JPH06244015A - 複合フェライトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】２種以上の金属イオンを含む水溶液を原料とし
て、これら金属の酸化物からなる複合フェライトを製造
する方法において、前記水溶液を噴霧化し、この水溶液
に燃焼バーナーで発生した燃焼ガスの熱エネルギを供給
してその液滴の水分を蒸発せしめ、かつ前記熱エネルギ
により残存金属塩粒子に熱分解又は化学反応を生じさせ
て複合フェライト粒子を生成するにあたり、水溶液の液
滴径を１５０μｍ以下とする。 【効果】噴霧焙焼法において、溶液成分と実質的に同じ
成分比の複合フェライトを生成することができる複合フ
ェライトの製造方法が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば磁性材料の
原料として用いられる複合フェライトの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
複合酸化物を合成する方法として、複数の酸化物粉末原
料を混合して高温で焼成し、複合酸化物を合成する乾式
法が一般的である。このプロセスは次の通りである。 原料→混合→乾燥→仮焼→粉砕→製品

【０００３】この方法は(1) 粉体原料の均質な混合が困
難であること、(2) 粉砕に際し不純物の混入があるこ
と、(3) また酸化物粒子間の固相拡散で複合酸化物を合
成するため長時間を要することなどの欠点がある。

【０００４】従って、均質な複合酸化物を得ることは困
難であり、そのために充分な複合酸化物の特性が得られ
ず、また生産性が極めて悪いことが問題となっていた。
さらに、均質化のために、仮焼および粉砕、混合を繰返
すこともあるが、この場合には生産性が一層低下してし
まう。

【０００５】一方、均質な複合酸化物を得る方法とし
て、複合酸化物の構成金属の硝酸塩などを用いて水溶液
とし、これにアルカリを加え共沈析出する共沈法があ
る。このプロセスは次の通りである。 原料→溶解→強アルカリ→沈殿析出→空気酸化→濾過→
乾燥→製品

【０００６】この方法による複合酸化物は構成成分が均
質になる長所を有するが、濾過、洗浄、乾燥などの繁雑
な工程が必要で、プロセスが複雑になり従って生産コス
トが極めて高価になる欠点がある。

【０００７】上記の乾式法と共沈法に対し、主にフェラ
イト用の複合酸化物すなわち複合フェライトの合成法と
して次の如き噴霧焙焼法がある。このプロセスは次の通
りである。 原料→溶解→噴霧熱分解→解砕→製品

【０００８】この方法はフェライトを構成する金属成分
を塩化物混合溶液とし、これを、燃焼焔中で、噴霧焙焼
することにより、複合フェライトを合成するものである
（特公昭４７−１１５５０）。

【０００９】この方法の特徴は副生するＨＣｌを金属塩
化物の製造に再利用できるという点であり、このため生
産コストが安い利点がある。しかし、この方法を蒸気圧
の異なる金属塩化物溶液に適用すると蒸気圧の高い塩化
物が、噴霧中に揮散し、塩化物ガスとなって逸散するた
め、酸化物としての回収が困難となる欠点を有していた
（特開昭５５−１４４４２１）。

【００１０】従って、蒸気圧の高い金属塩化物を原料と
して、複合フェライトを製造する場合には、この金属塩
化物を酸化物あるいは炭酸塩に変えた後、上記乾式法に
て混合、焼成する必要があった。

【００１１】一方、複数の塩化物溶液を噴霧化するに際
し、高温ガスの流れと同じ方向に噴霧する方法が提案さ
れている（特開平４−１９２３０９、特開平４−１９２
３０９）。しかし、通常のバーナーで発生した燃焼ガス
により焙焼炉で焙焼を行っても、液滴の粒子径が大きな
場合には焙焼が急速には行われず、その一部が塩化物溶
液のまま炉壁に付着してしまう。付着した塩化物は炉壁
で緩慢な焙焼が進行することにより蒸気圧の高い塩化
物、例えばＺｎＣｌ₂ が選択的に焙焼され、その結果生
成されたＺｎＯがガス流に乗って回収されるため、回収
物中のＺｎＯの濃度が高くなり、溶液成分濃度比とは著
しく異なった成分比の複合フェライトが生成されるとい
う欠点がある。

