TW202319343A - 一氧化矽的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明是一種一氧化矽的製造方法，是製造一氧化矽的方法，其中，具有以下操作：操作A，以包含氧氣和惰性氣體之第一混合氣體作為載體，來將作為原料的金屬矽粉末、或金屬矽粉末與二氧化矽粉末之混合粉供給至燃燒裝置；以及，操作B，對前述燃燒裝置供給包含可燃性氣體、氧氣及惰性氣體之第二混合氣體來形成火焰，在該火焰中使源自前述金屬矽粉末的矽成分與前述氧氣反應，藉此獲得產物；實行前述操作B時亦同時實行操作A；藉由調整供給至前述燃燒裝置的前述金屬矽粉末的量與前述第一混合氣體中包含的氧氣和前述第二混合氣體中包含的氧氣的合計量之比值，從而在生成一氧化矽粉末的條件下實行前述矽成分與氧氣的反應。藉此，提供一種生產性高的一氧化矽的製造方法。
Description
本發明有關一種一氧化矽的製造方法。
以往眾所皆知的一氧化矽(以下亦記述為「SiO」)的製造是使金屬矽粉(以下亦記述為「Si」或「Si粉」)與二氧化矽粉(以下記述為SiO
2或SiO
2粉)接觸，然後保持在1200℃以上、將近1500℃的溫度區域使其反應，使SiO昇華來進行製造。這樣的固相反應昇華法自古為人所知，已提出許多專利申請(專利文獻1至專利文獻7)。SiO不存在液相，因此基本上在不經由液相的情形下利用粉體之間的接觸反應來直接昇華，從而成為SiO氣體。SiO氣體被蒸鍍、冷卻在蒸鍍板等之上，固化而成為塊體SiO。為了生成SiO氣體，需要增加Si/SiO
2粉體間的接觸點，混合微粉彼此，利用某種方法進行造粒或製成壓粉體來增加接觸點，從而促進反應。反應溫度以較高為理想，但是如果使其過高，則金屬矽Si會熔融，從而難以保持液體。為了增加粉體間的接觸點，強力加壓粉體彼此是有效的，但是Si和SiO
2都是陶瓷且不會變形，因此存在限度。為了增加SiO
2粉和Si粉的粉末彼此的接觸點，使各粉末變細是有效的。然而，例如為了製成μm級的微細粉末，需要裝置或能源成本，並且，如果使其變過細，則Si粉的表面容易氧化，亦增加粉塵爆炸的危險性，因此微細化亦存在極限。也就是說，在以往的固相間接觸法中，提高反應溫度或增加粉體接觸點是存在極限的，因此SiO生成速度存在極限。
另一方面，已知在藉由SiO
2的還原來獲得金屬矽Si的過程中會經由SiO(非專利文獻1)。例如，被認為在SiO
2還原爐內反應會依基本過程(1)～(3)的順序，用下述的方式進行。
(1) SiO
2＋C → SiO＋CO
(2) SiO＋C → Si＋CO
(3) SiO
2＋2C → Si＋2CO
理想是能夠在SiO
2的C還原的上述(1)過程停止來僅提取SiO。然而，在還原爐中(1)～(3)過程是連續發生，所生成的SiO氣體在熔融金屬中會立即發生(2)的反應，而生成熔融Si。難以在(1)過程停止來僅提取SiO。在原理上亦可考慮在(1)過程的還原爐中插入具有高溫耐性的管等，來提取SiO氣體，但是並無實際實行的例子。
如此一來，在SiO製造中，尚未知曉一種超越以往的固相接觸法之有效率的製造方法。
另一方面，下述先前技術文獻等之中揭示了一種藉由Si與O
2的爆炸燃燒來製造微細SiO
2或微細SiO
2＋其他氧化物之複合氧化物等的方法(專利文獻8、9)。例如，專利文獻9中提出了「將金屬矽粉末供給至包含氧氣之氣流中，使其燃燒來形成平均粒徑為0.01～10μm的二氧化矽粉末」，而已知一種微細SiO
2粉的製造方法。
又，亦揭示了藉由爆炸燃燒法來生成SiO或經由SiO來生成SiN
