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JP4128305B2 - Metal powder production equipment - Google Patents

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JP4128305B2
JP4128305B2 JP15255699A JP15255699A JP4128305B2 JP 4128305 B2 JP4128305 B2 JP 4128305B2 JP 15255699 A JP15255699 A JP 15255699A JP 15255699 A JP15255699 A JP 15255699A JP 4128305 B2 JP4128305 B2 JP 4128305B2
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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属粉末の製造装置に係り、具体的には電子部品等に用いられる導電ペーストフィラー、Ti材の接合材、更には触媒等の各種用途に適したNi、Cu、Ag等の金属超微粉を製造するにあたって好適な装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
上記Ni、Cu、Agの中でも、とりわけNi(以下、ニッケルと記載)の粉末は、従来のPd粉末に比べて安価なため積層セラミックコンデンサの内部電極形成用として注目されている。中でも金属塩化物の水素還元等による乾式法によって製造されたニッケル粉末は、湿式法に比べてその製造プロセスがシンプルであるため大量生産に向いている。このようなニッケル粉末の中でも積層セラミックコンデンサの小型化、大容量化に伴う内部電極の薄層化・低抵抗化等の要求から、粒径1μm以下は勿論のこと、粒径0.5μm以下のニッケル超微粉が要望されている。
【0003】
上記のようなニッケル超微粉を製造する従来の装置としては、蒸発部で塩化ニッケルを加熱して蒸発させることにより塩化ニッケルガスを発生させ、この塩化ニッケルガスを、水素ガス(還元ガス)雰囲気とされる反応部に移送管を通して移送し、塩化ニッケルガスと水素ガスとにより気相化学反応を起こさせてニッケル超微粉を生成させるものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の製造装置では、蒸発部から移送管を通して反応部に移送される間に塩化ニッケルガスの温度が低下するといった熱ロスが生じ、このため、塩化ニッケルガスが冷却されて塩化ニッケルが移送管内に析出するおそれがあった。そこで、この問題を解決するために移送管を加熱することが行われているが、加熱手段を設けると消費エネルギーが増大するとともに、装置の複雑化および大型化を招くことになっていた。
【0005】
また、塩化ニッケルを出発原料としているため、塩化ニッケルガスを安定的に発生させることが本質的に難しく、塩化ニッケルガスの分圧が変動し、生成する金属粉末の粒径が安定しない。加えて、塩化ニッケルは結晶水を有しているため使用前に脱水処理を要し、その脱水が不十分な場合には、生成する金属粉末中の酸素濃度が上昇する。
【0006】
本発明の金属粉末の製造装置は上記事情に鑑みてなされたものであって、以下を目的としている。
1.移送中の金属塩化物ガスの熱ロスを抑えて加熱に要するエネルギーを低減する。
2.装置の単純化および小型化を図る。
3.粒径制御が容易かつ高精度となり粒径分布の狭い高品質の金属粉末を安定して得る。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の金属粉末の製造装置は、金属塩化物を還元することにより金属粉末を製造する装置であって、金属原料が充填され、該金属原料に塩素ガスを接触させて金属塩化物ガスを連続的に発生させる塩化部と、該塩化部で発生した金属塩化物ガスが供給され、該金属塩化物ガスと還元ガスとによる気相化学反応を起こさせて金属粉末を得る反応部と、塩化部を貫通して一端開口が反応部に臨み、かつ塩化部内の延在部分に金属塩化物ガス導入口が設けられ、該導入口から導入した金属塩化物ガスを反応部に供給する金属塩化物ガス供給管とを具備することを特徴としている。
【0008】
上記構成によれば、塩化部で発生した金属塩化物ガスは、金属塩化物ガス導入口から金属塩化物ガス供給管内に導入され、該供給管内を通って反応部に供給される。そして、反応部で還元ガスと接触し、気相化学反応を起こして金属粉末が生成する。本発明では、金属塩化物ガス供給管にキャリアガスを導入し、このキャリアガスとともに金属塩化物ガスを反応部に供給する運転形態を採用することができる。
