JPH05213606A - Production of lower metal oxide - Google Patents

Production of lower metal oxide

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JPH05213606A
JPH05213606A JP9393592A JP9393592A JPH05213606A JP H05213606 A JPH05213606 A JP H05213606A JP 9393592 A JP9393592 A JP 9393592A JP 9393592 A JP9393592 A JP 9393592A JP H05213606 A JPH05213606 A JP H05213606A
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Abstract

PURPOSE:To make a reaction homogeneous and to easily obtain the high-purity powder of a lower metal oxide by spraying a raw powder consisting of a metal oxide and/or a metal into an incomplete-combustion flame formed with the gaseous hydrocarbons and oxygen and quenching the obtained gas. CONSTITUTION:A gaseous hydrocarbon 44 (acetylene) and gaseous oxygen 46 in less than the complete combustion ratio are mixed in a burner 4. The gaseous mixture is ignited to form an incompletecombustion flame in a reaction vessel 62, the powder 34 consisting of a metal oxide and/or a metal is sprayed into the flame along with a carrier gas 32 to generate the metal vapor in the flame. The metal vapor is allowed to react with the gas generated by the incomplete combustion in a gas phase, and the formed gaseous lower metal oxide is quenched to obtain the powder. The powder is sent to a cyclone 8 and separated from the gas.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【001】[001]

【産業上の利用分野】本発明は、低級金属酸化物の粉末
を工業的に製造する金属酸化物の製造方法に係り、特
に、炭化水素と酸素の混合ガスを燃焼して得られる不完
全燃焼炎を利用する金属酸化物の製造方法に関する。こ
こで、本発明における低級金属酸化物とは、例えば、4
族の金属である珪素の場合には、酸素との組成比が1:
2である高級金属酸化物の二酸化珪素(SiO2)に対
し、組成比が1:2よりも小さいSiO、Si2O3等
を指すものであり、また、別な例を挙げると、6族の金
属であるタングステンの場合には、酸素との組成比が
1:3である高級金属酸化物の三酸化タングステンに対
し、酸素との組成比が1:3よりも小さいWO2,W3
O等を指すものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for industrially producing a powder of a lower metal oxide, and more particularly to an incomplete combustion obtained by burning a mixed gas of hydrocarbon and oxygen. The present invention relates to a method for producing a metal oxide using a flame. Here, the lower metal oxide in the present invention means, for example, 4
In the case of silicon, which is a group metal, the composition ratio with oxygen is 1:
It refers to SiO, Si2O3, etc. having a composition ratio smaller than 1: 2 with respect to silicon dioxide (SiO2) which is a higher metal oxide of 2, and another example is a Group 6 metal. In the case of tungsten, WO2, W3 having a composition ratio with oxygen smaller than 1: 3 relative to tungsten trioxide which is a higher metal oxide having a composition ratio with oxygen of 1: 3.
It refers to O and the like.

【002】[002]

【従来の技術】低級金属酸化物として代表的な珪素の低
級酸化物は、食品包装用のガスバリヤーフィルム、電子
部品の絶縁保護膜、光学部品の保護膜や反射防止膜等に
優れた特性を示すことから、これらの膜の蒸着用原料と
して工業的に重要な材料である。
2. Description of the Related Art The lower oxide of silicon, which is a typical lower metal oxide, has excellent characteristics as a gas barrier film for food packaging, an insulating protective film for electronic parts, a protective film for optical parts and an antireflection film. Therefore, it is an industrially important material as a raw material for vapor deposition of these films.

【003】このような低級金属酸化物を合成する方法と
しては、金属と金属酸化物の混合物を真空中で高温加熱
して発生した蒸気を冷却、凝縮して低級金属酸化物を得
る方法が知られている。しかしながら、この方法は、バ
ッチ単位の製造方法であるため、連続的な生産には不向
きであり、また、量産するとしても、大型の真空高温炉
が必要であり、設備費が高くなるという欠点を有してい
る。そのため、連続的な生産であって、しかも大型の真
空高温炉等の設備を必要とすることなく製造できる新規
な製造方法の開発が望まれている。
A known method for synthesizing such a lower metal oxide is to obtain a lower metal oxide by heating a mixture of a metal and a metal oxide at high temperature in a vacuum to cool and condense generated vapor. Has been. However, this method is not suitable for continuous production because it is a batch-wise manufacturing method, and even if it is mass-produced, a large vacuum high-temperature furnace is required, which results in high equipment cost. Have Therefore, there is a demand for the development of a new manufacturing method which can be manufactured continuously without requiring equipment such as a large vacuum high temperature furnace.

【004】低級金属酸化物を製造する他の方法として
は、化学炎を利用することが考えられるが、化学炎の雰
囲気が酸化性雰囲気であるため、高級な金属酸化物の合
成には適しているが、低級金属酸化物に適用することは
困難である。
As another method for producing a lower metal oxide, it is possible to use a chemical flame, but since the atmosphere of the chemical flame is an oxidizing atmosphere, it is suitable for the synthesis of a high-grade metal oxide. However, it is difficult to apply it to lower metal oxides.

【005】化学炎を用いて粉末を合成する方法として
は、例えば、「化学工学」46、524(1982)に
示されているように、H−O炎やC−O
に揮発性金属ハロゲン化物を供給し酸化物超微粒子を合
成する例などがある。このような化学炎を用いる方法
は、設備のためのイニシャルコストが小さく量産が容易
であるなど工業的に有利な点が多いが、化学炎は単に高
温の酸化性雰囲気としてしか扱われておらず、炭化水素
に対して酸素を理論混合比以上に混合した完全燃焼状態
の炎が用いられているので、この方法では高級な金属酸
化物しか合成できない。
[005] As a method for synthesizing a powder using a chemical flame, for example, "Chemical Engineering" 46,524 as shown in (1982), H 2 -O 2 flame and C X H Y -O 2 There is an example of supplying volatile metal halide to a flame to synthesize ultrafine oxide particles. The method using such a chemical flame has many industrial advantages such as a small initial cost for equipment and easy mass production, but the chemical flame is treated only as a high-temperature oxidizing atmosphere. Since a flame in a completely combusted state in which oxygen is mixed with hydrocarbon at a ratio higher than the theoretical mixing ratio is used, only high-grade metal oxide can be synthesized by this method.

【006】また、特開昭60−255602公報にはバ
ーナー中に金属粉末を投入し酸化物超微粒子を製造する
方法が提案されているが、この場合、バーナーは反応を
促進させるための補助熱源でしかなく、超微粒子は金属
粉末の酸素雰囲気下における自己燃焼反応によって合成
されるのでやはり高級な金属酸化物しか合成することが
できない。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-255602 proposes a method for producing ultrafine oxide particles by charging a metal powder into a burner. In this case, the burner is an auxiliary heat source for promoting the reaction. However, since ultrafine particles are synthesized by a self-combustion reaction of metal powder in an oxygen atmosphere, only high-grade metal oxides can be synthesized.

【007】[0097]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来の化学炎法では合成が困難とされていた低級金
属酸化物について化学炎法を応用した新規な合成方法を
用い、これにより、低級金属酸化物を工業的に連続的で
しかも簡便かつ安価に製造できる低級金属酸化物の製造
方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to use a novel synthetic method applying a chemical flame method to a lower metal oxide, which has been difficult to synthesize by a conventional chemical flame method. Another object of the present invention is to provide a method for producing a lower metal oxide, which is industrially continuous, convenient, and inexpensive to produce.

