KR940000105B1 - 일산화규소 미분말의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Description

일산화규소 미분말의 제조 방법 및 장치

제1도는 본 발명에 따른 SiO 제조 장치의 일례를 도시한 개략 선도.

제2도는 본 발명에 따른 SiO 제조 장치의 또 다른 예를 도시한 개략 선도.

제3도는 본 발명에 의해 얻어진 SiO의 전자 현미경 사진.

제4도는 본 발명에 따른 SiO 제조 장치의 양호한 실시 태양을 도시한 평면도.

제5도는 제4도에 도시된 SiO 제조 장치중 가열로 부위의 횡단면도.

제6도는 제4도 및 제5도에 도시된 SiO 제조 장치에서의 온도 분포도.

제7도는 본 발명에 따른 SiO 제조 장치의 또 다른 양호한 실시 태양을 도시한 평면도.

제8도는 제7도에 도시된 SiO 제조 장치중 가열로 부위의 횡단면도.

제9도는 본 발명에 따른 SiO 제조 장치의 또 다른 양호한 실시 태양을 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 50, 300 : 노(爐) 12, 52, 110 : 노실(爐室)

14, 58, 128 : 반응 혼합물 용기

22, 62, 142, 196, 218, 322 : 비산 화성 가스 유입관

24, 60, 340, 342, 344, 350 : 가열 장치

54, 156, 202, 310 : 머플 56, 158, 200 : 반응실

32, 106, 326 : SiO 포집실 34, 74, 164, 206, 324 : SiO 포집관

40 : 진공원 48, 84 : SiO 포집 필터

80 : 진공 펌프 102 : 예열실

104 : 냉각실 112, 114, 116, 118 : 도어

122 : 레일 124 : 운반대

130, 148, 188 : 측벽 160 : 가열 수단

166 : 보조 가열 장치 180 : 백 필터(bag filter)

312 : 부산물 포집실 315, 316 : 가스 교환실

본 발명은 일바적으로 고체상 일산화규소(SiO)의 미분말을 효과적으로 제조하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 말하자면, 본 발명은 입경이 1μm 이하인 무정형 미세 SiO를 상당히 고수율로 제조하기 위한 방법과, 본 발명의 방법을 효과적으로 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공업적으로 응용할 수 있는 미세 SiO를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

SiO 미분말은 최근 들어 정밀 세라믹스 산업의 원료로 알려지면서 대단히 주목되고 있다. 이 SiO 미분말은 예를 들면 Si₃N₄, SiC등의 원료로서 알려져 있다. 특히, 입경이 1μm 이하라고 하는 상당히 미세한 SiO 분말은 실질적으로 활성이기 때문에 세라믹스의 원료로서 유용하다.

SiO 미분말의 제법이 개시되어 있는 일본국 특허 공보(소) 제59-50601호에 따르면, 이산화규소(SiO₂)와 탄소(C)의 혼합물 또는 SiO₂와 금속 규소(Si)의 혼합물을 감압하에 1500℃ 이상의 고온에서 가열하여 열적 반응에 의해 SiO 증기를 발생시킨다. 발생된 SiO 증기는 환원 질화, 환원 탄화 또는 감압한 산소 분위기중에서 단열 팽창시킴으로써 입경이 1μm인 무정형 고체상 SiO 미분말로 응축시킨다.

이와 같은 종래의 SiO 제조 공정은 SiO 미분말을 소량씩 제조하는 데에는 적합하나, SiO 분말을 대량으로 제조하고자 하는 경우에는 난점에 부딪히게 된다. 예를들면, 증기상 SiO는, 이 SiO 증기를 단열 팽창이 일어나는 챔버로 수송하는 수송용 관 또는 파이프 내에서 응축되는 경향이 있다. SiO의 수송관 내에서의 응축은 고상 SiO의 관내 축적을 유발시켜 관이 폐색되는 결과를 가져온다. 더욱이, SiO 증기를 단열 팽창실로 분사시키는 노즐이 SiO 증기에 의해 침식되고, 또 노즐 내부에 응축되어 축적된 고상 SiO에 의해 폐색되는 경향도 나타난다.

그러므로, 상기한 일본국 특허 공보에서 제안한 공정 및 장치는 실험용일뿐, 실제로 공업에 적합하다고 할 수는 없다.

이와 같은 배경에서, SiO는 세라믹스 산업의 중요 재료중의 하나로서 알려져 있기는 하나, SiO 미분말을 대량으로 제조할 수 있는 방법은 아직 제시된 바가 없다.

그러므로, 본 발명의 주목적은 SiO 미분말의 제조에 이용할 수 있고, 다량의 SiO 분말을 효과적으로 생산할 수 있기에 적합한 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 SiO 생산 공정을 연속적으로 수행할 수 있는, SiO 미분말의 대량 생산 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 증기상 SiO를 고체상인 SiO로 응축시킴에 있어서 단열 팽창 단계를 거치지 않는 SiO 분말의 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적 및 기타 목적들을 완수함에 있어서, 미분말의 제조 방법에는, SiO₂함유 물질과 금속 규소 및(또는) 탄소 함유 물질로 이루어지는 반응 혼합물을 가열하는 단계와, 발생된 SiO 증기를 가스상 중에서 비산화성 가스의 존재하에 상당히 낮은 압력에서 응축시키는 단계가 포함된다.

비산화성 가스 기류는 SiO 증기를 발생시키기 위한 열적 반응이 일어나는 부위의 압력을 상당히 낮은 압력으로 유지함으로써 발생시키는 것이 적합하다. 이와 같은 가스 기류는 증기상 SiO 및(또는) SiO 미분말을 SiO 포집실로 전달하는 운반 매체로서 작용한다. 이것은 SiO가 반송 파이프 또는 반송관 내에서 응축되어 축적되는 것을 성공적으로 방지함으로써 반송 파이프 또는 반송관이 폐색되는 것을 예방한다. 또한, 상당히 낮은 압력 분위기는 반응 혼합물로부터 SiO 증기의 발생을 촉진시켜서, 더욱 낮은 가열 온도에서도 SiO 증기를 발생시킬 수 있게 한다.

바람직한 방법에 있어서는, 원료 반응 혼합물의 열처리는 0.1기압 이하의 압력하에 1300° 내지 2000℃의 온도에서 수행한다.

더욱 바람지한 방법에 있어서는, SiO₂함유물질로서는 지르콘, 멀라이트, 월라스토나이트 등을 사용한다. 이러한 경우에, 지르코니아, 알루미나, 칼시아 등과 같은 상당히 고순도의 부산물도 동시에 생성될 수 있다. 탄소 함유 물질로서는 석유 코우크스, 석탄 피치, 카본블랙, 유기 수지 등을 사용한다. 또한, 비산화성 가스로서는 N₂가스, Ar 가스, CO 가스 등을 사용한다.

전술한 목적을 완수하기 위한 본 발명에 따른 SiO 제조 장치는 SiO 증기 발생을 위해 예정 온도로 원료 반응 혼합물을 가열하는 반응실을 이루는 노(爐)로 구성된다. 열처리는 비산화성 분위기하에, 상당히 낮은 압력에서 수행된다. 반응실의 압력은 이 반응실과 연결된 SiO 포집실에 의하여 상당히 낮은 압력으로 유지된다. SiO 포집실을 통하여 상당히 낮은 압력으로 유지시키면, 반응실로부터 SiO 포집실로의 비산화성 가스 기류가 발생한다. 이와 같은 비산화성 가스 기류는 반응실 중에서 발생된 SiO 증기 또는 SiO 증기로부터 응축된 SiO 미분말의 운반 매체로서 작용한다.

바람직한 구조에 있어서는, 비산화성 가스원이 반응실에 연결되고, 비산화성 가스가 연속적으로 공급되어 반응실의 분위기가 충분히 비산화성 분위기로 유지된다.

특히, SiO 제조 장치에는 이 장치가 연속적으로 작동되어 SiO 미분말을 대량 생산할 수 있도록 원료 반응 혼합물을 공급하는 수단이 포함되는 것이 바람직하다.

그 밖에도, 그 장치에는 SiO가 제거된 원료를 회수하는 수단이 마련된다. 이때, 잔류하는 원료(예를들면, 지르코니아, 칼시아, 알루미나)는 상당히 고순도의 부산물을 구성한다.

