JPS6152306A - 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。

本発明は、かかる新規利用に応える高純度の金属微粉末
を生産性良く製造する方法に関するものである。

〈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
での化学反応によシ沈澱物として金属微粉末を得たり、
或いは金属より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、これらの従
来法によると、得られる金属微粉末の粒径が大きく、ま
た該金属微粉末が水分や副生成物等で汚染されることを
避けられないために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、粒径が小さく且つ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、水素ガフ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（例えば生成速度や収
率）の点で問題点がオシ、シかも加熱に伴って生じる溶
融物の飛散で粒径の大きな粒が混入する等信の問題点も
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
、金属の塩化物を水素ガス存在下にプラズマ加熱して還
元した後、その生成物を特定条件下で捕集し、精製する
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。

く問題点を解決するための手段〉 しかして本発明者らは、得られる金属微粉末の粒度、純
度及び生産性を平均的に充足する上で従来法の中では比
較的有効なプラズマ加熱による金属微粉末の製造方法に
ついて鋭意研究した結果、この従来法においても生産性
や純度等がなお充分でなく、それらの低い原因が、金属
を加熱蒸発させる場合にはもともとその蒸気圧が低い上
に、溶融物の飛散防止のためプラズマ加熱の電力を充分
に与えられず、また金属の塩化物を加熱蒸発させる場合
には蒸発は充分に速くさせることができるが、プラズマ
加熱で発生させた所謂金属煙（金属蒸気）を、気相で凝
縮させて捕集するだけでは塩素等の除去が充分になし得
ないところにあシ、ここにおいて原料と加熱源の特定及
び捕集関連操作を以下に詳述するような特定条件下で行
なえば、高純度の金属微粉末を生産性良く製造できるこ
とを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち本発明は、金属の塩化物を水素ガス存在下にプ
ラズマ加熱して還元した後、その生成物を高温状態の′
Ｉ：、まで水中に導びいて水中に捕捉させ、次いで水か
ら分離した固形分を水素ガメ存在下に加熱精製すること
を特徴とする金属微粉末の製造方法に係る。

以下、図面に基づいて本発明の構成を更に詳細に説明す
る。第１図は本発明の一実施手順を示す系統工程図であ
る。本発明において処理対象となる原料は、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（ＦｅＣβ２）や塩化ニッケ／Ｌ／　（Ｎ１Ｃｌ２
）等、金属の塩化物である。

これらは結晶水を含むものでも（例えばＮｔＣ４・６Ｈ
２０）　、又は無水物でもよく、その形態は粉末状でも
、又はベレット状に成形されたもの等でもよいが、後述
するプラズマ加熱の安定性等の点で、結晶水も含めて脱
水乾燥したものが好ましい。これらの原料Ａを、加熱炉
１に供給する。加熱炉１にはプラズマトーチ２が装備さ
れていて、このプラズマトーチ２から水素ガス及び不活
性ガス（以下、アルゴンガスで例示する）を作動ガスと
するプラズマアーク（プラズマジェット）が噴射されて
いる。加熱炉１に供給された原料Ａは、水素ガス存在下
にプラズマ加熱され、還元されて、その生成物Ｂはプラ
ズマアークの噴射流に乗るが如く排出口３から搬出され
る。原料のプラズマ加熱に際して、原料を加熱炉へ供給
する手段、例えば原料を自重落下させたシ或いは原料を
水素ガス及び／又はアルゴンガスの気流で搬入させたり
する手段、またプラズマアークの発生源や加熱炉の種類
並びに形状、更にはプラズマアークの作動ガスの内容等
は、原料の種類や形態その他の条件に応じて、適宜選定
することができる。

排出口３から搬出された生成物Ｂは相当の高温状態にあ
るが、この生成物Ｂはバルブ４を通って捕集器５に至り
、そのまま水捕集される。図面の場合、捕集器５は、底
部に排水バルブ６を、また側部の上方に排ガヌの排出ロ
アを、更に側部下方の傾斜面に捕集した懸濁物の抜き出
し口８をそれぞれ備えるタンク９内に水Ｃが充填され、
この水Ｃは適宜補充されるように々つていて、バルブ４
に連結された生成物Ｂの誘導管１０がその先端開口を水
Ｃ中に位置決めされているものである。したがって、生
成物Ｂは水Ｃ中に投入されて捕集されるようになってい
るが、本発明における水捕集はこれに限定されるもので
はなく、例えば充分な水量のシャワ一方式であってもよ
い。いずれにしても肝要な点は、生成物Ｂを高温状態の
ままで水中に導入して捕捉することにある。