【0009】
本発明によれば、金属塩化物ガス供給管が塩化部を貫通しているから、その内部を通る金属塩化物ガスは塩化部によって加熱され、そのまま反応部に供給される。したがって、まず金属塩化物ガス供給管内での塩化ニッケルの析出が防止される。また、反応部へ移送中の金属塩化物ガスに熱ロスが生じず加熱する必要がないので、消費エネルギーが低減する。更に、装置の単純化および小型化を図ることができる。
【0010】
また、塩化部での金属塩化物ガスの発生量は金属原料に塩素ガスを接触させる際の塩素ガスの供給量によって一定化させることができる。したがって、反応部への金属塩化物ガスの供給量ならびに反応部における金属塩化物ガスの分圧の制御が容易かつ高精度となり、ひいては反応部で生成する金属粉末の粒径を的確に制御することができる。その結果、粒径が小さく、かつ粒径分布の狭い高品質の金属粉末を安定して得ることができる。
【0011】
本発明では、塩化部を反応部に隣接して配置させることを好ましい形態としている。この構成により、金属塩化物ガス供給管すなわち金属塩化物ガスの移送距離がより短くなり、上述した消費エネルギーの低減、装置の単純化および小型化といった効果がより一層促進する。
【0012】
また、本発明では、金属塩化物ガス供給管に、金属塩化物ガスを金属塩化物ガス導入口から当該供給管内に吸引するための負圧発生手段を設けることを好ましい形態としている。負圧発生手段としては、例えばガス流速を上昇させて負圧を発生させるベンチュリー機構等が挙げられる。
【0013】
この構成によると、例えば上記のように金属塩化物ガス供給管にキャリアガスを流通させた場合、キャリアガスと金属塩化物ガスがよく混合し、均一な希釈状態を得ることができる。
【0014】
また、金属塩化物ガス供給管への金属塩化物ガスの導入量およびキャリアガスによる金属塩化物ガスの希釈率は、金属塩化物ガスの発生量およびキャリアガスの流量を一定とした場合、負圧の大きさによって定まる。したがって、この負圧の大きさを制御因子とすることにより、反応部への金属塩化物ガスの供給量ならびに反応部での金属塩化物ガスの分圧をより的確に制御することができる。このような制御をより精密に行うことができる観点から、負圧発生手段によって発生する負圧の大きさを調整可能とした形態を採ると更に好ましい。
【0015】
さて、本発明の金属粉末の製造装置によって製造され得る金属粉末は、上記ニッケルの他には、Cu、Ag等であり、これらの粉末は導電ペーストフィラー、Ti材の接合材、更には触媒等の各種用途に適している。これらの中でも、本発明は特にニッケル超微粉の製造に好適である。
【0016】
金属塩化物ガス供給管に流通させるキャリアガスとしては、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスが好適に用いられるが、このキャリアガス中に還元ガスを混入してもよく、更には、還元ガスをキャリアガスとして用いることもできる。また、還元ガスとしては、水素ガス、硫化水素ガス等の還元ガスを用いることができるが、生成した金属粉末への影響を考慮すると水素ガスが好適である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
[1]製造装置の構成
図1は、一実施形態に係る金属粉末の製造装置を示している。該装置は円筒状の縦型還元炉1を主体としており、還元炉1内は、仕切り2によって上側の塩化室(塩化部)1Aと下側の反応室(反応部)1Bとに分けられている。塩化室1Aおよび反応室1Bは、還元炉1の周囲に配置された加熱手段3A,3Bにより、それぞれ所定の温度に加熱される。反応室1Bを構成する炉壁の上部には、還元ガスを反応室1Bに供給する還元ガス供給管4aが接続されている。また、反応室1Bの下端部には、生成した金属粉末を回収する回収管4bが設けられている。
【0018】
還元炉1の上部には、塩化室1Aで発生した金属塩化物ガスを反応室1Bに供給するための金属塩化物ガス供給管(以下、単に供給管と略称する)5が配置されている。この供給管5は、還元炉1の軸心にほぼ沿って還元炉1の頂部から塩化室1Aを貫通して反応室1Bまで延び、その下端開口が反応室1Bの上部に臨んでいる。供給管5には、還元炉1外からキャリアガスが流される場合があり、供給管5にはそのキャリアガスの流量を調整したり遮断したりするバルブ6が設けられている。また、供給管5の下端部は、キャリアガスを反応室1Bに噴出するノズル5aとして構成される。更に、供給管5の塩化室1A内における金属塩化物ガスが充満する蒸気層への延在部分には、金属塩化物ガス導入口(以下、単に導入口と略称する)7が、周方向に等間隔をおいて空けられている。