본 발명의 한가지 특징에 의하면, SiO 미분말의 제조 방법은 SiO₂함유 물질과 금속 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질의 혼합물인 원료 혼합물을 마련하는 공정, 상기 원료 혼합물을 비산화성이고 상당히 낮은 압력 분위기 하에서 가열하여 증기상 SiO를 발생시키는 공정, 상기 증기상 SiO를 가스상 중에서 고체상인 SiO 미분말로 응축시키는 공정 및, 응축된 고체상 SiO 미분말을 포집 회수하는 공정으로 이루어진다.

바람직하기로는, 원료 혼합물을 가열하는 반응실과 증기상 SiO를 응축시키는 응축실을 마련하고, 반응실로부터 응축실로의 비산화성 가스 기류를 발생시켜 반응실의 증기상 SiO를 응축실로 이송한다. 비산화성 가스 기류를 발생시키는 방법으로서는 진공압을 응축실을 통하여 반응실에 도입시키는 방법을 들 수 있다. 특히, 상기 반응실에 비산화성 가스를 연속적으로 공급하여, 반응실의 분위기를 비산화성 분위기로 유지시키는 것이 바람직하다.

상기 방법을 수행함에 있어서, SiO₂함유 물질로서는 지르콘(ZrO₂·SiO₂), 멀라이트(Al₂O₃·2SiO), 월라스토나이트(CaO·SiO₂) 및 고순도의 SiO₂분말 중에서 선택된다. C 함유 물질로서는 석유 코우크스, 석탄 피치, 카본블랙 및 유기 수지 중에서 선택된다. 또한, 비산화성 가스로서는 N₂가스, Ar 가스 및 CO 가스 중에서 선택된다.

또한, 상기 방법에서 SiO를 제거한 후 부산물로서 잔류하는 원료를 회수하는 공정을 포함시킬 수 있다. SiO₂함유 물질이 지르콘인 경우에, 얻어지는 부산물은 고순도의 지르코니아(ZrO₂)이다. 한편, SiO₂함유 물질이 멀라이트(Al₂O₃·2SiO₂)인 경우에, 상기 공정으로부터 얻을 수 있는 부산물은 고순도의 알루미나(Al₂O₃)이다. 또한, SiO₂함유 물질이 월라스토나이트(CaO·SiO₂)인 경우에는, 고순도의 칼시아(CaO)가 부산물로 얻어진다.

본 발명의 또 다른 특징인 상기 방법을 수행하기 위한 장치는 SiO₂함유 물질과 금속 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질의 혼합물인 원료 혼합물을 비산화성이고 상당히 낮은 압력 분위기 하에서 가열하여 증기상 SiO를 발생시키는 수단과, 이 증기상 SiO를 가스상 중에서 고체상인 SiO 미분말로 응축시켜서 응축된 고상 SiO 미분말을 포집 회수하는 수단으로 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 전술한 방법은 SiO 미분말을 제조하기 위한 공업적인 방법에 적용되는데, 이 방법은 SiO₂함유 물질과 금속 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질을 혼합하여 원료 혼합물을 마련하는 공정, 상기 원료 혼합물을 반응실내에 연속적으로 공급하는 공정, 상기 원료 혼합물을 반응실 내에서 비산화성 가스 존재 및 상당히 낮은 압력 분위기 하에서 가열하여 증기상 SiO를 발생시키는 공정, 발생된 증기상 SiO를 포집실로 반송시키는 공정 및 상기 증기상 SiO를 비산화성 가스 존재하에서 냉각 응축시켜서 응축된 SiO 미분말을 포집 회수하는 공정으로 이루어진다.

원료 혼합물의 공급은 SiO 제조 방법이 연속적으로 운전되도록 정해 놓은 예정된 시간에 간헐적으로 수행된다. 별법으로서는, 원료 혼합물이 예정된 시간내에 반응실을 통하여 이동되도록 원료 공급을 연속적으로 수행한다.

본 발명의 또 다른 특징인 공업적으로 적용되는 상기 SiO 제조 방법을 행하기 위한 장치는 SiO₂함유 물질과 금속 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질을 혼합하여 마련한 원료 혼합물을 연속적으로 공급하는 제1수단과, 이 제1수단으로부터 원료 혼합물을 받아서 이 원료 혼합물을 비산화성 가스 존재하에 상당히 낮은 압력의 분위기 중에서 가열하여 증기상 SiO를 발생시키는 제2수단, 상기 증기상 SiO를 비산화성 가스 존재하에서 냉각 응축시켜서 응축된 SiO 미분말을 회수하는 제3수단 및 상기 제2수단에서 발생된 증기상 SiO를 상기 제3수단으로 반송하는 제4수단으로 구성된다.

상기 장치에는 상기 제2수단으로부터 제3수단으로의 비산화성 가스 기류를 발생시키고, 이 가스 기류에 의하여 증기상 SiO를 상기 제3수단에 이송시키기 위하여 제3수단 내에 진공압을 도입시키는 제5수단이 더 포함된다. 상기 장치에는 제2수단의 분위기를 비산화성 상태로 유지하기 위하여, 비산화성 가스를 제2수단내에 연속적으로 공급하는 제6수단이 더 포함된다.

바람직하기로는, 상기 장치에는 원료 혼합물이 제2수단에서 더 효과적으로 가열될 수 있도록 원료 혼합물을 제2수단내에 공급하기 전에 예열시키는 제7수단이 더 포함되는 것이 좋다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 공업적으로 유용한 부산물이 SiO 미분말의 생성과 동시에 생성된다. 그러므로, 상기 장치에는 SiO를 제거한 후 원료 혼합물을 냉각시키고, 잔류하는 원료를 부산물로서 회수하는 제8수단이 더 포함된다.

상기 제1수단은 제2수단을 거쳐 원료 혼합물을 이동시키기에 적합한 다수의 운반대로 구성된다. 이들 운반대는 제2수단 내부에서 예정된 시간 동안 정지되기에 적합하게 되어 있다.

바람직하기로는, 운반대 위에는 반응실을 이루는 머플을 설치하고, 이 머플 내부로 원료 혼합물을 도입함으로써 열적 반응에 의하여 머플 내부에서 증기상 산화규소가 발생되게 하는 것이 좋다.

제2수단의 상류에는 제7수단을 제공하고, 하류에는 제8수단을 제공하되, 제7수단, 제2수단과 제8수단을 일렬로 배열하여 운반대 통로를 형성한다.

연속 운전을 용이하게 하기 위하여, 본 발명의 장치는 운반대중 하나가 제7수단 내부에 놓이게 배열되는 한편, 선행 운반대는 제2수단 내부에서 정지되고, 또 다른 운반대가 제8수단 내부에 놓이게 배열되는 한편, 후행 운반대는 제2수단 내부에서 정지된다.

별법으로서는, 제7수단, 제2수단 및 제8수단이 원료 혼합물의 연속적인 통로를 이루게 되는데, 이 통로에 원료 혼합물을 채우고, 원료 혼합물을 연속적으로 공급받기 위한 제1수단과 연통시킴으로써, 제7수단, 제2수단 및 제8수단을 통해 상기 통로 내부에서 원료 혼합물이 이동되도록 한다. 제7수단, 제2수단 및 제8수단을 수직으로 배열하는 것이 좋다.

후자의 경우, 제1수단은 제7수단의 정부와 연통된 호퍼로 구성된다.

이하, 본 발명의 양호한 실시 태양이 도시된 첨부 도면에 따라 본 발명을 더욱 상세하게 설명하겠다. 그러나, 이들 실시 태양들은 본 발명을 이들 특정의 실시 태양에 한정시키는 것은 아니며 단지 설명과 이해를 도모하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 SiO 제조 장치는 일반적으로 제1도와 제2도에 도시되어 있다. 제1도의 배열에 있어서, SiO 제조 장치는 반응 혼합물을 열처리 하기 위한 노(10)과, 이 노중에서 열처리에 의해 생성된 미세 SiO를 포집하는 SiO 포집 장치(30) 및 상기 노와 상기 포집 장치에 진공압을 가하는 진공원(40)으로 구성된다.