x(專利文獻10、11)，但是並未具體記載條件，技術的細節不明。又，專利文獻10是在電漿噴流(plasma jet)中生成SiO，與包含O
2之火焰中的生成反應完全不同。專利文獻11是連續實行在火焰中藉由氧化來生成SiO及在後續步驟中藉由火焰中氮化來生成SiNx，尚不清楚能否藉由火焰中氧化僅提取SiO。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2001-220123號公報
專利文獻2：日本特開2001-220122號公報
專利文獻3：日本特開2001-220125號公報
專利文獻4：日本特開2002-373653號公報
專利文獻5：日本特開平6-325765號公報
專利文獻6：日本特開2015-149171號公報
專利文獻7：國際公開第WO2014/188851號
專利文獻8：日本特開平3-170319號公報
專利文獻9：日本特開2003-221218號公報
專利文獻10：日本特公平4-79975號公報
專利文獻11：日本特公平5-36363號公報
(非專利文獻)
非專利文獻1：日本金屬學會誌 第52卷，第10號，1988年，945～953頁
[發明所欲解決的問題]
根據上述先前技術文獻，已知欲藉由Si粉與O
2氣體經控制的爆炸性氧化反應來生成SiO
2，但是並不清楚藉由基於經控制的爆炸性氧化反應的製造方法能否生成SiO。也就是說，由於爆炸性氧化反應是瞬間發生，因此尚不清楚能否以SiO抑止反應。也就是說，至今尚未知曉關於SiO生成控制的知識見解。
本發明是有鑑於上述問題點而完成，其目的在於提供一種一氧化矽的製造方法，該製造方法藉由在爆炸燃燒反應中控制O
2濃度，從而生產性較高。
[解決問題的技術手段]
為了達成上述目的，本發明提供一種一氧化矽(SiO)的製造方法，是製造一氧化矽(SiO)的方法，其特徵在於，具有以下操作：操作A，以包含氧氣和惰性氣體之第一混合氣體作為載體，來將作為原料的金屬矽(Si)粉末、或金屬矽粉末(Si)與二氧化矽粉末(SiO
2)之混合粉供給至燃燒裝置；以及，操作B，對前述燃燒裝置供給包含可燃性氣體、氧氣及惰性氣體之第二混合氣體來形成火焰，在該火焰中使源自前述金屬矽(Si)粉末的矽(Si)成分與前述氧氣反應，藉此獲得產物；實行前述操作B時亦同時實行操作A；藉由調整供給至前述燃燒裝置的前述金屬矽(Si)粉末的量與前述第一混合氣體中包含的氧氣和前述第二混合氣體中包含的氧氣的合計量之比值，從而在生成一氧化矽(SiO)粉末的條件下實行前述矽(Si)成分與氧氣的反應。
與以往的固相接觸反應法相比，這樣的SiO的製造方法藉由非常高生產性的Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉在氣流中的氧化反應，能夠有效率地生成SiO粉末。
此時，能夠設為：進一步具有操作C，實行前述操作B時亦同時實行操作C，該操作C是對前述燃燒裝置供給包含氧氣和惰性氣體之第三混合氣體、或惰性氣體，該等氣體用以控制氧擴散至前述金屬矽(Si)粉末或金屬矽(Si)粉末與二氧化矽(SiO
2)粉末之混合粉。
如此一來，能夠藉由用以控制氧擴散至Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉的氣體，來進一步高精度地控制SiO粉末的生成。
又，在本發明的SiO的製造方法中，能夠將前述第二混合氣體中包含的可燃性氣體設為包含烴類。
又，亦能夠將前述第二混合氣體中包含的可燃性氣體設為包含氫氣。
作為本發明的SiO的製造方法中的可燃性氣體，能夠使用這些氣體，能夠適當調整比率來使用。
