JPS6313934B2 - - Google Patents
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Description
本発明は、微細な粒子形状を有する強磁性鉄化
合物の製造方法に関する。更により詳しくは磁気
記録用強磁性鉄酸化物Fe3O4、γ−Fe2O3およ
び/または金属(α−Fe)微粒子の製造法に関
する。 磁気記録用磁性素材については、高い保磁力
(Hc)を有し、飽和磁化率(σs)、残留磁化率
(σr)共に高く、かつ角形比(R=σr/σs)が大
きい等の磁気特性が要求される。鉄系強磁性化合
物の場合、微細な針状粒子形態を与える事が有利
である事から、針状オキシ水酸化鉄粒子や、針状
酸化鉄粒子の製造法が数多く報告されている。例
えば特許166146号(昭19.8.4)には、FeSO4・
7H2Oを鉄原料とし、NaOHによる中和反応後、
空気酸化および種づけ結晶化法を応用する針状オ
キシ水酸化鉄粒子の製造法が述べられている。 これら従来の針状鉄化合物製造法の欠点として
は(イ)微細な針状オキシ水酸化粒子を還元性ガスに
より接触反応させて針状Fe3O4粒子を形成させた
場合、また更に(ロ)該針状Fe3O4粒子を酸化性ガス
により処理して針状γ−Fe2O3粒子とする場合、
(ハ)微細な針状オキシ水酸化鉄粒子および/または
鉄酸化物粒子から、還元性ガスによる接触反応に
よりα−Fe粒子を形成せしめる場合において、
原料としたオキシ水酸化鉄粒子および/または鉄
酸化物粒子の殆んど大部分が微細な針状形態を有
していても、酸化性ガスおよび/または還元性ガ
スによる接触反応の結果、粒子の破損、破壊更に
は焼結が不可避的に生ずることである。その結
果、該微粒子の磁気特性の著しい劣化、すなわち
保持力、飽和磁化率、残留磁化率、角形比の低下
をもたらし、磁気記録用強磁性鉄化合物に要求さ
れる性状を大きく損なつている。本発明の目的
は、このような粒子の破壊の起らない強磁性鉄化
合物微粒子の製造法を提供することである。 即ち、本発明者等は、AおよびP元素を含む
微細な針状オキシ水酸化鉄微粒子が極めて良好な
原料適性を示し、還元および/または酸化反応に
よつて粒子形態の破損、破壊、更には焼結を殆ん
ど発生させない事実を見い出し、本発明に到達し
たものである。 従来よりAが副成分として含まれる強磁性鉄
化合物としては、例えばFe−A−Ni−Co系合
金類やFe−A−Si系合金類等のいわゆる磁石
材料が知られている。しかし、磁気記録用磁性素
材への適用については、要求される粒子形態を充
分に満足するオキシ水酸化鉄粒子等の原料の製造
が困難になる等のため、殆んど成されていなかつ
た。 また、Pが副成分として含まれる磁気記録用強
磁性鉄化合物としては、塗料化工程での微細粒子
の分散効果を向上させるため、P含有界面活性剤
を吸着させたオキシ水酸化鉄粒子を原料とした
Fe3O4やγ−Fe2O3が知られているに過ぎなかつ
た。 本発明者等は、磁気記録用強磁性鉄化合物の原
料として好適な針状オキシ水酸化鉄粒子の製造法
の検討を続けた結果、AおよびPを微量副成分
として含有させたものが特定の含有率において、
既述の還元および/または酸化反応によるFe3O4
またはγ−Fe2O3、とりわけα−Fe粒子製造に対
して極めて顕著な粒子形態保持能を示し、好適な
原料となり得る事を見い出し、本発明を完成した
ものである。 本発明の構成は、AおよびP元素を副成分と
して特定量含有させた微細な針状オキシ水酸化鉄
微粒子を製造し、これを公知の還元および/また
は酸化反応によつて処理して、粒子形態の破損、
破壊、更には焼結等の殆んどない強磁性鉄化合物
微粒子を得る事を内容とするものである。 本発明で使用するAおよびP元素の含有量
は、特定範囲内にある事が必要であり、この場合
において始めて既述の極立つた粒子形態保持能が
発現する。この事実は従来の合金系磁石材料等に
おいてAやP元素が課す役割とは全く異なるも
のであり、予期し得ない事であつた。すなわち、
AおよびPのFeとの原子重量比が、おのおの
A/Fe、P/Feともに0.05/100〜5/100の
範囲内にある事が必須要件なのである。 この範囲下限より少量では、AおよびP元素
の共存効果は顕著ではなく、既述の還元および/
または酸化反応処理によつて粒子形態に破損、破
壊更には焼結等が生じやすい。また該範囲上限以
上ではオキシ水酸化鉄形成が困難か、あるいはオ
キシ水酸化鉄の段階で針状粒子形成が困難に成り
易く、樹枝状粒子や球状粒子が副生しやすくな
る。 AおよびPを副成分として含む針状オキシ水
酸化鉄粒子は、第1鉄塩または第1鉄塩と第2鉄
塩混合物の水溶液のアルカリ剤による中和反応、
およびそれに引き続いて酸化性ガス等による酸化
反応によつて針状オキシ水酸化鉄粒子を製造する
公知の方法において、 溶解度積等から計算した所定量の硝酸アルミ
ニウムや硫酸アルミニウム等のアルミニウム含
有化合物と、リン酸ソーダ塩等のP含有化合物
とを鉄塩またはアルカリ剤水溶液中に共存させ
てアルカリ剤または鉄塩水溶液による正中和ま
たは逆中和共沈法で導入する方法(共沈法)、 上述の中和反応完結時にA含有化合物とP
含有化合物を添加したのち酸化反応を実施する
方法(被着法)、 前述の酸化反応進行中、または終了時に計算
量のA含有化合物とP含有化合物とを添加す
る方法(被着法)、 公知の方法で製造した針状オキシ水酸化物を
乾燥体あるいは反焼体となしたのち、A含有
化合物およびP含有化合物を混合する方法(練
り込み法)、 等が行われ、そのいずれでもよいが、なかでも
及びの方法が最も効果的である。 本発明に使用するA含有化合物としては、硝
酸アルミニウム等の無機塩類、アルキルアルミニ
ウムなどの有機アルミニウム化合物、水酸化アル
ミニウムなどの無機アルミニウム化合物等を例示
することができる。 本発明に使用するP含有化合物としては、リン
酸ソーダ等のリン酸塩、リン酸、五酸化リン、リ
