JPS6152305A - 金属微粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はプラズマ加熱による金属微粉末の製造方法に関
する。

近年、金属微粉末は、その金属塊には全く見られないよ
うな磁気特性、光学特性、電気特性、化学反応性及び焼
結性等により、大容量の磁気メモリー、センサ、太陽熱
吸収塗料、超電導材料、高効率触媒、新焼結体等、その
新規利用分野が急展開している。

ある。

〈従来の技術とその問題点〉 従来、金属微粉末の製造方法として、化学的方法と物理
的方法が採用されている。前者の化学的方法は、溶液中
での化学反応によ）沈殿物として金属微粉末を得る方法
や、金属よシも蒸気圧が大きく且つ融点の低い金属化合
物、例えば金属の塩化物を、加熱蒸発させて水素で還元
し、金属微粉末を捕集する方法であるが、この従来法に
よると、金属微粉末が水分や副生成物等で汚染されるこ
とを避けられず、したがって純度の低いものとなる問題
点がある。また後者の物理的方法は、真空蒸発法と通称
され、金属を低圧の不活性ガス中で加熱蒸発させて金属
微粉末を捕集する方法で、現在一般的に採用されている
が、この従来法によると、純度の高いものが得られる反
面、蒸発速度が遅いために生産性が低く、シたがって高
価なものとなる問題点がある。

最近、プラズマ水素ガスの金属に対する反応性を利用し
、金属をプラズマ加熱する金属微粉末の製造方法（通称
、ガス中蒸発法）が提案されている（例えば、雑誌「化
学と工業」、第３６巻第８号、７２〜７４頁、１９８３
年）。これは、水素ガス雰囲気下に金属をプラズマ加熱
し、この際、溶融金属の周辺部から激しく発生する所謂
金属煙を捕集する方法であるが、この方法でも依然とし
て、得られる金属微粉末の生産性（例えば収率）で問題
点がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、斜上の如き従来法の問題点を解決するもので
、所定条件下に、前処理した金属の塩化物をプラズマ加
熱することにより、高純度の金属微粉末を生産性良く製
造する方法を提供するものである。

〈問題点を解決するだめの手段〉 しかして本発明は、金属の塩化物を不純物が混入しない
ように該金属と同一材質の容器又はセラミンクの容器等
に入れ、不活性ガス及び／又は水素ガスの雰囲気下にお
いて該金属の焼結温度よりも低い温度で加熱乾燥し、次
いでその乾燥物を大気にさらさないで水素ガス存在下に
プラズマ加熱することを特徴とする金属微粉末の製造方
法に係る０ 本発明において処理対象となるのは、例えば鉄やニッケ
ルの金属微粉末を製造する場合にそれぞれ塩化第一鉄（
ＦｅＣＪｈ　）や塩化ニッケル（Ｎｉ　Ｃｌ＋　）等、
金属の塩化物であり、これらは結晶水を含むものでも（
例えばＮｉＣ＃２・６Ｈ２０）　、又は所謂無水物でも
よい。そして、このような金属の塩化物を加熱乾燥する
。金属の塩化物は、一般に粉状で、前述の如く結晶水を
含んでいるものもあり、また所謂無水物であっても、相
当量の水分を含有しているのが実情であって、更に当初
はほぼ完全な無水物であっても、もともと吸湿し易い性
質のため、取扱中に大気中の水分を吸収してしまう。第
１図は市販の無水塩化ニッケルの加熱（乾燥）又は加熱
（乾燥）後の放置による重量変化を例示するグラフであ
る。図中、乾燥曲線１は開封直後の試料を３００℃で乾
燥した場合、乾燥曲線２は開封５０日後（室温、大気中
）の試料を同様に乾燥した場合、吸湿曲線３は上記のよ
うに乾燥して恒量状態となった試料をデシケータ内に室
温で放置した場合、吸湿曲線４は吸湿曲線３と同じ試料
を大気にさらして同様に放置した場合である。名目上は
無水塩化ニッケルであっても相当量の水分を含有してい
ること、及び乾燥してほぼ完全に無水状態とした塩化ニ
ッケルが吸湿し易いものであること等が明らかである。

本発明において肝要な点の一つは、金属の塩化物をその
まま、したがって相当量の水分（以下、水分は結晶水を
も含む意味）を含有した状態でプラズマ加熱するのでは
カ＜、プラズマ加熱する前の段階で金属の塩化物を加熱
乾燥する点にある。

加熱乾燥することなく、水分を含有した状態で金属の塩
化物をプラズマ加熱すると、種々の弊害を生じる。それ
は例えば、プラズマ加熱によって得られる金属微粉末中
の酸素含有量が高くなり（２゜６〜５重量％以上にもな
る）、それだけ純度が低下して、この結果、そのような
金属微粉末を使用して焼結する場合は焼結状態が劣化し
、そのような金属微粉末を導電材として使用する場合は
抵抗値が増加する等の問題を引き起こす。また、プラズ
マ加熱の際に発生する水蒸気が加熱炉内壁面へ金属微粉
末を付着させ、それだけ収率も悪くなる。