又，在本發明的SiO的製造方法中，能夠藉由以1100℃以上且1500℃以下的溫度對前述產物加熱，來將前述產物中包含的SiO昇華並加以萃取。
當藉由本發明的SiO的製造方法來以SiO以外的成分即未反應的Si或與二氧化矽(SiO
2)之混合物的形式獲得產物時，能夠藉由這樣的方法來僅將SiO成分昇華並加以萃取。此原因在於，Si和SiO
2汽化的溫度遠高於SiO。
[發明的功效]
在本發明的SiO的製造方法中，與以往的固相接觸反應法相比，藉由非常高生產性的Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉在氣流中的氧化反應，能夠有效率地生成SiO粉末。藉由本發明的SiO的製造方法所製造的SiO，除了玻璃或塑膠塗覆用途以外，還能夠使用作為鋰離子二次電池的負極材料。又，這樣的負極材能夠廣泛使用作為智慧型手機和智慧型手錶等行動裝置、電動車的電池等的高容量化負極材料。
以下，說明本發明的實施形態，但是本發明不限定於此。
如上所述，以往的固相接觸法在有效率地生成SiO上存在極限。SiO作為負極材料對於今後的鋰離子二次電池的高性能化非常重要，其應用正在擴大。因此，期望有效率的製造方法和維持低歧化狀態的SiO生成。
根據上述先前技術文獻，已知欲藉由Si粉與O
2氣體的爆炸性氧化反應來生成SiO
2，但是並不清楚藉由基於爆炸性氧化反應的製造方法能否生成SiO。也就是說，由於爆炸性氧化反應是瞬間發生，因此尚不清楚能否以SiO抑止反應。況且，尚不清楚能否生成適合於鋰離子二次電池(以下稱為LIB)的負極的SiO。本發明是基於這樣的既有技術的背景，研究一種SiO材料的製造方法，以獲得特別適合於電池用負極材用途的材料特性(歧化程度較低的SiO)，從而完成了發明。
本發明是一種一氧化矽(SiO)的製造方法，是製造一氧化矽(SiO)的方法，其特徵在於，具有以下操作：操作A，以包含氧氣和惰性氣體之第一混合氣體作為載體，來將作為原料的金屬矽(Si)粉末、或金屬矽粉末(Si)與二氧化矽粉末(SiO
2)之混合粉供給至燃燒裝置；以及，操作B，對前述燃燒裝置供給包含可燃性氣體、氧氣及惰性氣體之第二混合氣體來形成火焰，在該火焰中使源自前述金屬矽(Si)粉末的矽(Si)成分與前述氧氣反應，藉此獲得產物，或者藉由矽(Si)成分、二氧化矽(SiO
2)及源自前述氧氣的氧來獲得產物；實行前述操作B時亦同時實行操作A；藉由調整供給至前述燃燒裝置的前述金屬矽(Si)粉末的量或金屬矽(Si)粉末與二氧化矽(SiO
2)粉末之混合粉與前述第一混合氣體中包含的氧氣和前述第二混合氣體中包含的氧氣的合計量之比值，從而在生成一氧化矽(SiO)粉末的條件下實行前述矽(Si)成分與氧氣的反應。當使用金屬矽(Si)粉末與二氧化矽(SiO
2)粉末之混合粉作為原料時，亦能夠由SiO
2供給氧，因此前述第一混合氣體和第二混合氣體中包含的氧氣可較少，故能夠更精密地實行氧氣量的調整。
又，可進一步具有操作C，實行前述操作B時亦同時實行操作C，該操作C是對前述燃燒裝置供給包含氧氣和惰性氣體之第三混合氣體、或惰性氣體，該等用以控制氧擴散至前述金屬矽(Si)粉末或金屬矽(Si)粉末與二氧化矽(SiO
2)粉末之混合粉。
第4圖中示出Si-O的二元相圖。在Si：O＝1：1之處，SiO氣相已深入至1860℃。為了使SiO
2成為氣相，需要升溫至超過2860℃的溫度，相對於此，使SiO成為氣相可以是比其低1000℃的溫度，此溫度是SiO氣相生成的溫度下限。因此，只要能夠在氧化氣氛下升溫至該溫度以上即可。當原料是Si粉末與SiO
2粉末之混合粉時，固相彼此的接觸昇華反應原本就能夠在1300℃以上充分發生。在如本發明這樣升溫至1860℃以上的溫度場中，Si和SiO
