JPH0478599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は繊維状の炭化珪素ウイスカーに含有す
る遊離炭素を流動層内で流動燃焼除去する方法に
関するものである。

［従来の技術］ 炭化珪素ウイスカーは工業的には主として珪素
の酸化物に炭素を反応させて製造される。前記の
方法によつて製造される炭化珪素ウイスカー中に
は不可避的に化学量論量以上の遊離炭素が混入し
ているために、この余剰な遊離炭素を除去する炭
化珪素ウイスカーの精製工程が重要となつてい
る。

前記炭化珪素ウイスカー中に含有する遊離炭素
を除去するには工業的には該遊離炭素を燃焼用ガ
スで燃焼するのが最も効率的であり、それには
試料を皿型の容器に充填して固定層の状態で燃焼
する方法、ロータリーキルンのような回転炉で
移動層の状態で燃焼する方法、試料を燃焼用ガ
スによつて流動化させながら燃焼する方法が考え
られる。このうち，の方法はいずれも遊離炭
素と燃焼用ガスとの接触効率が低いため、遊離炭
素を完全に燃焼させるには長時間を要すること、
更に炭化珪素ウイスカーも可成り酸化を受けると
いう欠点があつた。特にの方法においては、炭
化珪素ウイスカーの炉壁への付着が顕著であり長
時間の運転が困難であつた。一方、の方法につ
いては特開昭55−100214号にその方法が開示され
ている。しかし、これはガス流速を大きくとり、
原料粉体を流動媒体粒子層中を通過させながら燃
焼させて、精製粉体を燃焼炉外に飛び出させて回
収する方法で、粒状物質の処理には有効である
が、繊維状の炭化珪素ウイスカーの場合には、気
流による流動層への安定な原料装入が困難であ
り、また、流動媒体粒子層とその上部から飛び出
す微細粒子からなる希薄層との間に粒子の偏析が
生じ、特に、その流動層には凝集した粗粒子が蓄
積するため炭化珪素ウイスカーの酸化が大きくな
つたり、また流動化状態で流動媒体粒子と精製し
た炭化珪素ウイスカーを効率よく分離、回収する
ことができない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来遊離炭素を効率よく燃焼除去す
ることが困難であつた繊維状炭化珪素ウイスカー
に含有する遊離炭素を短時間で流動燃焼し、しか
も燃焼に伴う炭化珪素ウイスカーの酸化を極力少
なく抑えるとともに流動媒体粒子との分離、回収
を効率よく行う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］ 本発明によれば、遊離炭素を含有する炭化珪素
ウイスカーを流動層燃焼炉の流動層に装入し、燃
焼温度を750〜900℃に保持することにより前記遊
離炭素を燃焼せしめるとともに炭化珪素ウイスカ
ーを凝集して粒状化せしめ、該粒状体を流動燃焼
ガスの流速を低下して流動層上面に移動せしめ、
炉外に排出・回収することを特徴とする炭化珪素
ウイスカーに含有する遊離炭素の流動燃焼除去方
法が提供される。

即ち、特定の流動燃焼条件を設定することによ
り、繊維状炭化珪素ウイスカーの遊離炭素を燃焼
除去するとともに、繊維状炭化珪素ウイスカーを
流動層で凝集して粒状化し、流動層から効率よく
分離、回収するものである。

通常、遊離炭素を含有する炭化珪素ウイスカー
の大きさは、径が0.1〜3μm（平均径1.0μm以下）
で、長さが10〜300μm（平均長さ50μm以上）であ
る。但し、該ウイスカーは付着性が強く二次凝集
を形成しているために、直接これらのウイスカー
を燃焼用ガスによつて流動化し遊離炭素を燃焼除
去することは困難である。従つて流動性の良好な
流動媒体粒子層にこれらのウイスカーを装入する
ことにより、炭化珪素ウイスカーは流動媒体粒子
とともに良好に流動化し、しかも両者の混合が充
分なために層内温度を均一に保持しながら容易に
遊離炭素の燃焼除去処理ができる。

本発明によれば、燃焼温度は、750℃以上、900
℃以下とすることが必要である。750℃以下では
精製炭化珪素中に未燃炭素量が多く、また900℃
以上では二酸化珪素の生成率が約４％以上とな
り、ともに製品炭化珪素として好ましくない。

本発明によれば、流動媒体粒子としては燃焼温
度域において性状が安定であり、しかも炭化珪素
ウイスカー及び燃焼用ガスと反応しない不活性な
無機質系の粒子、例えばアルミナ粒子やシリカ粒
子が好ましい。また流動層を形成する流動媒体粒
子の平均粒子径は50〜200μmの範囲にあること、
及び粒子形状は球形であることが均一な流動ない
し混合状態を得るため、さらに適度な大きさの炭
化珪素ウイスカー粒状体を形成するのに好まし
い。流動媒体粒子の平均粒形が50μm以下の場合
には、精製炭化珪素ウイスカーは凝集して充分な
粒状体を形成しないので、流動媒体粒子との流動
分離が困難になり、また平均粒径が200μm以上の
場合には遊離炭素を含有する炭化珪素ウイスカー
は流動媒体粒子層上部に多く偏在するために層上
部は局所的に高温となり炭化珪素ウイスカーも大
きく酸化を受けることになる。