更に、結果的には金属微粉末の純度や収率にも悪影響を
及ぼすこととなるのであるが、プラズマ加熱の際に発生
する水蒸気がプラズマを不安定にし、同様に発生する塩
酸液が加熱炉構成材料を損なう等、操業上のトラブルを
誘引して、その上、もともと水分の蒸発にはプラズマ加
熱のような高温は必要でないにもかかわらず、そのよう
なプラズマ加熱によって水分の蒸発除去をすることとな
るため、熱効率も悪いのである。

一般に、粉体の加熱乾燥は高温である方が速く、水分も
それだけよく除去される。しかし、温度が高くなると粉
体は固化して大きくなり、更には溶融して塊となってし
まう。本発明における金属の塩化物の加熱乾燥は、次段
での金属微粉末製造プロセスに適した最も効果的な乾燥
を行うものであシ、金属の塩化物の水素によるプラズマ
還元に最も効果的な条件を定めるものである。この際、
加熱乾燥中に不純物が混入しないようにする必要がある
ことはいうまでもない。例えば、加熱乾燥中に金属の塩
化物が接触することとなる容器類は、該塩化物を構成す
る金属と同−材質製のものや、該塩化物による腐食のな
いセラミック製のもの等を使用すれば、不純物の混入が
ない。具体的に加熱乾燥温度は、金属の塩化物の粉末が
二次粒子を形成しはじめる温度と同等以上が好ましく、
該塩化物を構成する金属の粉末（該塩化物の粉末と同じ
粒度）の焼結温度以下で、該塩化物の物性によシ適宜選
択する。例えば、塩化ニッケルを加熱乾燥する場合には
２００〜３００℃が好ましい。このような温度条件のも
とで、加熱乾燥は比較的速く達成され、前記塩化物の粉
末の固化が一部みられるものの、本発明の如きプラズマ
による金属微粉末の製造においては、蒸発→水素還元→
金属微粉末の工程が非常にスムーズに行われる。尚、塩
化ニッケルの場合にはあまり高温に加熱すると、塩化ニ
ッケルの蒸気圧が高くなシ、乾燥容器等にその蒸気が付
着する等、作業性を悪化させることがあるので、前述の
範囲以上に高温で加熱乾燥することは好ましくなく、経
済性も悪い。

第２図は、かかる加熱乾燥に使用する試験装置を例示す
る略視図であシ、この試験装置は前述した第１図の試験
に使用したものである。電熱線５が埋設されている電気
炉６で外周面を囲繞された石英管７があり、この石英管
７の内部には金属の塩化物Ａが充填されているセラミッ
ク製ボート８が挿入載置されていて、その入口側と出口
側はそれぞれシリコンキャップ９．１０で密栓されてい
る。そして、入口側のシリコンキャップ９には温度計１
１と水素又は不活性ガス（以下、アルゴンガスで例示す
る）の供給管１２が、また出口側のシリコンキャップ１
０には水素又はアルゴンガスの排出管１３が、いずれも
石英管７の内部へ通じて取付けられておシ、排出管１３
の先端は水封されている。連続的に供給される水素又は
アルゴンガスの雰囲気下、所定温度で金属の塩化物Ａを
加熱し、この際に発生する水蒸気を水素又はアルゴンガ
スで搬出して金属の塩化物Ａを乾燥するようになってい
る。

かくして金属の塩化物を加熱乾燥し、次いでその乾燥物
をプラズマ加熱する。この場合の乾燥物の形態は、粉末
状であっても又はベレット状に造粒されたもの等であっ
てもよく、具体的にプラズマ加熱は、例えばプラズマト
ーチを装備する一般的な加熱炉を使用すればよい。前記
乾燥物を加熱炉に搬入し、プラズマトーチからのプラズ
マアーク（プラズマジェット）で加熱するのである。こ
の際、乾燥物の加熱炉への搬入は大気にさらさないよう
にして行ない、プラズマ加熱は水素ガス存在下に行なう
。乾燥物を大気にさらすと、該乾燥物が大気中の水分を
吸湿したり、或いは大気中の酸素を同伴してプラズマ加
熱されることとなるため、水分を含有した状態で金属の
塩化物をプラズマ加熱する場合と同様の前述したような
種々の弊害を生じる。また、プラズマ水素ガスの金属に
対する反応性を利用し、金属の塩化物の乾燥物をプラズ
マ加熱して還元することにより所謂金属煙を発生させる
のであるから、プラズマ加熱の際には水素ガスの存在が
不可欠なのである。したがって、以上と同様の意味で、
金属の塩化物の前述した加熱乾燥は、低圧条件で行った
り、及び／又は水素ガスやアルゴンガスの雰囲気下で行
うのが好ましく、そのよう力水素ガスとともに乾燥物を
加熱炉へ搬入する場合には、該水素ガスも含めて反応炉
内の水素ガスの濃度バランスを考慮し、反応炉に装備さ
れるプラズマトーチの作動ガスを水素ガス及び／又はア
ルゴンガスとするのである０以上のように、金属の塩化
物の加熱乾燥物をプラズマ加熱すると、該塩化物は、１
００００℃台のプラズマの高熱で急速に気化し、直ちに
プラズマで活性となった水素ガス乃至水素イオンと反応
して還元され、多量の金属微粉末からなる所謂金属煙を
発生させる。この金属煙を以下常法手段で捕集するので
あるが、前記塩化物の蒸発気化と水素プラズマの還元が
もたらす金属微粉末の生成は高温で反応が充分進行する
とともに不純物の混入がなく、シかもその生成速度は従
来法よりも桁違いに速い。したがって本発明では、高純
度の金属微粉末を生産性よく製造できるのである。

