KR100418591B1 - 금속분말의제조방법및제조장치 - Google Patents

금속분말의제조방법및제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 니켈에 염소 가스를 접촉시켜 금속 염화물 가스를 연속적으로 발생시키는 염화공정 및 상기 염화공정에서 생성된 금속 염화물 가스를 환원성 가스와 접촉시켜 금속 염화물을 연속적으로 환원하는 환원공정을 포함하는 금속분말의 제조방법을 제공한다. 염소 가스의 공급량을 제어하는 것으로서 금속 염화물 가스의 발생량을 제어할 수 있어서, 생성되는 금속분말의 입경을 확실히 제어할 수 있다. 그리하여, 본 발명에 의해 입경을 안정시킴과 동시에 0.1∼1.0 ㎛의 범위로 임의로 설정할 수 있다.

Description

금속분말의 제조방법 및 제조장치
Ni, Cu, Ag 등의 도전성 금속분말은 적층 세라믹 콘덴서의 내부전극용으로 유용하고, 특히 Ni 분말은 이러한 용도로서 최근에 주목받고 있다. 그 중에서도 화학증착법에 의해 제조한 Ni 초미세 분말이 유망시되는 것으로 알려져 있다. 콘덴서의 소형화 및 대용량화에 따라, 내부전극의 박층화 및 저 저항화 등의 요구에 의해 입경 1㎛ 이하는 물론, 입경 0.5㎛ 이하의 초미세 분말이 요망되고 있다.
지금까지 상기와 같은 금속분말을 제조하는 제조방법이 여러가지 제안되었다. 예를들면, 일본국 특공소 59-7765호의 공보에는 고체 염화니켈을 가열증발하여 염화니켈 증기로 하고, 이것에 수소 가스를 고속으로 분사하여, 염화니켈 증기류와 수소 가스류 사이의 계면 불안정 영역에서 니켈 입자를 핵성장시키는 Ni 분말의 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 특개평 4-365806호의 공보에는 고체 염화니켈을 가열증발하여 얻은 염화니켈 증기(이하, NiCl2가스라 한다)의 분압을 0.05∼0.3으로하여, 1004℃∼1453℃에서 수소 가스로 환원하는 초미세 니켈 분말의 제조방법이 개시되어 있다. 상기 제조방법에 의하면, 평균입경이 0.1∼수 ㎛인 구형상 Ni 초미세 분말이 생성된다.
그러나, 상기 제안된 금속분말의 제조방법에서는 각각의 공정에서 고체상 염화 니켈을 출발원료로 하기 때문에, 하기와 같은 본질적인 문제가 있다.
① 고체 NiCl2의 가열증발(승화) 조작이 NiCl2증기를 얻는데 필수적인 공정이기 때문에, 금속 연화물 증기를 안정하게 발생시키는 것이 어렵다. 그 결과, NiCl2가스의 분압이 변동하여, 생성된 Ni 분말의 입경이 균일하지 않다.
② 프로세스의 운전 중에 증발부의 고체 NiCl2양이 변화하면 NiCl2증기의 증발속도가 변동하여, 안정하게 제조할 수 없을 것이다.
③ 고체 NiCl2는 결정수를 함유하고 있기 때문에, 증발전에 산소오염원을 제거하도록 탈수처리를 필요로 한다.
④ 고체 NiCl2의 증발속도가 일반적으로 느리기 때문에, NiCl2가스를 환원공정에 이송하는데 다량의 캐리어 가스(질소 가스 등의 불활성 가스)를 요하며, 또한 질소 가스 등을 가열하기 위한 추가의 에너지를 필요로 한다.
⑤ 이때문에, NiCl2가스의 환원공정에서의 농도(분압)를 증대시킬 수 없고, 이것에 의해 Ni 분말을 생산하기 위한 반응속도가 매우 느릴 뿐만 아니라, 큰 반응용기를 필요로 한다.
