JPS63103815A

JPS63103815A - ＳｉＯ微粉末等の連続製造装置

Info

Publication number: JPS63103815A
Application number: JP24559986A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Funabashi; 敏彦船橋; Ryoji Uchimura; 良治内村
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-10-17
Filing date: 1986-10-17
Publication date: 1988-05-09

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）本発明は、ＳｉＯ微粉末等の連続製造に関するもので、
主として０．１μｍ以下の微細アモルファス状の８１０
粉末を連続的に製造し、併せて副次的にＺｒＯ２粉末な
どを得るための装置に関するものである。

かかるＳｉｎ粉末は、Ｓｉ３Ｎ４．　ＳｉＣといった近
年非常に注目されているファインセラミックス粉末の原
料となり得るものであり、とりわけ本発明の装置で得ら
れるようなＳｉＯ粉末は０．１　μｍ以下という微細な
もので、極めて活性に富み、セラミックス合成用原料と
して工業的利用価値が非常に高い。

（従来の技術）ＳｉＯ微粉末等の製造に関する従来技術として、例えば
特公昭５９−５０６０１号公報に開示されているような
、いわゆるＳｉＯ□と炭素、あるいは、５ｉ０２と金属
Ｓｉの混合物を１５００℃以上の高温度の減圧下で反応
させてＳｉＯ蒸気を発生させ、該ｓｌｏ蒸気を還元窒化
また、還元炭化もしくは減圧した酸素雲囲気内に断熱膨
張で噴射させることにより、粒径０．１μｍ以下のアモ
ルファス状ＳｉＯ微粉末を得る方法およびそのための装
置が知られている。

（発明が解決しようとする問題点）上述したＳｉＯ微粉末等の製造に関する従来技術は、少
量生産の場合であれば良いが、多量に製造しようとする
と、ＳｉＯ蒸気を搬送するための搬送用パイプが凝縮し
たＳｉＯによって閉塞したりする。

しかも、断熱膨張で噴射させるためのノズルがＳｉＯ蒸
気によって侵食されてノズルとしての役割を果たさなく
なったり、反応物がノズルの部分に蓄積して閉塞してし
まう場合もあり、この技術は真の意味で工業化・量産化
に適した製造装置を提供するものとは云えない。

そこで、本発明者らは、ＳｉＯ微粉末等を製造する技術
に関しての上記従来技術のもつ問題点が克服できると共
に０．１　μｍ以下という極めて微細なＳｉＯ微粉末の
量産化に適した製造技術を、先に特願昭６０−１６５６
７６号として提案した。この発明の要旨を紹介すると、第１に、ＳｉＯ□系原料と炭素含有物および／または金
属珪素粉末との混合物を、０．１気圧以下に減圧した非
酸化性雰囲気中の１３００〜２０００℃の温度域で熱処
理し、ＳｉＯの蒸気を発生させ、該ＳｉＯ蒸気を前記非
酸化性ガスにより凝縮させかつ搬送し、ＳｉＯ粉末とし
て回収することにより、０．１　μｍ以下のＳＩＯ微粉
末を製造すること、第２に、ＳｉＯ□系原料と炭素含有物および／または金
属珪素粉末との混合物を、０．１気圧以下に減圧した非
酸化性雰囲気中の１３００〜２０００℃の温度域で熱処
理し、ＳｉＯの蒸気を発生させ、該ＳｉＯ蒸気を前記非
酸化性ガスにより凝縮させかつ搬送し、ＳｉＯ粉末とし
て回収する一方で、減圧熱処理された原料の残部をも別
に回収すること、そして第３に、上記各製造方法に適した製造装置を提供
する点にあった。

本発明の目的はかかる本発明者らの提案にかかる特願昭
６０−１６５６７６号で提案したＳｉＯ粉末等の製造装
置に関して、装入から排出までが減圧系で統一された連
続化プロセスを提案することにより、ＳｉＯ微粉末のみ
ならずジルコニア粉末を連続的かつ効率的に製造し得る
という要請に応えられる装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）上述した要請に応えられる装置の開発を目指し、本発明
者らは、５ｉＯ７粉末または５ｉ０２系酸化物原料と炭
素含有物、および／または金属珪素粉末との原料混合物
から３１０微粉末および２ｒＯ７粉末などの副製品を連
続的に効率良く製造するための装置について種々検討し
た結果、竪型炉の形式を踏襄した次の事項を要旨構成と
する手段が有効であることがわかった。

