真１は水で急冷捕集し
た場合、写真２は水を使用せずに気相で凝縮捕集
した場合、ともに50000倍）。次いで、捕集器５から懸濁液をポンプ１１で抜
き出し、固液分離する。分離された固形分は前述
した特徴的形態のものであり、この固形分Ｄを引
き続いて以下第２図に示すように水素気流中で間
接加熱する。加熱温度は、金属の種類や生成した
その微粉末の粒径によつて異なり、該金属の焼結
開始温度以下でなければならないが、通常300℃
程度でよい。この加熱によつて、固形分Ｄ中の金
属微粉末にあたかも析出して弱く付着している前
述の如き不純物による水和物は容易に水素と反応
して該微粉末から離脱気化し、水素ガス気流で系
外へ搬出され、その結果、高純度の金属微粉末が
収率良く得られるのである。かくして製造され
る、本発明による金属微粉末について、前述の場
合と同様の電子顕微鏡による参考写真（写真３、
50000倍）を添付する。＜発明の効果＞以上説明した通りであるから、本発明には、高
純度の金属微粉末を生産性良く製造することがで
き、急展開している金属微粉末の新規利用に対し
て質的及び量的に充分適応することができる効果
がある。＜実施例＞第１図及び第２図に準じて行つた。先ず、市販
の無水塩化ニツケル（純度99.4重量％）を、直径
16mm×厚さ10mmの円板状にペレツト化した。そし
て、このペレツトを水素及びアルゴンガス雰囲気
下に10Kg／時で加熱炉へ自重落下により連続供給
し、プラズマトーチを装備する該加熱炉において
そのペレツトに、水素及びアルゴンガスを作動ガ
スとするプラズマアーク（プラズマジエツト）を
噴射した（水素ガス使用量21Nm³／時、プラズマ
トーチ出力84KW）。次いで、加熱炉から排出さ
れた高温状態の生成物をそのまま水で急冷捕集
し、懸濁液を得た。この懸濁液をフイルタ過で
固液分離し、分離した固形分をセラミツク製ボー
トに充填して、充分な水素ガス気流下に、300℃
で２時間／固形分100ｇの割合により間接加熱し、
金属微粉末を製造した。製造した金属微粉末は平
均粒径が700Å程度の超微粉であり、前記固形分
の内容とともに該金属微粉末の内容を第１表に示
した。表中の結果は各20回の繰り返し試験の総合
であるが、実施例は以上の方法で金属微粉末を製
造した場合、比較例は、他の条件は実施例と同じ
にして、実施例のような水による急冷捕集及び固
液分離等その後の処理をすることなく前記生成物
を気相で凝縮捕集した場合である。

【表】第１表の結果からも本発明の効果が明らかに判
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施手順を示す系統工程
図、第２図は本発明において精製に使用する試験
装置を例示する略視図である。１……加熱炉、２……プラズマトーチ、３，７
……排出口、４……バルブ、５……捕集器、６…
…排水バルブ、８……抜き出し口、９……タン
ク、１０……誘導管、１１……ポンプ、１２……
電熱線、１３……電気炉、１４……石英管、１５
……セラミツク製ボート、１６，１７……シリコ
ンキヤツプ、１８……温度計、１９……供給管、
２０……排出管、Ａ……原料、Ｂ……生成物、Ｃ
……水、Ｄ……固形分。

Claims

【特許請求の範囲】

１金属の塩化物を作動ガス及び還元性ガスとし
ての水素ガス存在下にプラズマ加熱して還元した
後、その生成物を高温状態のままで水捕集し、次
いで水から分離した固形分を水素ガス存在下に加
熱精製することを特徴とする金属微粉末の製造方
法。