【００１２】この発明は、かかる事情に鑑みてなされた
ものであって、噴霧焙焼法において、溶液成分と実質的
に同じ成分比の複合フェライトを生成することができる
複合フェライトの製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、上
記課題を解決するために、２種以上の金属イオンを含む
水溶液を原料として、これら金属の酸化物からなる複合
フェライトを製造する方法において、前記水溶液を噴霧
化し、この水溶液に燃焼バーナーで発生した燃焼ガスの
熱エネルギを供給してその液滴の水分を蒸発せしめ、か
つ前記熱エネルギにより残存金属塩粒子に熱分解又は化
学反応を生じさせて複合フェライト粒子を生成する複合
フェライトの製造方法であって、前記水溶液の液滴径が
１５０μｍ以下であることを特徴とする複合フェライト
の製造方法を提供する。水溶液の液滴径のさらに好まし
い範囲は１００μｍ以下である。なお、この発明でいう
複合フェライトは、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、およびＮｉ
−Ｚｎフェライトなどの、複数の金属酸化物からなるフ
ェライトを意味する。

【００１４】上述のように、噴霧すべき水溶液、例えば
塩化物溶液が炉壁に付着することを防止するためには、
噴霧した液滴粒子の水分を瞬時に蒸発させて焙焼反応を
生じさせる必要がある。液滴粒子を瞬時に焙焼するため
には、液滴粒子への伝熱が速やかに行われる必要があ
る。

【００１５】溶液粒子の気化及び焙焼反応は粒子表面で
生じるため、粒子の表面積が大きいほど気化及び焙焼反
応が速やかに進行する。焙焼反応が起こる前にまず気化
が完了する必要があるが、一般に気化を伴う急速反応の
場合には気化速度が律速すると言われている。そこで液
滴粒子径と気化速度との関係を求めると以下のようにな
る。液滴を球形と仮定し、その時の伝熱の方程式として
（１）式で示すランツ・マーシャルの式を適用すること
ができる。

【００１６】

【数１】 ここで、ｈ：熱伝達係数、 ｄ：液滴径、 ｋ：
熱伝導度、Ｒｅ：レイノルズ数、 Ｐｒ：プラントル数
である。

【００１７】実際の液滴径は１００μｍオーダーと小さ
いため、（１）式の右辺の項のうち０．６０Ｒｅ^1/2 Ｐ
ｒ^1/3 は実質的に０である。従って、（１）式は ｈｄ／ｋ＝２ となる。液滴の半径をｒとすると上記（１）式は以下の
（２）式となる。 ｈ＝ｋ／ｒ ……（２） 液滴の蒸発は表面から進行するため、液滴半径は減少す
る方向に進み、液滴体積の減少速度と熱伝達速度との間
には、以下の（３）式に示す関係が成立つ。

【００１８】

【数２】 ここで、 Ｈ_w ：液滴を気化するに要する熱量 Ｔ_g ：ガス温度 Ｔ_W ：液滴温度 である。（３）式を展開して（２）式に代入し、液滴の
気化が完了するまでの時間ｔ₀を求めると、以下の
（４）式となる。

【００１９】

【数３】 すなわち、液滴の気化時間は液滴粒子の半径ｒ₀ の２乗
に比例して長時間を要し、ガス温度が高いほど気化時間
が短くなることを示している。（４）式をもとに、液滴
直径、ガス温度及び気化時間の関係を模式的に示したの
が図１である。

【００２０】図１から明らかなように、液滴径の気化時
間に対する影響は極めて大きく、焙焼炉内での温度が定
まると、所望の急速焙焼を行うための液滴粒子径に一定
の制限が生じることが類推される。

【００２１】このような考察結果を踏まえたうえで、通
常の燃焼バーナーで燃焼ガス（通常６００〜１８００
℃）を発生し、その中に複合フェライトを得るための塩
化物水溶液を粒子径を変化させて噴霧して複合フェライ
トを製造する実験を行った結果、液滴径を１５０μｍ以
下にすれば液滴の水分を瞬時に蒸発させることができ、
溶液中の成分比と実質的に同じ成分比の複合フェライト
を得るのに十分な急速焙焼を行えることを見出した。す
なわち、液滴径を１５０μｍ以下、好ましくは１００μ
ｍ以下に規定すれば、通常のバーナーによる噴霧焙焼に
よって溶液中の成分比と実質的に同じ成分比の複合フェ
ライトが得られるのである。本発明は、本願発明者らの
このような研究結果に基づいてなされたものである。