主としてＳｉＯ□系酸化物粉末からなる原料混合物を、
減圧非酸化性雰囲気中で熱処理することによりＳｉＯ蒸
気を発生させ、その後このＳｉＯ蒸気を気相中で凝縮さ
せてＳｉＯ粉末として回収する装置であって、上・下にそれぞれ原料供給系、副製品取出し系を接続し
てなる主反応塔内に、上下方向が予熱帯、均熱帯、冷却
帯として作用するマツフルを設け、このマツフルの中央
部均熱帯からは水平方向に突出するＳｉＯ蒸気搬送用パ
イプを配設すると共にその搬送用パイプの他端にはＳｉ
Ｏ粉未回収室を配設し、そして前記マツフルおよび搬送
用パイプのまわりには発熱体を配設した構成を有するＳ
ｉＯ微粉末等の連続製造装置。

次に、上記装置について具体的に説明する。第１図は、
本発明の代表的な構成例であり、原料の供給から主製品
の反応残材である副製品の排出に至るまでが竪型炉の形
式を有し、主反応塔が予熱帯、均熱帯、冷却帯となって
いて、本発明で回収しようとするＳｉＯ微粉末は前記均
熱帯から水平方向に１以上、より好ましくは複数個のＳ
ｉＯ蒸気（般送用バイブを具えているものである。

図において、図示の符号１は、竪形減圧熱処理炉である
主反応塔であって、この塔内軸方向（上下方向）には上
部から予熱帯Ａ、均熱帯Ｂ、冷却帯Ｃとなっているマツ
フル２が貫通するように配設しである。このマツフル２
の上端塔外には、２個の装入用バルブ３ａ、　３ｂを介
在させた上・下原料ホッパー４ａ、　４ｂからなる原料
供給系が接続され、また該マツフル２の下端塔外には、
副製品取出しシュート５、シールバルブ６、副製品回収
室７からなる副製品取出し系が接続されている。

上記主反応塔１内には、マツフル２のまわり、特に予熱
帯Ａと均熱帯Ｂの領域、および該マツフル２の均熱帯Ｂ
部から水平方向に突設した発生Ｓｉｎ蒸気の搬出用パイ
プ８．９のまわりに発熱帯１０が配設しである。

蒸気Ｓｉｎ蒸気の搬送用パイプ８．９の遊端部には、そ
れぞれＳｉＯ粉未回収室１１．１２が気密に接続されて
おり、この回収室１１．１２下部にはＳｉＯ微粉末を外
に抜き出すための排出用バルブ１３が設けである。なお
、図示の１４．はバグフィルタ−１１５は排気用配管で
、１６．は排出用バルブである。

上記マツフル２の下端には、内部に充填しておく原料混
合物を支持するための可動開閉ストッパー２１があり、
このストッパーを退避させると、マツフル２内に残留す
るＳｉｎ蒸気を抜き出した後の残材である副製品が落下
し、シールバルブ６、副製品回収室７を通ってジルコニ
ア粉末等の該副製品を抜き出すことができる。

なお、図示の符号１７．１８は、非酸化性ガス注入口で
、Ｓｉｎ蒸気のキャリアガスとなり、最終的にはフィル
ターを通り排気用配管１５を経てロークリ−ポンプ等を
用いる真空排気装置に吸引される。

また、上記マツフル２は発生したＳｉＯ蒸気から発熱体
ｌＯを保護するのに有効であり、１９は発熱体空間部分
の排気用配管、２０はバクフィルターの逆洗用のガス注
入口である。

上述した説明において、発熱体１０は黒鉛質の棒状のも
のを配設する形式を好適例とし、主反応室を構成する炉
体は水冷ジャケットを配設した形式、マツフル２および
Ｓｉ０１Ｍ送用パイプ８，９の材質としては黒鉛系、Ｓ
ｉＣ系のものが好適であり、さらに炉壁には黒鉛系等の
断熱材を用いるのが好適である。