2各自的蒸氣壓不同，不論液滴還是蒸氣，都能充分發生反應，形成SiO。
第1圖中示出對於實現本發明的SiO的製造方法很重要的燃燒裝置(燃燒反應裝置)的一例。當然燃燒反應裝置不限定於第1圖所示的裝置，只要是能夠控制火焰和燃燒氧化的裝置，則能夠實施本發明的SiO的製造方法。
SiO的製造裝置(燃燒裝置)100具有燃燒容器10。Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉的供給手段11(圖示為Si粉末的供給手段)與供給包含氧氣和惰性氣體之第一混合氣體的第一氣體供給手段12經由燃燒器13連接到此燃燒容器10。第1圖示出作為第一氣體供給手段12對空氣加入氮氣(N
2氣體)來製成第一混合氣體的情況。此時，惰性氣體是根據空氣中包含的氮和氬、以及所追加的氮氣來調整流量。根據這些構成要素，以包含氧氣和惰性氣體之第一混合氣體作為載體，來將作為原料的Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉供給至燃燒裝置100(燃燒裝置100的燃燒容器10的內部)。
燃燒裝置100進一步具備：第二氣體供給手段14，其對燃燒裝置100(燃燒裝置100的燃燒容器10的內部)供給包含可燃性氣體、氧氣及惰性氣體之第二混合氣體。第1圖中示出作為第二氣體供給手段14供給液化石油氣(LPG)及空氣和追加氮氣的情況。
燃燒裝置100可進一步具備：第三氣體供給手段，其對燃燒裝置100(燃燒裝置100的燃燒容器10的內部)供給包含氧氣和惰性氣體之第三混合氣體、或惰性氣體，該等氣體用以控制氧擴散至Si粉末。第1圖中示出作為第三氣體供給手段15將空氣和追加氮氣混合來進行供給的情況。
燃燒裝置100可進一步為了減輕對於爐壁的輻射熱等目的而具備：保護氣體供給手段16、17，其供給保護氣體。第1圖中示出作為第三氣體供給手段16、17將空氣和追加氮氣混合來進行供給的情況。
燃燒裝置100可進一步在下部具備：捕集室23，其用以捕集所生成的SiO粉末24。
在本發明中，能夠使用這樣的燃燒裝置100來製造SiO。亦即，從燃燒裝置100的上部中心，利用Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉的供給手段11和第一氣體供給手段12來使Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉隨著包含第一混合氣體(在第1圖的例子的情況下為空氣和追加氮氣)之載體氣體的氣流來進行供給(操作A)。此時，Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉能夠設為例如＃200網目左右。又，從其同心外周供給第二混合氣體(在第1圖的例子的情況下為包含LPG之可燃性氣體、空氣及追加氮氣)。隨著這些供給，在燃燒器13的前端點火，而形成火焰21。在火焰21中一邊使Si粉末氧化或使Si粉末與SiO
2粉末之混合粉反應，一邊以氧氣將不足的部分補足來進行氧化，以SiO氣體的形式在裝置下部加以驟冷、固化，而生成SiO的粉末(操作B)。Si粉末與SiO
2粉末之混合粉的比率以富矽(Si-rich)為佳，較理想是1.5＜Si/SiO
2＜3左右。根據要供給的Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉的量，視需要而供給包含氧氣和惰性氣體之第三混合氣體(在第1圖的情況下為空氣和追加氮氣)(操作C)。同時實行這些操作A和操作B，或者同時實行操作A～C，以兼顧SiO粉末的生成速度和控制火焰的方式穩定地生成SiO粉末。