ンを含む界面活性剤などを例示することができ
る。 本発明において、使用される第1鉄塩は、硫酸
塩、塩化物あるいは種々の鉱酸塩類であり、単独
もしくは2種以上の併用が可能である。硫酸塩が
最もよく多用される。更に第2鉄塩は、硫酸塩、
硝酸塩、炭酸塩、塩化物や種々の鉱酸塩類であ
る。第1鉄塩として硫酸塩を使用する場合は、併
用する第2鉄塩としては硫酸塩および/または硝
酸塩が好ましいが、これに必ずしも限定されるも
のではない。 また本発明において使用されるアルカリとは、
KOHやNaOH等の水酸化アルカリ、K2CO3や
Na2CO3等の炭酸アルカリ、またはNH3の水溶
液、更に尿素などの様に水溶液状態での加熱によ
り熱分解を起して実質的にNH3と同じ作用を有
する物質を指す。これらのどれを選択しても本発
明の実施が本質的に可能である。 微細な針状オキシ水酸化鉄粒子は、A含有化
合物およびP含有化合物の添加以外の工程につい
ては、公知の方法に準じて製造する事ができる。
すなわち、第1鉄塩あるいは第1鉄塩と第2鉄塩
との混合物を水溶液とし、次いでアルカリ水溶液
を投入して中和反応を行わせて不溶性物質を形成
させ、次に空気により酸化反応を続けると微細な
針状オキシ水酸化鉄が形成される。 共沈方法でAおよびP成分を副成分として導
入を計る場合は、前記の方法によればよい。 この湿式中和、酸化反応においては、鉄塩の種
類・量・水溶液濃度、AやP含有化合物の種
類・量、またアルカリ物質の種類・量、水溶液濃
度、更に中和反応段階での温度および維持時間や
酸化反応を進めるための温度および空気供給量、
速度、時間等の多くの操作因子があり、最終生成
物であるオキシ水酸化鉄粒子の形態に微妙な影響
を与える。AやP含有化合物を副成分として導
入する事によつて生ずる影響は複雑で多岐にわた
るが、一般的に言えばAやP含有化合物を用い
ない公知の場合との比較において、中和酸化反応
温度を5〜10℃高く設定し、場合によつては空気
供給量を20〜40%増量すれば、殆んど同時の粒子
形態を示すオキシ水酸化鉄粒子を製造する事がで
きる。 湿式中和、酸化反応によつて形成されたオキシ
水酸化鉄粒子は、水洗、過操作を経た後、通常
100〜150℃で空気浴中で乾燥し、必要に応じて微
粉化あるいは顆粒化して乾燥オキシ水酸化鉄粒子
粉末を得る。場合によつては更に250〜300℃での
仮焼を行ない、仮焼オキシ水酸化鉄粒子粉末とし
てもよい。 AおよびP成分を被着法や練り込み法等の表
面処理方法で副成分として導入する場合には、既
述の〜の方法をとればよい。 乾燥乃至仮焼オキシ水酸化鉄粒子粉末を原料と
して、強磁性酸化鉄(Fe3O4、γ−Fe2O3)、およ
び/または強磁性金属鉄(α−Fe)粒子を製造
するには、公知の方法に準じて行なう事ができ
る。 即ち、例えば反応用原料ガスの予熱器を備え、
また外部より温度規制可能な鋼管製反応器に乾燥
あるいは仮焼オキシ水酸化鉄微粒子粉末を充填
し、300〜500℃で還元性ガスを導入して、また場
合によつては水を適当量同伴して接触反応させれ
ばFe3O4粒子粉末が得られ、また引き続き200〜
400℃で酸化性ガスを導入して接触酸化反応を行
なう事によつてγ−Fe2O3粒子粉末が得られる。
また乾燥あるいは仮焼オキシ水酸化鉄粒子粉末ま
たは上記強磁性酸化鉄微粒子粉末を直接原料とし
て用い、同様な反応器で200〜500℃で還元性ガス
による接触還元反応を行なう事によつてα−Fe
微粒子粉末を製造する事が可能である。これら酸
化あるいは還元反応の反応器は、固定床、移動床
いずれの型式でもよく、また常圧反応である必要
はなく加圧下でもよい。本発明では、反応用原料
ガスの供給量、供給速度には原則的には大きな制
限は必要ないが、気体空間速度(GHSV)で表
示すれば0.1〜100N/gr−Fe/hr、好ましく
は2−50N/gr−Fe/hrの範囲が適当であ
る。この範囲より少ない量では反応の進行が遅く
現実的ではなく、またこれより多い量では反応器
内の圧損が増大するので反応操作上必ずしも適切
とは言えない。 更に反応温度範囲についても上記範囲からはず
れると、低温度では反応進行速度が遅く、反応の
完結に長時間を要して現実的ではなくなり、高温
側では反応速度が早すぎるため不必要な粒子破
損、破壊、更には焼結をまねきやすくなる傾向が
ある。 本発明の方法により、AおよびP元素を副成
分として含む針状オキシ水酸化鉄微粒子を原料と
して、気固接触反応によつて得た強磁性酸化鉄
(Fe3O4、γ−Fe2O3)および金属鉄(α−Fe)
微粒子の形態は、高倍率の電子顕微鏡観察によれ
ば原料とした針状オキシ水酸化鉄微粒子の形態を
殆んど完全に保持しており、粒子の破損、破壊、
更には粒子間架橋すなわち焼結の様な現象は殆ん
ど見られない。更に本発明の方法により製造した
強磁性鉄化合物の磁気特性も、例えば保持力
(Hc)で見ると、粒子の大きさや針状比によつて
も変わるが、Fe3O3およびγ−Fe2O3の場合、Hc
=350〜550 Oe、またα−Feの場合Hc=1000〜
1500 Oeと極めて高いHcを有し、磁気記録用強
磁性鉄化合物に要求される性状をよく満足させる
ものであり実用的価値が高い。 以下、実施例および比較例により本発明を詳細
に説明する。 実施例 1 A AおよびP−含有オキシ水酸化鉄針状粒子
の製造 撹拌機付、内容積50の反応器を使用する。
FeSO4・7H2O 1000grを、50℃に保温した
H2O20中に投入して水溶液とする。 次いで、あらかじめ用意しておいたNaOH
900grをH2O 1000ml中に溶解させた50℃水溶
液を徐々に投入して60分間撹拌混合を続け、中和
反応を完結させた後、器内の液を60℃に昇温加熱
して、100N/min.の供給速度で空気を吹き込
み、酸化反応を開始し、5時間続けた。 この段階で、黄色状のオキシ水酸化鉄が不溶性
沈澱粒子として得られる。 次に反応器を室温に放冷し、以後水洗、吸引
過によりオキシ水酸化鉄粒子のペースト状物を
得、このオキシ水酸化鉄100grに対して硝酸ア