（作　用）さて、課題解決のために採用した上記製造装置によって
、ＳｉＯ微粉末を製造する方法について以　　　　′下
にその具体的内容を説明する。

本発明製造装置に使用するＳｉＯ□系原料粉末としては
、特に限定されないが、ＳｉＯ蒸気を効率良（発生させ
るために、微細な粉末の方が望ましい。

また、得られるＳｉＯ微粉末を高純度に維持するために
、使用する５ｉ０２扮末も高純度のものの方が良い。例
えば天然の高純度石英粉末や水ガラスに酸あるいは炭酸
ガスを反応させて製造される：いわゆる湿式法によるＳ
ｉＯ□粉末などが好適である。その他、５ｉｎ２を含む
酸化物粉末が原料として有効である。例えば、ＳｉＯ２
を含む酸化物としては、ジルコン（ＺｒＯ７・ＳｉＯ２
）粉末、ムライト（３Ａ１２０３　・２ＳｉＯ２）粉末
、ワラストナイト（ＣａＯ−５ｉｎ２）粉末などがある
。さらにはこうした成分を含有する酸化物のガラス粉末
も使用可能である。

上記ＳｉＯ□系原料に対しては炭素含有物を混合するが
、炭素含有物としては石油コークスや石炭ピッチ、カー
ボンブラック、各種有機樹脂などいずれを用いてもよい
。また、炭素含有物のかわりに金属珪素粉末を用いても
同様であり、そして炭素含有物と金属珪素粉末を同時に
混合しても同様である。

これらの原料混合粉は、上記原料ホッパー４ａから装入
用バルブ３ａ、　３ｂを介してガス置換室となる下部原
料ホッパー４ｂを経て、マツフル２内に連続的に装入さ
れ、マツフル２内に充填された状態となる。

次に、マツフル２内に充填されたＳｉ［ｌ□系原料と炭
素含有物物および／または金属珪素粉末との混合粉末、
又はそれらの成形体は０．１気圧以下の非酸化性雰囲気
の減圧下に保持され、発熱体１０の作用により１３００
〜２０００℃の温度範囲に加熱する熱処理を受ける。マ
ツフル２内の雰囲気圧力は、効率的にＳｉｎ蒸気を発生
させるために、０．１気圧以下にするのが好適である。

かようにして熱処理を行うと、ＳｉＯ２粉末と炭素含有
物、あるいは金属Ｓ１粉末とを混合しているため、下記
（１）、　（２）式により、それぞれ反応が進行し、Ｓ
ｉｎ蒸気が発生する。

Ｓｉｎ□（Ｃｓ）＋Ｃ（ｓ）　　−Ｓｉｎ（ｇ）＋ＣＯ
（ｇ）　　−（１）ＳｉＯ□（ｊ！、ｓ）＋５ｉ（ｓ）
　　＝　　２３ｉＯ（ｇ）　　　　　・”　　（２）（
１）式の反応を１気圧−ｑ、ｍ続して進行させるために
必要な熱力学的温度は、１７５０℃以上である。ところ
が、上記したように原料の供給から排出までのプロセス
を減圧雰囲気にすれば、（１）式の反応を進行させるた
めに必要な熱力学的な温度は、例えば０．１気圧下では
１６４０℃、０．Ｏ１気圧下では１５４０℃となり、圧
ノＪを１桁下げれば、反応に必要な熱処理温度は１００
℃前後低下する。このことから（１）。

（２）式の反応を減圧下で行えば、低温度、短時間で熱
処理ができ、ＳｉＯ蒸気を効率良く発生させることがで
きる。

上述の如き減圧熱処理条件下の主反応塔のマツフル２内
で８１０蒸気を発生させるが、さらに本発明装置は、熱
処理の際に、ガス注入口１７．１８から非酸化性ガスを
減圧熱処理のための炉の中に導入し、炉内で発生したＳ
ｉＯ蒸気を気相中で凝縮させると同時に気密下で加熱保
温された状態の搬送用パイプ８・・・を経て、ＳＩＯ粉
未回収室１１内へ搬送し、ＳｉＯ粉末として回収する。

