WO2006068231A1 - 金属超微粉の製造方法 - Google Patents

Abstract

幅広い原料を用い、生成する金属粉の粒径を自在にコントロールできる低コストで安全性に優れた金属超微粉の製造方法が提供される。その金属超微粉の製造方法では、高温還元雰囲気を生成できるバーナと炉、炉から発生するガスと粉体とを分離して粉体を回収する装置から構成され、バーナは、原料となる粉状の金属化合物を高温還元火炎中に吹き込む機能を有する。原料粉体は高温還元火炎の気流中で効率的に加熱されることになり、高速で還元され金属超微粉となる。この際、酸素比（燃料を完全燃焼させるために必要な支燃性ガス量に対するバーナに供給する支燃性ガス量の比率）を制御することで、金属超微粉の粒径をコントロールする。

Description

明 細 書

金属超微粉の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、パーナを用いた高温還元雰囲気中において、金属化合物から粒径を 制御した金属超微粉を得る金属超微粉の製造方法、金属超微粉を製造するパーナ 、および金属超微粉製造装置に関する。

本願 ίま、 2004年 12月 22曰 ίこ曰本 (こ出願された特願 2004— 370893号 (こ基づさ 優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002] 近年、携帯端末等に利用される電子部品の小型化の進行に伴い、これらの部品に 利用される金属粉末の小径化のニーズが高まっている。代表的なものとして積層セラ ミックコンデンサーに利用されるニッケノレ超微粉がある。これらのニッケノレ超微粉の製 造方法として、蒸気圧の高い塩化物原料を CVD装置内で加熱気化させ、さらに水 素を還元剤として装置内に導入し還元することで、 1 β m以下の金属ニッケル超微粉 を製造する方法がある。

[0003] このような製造方法は、原料を 1000°C程度の比較的低い温度 (エッケルの融点以 下)で気化させて還元反応および析出させるために、微粉の製造に適しているとされ ている。しかし、このような方法は、 CVD装置を用いるため、原料の加熱に高価な電 気エネルギーを使用すること、さらに還元ガスとして高価な水素を用いるために、高コ ストな製造方法である。さらに塩ィ匕物の水素による還元反応であるため、炉内に有毒 な塩素ガスや塩化水素が発生するため、製造装置の腐食やリーク等に十分配慮した 高価な設備になるという問題がある。

特許文献 1 :特開平 4— 365806号

[0004] 一方、水素含有燃料と酸素含有気体をパーナにより燃焼させ、この気流中に気化 させた塩化鉄を導入して高温加水分解を生じさせ鉄微粉を製造する方法がある。こ の方法では、還元反応場の雰囲気制御に電気エネルギーを用いず、さらに水素ガス を用いる必要が無いため、比較的安価な製造方法である。しかし、原料として塩ィ匕物 を用いるため、上述の方法と同様に、発生する塩素ガスや塩化水素等の対策が必要 であった。さらに生成した金属粉は、粒径が 40〜80 /i mと幅広ぐ粒径の制御性に 問題があった。また、現在のニーズに合った、 1. 0 μ ΐη以下の超微粉の製造には適 していないという問題がある。

特許文献 2：特開昭 56-149330号

[0005] 上記従来技術のいずれの方法も、特に微粉の金属粉製造のために蒸気圧の高い 塩化物を使用しなくてはならず、原料の形態に制約があった。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 本発明は、上記事情に鑑み、幅広い原料を用い、生成する金属粉の粒径を自在に コントロールし、粉体の原料の場合、原料粒径の 1/10以下の粒径とすることができ る低コストで安全性に優れた金属超微粉の製造方法を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段

[0007] 本発明の第一の態様は、パーナを用いて炉内に高温還元雰囲気を形成し金属化合 物から金属を得る方法において、パーナにより生成した高温還元気流中に粉体状の 金属化合物を噴出させることで、該金属化合物を加熱'還元し、粒径を制御した球状 の金属超微粉を生成させることを特徴とする金属超微粉の製造方法である。