在本發明的SiO的製造方法中，以將包含可燃性氣體、氧氣(助燃性O
2氣體)及惰性氣體之第二混合氣體供給至燃燒裝置來形成火焰之操作B作為用於Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉的氧化之主要發熱源。此外，以包含氧氣(助燃性O
2氣體)和惰性氣體之第一混合氣體作為載體來將作為原料的Si粉末(Si微粉)或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉供給至燃燒裝置之操作A存在於相同的燃燒裝置中，亦一邊對其附加Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉與氧氣的氧化發熱，一邊升溫至上文所述的SiO氣體溫度區域，而生成SiO。
[操作A]
操作A中以助燃性O
2氣體以及惰性氣體之混合氣體(第一混合氣體)作為載體，是為了控制Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉的氧化反應。如果載體氣體僅為助燃性的O
2氣體，則可能瞬間發生爆炸性氧化反應，從而生成SiO
2。因此，以助燃性的O
2氣體與惰性氣體之混合氣體的形式，稀釋O
2濃度來控制氧化發熱反應速度，而容易生成SiO。為了在未達SiO
2生成的情形下在SiO處使反應停止，必須使爆炸極限氧濃度不超過10%。作為該第一混合氣體，較理想是O
2與N
2之混合氣體、O
2與Ar之混合氣體等控制了量比的混合氣體。
[操作B]
如上所述，操作B是供給可燃性氣體、氧氣(助燃性O
2氣體)及惰性氣體之混合氣體(第二混合氣體)並形成火焰之操作。此操作成為用以將Si或Si與SiO
2之混合粉製成SiO之主要的熱供給步驟。當操作A中將混合氣體(第一混合氣體)設為空氣時，用於SiO生成的O
2不足，因此在操作B中以可燃性氣體與氧氣(助燃性O
2氣體)之混合氣體(第二混合氣體)調整熱量。進一步，與操作A相同，在操作B中為了調整並控制SiO生成速度，亦加入惰性氣體。此處的惰性氣體可包含空氣中包含的氮、氬等。
又，可燃性氣體可以是CH
4、LPG(液化天然氣)等烴氣，當然烴氣不限定於這些氣體。甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、丙烯等烴類能夠獲得充分的燃燒發熱，因而較佳，但是不限於這些烴類。又，可燃性氣體亦可以是氫氣(以下記述為H
2)或H
2與烴類之混合氣體。只要以能夠使火焰中的發生熱量和火焰長度等形狀適合於SiO生成的方式來決定比率等即可。操作B是形成火焰並在該火焰中使Si粉或Si與SiO
2之混合粉和O
2氣體反應來生成SiO所必要的步驟。在操作B中，盡可能延長且增大火焰的大小，在該火焰中一邊盡可能緩慢地控制Si成分，一邊使其氧化來生成SiO。在生成SiO粉末這樣的條件下實行Si成分與氧氣的反應是本發明的必須要件。也就是說，需要將火焰中的O
2濃度控制在SiO生成範圍內來實行氧化反應。尤其，藉由調整供給至燃燒裝置的Si粉末或Si與SiO
2之混合粉的量與氧氣的量(第一混合氣體中包含的氧氣和第二混合氣體中包含的氧氣的合計量)之比值，來實行氧化反應控制。進一步，較佳是藉由可燃性氣體的混合比率或種類(烴氣、H
2等)、可燃性氣體與氧氣(助燃性氣體)與惰性氣體之混合比率的最佳化來實行氧化反應控制。也就是說，火焰中的適當O
2量會隨著Si供給量、可燃性氣體種類及流量等而改變，因此能夠以實驗的方式實行這些生成條件的調整。