본 발명은 전자부품에 사용되는 도전성 페이스트 필러, Ti재의 접합재 및 촉매 등의 각종 용도에 적합한 Ni, Cu 또는 Ag 등의 금속분말의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 금속분말의 제조장치에 대한 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 금속분말의 제조장치에 대한 다른 예를 예시한다.
도 3은 본 발명에 의해 제조한 Ni 분말을 나타내는 SEM 사진예이다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 하기의 목적을 달성할 수 있는 금속분말의 제조방법 및 제조장치를 제공한다.
1) 평균입경이 0.1-1.0㎛인 Ni, Cu 또는 Ag 등의 분말(초미세 분말)을 안정하게 제조한다.
2) 가열증발(승화) 공정이 없고, 반응제어를 용이하게 행한다.
3) 프로세스 전체를 염소 가스 유량으로 제어할 수 있고, 원하는 입경의 금속분말을 임의로 제조한다.
4) 가스나 에너지의 소비가 적다.
본 발명은 금속에 염소 가스를 접촉시켜 금속 염화물 가스를 연속적으로 발생시키는 염화공정 및 상기 염화공정에서 발생된 금속 염화물 가스를 환원성 가스와 접촉시켜 금속 염화물을 연속적으로 환원하는 환원공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법을 제공한다.
기체상 반응에 의한 금속분말의 제조과정에서는 금속 염화물 가스와 환원성 가스가 접촉한 순간에 금속원자가 생성된 다음, 금속원자끼리 충돌 ·응집함으로써 초미립자가 생성되어 성장된다. 환원공정 분위기 중의 금속 염화물 가스의 분압이나 온도 등의 조건에 따라 생성되는 금속분말의 입경이 결정되는 본 발명의 금속분말의 제조방법에 의하면, 염소 가스의 공급량에 따른 양의 금속 염화물 가스가 발생 하기 때문에, 염소 가스의 공급량을 제어하는 것으로 환원공정으로 공급하는 금속염화물 가스의 양을 제어할 수 있다. 또한, 금속 염화물 가스는 염소 가스와 금속의 반응으로 발생하기 때문에, 고체 금속 염화물의 가열증발에 의해 금속 염화물 가스를 발생시키는 방법과 달리, 캐리어 가스의 사용을 적게 할 수 있을 뿐만 아니라, 제조조건에 따라서는 사용하지 않을 수 있다. 따라서, 캐리어 가스의 사용량저감과 이에 따른 가열 에너지의 저감에 의해, 제조비용을 저감할 수 있다.
또한, 염화공정에서 발생한 금속 염화물 가스에 불활성 가스를 혼합함으로써, 환원공정에서의 금속 염화물 가스의 분압을 제어할 수 있다. 그리하여, 염소 가스의 공급량 또는 환원공정에 공급하는 금속 염화물 가스의 분압을 제어함으로써, 금속분말의 입경을 제어할 수 있어서, 금속분말의 입경을 안정시킬 수 있음과 동시에, 입경을 임의로 설정할 수 있다,
또한, 본 발명은 내부에 충전한 금속을 염화하는 염화로 및 염화공정에서 발생된 금속 염화물 가스를 환원하는 환원로를 구비하는 금속분말의 제조장치를 제공한다. 상기 염화로는 그 내부에 금속을 공급하기 위한 원료 공급관, 내부에 염소 가스를 공급하기 위한 염소 가스 공급관, 발생한 금속 염화물 가스를 환원로에 이송하는 이송관 및 금속 염화물 가스를 희석하는 불활성 가스를 내부에 공급하기 위한 불활성 가스 공급관을 구비한다. 상기 환원로는 금속 염화물 가스를 내부에 분출하는 노즐, 환원성 가스를 내부에 공급하기 위한 환원성 가스 공급관 및 환원된 금속분말을 냉각하는 불활성 가스를 내부에 공급하기 위한 냉각가스 공급관을 구비하며, 염화로는 환원로의 상류측에 배치되고, 염화로와 환원로를 직접 연결함으로써, 염화반응과 환원반응이 동시에 연속적으로 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성으로 이루어진 금속분말의 제조장치에 있어서도, 염소 가스의 공급량에 따라 금속 염화물 가스가 발생될 수 있다. 또한, 염화로와 환원로가 직접 연결되어 있기 때문에, 염소 가스의 공급량을 제어하는 것으로 환원로에 공급하는 금속염화물 가스량을 제어할 수 있다. 또한, 염화로에는 불활성 가스 공급관이 설치되어, 불활성 가스를 염화로에 공급할 수 있기 때문에, 환원로에 있어서의 금속 염화물 가스의 분압을 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 금속분말의 제조장치에 있어서도, 염소 가스의 공급량 또는 환원로에 공급되는 금속 염화물 가스의 분압을 제어함으로써 금속분말의 입경을 제어할 수 있어서 금속분말의 입경을 안정하게 생산할 수 있음과 동시에, 입경을 임의로 설정할 수 있는 등과 같이 상기와 동등한 작용효과를 얻을 수 있다.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 Ni의 제조예를 기초로 하여 자세히 설명한다.