노(10)은 일반적으로 반응 혼합물을 저압 조건하에서 열처리 하기 위한 진공 노로 구성된다. 노(10)은 노실(爐室)(12)를 이루고 있다. 반응 혼합물 용기(14)는 노실(12) 내부에 배치된다. 반응 혼합물 용기(14)로서는 정부가 개구된 상자형 또는 원통형 도가니 또는 이와 유사한 것을 사용한다. 반응 혼합물 용기(14)는 내부 반응실(16)을 이루고 있다. 반응 혼합물 용기(14)의 저부(18)에는 비산화성 가스를 반응 혼합물 용기(14)의 내부 반응실(16)내로 유입시키는 비산화성 가스 유입관(22)와 통하는 개구부(20)이 있다. 고주파 코일 또는 저항 가열 히터 등과 같은 가열 장치(24)는 반응 혼합물 용기(14)를 에워싸도록 노실(12)내에 설치한다.

SiO 포집 장치(30)은 내부에 SiO 포집실(32)를 이루고 있다. SiO 포집실(32)는 진공 통로(42)를 통하여 진공원(40)에 연결되어 있다. 그러므로, SiO 포집실(32)는 대기압보다 상당히낮은 압력에서 유지된다. 한편, SiO 포집실(32)는 SiO 포집관(34)를 경유하여 노(10)의 노실(12)에 연결된다. SiO 포집관(34)이 한쪽 단부는 노실(12)내에 삽입되어 있다. 뿔나팔 모양의 포집 후드(36)은 SiO 포집관(34)의 한쪽 단부상에 설치된다. SiO 포집관(34)는 반응 혼합물 용기(14)의 내부 반응실(16)의 정부 개구부 위에 설치한다. SiO 포집 장치(30)내의 SiO 포집실(32)의 진공압은 SiO 포집관(34)를 통하여 노실(12)로 도입되어 노실의 내부압을 대기압보다 상당히 낮게 유지시킨다.

한쪽 단부(46)이 SiO 포집실(32)내로 삽입된 관(44)에 의해 진공 통로(42)가 이루어진다. 관(44)의 단부(46)은 SiO 포집 필터(48)로 덮혀 있다. 이 포집 필터(48)은 SiO 포집관(34)를 통하여 SiO 포집실내에 유입된 SiO 미립자를 포집 회수하는 작용을 한다. 수집된 SiO 미립자는 SiO 포집실(32)의 밑바닥에 있는 밸브(38)를 통하여 제거된다.

바람직한 구조에 있어서는, 노(10)의 벽에 단열층이 부착된다. 대안으로서는, 노 벽내에 냉각용 수로를 마련하는 것이 가능할 것이다.

제2도는 본 발명에 의한 SiO 제조 장치의 또 다른 구조를 나타낸다. 이 구조에 있어서, 노(50)은 노실(52)를 이루고 있다. 머플(54)는 노실(52) 내부에 배치되며, 그 내부에 반응실(56)을 형성한다. 반응 혼합물 용기(58)은 반응실(56) 내부에 배치된다. 머플(54)는 가열 장치(60)에 의해 둘러싸여 있어서 가열되어 반응 혼합물의 반응을 유도한다. 1개 이상의 비산화성 가스 유입관(62)는 비산화성 가스를 반응실(56)내에 도입시켜 반응에 의해 발생된 SiO 증기의 응축을 촉진시킨다.

제1도의 장치와 유사하게, SiO 포집 장치(70)은 반응실(56) 내부에서 생성된 SiO 미립자를 포집한다.

SiO 포집 장치(70)은 포집실(72)를 이루는데, 이 포집실은 SiO 포집관(74)에 의해 노 내의 반응실(56)에 연결된다. 포집실(72)는 진공관(82)를 통하여 이에 연결된 진공 펌프(80)에 의해 대기압보다 낮은 압력으로 유지된다. 반응실(56)은 포집관(74)를 통하여 포집실과 통하므로, 이 또한 대기압보다 낮은 압력에서 유지된다.

SiO 포집 필터(84)는 포집실에 삽입된 진공관(82)의 단부에 부착된다. 이 포집 필터(84)는 포집관(74)를 통하여 포집실(72)에 유입된 SiO 미립자를 포집한다.

본 발명에 의한 SiO 제조 방법에 있어서, 원료 혼합물로서는 SiO₂함유 물질 Si 함유 물질 또는 C 함유 물질을 들 수 있다. 고순도의 SiO 미립자를 제조하기 위해서는 SiO₂를 함유하는 원료중의 SiO₂는 순도가 높은 것이어야 좋다. 고순도의 SiO₂는 고순도의 천연 석영, 함수 유리 등을 산 또는 CO₂가스와 반응시켜서 제조할 수 있다. 대안으로서는, 지르콘(ZrO₂·SiO₂)분말, 멀라이트(Al₂O₃·2SiO₂)분말, 월라스토나이트(CaO·SiO₂)분말 등과 같은 SiO₂함유 산화물의 분말도 SiO₂함유 원료로서 사용할 수 있다. 공업적 이용 가치면에서는 지르코니아(ZrO₂), 알루미나(Al₂O₃), 칼시아(CaO)등과 같은 고순도의 부산물이 SiO 제조중에 생성될 수 있으므로, SiO₂를 함유하는 산화물의 분말이 좋다.

또한, 금속 규소 분말 또는 석유 코우크스, 석탄 피치, 카본블랙, 유기 수지 등과 같은 탄소 함유 물질을 상기 SiO₂함유 물질과 혼합한다. 필요에 따라서는, 금속 규소 분말과 탄소 함유 물질의 혼합물을 SiO₂함유 물질과 혼합시킬 수 있다.

본 발명에 의한 방법에 있어서, 반응 혼합물을 열처리 하기 위한 비산화성 분위기를 형성하는 데에는 비산화성 가스를 사용한다. 비산화성 가스는 열처리 도중에 발생되는 SiO 증기를 미분말로 응축시킨다. 비산화성 가스로서는 가스상 N₂, Ar, CO등을 사용할 수 있다.

제1도와 제2도의 양장치에 있어서, 반응 혼합물(SiO₂함유 물질과 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질의 혼합물)의 열처리는 0.1bar 이하의 압력하에 비산화성 분위기 중에서 수행한다. 가열 온도는 1300°내지 200℃이다. 상기 조건하에서 열처리하는 동안에는 다음과 같은 반응식으로 표시되는 반응이 일어난다.

[수학식 1]

[수학식 2]

대기압 하에서, 상기 반응식(1)의 반응을 유도하는 데에는 1750℃ 이상의 온도가 요구된다. 압력을 0.1bar 이하까지 강하시키면, 요구되는 온도는 약 1640℃로 떨어지고, 압력을 0.01bar 이하로 더욱 강하시키면, 요구되는 온도는 약 1540℃로 훨씬 저하된다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 압력이 낮아질 수록 반응에 필요한 온도는 내려간다.

SiO를 효과적으로 제조함과 동시에, 목적 부산물을 제조하는데 좋은 온도 범위는 1300° 내지 2000℃이다. 온도가 1300℃보다 낮은 경우에는, SiO 증기가 발생될 수 없다. 한편, 온도가 2000℃ 이상인 경우에는, 혼합물이 소결되어 SiO 증기 발생이 저해된다. 또한, 불필요하게 높은 열은 SiO 생산비를 고려할때 극히 비경제적이다.

반응실 내에 유입되는 비산화성 가스는 혼합물 표면으로부터 SiO 증기를 유리시키고, 이 SiO 증기를 효과적으로 신속하게 냉각시켜 미분발로 응축시킨다. 또한 반응실의 비산화성 가스 기류가 진공압에 의해 포집실로 유도되면서 응축된 SiO 미분말이 효과적으로 포집실 내에 이송된다.

SiO₂함유 물질에 대한 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질의 바람직한 몰비는 0.4 내지 2.0이다. 또한, 발생된 SiO 증기에 대하여, 반응실로 유입되는 비산화성 가스의 용적비는 0.5 내지 500이 좋다.