ルミニウム9水塩を1.3gr、ヘキサメタリン酸
ソーダを0.6grの割合で加えてらいかい混合を
行なつた。次いでこのペースト状物を110℃で一
夜乾燥して、AおよびP−含有乾燥オキシ水酸
化鉄粒子固形物を得た。このものを木ハンマーを
用いて6〜12メツシユの顆粒状物に粗砕して、A
およびP−含有乾燥オキシ水酸化鉄粒子顆粒体
とした。 この顆粒体を常法により50000倍の倍率で電子
顕微鏡観察に供した所、形状のよく揃つた針状微
粒子のみが凝集のない最小単位として存在し、大
きさは主として長軸0.5〜0.6μ、短軸0.04〜0.06μ
であつた。 B Aおよびp−含有Fe3O4磁性粒子の製造お
よび磁気特性の評価 上記の微細な針状オキシ水酸化鉄微粒子顆粒体
100grを、反応ガス用予熱器を持ち、またSic粒
子等からなる流動浴により長軸方向への均一な加
熱規制可能な内径1.5インチの鋼管製反応器へ充
填し、H2ガスを6.00N/hrの供給速度で導入し
て、390℃で還元を行ない、磁性体であるAお
よびP−含有Fe3O4粒子顆粒体を製造した。 電子顕微鏡により観察したAおよびP−含有
Fe3O4粒子顆粒体の粒子形態は、微細な針状形粒
子を最小粒子単体として持ち、長軸0.5〜0.6μ、
短軸は0.04〜0.06μで、原料としたAおよびP
−含有オキシ水酸化鉄粒子顆粒体の最小粒子単位
の形態をよく継承しており、破損、破壊、更には
焼結した粒子は殆んど認められなかつた。 このAおよびP含有Fe3O4粒子顆粒体の磁気
特性を評価した所、Hc=501 Oe、σs=
70.5emu/gr.およびR=0.52であつた。 C AおよびP−含有γ−Fe2O3磁性粒子の製
造および磁気特性の評価 上記(B)に記載したAおよびP−含有Fe3O4粒
子顆粒体を、熱風流通式の電気乾燥器を利用し
て、300℃で空気酸化して、磁性体であるAお
よびP−含有γ−Fe2O3粒子顆粒体を製造した。 該AおよびP含有γ−Fe2O3粒子顆粒体の最
小粒子単位を電子顕微鏡で観察した所、主たる長
軸0.5〜0.6μ、短軸0.04〜0.06μの針状粒子形態を
示し、破損、破壊または焼結を示す粒子は殆んど
見られず、原料としたAおよびP含有針状
Fe3O4粒子顆粒体の最小粒子単位の形態を忠実に
継承していた。 このAおよびP含有γ−Fe2O3粒子顆粒体の
磁気特性は、Hc=390 Oe、σs=70.9emu/gr、
R=0.51であつた。 D AおよびP−含有α−Fe磁性粒子の製造
および磁気特性の評価 (A)で製造した針状オキシ水酸化鉄粒子顆粒体を
用いて、H2−還元により針状α−Fe粒子顆粒体
を製造する例を示した。 すなわち、原料粒子顆粒体100grを、(B)に記
載した反応器に充填し、H2ガスをGHSV=35N
−H2/gr−Fe/hr.の供給速度で流通させ
て、360℃で8時間還元反応を行なつた。 反応終了後、室温へ降温させて、N2ガス雰囲
気下で還元粒子顆粒体を採取、X−線回折像の測
定に供した所、あらかじめ作成しておいた検量線
から、98%以上が高結晶性のα−Fe結晶を示し
た。 また高倍率の電子顕微鏡観察に供した所、主た
る長軸0.4〜0.5μ、短軸0.04〜0.05μの針状粒子形
態を示し、粒子の破損、破壊または焼結等は殆ん
ど見られず、原料としたAおよびP含有針状オ
キシ水酸化鉄粒子顆粒体の最小粒子単位の形態を
よく継承していた。 このAおよびP含有α−Fe粒子顆粒体の磁
気特性はHc=1280 Oe、σs=181.5 emu/gr.、
およびR=0.50であつた。 実施例 2〜6 実施例1(A)記載のオキシ水酸化鉄粒子製造方法
において、FeSO4・7H2O水溶液側へA
(NO3)3・9H2Oを、NaOH水溶液側へ
(NaPO3)6を共存させて、共沈法によりAおよ
びPを副成分として導入た乾燥変性型オキシ水酸
化鉄粒子顆粒体を製造した。 該乾燥顆粒体を実施例1(D)と同様にしてH2−
還元し、96%以上が高結晶性のα−Fe成分であ
る還元粒子顆粒体を得た。 結果を表1に示した。 比較例 1 実施例1(A)記載の方法において、AおよびP
変性を行なう事なく、主たる長軸0.5〜0.6μ、短
軸0.04〜0.06μの針状オキシ水酸化鉄粒子の乾燥
顆粒体を製造した。 このオキシ水酸化鉄粒子顆粒体を用いて、実施
例1(B)と全く同様にしてFe3O4粒子顆粒体を製造
した所、一部に0.2μ程度の球状体様微粒子が見ら
れ、更に原料として使用したオキシ水酸化鉄粒子
顆粒体の最小粒子単位である針状微粒子の形態を
おおまかには保持するものの、微粒子表面は
0.05μ程度の凹凸が認められた。 得られたFe3O4粒子顆粒体の磁気特性は、Hc
=405 Oe、σs=70.Oemu/grおよびR=0.46で
あつた。 比較例 2 比較例1に記載したFe3O4粒子顆粒体を、実施
例1(C)と全く同様にして空気酸化してγ−Fe2O3
粒子顆粒体を製造した。 原料としたFe3O4粒子顆粒体自体0.2μ程度の球
状体様粒子を一部含んでいたが、生成γ−Fe2O3
粒子顆粒体においても0.2〜0.3μ程度の球状体様
粒子をいく分増加して含み、更に長軸0.4〜0.5μ、
短軸0.04〜0.05μを主とした針状粒子を主成分と
して持つものの、粒子表面は0.05〜0.08μ程度の
凹凸が顕著に認められるものを多数含むものであ
つた。 このγ−Fe2O3粒子顆粒体の磁気特性は、Hc
=325 Oe、σs=66.9emu/gr.、R=0.47であつ
た。 比較例 3〜5 比較例1に記載した針状オキシ水酸化鉄粒子顆
粒体、また同比較例において一部粒子形状に変化
の見られた主として針状なFe3O4粒子顆粒体、更
に比較例2に記載した一部粒子形状に変化の見ら
れた主として針状なγ−Fe2O3粒子顆粒体を用
い、実施例1(B)に記載した反応器を利用してH2
−還元を行なつた。 H2ガス供給速度:GHSV=35.0N−H2/g
r−Fe/hr. 還元温度:T=345℃ 維持時間:t=15.0hrs. 既述の方法により還元化粒子顆粒体の結晶形態