【008】[0085]

【課題を解決するための手段】上述の目的は、炭化水素
ガスと酸素ガスを完全燃焼比より少ない割合で混合して
点火することにより不完全燃焼炎を形成させ、次いで該
不完全燃焼炎中に、該不完全燃焼炎の作用で容易に金属
蒸気を発生させる金属酸化物若しくは金属のいずれか又
は両者の粉末からなる原料粉末を不活性キャリヤガスと
共に噴霧し、該不完全燃焼炎で発生するガスと上記金属
蒸気とを気相反応させて低級金属酸化物のガスを発生さ
せ、このガスを急冷して低級金属酸化物の粉末を得るこ
とを特徴とする金属酸化物の製造方法により、解決され
る。
The above-mentioned object is to form an incomplete combustion flame by mixing hydrocarbon gas and oxygen gas in a ratio smaller than the complete combustion ratio and igniting the mixture, and then incomplete combustion flame Is sprayed together with an inert carrier gas, a raw material powder consisting of either a metal oxide powder or a metal powder, or both powders, which easily generate metal vapor by the action of the incomplete combustion flame. A gas and the above metal vapor are subjected to a gas phase reaction to generate a gas of a lower metal oxide, and the gas is rapidly cooled to obtain a powder of the lower metal oxide. To be done.

【009】好適には、不完全燃焼炎は、周囲に酸素を含
む気体の不存在下で形成され、低級金属酸化物は不完全
燃焼炎から排出された燃焼排ガスと共に輸送されて回収
される
Preferably, the incomplete combustion flame is formed in the absence of a gas containing oxygen in the surroundings, and the lower metal oxide is transported and recovered together with the combustion exhaust gas discharged from the incomplete combustion flame.

【010】また、本発明の製造方法は、炭化水素ガスと
混合される酸素ガスの混合比率を変えることにより低級
金属酸化物の酸素量を制御することを特徴としている。
Further, the production method of the present invention is characterized in that the oxygen content of the lower metal oxide is controlled by changing the mixing ratio of the oxygen gas mixed with the hydrocarbon gas.

【011】例えば、本発明の製造方法では、炭化水素ガ
スがアセチレンガスであって、上記酸素ガスはアセチレ
ン1モルに対し0.95モルより多く1.5モルより少
ない割合の流量で混合され、また、上記原料粉末が二酸
化珪素である。
For example, in the production method of the present invention, the hydrocarbon gas is acetylene gas, and the oxygen gas is mixed at a flow rate of more than 0.95 mol and less than 1.5 mol with respect to 1 mol of acetylene. The raw material powder is silicon dioxide.

【012】[0112]

【作用】本発明における不完全燃焼炎中の気相反応は、
不完全燃焼炎の作用により発生した原料粉末の蒸気と、
炭化水素ガスの不完全燃焼で発生した一酸化炭素又は炭
化ラジカルとが高温下で反応して低級金属酸化物蒸気が
できる反応であり、この低級金属酸化物蒸気が炎の外に
出るとき急冷・凝縮されて低級金属酸化物粉末ができ
る。
The gas phase reaction in the incomplete combustion flame in the present invention is
Steam of raw material powder generated by the action of incomplete combustion flame,
Carbon monoxide or carbon radicals generated by incomplete combustion of hydrocarbon gas react at high temperature to form lower metal oxide vapor, and when this lower metal oxide vapor goes out of the flame, it is cooled rapidly. It is condensed to form a lower metal oxide powder.

【013】また、急冷工程を経るため、低級金属酸化物
で非化学量論組成(例えば、TiO0.7やTiO1.
25などのように結晶格子の一部が空孔となっているも
の)をとるものや常温で不安定なもの(例えば、Si
O)を合成することができる。
Further, since the quenching process is performed, a non-stoichiometric composition of lower metal oxide (for example, TiO0.7 or TiO1.
25, etc., which have some of the crystal lattices as vacancies, or those which are unstable at room temperature (eg Si
O) can be synthesized.

【014】本発明の製造方法で得られる酸化物粉末とし
ては、珪素、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、タン
グステン、ユーロピウム等の金属の低級酸化物を挙げる
ことができる。これらの製造用原料としては、それぞれ
の金属の酸化物粉末もしくは金属の粉末を使用すること
ができる。例えば、一酸化珪素(SiO)を合成する場
合には、二酸化珪素粉末(SiO2)又は金属シリコン
粉末(Si)を用いることができる。
Examples of the oxide powder obtained by the production method of the present invention include lower oxides of metals such as silicon, germanium, titanium, molybdenum, tungsten and europium. As these raw materials for production, oxide powders or metal powders of the respective metals can be used. For example, when synthesizing silicon monoxide (SiO), silicon dioxide powder (SiO2) or metallic silicon powder (Si) can be used.

【015】これらの原料粉末は不完全燃焼炎の熱で容易
にその温度が上がるように、煙霧化して炎の中へ吹き込
まれる。煙霧化は、原料粉末をキャリアガス中に均一に
分散させる操作であり、これは内部に攪拌羽とテーブル
フィーダおよび分散ノズルを有する粉体供給器によって
行われる。攪拌羽によって細かくほぐされた原料粉末
は、テーブルフィーダによって少量ずつ定量的に分散ノ
ズルへ送られ、分散ノズルから高圧高速で吹き出してい
るキャリアガスによって煙霧状態にされる。煙霧化され
た原料粉末は輸送管を介してバーナまで圧送されバーナ
の中央部から不完全燃焼炎の中へ噴出される。この時、
原料粉末の粒径が小さすぎると粉末が互いに凝集し大き
なかたまりとなりやすく、不完全燃焼炎の中で十分に温
度が上がらなかったり輪送管内で詰まったりするなど運
転上不都合なことが生じる。また逆に、粒径が大きすぎ
ると熱容量が大きく炎の中で十分に温度が上がらない。
この理由から原料粉末の粒径が制約されるため、3〜1
0μmの範囲に調整するのが好ましい。
These raw material powders are atomized and blown into the flame so that the temperature thereof is easily raised by the heat of the incomplete combustion flame. Atomization is an operation in which the raw material powder is uniformly dispersed in a carrier gas, and this is performed by a powder feeder having a stirring blade, a table feeder, and a dispersion nozzle inside. The raw material powder finely disentangled by the stirring blade is quantitatively sent little by little to the dispersion nozzle by the table feeder, and is made into a mist state by the carrier gas blown from the dispersion nozzle at high pressure and high speed. The atomized raw material powder is pressure-fed to the burner via a transport pipe and ejected from the central portion of the burner into an incomplete combustion flame. At this time,
If the particle size of the raw material powder is too small, the powders tend to agglomerate with each other to form a large lump, which may cause inconvenience in operation such that the temperature does not rise sufficiently in an incomplete combustion flame or the feed pipe is clogged. On the contrary, if the particle size is too large, the heat capacity is large and the temperature does not rise sufficiently in the flame.
For this reason, the particle size of the raw material powder is restricted, so that it is 3 to 1
It is preferable to adjust to the range of 0 μm.