[0008] 前記球状の金属粉の粒径をパーナの酸素比の調整によって制御してもよレ、。

前記金属超微粉は、原料の粒径よりも小さくすることができる。

前記金属超微粉は、原料の粒径の 1/10以下とすることができる。

前記高温還元雰囲気は、ガス状もしくは液体状の炭化水素系燃料と、酸素もしく は酸素富化空気とを用いて生成してもよレ、。

前記金属化合物は塩ィ匕物以外の物質であることが好ましい。

前記金属超微粉の粒径は、炉内温度で制御することもできる。

[0009] 本発明の第二の態様は、パーナから供給される燃料の部分燃焼により形成した高 温還元雰囲気の炉内に、原料の金属元素を含む化合物の溶液を噴霧し、溶液中の 金属化合物を加熱 ·分解 ·還元することにより、粒径を制御した球状の金属超微粉を 生成させることを特徴とする金属超微粉の製造方法である。 前記溶液はパーナから炉内に噴霧してもよい。

前記方法において、前記溶液が有機溶媒であり、前記溶液をパーナの燃料として 噴霧し、部分燃焼させることにより高温還元雰囲気を形成し、球状の金属超微粉を生 成させることもできる。

[0010] 本発明の第三の態様は、上記いずれかの製造方法により製造された金属超微粉 である。

[0011] 本発明の第四の態様は、原料となる金属化合物を、燃料流体をキャリアガスとして 一方向に噴出する原料噴出孔と、前記原料噴出孔を中心とする円周上に設けられ、 前記原料の噴出方向と平行に酸素もしくは酸素富化空気を噴出する複数の一次酸 素噴出孔と、前記原料噴出孔を中心とする円周上に、前記一次酸素噴出孔の外側 に設けられ、前記原料噴出孔の噴出方向延長線上の一点に向かう方向に、酸素もし くは酸素富化空気を噴出する複数の二次酸素噴出孔と、を備えたパーナであって、 前記燃料流体と前記酸素もしくは酸素富化空気によって高温還元気流を生成させ、 前記金属化合物を還元し、原料より粒径の小さい金属超微粉を製造するパーナであ る。

前記原料噴出孔、前記一次酸素噴出孔及び前記二次酸素噴出孔は、異なる流体 供給流路を有し、各流体の噴出量は、独立に制御することができる。

前記金属超微粉製造パーナにおいて、前記キャリアガスを空気、酸素、酸素富化 空気、もしくは窒素等の不活性ガスとしてもよい。その場合には、別途、燃料流体を 供給する燃料噴出孔を設ける。

[0012] 本発明の第五の態様は、有機溶媒に金属化合物を溶解させた液状原料を噴霧す る原料噴霧孔と、前記原料噴霧孔を中心とする円周上に設けられ、前記原料噴霧孔 の中心線と平行に酸素もしくは酸素富化空気を噴出する複数の一次酸素噴出孔と、 前記原料噴霧孔を中心とする円周上に、前記一次酸素噴出孔の外側に設けられ、 前記原料噴霧孔の中心線の延長線上の一点に向かう方向に、酸素もしく酸素富化 空気を噴出する複数の二次酸素噴出孔と、を備えたパーナであって、前記有機溶媒 と前記酸素もしくは酸素富化空気によって高温還元気流を生成させ、前記金属化合 物を還元し、金属超微粉を製造するパーナである。 前記金属超微粉製造パーナにおいて、液状原料が有機溶媒を含まない場合、前記 原料噴霧孔と前記一次酸素噴出孔との間に、前記原料噴霧孔を中心とする円周上 に設けられ、前記原料噴霧孔の中心線と平行に燃料を噴出する複数の燃料噴出孔 を更に備えていてもよい。

[0013] 本発明の第六の態様は、原料を酸化還元雰囲気下で熱処理する炉部と、前記炉 部に配置され、燃料と原料とを前記炉部に向けて噴出する、上記第四の態様または 第五の態様に係るパーナと、前記パーナに燃料を供給する燃料供給系と、前記バー ナに原料を供給する原料供給系と、前記炉部に冷却用ガスを供給する冷却ガス供 給系とを備えた金属超微粉製造装置である。