および磁気特性を測定した所、いずれも98%以上
のα−Fe結晶体であり、更に表2に示す結果が
得られた。 比較例 6 実施例2〜6記載の方法において、Aおよび
P成分をFeとの原子重量比でFe−A−P=100
−7.5−5.5となる様に共沈方法で変性型オキシ水
酸化鉄粒子を製造する事を試みたが、空気酸化を
長期にわたつて続けても、黄色状オキシ水酸化鉄
粒子は形成されず、黒色状の含水Fe3O4が得ら
れ、しかもこの含水Fe3O4は、0.4〜0.7μ程度の径
を有する球状様の形態を示すに留まつた。 これを加熱脱水してFe3O4粒子としても、磁気
特性はHc=286 Oeと満足されるものではなかつ
た。 比較例 7 実施例1(A)と同様にして、湿式混合法により
Fe−A−P=100−10.0−0.45重量比組成を有
する針状オキシ水酸化鉄粒子の乾燥顆粒体を製造
した。 該顆粒体を、実施例1(B)に記載した反応器を利
用してH2−還元を行なつた: H2ガス供給速度:GHSV=35.0N−H2/g
r−Fe/hr 還元温度:T=390℃ 維持時間:t=9hrs. 還元粒子顆粒体の還元率は88%、最小粒子単位
は主たる長軸0.5〜0.6μ、短軸0.04〜0.05μの針状
粒子が主であつたが、0.5μ程度の球状微粒子が20
〜30%程存在していた。また該顆粒体の磁気特性
はHc=980 Oe、σs=102.4emu/gr.、R=0.44
に留まつた。 比較例 8 実施例1(A)と全く同様にして、Fe−A=100
−4.0重量組成比を持つA変性オキシ水酸化鉄
粒子の乾燥顆粒体を製造した。 該顆粒体を比較例7と全く同様にしてH2−還
元反応に供し、還元率98%の還元粒子顆粒体を製
造した。該顆粒体の磁気特性はHc=912 Oe、σs
=98.1emu/gr.、およびR=0.45に留まつた。 比較例 9 実施例1(A)と全く同様にして、Fe−P=100−
3.0重量組成比を持つP変性オキシ水酸化鉄粒子
の乾燥顆粒体を製造した。 該顆粒体を比較例7と全く同様にしてH2−還
元反応に供し、還元率98.5%の還元粒子顆粒体を
製造した。このものの磁気特性はHc=941 Oe、
σs=101.3emu/gr.、およびR=0.47に留まつ
た。
合物の製造方法に関する。更により詳しくは磁気
記録用強磁性鉄酸化物Fe3O4、γ−Fe2O3およ
び/または金属(α−Fe)微粒子の製造法に関
する。 磁気記録用磁性素材については、高い保磁力
(Hc)を有し、飽和磁化率(σs)、残留磁化率
(σr)共に高く、かつ角形比(R=σr/σs)が大
きい等の磁気特性が要求される。鉄系強磁性化合
物の場合、微細な針状粒子形態を与える事が有利
である事から、針状オキシ水酸化鉄粒子や、針状
酸化鉄粒子の製造法が数多く報告されている。例
えば特許166146号(昭19.8.4)には、FeSO4・
7H2Oを鉄原料とし、NaOHによる中和反応後、
空気酸化および種づけ結晶化法を応用する針状オ
キシ水酸化鉄粒子の製造法が述べられている。 これら従来の針状鉄化合物製造法の欠点として
は(イ)微細な針状オキシ水酸化粒子を還元性ガスに
より接触反応させて針状Fe3O4粒子を形成させた
場合、また更に(ロ)該針状Fe3O4粒子を酸化性ガス
により処理して針状γ−Fe2O3粒子とする場合、
(ハ)微細な針状オキシ水酸化鉄粒子および/または
鉄酸化物粒子から、還元性ガスによる接触反応に
よりα−Fe粒子を形成せしめる場合において、
原料としたオキシ水酸化鉄粒子および/または鉄
酸化物粒子の殆んど大部分が微細な針状形態を有
していても、酸化性ガスおよび/または還元性ガ
スによる接触反応の結果、粒子の破損、破壊更に
は焼結が不可避的に生ずることである。その結
果、該微粒子の磁気特性の著しい劣化、すなわち
保持力、飽和磁化率、残留磁化率、角形比の低下
をもたらし、磁気記録用強磁性鉄化合物に要求さ
れる性状を大きく損なつている。本発明の目的
は、このような粒子の破壊の起らない強磁性鉄化
合物微粒子の製造法を提供することである。 即ち、本発明者等は、AおよびP元素を含む
微細な針状オキシ水酸化鉄微粒子が極めて良好な
原料適性を示し、還元および/または酸化反応に
よつて粒子形態の破損、破壊、更には焼結を殆ん
ど発生させない事実を見い出し、本発明に到達し
たものである。 従来よりAが副成分として含まれる強磁性鉄
化合物としては、例えばFe−A−Ni−Co系合
金類やFe−A−Si系合金類等のいわゆる磁石
材料が知られている。しかし、磁気記録用磁性素
材への適用については、要求される粒子形態を充
分に満足するオキシ水酸化鉄粒子等の原料の製造
が困難になる等のため、殆んど成されていなかつ
た。 また、Pが副成分として含まれる磁気記録用強
磁性鉄化合物としては、塗料化工程での微細粒子
の分散効果を向上させるため、P含有界面活性剤
を吸着させたオキシ水酸化鉄粒子を原料とした
Fe3O4やγ−Fe2O3が知られているに過ぎなかつ
た。 本発明者等は、磁気記録用強磁性鉄化合物の原
料として好適な針状オキシ水酸化鉄粒子の製造法
の検討を続けた結果、AおよびPを微量副成分
として含有させたものが特定の含有率において、
既述の還元および/または酸化反応によるFe3O4
またはγ−Fe2O3、とりわけα−Fe粒子製造に対
して極めて顕著な粒子形態保持能を示し、好適な
原料となり得る事を見い出し、本発明を完成した
ものである。 本発明の構成は、AおよびP元素を副成分と
して特定量含有させた微細な針状オキシ水酸化鉄
微粒子を製造し、これを公知の還元および/また
は酸化反応によつて処理して、粒子形態の破損、
破壊、更には焼結等の殆んどない強磁性鉄化合物
微粒子を得る事を内容とするものである。 本発明で使用するAおよびP元素の含有量
は、特定範囲内にある事が必要であり、この場合
において始めて既述の極立つた粒子形態保持能が
発現する。この事実は従来の合金系磁石材料等に
おいてAやP元素が課す役割とは全く異なるも