제3도는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 SiO 미분말의 투과 전자 현미경 사진이다. SiO 미립자의 입경은 1μm(1000Å) 이하이었다. 보다 양호한 조건에서는 100~200Å의 균일한 입경을 갖는 SiO를 얻을 수 있었다. 본 발명에 의해 얻어진 SiO의 색은 불투명한 황색이었으며, 무정형의 것이 얻어졌다. 이 미세 SiO를 대기중에서 처리하는 경우에, 황색 미분말은 백색 SiO₂로 변한다.

실시예 1

본 발명에 의한 SiO 제조 방법의 효율성을 입증하기 위하여, 제1도의 SiO 제조 장치를 사용하여 실험하였다. 이 실험은 SiO₂를 함유하는 SiO₂분말, ZrO₂와 SiO₂를 99.5% 함유하는 지르콘 분말과 CaO와 SiO₂를 995% 함유하는 월라스토나이트 분말을 사용하여 수행하였다. Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질의 비, 가열 조건 및 결과들은 하기 표 I에 기재하였다 SiO 수율은 이론적 수율에 대하여 중량%로 나타내었다.

또한, 종래 기술에 의한 SiO 제조 공정을 사용해서 얻어진 결과와 비교하였다. SiO 수율들을 비교한 결과, 본 발명에 의한 방법의 효율성이 입증되었다.

[표 1]

상기 표 I로부터 알 수 있는 바와 같이, SiO 미분말의 수율은 본 발명의 방법에 의해 현저하게 향상된다.

실시예 2

ZrO₂와 SiO₂를 99.5% 함유하는 지르콘 분말을 사용하여 또 다른 실험을 행하였다. 지르콘 분말의 평균 입경은 0.95μm이었다. 지르콘 분말을 도까이 카본 가부시끼가이샤(Tokai Carbon K.K.)에서 상표 "SHI-SUTOU 6"으로 시판하는 카본블랙과 혼합시켰다. 카본블랙의 입경은 210Å이엇다. 이 지르콘 분말과 카본블랙의 균일한 혼합물을 마련하였다. 이 혼합물을 직경 15mm×높이 300mm인 고체상의 원통형 괴체로 성형하였다. 이 원통형 괴체를 다량 제조하였다. 이들 성형체를 제2도에 나타낸 본 발명의 SiO 제조 장치를 사용하여 하기 표 II에 나타낸 조건으로 처리하여ㅆ다. 이 실험으로 얻어진 부산물 지르코니아 분말의 순도와 SiO의 수율을 측정하였다.

지르콘 분말중의 SiO₂와 카본블랙중의 C의 몰비(C/SiO₂)가 1.2로 되도록 조절하였다. SiO의 수율은 이론적 수율에 대하여 중량%로 나타내었따. 비산화성 가스로서는 Ar 가스를 SiO 증기에 대해 10 : 1의 용적비로 사용하였다.

[표 2]

상기 실험들로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 SiO 제조 방법에서는 SiO 수율이 종래 기술에 의한 것보다 높다. 그러므로, 본 발명의 방법을 공업에 이용하면, SiO 미분말의 제조 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, SiO 미분말의 제조와 함께 지르코니아, 알루미나, 칼시아 등과 같은 고순도의 부산물도 얻을 수 있다.

이하, 상기한 본 발명의 SiO 제조 방법을 공업적으로 수행하기 위한 SiO 제조 방법 및 장치의 양호한 실시 태양을 설명한다.

생산 용량 및 생산 효율의 관점에서 중요한 인자는 생산 공장이나 생산 장치의 연속적인 운전이다. 그러므로, 이하에 연속적인 SiO 생산에 관한 실시 태양을 기재한다.

제4도 및 제5도는 본 발명에 의한 SiO 제조 장치의 다른 하나의 실시 태양을 나타낸다. SiO 제조 장치의 제1실시 태양은 일반적으로 가열로(100), 예열실(102), 냉각식(104) 및 SiO 포집실(106)으로 구성된다. 예열실(102), 가열로(100) 및 냉각실(104)는 플랫포옴(108)을 따라 일직선상에 배열된다. 가열로(100)내의 노실(110)은 예열실(102)와 냉각실(104)에 연결되어 있다. 도어(112 ; 114)는 노실(110)으로부터 예열실(102)를 분리시키고, 냉각실(104)로부터 노실을 분리시킨다. 예열실(102)의 다른쪽 단부에도 도어(116)이 마련된다. 마찬가지로, 냉각실(104)의 다른쪽 단부도 도어(118)로 막는다.

한쌍의 레일(122)를 플랫포옴(108)의 밑바닥(120)에 고정 체결시킴으로써 예열실(102), 노실(110) 및 냉각실(104)를 지나서 연장된 레일로를 한정한다. 1개 이상의 운반대(124)가 레일로를 따라 이동하여 반응 혼합물(126)을 운반한다. 이상과 같이, 반응 혼합물(126)은 고순도의 SiO₂분말, 지르콘 분말, 멀라이트 분말, 월라스토나이트 분말 등과 같은 SiO₂함유 물질과, 금속 규소, 석유 코우크스, 석판 피치, 카본블랙, 유기 수지 등과 같은 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질로 이루어진다. 이 반응 혼합물을 반응 혼합물 용기(128)에 수용한다. 다수의 반응 혼합물 용기(128)들은 운반대(124) 위에 실려 레일(122)로를 따라 운반된다.

SiO 제조 장치의 연속 운전을 용이하게 하기 위해서는, 3개 이상의 운반대(124)를 마련하여, 각각이 다수의 반응 혼합물 용기(128)을 이송하게 하는 것이 좋다. 운반대(124)는 예열실(102), 노실(110) 및 냉각실(104)에서 예정된 시간동안 정지해 있도록 단계적으로 가동시킬 수 있다. 예열실, 노실 및 냉각실의 각각에서 소요되는 운반대(124)의 정체 시간은 노실(110)내에서 SiO 미분말을 제조하는데 필요한 열처리 시간에 따라 정해진다.

예열실(102)는 수직으로 연장된 측벽(130)과 천장(도시하지 않음)에 의해 이루어진다. 예열실(102)에는 각각의 도어(116) 및 (112)에 의해 폐쇄되는 유입구(134)와 배출구(136)이 있다. 측벽(130), 천장 및 도어(112 ; 116)에는 단열 라이너가 마련된다. 대안으로서는, 측벽(130), 천장 및 도어(112 ; 116)을 단열 성분을 함유하는 재료로 만들 수 있다. 또한, 필요에 따라 측벽(130)과 천장에는 효과적으로 냉각시키기 위해 연장된 냉각 수로를 마련해도 좋다.

가열 장치 수단(160)을 예열실(102) 내부에 배치한다. 제4도에 나타낸 바와 같이, 가열 장치 수단(160)은 운반대(124)의 한쪽 통로 벽에 배열된 고주파 코일, 저항 가열 히터 등과 같은 열발생기로 구성된다. 측벽(130) 및(또는) 천장에 있는 1개 이상의 비산화성 가스 유입구(140)을 통하여 비산화성 가스가 예열실(102)로 들어 온다. 비산화성 가스 유입구(140)은 유입관(142)은 에 연결되고, 이 유입관은 다시 비신화성 가스원(도시하지 않음)에 접속된다. 불활성 가스 분위기를 배출하기 위해서 측벽(130) 또는 천장에 배기구(144)를 배기관(146)에 연결한다.

도어(112) 및 (116)이 열려 있을 때에는 반응 혼합물 용기(128)과 함께 운반대(124)를 통과시키고, 닫혀 있을때에는 예열 중에 예열실(102)를 대기 및 노실로 부터 차단시킨다. 제6도에 도시한 바와 같이, 예열은 약 100℃의 온도에서 수행한다.

도어를 자동으로 개폐하기 위해서는 도어(112) 및 (116)에 작동기를 마련하는 것이 편리하다. 특히, 이러한 장치에는 운반대(124)가 유입구(134)와 배출구(136)에 접근하는 것을 감지하는 감지기와 도어의 개폐를 자동으로 작동시키는 작동기를 포함하는 도어 조절 장치를 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 레일(122)로를 따라 운반대(124)의 진행이 조절된다.