前記金属超微粉製造装置において、前記冷却ガス供給系が、温度制御用のガス 供給装置を更に含んでレ、てもよレ、。

[0014] 本発明は、高温還元雰囲気を生成できるパーナと炉、炉から発生するガスと粉体と を分離して粉体を回収する装置 (例えば、バグフィルター)から構成される。パーナは 、炉体に直結され、燃料と燃料を完全燃焼させる量よりも少ない量の支燃性ガスによ り炉内に高温還元雰囲気 (火炎）を形成する。

[0015] さらに、パーナは、原料となる粉状の金属化合物を高温還元火炎中に吹き込む機 能を有する。これにより、原料粉体は高温還元火炎の気流中で効率的に加熱される ことになり、高速で還元され金属超微粉となる。この際、酸素比 (燃料を完全燃焼させ るために必要な支燃性ガス量に対するパーナに供給する支燃性ガス量の比率）を制 御することで、金属超微粉の粒径をコントロールすることができる。

[0016] 酸素比を高めることで、生成した金属粉の粒径は、原料粒径よりも小さくなり、酸素 比を低くすることで、生成した金属粉の粒径は、原料粒径よりも大きくすることができる

[0017] さらに、本発明では、高温還元雰囲気を生成するためのパーナの燃料として、炭化 水素を含んだガス状もしくは液体状の燃料を用レ、、支燃性ガスとして酸素濃度 50% 以上の酸素富化空気もしくは純酸素を用いることを特徴としている。炭化水素系の燃 料を部分酸化することで、水素と一酸化炭素を生成させ、かつ、支燃性ガスを用いる ことで、高温強還元雰囲気により、高速で加熱 ·還元反応を行うことができる。 [0018] また、原料は、塩ィ匕物以外の金属化合物を用いることを特徴としている。これにより 、燃焼排ガス中に塩素を含んだ物質が発生することなく金属微粉を製造することが可 能となり、装置の安全性を高めることができる。

[0019] 本発明は、電気エネルギーを用いずにパーナにより生成させた高温還元雰囲気に より処理を行う方法であり、エネルギーコストの低減ができ、さらに CVD等による電気 加熱かつ外熱式の従来方法に比べ、装置の大型化が容易であり、生産性の高い方 法である。

発明の効果

[0020] 本発明によれば、生産性が高ぐエネルギーコストが低ぐさらに多様な原料種に対 応して金属微粉製造ができる。また、本発明は、有害な塩素ガスを発生させること無 ぐ安全性に優れた方法である。更に、本発明は、ニッケル以外に、銅、コバルトのよ うな他の金属に関しても適用できる。

図面の簡単な説明

[0021] 図 1は本発明の金属超微粉の製造装置の構成を示す模式図である。

図 2Aはパーナ先端部の正面図である。

図 2Bはパーナ先端部の構造を示す断面図である。

図 3は酸素比 0. 6で得られたニッケル超微粉の SIM画像である。

図 4は酸素比 0. 8で得られたニッケル超微粉の SIM画像である。

図 5は酸素比 0· 8の条件における生成物（二ッケノレ超微粉）の断面の SIM画像 (60 ° 傾斜)である。

図 6は酸化ニッケルとニッケノレ超微粉の粒径分布の測定結果である。

図 7Aは、原料の酸化ニッケルの SEM画像である。

図 7Bは、生成した球状微粉の SEM画像である。

図 8Aは炉内に窒素ガスを流さなかった場合に得られた球状微粉の SEM画像である 図 8Bは炉内に窒素ガスを流した場合に得られた球状微粉の SEM画像である。 図 9はパーナの酸素比と金属化率の関係を示すグラフである。

図 10Aは水溶液原料を用いる場合のパーナ先端部の正面図である。 図 10Bは水溶液原料を用いる場合のパーナ先端部の構造を示す断面図である。 図 11Aは有機溶媒原料を用いる場合のパーナ先端部の正面図である。

図 11Bは有機溶媒原料を用いる場合のパーナ先端部の構造を示す断面図である。 図 12は液体原料を用いた場合に得られた金属超微粉の SEM画像である。

符号の説明

100 ···金属超微粉製造装置

1··'フィーダ

2··'パーナ

3··'炉

4··.バグフィルタ

5··'ブロワ

11· ··原料粉体流路

20· ··パーナ先端部

21· ··一次酸素流路

31· ··二次酸素流路

22· ··一次酸素噴出孔（マルチホ -ル)