のであり、予期し得ない事であつた。すなわち、
AおよびPのFeとの原子重量比が、おのおの
A/Fe、P/Feともに0.05/100〜5/100の
範囲内にある事が必須要件なのである。 この範囲下限より少量では、AおよびP元素
の共存効果は顕著ではなく、既述の還元および/
または酸化反応処理によつて粒子形態に破損、破
壊更には焼結等が生じやすい。また該範囲上限以
上ではオキシ水酸化鉄形成が困難か、あるいはオ
キシ水酸化鉄の段階で針状粒子形成が困難に成り
易く、樹枝状粒子や球状粒子が副生しやすくな
る。 AおよびPを副成分として含む針状オキシ水
酸化鉄粒子は、第1鉄塩または第1鉄塩と第2鉄
塩混合物の水溶液のアルカリ剤による中和反応、
およびそれに引き続いて酸化性ガス等による酸化
反応によつて針状オキシ水酸化鉄粒子を製造する
公知の方法において、 溶解度積等から計算した所定量の硝酸アルミ
ニウムや硫酸アルミニウム等のアルミニウム含
有化合物と、リン酸ソーダ塩等のP含有化合物
とを鉄塩またはアルカリ剤水溶液中に共存させ
てアルカリ剤または鉄塩水溶液による正中和ま
たは逆中和共沈法で導入する方法(共沈法)、 上述の中和反応完結時にA含有化合物とP
含有化合物を添加したのち酸化反応を実施する
方法(被着法)、 前述の酸化反応進行中、または終了時に計算
量のA含有化合物とP含有化合物とを添加す
る方法(被着法)、 公知の方法で製造した針状オキシ水酸化物を
乾燥体あるいは反焼体となしたのち、A含有
化合物およびP含有化合物を混合する方法(練
り込み法)、 等が行われ、そのいずれでもよいが、なかでも
及びの方法が最も効果的である。 本発明に使用するA含有化合物としては、硝
酸アルミニウム等の無機塩類、アルキルアルミニ
ウムなどの有機アルミニウム化合物、水酸化アル
ミニウムなどの無機アルミニウム化合物等を例示
することができる。 本発明に使用するP含有化合物としては、リン
酸ソーダ等のリン酸塩、リン酸、五酸化リン、リ
ンを含む界面活性剤などを例示することができ
る。 本発明において、使用される第1鉄塩は、硫酸
塩、塩化物あるいは種々の鉱酸塩類であり、単独
もしくは2種以上の併用が可能である。硫酸塩が
最もよく多用される。更に第2鉄塩は、硫酸塩、
硝酸塩、炭酸塩、塩化物や種々の鉱酸塩類であ
る。第1鉄塩として硫酸塩を使用する場合は、併
用する第2鉄塩としては硫酸塩および/または硝
酸塩が好ましいが、これに必ずしも限定されるも
のではない。 また本発明において使用されるアルカリとは、
KOHやNaOH等の水酸化アルカリ、K2CO3や
Na2CO3等の炭酸アルカリ、またはNH3の水溶
液、更に尿素などの様に水溶液状態での加熱によ
り熱分解を起して実質的にNH3と同じ作用を有
する物質を指す。これらのどれを選択しても本発
明の実施が本質的に可能である。 微細な針状オキシ水酸化鉄粒子は、A含有化
合物およびP含有化合物の添加以外の工程につい
ては、公知の方法に準じて製造する事ができる。
すなわち、第1鉄塩あるいは第1鉄塩と第2鉄塩
との混合物を水溶液とし、次いでアルカリ水溶液
を投入して中和反応を行わせて不溶性物質を形成
させ、次に空気により酸化反応を続けると微細な
針状オキシ水酸化鉄が形成される。 共沈方法でAおよびP成分を副成分として導
入を計る場合は、前記の方法によればよい。 この湿式中和、酸化反応においては、鉄塩の種
類・量・水溶液濃度、AやP含有化合物の種
類・量、またアルカリ物質の種類・量、水溶液濃
度、更に中和反応段階での温度および維持時間や
酸化反応を進めるための温度および空気供給量、
速度、時間等の多くの操作因子があり、最終生成
物であるオキシ水酸化鉄粒子の形態に微妙な影響
を与える。AやP含有化合物を副成分として導
入する事によつて生ずる影響は複雑で多岐にわた
るが、一般的に言えばAやP含有化合物を用い
ない公知の場合との比較において、中和酸化反応
温度を5〜10℃高く設定し、場合によつては空気
供給量を20〜40%増量すれば、殆んど同時の粒子
形態を示すオキシ水酸化鉄粒子を製造する事がで
きる。 湿式中和、酸化反応によつて形成されたオキシ
水酸化鉄粒子は、水洗、過操作を経た後、通常
100〜150℃で空気浴中で乾燥し、必要に応じて微
粉化あるいは顆粒化して乾燥オキシ水酸化鉄粒子
粉末を得る。場合によつては更に250〜300℃での
仮焼を行ない、仮焼オキシ水酸化鉄粒子粉末とし
てもよい。 AおよびP成分を被着法や練り込み法等の表
面処理方法で副成分として導入する場合には、既
述の〜の方法をとればよい。 乾燥乃至仮焼オキシ水酸化鉄粒子粉末を原料と
して、強磁性酸化鉄(Fe3O4、γ−Fe2O3)、およ
び/または強磁性金属鉄(α−Fe)粒子を製造
するには、公知の方法に準じて行なう事ができ
る。 即ち、例えば反応用原料ガスの予熱器を備え、
また外部より温度規制可能な鋼管製反応器に乾燥
あるいは仮焼オキシ水酸化鉄微粒子粉末を充填
し、300〜500℃で還元性ガスを導入して、また場
合によつては水を適当量同伴して接触反応させれ
ばFe3O4粒子粉末が得られ、また引き続き200〜
400℃で酸化性ガスを導入して接触酸化反応を行
なう事によつてγ−Fe2O3粒子粉末が得られる。
また乾燥あるいは仮焼オキシ水酸化鉄粒子粉末ま
たは上記強磁性酸化鉄微粒子粉末を直接原料とし
て用い、同様な反応器で200〜500℃で還元性ガス
による接触還元反応を行なう事によつてα−Fe
微粒子粉末を製造する事が可能である。これら酸
化あるいは還元反応の反応器は、固定床、移動床
いずれの型式でもよく、また常圧反応である必要
はなく加圧下でもよい。本発明では、反応用原料
ガスの供給量、供給速度には原則的には大きな制
限は必要ないが、気体空間速度(GHSV)で表
示すれば0.1〜100N/gr−Fe/hr、好ましく
は2−50N/gr−Fe/hrの範囲が適当であ
る。この範囲より少ない量では反応の進行が遅く
現実的ではなく、またこれより多い量では反応器
内の圧損が増大するので反応操作上必ずしも適切