また、本発明によれば流動媒体粒子層の静止層
高さは燃焼炉の塔径の２〜４倍の範囲とすること
が好ましい。層高が塔径の２倍より低い場合は炭
化珪素ウイスカーを流動媒体粒子層に巻き込むこ
とが困難で、均一な混合状態を形成することがで
きない。一方、層高を４倍以上にする場合は、流
動媒体粒子層が炉内を上下に大きく変動しながら
流動するために炭化珪素ウイスカーは層上部に偏
在したままの状態になり、流動媒体粒子層の混合
効果を殆ど受けない状態になる。

さらに、本発明によれば遊離炭素を含有する炭
化珪素ウイスカーの装入量は該装入量と流動媒体
粒子量との重量和の20％以下にすることが好まし
い。遊離炭素を含有する炭化珪素の装入量が20％
以上では流動媒体粒子との混合性が悪く、層上部
に該炭化珪素ウイスカーが多く偏在するために燃
焼温度が極度に高くなり、炭化珪素ウイスカーが
酸化され易くなるので好ましくない。

本発明では、遊離炭素が燃焼除去されるにつれ
て炭化珪素ウイスカーは凝集し粒状化され、粒子
径も流動媒体粒子より大きく、見掛け比重は小さ
くなる。従つて、燃焼精製後には、流動燃焼用ガ
スの流速を低下することにより、炭化珪素ウイス
カーを流動媒体粒子層の表面に分離し、効率よく
回収することができる。

本発明方法を適用した流動層燃焼装置の概略を
第１図に示す。燃焼炉２１は電気加熱炉７の中央
部に設置され、送風機１からの燃焼用ガス（通常
は空気）は水分除去器２で水分を除去し、流量計
３を経て炉底部に導かれ分散板４の小孔から噴出
し流動媒体を流動化し、流動層５を形成する。原
料炭化珪素は粉体定量供給機２２から、炉側壁を
貫き分散板４の直上に開口した原料装入口２３に
より流動層に装入される。燃焼反応後の精製炭化
珪素は、燃焼用ガス流速を低下して流動層上部に
分離し、流動層上面に集められ、炉の側壁流動層
上部に開口した製品取出口２４から取り出され
る。一方、燃焼排ガスは集塵機８を経て系外に排
出される。製品排出後、原料装入口から一定量の
原料を装入し、再び流動層燃焼を行う。これを繰
り返すことにより、流動媒体粒子を炉内に残留さ
せたまま、半連続的に遊離炭素の燃焼除去を行な
うことができる。もちろん、回分操作も可能であ
る。電気加熱炉７及び流動層５内の温度は熱電対
６を介しデジダル温度計９により検知され、温度
記録計１０に記録されるとともに、温度プログラ
ム調節計１１に伝えられ、電気加熱炉の加熱温度
を調節し、炉温を所定温度に保持する。

第１図に示した装置を使用し、遊離炭素を含有
する炭化珪素の流動燃焼条件を検討した。空気流
量を0.75l／min（室温での値、層内温度における
空筒空気流速は13〜17.5cm／sec）、原料装入量／
（原料装入量＋流動媒体量）を8.0％、また流動媒
体粒子（粒径が75〜125μmの球状アルミナを使
用）の静止層高さを８〜6.5cm（塔径の2.5〜3.25
倍）と一定にして、燃焼温度を617℃〜908℃の範
囲で変化させて遊離炭素を燃焼させた場合の炭化
珪素ウイスカー中に未燃の状態で残存する炭素含
有率を第２図に、および炭化珪素ウイスカーの酸
化による二酸化珪素の生成率を第３図に示した。
回収した炭化珪素ウイスカー中の遊離炭素含有率
は層内最高温度が高くなるにつれて低下し、750
℃以上で１％程度の低い値になる。また炭化珪素
ウイスカーの酸化による二酸化珪素の生成率は層
内温度の上昇とともに２％程度から増大するが、
温度が900℃でも二酸化珪素の生成率は約４％で
ある。即ち、燃焼を温度750〜900℃の範囲で行な
えば、炭化珪素ウイスカーの酸化を低く抑え、遊
離炭素を効率よく燃焼できる。

本発明方法は、従来のロータリーキルン法が未
燃焼残留炭素が３〜５％、また二酸化珪素生成率
がロータリーキルン法、固定層法で４〜５％程度
であるので、これらに比べ残留炭素率、二酸化珪
素生成率を50％以上低くすることができる。ま
た、本発明方法で得られた静止炭化珪素ウイスカ
ー凝集体の粒径は、50％中位径で約0.7mmであり、
流動媒体粒子との分離も良好で、回収炭化珪素ウ
イスカーの中には球形アルミナ粒子の混入は認め
られなかつた。