【016】一方、キャリアガスの種類としては、不完全
燃焼炎中の酸素濃度に影響を与えないこと、高温で金属
と反応しないこと、熱容量が小さく炎の温度を低下させ
ないことなどからアルゴンのような不活性ガスを使うの
が好ましい。キャリアガスの流量は、多いほど粉の煙霧
化や輪送管内の輸送が容易であるが、多すぎると不完全
燃焼炎の状態に影響を与えるので好ましくない。流量と
しては、バーナに供給される炭化水素の流量ガス以下に
調整するのが好ましく、さらに好ましくは1/2以下に
調整する。また、できるだけ少流量のガスで煙霧化や輪
送が行えるよう、分散ノズルのオリフィス面積は総和で
0.1mm以下にすることが好ましい。
On the other hand, as the type of carrier gas, since it does not affect the oxygen concentration in the incomplete combustion flame, does not react with metal at high temperatures, has a small heat capacity and does not lower the temperature of the flame, etc. It is preferable to use an inert gas. As the flow rate of the carrier gas increases, it is easier to atomize the powder and facilitate transportation in the rotary pipe, but if the flow rate is too high, the state of the incomplete combustion flame is affected, which is not preferable. The flow rate is preferably adjusted to be equal to or less than the flow rate gas of hydrocarbons supplied to the burner, and more preferably adjusted to 1/2 or less. Further, it is preferable that the total orifice area of the dispersion nozzles is 0.1 mm 2 or less so that the atomization and the transportation can be performed with the gas having the smallest flow rate.

【017】本発明において使用される炭化水素ガスとし
ては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、
プロピレン、アセチレン等が使用可能である。これらの
中でも火炎温度の高いアセチレンが最も好ましい。これ
は次のような理由による。通常、炎の外周部は内部に比
べて温度が低くなるため、不完全燃焼させた時にはこの
外周部で「すす」が発生しやすい状態になり、発生した
「すす」が生成粉末中に混入し不純物となってしまう恐
れがある。従って、アセチレンのような燃焼温度が高い
ガスを使用すれば「すす」の発生が抑えられ有利であ
る。
The hydrocarbon gas used in the present invention includes methane, ethane, propane, butane, ethylene,
Propylene, acetylene, etc. can be used. Among these, acetylene having a high flame temperature is most preferable. This is for the following reasons. Normally, the temperature of the outer peripheral part of the flame is lower than that of the inner part, so when incomplete combustion, soot is easily generated in this outer part, and the generated soot is mixed in the generated powder. There is a risk of becoming impurities. Therefore, the use of a gas having a high combustion temperature such as acetylene is advantageous because the generation of "soot" is suppressed.

【018】本発明は、炭化水素ガスと酸素ガスとを混合
することにより、不完全燃焼炎を形成するので、本発明
における不完全燃焼炎について、例えば、炭化水素ガス
としてアセチレンガスを使用する例で説明すると、完全
燃焼の場合の反応は、 C2H2 + 2.5O2→ 2CO2 + H2O となり、燃焼により発生するガス成分は二酸化炭素と水
蒸気もにであるのに対し、酸素の混合比率が小さく、即
ち、酸素不足の状態になると、燃焼ガス中には一酸化炭
素、水素が含まれるようになり、混合比が1までに減少
すると、反応は、 C2H2 + O2→ 2CO + H2 となり、中性燃焼状態となる。さらに、酸素の混合比が
小さくなると、燃焼炎中には炭素ラジカルが認められる
ようになり、還元性燃焼状態となる。
Since the present invention forms an incomplete combustion flame by mixing a hydrocarbon gas and an oxygen gas, the incomplete combustion flame in the present invention is, for example, an example in which acetylene gas is used as the hydrocarbon gas. In the case of complete combustion, the reaction is C2H2 + 2.5O2 → 2CO2 + H2O, and the gas components generated by combustion are carbon dioxide and water vapor, but the mixing ratio of oxygen is small, that is, When the oxygen is insufficient, the combustion gas contains carbon monoxide and hydrogen, and when the mixing ratio decreases to 1, the reaction becomes C2H2 + O2 → 2CO + H2, and the neutral combustion state Becomes Further, when the mixing ratio of oxygen becomes small, carbon radicals will be recognized in the combustion flame, resulting in a reducing combustion state.

【019】従って、炭化水素としてアセチレンガスを用
いる場合、不完全燃焼は酸素ガスの混合比mをアセチレ
ン1に対し2.5より小さくすることによって得られ、
この時、混合比mの値が変わるにつれて燃焼ガスの成分
も変化し、不完全燃焼炎の雰囲気は酸性雰囲気から中性
さらに還元性雰囲気まで変化する。
Therefore, when acetylene gas is used as the hydrocarbon, incomplete combustion is obtained by making the mixing ratio m of oxygen gas smaller than 2.5 with respect to acetylene 1,
At this time, the components of the combustion gas also change as the value of the mixing ratio m changes, and the atmosphere of the incomplete combustion flame changes from the acidic atmosphere to the neutral and then the reducing atmosphere.

【020】上述の場合には、炭化水素ガスとして好まし
いアセチレンガスについて説明したが、一般式としてC
XHYで表される炭化水素ガスの場合における酸素ガス
の混合比mについて考察すると、上述のアセチレンガス
と同様な中性焼炎は、 CXHY+(X/2)・O2→X・CO+(Y/2)・H2 で表される。この中性燃焼炎の酸素混合比(X/2)を
基準にして、本発明においては、酸素ガスの混合比m
は、 0.95・(X/2)<m<1.5・(X/2)・・・(A) の範囲に調整される。
In the above case, the acetylene gas which is preferable as the hydrocarbon gas has been described.
Considering the mixing ratio m of oxygen gas in the case of the hydrocarbon gas represented by XHY, a neutral burning flame similar to the above-mentioned acetylene gas is CXHY + (X / 2) · O2 → X · CO + (Y / 2 ). It is represented by H2. Based on the oxygen mixture ratio (X / 2) of the neutral combustion flame, in the present invention, the oxygen gas mixture ratio m
Is adjusted to a range of 0.95 · (X / 2) <m <1.5 · (X / 2) ... (A).

【021】酸素ガスの混合比mの値を(A)式の範囲内
に調整するのは、X/2=1のアセチレンガスの場合と
同様に、混合比mの値によって不完全燃焼炎の雰囲気が
変化し、混合比mが大きくなり過ぎると、強い酸化性を
示し、これにより、生成物は完全に酸化されてしまい、
低級金属酸化物の合成には不適当である。
The value of the mixing ratio m of the oxygen gas is adjusted within the range of the formula (A), as in the case of the acetylene gas of X / 2 = 1. When the atmosphere changes and the mixing ratio m becomes too large, it exhibits a strong oxidizing property, which causes the product to be completely oxidized,
It is unsuitable for the synthesis of lower metal oxides.

【022】一方、酸素ガスの混合比mが小さくなり過ぎ
ると、生成物中に金属の炭化物が混入したり、炎中の炭
素源の濃度が過剰になって「すす」が析出したりするよ
うになる。従って、混合比mは上記(A)式の範囲内に
調整することが好ましい。
On the other hand, if the mixing ratio m of oxygen gas becomes too small, metal carbide may be mixed in the product, or the concentration of the carbon source in the flame may become excessive and "soot" may be precipitated. become. Therefore, the mixing ratio m is preferably adjusted within the range of the above formula (A).