[操作C]
如上所述，有必要根據所供給的Si粉末或Si與SiO
2之混合粉的量來使操作B中的第二混合氣體的氣體比率最佳化，但是亦有時無法兼顧火焰的最佳化。換言之，火焰最佳化是指盡可能延長火焰。在本發明中，是一邊使Si粉末或Si與SiO
2之混合粉落入火焰內，一邊控制氧化來生成SiO，但是有時無法兼顧火焰長度或溫度分佈與氧量控制。此時，能夠藉由操作C來控制操作B中的氧化速度，該操作C供給O
2/惰性氣體或惰性氣體，該等氣體能夠控制氧擴散至Si粉末或Si與SiO
2之混合粉。具體而言，在本發明的SiO的製造方法中，能夠設為：進一步具有操作C，其對燃燒裝置供給包含氧氣和惰性氣體之第三混合氣體、或惰性氣體，該等氣體用以控制氧擴散至Si粉末或Si與SiO
2之混合粉。Si粉末或Si與SiO
2之混合粉的供給量較少時，當然需要的O
2量可以較少。此時，如果減少操作B中的助燃性O
2氣體量，則無法使火焰最佳化。因此，操作B的混合氣體在調整範圍內維持火焰，在操作C中供給經將O
2/惰性氣體比率向低O
2側(O
2較少的一側)調整後的混合氣體。反之，Si粉末或Si與SiO
2之混合粉的供給量較多時，在操作C中將O
2/惰性氣體比率向富O
2側(O
2較多的一側)調整。
又，源自保護氣體供給手段16、17的保護氣體的供給亦是供給包含氧氣和惰性氣體之第三混合氣體、或惰性氣體之操作C的一部分，該等氣體用以控制氧擴散至Si粉末。
根據本發明，與以往的固相接觸反應法相比，藉由非常高生產性的Si在氣流中的氧化反應，能夠有效率地生成SiO。尤其能夠有效率地生成低歧化SiO負極材料，因此能夠獲得一種適合作為LIB(鋰離子電池)用負極材料的SiO材料。藉由本發明的製造方法所製造的SiO，除了玻璃或塑膠塗覆用途以外，還能夠使用作為鋰離子二次電池的負極材料。進一步，能夠廣泛使用作為智慧型手機和智慧型手錶等行動裝置、電動車的電池等的高容量化負極材料。
根據本發明的一氧化矽的製造方法，能夠藉由上述方法來生產性良好地製造SiO，但是根據條件不同，亦有時以SiO以外的成分即未反應的Si或與SiO
2之混合物的形式獲得產物。此時，能夠藉由以1100℃以上且1500℃以下的溫度對產物加熱，來將產物中包含的SiO昇華並加以萃取。Si和SiO
2汽化的溫度遠高於SiO，因此能夠藉由這樣的方法來僅將SiO成分昇華並加以萃取。
[實施例]
以下，示出本發明的實施例及比較例，來更具體地說明本發明，但是本發明不限定於這些實施例。
[實施例1]
使用第1圖所示的燃燒裝置(燃燒反應裝置)100，然後依照本發明的製造方法來製造SiO。用於操作B的可燃性氣體設為LPG。將O
2氣體與惰性氣體設為空氣，用於操作C的第三混合氣體設為空氣(亦即，包含氧氣且包含作為惰性氣體的氮和氬之混合氣體)。
由Si粉末供給手段11以2.5kg/hr供給Si粉末。由第一氣體供給手段12以1.5m
3/hr供給將空氣與追加N
2氣體混合而得之載體氣體(目標為O
2濃度10Vol%)，該Si粉末是隨著該載體氣體來供給(操作A)。又，利用燃燒器13點火。
又，由第三氣體供給手段15以2.0Nm
3/hr供給空氣(在本實施例中未供給追加N
2)(操作C)。又，由該外周的第二氣體供給手段(燃燒器)14混合第二混合氣體(LPG氣體為1.0Nm
3/hr及空氣為25Nm
3/hr)，並使其燃燒(操作B)。
藉由以上操作A、B、C，來在燃燒火焰21內一邊控制O
2量，一邊使SiO的粉末生成。
在燃燒容器10中，為了爐內氣流流動和控制火焰、及為了減少對於爐壁的輻射熱，由保護氣體供給手段16、17產生適量的包含空氣和追加N