生成物Ｂは水捕集によりその相当部が水Ｃ中に懸濁化す
る。この懸濁液をポンプ１１で捕集器５から抜き出し、
例えばフィルりｐ過等で固液を分離して、分離して得た
固形分を以下、精製して所望通りに製品である金属微粉
末を得る。

かくして得た固形分の精製は水素ガス存在下に該固形分
を加熱して行なう。この精製は、本発明の目的に照らし
て、不純物が混入しないように、且つ大気にさらさない
ように行うのが好ましい。

したがって、精製の際に固形分が接触することとなる例
えば受器は、原料Ａの同種金属製のものやセラミック製
のもの等がよく、また完全な水素ガス気流中で間接加熱
するのがよいのである。第２図は、かかる精製に使用す
る試験装置を例示する略視図であシ、この試験装置は後
述する実施例等の試験に使用したものである。電熱線１
２が埋設されている電気炉１３で外周面を囲繞された石
英管１４があシ、この石英管１４の内部には前述の固形
分りが充填されているセラミック製ポート１５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
キャンプ１６．１７で密栓されている。そして、入口側
のシリコンキャップ１６には温度計１８と水素ガスの供
給管１９が、また出口側のシリコンキャップ１７には水
素ガスの排出管２０が、いずれも石英管工４の内部へ通
じて取付けられておシ、排出管２０の先端は水封されて
いる。連続的に供給される水素ガスの気流下、所定温度
で固形分りを加熱し、この際の発生ガスを水素ガスで搬
出しつつ、固形分りを還元精製するようになっている。

く作用〉 次に本発明の作用を第１図及び第２図に基づいて説明す
る。原料Ａを加熱炉１に供給して、水素カス存在下にプ
ラズマアークで高温加熱すると、該原料Ａはこれを構成
する金属よシ蒸気圧が著しく高く、しかもプラズマアー
クは１００００°Ｃにも達する超高温を有するため、急
速に蒸発気化し、直ちにプラズマアークの高温で活性化
した水素ガヌ或いは水素イオンと反応して急速に還元さ
れ、微粉末状の生成物Ｂとなる。この生成物Ｂは、その
生成反応が極めて高温下の気相或いは電離状態下で行わ
れ、原子や分子等の粒子間の反応で得られるものである
ため、その粒径が極めて小さい。

一般に金属の塩化物を気化して水素で還元する場合、そ
の生成物中には所謂金属煙（金属蒸気）の他に、未反応
の原料Ａ（金属の塩化物）、酸素及び遊離塩素等が含ま
れる。しかし、本発明の如くプラズマ加熱の場合には、
極めて高温の反応であるため、未反応物の含有量は少く
、しかも酸素や遊離塩素の付着の仕方は特殊であって、
次の水捕集と水素精製処理の組合わせによって容易に除
去できるのである。かかる生成物Ｂは、プラズマトーチ
２からのプラズマア−り（プラズマジェット）の噴射流
に乗るが如く、作動ガスとして使用した水素ガス及びア
ルゴンガスとともに搬送され、排出口３及びパルプ４を
順次通って捕集器５に至る。この捕集器５において、高
温状態の生成物Ｂは水Ｃによシ急冷捕集され、その一方
で水素ガスやアルゴンガスは排出ロアから排気されて、
必要に応じ再使用に供される。