【００２２】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。 （実施例１）

【００２３】原料溶液としてＦｅ（II），Ｍｎ（II）お
よびＺｎ（II）をそれぞれ９９．３ｇ／ｌ，３２．０ｇ
／ｌおよび１５．９ｇ／ｌを含む塩化物溶液を用い、燃
料ガスとしてコークス炉ガス（以下Ｃガスという）を用
い、このガスを通常バーナーで燃焼させ、この高温ガス
中に上記塩化物水溶液を噴霧した。この場合のＣガス量
は２７Ｎｍ³ ／時間、空気量は２４３Ｎｍ³ ／時間、液
噴霧量は２００ｃｃ／分とし、液滴粒子径を１５０μｍ
以下に制御した。なお、焙焼温度は９８０℃であった。
その結果、炉内付着物は認められなかった。また、その
際の溶液の成分比及び回収酸化物の成分比は表１に示す
ようになった。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示すように、液滴粒子径を１５０μ
ｍ以下にすることにより、回収酸化物の成分比が溶液の
成分比とほぼ一致することが確認された。これは、液滴
径を制御したことにより、急速焙焼が達成されたことを
示すものである。なお、回収酸化物は、（Ｚｎ，Ｍｎ）
Ｆｅ₂ Ｏ₄ のフェライト構造となっていることが確認さ
れた。比較のため、液滴粒子径を１５０〜２７０μｍを
約１５％含むように制御して、上述の条件と同じ条件で
噴霧焙焼を行った。

【００２６】焙焼試験の結果、生成酸化物のうち約１４
％が炉内に付着しており、噴霧粒子径の１５０〜２７０
μｍの割合とほぼ一致していた。また、その際の溶液の
成分比及び回収酸化物の成分比は表２に示すようになっ
た。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２に示すように、炉内付着物のＺｎ濃度
は明らかに溶液のＺｎ濃度よりも低く、回収酸化物にお
いてＺｎ濃度が高くなっていることが確認された。これ
は粒子径の大きな液滴が急速に焙焼されずに塩化物溶液
のまま炉内に付着した後、緩慢に焙焼されたためと考え
られる。すなわち、このように付着物が緩慢に焙焼され
ることにより、焙焼前に付着物中の蒸気圧の高いＺｎＣ
ｌ₂ が蒸発して回収酸化物と共に捕集されるため、Ｚｎ
濃度が回収酸化物で高く、付着物で低くなったものと考
えらえる。なお、このように組成変動は大きかったが、
回収酸化物は、（Ｚｎ，Ｍｎ）Ｆｅ₂ Ｏ₄ のフェライト
構造となっていることが確認された。 （実施例２）液滴粒子径を１００μｍ以下に制御した以
外は実施例１と同一条件で噴霧焙焼を行った。その際の
溶液の成分比及び回収酸化物の成分比を表３に示す。

【００２９】

【表３】 表３に示すように、回収酸化物の成分比は、表１の場合
よりもさらに溶液の成分比に近くなり、急速焙焼の効果
がより顕著に表れることが確認された。

【００３０】

【発明の効果】この発明によれば、噴霧焙焼法におい
て、溶液成分と実質的に同じ成分比の複合フェライトを
生成することができる複合フェライトの製造方法が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】噴霧焙焼における液滴直径、ガス温度及び気化
時間の関係を模式的に示した図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 伸晤 神奈川県横浜市瀬谷区宮沢町950−２ (72)発明者 原 富啓 神奈川県横浜市旭区東希望が丘71−18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２種以上の金属イオンを含む水溶液を原
   料として、これら金属の酸化物からなる複合フェライト
   を製造する方法において、前記水溶液を噴霧化し、この
   水溶液に燃焼バーナーで発生した燃焼ガスの熱エネルギ
   を供給してその液滴の水分を蒸発せしめ、かつ前記熱エ
   ネルギにより残存金属塩粒子に熱分解又は化学反応を生
   じさせて複合フェライト粒子を生成する複合フェライト
   の製造方法であって、前記水溶液の液滴径が１５０μｍ
   以下であることを特徴とする複合フェライトの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記水溶液の液滴径が１００μｍ以下で
   あることを特徴とする請求項１に記載の複合フェライト
   の製造方法。