【023】さらに重要なことには、低級金属酸化物中の
酸素濃度は酸素ガスの混合比mの値によって変化するの
で、所望の酸素濃度するためには上記(A)式の範囲内
でさらに細かく調整することが望ましい。
More importantly, since the oxygen concentration in the lower metal oxide changes depending on the value of the mixing ratio m of oxygen gas, in order to obtain a desired oxygen concentration, the oxygen concentration in the range of the above formula (A) is further increased. It is desirable to make fine adjustments.

【024】例えば、珪素の低級酸化物SiOxを製造す
る際、酸素濃度xを高くするときは混合比mを大きく、
逆に酸素濃度xを低くするときは混合比mを小さくする
ことにより、酸素濃度xを自在に変えることができる。
For example, when producing a lower oxide SiOx of silicon, when the oxygen concentration x is increased, the mixing ratio m is increased,
On the contrary, when lowering the oxygen concentration x, the oxygen concentration x can be freely changed by reducing the mixing ratio m.

【025】本発明においては原料粉末を不完全燃焼炎の
中で気化させることが必要であるので、炎の温度は原料
粉末の気化温度以上になるよう調整される。使用する炭
化水素の種類や酸素の混合比によっては、発熱量が小さ
くて気化温度以上にならない場合もありうる。このよう
な場合には、外部ヒータにより補助加熱を行い炎の温度
を気化温度以上まで上げてやるとよい。
In the present invention, since it is necessary to vaporize the raw material powder in the incomplete combustion flame, the temperature of the flame is adjusted to be higher than the vaporization temperature of the raw material powder. Depending on the type of hydrocarbon used and the mixing ratio of oxygen, the calorific value may be so small that the vaporization temperature may not be exceeded. In such a case, it is advisable to perform auxiliary heating with an external heater to raise the temperature of the flame to the vaporization temperature or higher.

【026】本発明において、不完全燃焼炎中に供給され
る原料粉末の供給量は粉体供給器内のテーブルフィーダ
によって調整されるが、その量が多すぎると炎の温度や
収率に影響を与えるので、使用する炭化水素の種類と流
量、酸素の混合比、原料粉末の熱容量、キャリアガスの
流量、気相反応にともなって出入りする熱の量、補助加
熱の有無などを考慮して気相反応が十分進行するように
最適の量が容易に決定される。
In the present invention, the feed amount of the raw material powder fed during the incomplete combustion flame is adjusted by the table feeder in the powder feeder, but if the amount is too large, it will affect the flame temperature and yield. Therefore, considering the type and flow rate of hydrocarbons used, the mixing ratio of oxygen, the heat capacity of the raw material powder, the flow rate of the carrier gas, the amount of heat that goes in and out with the gas phase reaction, the presence or absence of auxiliary heating, The optimum amount is easily determined so that the phase reaction proceeds sufficiently.

【027】本発明においては、好適には、不完全燃焼炎
は、酸素を含まない雰囲気中で形成される。これは大気
中など酸素を含む雰囲気中で燃焼させると、炎は中心部
の非酸化性の内炎と外気が拡散・混合してきて酸化性の
外炎とからなる二重構造をとるため、内炎でできた低級
金属酸化物が外炎を通る間に酸化されてしまうという不
都合が起こることによる。酸素を含まない雰囲気は、例
えば、外気から遮断された反応容器の一端にバーナーを
取り付け他の一端から容器内のガスを排気するような装
置構成によって容易に作ることができる。
In the present invention, the incomplete combustion flame is preferably formed in an oxygen-free atmosphere. When burned in an atmosphere containing oxygen such as air, the flame has a double structure consisting of a non-oxidizing internal flame in the center and an oxidizing external flame that diffuses and mixes with the external air. This is due to the inconvenience that the lower metal oxide formed by the flame is oxidized while passing through the external flame. The oxygen-free atmosphere can be easily created by, for example, a device configuration in which a burner is attached to one end of the reaction vessel which is shielded from the outside air and the gas in the vessel is exhausted from the other end.

【028】炎の中の気相反応によってでできた低級金属
酸化物ガスは、炎の外へ出ると急速に冷却されて凝縮し
粉末となる。この粉末は、燃焼排ガスと共に反応容器の
排気側に付設したサイクロン、バグフィルタ等の集塵機
に導かれ排ガスと分離され製品として回収される。
The lower metal oxide gas produced by the gas phase reaction in the flame is rapidly cooled and condensed into a powder when it goes out of the flame. This powder is guided to a dust collector such as a cyclone or a bag filter attached to the exhaust side of the reaction vessel together with the combustion exhaust gas, separated from the exhaust gas, and collected as a product.

【029】換言すれば、本発明は、酸素を含まない雰囲
気中で形成させた炭化水素の不完全燃焼炎中のガスと、
炎の熱でガス化した原料粉末の蒸気との気相反応を利用
して金属の低級金属酸化物を製造する方法であり、二酸
化珪素粉末を原料にして珪素の低級酸化物を合成する場
合を例にとると、次のようなプロセスを経て粉末が合成
される。まず、原料の二酸化珪素粉末は粉体供給器内で
煙霧化されキャリアガスとともに炎の中に吹き込まれ
る。煙霧化された二酸化珪素粉末は炎の熱と温度で容易
に気化し、ただちに不完全燃焼中の一酸化炭素や炭化ラ
ジカルと反応して酸化珪素(SiOx)の蒸気ができ
る。発生した酸化珪素蒸気が炎の外へ出るとき急冷され
て酸化珪素粉末ができる。この急冷作用によって、常温
では不安定な珪素の低級酸化物を得ることができる。こ
れを集塵機回収するだけで製品化できる。
In other words, the present invention relates to a gas in a hydrocarbon incomplete combustion flame formed in an oxygen-free atmosphere,
This is a method for producing a lower metal oxide of a metal by utilizing a gas phase reaction with vapor of a raw material powder gasified by the heat of a flame, and when a lower oxide of silicon is synthesized from a silicon dioxide powder as a raw material. As an example, powder is synthesized through the following process. First, the raw material silicon dioxide powder is atomized in the powder feeder and blown into the flame together with the carrier gas. The atomized silicon dioxide powder is easily vaporized by the heat and temperature of the flame and immediately reacts with carbon monoxide and carbon radicals in incomplete combustion to form vapor of silicon oxide (SiOx). When the generated silicon oxide vapor goes out of the flame, it is rapidly cooled to form silicon oxide powder. By this quenching action, a lower oxide of silicon that is unstable at room temperature can be obtained. It can be commercialized simply by collecting it with a dust collector.

【030】[030]

【実施例】まず、本発明に係る低級金属酸化物の製造装
置について説明する。この製造装置は、原料粉体を供給
するための粉体供給器部2と、この粉体供給器部2に接
続されると共に炭化水素ガス及び酸素ガスを供給するバ
ーナ部4と、バーナ部4から連続した反応容器部6と、
反応容器部6から順次連続して接続されて後処理をする
ためのサイクロン部8、バグフィルター部10及び排気
用ブロア部12とから成っている。これら粉体供給器部
2、バーナ部4、反応容器部6、サイクロン部8、バグ
フィルター部10及び排気用ブロア部12は互いに気密
に接続されて1つの系を成している。
EXAMPLES First, an apparatus for producing a lower metal oxide according to the present invention will be described. This manufacturing apparatus includes a powder feeder unit 2 for feeding raw material powder, a burner unit 4 connected to the powder feeder unit 2 and for supplying hydrocarbon gas and oxygen gas, and a burner unit 4 From the reaction container part 6 continuous from
It comprises a cyclone unit 8, a bag filter unit 10 and an exhaust blower unit 12 which are successively connected from the reaction vessel unit 6 for post-treatment. The powder feeder unit 2, burner unit 4, reaction container unit 6, cyclone unit 8, bag filter unit 10 and exhaust blower unit 12 are hermetically connected to each other to form one system.