가열로(100)의 측벽(148)과 천장(150)은 노실(110)을 형성한다. 예열실(102)와 유사하게, 노실(110)에 유입구(152)와 배출구(154)를 설치한다. 이 유입구(152)는 예열실(102)의 배출구(136)에 인접한 위치에 있게 한다. 도어(112)의 위치에 따라 예열실(102)와 노실(110)간의 교류가 이루어지거나 차단된다. 마찬가지로, 노실(110)의 배출구(154)는 도어(114)에 의해 밀폐된다. 측벽(148), 천장(150) 및 도어(114)에는 단열 라이너를 마련하거나 또는 단열 성분을 함유하는 재료로 만든다.

노실(10)내의 머플(156)은 가열 위치에서 운반대(124)를 에워싼다. 머플(156)은 반응 혼합물이 반응하여 SiO 증기를 발생하는 반으일(158)을 형성한다.

머플(156)을 에워싸는, 노실(110)중에 설치된 가열 수단(160)은 반응실(158) 내부에서 운반대(124)상의 반응 혼합물을 가열하여 SiO 증기를 발생시키기에 충분한 온도, 즉 제1도와 관련하여 설명한 바와 같이 1300° 내지 2000℃의 온도로 반응 혼합물을 가열한다. 예열실(102)에서의 가열 수단과 마찬가지로, 노실(110)의 가열 수단(160)은 운반대 통로의 양측벽을 따라 배열된 고주파 코일, 저항 가열 히터 등이어도 좋다.

측벽(148)은 노실(110)을 SiO 포집실(106)에 연결하는 교류 통로를 형성한다. SiO 포집관(164)는 머플(156)으로부터 연장되어, 반응실(158)과 SiO 포집실(106)간의 교류를 위한 교류 통로(162)를 통하여 지난다. SiO 포집관(164)를 에워싸는 교류 통로(162) 내부에 보조 가열 장치(166)을 설치한다. 보조 가열 장치(166)은 SiO 포집관을 가열하여 반응실(158)에서 발생된 SiO 증기를 증기 상태로 유지시킨다.

단열판(168)은 SiO 포집관(164)의 배출구에 대향되게 설치한다. 단열판(168)은 측벽의 연장부(170)의 하부로 연장된다.

각 SiO 포집실(106)은 2개의 구획(172) 및 (174)로 분할되어 있고, 이들은 서로 각 구획의 천장 근처의 교류 통로(176)을 통하여 연결된다. 진공관(178)은 진공 펌프(도시되지 않음)와 같은 진공원에 연결되어 있으며, SiO 포집실(106)의 구획(174)내에 삽입되어 진공압을 유입시킨다. 진공관(178)은 SiO 포집실의 구획(174)에 삽입된 단부에서 백필터(bag filter)(180)을 갖는다. 이 백필터(180)은 반응실(158)로부터 SiO 포집실로 유입되는 SiO가 진공관(178)을 통하여 유동되는 것을 방지한다. SiO 포집실(106)의 구획(172 ; 174)는 각각 포집된 SiO를 배출하는 배출 밸브(182 ; 184)를 갖는다. 포집된 SiO의 배출을 촉진시키기 위해서는 SiO 포집실의 각 구획(172 ; 174)의 바닥부가 호퍼로서 작용하도록 고안한다.

SiO 수측물은 추가 처리, 포장 등을 위하여 공장의 다른 장소로 보낼 수 있다.

반응실(158) 내에서 비산화성 분위기를 유지하기 위해서는, 비산화성 가스를 반응 혼합물의 열처리 중에 첨가하여야 한다. 그러므로, 1개 이상의 비산화성 가스 유입관(186)이 노벽을 통하여 지난다. 도시된 실시 태양에 있어서, 비산화성 가스 유입관(186)은 운반대 플팻포옴의 천장 및 바닥을 통하여 노실(110) 내로 연장된다. 가열로(100)의 천장을 통하여 연장되는 가각의 비산화성 가스 유입관은 머플(156)을 통하여 반응실(158)로 통한다. 한편, 운반대 플랫포옴의 바닥을 통하여 연장되는 비산화성 가스 유입관(186)은 운반대를 통과하여 운반대(124) 상에서 비산화성 가스를 반응 혼합물 용기(128)에 직접 분사할 수 있도록 수직으로 이동시킬 수 있다. 바닥을 통하여 연장되는 비산화성 가스 유입관(186)은 운반대(124)가 이동하는 동안 운반대의 이동을 방해하지 않도록 내려갈 수 있다. 별법에서는, 운반대(124)에는 분사 노즐이 있으며, 그 위의 용기 쪽으로 향하는 상단부와, 운반대 바닥을 거쳐 아래로 연장된 하단부가 있다. 운반대에 의해 운반된 분사 노즐은 운반대(124)가 열처리에 적당한 위치에 놓일 때, 적당한 연결 장치 또는 접속 장치에 의해 비산화성 가스 유입관(186)에 연결된다.

상기 예열실(102)와 마찬가지로 냉각실(104)는 수직으로 연장된 측벽(188) 및 천장(도시하지 않음)에 의해 이루어진다. 불활성 가스를 교환하고 비산화성 가스를 배출시키기 위한 1개 이상의 비산화성 가스 유입구(192)와 하나의 배출구(194)가 측벽(188)을 관통한다. 비산화성 가스 유입구(192)는 비산화성 가스 유입관(196)을 통하여 비산화성 가스원에 연결되어 있고, 한편 배출구(194)는 배출관(198)에 연결되어 있다.

예열실(102), 노실(110) 및 냉각실(104) 내의 열분포도는 제6도에 설명되어 있다. 제6도에 나타낸 바와 같이, 운반대(124) 상의 반응 혼합물(126)은 예열실(102)에서 약 1000℃까지 가열된다. 예열실(102)는 대기압, 즉 1기압에서 유지된다. 비산화성 가스, 즉 N₂가스 또는 Ar 가스가 비산화성 가스 유입구(140)을 통하여 예열실로 유입된다. 그러므로, 반응 혼합물(126)은 대기압에서 비산화성 조건하에 예열된다. 예열실(102)에서, 반응 혼합물(126)의 온도는 시간당 약 300℃의 속도로 상승한다.

반응 혼합물 용기(128) 중의 반응 혼합물(126)을 운반하는 운반대(124)는 예열실에 머물러 예열 처리된다. 반응 혼합물을 약 1000℃까지 예열시키기에 충분히 긴 소정의 시간이 경과한 후, 도어(112)가 열리도록 작동되어 운반대(124)가 노실(110) 내로 들어간다. 동시에 도어(116)은 다음 운반대(124)가 예열실로 들어갈 수 있도록 열린다.

노실(110)에 있어서, 운반대(124) 상의 반응 혼합물(126)은 가열 수단(160)에 의하여 약 1600℃까지 가열된다. 반응실(158) 중에서 반응 혼합물의 온도 증가율은 반응 혼합물(126)이 1600℃로 가열될 때까지 약 200℃/hr가 된다. 열처리는 비산화성 가스, 즉 N₂, Ar 등과 같은 비산화성 가스 분위기하에서 수행한다. 노실(110) 내의 압력은 약 0.05기압으로 유지한다. 이와 같은 열처리에 의해, 반응 혼합물(126)으로부터 SiO 증기가 발생된다. SiO 증기는 비산화성 가스 기류에 의해 SiO 포집관(164)를 지나 SiO 포집실(106)으로 반송된다. SiO 증기가 SiO 포집실(106)으로, 그리고 SiO 포집실(106) 내부에서 이동함에 따라, SiO 증기는 냉각되고 응축되어 고체상인 SiO 미분말로 된다.

이상과 같이, 진공압을 SiO 포집실(106)과 노실(110)으로 도입시키는 진공관(178)의 내단부에 백필터(180)을 마련하면, 가스상 또는 미립자상 SiO가 진공관에 도입되지 않으므로, 오염 문제가 발생하지 않는다.

응축된 SiO는 SiO 포집실(106)의 호퍼에 축적된다. 이어서, 배출 밸브(182, 184)가 열려져서 축적된 SiO 를 회수한다.

반응 혼합물(126)으로부터 SiO를 모두 제거하기에 충분히 긴 소정 시간이 경과하면, 도어(114)가 열려져서 운반대(124)를 냉각실(104)로 이동시킨다. 동시에, 예열실(102) 내의 후속 운반대(124)가 노실로 들어가 열처리됨으로써 SiO가 제조된다. 또한, 후속 운반대(124)가 노실 내에서의 후속되는 SiO 제조 열처리를 위해 예열실(102)로 이동된다.