32· • ·二次酸素噴出孔（マルチホ —ル)

発明を実施するための最良の形態

[0023] 本発明の実施例として、酸化ニッケノレ粉からニッケノレ超微粉を生成する方法を、以 下に詳細に説明する。

実施例

[0024] 図 1に本実施例に係る金属超微粉の製造装置の構成を描いた模式図を示す。

本実施例で用いた金属超微粉製造装置 100は、原料を搬送するためのフィーダ 1 、高温還元雰囲気を形成するためのパーナ 2及び炉 3、粉体と燃焼排ガスとを分離 するためのバグフィルタ 4、ガスを吸引するためのブロワ 5から構成される。炉 3は、バ ーナ 2近傍が耐火物で構成され、炉 3の中間部から以降は、水冷の炉壁構造とした。 また、炉 3の耐火物壁に熱電対を設置して、炉内壁温度を計測できるようにした。

[0025] また、炉 3の内壁面には冷却ガス供給配管 6が坦設されており、冷却ガス、例えば 窒素ガスなどの不活性ガスを炉 3の内壁面の接線方向に供給できるようになつている 。また、この冷却ガス供給配管 6には冷却ガス供給装置 7が配設されており、冷却ガ ス供給配管 6に供給する冷却ガスの流量を調節することにより、炉 3の壁面付近の温 度を測定し、炉内温度を制御できるようになつている。なお、これら冷却ガス供給配管 6および冷却ガス供給装置 7は省略することもできる。

[0026] 原料である金属の粉体は、フィーダ 1で定量的に送り出され、キャリアガスにより搬 送されてパーナ 2に供給される。本実施例では、キャリアガスとしてパーナ 2で燃焼さ せる燃料ガスを用いた。

[0027] 本実施例で用いたパーナ 2の先端部 20の構造を図 2Aおよび図 2Bに示す。図 2A はパーナ先端部 20の正面図であり、図 2Bはパーナ先端部 20の構造を示す断面図 である。図 2Aおよび図 2Bに示すように、中心に原料粉体流路 11、その外周に一次 酸素流路 21、さらにその外周に二次酸素流路 31がある。原料粉体流路 11には、燃 料流体をキャリアガスとして流すようにした。したがって、燃料流体と原料粉体は、粉 体流として原料粉体流路 11から噴出する。一次酸素流路 21の先端はマルチホール 22とし、酸素ガスが粉体流を包み込むように、かつ、酸素ガスが旋回流となるように 噴出させる。二次酸素流路 31の先端もマルチホール 32とし、二次酸素を噴出させる

[0028] 本実施例では、粉体のキャリアガスとして燃料ガスを用いた力 燃料ガス専用の流 路および噴出孔を設ける場合は、空気等の別のガスによって粉体を搬送しても良い 。また、本実施例では、一次および二次酸素はマルチホールにより噴出させたが、中 心の燃料ガスおよび原料粉体の流れを包み込むように噴出できれば良ぐスリット形 状等のものを用いても良い。

[0029] さらに、本実施例では、原料粉体流路 11は一つの孔で構成したが、複数孔（マル チホール)から噴出させることも有効である。また、本実施例では、一次酸素を旋回流 、二次酸素を斜向流 (斜め直進流)で噴出させる。燃料、一次酸素、および二次酸素 の各流量を適宜調節することにより、パーナ直後に形成される火炎長が制御される。 この火炎の中に原料を噴出することにより原料が熱処理され、これが炉内で冷却され ることにより微粉化される。燃料、一次酸素、二次酸素の各流量、原料の噴出速度、 さらに炉内に流す冷却ガスの流量等、各流量を調節することにより、火炎長、火炎に 原料が触れる時間が変化し、最終的に得られる微粉の粒径が変化する。

[0030] なお、上記噴出方法に特に制約は無ぐ粉体および燃料ガスを噴出させる方法に よって、適正な流れを選定して組み合わせることができる。

本実施例では、支燃性ガスの流路は、一次酸素流路 21と二次酸素流路 31の二系 統を設けたが、複数の流路を設けることは、その比率を変えることで火炎長を変える ことができ、前述した粒径を制御する方法として、有効な手段となる。