A. 염화공정
염화공정은 도 1에 도시된 염화로(1)에 의해 수행하는 것이 바람직하다. 염화로(1)의 상단면에는 원료금속 Ni(M)를 공급하기 위한 원료 공급관(11)이 설치되어 있다. 또한, 염화로(1)의 상측부에는 염소 가스 공급관(14)이 접속되어 있고, 하측부에는 불활성 가스 공급관(15)이 접속되어 있다. 염화로(1)의 주변에는 가열 수단(10)이 배치되고, 염화로(1)의 하단면에는 Ni 염화물 가스 이송관 겸 노즐(17)이 접속되어 있다. 염화로(1)는 수직형이든 수평형이든 관계없이 염화공정에 사용할 수 있다. 고체-가스 접촉반응을 균일히 하기 위해서는 수직형이 바람직하다. 염소 가스는 유량계측하여 연속적으로 염소 가스 공급관(14)을 통해 도입된다. 염화로(1) 및 그 밖의 부재는 석영 유리제가 바람직하다. 이송관 겸 노즐(17)은 후술하는 환원로(2)의 상단면에 접속되어 있으며, 염화로(1)에서 발생된 NiCl2가스 등을 환원로(2)로 이송하는 기능을 갖는다. 또한, 이송관 겸 노즐(17)의 하단부는 환원로(2)내에 돌출하여 NiCl2가스의 분출 노즐로서 기능을 한다. 염화로(1)의 저부에는 도 1에 도시된 망(16)을 설치하여, 망(16) 위에 금속 Ni(M)를 퇴적하는 것이 바람직하다.
출발원료인 금속 Ni(M)의 형태는 한정되지 않지만, 접촉효율, 압력손실상승방지의 관점에서, 입경 5 mm∼20 mm의 입상, 괴상, 판상 등이 바람직하고, 또한 그 순도는 약 99.5% 이상이 바람직하다. 염화로(1) 내의 금속 Ni(M)의 충전층 높이는 염소공급속도, 염화로온도, 연속운전시간 및 금속 Ni(M)의 형상 등에 따라, 공급 염소 가스가 NiCl2가스로 변환되는 충분한 범위로 적절하게 설정되는 것이 바람직하다. 염화로(1)내의 온도는 반응을 충분히 진행시키기 위해 800℃ 이상으로 하여, Ni의 융점인 1483℃ 이하로 한다. 반응속도와 염화로(1)의 내구성을 고려하면, 실용적으로는 900℃∼1100 ℃의 범위가 바람직하다.
본 발명의 금속분말의 제조방법에 있어서는, 금속 니켈(M)이 충전된 염화로(1)로 염소 가스를 연속적으로 공급하면, NiCl2가스가 연속적으로 발생된다. 그리고, 염소 가스 공급량이 NiCl2가스의 발생량을 지배하기 때문에, 후술하는 환원반응을 지배하여, 그 결과, 목적으로 하는 제품 Ni 분말을 생산할 수 있다. 또한, 염소 가스 공급에 대해서는 하기의 환원공정에서 보다 구체적으로 설명한다.