【031】粉体供給器部2は、粉体原料貯留用のホッパ
22と、このホッパ22内で粉体原料を撹拌するための
攪拌羽24と、撹拌された粉体原料を連続して供給する
ためのテーブルフィーダ26と、粉体原料を分散さす分
散ノズル28とから成っている。また、ホッパ22の外
側には、撹拌羽24とターンテーブルフィーダ26とを
駆動するためのモータ30が設けられている。そして、
分散ノズル28にはキャリアガス供給配管32が組み込
まれており、このキャリアガス供給配管32を介して不
活性の高圧キャリアガス、例えば、アルゴンガスが分散
ノズル28に供給される。分散ノズル28は原料粉末輪
送管34に接続されている。図2及び図3には、分散ノ
ズル28の拡大図が示されており、図2及び図3から明
らかなように、分散ノズル28はターンテーブルフィー
ダ26の周辺に沿って所定間隔だけ隔てて複数個、図示
の場合、12個からなっており、図2中、矢印aで示さ
れる方向にキャリアガス供給配管32からの高圧キャリ
アガスが噴出され、図2中の符号bで示されるように、
原料粉体が煙霧化される。
The powder feeder 2 continuously supplies the hopper 22 for storing the powder raw material, the stirring blade 24 for stirring the powder raw material in the hopper 22, and the stirred powder raw material. It comprises a table feeder 26 and a dispersion nozzle 28 for dispersing the powder raw material. A motor 30 for driving the stirring blade 24 and the turntable feeder 26 is provided outside the hopper 22. And
A carrier gas supply pipe 32 is incorporated in the dispersion nozzle 28, and an inert high-pressure carrier gas, for example, argon gas is supplied to the dispersion nozzle 28 via the carrier gas supply pipe 32. The dispersion nozzle 28 is connected to the raw material powder feeding pipe 34. 2 and 3 show enlarged views of the dispersion nozzle 28. As apparent from FIGS. 2 and 3, the dispersion nozzles 28 are arranged along the periphery of the turntable feeder 26 at a predetermined interval. 2, 12 in the case of illustration, high-pressure carrier gas is jetted from the carrier gas supply pipe 32 in the direction indicated by arrow a in FIG. 2, and as indicated by reference numeral b in FIG.
The raw material powder is atomized.

【032】原料粉末輸送管34の他端はバーナ部4に接
続されてており、バーナ部4はバーナ本体42を有して
おり、このバーナ本体42の一端には原料粉末輸送管3
4と共に炭化水素供給配管44及び酸素供給配管46が
接続されており、これら原料粉末輪送管34、炭化水素
供給配管44及び酸素供給配管46には、図示しない流
量制御器がそれぞれ取付けられている。一方、バーナ本
体42の他端はノズルとなっており、反応容器部6に気
密に接続されている。
The other end of the raw material powder transport pipe 34 is connected to the burner unit 4, and the burner unit 4 has a burner main body 42, and one end of the burner main body 42 has the raw material powder transport pipe 3
4, a hydrocarbon supply pipe 44 and an oxygen supply pipe 46 are connected, and a flow controller (not shown) is attached to each of the raw material powder transfer pipe 34, the hydrocarbon supply pipe 44 and the oxygen supply pipe 46. .. On the other hand, the other end of the burner main body 42 serves as a nozzle, which is hermetically connected to the reaction container section 6.

【033】反応容器部6は、鉛直方向に保持された円筒
形の反応容器62を有しており、この反応容器62の上
部には、上記バーナ本体62のノズル側の端を気密に組
み込むための開口と、この開口と同心円状に設けられた
置換ガス供給口64とを有している。また、稼働時のバ
ーナ部4からの火炎の長さにぼぼ相当した反応容器62
の部位の外周部には補助加熱用の外部ヒータ66が取付
けられており、火花放電式の着火装置68も組み込まれ
ている。反応容器62の下部は、火炎から受ける高熱に
耐えるように水冷二重管になっている。そして、この反
応容器62は輸送管68に接続されており、この輪送管
70には、希釈ガスを噴出するための希釈ガス噴出ノズ
ル72が反応容器62の下の位置で挿入されている。
The reaction vessel portion 6 has a cylindrical reaction vessel 62 which is held in the vertical direction, and the end of the burner body 62 on the nozzle side is airtightly incorporated into the upper portion of the reaction vessel 62. And the replacement gas supply port 64 provided concentrically with the opening. In addition, the reaction vessel 62 corresponding to the length of the flame from the burner section 4 during operation
An external heater 66 for auxiliary heating is attached to the outer peripheral portion of the above portion, and a spark discharge type ignition device 68 is also incorporated. The lower part of the reaction vessel 62 is a water-cooled double tube so as to withstand the high heat received from the flame. The reaction container 62 is connected to a transport pipe 68, and a diluting gas jet nozzle 72 for jetting a diluting gas is inserted into the rotary pipe 70 at a position below the reaction container 62.

【034】輸送管68の他端は、合成した低級金属酸化
物の粉末を捕集するためのサイクロン部8に接続されて
おり、このサイクロン部8は、反応容器62の下部と同
様に水冷二重管になってガスの冷却器の役割も兼ねてい
る。サイクロンの下流部には微粉末捕集用のバグフィル
タ部10が輸送管を介して接続されており、バグフィル
タ部10の下流には排気用の高圧ブロア部12が連結さ
れている。
The other end of the transport pipe 68 is connected to a cyclone section 8 for collecting the synthesized lower metal oxide powder, and this cyclone section 8 is similar to the lower part of the reaction vessel 62 in a water-cooled secondary chamber. It becomes a heavy pipe and doubles as a gas cooler. A bag filter unit 10 for collecting fine powder is connected to a downstream portion of the cyclone via a transportation pipe, and a high pressure blower unit 12 for exhaust is connected to the downstream side of the bag filter unit 10.

【035】次に、このように構成された低級金属酸化物
の製造装置の作動についてのべる。
Next, the operation of the apparatus for producing a lower metal oxide thus constructed will be described.

【036】まず、置換ガス供給口64から反応容器62
内にアルゴンガス等の不活性ガスが流し込まれ、同時に
希釈ガス供給ノズル72から空気もしくは窒素等の希釈
ガスが輸送管70内に流し込まれ、排気用の高圧ブロア
部12によって反応容器部6からサイクロン部8、バグ
フィルタ部10にいたるまでの系内のガスが排気され、
これにより、系内のガスが徐々に不活性ガスに置換され
る。
First, from the replacement gas supply port 64 to the reaction container 62.
An inert gas such as argon gas is flown into the chamber, at the same time a diluent gas such as air or nitrogen is poured into the transport pipe 70 from the diluent gas supply nozzle 72, and the high pressure blower unit 12 for exhausting the cyclone from the reaction vessel unit 6 is used. The gas in the system up to the part 8 and the bag filter part 10 is exhausted,
As a result, the gas in the system is gradually replaced with the inert gas.