とは言えない。 更に反応温度範囲についても上記範囲からはず
れると、低温度では反応進行速度が遅く、反応の
完結に長時間を要して現実的ではなくなり、高温
側では反応速度が早すぎるため不必要な粒子破
損、破壊、更には焼結をまねきやすくなる傾向が
ある。 本発明の方法により、AおよびP元素を副成
分として含む針状オキシ水酸化鉄微粒子を原料と
して、気固接触反応によつて得た強磁性酸化鉄
(Fe3O4、γ−Fe2O3)および金属鉄(α−Fe)
微粒子の形態は、高倍率の電子顕微鏡観察によれ
ば原料とした針状オキシ水酸化鉄微粒子の形態を
殆んど完全に保持しており、粒子の破損、破壊、
更には粒子間架橋すなわち焼結の様な現象は殆ん
ど見られない。更に本発明の方法により製造した
強磁性鉄化合物の磁気特性も、例えば保持力
(Hc)で見ると、粒子の大きさや針状比によつて
も変わるが、Fe3O3およびγ−Fe2O3の場合、Hc
=350〜550 Oe、またα−Feの場合Hc=1000〜
1500 Oeと極めて高いHcを有し、磁気記録用強
磁性鉄化合物に要求される性状をよく満足させる
ものであり実用的価値が高い。 以下、実施例および比較例により本発明を詳細
に説明する。 実施例 1 A AおよびP−含有オキシ水酸化鉄針状粒子
の製造 撹拌機付、内容積50の反応器を使用する。
FeSO4・7H2O 1000grを、50℃に保温した
H2O20中に投入して水溶液とする。 次いで、あらかじめ用意しておいたNaOH
900grをH2O 1000ml中に溶解させた50℃水溶
液を徐々に投入して60分間撹拌混合を続け、中和
反応を完結させた後、器内の液を60℃に昇温加熱
して、100N/min.の供給速度で空気を吹き込
み、酸化反応を開始し、5時間続けた。 この段階で、黄色状のオキシ水酸化鉄が不溶性
沈澱粒子として得られる。 次に反応器を室温に放冷し、以後水洗、吸引
過によりオキシ水酸化鉄粒子のペースト状物を
得、このオキシ水酸化鉄100grに対して硝酸ア
ルミニウム9水塩を1.3gr、ヘキサメタリン酸
ソーダを0.6grの割合で加えてらいかい混合を
行なつた。次いでこのペースト状物を110℃で一
夜乾燥して、AおよびP−含有乾燥オキシ水酸
化鉄粒子固形物を得た。このものを木ハンマーを
用いて6〜12メツシユの顆粒状物に粗砕して、A
およびP−含有乾燥オキシ水酸化鉄粒子顆粒体
とした。 この顆粒体を常法により50000倍の倍率で電子
顕微鏡観察に供した所、形状のよく揃つた針状微
粒子のみが凝集のない最小単位として存在し、大
きさは主として長軸0.5〜0.6μ、短軸0.04〜0.06μ
であつた。 B Aおよびp−含有Fe3O4磁性粒子の製造お
よび磁気特性の評価 上記の微細な針状オキシ水酸化鉄微粒子顆粒体
100grを、反応ガス用予熱器を持ち、またSic粒
子等からなる流動浴により長軸方向への均一な加
熱規制可能な内径1.5インチの鋼管製反応器へ充
填し、H2ガスを6.00N/hrの供給速度で導入し
て、390℃で還元を行ない、磁性体であるAお
よびP−含有Fe3O4粒子顆粒体を製造した。 電子顕微鏡により観察したAおよびP−含有
Fe3O4粒子顆粒体の粒子形態は、微細な針状形粒
子を最小粒子単体として持ち、長軸0.5〜0.6μ、
短軸は0.04〜0.06μで、原料としたAおよびP
−含有オキシ水酸化鉄粒子顆粒体の最小粒子単位
の形態をよく継承しており、破損、破壊、更には
焼結した粒子は殆んど認められなかつた。 このAおよびP含有Fe3O4粒子顆粒体の磁気
特性を評価した所、Hc=501 Oe、σs=
70.5emu/gr.およびR=0.52であつた。 C AおよびP−含有γ−Fe2O3磁性粒子の製
造および磁気特性の評価 上記(B)に記載したAおよびP−含有Fe3O4粒
子顆粒体を、熱風流通式の電気乾燥器を利用し
て、300℃で空気酸化して、磁性体であるAお
よびP−含有γ−Fe2O3粒子顆粒体を製造した。 該AおよびP含有γ−Fe2O3粒子顆粒体の最
小粒子単位を電子顕微鏡で観察した所、主たる長
軸0.5〜0.6μ、短軸0.04〜0.06μの針状粒子形態を
示し、破損、破壊または焼結を示す粒子は殆んど
見られず、原料としたAおよびP含有針状
Fe3O4粒子顆粒体の最小粒子単位の形態を忠実に
継承していた。 このAおよびP含有γ−Fe2O3粒子顆粒体の
磁気特性は、Hc=390 Oe、σs=70.9emu/gr、
R=0.51であつた。 D AおよびP−含有α−Fe磁性粒子の製造
および磁気特性の評価 (A)で製造した針状オキシ水酸化鉄粒子顆粒体を
用いて、H2−還元により針状α−Fe粒子顆粒体
を製造する例を示した。 すなわち、原料粒子顆粒体100grを、(B)に記
載した反応器に充填し、H2ガスをGHSV=35N
−H2/gr−Fe/hr.の供給速度で流通させ
て、360℃で8時間還元反応を行なつた。 反応終了後、室温へ降温させて、N2ガス雰囲
気下で還元粒子顆粒体を採取、X−線回折像の測
定に供した所、あらかじめ作成しておいた検量線
から、98%以上が高結晶性のα−Fe結晶を示し
た。 また高倍率の電子顕微鏡観察に供した所、主た
る長軸0.4〜0.5μ、短軸0.04〜0.05μの針状粒子形
態を示し、粒子の破損、破壊または焼結等は殆ん
ど見られず、原料としたAおよびP含有針状オ
キシ水酸化鉄粒子顆粒体の最小粒子単位の形態を
よく継承していた。 このAおよびP含有α−Fe粒子顆粒体の磁
気特性はHc=1280 Oe、σs=181.5 emu/gr.、
およびR=0.50であつた。 実施例 2〜6 実施例1(A)記載のオキシ水酸化鉄粒子製造方法
において、FeSO4・7H2O水溶液側へA
(NO3)3・9H2Oを、NaOH水溶液側へ
(NaPO3)6を共存させて、共沈法によりAおよ
びPを副成分として導入た乾燥変性型オキシ水酸
化鉄粒子顆粒体を製造した。 該乾燥顆粒体を実施例1(D)と同様にしてH2−
還元し、96%以上が高結晶性のα−Fe成分であ