운반대(124) 상의 반응 혼합물(126)은 비교적 차가운 비산화성 가스가 냉각실(104)로 유입됨으로써 강제적으로 냉각되므로, 냉각실 내에서 비산화성 가스는 반응 혼합물의 냉각 매체로서 제공된다. 냉각실(104)는 대기압, 즉 1기압 상태에 있게 한다. 충분히 냉각된 후, SiO₂함유 물질로서 사용한 지르콘, 멀라이트, 월라스토나이트 등의 출발 물질에 따라 지르코니아, 알루미나, 칼시아 등의 부산물을 회수할 수 있다. 이들 부산물은 고순도로 얻어진다.

제7도 및 제8도에 본 발명의 SiO 제조 장치의 제2실시 태양이 도시되어 있다. 제1실시 태양의 경우와 동일한 구조 부분의 중복된 설명을 피하기 위해서 동일한 부분은 동일한 참조 부호를 사용하여 정의하고, 앞에서 상세히 설명된 내용은 생략하였다. SiO 제조 장치의 제2실시 태양은 제1실시 태양으로 제조한 경우에 비해 SiO 미분말을 보다 대량으로 생산하는데 적합하다.

그러므로, 운반대(124)는 반응 혼합물이 들어 있는 다수의 반응 혼합물 용기(128)에 적합하도록 되어 있다. SiO₂함유 물질과 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질을 혼합한 반응 혼합물의 양이 많아질수록 더욱 큰 용량의 반응실(200)이 요구된다. 반응실(200)은 머플(202)에 의해 형성된다. 머플(202)는 운반대(124)위에 놓여서 운반대 상의 반응 혼합물 용기(128) 중의 반응 혼합물 용기(128) 중의 반응 혼합물(126)과 함께 운반된다. 머플(202)는 다수의 관통 개구부(204)로 형성되는데, 이를 통해 열처리 중에 발생된 SiO 증기가 비산화성 가스 기류와 함께 SiO 포집실(106)으로 유동된다. SiO 증기를 포집실(106)으로 보다 효율적으로 반송하기 위해서는, 관통 개구부(204)를 가열로(100)의 측벽(148)을 통해 연장되는 다수의 SiO 포집관(206) 각각에 대응하는 위치에 형성되도록 한다.

SiO 포집실(106)은 상기 실시 태양과 마찬가지로, 2개의 구획(208) 및 (210)으로 분리된다. SiO 포집실(106)의 구획(208 ; 210) 사이에 교류 통로(212)를 제공하여 이들 구획 간에 유체가 교류될 수 있게 한다. 교류 통로(212)의 단부는 구획(208) 쪽으로 열려 있는데, 여기에 필터(214)를 설치한다. 상기 실시 태양과 마찬가지로, 노실(110)으로부터 방사된 열을 단열시키기 위해서 구획(28) 내부에 단열판(168)을 마련한다. 상기 교류 통로(212)의 단부는 구획(208)의 비교적 낮은 부위에서 열려 있다. 교류 통로(212)의 반대쪽 단부는 또 다른 구획(210)의 정부에서 열려 있다. 구획(210)은 구획(208)보다 작은 용적을 갖는다. 진공관(178)에는 백필터(180)을 설치한다. 구획(210)에는 역시 호퍼로서 작용하는 저부가 있고, SiO 포집실(106)으로부터 고체상 SiO 미분말을 제거하는 배출 밸브(216)을 갖는다.

한편, 보다 큰 SiO 생산 용량을 위해 제1실시 태양보다 용적이 큰 노실(110)을 비산화성 분위기로 유지하기 위해서, 비산화성 가스 유입관(218)을 추가로 마련한다. 이 추가의 비산화성 가스 유입관(218)은 노의 천장(150)을 통하여 연장되고, 머플(202)의 천장을 통하여 더 연장된다. 비산화성 가스 유입관(218)이 운반대(124)의 이동을 방해하지 않도록 하기 위해서는, 비산화성 가스 유입관(218)을 운반대(124)를 향하여 상하 수직으로 이동하게 할 수 있다. 예를들면, 운반대(124)가 반응 혼합물의 열처리가 일어나는 노의 위치에서 정지해 있는 동안에는, 비산화성 가스 유입관(218)을 비산화성 가스가 반응실(200)으로 분사되도록 낮게 위치시킨다.한편, 운반대(124)가 예열실(102)로부터 노실(110)으로 이동하거나, 또는 노실로부터 냉각실(104)로 이동할 때에는, 비산화성 가스 유입관(218)을 머플(202)의 상부로 이동시켜 반응 혼합물 용기(128) 및 머플(202)가 있는 운반대(124)가 이동할 수 있도록 한다.

대안으로서는, 머플(202)에 비산화성 가스 분사 노즐을 마련하고, 이 분사 노즐을 적당한 연결 장치 또는 접속 장치에 의해 비산화성 가스 유입관(218)에 연결시킬 수 있다.

상기 구조에 의해, 제7도 및 제8도의 SiO 제조 장치는 상기 제4도 및 제5도의 실시 태양에서 설명한 방법과 매우 동일한 방식으로 작동된다.

제9도는 본 발명에 의한 SiO 제조 장치의 또 다른 실시 태양을 나타낸다. 이 실시 태양에서, 본 발명에 의한 SiO 제조 방법은 직립형 노(300)에 의해 수행되는데, 여기에 상기한 반응 혼합물, 즉 SiO₂함유 물질과 Si 함유 물질 및(또는) C 함유 물질의 혼합물이 연속적으로 공급되어 SiO 미분말과 부산물을 연속적으로 생산한다.

이 실시 태양에 의한 직립현 노(300)은 수직으로 연장된 노실(302)를 한정한다. 노실(302)는 세개의 영역, 즉 예열 영역(304), 열처리 영역(306) 및 냉각 영역(308)로 분리되어 있다. 실제로 원통형인 머플(310)이 노실(302)에서 예열 영역(304), 열처리 영역(306) 및 냉각 영역(308)을 지나 노실의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 머플(310)은 또한 노(300)의 하부로 연장되어 원통형 연장부(309)를 형성한다. 원통형 연장부(309)의 하단부는 부산물 포집실(312)에 연결된다. 부산물 포집실(312)는, 이 포집실 내부로 회수되어 축적된 부산물을 제거하는 배출 밸브(313)을 갖는다. 가스 교환실(315)는 부산물 포집실(312) 아래에 이루어져 있다. 가스 교환실(315)는 배출관과 연통된다.

머플(310)의 정부는 반응 혼합물을 공급 조절 밸브(314), 가스 교환실(316) 및 공급 조절 밸브(318)를 통하여 연속적으로 공급하기 위하여 호퍼(311)에 연결한다. 가스 교환실(316)은 폐가스를 배출시키는 배기관(320)에 연결한다. 비산화성 가스 유입관(322)는 노(300)의 외측부에서 머플(310)의 정부와 원통형 연장부(309)의 하단부에 인접한 위치에 연결된다. 머플(310)은 또한 SiO 포집관으로서 작용하는 한 쌍의 분지부인 SiO 포집관(324)를 갖는다. SiO 포집관(324)는 SiO 포집실(326)과 연통된다. SiO 포집실(326)은 강판으로 된 그의 외곽 동체(胴體)로 이루어진다.

앞서의 실시 태양과 유사하게, 이 실시 태양의 SiO 포집실(326)은 각각 2개의 구획(328) 및 (330)으로 분할된다. 각 구획(328 ; 330)의 저부는 호퍼로서 가능하도록 성형된다. 구획(328 ; 330)의 저부에 배출 밸브(332 ; 334)를 마련하여, 이들 구획 내부에 포집되어 축적된 SiO 미분말을 제거하는데 이용한다.

구획(330)을 진공원(도시하지 않음)과 연결시키려면 진공관(336)을 구획(330) 내에 삽입한다. 구획(330)에 도입된 진공압에 의해 노실(302)와 머플(310)의 내부가 진공압으로 유지된다.