[0031] 表 1に燃料流体 (LPG)流量、酸素流量、一次酸素と二次酸素の流量比、酸素比、

LPG原料粉体供給量などの実験条件を示す。

[表 1]

[0032] なお、原料粉体として、粒径が約 1 _β mの純酸化ニッケル (二ッケノレ純度 78. 6%)を 用レ、、 パーナ 2近傍の温度が 1500〜： 1600°C (金属ニッケルの融点以上）となる条件 で実施した。

[0033] 図 3に酸素比 0. 6の条件における、生成物（ニッケル超微粉）の粉体外観の SIM(S canning Ion Microscope)画像を示す。この場合、粒径 4 μ m程度の球开粒子が多く 観察された。

[0034] 図 4に酸素比 0. 8の条件における、生成物の SIM画像を示す。酸素比 0. 8では、 粒径 0. 2 z m程度の球形粒子が多く観察された。

[0035] 図 5に酸素比 0. 8の条件における生成物（ニッケル超微粉）の断面の SIM画像 (60 。 傾斜)を示す。 0. 2 x m以下の球形の超微粉は、それぞれが物理的に分離してお り、融着しているものが極めて少ないので、超微粉として利用できるものであった。な お、酸素比 0. 6および酸素比 0. 8で得られた超微粉を化学分析した結果、ニッケノレ の還元率は、両方とも 99%以上であった。

[0036] 原料粉体と生成物について粒度分布測定 (マイクロトラック：レーザー回折 ·散乱法） を行った。結果を図 6に示す。

[0037] 原料粉体の粒径分布は、約 1 μ mにピークを有しているのに対し、酸素比 0. 6の場 合、生成物の粒径分布は約 4 / mにピークを有しており、原料粉体の粒径よりも大き レ、。一方、酸素比 0. 8の場合、約 0. 15 z mにピークを有する分布となり、酸素比に より粒径を制御できることが判明した。

[0038] なお、本実施例では、原料として酸化ニッケルを用いた力 水酸化ニッケル等の他 の金属化合物にも応用することができる。

[0039] (実施例 2)

原料として、粉体状の酸化ニッケル、水酸化ニッケルを用レ、、燃料、支燃性ガスの 種類、供給量等を変え、図 1に示す金属超微粉製造装置 100において、図 2Aおよ び図 2Bに示す形状のパーナ先端部 20を用い、金属ニッケルの球状微粉の生成実 験を行なった。表 2に実験条件を示す。

[0040] 表 2の実験条件の範囲内で、金属ニッケルの球状微粉が生成できることが確認され た。また、パーナにおける酸素比、一次/二次酸素比率、支燃性ガス中の酸素濃度 、原料に対する燃料の比率、原料'燃料混合気の噴出速度、酸素噴出速度、一次酸 素の旋回強度、炉内雰囲気温度等によって、粒径を制御できることが判明した。

[0041] [表 2]

原料 種類 （平均粒径） 酸化ニッゲル (0.66

U m)

水酸化 ニ ッ ケ ル (5, 10 m)

供給量（k g / h) 3〜20

燃料 種類 L P G L N G

供給量（Nm³/h) 1〜20 2.3〜45.9 支燃性 ガ 種類 純酸素、 酸素富化空気 ス 供給量※（Nm³Zh) 2.0-95.0(L P G)

1.8-87.2(L N G) 一次/二次酸素比率 10〜90

(%)

酸素比※ ² (― ) 0.4〜0.95

炉内温度 種類 窒素

制御用ガ 供給量（Nm³Zh) 0-500 ス

※ 支燃性ガス供給量:純酸素流量をベース。

※2 酸素比:燃料の完全燃焼に必要な酸素量に対する供給した支燃性ガス中の酸 素量の比。

[0042] 平均粒径 10 μ mの水酸化ニッケルを原料として得た球状微粉の走査電子顕微鏡 写真（SEM (Scanning Electron Microscope)画像）の一例を示す。図 7Aは、原料の 水酸化ニッケルの SEM画像であり、図 7Bは、生成した球状微粉の SEM画像である 。また、マイクロトラックで平均粒径を分析した結果、平均粒径 0.4 μΐηの球状微粉が 得られたことが判明した。