る還元粒子顆粒体を得た。 結果を表1に示した。 比較例 1 実施例1(A)記載の方法において、AおよびP
変性を行なう事なく、主たる長軸0.5〜0.6μ、短
軸0.04〜0.06μの針状オキシ水酸化鉄粒子の乾燥
顆粒体を製造した。 このオキシ水酸化鉄粒子顆粒体を用いて、実施
例1(B)と全く同様にしてFe3O4粒子顆粒体を製造
した所、一部に0.2μ程度の球状体様微粒子が見ら
れ、更に原料として使用したオキシ水酸化鉄粒子
顆粒体の最小粒子単位である針状微粒子の形態を
おおまかには保持するものの、微粒子表面は
0.05μ程度の凹凸が認められた。 得られたFe3O4粒子顆粒体の磁気特性は、Hc
=405 Oe、σs=70.Oemu/grおよびR=0.46で
あつた。 比較例 2 比較例1に記載したFe3O4粒子顆粒体を、実施
例1(C)と全く同様にして空気酸化してγ−Fe2O3
粒子顆粒体を製造した。 原料としたFe3O4粒子顆粒体自体0.2μ程度の球
状体様粒子を一部含んでいたが、生成γ−Fe2O3
粒子顆粒体においても0.2〜0.3μ程度の球状体様
粒子をいく分増加して含み、更に長軸0.4〜0.5μ、
短軸0.04〜0.05μを主とした針状粒子を主成分と
して持つものの、粒子表面は0.05〜0.08μ程度の
凹凸が顕著に認められるものを多数含むものであ
つた。 このγ−Fe2O3粒子顆粒体の磁気特性は、Hc
=325 Oe、σs=66.9emu/gr.、R=0.47であつ
た。 比較例 3〜5 比較例1に記載した針状オキシ水酸化鉄粒子顆
粒体、また同比較例において一部粒子形状に変化
の見られた主として針状なFe3O4粒子顆粒体、更
に比較例2に記載した一部粒子形状に変化の見ら
れた主として針状なγ−Fe2O3粒子顆粒体を用
い、実施例1(B)に記載した反応器を利用してH2
−還元を行なつた。 H2ガス供給速度:GHSV=35.0N−H2/g
r−Fe/hr. 還元温度:T=345℃ 維持時間:t=15.0hrs. 既述の方法により還元化粒子顆粒体の結晶形態
および磁気特性を測定した所、いずれも98%以上
のα−Fe結晶体であり、更に表2に示す結果が
得られた。 比較例 6 実施例2〜6記載の方法において、Aおよび
P成分をFeとの原子重量比でFe−A−P=100
−7.5−5.5となる様に共沈方法で変性型オキシ水
酸化鉄粒子を製造する事を試みたが、空気酸化を
長期にわたつて続けても、黄色状オキシ水酸化鉄
粒子は形成されず、黒色状の含水Fe3O4が得ら
れ、しかもこの含水Fe3O4は、0.4〜0.7μ程度の径
を有する球状様の形態を示すに留まつた。 これを加熱脱水してFe3O4粒子としても、磁気
特性はHc=286 Oeと満足されるものではなかつ
た。 比較例 7 実施例1(A)と同様にして、湿式混合法により
Fe−A−P=100−10.0−0.45重量比組成を有
する針状オキシ水酸化鉄粒子の乾燥顆粒体を製造
した。 該顆粒体を、実施例1(B)に記載した反応器を利
用してH2−還元を行なつた: H2ガス供給速度:GHSV=35.0N−H2/g
r−Fe/hr 還元温度:T=390℃ 維持時間:t=9hrs. 還元粒子顆粒体の還元率は88%、最小粒子単位
は主たる長軸0.5〜0.6μ、短軸0.04〜0.05μの針状
粒子が主であつたが、0.5μ程度の球状微粒子が20
〜30%程存在していた。また該顆粒体の磁気特性
はHc=980 Oe、σs=102.4emu/gr.、R=0.44
に留まつた。 比較例 8 実施例1(A)と全く同様にして、Fe−A=100
−4.0重量組成比を持つA変性オキシ水酸化鉄
粒子の乾燥顆粒体を製造した。 該顆粒体を比較例7と全く同様にしてH2−還
元反応に供し、還元率98%の還元粒子顆粒体を製
造した。該顆粒体の磁気特性はHc=912 Oe、σs
=98.1emu/gr.、およびR=0.45に留まつた。 比較例 9 実施例1(A)と全く同様にして、Fe−P=100−
3.0重量組成比を持つP変性オキシ水酸化鉄粒子
の乾燥顆粒体を製造した。 該顆粒体を比較例7と全く同様にしてH2−還
元反応に供し、還元率98.5%の還元粒子顆粒体を
製造した。このものの磁気特性はHc=941 Oe、
σs=101.3emu/gr.、およびR=0.47に留まつ
た。
【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 AおよびP元素を副成分として含む微細な
針状オキシ水酸化鉄微粒子を用いて、加熱下に還
元および/または酸化して微細な針状の磁気記録
用鉄化合物粒子を製造する方法において、Aお
よびPをFeとの原子重量比でそれぞれ A/Fe=0.05/100〜5/100 P/Fe=0.05/100〜5/100 の範囲内で含有させる事を特徴とする磁気記録用
強磁性鉄化合物微粒子の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1357480A JPS56114833A (en) | 1980-02-08 | 1980-02-08 | Production of fine particle of iron compound for magnetic recording |
GB8103359A GB2068923B (en) | 1980-02-08 | 1981-02-04 | Process for the preparation of iron compound fine particles for use in magnetic recording |
DE19813104214 DE3104214A1 (de) | 1980-02-08 | 1981-02-06 | "verfahren zur herstellung von feinteilchen aus einer eisenverbindung zur verwendung bei der magnetischen aufzeichnung" |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1357480A JPS56114833A (en) | 1980-02-08 | 1980-02-08 | Production of fine particle of iron compound for magnetic recording |