염화공정에서 발생한 NiCl2가스는 가스를 혼합하지 않고 그대로 이송관 겸 노즐(17)에 의해 환원공정에 이송되거나, 경우에 따라서는 불활성 가스 공급관(15)으로부터 질소나 아르곤 등의 불활성 가스를 NiCl2가스에 대하여 1 mol%∼30 mol%로 혼합하여, 이 혼합가스를 환원공정으로 이송한다. 이 불활성 가스의 공급은 Ni 분말의 입경 제어 인자가 된다. 불활성 가스의 과잉 혼합은 불활성 가스가 다량 소모되는 것은 물론, 에너지가 크게 손실되어 경제적이지 못하다. 이러한 관점에서, 이송관 겸 노즐(17)을 통과하는 혼합가스의 바람직한 NiCl2가스 분압은 전체압력을 1.0으로 한 경우에는 0.5∼1.0의 범위, 특히 입경이 0.2∼0.5㎛인 작은 입경의 Ni 분말을 제조하는 경우에는 분압이 0.6∼0.9인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, NiCl2가스 발생량은 염소 가스 공급량에 의해 임의로 조정될 수 있고, 또한, NiCl2가스의 분압도 불활성 가스 공급량으로 임의로 조정될 수 있다.
B. 환원공정
염화공정에서 발생한 NiCl2가스는 연속적으로 환원공정에 이송된다. 환원공정은 도 1에 도시된 환원로(2)를 사용하여 행하는 것이 바람직하다. 환원로(2)의 상단부에는 상술한 이송관 겸 노즐(17)인 노즐(이하, 단지 노즐(17)이라 칭한다)이 하향으로 돌출되어 있다. 또한, 환원로(2)의 상단면에는 수소 가스 공급관(환원성 가스 공급관; 21)이 접속되고, 환원로(2)의 하측부에는 냉각 가스 공급관(22)이 접속되어 있다. 또한, 환원로(2)의 주변에는 가열수단(20)이 배치되어 있다. 노즐(17)은 후술하는 바와 같이, 염화로(1)로부터 환원로(2) 내로 NiCl2가스(불활성 가스를 포함하는 경우가 있다)를 바람직한 유속으로 분출하는 기능을 갖는다.
NiCl2가스와 수소 가스에 의한 환원반응이 진행되는 때에는, 노즐(17)의 선단부로부터 LPG 등의 기체연료의 연소염과 유사한 하향으로 뻗어있는 휘염(이하, 화염이라 한다; F)이 형성된다. 환원로(2)로의 수소 가스 공급량은 NiCl2가스의 화학당량, 즉, 염화로(1)로 공급되는 염소 가스의 화학당량의 1.0∼3.0배 정도, 바람직하게는 1.1∼2.5배 정도이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 그렇지만, 수소 가스를 과잉 공급하면, 환원로(2) 내에 큰 수소흐름이 생겨서 노즐(17)부터의 NiCl2분출류를 교란시켜, 불균일한 환원반응의 원인이 됨과 동시에, 미반응 가스가 방출되므로, 본의 아니게 경제적 손실을 가져온다. 또한, 환원반응의 온도는 반응완결에 충분한 온도 이상인 것이 바람직하지만, 고체상 Ni 분말을 생성하는 것이 취급하기가 용이하기 때문에, Ni의 융점 이하가 바람직하다. 반응속도, 환원로(2)의 내구성 및 경제성을 고려하면, 900∼1100℃인 것이 실용적이지만, 특별히 이것에 한정되어 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 염화공정에 도입된 염소 가스는 실질적으로 동일 몰 량의 NiCl2가스로 되며, 이것은 환원공정의 환원원료로 된다. NiCl2가스 또는 NiCl2-불활성 가스 혼합 가스는 노즐(17)의 선단에서 분출되고, 가스류의 선속도를 조정함으로써, 얻어지는 Ni 분말 P의 입경을 안정하게 할 수 있다. 즉, 노즐 직경이 일정하면, 염화공정으로의 염소 공급량과 불활성 가스 공급량에 의해, 환원로(2)에서 생성되는 Ni 분말 P의 입경을 원하는 범위로 조정할 수 있다. 노즐(17) 선단에서의 바람직한 가스류의 선속도(NiCl2가스 및 불활성 가스의 합계(환원온도에서의 가스공급량으로 환산한 계산치))는 900∼1100℃의 환원온도에 있어서 약 1 m/sec∼30 m/sec로 설정되고, 0.1∼0.3㎛와 같은 작은 입경의 Ni 분말을 제조하는 경우에는 약 5 m/sec∼25 m/sec, 0.4∼1.0㎛인 Ni 분말을 제조하는 경우에는 약 1 m/sec∼15 m/sec가 적당하다. 수소 가스의 환원로(2) 내에서의 축방향 선속도는 NiCl2가스의 분출속도(선속)의 1/50∼1/300, 바람직하게는 1/80∼1/250이다. 따라서, 실질적으로는 정적 수소 분위기 중으로 NiCl2가스가 노즐(17)로부터 분사되는 것 같은 상태로 된다. 또한, 수소 가스 공급관(21)의 출구방향은 화염(F) 측으로 향하지 않은 것이 바람직하다.