【037】続いて、炭化水素供給配管44及び酸素供給
配管46から炭化水素ガスと酸素ガスがそれぞれバーナ
ー部4に供給され、バーナー部4の内部で予混合された
後反応容器62内に噴出される。運転中、それぞれのガ
スの流量と混合比は、常にあらかじめ設定した値に保た
れるようマスフローコントローラによって正確に制御さ
れる。反応容器62内に噴出された混合ガスは、噴出後
すぐに着火装置68によって着火され不完全燃焼炎が反
応容器62内に形成される。補助加熱が必要な場合は、
ガスの供給に先立ち外部ヒータ66に所定の電力が投入
される。
Subsequently, the hydrocarbon gas and the oxygen gas are supplied to the burner section 4 from the hydrocarbon supply piping 44 and the oxygen supply piping 46, respectively, and are premixed inside the burner section 4 and then ejected into the reaction vessel 62. It During operation, the flow rate and mixing ratio of each gas are accurately controlled by the mass flow controller so that they are always kept at preset values. The mixed gas ejected into the reaction container 62 is ignited by the ignition device 68 immediately after the ejection, and an incomplete combustion flame is formed in the reaction container 62. If you need auxiliary heating,
Predetermined electric power is applied to the external heater 66 before the gas is supplied.

【038】この不完全燃焼炎の働きにより、反応容器6
2内に残留している酸素は次第に消費されていき、一定
時間の後には、反応容器62内は、着火によって混合ガ
スから生じた不完全燃焼ガスと置換用ガスとからのみな
る不完全雰囲気に完全に置き変えられる。
Due to the action of this incomplete combustion flame, the reaction vessel 6
The oxygen remaining in 2 is gradually consumed, and after a certain period of time, the inside of the reaction vessel 62 becomes an incomplete atmosphere consisting of the incomplete combustion gas generated from the mixed gas by the ignition and the replacement gas. Can be completely replaced.

【039】尚、置換ガス供給口64からの置換ガスの供
給は、運転中、反応容器62及び輸送管70の管壁を熱
から保護するため、継続され、また、希釈ガス噴出ノズ
ル72からの希釈ガスの噴出も継続され、これにより、
ガスの滞留しやすいサイクロン部8、バグフィルタ部1
0内での爆発が起こらないように不完全燃焼ガスの希釈
が行われる。その流量は流量計で制御され、不完全燃焼
で生じた可燃性ガスの濃度がその爆発範囲外になるよう
に調整される。
The supply of the replacement gas from the replacement gas supply port 64 is continued during operation in order to protect the tube walls of the reaction vessel 62 and the transport tube 70 from heat, and is also supplied from the dilution gas jet nozzle 72. The injection of diluent gas is also continued, which allows
Cyclone part 8 and bag filter part 1 where gas easily accumulates
The incomplete combustion gas is diluted so that an explosion within 0 does not occur. The flow rate is controlled by a flow meter, and the concentration of combustible gas generated by incomplete combustion is adjusted so as to fall outside the explosion range.

【040】このようにして反応容器62内のガスが置換
された後、粉体供給器部2から煙霧化された原料粉末が
原料粉末輸送管34を介して不完全燃焼炎内に供給され
る。粉体供給器部2においては、ホッパ22内に充填さ
れた原料粉末は、内部の攪拌羽24によってほぐされな
がらテーブルフィダ26により少量ずつ定量的に分散ノ
ズル28の吹き出し口に供給された後、分散ノズル28
から吹き出す高圧高速のキャリアガスによって粉末は非
常に細かく分散され煙霧化される。
After the gas in the reaction vessel 62 is replaced in this manner, the atomized raw material powder is supplied from the powder feeder 2 into the incomplete combustion flame via the raw material powder transport pipe 34. .. In the powder feeder unit 2, after the raw material powder filled in the hopper 22 is loosened by the stirring blades 24 inside, it is quantitatively supplied little by little by the table feeder 26 to the outlet of the dispersion nozzle 28. , Dispersion nozzle 28
The high-pressure and high-speed carrier gas blown out from the powder causes the powder to be very finely dispersed and atomized.

【041】煙霧化された原料粉末が不完全燃焼炎中へ吹
き込まれると、原料粉末は炎の熱で気化し、炎中のガス
と気相反応して低級酸化物蒸気を生成し、炎の外に出る
とき急冷されて低級金属酸化物の粉末ができる。
When the atomized raw material powder is blown into the incomplete combustion flame, the raw material powder is vaporized by the heat of the flame and undergoes a gas phase reaction with the gas in the flame to generate a lower oxide vapor, When it goes out, it is rapidly cooled to form low-grade metal oxide powder.

【042】その後、低級金属酸化物粉末は輸送管70を
経てガスと供にサイクロン部8に送られ、ここでガスと
分離・捕集される。サイクロン部8で分離できなかった
残余の微粒子は、後段のバグフィルタ部12で完全にガ
スと分離され回収される。分離されたガスは、排気用の
高圧ブロア部12を経て系外に排出される。
Then, the low-grade metal oxide powder is sent to the cyclone unit 8 together with the gas through the transport pipe 70, where it is separated and collected from the gas. The remaining fine particles that cannot be separated in the cyclone unit 8 are completely separated from the gas in the bag filter unit 12 in the subsequent stage and collected. The separated gas is discharged to the outside of the system through the exhaust high-pressure blower unit 12.

【043】以下、このような酸化物粉末製造装置を用い
て低級金属酸化物粉末を製造する具体的な実施例につい
て説明する。
Specific examples of producing a lower metal oxide powder using such an oxide powder producing apparatus will be described below.

【044】(実施例1)炭化水素ガスとしてアセチレン
を用いて不完全燃焼炎を形成し、原料粉末として二酸化
硅素粉末から硅素の低級酸化物を合成した例を以下に示
す。
(Example 1) An example in which acetylene is used as a hydrocarbon gas to form an incomplete combustion flame and a lower oxide of silicon is synthesized from a silicon dioxide powder as a raw material powder is shown below.

【045】まず、置換ガス供給口64からアルゴンガス
を50(1分間当りの標準状態換算の流量、リットル単
位、即ち、以下「Nl/分」と記す)の流量で反応容器
62内に吹き込み、一方、希釈ガス噴出ノズル72から
は空気を1000(Nl/分)の流量で噴出させ、これ
により、系内のガス置換を行った。
First, argon gas was blown into the reaction vessel 62 from the replacement gas supply port 64 at a flow rate of 50 (flow rate in standard state per minute, liter unit, ie, "Nl / min" hereinafter), On the other hand, air was ejected from the dilution gas ejecting nozzle 72 at a flow rate of 1000 (Nl / min), thereby replacing the gas in the system.