2氣體之氣流簾(airflow curtain)。此亦是為了控制火焰而改變空氣：N
2比率來進行控制之操作C的一部分，藉此，控制爐內氧濃度。
在本實施例中，於捕集室23回收了100%的所生成的SiO粉末24。爐內壓力保持在0～2000Pa之間的減壓狀態。由所生成的SiO粉末24的粉末X射線繞射(XRD)圖形確認到為非晶形。
[實施例2]
所供給的原料是Si與SiO
2之混合粉(比率2：1)，由供給手段11以2.5kg/hr進行供給。由第一氣體供給手段12以1.5m
3/hr供給將空氣與追加N
2氣體混合而得之載體氣體(目標是O
2濃度7Vol%)，該粉末是隨著該載體氣體來供給(操作A)。除此以外，藉由與實施例1相同的操作A、B、C，來在燃燒火焰21內一邊控制O
2量，一邊使SiO的粉末生成。由根據本實施例的SiO粉末的粉末XRD圖形確認到為非晶形。
[實施例3]
使用第2圖所示的SiO的製造裝置200來製造SiO。第2圖的SiO的製造裝置200的構成雖然基本上與第1圖相同，但是不同的是由第二氣體供給手段34供給H
2氣體和空氣與追加氧氣(O
2氣體)之混合氣體(第二混合氣體)。其他標以相同符號的構成與第1圖相同。在操作B中，由氫氣供給手段34a供給H
2氣體來取代實施例1的作為可燃性氣體的烴氣(LPG)，作為主要的發熱源。又，操作B中主要控制火焰，能夠設為由空氣和氧氣供給手段34b一邊將空氣和追加氧氣(O
2氣體)與上述H
2混合，一邊將其導入(其中，如下所述，在此實施例中藉由調整來將空氣的導入量設為0)，調整火焰中的氧量。
在本實施例中是設為：將保護氣體設為空氣＋N
2，來進一步調整並控制槽內(燃燒容器10內)的氧量。
源自Si粉末供給手段11的Si粉末的供給量設為與實施例1相同的2.5kg/hr，同伴載體氣體量設為與實施例1相同。又，由氫氣供給手段34a以8Nm
3/hr導入H
2氣體，並且由空氣和氧氣供給手段34b，將O
2氣體設為5Nm
3/hr(在本實施例中空氣為0%)，由噴嘴以直到100m/sec的初速從同軸燃燒器導入，來形成H
2/O
2水解火焰。操作C的保護氣體是以0.1～5Nm
3/hr流入O
2濃度為5%的N
2氣體，來調整槽內(燃燒容器10內)的氧量。所生成的SiO粉末同樣在捕集室23加以捕集，並調查特性。對所獲得的SiO粉末進行XRD測定，結果未觀察到Si峰，而確認到為僅有寬反射的非晶形。
[實施例4]
使用第3圖所示的SiO的製造裝置300來製造SiO。為了延長操作B中形成的火焰21的尺寸來在溫和且被控制的狀態下長久地實行火焰內的SiO生成反應，此SiO的製造裝置300設為多燃燒器結構的火焰反應裝置。
本實施例的燃燒反應裝置的基本結構雖然與實施例1、2相同，但是將操作B的第二氣體供給手段(燃燒器裝置)置於爐頂，進一步在下部的燃燒容器10亦依序設置44a、44b、44c、44d等複數個第二氣體供給手段(燃燒器裝置)，延長SiO反應生成區，來一邊控制氧量一邊進行反應。當然本發明的下部燃燒器的配置不限於第3圖所示的裝置。操作A的條件與實施例1、2相同，操作B的氣體條件是在LPG為0.5～1.0Nm
3/hr、第二混合氣體(空氣)為12～24Nm
3/hr的範圍內，以最適合於SiO生成的方式選擇。對所生成的SiO粉末進行XRD解析，結果與實施例1、2同樣未觀察到Si峰，而確認到為僅有寬反射的非晶形。對反應產物進行解析，結果SiO為95%以上，且剩餘部分是未反應Si粉和SiO
2粉。
[比較例1]
由第1圖所示的實施例1和實施例2的裝置中的操作C的第三氣體供給手段15供給100%O