このときガス注入口１７゜１８を通り外部より炉内に導
入する非酸化性ガスとしては、Ｎ２．　八ｒ、　ｃｏ、
　８２などのガスが好適である。

こうした非酸化性ガスを外部から導入する理由には以下
の三つの目的がある。

■　ＳｉＯ蒸気を効率良く被熱処理物から搬送除去させ
る。

■　ＳＩＯ蒸気を急冷することによって気を目から急速
に凝縮させてＳｉＯを超微粉化させる。

■　生成したＳｉＯ微粉末を気流に乗せて粉末回収装置
まで搬送させる。

このＳｉＯ微粉末の製造方法に関しての従来技術である
特公昭５９−５０６０１号公報によれば、ＳｉＯ蒸気を
先細ノズノベまたは末広ノズルを用いて０．６〜数マツ
ハの速度でノズルから噴射し、断熱膨張させることによ
って急冷し、ＳｉＯ微粉末を得るとある。しかし、本発
明装置によると、かような製造技術および製造装置上の
繁雑さなしに、単に外部から炉内に非酸化性ガスを導入
することにより、発生したＳｉＯ蒸気を気相中でそのま
ま凝縮・搬送させ、容易にＳｉＯ微粉末を製造すること
が可能である。

なお、非酸化性ガス責注入する目的は、前述の■〜■が
上げられるが、ＳｉＯ蒸気からのＳｉＯ粉末の生成の過
程については、ＳｉＯ蒸気の被熱処理物からの発生と同
時に、注入した非酸化性ガスの急冷作用によりＳｉＯ微
粉末が気相中凝縮により生成すると考えられる。そして
、以上の過程で発生したＳｉＯ微粉末は前記非酸化性ガ
スの気流に乗せてＳｉＯ粉未回収室１１まで順送させた
後、排出用バルブ１３．　１６から取出し、一方ガスに
ついてはバグフィルタ−１４を経由させて排気用配管１
５を通じて排気する。

一方、マツフル２下端からはストッパー２１を進退させ
ながらジルコニア粉末等の副製品を取出す。

（実施例）ＳｉＯ２含有１９９．５％のＳｉＯ２￥Ａ末およびＺｒ
Ｏ□とＳｉＯ□の合計含有量が９９．０％のジルコン粉
末と石炭ピッチとから、ＳｉＯ□と石炭ピッチ中の固定
炭素量との混合モル比（Ｃ／５ＩＧ２）が１．０　とな
るように均一に混合し、原料混合物を得た。これらの原
料混合物を第１図に示した装置を用いて第２図に示した
温度・圧カバターンにて熱処理を行った。その結果、Ｓ
ｉＯ粉未回収室からは粒径が０．１　μｍ以下のＳｉＯ
微粉末が収率７０％以上で大量に得られた。

一方、副製品回収室には、９９％以上の高純度ジルコニ
ア粉末が高収率で大量に製造できた。

（発明の効果）以上述べたように本発明製費装置によれば、５ｉ０２系
原料と、炭素含有物または金属珪素粉末とからなる原料
混合物から、ＳｉＯ微粉末のみならびＳｉＯ微粉末と原
料中に含まれる成分である酸化物粉末（例えばジルコニ
ア粉末）を、連続的に効率良く区別して取出しｆＷ、る
形で製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の断面図、第２図は、実施例で採用した熱処理時のヒートパターン
の説明図である。 ■・・・主反応塔　　　　２・・・マツフル３ａ、　３
ｂ・・・装入用バルブ４ａ・・・上原料ホッパー４ｂ・・・下原料ホッパー５・・・排出シュート　　６・・・シールバルブ７・・
・副製品回収室８．９・・・搬送用パイプ（Ｓｉｎ蒸気）ｌＯ・・・発
熱体　　　　　１１．１２・・・ＳｉＯ粉未回収室１３
、１６・・・排出用バルブ１４、１４　’・・・バルブフィルター１５・・・排気
用配管１７、１８・・・ガス注入口（非酸化性）１９・・・排
気用配管２０・・・逆洗用ガス注入口２１・・・ストッパー

Claims

【特許請求の範囲】１、主としてＳｉＯ＿２系酸化物粉末からなる原料混合
物を減圧非酸化性雰囲気中で熱処理することによりＳｉ
Ｏ蒸気を発生させ、その後このＳｉＯ蒸気を気相中で凝
縮させてＳｉＯ粉末として回収する装置であって、上・下にそれぞれ原料供給系、副製品取出し系を接続してなる主反応塔内に、上下方向が予熱帯、
均熱帯、冷却帯として作用するマッフルを設け、このマ
ッフルの中央部均熱帯からは水平方向に突出するＳｉＯ
蒸気搬送用パイプを配設すると共にその搬送用パイプの
他端にはＳｉＯ粉末回収室を配設し、そして前記マッフ
ルおよび搬送用パイプのまわりには発熱体を配設した構
成を有するＳｉＯ微粉末等の連続製造装置。