본 발명의 제조방법에서는 염화공정으로의 염소 가스 공급유량을 증가시키면, 환원공정에서 생성되는 Ni 분말의 입경이 작아진데 반해, 염소 가스의 공급유량을 감소시키면 입경이 증대된다. 상술한 바와 같이, 염화로(1) 출구 부근에서 NiCl2가스에 불활성 가스를 혼합함으로써 NiCl2가스의 분압을 조정할 수 있다. 구체적으로는, NiCl2가스에 대하여 1 mol%∼30 mol%의 범위로 혼합하는데, 예를 들면 분압을 높이면 생성되는 Ni 분말의 입경을 증대시킬 수 있는 반면에, NiCl2가스의분압을 낯추면 생성되는 Ni 분말의 입경을 작게 할 수 있다.
C. 냉각공정
본 발명의 금속분말의 제조방법에는 냉각공정을 마련할 수 있다. 냉각공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 환원로(2) 내의 노즐(17)과 반대측의 공간부분에서 행해지거나, 또는 환원로(2)의 출구에 접속한 별도의 용기를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명에서 말하는 냉각이란, 환원반응에서 생성한 가스류(염산 가스를 포함한다)에 있어서의 Ni 입자의 성장을 정지 또는 억제하기 위해서 하는 조작이고, 구체적으로는 환원반응을 종료한 1000℃ 부근의 가스류를 400∼800℃로 급속냉각시키는 조작을 의미한다. 물론, 이 범위 이하의 온도까지 냉각하더라도 상관없다.
냉각을 행하기 위한 바람직한 예로서, 화염(F)의 선단에서'아래쪽의 공간부분에 불활성 가스를 취입하도록 구성할 수 있다. 구체적으로는, 냉각 가스 공급관(22)에 의해 질소 가스를 취입함으로써 가스류를 냉각할 수 있다. 불활성 가스를 취입함으로써, Ni 분말(P)의 응집을 방지하면서 입경을 제어할 수 있다. 냉각 가스공급관(22)은 하나 또는 환원로(2)의 상하방향으로 위치를 변화시켜 다수 설치함으로써, 냉각조건을 임의로 변경할 수 있으므로, 입경을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
D. 회수공정
이상의 공정을 거친 Ni 분말(P)과, 염산 가스와 불활성 가스의 혼합 가스는 회수공정으로 이송되어, 혼합 가스로부터 Ni 분말(P)이 분리회수된다. 분리회수에 있어서는 예를 들면 백 필터, 수중포집분리수단, 유중포집분리수단 및 자기분리수단 중 1종 또는 2종 이상의 조합이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 백 필터에 Ni 분말(P)을 포집하는 경우, 냉각공정에서 생성한 Ni 분말(P)과, 염산 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 백 필터로 도입하여, Ni 분말(P)만을 회수한 후, 잔여 가스를 세정공정으로 이송할 수 있다. 유중포집분리수단을 사용하는 경우에는, 탄소수 10∼18의 노르말 파라핀 또는 경유를 사용하는 것이 바람직하다. 수중 또는 유중포집을 이용하는 경우에는, 포집액으로는 폴리옥시알킬렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜 또는 이의 유도체(모노알킬에테르, 모노에스테르) 또는, 소르비탄, 소르비탄 모노에스테르 등의 계면활성제, 벤조트리아졸 또는 그 유도체로 대표되는 금속 불활성제의 페놀계 또는 아민계 등의 공지의 산화방지제, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 10 ppm∼1000 ppm 첨가하면, 금속 분말입자의 응집방지나 방청에 효과적이다.