【046】続いてアセチレンガスと酸素ガスをそれぞれ
を20.9 (Nl/分)、18.8(Nl/分)の流
量でバーナ部4に供給し、不完全燃焼炎を反応容器62
内に形成させた。このとき、上述の(A)式における酸
素ガスの混合比はm=0.98であるので、炎中にはア
セチレンの不完全燃焼によって一酸化炭素、水素の外、
若干の炭素ラジカルが生成し、炎は弱還元性の状態であ
る。
Subsequently, acetylene gas and oxygen gas were supplied to the burner section 4 at flow rates of 20.9 (Nl / min) and 18.8 (Nl / min), respectively, and an incomplete combustion flame was generated in the reaction vessel 62.
Was formed inside. At this time, since the mixing ratio of oxygen gas in the above formula (A) is m = 0.98, in addition to carbon monoxide and hydrogen due to incomplete combustion of acetylene in the flame,
Some carbon radicals are produced and the flame is in a weak reducing state.

【047】原料粉末の二酸化珪素には平均粒径6.1μ
mの粉末を用い、アルゴンのキャリアガスを9(平方セ
ンチ当りのキログラム・フォース、即ち、kgf/cm
)の圧力、9(Nl/分)の流量で分散ノズル28よ
り噴出させて、3(g/分)の割合でバーナ部4ヘ供給
した。
The raw material powder silicon dioxide has an average particle size of 6.1 μm.
m of powder and 9 carrier gas of argon (kilogram force per square centimeter, ie kgf / cm
It was ejected from the dispersion nozzle 28 at a pressure of 2 ) and a flow rate of 9 (Nl / min), and was supplied to the burner section 4 at a rate of 3 (g / min).

【048】この時の火炎温度は、熱平衡計算よれば29
00℃となる。この温度は、二酸化硅素の気化温度29
50℃より若干低いので、外部ヒータ66により補助加
熱を行う必要がある。そこで、火炎を形成する前に、反
応容器62内の温度が300℃となるよう外部ヒータ6
6により温度調整した。
The flame temperature at this time is 29 according to the heat balance calculation.
It becomes 00 ° C. This temperature is the vaporization temperature of silicon dioxide 29
Since it is slightly lower than 50 ° C., it is necessary to perform auxiliary heating by the external heater 66. Therefore, before forming the flame, the external heater 6 is controlled so that the temperature in the reaction vessel 62 becomes 300 ° C.
The temperature was adjusted by 6.

【049】生成した低級金属酸化物粉末は、サイクロン
部8とバグフィルタ部10でガスと分離し回収した。
The produced lower metal oxide powder was separated from the gas in the cyclone section 8 and the bag filter section 10 and collected.

【050】このようにして合成した低級金属酸化物粉末
を、透過型電子顕微鏡写真観察、BET法による吸着比
表面積測定、X線回折、EDS分析及び化学分析により
評価した。
The lower metal oxide powder thus synthesized was evaluated by observation with a transmission electron microscope, measurement of adsorption specific surface area by BET method, X-ray diffraction, EDS analysis and chemical analysis.

【051】図4には、得られた珪素の低級酸化物粉末の
電子顕微鏡写真を示す。この写真及び吸着比表面積測定
から、得られた低級金属酸化物粉末は、粒径を50〜1
00nm、比表面積を80m/gとする微細な球形状
の粉末であった。
FIG. 4 shows an electron micrograph of the obtained lower oxide powder of silicon. From this photograph and the measurement of the adsorption specific surface area, the lower metal oxide powder obtained had a particle size of 50 to 1
It was a fine spherical powder having a particle size of 00 nm and a specific surface area of 80 m 2 / g.

【052】図5には、得られた珪素の低級酸化物粉末の
X線回折図を示す。図5の回折パターンから明らかに、
得られた粉末はアモルファス構造を有していることが判
る。
FIG. 5 shows an X-ray diffraction diagram of the obtained lower oxide powder of silicon. Clearly from the diffraction pattern of FIG.
It can be seen that the obtained powder has an amorphous structure.

【053】さらにエネルギー分散形X線分光分折(ED
S分析)の結果から、各粉末の珪素と酸素の比率が1:
1であり、得られた珪素の低級酸化物はSiOの化学式
で表されることが判明した。
Further, energy dispersive X-ray spectroscopy (ED
From the results of S analysis), the ratio of silicon to oxygen in each powder is 1:
It was found that the obtained lower oxide of silicon was represented by the chemical formula of SiO 2.

【054】次に、その他の元素の化学分折の結果を下記
に示す。尚、比較のため、原料粉末の測定値をカッコ内
に示す。 Fe 180ppm (260ppm) Co 3ppm未満( 3ppm未満) Zr 1ppm未満( 8ppm) Ni 1ppm未満( 2ppm) Cr 1ppm未満( 2ppm) Mn 1ppm未満( 2ppm) このように、得られた珪素の低級酸化物中の不純物は原
料粉末よりも少なく、純度が上がっていることが判る。
Next, the results of chemical analysis of other elements are shown below. For comparison, the measured values of the raw material powder are shown in parentheses. Fe 180ppm (260ppm) Co less than 3ppm (less than 3ppm) Zr less than 1ppm (8ppm) Ni less than 1ppm (2ppm) Cr less than 1ppm (2ppm) Mn less than 1ppm (2ppm) Thus, in the lower oxide of silicon obtained It can be seen that the impurities are less than in the raw material powder and the purity is higher.

【055】(実施例2〜4)実施例1における酸素ガス
の混合比mは0.98であったが、実施例2〜4では、
混合比mを1.0、1.2及び1.4と変えて、それぞ
れ、珪素の低級酸化物を製造した。回収した珪素の低級
酸化物SiOx中の酸素濃度xの値をEDS分析により
評価した。
(Examples 2 to 4) The mixing ratio m of oxygen gas in Example 1 was 0.98, but in Examples 2 to 4,
Lower mixing oxides of silicon were produced by changing the mixing ratio m to 1.0, 1.2 and 1.4, respectively. The value of oxygen concentration x in the recovered silicon lower oxide SiOx was evaluated by EDS analysis.

【056】図6には、混合比mの値と珪素の低級酸化物
中の酸素濃度の関係を示す。図6から明らかに、混合比
mを変えることにより、珪素の低級酸化物中の酸素濃度
xを制御することが可能であり、混合比mを増加させる
ことにより、式SiOx中の酸素濃度xを増加させるこ
とができた。
FIG. 6 shows the relationship between the value of the mixing ratio m and the oxygen concentration in the lower oxide of silicon. It is apparent from FIG. 6 that the oxygen concentration x in the lower oxide of silicon can be controlled by changing the mixing ratio m, and the oxygen concentration x in the formula SiOx can be increased by increasing the mixing ratio m. Could be increased.

【057】(実施例5)金属ゲルマニウム粉末からゲル
マニウムの低級酸化物を合成した例を以下に示す。
Example 5 An example of synthesizing a germanium lower oxide from a metal germanium powder is shown below.

【058】金属粉末を原料に使用する場合、酸素ガスの
混合比mは1より大きくすることが好ましく、ここで
は、混合比は=1.1とした。また、金属ゲルマニウム
の気化温度は2830℃であって、しかもこのゲルマニ
ウム金属の酸化は発熱反応であることから、外部ヒータ
66による補助加熱は行わなかった。回収された粉末
は、EDS分析により、GeOの化学式で示されるゲル
マニウムの低級酸化物微粉末であった。
When metal powder is used as a raw material, the mixing ratio m of oxygen gas is preferably larger than 1, and here, the mixing ratio is 1.1. Further, since the vaporization temperature of the metal germanium was 2830 ° C. and the oxidation of the germanium metal was an exothermic reaction, auxiliary heating by the external heater 66 was not performed. The recovered powder was a fine powder of germanium lower oxide represented by the chemical formula of GeO by EDS analysis.