［実施例］ 次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説
明する。

使用した未精製炭化珪素ウイスカーは遊離炭素
を重量分率で、38.3％含有し、平均径0.5μm、平
均長さ約100μmで、空気により流動層を形成する
球状アルミナ粒子層に燃焼炉の上部から装入し、
炉内温度が均一な状態において、燃焼除去試験を
行なつた。

使用した装置は、第１図に示したものと同様の
構造で、燃焼炉として、内径が10cmのステンレス
円筒管を使用した。

実施例 流動媒体として粒径が74〜125μmφの球状アル
ミナ粒子を使用し、その静止層高さを塔径の2.5
倍とした。初め、流動媒体の層内温度を690℃に
し、また、この空気の空筒基準ガス速度を14.2
cm／secにして原料を全体として8.0重量％の割合
になるようにして流動層内に装入し、20分間燃焼
させた。その結果、層内温度は最高775℃まで達
した。

流動燃焼後、ガス流速を低下させたところ、凝
集して粒状化していた炭化珪素ウイスカーが層上
部に浮上した。これを製品取出口より回収し、組
成分析を行なつたが、遊離炭素含有率は0.4％で
あり、また酸化により生成した二酸化珪素の含有
率は3.2％であつた。なお、流動媒体成分は認め
られなかつた。

比較例 流動媒体粒子として粒径250〜500φμmの球状
アルミナ粒子を使用し、その静止層高を50cm（塔
径の５倍）とした。また、流動媒体の初期層内温
度を800℃にして、この温度における空気の空筒
基準ガス速度を15.1cm／secにし、原料を全体と
して8.0重量％の割合になるようにして流動層内
に装入し、20分間燃焼させた。しかし装入された
原料は、流動媒体粒子との混合が悪く、その多く
は層上部に偏在した状態のままで燃焼されたため
に原料部の温度は最高950℃に達した。

回収した炭化珪素ウイスカーの遊離炭素含有量
は0.3％と少なかつたが、炭化珪素の酸化による
二酸化珪素の生成量は約７％と多かつた。また、
炭化珪素ウイスカーの凝集・粒状体は流動層内で
はほとんど形成されず、回収した炭化珪素ウイス
カーの中に流動媒体の混入が認められた。

［発明の効果］ 以上から明かなように本発明の炭化珪素ウイス
カーに含有する遊離炭素の流動燃焼除去法によれ
ば、流動性の良好な流動媒体粒子層によつて、今
まで流動化が困難であつた遊離炭素を含有する炭
化珪素ウイスカーを好適に流動化することができ
るために、均一な燃焼温度条件下で、炭化珪素ウ
イスカーの酸化を低く抑えて極めて安定で効率よ
く遊離炭素を燃焼除去でき、しかも生成した炭化
珪素ウイスカーを流動媒体粒子層から容易に分離
でき、効率よく回収できるものであつて、工業的
に極めて有用な方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に使用した装置の概要を
示す図面で、第２図は流動燃焼したときの燃焼温
度と含有炭素率との関係を示す図面で、第３図は
同じく燃焼温度と二酸化珪素生成率との関係を示
す図面である。 １……送風機、２……水分除去器、３……流量
計、４……分散板、５……流動層、６……熱電
対、７……電気加熱炉、８……集塵機、９……デ
ジタル温度計、１０……温度記録計、１１……温
度プログラム調節計、２１……燃焼炉、２２……
粉体定量供給機、２３……原料装入口、２４……
製品取出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 遊離炭素を含有する炭化珪素ウイスカーを流
   動層燃焼炉の流動層に装入し、燃焼温度を750〜
   900℃に保持することにより前記遊離炭素を燃焼
   せしめるとともに炭化珪素ウイスカーを凝集して
   粒状化せしめ、該粒状体を流動燃焼ガスの流速を
   低下して流動層上面に移動せしめ、炉外に排出・
   回収することを特徴とする炭化珪素ウイスカーに
   含有する遊離炭素の流動燃焼除去方法。 ２ 流動層燃焼炉の流動媒体が平均粒径50〜
   200μmの耐熱性球状アルミナ粒子および球状シリ
   カ粒子から選ばれた少なくとも１種から成り、燃
   焼温度における流動層内の燃焼反応ガスの空筒基
   準ガス速度が８〜30cm／secで、遊離炭素を含有
   する炭化珪素ウイスカーの装入量が、該装入量と
   流動媒体の重量和の20％以下であり、かつ流動媒
   体静止層高さは燃焼炉塔径の２〜４倍である請求
   項１記載の炭化珪素ウイスカーに含有する遊離炭
   素の流動燃焼除去方法。