E. 다른 실시형태
상기실시의 형태는 환원공정을 1 공정으로 한 것이지만, 환원공정을 다수 공정으로 분할할 수 있다. 도 2는 1 공정의 환원공정을 2 공정으로 분할한 예를 나타낸 것으로, 도 1에 나타낸 구성요소와 동등한 구성요소에는 동일 부호를 붙인다. 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 가스 공급관(22)은 제 1 환원공정의 환원로(2')에는 설치되지 않으나, 제 2 환원공정의 환원로(2) 에만 설치된다. 제 1 환원공정으로 공급되는 수소 가스량은 NiCl2화학당량의 0.5∼0.9 배로 하고, 제 2 환원공정에서 불충분한 수소 가스를 보충하여, 합계량으로서 NiCl2가스량의 1.0∼2.5 배의 수소 가스를 공급함으로써, 입경 제어를 더욱 정밀하게 넓은 범위로 할 수 있다. 이 경우, 필요에 따라 환원로(2')의 출구 부근에 적당량의 NiCl2가스를 보급하더라도 좋다.
이와 같이 환원공정을 다수 공정으로 분할함으로써, 환원로(2, 2')에 있어서의 가스류를 층류에 가까운 상태로 할 수 있다. 그 결과, 환원로(2, 2')에서의 Ni 입자의 체류시간을 균일하게 할 수 있으므로, Ni 입자의 성장을 균일하게 할 수 있다. 이렇게 하여 생성된 Ni 분말의 입경을 균일하게 할 수 있다. 또한, 환원공정을 다수 공정으로 분할한 경우의 모든 환원로의 총용적은 분할하지 않은 경우의 환원로의 용적과 같게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 모든 환원로를 통과하는 가스류에 포함되는 Ni 분말의 평균체류시간을 변화시키지 않고, 체류시간분포 만을 층류의 것과 가깝게 하여 보다 정밀한 입경 제어가 가능해진다.
이상과 같이, 고체 NiCl2를 출발물질로 하여 이것을 증발시켜 환원반응에 사용하는 종래의 제조방법에서는, 고체-기체의 변환속도제한이 지극히 어렵고, 또한 고체 NiCl2의 승화라는 공정을 거치기 때문에, 환원로 내부로의 NiCl2가스 공급은 NiCl2증발부로 대량의 불활성 가스를 공급해야 하며, 따라서 NiCl2가스의 분압을 높이는 것이 어렵고, 또한 프로세스 제어가 지극히 어렵지만, 본 발명의 제조방법에서는 염소 가스의 공급량에 의해 NiCl2가스의 발생량을 제어할 수 있기 때문에, 프로세스 제어가 용이하고, 또한 안정하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, Ni 이외의 Cu 및 Ag 등의 분말도 각각의 금속을 출발원료로 하여 염화, 환원의 온도를 선택함으로써 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다.