[0043] (実施例 3) 炉内温度が球状微粉の粒径に与える影響を示す。図 1の金属超微粉製造装置 10 0において、炉内温度制御用ガスとして窒素を用い、その流量を変化させることにより 、炉内温度を 200〜1600°Cとなるように制御した。

窒素ガスを流さなかった場合、炉内温度は 1600°C近傍になり、平均粒径 0. 4 z m の球状微粉が得られた。窒素ガスを 288Nm³Zhで流したところ、炉内温度は 500°C 程度まで下がり、平均粒径 0. 2 z mの球状微粉が得られた。図 8Aに窒素ガスを流さ なかった場合、図 8Bに窒素を流した場合に得られた球状微粉の SEM画像を示す。

[0044] (実施例 4)

酸化ニッケル及び水酸化ニッケルを原料とし、パーナの酸素比 (燃料を完全燃焼さ せるに相当する酸素量に対する供給した酸素量の比率）と金属化率の関係を調べた 。図 9にパーナの酸素比と金属化率の関係を示す。金属化率は、酸素比 0. 9以下で あれば 98%以上の高い金属化率が得られることがわかった。

また、本実施例では、燃料として炭化水素系燃料を用いたが、生成する微粉中に 煤が残存することが問題になる場合には、燃料として水素を用いることにより容易に 解決できる。

[0045] (実施例 5)

硝酸ニッケルを水に溶力した水溶液原料や、硝酸ニッケルをメタノール等の有機溶 媒に溶力した有機溶媒原料を用い、金属ニッケルの超微粒子を得る実験を行なった 水溶液原料や有機溶媒原料等の液体原料を用いる場合に使用するパーナ先端部 の構造の例を図 10A、図 10B図、図 11Aおよび図 11Bに示す。図 10Aは水溶液原 料を用いる場合のパーナ 2の先端部 210の正面図であり、図 10Bは同パーナ先端部 210の構造を示す断面図である。図 11Aは有機溶媒原料を用いる場合のパーナ 2 の先端部 220の正面図であり、図 11Bは同パーナ先端部 220の構造を示す断面図 である。

[0046] 図 10Aおよび図 10Bに示したパーナ先端部 210では、中心に原料流路 211、その 外周に燃料流路 213 (本実施例では、ガス燃料）、さらにその外周に一次酸素を流す ための流路である一次酸素流路 215が設けられ、さらに一次酸素流路 215の外周に 二次酸素を流す流路である二次酸素流路 217が設けられている。原料流路 211の 先端には噴霧孔 212が設けられ、ここから水溶液原料が霧状に噴出される。燃料流 路 213の先端には燃料噴出孔 214が設けられ、一次酸素流路 215の先端には一次 酸素噴出孔 216が設けられている。図 10Bに示すように、原料流路 211、燃料流路 2 13、一次酸素流路 215はパーナ先端部 210の中心線（図中原料供給方向の一点鎖 線）と略同方向に沿って設けられており、水溶液原料、燃料、一次酸素はパーナ先 端部 210の中心線方向に噴出される。一方、二次酸素流路 217の先端に設けられた 二次酸素噴出孔 218は、パーナ先端部 210の中心線に対して斜めに設けられ、中 心線の延長線上の一点を向く方向に複数の二次酸素噴出孔 218が傾斜して設けら れている。

[0047] 図 11Aおよび図 11Bに示したパーナでは、燃料流路は無ぐ中心に原料流路 221 、その外周に一次酸素を流すための流路である一次酸素流路 225が設けられ、さら に一次酸素流路 225の外周に二次酸素を流す流路である二次酸素流路 227が設け られている。有機溶媒原料の場合、有機溶媒自体が燃料として代替利用できるため である。

[0048] 図 11Bに示すように、原料流路 221、一次酸素流路 225はパーナ先端部 220の中 心線（図中原料供給方向の一点鎖線）と略同方向に沿って設けられており、有機溶 媒原料、および一次酸素はパーナ先端部 220の中心線方向に噴出される。一方、 二次酸素流路 227の先端に設けられた二次酸素噴出孔 228は、パーナ先端部 220 の中心線に対して斜めに設けられ、中心線の延長線上の一点を向く方向に複数の 二次酸素噴出孔 228が傾斜して設けられている。