제9도에서 나타낸 바와 같이, 머플(310)은 가열실(338)이 그 사이에 이루어지도록 노(300)의 내부 직경보다 실제로 작은 직경을 갖는다. 가열 장치(340), (342) 및 (344)는 가열실(338) 내부에 머플(310)을 에워싸도록 마련된다. 가열 장치(340)을 예열 영역(304) 내부에 배치하여 예열 영역 내 반응 혼합물을 약 1000℃까지의 온도로 가열한다. 가열 장치(342)는 열처리 영역(306) 내부에서, 반응 혼합물이 이 열처리 영역을 통과할 때 실제로 일정한 온도, 즉 1600℃로 가열되기에 적합하도록 배치한다. 한편, 냉각 영역(308)내의 가열 장치(344)는 예열 영역(304)와 열처리 영역(306) 내에서 발생되는 온도에 비해 상당히 낮은 온도를 발생한다.

머플(310)의 원통형 연장부(309)의 하단부 반대쪽에 위치하는 부산물 포집실(312) 내부에는 부하 지지대(346 ; 348)을 마련한다. 이 부하 지지대(346 ; 348)은 각각 노의 축에 대해서 수직 방향으로 이동하여 부산물 포집실(312)로 낙하되는 부산물의 양을 조절함으로써 머플(310) 내에 채워놓은 반응 혼합물의 하향 이동 속도를 조절할 수 있다. 부하 지지대(346 ; 348)에 의하여 이루어지는 통로의 면적은 공급 조절 밸브(314 ; 318) 내에 이루어진 통로의 면적에 따라 조절될 수 있다.

제9도의 SiO 제조 장치를 사용한 본 발명의 SiO 제조 방법에 있어서, 머플(310)의 내부 공간에 반응 혼합물을 채운다. 머플(310)의 내부 공간에 채워진 반응 혼합물은 예열 영역(304), 열처리 영역(306) 및 냉각 영역(308)을 통하여 이동된다. 이 공정 중에, 비산화성 가스는 머플(310)의 내부 공간에 유입되고, 이러한 비산화성 분위기 하에서 열처리됨으로써 SiO 제조 공정이 진행된다. 노실(302)의 압력을 진공으로 유지하기 위하여 진공관(336)을 통하여 SiO 포집실(326)으로 효과적으로 진공을 유도한다.

전술한 실시 태양과 유사하게, 머플(310) 내의 반응 혼합물은 하향 이동중에 예열 영역에서 제6도에서 설명한 열분포 곡선에 따라 1000℃로 예열된다. 이어서, 예열 영역(304)를 통과한 반응 혼합물은 열처리 영역(306)으로 도입된다. 열처리 영역이 대역 내에 SiO 포집관(324)를 마련한다. 이 대역 내에서 반응 혼합물의 온도는 SiO 증기를 발생시키기에 충분히 높은 약 1600℃의 온도로 일정하게 유지시킨다. 반응 혼합물에서의 열반응에 의해 반응 혼합물로부터 발생된 SiO 증기는 비산화성 가스 기류와 함께 SiO 포집실로 도입된다. SiO 포집관(324) 주위에 마련된 가열 장치(350)이 SiO 를 증기 상태로 유지시킨다. SiO 포집실(326) 내에서 SiO 증기가 냉각 응축되어 고체상인 SiO 미분말로 된다. 반응 혼합물을 연속적으로 처리함으로써, SiO 미분말을 SiO 포집실(326) 내에 축적시킬 수 있다. 축적된 SiO 는 SiO 포집실(326)으로부터 배출 밸브(38)을 통해 배출된다.

한편, SiO를 제거하고 잔류하는 원료는 냉각 영역(306)으로 이동시켜서 냉각시킨다. SiO가 제거된 냉각 원료는 상당히 고순도의 부산물로서 제공된다. 이와 같은 부산물은 부산물 포집실(312) 내에 축적되어 배출 밸브(313)을 통해 배출된다.

위에서 알 수 있는 바와 같이, 제9도의 실시 태양은 SiO 제조의 연속적인 처리를 용이하게 하므로, SiO 미분말의 제조에 있어서 상당히 높은 효율을 제공할 수 있다.

그러므로, 본 발명은 전술한 목적 및 잇점을 모두 실현하는 것이다.

앞에서 부터 지금까지 본 발명을 기재함에 있어서 본 발명을 만족시키는 특정 실시 태양을 들어 기재하였지만 본 발명이, 개시된 실시 태양과 다른 어떠한 방식으로든 이행될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 개시된 실시 태양의 각종 변형으로 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 이들 실시 태양과 본 발명의 원리에서 벗어나지 않는 한 본 발명을 실시하는 변형법, 그리고 첨부되는 특허 청구 범위에서 청구하는 모든 것을 포함한다.

Claims (66)