く作用〉 次に本発明の作用を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の一実施手順を示す略視図である。

金属の塩化物Ｂが充填されているホツノト」４がバルブ
１５を介して加熱乾燥造粒機１６へ連結され、この加熱
乾燥造粒機１６は連結管１７を介し加熱炉１８へと連通
されている。加熱炉１８には、プラズマトーチ１９が装
備されていて、その排出口２０はバルブ２１を介し捕集
器２２へ連結されている。そして、ホッパー１４及び加
熱乾燥造粒機１６の内部は、これらに接続されている真
空ポンプ２３によって減圧条件下におかれ、同時に連結
管１７の途中から送入される水素ガス及びアルゴンガス
の雰囲気下ともなっていて、また加熱炉１８の内部は連
結管１７の途中から送入され、加えてプラズマトーチ１
９から噴射される、水素ガス及びアルゴンガスの大気圧
の雰囲気下になっている。ホッパー１４から供給された
金属の塩化物Ｂは、バルプエ５を通シ、加熱乾燥造粒機
１６において、加熱乾燥と造粒を同時に受け、この際に
発生する水蒸気は真空ポンプ２３で吸引排気される一方
、乾燥造粒物Ｃは自重で加熱炉１８へ落下する。加熱炉
１８へ落下した乾燥造粒物Ｃは直ちに、プラズマトーチ
１９から噴射されるプラズマアーク（プラズマジェット
）により高温加熱され、同時に還元されて、この際に激
しく発生する所謂金属煙は、プラズマアークの噴射流に
のる如く、排出口２０及びバルブ２１を通って捕集器２
２へ至り、この捕集器２２で金属微粉末りとして捕集さ
れる。

〈発明の効果〉 以上説明した通りであるから、本発明には、高純度の金
属微粉末を生産性よく製造することができ、併せて結果
的には得られる金属微粉末の純度や収率にも影響するの
であるが、操業上のトラプルを解消し、また熱効率もよ
いという効果がある。

〈実施例〉 市販の無水塩化ニッケルを処理対象として、これをニッ
ケル製容器内にて減圧条件下（絶対圧２５０　ｗａｇ　
）及びアルゴンガス雰囲気下、２５０℃×５時間加熱乾
燥し、塩化ニッケルの乾燥粉末を得た。次いでこの乾燥
粉末を、アルゴンガス雰囲気下のまま、加熱炉へ連続的
に搬入し、プラズマトーチを装備する該加熱炉において
その乾燥粉末ニ、水素ガスを作動ガスとするプラズマア
ーク（プラズマジェット）を噴射したく水素ガス使用量
２１Ｎ扉／時、プラズマトーチ出力８４　ＫＷ　）。

そして、加熱炉から排出される所謂金属煙を捕集し、金
属微粉末を得た。この金属微粉末について、その内容を
第１表に示した。表中の結果は各２０回の繰シ返し試験
の総合であるが、実施例は以上の方法で金属微粉末を製
造した場合、比較例は、他の条件は実施例と同じにして
、実施例のような加熱乾燥をすることなく市販の無水塩
化ニッケルをそのまま加熱炉へ搬入した場合である。

第１表 第１表の結果からも、本発明の効果が明らかに判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は市販の無水塩化ニッケルの加熱又は加熱後の放
置による重量変化を例示するグラフ、第２図は本発明に
おいて加熱乾燥に使用する試験装置を例示する略祝図、
第３図は本発明の一実施手順を示す略視図である。 １．２・・乾燥曲線、　　３，４・・・吸湿曲線、５・
・・電熱線、　　　　　６・・・電気炉、７・・石英管
、　　　　　８・・・セラミック製ボート、９　、１０
・・・シリコンキャンプ、 １１・・・温度計、１２・・・供給管、１３・・排出管
、１４・・・ホッパー、１５　、２１・・・パルプ、１
６・・・加熱乾燥造粒機、１７・・・連結管、１８・・
・加熱炉、１９・・・プラズマトーチ、２０・・・排出
口、２２・・・捕集器、２３・・・真空ポンプ、Ａ、Ｂ
・・・金属の塩化物、 Ｃ・・・乾燥造粒物、　　Ｄ・・・金属微粉末、代理人
　弁理士　入　山　宏　正 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　金属の塩化物を不純物が混入しないように該金属と
   同一材質の容器又はセラミックの容器等に入れ、不活性
   ガス及び／又は水素ガスの雰囲気下において該金属の焼
   結温度よりも低い温度で加熱乾燥し、次いでその乾燥物
   を大気にさらさないで水素ガス存在下にプラズマ加熱す
   ることを特徴とする金属微粉末の製造方法。