[실시예 1]
도 1에 도시된 금속분말의 제조장치의 염화로(1)에 평균입경이 5 mm인 Ni 분말 15 kg을 충전하고, 노(1) 내의 분위기 온도를 1100℃로 하고 4 Nl/min의 유량으로 염소 가스를 도입한 후, 금속 Ni를 염화하여 NiCl2가스를 발생시킨다. 이것에 염소 가스 공급량의 10%(mol 비)의 질소 가스를 혼합하여, NiCl2-질소 혼합 가스를 1000℃의 분위기 온도로 가열한 환원로(2)에 노즐(17)로부터 유속 2.3 m/sec(1000℃에서 환산)으로 도입한다. 동시에 환원로(2)의 상부에서 수소 가스를 유속 7 Nl/min으로 공급하여, NiCl2가스를 환원시킨다. 그 후, 환원반응에서 생성한 Ni 분말을 포함하는 생성 가스에 냉각공정에서 질소 가스를 혼합하여 냉각시킨다. 그 다음에, 질소 가스-염산증기-Ni 분말로 이루어지는 혼합가스를 오일 스크러버에 도입하여, Ni 분말을 분리회수한다. 이어서, 회수한 Ni 분말을 크실렌으로 세정한 후건조시켜 제품 Ni 분말을 얻는다. 이 Ni 분말은 평균입경이 0.70㎛(BET 법으로 측정)인 구형상이다. SEM 사진으로 구한 입경은 0.80㎛로서, BET 법으로 구한 입경과 거의 일치하였다. 이것은 본 실시예로 얻어진 Ni 분말의 표면이 도 3에 나타낸 SEM 사진예와 같이 평활하다는 것을 나타낸다. 본 실시예의 방법으로 10시간 안정운전을 행한 결과, Ni 분말 1 g 에 대한 수소 가스 공급량과 질소 가스 공급량은 각각 0.668 Nl/g과 0.038 Nl/g 이었다.
[실시예 2]
도 1에 도시된 제조장치를 사용하여 실시예 1과 동일한 온도조건과 표 1에 나타낸 가스 유량의 조건하에서 Ni 분말을 제조하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 염소 가스 유량이 증가함에 따라, 생성한 Ni 분말의 입경이 작아지는 것이 확인된다.
[실시예 3]
도 1에 도시된 제조장치를 사용하여 실시예 1과 동일한 온도조건과 표 1에 나타낸 가스 유량의 조건하에서 Ni 분말을 제조하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, NiCl2가스의 분압을 저하시킴으로써, Ni 분말의 입경을 작아지게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 하기의 효과를 얻을 수 있다 :
① 염소 가스의 공급량을 제어함으로써, 금속 염화물 가스의 공급량을 제어할 수 있어서, 프로세스 전체의 안정운전이 가능해진다.
② 이것에 의해, 생성되는 금속분말의 입경도 확실히 제어할 수 있다.
③ 평균입경이 0.1∼1.0㎛인 Ni, Cu 또는 Ag의 금속분말을 용이하게 제조할 수 있다. 특히, 제조가 어려운 것으로 알려져 있는 0.2∼0.4㎛의 분말을 용이하게 제조할 수 있다.
④ 질소 가스나 수소 가스를 효율적으로 사용할 수 있어서, 금속분말의 생산비용을 저감할 수 있다.
본 발명은 금속 염화물에 의한 금속분말 제조시의 제조방법 및 제조장치로서 이용가능하다.