【059】[059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、炭化水素の不完全燃焼炎の作用で原料粉末の蒸気
と気相反応させることにより、従来の化学炎法では合成
が困難とされていた低級金属酸化物について化学炎法を
応用した新規な合成方法を開発し、これにより、低級金
属酸化物を工業的に連続的でしかも簡便かつ安価に製造
できる金属酸化物の製造方法を提供できる。従来の大型
真空炉を使う方法に比べると、本発明の方法によれば、
設備を極めて簡便にでき、しかも、圧倒的にイニシャル
コストを低くすることができる。
As described above, according to the method of the present invention, it is difficult to synthesize by the conventional chemical flame method by causing the vapor phase reaction with the vapor of the raw material powder by the action of the incomplete combustion flame of hydrocarbon. A new synthetic method applying a chemical flame method to a lower metal oxide, which was said to be, has been developed, and as a result, a lower metal oxide can be industrially continuously and simply and inexpensively produced. Can be provided. Compared with the conventional method using a large vacuum furnace, according to the method of the present invention,
The equipment can be extremely simple, and the initial cost can be overwhelmingly reduced.

【060】また、本発明の方法によれば、炭化水素の不
完全燃焼炎による気相反応によって原料粉末として金属
の酸化物粉末又は金属粉末から低級金属酸化物を製造で
きると共に、原料粉末を一度ガス化して気相反応させる
ので、反応が均一に進み、得られた粉末は純度が極めて
高い。
Further, according to the method of the present invention, a metal oxide powder or a lower metal oxide can be produced from a metal powder as a raw material powder by a gas phase reaction due to an incomplete combustion flame of a hydrocarbon, and the raw material powder is once produced. Since gasification and gas phase reaction are carried out, the reaction proceeds uniformly, and the obtained powder has extremely high purity.

【061】さらに、本発明の方法によれば、酸素ガスの
混合比を制御することによって酸化物粉末中の酸素濃度
を任意に変えることができる。
Further, according to the method of the present invention, the oxygen concentration in the oxide powder can be arbitrarily changed by controlling the mixing ratio of oxygen gas.

【062】さらにまた、気相反応の後に急冷工程を経る
ため、非化学量論組成をとるもの、或いは常温で不安定
な低級金属酸化物を合成することができる。
Furthermore, since the quenching step is performed after the gas phase reaction, a non-stoichiometric composition or a lower metal oxide unstable at room temperature can be synthesized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る低級金属酸化物の製造装置を示す
概略系統図である。
FIG. 1 is a schematic system diagram showing an apparatus for producing a lower metal oxide according to the present invention.

【図2】図1の粉体供給器部の分散ノズルの付近を拡大
して模式的に示す概略模式図である。
FIG. 2 is a schematic view schematically showing in an enlarged manner the vicinity of a dispersion nozzle of the powder feeder unit of FIG.

【図3】図2の分散ノズルを下方方向から示す概略模式
図である。
FIG. 3 is a schematic view showing the dispersion nozzle of FIG. 2 from below.

【図4】本発明の一実施例により得られた珪素酸化物粉
末の粒子構造を示す電子顕微鏡写真図である。
FIG. 4 is an electron micrograph showing a particle structure of a silicon oxide powder obtained according to an example of the present invention.

【図5】図4の珪素酸化物粉末のX線回折を示すグラフ
図である。
5 is a graph showing X-ray diffraction of the silicon oxide powder of FIG.

【図6】本発明の珪素酸化物における酸素ガス混合比と
酸素濃度との関係を示すグラフ図である。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the oxygen gas mixture ratio and the oxygen concentration in the silicon oxide of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 粉体供給器部 4 バーナ部 6 反応容器部 8 サイクロン部 10 バグフィルタ部 12 高圧ブロア部 28 分散ノズル 32 キャリアガス供給配管 34 粉末輸送管 44 炭化水素供給配管 46 酸素供給配管 72 希釈ガス噴出ノズル 2 powder supply unit 4 burner unit 6 reaction container unit 8 cyclone unit 10 bag filter unit 12 high pressure blower unit 28 dispersion nozzle 32 carrier gas supply pipe 34 powder transport pipe 44 hydrocarbon supply pipe 46 oxygen supply pipe 72 dilution gas jet nozzle

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素ガスと酸素ガスを完全燃焼比よ
り少ない割合で混合して点火することにより不完全燃焼
炎を形成させ、次いで該不完全燃焼炎中に、該不完全燃
焼炎の作用で容易に金属蒸気を発生させる金属酸化物若
しくは金属のいずれか又は両者の粉末からなる原料粉末
を不活性キャリヤガスと共に噴霧し、該不完全燃焼炎で
発生するガスと上記金属蒸気とを気相反応させて低級金
属酸化物のガスを発生させ、このガスを急冷して低級金
属酸化物の粉末を得ることを特徴とする低級金属酸化物
の製造方法。
1. An incomplete combustion flame is formed by mixing and igniting a hydrocarbon gas and an oxygen gas in a ratio smaller than a complete combustion ratio, and then the action of the incomplete combustion flame is generated in the incomplete combustion flame. A powder of a metal oxide or a metal or a powder of both of them that easily generate metal vapor is sprayed together with an inert carrier gas, and the gas generated by the incomplete combustion flame and the metal vapor are vaporized. A method for producing a lower metal oxide, which comprises reacting to generate a lower metal oxide gas and rapidly cooling the gas to obtain a lower metal oxide powder.
【請求項2】 上記不完全燃焼炎は、周囲に酸素を含む
気体の不存在下で形成され、上記低級金属酸化物は不完
全燃焼炎から排出された燃焼排ガスと共に輸送されて回
収されることを特徴とする請求項1に記載の低級金属酸
化物の製造方法。
2. The incomplete combustion flame is formed in the absence of a gas containing oxygen in the surroundings, and the lower metal oxide is transported and recovered together with the combustion exhaust gas discharged from the incomplete combustion flame. The method for producing a lower metal oxide according to claim 1, wherein
【請求項3】 上記炭化水素ガスと混合される酸素ガス
の混合比率を変えることにより低級金属酸化物の酸素量
を制御することを特徴とする請求項1項又は2項に記載
の低級金属酸化物の製造方法。
3. The lower metal oxidation according to claim 1 or 2, wherein the oxygen content of the lower metal oxide is controlled by changing the mixing ratio of the oxygen gas mixed with the hydrocarbon gas. Method of manufacturing things.
【請求項4】 上記炭化水素ガスがアセチレンガスであ
って、上記酸素ガスはアセチレン1モルに対し0.95
モルより多く1.5モルより少ない割合の流量で混合さ
れ、また、上記原料粉末が二酸化珪素であることを特徴
とする請求項1項ないし3項のいずれか1項に記載の低
級金属酸化物の製造方法。
4. The hydrocarbon gas is acetylene gas, and the oxygen gas is 0.95 per mol of acetylene.
4. The lower metal oxide according to any one of claims 1 to 3, wherein the raw material powder is mixed with a flow rate of more than 1.5 mol and less than 1.5 mol, and the raw material powder is silicon dioxide. Manufacturing method.
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