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JPS56114833A JPS56114833A (en) | 1981-09-09 |
JPS6313934B2 true JPS6313934B2 (ja) | 1988-03-28 |
Family
ID=11836932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1357480A Granted JPS56114833A (en) | 1980-02-08 | 1980-02-08 | Production of fine particle of iron compound for magnetic recording |
Country Status (3)
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---|---|
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DE (1) | DE3104214A1 (ja) |
GB (1) | GB2068923B (ja) |
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JPS6265307A (ja) * | 1985-09-14 | 1987-03-24 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 磁性鉄粉の製造方法 |
DE4213061A1 (de) * | 1992-04-21 | 1993-10-28 | Basf Magnetics Gmbh | Verfahren zur Herstellung von nadelförmigem Gamma-Eisen(III)oxid |
JPH10101339A (ja) * | 1996-09-27 | 1998-04-21 | Titan Kogyo Kk | マグネタイト粒子粉末及びその製造方法並びにその応用 |
Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JPS54137696A (en) * | 1978-04-12 | 1979-10-25 | Bayer Ag | Iron oxide grain for recording magnetism and its preparation |
JPS5613411A (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-09 | Kawasaki Steel Corp | Manufacture of magnetic powder of metallic iron |
Family Cites Families (3)
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DE2801395C2 (de) * | 1978-01-13 | 1982-04-22 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Thermisch stabilisiertes ferrimagnetisches Eisenoxid |
DE2909995C2 (de) * | 1978-03-16 | 1984-06-28 | Kanto Denka Kogyo Co., Ltd., Tokyo | Verfahren zur Herstellung eines Magnetpulvers |
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1980
- 1980-02-08 JP JP1357480A patent/JPS56114833A/ja active Granted
-
1981
- 1981-02-04 GB GB8103359A patent/GB2068923B/en not_active Expired
- 1981-02-06 DE DE19813104214 patent/DE3104214A1/de active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54137696A (en) * | 1978-04-12 | 1979-10-25 | Bayer Ag | Iron oxide grain for recording magnetism and its preparation |
JPS5613411A (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-09 | Kawasaki Steel Corp | Manufacture of magnetic powder of metallic iron |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3104214A1 (de) | 1981-11-26 |
DE3104214C2 (ja) | 1991-07-18 |
GB2068923A (en) | 1981-08-19 |
JPS56114833A (en) | 1981-09-09 |
GB2068923B (en) | 1984-05-02 |
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