高温状態の生成物Ｂが水Ｃによシ急冷捕集されると、生
成物Ｂ中の未反応の原料Ａ（金属の塩化物、例えばＮｉ
Ｃ＃２）　ｉｊ：水Ｃに溶けて水溶液となシ、また同じ
く生成物Ｂ中の酸素や遊離塩素は水Ｃによる急冷である
種の水和物状の物質（以下、水和物という）を形成し、
この水和物は生成した金属微粉末と弱い結合力で付着し
た状態であって、水Ｃ中にはこのような金属微粉末が懸
濁する。金属微粉末に前記水和物が弱く付着した形態は
正しく特徴的である。それはあたかも、金属微粉末の周
面に藻の如きモヤモヤしたものが付着しているような形
態である。かかる特徴的形態は、生成物Ｂを従来法のよ
うに気相で凝縮させて捕集したのでは得られない。双方
の差は、捕集した固形分の電子顕微鏡による添付の参考
写真を見ると、一層明らかである（写真１は水で急冷捕
集した場合、写真２は水を使用せずに気相で凝縮捕集し
た場合、ともに５００００倍）。

次いで、捕集器５から懸濁液をポンプ１１で抜き出し、
固液分離する。分離された固形分は前述した特徴的形態
のものであり、この固形分りを引き続いて以下第２図に
示すように水素気流中で間接加熱する。加熱温度は、金
属の種類や生成したその微粉末の粒径によって異なシ、
該金属の焼結開始温度以下でなければなら碌いが、通常
３００°Ｃ程度でよい。この加熱によって、固形分り中
の金属微粉末にあたかも析出して弱く付着している前述
の如き不純物による水和物は容易に水素と反応して該微
粉末から離脱気化し、水素ガス気流で系外へ搬出され、
その結果、高純度の金属微粉末が収率良く得られるので
ある。かくして製造される、本発明による金属微粉末に
ついて、前述の場合と同様の電子顕微鏡による参考写真
（写真３．５００００倍）を添付する。

〈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
属微粉末を生産性良く製造することができ、急展開して
いる金属微粉末の新規利用に対して質的及び量的に充分
適応することができる効果がある。

〈実施例〉 第１図及び第２図に準じて行った。先ず、市販の無水塩
化ニッケ）ｖ　（純度９９．４重量％）を、直径１６襲
×厚さｉｏｗの円板状にベレット化した。

そして、このベレットを水素及びアルゴンガス雰囲気下
に１０ｋｇ／時で加熱炉へ自重落下により連続供給し、
プラズマトーチを装備する該加熱炉においてそのベレソ
ｌ−に、水素及びアルゴン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（水素ガス使
用量２ｔＮｍ’／時、プラズマトーチ出力８４　ＫＷ　
）。次いで、加熱炉から排出された高温状態の生成物を
そのまま水で急冷捕集し、懸濁液を得た。この懸濁液を
フィルり濾過で固液分離し、分離した固形分をセラミッ
ク製ボートに充填して、充分な水素ガス気流下に、３０
０℃で２時間／固形分１００ｇの割合によシ間接加熱し
、金属微粉末を製造した。製造した金属微粉末は平均粒
径が７００人程鹿の超微粉であシ、前記固形分の内容と
ともに該金属微粉末の内容を第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、実施例のような水による
急冷捕集及び固液分離等その後の処理をすることなく前
記生成物を気相で凝縮捕集した場合である０ 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０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施手順を示す系統工程図、第２図
は本発明において精製に使用する試験装置を例示する略
視図である。 １・・・加熱炉、　　　　　　２・・プラズマトーチ、
３．７・・・排出口、　　　　４・・パルプ、５・・・
捕集器、　　　　　　６・・排水パルプ、８・・抜き出
し口、　　　　９・・・タンク、１０・−誘導管、　　
　　　１１・・ポンプ、１２・・・電熱線、　　　　　
１３・・電気炉、１４・・・石英管、 １５・・・セラミック製ホード、 １６　、１７・・・シリコンキャップ、１８・・・温度
計、１９・・供給管、 ２０・・排出管、 Ａ・・原料、　　　　　　Ｂ・・・生成物、Ｃ・・水、
　　　　　　　　Ｄ・・・固形分、第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　金属の塩化物を水素ガス存在下にプラズマ加熱して
   還元した後、その生成物を高温状態のままで水捕集し、
   次いで水から分離した固形分を水素ガス存在下に加熱精
   製することを特徴とする金属微粉末の製造方法。