[0049] 上記液体原料は、圧力噴霧により霧状に噴霧されるが、噴霧方法は、圧力噴霧の 他に圧縮空気あるいはスチームを使った二流体噴霧、あるいは超音波ネブライザ一 でも可能である。

水溶液原料の場合は、その外周に形成する火炎により、有機溶媒原料の場合は、 原料流体そのものの火炎により、噴霧された原料が迅速に処理される。支燃性ガス（ ここでは酸素）および燃料の噴出方法は、前述した粉体原料の場合とほぼ同じ形態 であるが、原料を包み込むように火炎を形成するために様々な噴出形態をとることが できる。

[0050] 図 1の装置に、図 10Aと図 10B、および、図 11Aと図 11Bに示した形状のバーナ先 端部 210, 220をそれぞれ備えた二種類のパーナを用いて実験を行なった。表 3に 本実施例の実験条件を示す。

[0051] [表 3]

※ェ 硝酸ニッケル： 6水和物

※？ Ni濃度:各溶液中に含まれるニッケル元素濃度。

※3 支燃性ガス供給量:酸素流量ベース。

※ 酸素比:燃料の完全燃焼に必要な酸素量に対する供給した支燃性ガス中の 酸素量の比率。

[0052] 図 12に生成した金属超微粉の SEM画像を示す。液体原料を用いた場合、得られ る粒子径は固体原料に比べて極めて小さぐナノスケールの球状粒子を多く得ること ができた。また、これら金属超微粉の金属化率は、約 97%であった。

液体原料を使用する場合にも、実施例 3で述べたように、炉内温度を制御すること で、粒径を自在にコントロールできる。さらに、液体中のニッケル元素濃度や霧化粒 子径も、粒径制御因子となる。

また、水溶液原料や有機溶媒原料を加熱することで、溶液中のニッケノレ濃度をより 高めることもでき、生産性を高くすることも可能である。また、溶質としては、硝酸塩に 限られるわけではなぐ水または有機溶媒に溶解することができ、 目的とする金属元 素を含む物質であればょレ、。

また、 目的とする金属元素を含む有機金属化合物を使用することもできる。さらに目 的とする金属元素はニッケルに限られるわけではなぐ銅、コバルト等、適用可能な 金属全てを対象とすることができる。

産業上の利用可能性

[0053] 本発明は、幅広い原料を用い、生成する金属粉の粒径を自在にコントロールでき、 低コストで安全性に優れた金属超微粉の製造に適用できる。

Claims

請求の範囲

[I] パーナを用いて炉内に高温還元雰囲気を形成し金属化合物から金属を得る方法 において、パーナにより生成した高温還元気流中に粉体状の金属化合物を噴出さ せることで、該金属化合物を加熱 '還元し、粒径を制御した球状の金属超微粉を生 成させることを特徴とする金属超微粉の製造方法。

[2] 前記金属超微粉の粒径を、前記金属化合物の粒径より小さくすることを特徴とする 請求項 1記載の金属超微粉の製造方法。

[3] 前記金属超微粉の粒径を、前記金属化合物の粒径の 1/10以下にすることを特徴 とする請求項 1記載の金属超微粉の製造方法。

[4] 前記球状の金属粉の粒径をパーナの酸素比の調整によって制御することを特徴と する請求項 1記載の金属超微粉の製造方法。

[5] 前記高温還元雰囲気は、ガス状もしくは液体状の炭化水素系燃料と、酸素もしくは 酸素富化空気とを用いて生成することを特徴とする請求項 1記載の金属超微粉の製 造方法。

[6] 前記金属化合物は塩ィヒ物以外の物質であることを特徴とする請求項 1〜5のいず れか一項に記載の金属超微粉の製造方法。

[7] 前記金属超微粉の粒径を、炉内温度で制御する請求項 1〜5のいずれか一項に記 載の金属超微粉の製造方法。

[8] パーナから供給される燃料の部分燃焼により形成した高温還元雰囲気の炉内に、 原料の金属元素を含む化合物の溶液を噴霧し、溶液中の金属化合物を加熱 ·分解 · 還元することにより、粒径を制御した球状の金属超微粉を生成させることを特徴とす る金属超微粉の製造方法。