Claims (12)

  1. 염화로의 내부에 충전된 금속에 염소 가스를 접촉시켜 금속 염화물 가스를 연속적으로 발생시키는 염화공정과, 상기 염화공정에서 발생한 금속 염화물 가스를 이 가스 분압을 0.5∼1 0으로 하여, 상기 염화로의 하류에 배치된 환원로의 수소 가스 분위기 중으로 분출시켜 금속 염화물을 연속적으로 환원하는 환원공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 환원공정에서 생성한 금속분말을 포함하는 가스를 불활성 가스로 냉각하는 냉각공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속분말의 입경은 염화공정에 도입되는 염소 가스 유량을 조정함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속은 Ni이고, 상기 환원공정은 분압 0.6∼0.9의 NiCl2가스를 수소 분위기 중으로 분출시켜 행하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  5. 내부에 충전한 금속을 염화하는 염화공정이 행해지는 염화로와, 이 염화로에 발생한 금속 염화물 가스를 환원하는 환원공정이 행해지는 환원로를 구비하고,
    상기 염화로는 그 내부에 금속을 공급하기 위한 원료공급관과, 내부에 염소 가스를 공급하기 위한 염소 가스 공급관과, 발생된 금속 염화물 가스를 상기 환원로에 이송하는 이송관과, 상기 금속 염화물 가스를 희석하는 불활성 가스를 내부에 공급하기 위한 불활성 가스 공급관을 구비하고,
    상기 환원로는 상기 금속 염화물 가스를 내부에 분출하는 노즐과, 환원성 가스를 내부에 공급하기 위한 환원성 가스 공급관과, 환원공정에서 생성한 금속분말을 함유하는 가스류를 냉각하기 위한 냉각 가스 공급관을 구비하며,
    상기 염화로는 상기 환원로의 상류측에 배치되고, 염화로와 환원로를 직접 연결함으로써, 염화공정과 환원공정이 동시에 연속적으로 진행되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환원공정으로 공급하는 수소 가스 공급량은 상기 염화공정으로 공급하는 염소 가스 공급량에 대하여 몰비로 1.0∼3.0배인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  7. 염화로의 내부에 충전된 금속에 염소 가스를 접촉시켜 금속 염화물 가스를 연속적으로 발생시키는 염화공정과, 상기 염화공정에서 발생한 금속 염화물 가스를이 가스 분압을 0.5∼1.0으로 하여 상기 염화로의 하류에 배치된 환원로의 수소 가스 분위기 중으로 분출시켜 금속 염화물을 연속적으로 환원하는 환원공정을 포함하고,
    상기 염화공정에 도입하는 염소 가스 유량을 조정함으로써, 금속 분말 입경을 제어하며,
    상기 금속은 Ni이고, 상기 환원공정은 분압 0.6∼0.9의 NiCl2가스를 수소 분위기 중으로 분출시켜 행하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  8. 염화로의 내부에 충전된 금속에 염소 가스를 접촉시켜 금속 염화물 가스를 연속적으로 발생시키는 염화공정과, 상기 염화공정에서 발생한 금속 염화물 가스를 이 가스 분압을 0.5∼1.0으로 하여 상기 염화로의 하류에 배치된 환원로의 수소 가스 분위기 중으로 분출시켜 금속 염화물을 연속적으로 환원하는 환원공정을 포함하고,
    상기 염화공정에 도입하는 염소 가스 유량을 조정함으로써, 금속 분말 입경을 제어하며,
    상기 환원공정으로 공급하는 수소 가스 공급량은 상기 염화공정으로 공급하는 염소 가스 공급량에 대하여 몰비로 1.0∼3.0배인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  9. 염화로의 내부에 충전된 금속에 염소 가스를 접촉시켜 금속 염화물 가스를 연속적으로 발생시키는 염화공정과, 상기 염화공정에서 발생한 금속 염화물 가스를 이 가스 분압을 0.5∼1.0으로 하여 상기 염화로의 하류에 배치된 환원로의 수소 가스 분위기 중으로 분출시켜 금속 염화물을 연속적으로 환원하는 환원공정을 포함하고,
    상기 금속은 Ni이고, 상기 환원공정은 분압 0.6∼0.9의 NiCl2가스를 수소 분위기 중으로 분출시켜 행하며,
    상기 환원공정으로 공급하는 수소 가스 공급량은 상기 염화공정으로 공급하는 염소 가스 공급량에 대하여 몰비로 1.0∼3.0배인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원공정에서 생성한 금속분말을 포함하는 가스를 불활성 가스로 냉각하는 냉각공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 금속은 Ni이고, 상기 환원공정은 분압 0.6-0.9의 NiCl2가스를 수소 분위기 중으로 분출시켜 행하는 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 환원공정에서 생성한 금속분말을 포함하는 가스를 불활성 가스로 냉각하는 냉각공정을 포함하고,
    상기 환원공정으로 공급하는 수소 가스 공급량은 상기 염화공정으로 공급하는 염소 가스 공급량에 대하여 몰비로 1.0∼3.0배인 것을 특징으로 하는 금속분말의 제조방법.
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