2氣體。火焰21內變成富氧的狀態，火焰溫度亦上升，從而反應無法在SiO處停止的比率增加。對產物進行XRD解析，結果幾乎都是SiO
2粒子。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示，任何具有實質上與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想相同的構成且發揮相同功效者，皆包含在本發明的技術範圍內。
10:燃燒容器
11:Si粉末或Si粉末與SiO
2粉末之混合粉的供給手段
12:第一氣體供給手段
13:燃燒器
14:第二氣體供給手段
15:第三氣體供給手段
16:保護氣體供給手段
17:保護氣體供給手段
21:火焰
23:捕集室
24:SiO粉末
34:第二氣體供給手段
34a:氫氣供給手段
34b:空氣和氧氣供給手段
44a,44b,44c,44d:第二氣體供給手段(燃燒器裝置)
100:燃燒裝置
200,300:SiO的製造裝置
第1圖是示出能夠用於本發明的SiO的製造方法中的燃燒裝置的一例的概略剖面圖。
第2圖是示出能夠用於本發明的SiO的製造方法中的燃燒裝置的另一例的概略剖面圖。
第3圖是示出能夠用於本發明的SiO的製造方法中的燃燒裝置的又另一例的概略剖面圖。
第4圖是Si-O的二元相圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
10:燃燒容器
11:Si粉末或Si粉末與SiO2粉末之混合粉的供給手段
12:第一氣體供給手段
13:燃燒器
14:第二氣體供給手段
15:第三氣體供給手段
16:保護氣體供給手段
17:保護氣體供給手段
21:火焰
23:捕集室
24:SiO粉末
100:燃燒裝置
Claims (7)
- 一種一氧化矽的製造方法，是製造一氧化矽的方法，其特徵在於，具有以下操作： 操作A，以包含氧氣和惰性氣體之第一混合氣體作為載體，來將作為原料的金屬矽粉末、或金屬矽粉末與二氧化矽粉末之混合粉供給至燃燒裝置；以及， 操作B，對前述燃燒裝置供給包含可燃性氣體、氧氣及惰性氣體之第二混合氣體來形成火焰，在該火焰中使源自前述金屬矽粉末的矽成分與前述氧氣反應，藉此獲得產物； 實行前述操作B時亦同時實行操作A； 藉由調整供給至前述燃燒裝置的前述金屬矽粉末的量與前述第一混合氣體中包含的氧氣和前述第二混合氣體中包含的氧氣的合計量之比值，從而在生成一氧化矽粉末的條件下實行前述矽成分與氧氣的反應。
- 如請求項1所述之一氧化矽的製造方法，其中，進一步具有操作C，實行前述操作B時亦同時實行操作C，該操作C是對前述燃燒裝置供給包含氧氣和惰性氣體之第三混合氣體、或惰性氣體，該等氣體用以控制氧擴散至前述金屬矽粉末或金屬矽粉末與二氧化矽粉末之混合粉。
- 如請求項1所述之一氧化矽的製造方法，其中，將前述第二混合氣體中包含的可燃性氣體設為包含烴類。
- 如請求項2所述之一氧化矽的製造方法，其中，將前述第二混合氣體中包含的可燃性氣體設為包含烴類。
- 如請求項1～4中任一項所述之一氧化矽的製造方法，其中，將前述第二混合氣體中包含的可燃性氣體設為包含氫氣。
- 如請求項1～4中任一項所述之一氧化矽的製造方法，其中，藉由以1100℃以上且1500℃以下的溫度對前述產物加熱，來將前述產物中包含的一氧化矽昇華並加以萃取。
- 如請求項5所述之一氧化矽的製造方法，其中，藉由以1100℃以上且1500℃以下的溫度對前述產物加熱，來將前述產物中包含的一氧化矽昇華並加以萃取。
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