[9] 前記溶液はパーナから炉内に噴霧されることを特徴とする請求項 8記載の金属超 微粉の製造方法。

[10] 前記溶液が有機溶媒であり、前記溶液をパーナの燃料として噴霧し、部分燃焼さ せることにより高温還元雰囲気を形成し、球状の金属超微粉を生成させることを特徴 とする請求項 6記載の金属超微粉の製造方法。

[II] 請求項 1〜5および請求項 8〜： 10のいずれか一項に記載の製造方法により製造さ れた金属超微粉。

[12] 原料となる金属化合物を燃料流体をキャリアガスとして一方向に噴出する原料噴出 孔と、

前記原料噴出孔を中心とする円周上に設けられ、前記原料の噴出方向と平行に酸 素もしくは酸素富化空気を噴出する複数の一次酸素噴出孔と、

前記原料噴出孔を中心とする円周上に、前記一次酸素噴出孔の外側に設けられ、 前記原料噴出孔の噴出方向延長線上の一点に向力、う方向に、酸素もしくは酸素富 化空気を噴出する複数の二次酸素噴出孔と、

を備えたパーナであって、前記燃料流体と前記酸素もしくは酸素富化空気によって 高温還元気流を生成させ、前記金属化合物を還元することで、前記原料より小さな 粒径の金属超微粉を製造するパーナ。

[13] 前記金属化合物を搬送するキャリアガスが、空気、酸素、酸素富化空気、もしくは不 活性ガスである場合、別途、燃料供給を行なう燃焼噴出孔を設けた請求項 12に記載 の金属超微粉を製造するパーナ。

[14] 有機溶媒に金属化合物を溶解させた液状原料を噴霧する原料噴霧孔と、前記原 料噴霧孔を中心とする円周上に設けられ、前記原料噴霧孔の中心線と平行に酸素 もしくは酸素富化空気を噴出する複数の一次酸素噴出孔と、

前記原料噴霧孔を中心とする円周上に、前記一次酸素噴出孔の外側に設けられ、 前記原料噴霧孔の中心線の延長線上の一点に向力う方向に酸素もしくは酸素富化 空気を噴出する複数の二次酸素噴出孔と、

を備えたパーナであって、前記有機溶媒と前記酸素もしくは酸素負荷空気によって 高温還元気流を生成させ、前記金属化合物を還元し、金属超微粉を製造するバー ナ。

[15] 金属化合物を含む液状原料を噴霧する原料噴霧孔と、

前記原料噴霧孔を中心とする円周上に設けられ、前記原料噴霧孔の中心線と平行 に燃料を噴出する複数の燃料噴出孔と、

前記原料噴霧孔を中心とする円周上に、前記燃料噴出孔の外側に設けられ、前記 原料噴霧孔の中心線と平行に酸素もしくは酸素富化空気を噴出する複数の一次酸 素噴出孔と、

前記原料噴出孔を中心とする円周上に、前記一次酸素噴出孔の外側に設けられ、 前記原料噴出孔の中心線の延長線上の一点に向力う酸素もしくは酸素富化空気を 噴出する複数の二次酸素噴出孔と、

を更に備えたパーナであって、前記燃料と前記酸素もしくは酸素富化空気によって 高温還元気流を生成させ、前記金属化合物を還元し、金属超微粉を生成するバー ナ。

[16] 原料を酸化還元雰囲気下で熱処理する炉部と、

前記炉部に配置され、燃料、酸素もしくは酸素富化空気と原料とを前記炉部に向け て噴出する、請求項 12〜： 15のいずれか一項に記載されたパーナと、

前記パーナに燃料を供給する燃料供給系と、

前記パーナに原料を供給する原料供給系と、

前記炉部に冷却用ガスを供給する冷却ガス供給系と、

を備えた金属超微粉製造装置。

[17] 前記冷却ガス供給系が、温度制御用のガス供給装置を更に含む請求項 16に記載 の金属超微粉製造装置。