1. 이산화 규소 함유 물질과 금속 규소 및(또는) 탄소 함유 물질의 혼합물로 이루어진 원료 혼합물을 마련하는 공정, 상기원료 혼합물을 비산화성이면서 실질적으로 낮은 압력 분위기 하에 가열하여 증기상 일산화규소를 발생시키는 공정, 상기 증기상 일산화규소를 가스상 분위기 중에서 고체상인 일산화규소 미분말로 응축시키는 공정, 및 응축된 고체상 일산화규소 미분말을 포집 회수하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일산화규소 미분말의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 원료 혼합물을 가열하는 반응실과 상기 증기상 일산화규소를 응축시키는 응축실을 마련하고, 상기 반응실로부터 비산화성 가스 기류를 상기 응축실로 발생시켜서 반응실의 증기상 일산화규소를 응축실로 반송시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 비산화성 가스 기류 발생 공정에서 진공압이 상기 응축실을 통하여 반응실로 유입되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 비산화성 가스가 연속적으로 상기 반응실에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 가열 단계가 0.1기압 이하의 압력 하에서 1300° 내지 2000℃ 범위의 가열 온도에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 지르콘(ZrO₂·SiO₂), 멀라이트(Al₂O₃·2SiO), 월라스토나이트(CaO·SiO₂) 및 고순도 이산화규소 분말로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 탄소 함유 물질이 석유 코우크스, 석탄 피치, 카본 블랙 및 유기 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 비산화성 가스가 N₂가스, Ar 가스 및 CO 가스로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 일산화규소를 제거한 후에 잔류하는 원료 혼합물을 부산물로서 회수하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 지르콘(ZrO₂·SiO₂)인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 부산물이 고순도의 지르코니아(ZrO₂)인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 멀라이트(Al₂O₃·2SiO₂)인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서,상기 부산물이 고순도의 알루미나(Al₂O₃)인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 월라스토나이트(CaO·SiO₂)인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 부산물이 고순도의 칼시아(CaO)인 것을 특징으로 하는 방법.
16. 이산화 규소 함유 물질과 금속 규소 및(또는) 탄소 함유 물질의 혼합물로 이루어진 원료 혼합물을 비산화성이면서 실질적으로 낮은 압력 분위기 하에 가열하여 증기상 일산화규소를 발생시키는 수단과, 상기 증기상 일산화규소를 가스상 분위기 중에서 고체상인 일산화규소 미분말로 응축시키고, 응축된 고체상 일산화규소 미분말을 포집 회수하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일산화규소 미분말의 제조 장치.
17. 제17항에 있어서, 상기 가열 수단이 상기 원료 혼합물을 가열하는 반응실로 이루어지고, 상기 응축수단에는 상기 증기상 일산화규소를 응축시키는 응축실이 포함되어 있으며, 상기 반응실과 응축실이 이 반응실로부터 비산화성 가스의 기류를 응축실로 발생시켜 반응실의 증기상 일산화규소를 응축실로 반송시키기 위해서 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 비산화성 가스 기류를 발생시키는 수단을 더 포함하고, 이 비산화성 가스 기류 발생 수단은 진공압을 상기 응축실을 통해 반응실로 유입시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 비산화성 가스가 연속적으로 상기 반응실에 공급되는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 가열 수단이 0.1기압 이하의 압력 하에서 1300° 내지 2000℃ 범위의 가열 온도로 상기 원료 혼합물을 가열하는 것임을 특징으로 하는 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 지르콘(ZrO₂·SiO₂), 멀라이트(Al₂O₃·2SiO₂), 월라스토나이트(CaO·SiO₂) 및 고순도 이산화규소 분말로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 탄소 함유 물질이 석유 코우크스, 석탄 피치, 카본 블랙 및 유기 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 비산화성 가스가 N₂가스, Ar 가스 및 CO 가스로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제19항에 있어서, 상기 일산화규소가 제거되고 잔류하는 원료를 부산물로서 포집 회수하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 지르콘(ZrO₂·SiO₂)인 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 부산물이 고순도의 지르코니아(ZrO₂)인 것을 특징으로 하는 장치.
27. 제24항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 멀라이트(Al₂O₃·2SiO₂)인 것을 특징으로 하는 장치.
28. 제27항에 있어서,상기 부산물이 고순도의 알루미나(Al₂O₃)인 것을 특징으로 하는 장치.
29. 제24항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 월라스토나이트(CaO·SiO₂)인 것을 특징으로 하는 장치.
30. 제29항에 있어서, 상기 부산물이 고순도의 칼시아(CaO)인 것을 특징으로 하는 장치.
31. 이산화 규소 함유 물질과 금속 규소 및(또는) 탄소 함유 물질을 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 공정, 상기원료 혼합물을 반응실 내에 연속적으로 공급하는 공정, 상기 반응실 내의 원료 혼합물을 비산화성 가스의 존재 하에 실질적으로 낮은 압력 분위기 중에서 가열하여 증기상 일산화규소를 발생시키는 공정, 발생된 증기상 일산화규소를 포집실로 반송시키는 공정, 및 상기 증기상 일산화규소를 비산화성 가스의 존재하에 냉각 응축시키고, 응축된 일산화규소 미분말을 포집 회수하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일산화규소 미분말의 제조 방법.
32. 제32항에 있어서, 진공압을 상기 포집실 내에 도입시켜서 상기 반응실로부터 비산화성 가스 기류를 상기 포집실로 발생시켜 이 가스 기류에 의하여 상기 증기상 일산화규소를 포집실로 반송시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
33. 제32항에 있어서, 상기 비산화성 가스를 상기 반응실 내에 연속적으로 공급하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 원료 혼합물을 상기 반응실 내에 공급하기 전에 예열시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
35. 제34항에 있어서, 일산화규소를 제거한 후 원료 혼합물을 냉각시키고 잔류하는 원료를 부산물로서 회수하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
36. 제35항에 있어서, 상기 가열 단계가 0.1기압 이하의 압력 하에서 1300° 내지 2000℃ 범위의 가열 온도에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
37. 제35항에 있어서, 상기 원료 혼합물 공급이 일산화규소 제조 공정을 연속 운전시키는데 정해진 예정 시간에 간헐적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
38. 제35항에 있어서, 상기 원료 혼합물 공급이 그 원료 혼합물을 예정 시간 내에 상기 반응실을 통하여 이송시키도록 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
39. 제36항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 지르콘(ZrO₂·SiO₂)인 것을 특징으로 하는 방법.
40. 제39항에 있어서, 상기 부산물이 고순도의 지르코니아(ZrO₂)인 것을 특징으로 하는 방법.
41. 제36항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 멀라이트(Al₂O₃·2SiO₂)인 것을 특징으로 하는 방법.
42. 제41항에 있어서,상기 부산물이 고순도의 알루미나(Al₂O₃)인 것을 특징으로 하는 방법.
43. 제36항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 월라스토나이트(CaO·SiO₂)인 것을 특징으로 하는 방법.
44. 제43항에 있어서, 상기 부산물이 고순도의 칼시아(CaO)인 것을 특징으로 하는 방법.
45. 이산화규소 함유 물질과 금속 규소 및(또는) 탄소 함유 물질을 혼합하여 제조한 원료 혼합물을 연속적으로 공급하는 제1수단, 상기 원료 혼합물을 상기 제1수단으로부터 수용하고, 이 원료 혼합물을 비산화성 가스의 존재 하에 실질적으로 낮은 압력 분위기 중에서 가열하여 증기상 일산화규소를 발생시키는 제2수단, 상기 증기상 일산화규소를 비산화성 가스의 존재하에 냉각 응축시키고, 응축된 일산화규소 미분말을 포집 회수하는 제3수단 및 상기 제2수단에서 발생된 증기상 일산화규소를 상기 제3수단내로 이송시키는 제4수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일산화규소 미분말의 제조 장치.
46. 제45항에 있어서, 상기 증기상 일산화규소를 상기 제3수단에 이송시키기 위하여 상기 제2수단으로부터 상기 제3수단으로의 가스 기류를 발생시키도록 상기 제3수단 내에 진공압을 도입하는 제5수단을 더포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
47. 제46항에 있어서, 상기 비산화성 가스를 상기 제2수단 내에 연속적으로 공급하는 제6수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
48. 제47항에 있어서, 상기 원료 혼합물을 상기 제2수단 내에 공급하기 전에 예열시키는 제7수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
49. 제48항에 있어서, 상기 일산화규소를 제거한 후 잔류하는 원료 혼합물을 냉각시켜 부산물로서 회수하는 제8수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
50. 제49항에 있어서, 상기 제2수단이 0.1기압 이하의 압력 하에서 1300° 내지 2000℃ 범위의 가열 온도에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
51. 제50항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 지르콘(ZrO₂·SiO₂)인 것을 특징으로 하는 장치.
52. 제51항에 있어서, 상기 부산물이 고순도의 지르코니아(ZrO₂)인 것을 특징으로 하는 장치.
53. 제50항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 멀라이트(Al₂O₃·2SiO₂)인 것을 특징으로 하는 장치.
54. 제53항에 있어서,상기 부산물이 고순도의 알루미나(Al₂O₃)인 것을 특징으로 하는 장치.
55. 제50항에 있어서, 상기 이산화규소 함유 물질이 월라스토나이트(CaO SiO₂)인 것을 특징으로 하는 장치.
56. 제55항에 있어서, 상기 부산물이 고순도의 칼시아(CaO)인 것을 특징으로 하는 장치.
57. 제45항에 있어서, 상기 제1수단이 상기 원료 혼합물을 상기 제2수단을 통해 수송하기에 적합한 다수의 운반대로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
58. 제57항에 있어서, 상기 운반대가 상기 제2수단 내에서 예정 시간 동안 정지해 있기에 적합한 것을 특징으로 하는 장치.
59. 제58항에 있어서, 상기 운반대 위에는, 반응실을 형성하고 그 내부에 상기 원료 혼합물을 수용하여 열적 반응을 일으켜서 상기 증기상 일산화규소를 발생시키는 머플이 장착된 것을 특징으로 하는 장치.
60. 제59항에 있어서, 상기 원료 혼합물을 상기 제2수단에 공급하기 전에 예열 시키는 제7수단과, 상기 일산화규소를 제거한 후 잔류하는 원료의 혼합물을 냉각시켜 부산물로서 회수하는 제8수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
61. 제60항에 있어서, 상기 제7수단을 상기 제2수단의 상류에 제공하고 상기 제8수단을 제2수단의 하류에 제공함으로써 제7수단, 제2수단 및 제8수단을 일렬로 배열하여 상기 운반대로의 통로를 형성한 것을 특징으로 하는 장치.
62. 제61항에 있어서, 상기 운반대 중 하나가 상기 제7수단 내부에 놓이고, 선행 운반대는 상기 제2수단 내부에서 정지하도록 배열한 것을 특징으로 하는 장치.
63. 제62항에 있어서, 또 다른 운반대가 상기 제8수단 내부에 놓이고, 후행 운반대는 상기 제2수단 내부에서 정지하도록 배열한 것을 특징으로 하는 장치.
64. 제48항에 있어서, 상기 제7수단, 제2수단 및 제8수단이 상기 원료 혼합물의 연속 통로를 형성하고, 상기 원료 혼합물이 이 통로에 채워지며, 또한 이 통로가 상기 원료 혼합물을 연속적으로 공급하는 상기 제1수단과 연통되어 있어서 원료 혼합물이 제7수단, 제2수단 및 제8수단을 통한 통로 내부에서 수송되는 것을 특징으로 하는 장치.
65. 제64항에 있어서, 상기 제7수단, 제2수단 및 제8수단이 수직으로 배열된 것을 특징으로 하는 장치.
66. 제65항에 있어서, 상기 제1수단이 상기 제7수단의 정부와 연통된 호퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.

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