【0019】
塩化室1Aの底部には、仕切り2と離間して多孔板8が水平に張られており、この多孔板8の上に金属原料を堆積させるようになっている。多孔板8は、塩素ガスに侵されない材質が選ばれ、例えばセラミック製が好ましく用いられる。塩化室1Aを構成する炉壁の底部には、仕切り2と多孔板8との間の空間に塩素ガスを供給する塩素ガス供給管9が接続されている。
【0020】
[2]ニッケル超微粉の製造例
次いで、上記金属粉末の製造装置を用いてニッケル超微粉を製造する具体例を説明する。
はじめに、塩化室1Aの多孔板8上に固体状の金属ニッケル(金属原料)を投入して堆積させる。金属ニッケルの形態は特に問わないが、接触効率や圧力損失上昇防止の観点から、粒径5〜20mmの粒状、あるいは塊状、板状等が好ましく、またその純度に関しては概ね99.5%以上が好ましい。次いで、加熱手段3Aにより塩化室1Aを加熱するとともに、塩素ガス供給管9から塩化室1Aに塩素ガスを供給する。金属ニッケルに塩素ガスが接触することにより、塩素ガスは塩化ニッケルガス(金属塩化物ガス)に変換される。
【0021】
塩化室1Aの加熱温度は、塩素ガスと金属ニッケルの反応を十分進めるために800℃以上とし、ニッケルの融点である1483℃以下とする。還元炉1の耐久性や反応速度を考慮すると、実用的には900〜1100℃の範囲が好ましい。また、多孔板8上の金属ニッケルの層高や密度は、塩素ガスの供給速度、塩化室1Aの加熱温度、運転時間、金属ニッケルの形状等に基づき、塩化ニッケルガスへの変換が十分に行われる範囲に適宜設定される。
【0022】
上記のように、塩化室1Aにおいては塩化ニッケルガスが連続的に生成する。一方、加熱手段3Bによって反応室1Bを所定の還元温度に加熱し、更に、キャリアガスとして不活性ガス(アルゴンガスや窒素ガス)を供給管5に流して反応室1Bに供給するとともに、還元ガスである水素ガスを還元ガス供給管4aに流して反応室1Bに供給する。還元温度は、概ね900〜1100℃が好ましい。
【0023】
さて、塩化室1Aで生成した塩化ニッケルガスは、導入口7から供給管5内に吸引される状態で導入される。供給管5に吸引導入された塩化ニッケルガスは、キャリアガスと混合し、ノズル5aから反応室1Bに吐出する。反応室1Bでは、キャリアガスで希釈された塩化ニッケルガスが水素ガスに接触して気相化学反応を起こし、これによってニッケル超微粉が生成する。
【0024】
生成したニッケル超微粉は、不活性ガスや気相化学反応で副生した塩酸ガス等とともに反応室1Bの下部で冷却され、次いで回収管4bより回収される。そして、混合ガスから分離回収され、更に洗浄されて製品とされる。
【0025】
本実施形態によれば、供給管5が塩化室1Aを貫通しているから、供給管5内を通る塩化ニッケルガスは塩化室1Aによって加熱され、そのまま反応室1Bに供給される。したがって、まず供給管5内での塩化ニッケルの析出が防止される。また、反応室1Bへ移送中の塩化ニッケルガスに熱ロスが生じず、塩化ニッケルガスを別途加熱する必要がないので、消費エネルギーが低減する。更に、供給管5が塩化室1Aを貫通し、かつ塩化室1Aが反応室1Bに隣接して配置されているので、供給管5すなわち塩化ニッケルガスの移送距離が短く、その結果、消費エネルギーの低減、装置の単純化および小型化を図ることができる。
【0026】
また、塩化室1Aでの塩化ニッケルガスの発生量は金属原料に塩素ガスを接触させる際の塩素ガスの供給量によって一定化させることができる。したがって、反応室1Bへの塩化ニッケルガスの供給量ならびに反応室1Bにおける塩化ニッケルガスの分圧の制御が容易かつ高精度となり、ひいては反応室1Bで生成するニッケル超微粉の粒径を的確に制御することができる。その結果、粒径が小さく、かつ粒径分布の狭い高品質のニッケル超微粉を安定して得ることができる。
【0027】
なお、上記実施形態では、キャリアガスとして不活性ガスを用いているが、キャリアガス中に、還元ガス(上記具体例では水素ガス)や塩素ガスを混入してもよく、更には、還元ガスをキャリアガスとして用いることもできる。また、供給管5にキャリアガスを流通させず、塩化室1Aで発生した塩化ニッケルガスを希釈せずそのまま反応室1Bに供給する運転形態を採ることもできる。この場合、バルブ6を閉じた状態とし、塩化室1Aの内圧上昇により塩化ニッケルガスは導入口7から供給管5内に導入される。塩化ニッケルガスの反応室1Bへの供給量は、塩化室1Aへの塩素ガスの供給量で調整される。
【0028】
[3]負圧発生手段(ベンチュリー機構)
ところで、本発明では、上記供給管5に、金属塩化物ガス(上記具体例では塩化ニッケルガス)を導入口7から当該供給管5内に吸引するための負圧発生手段を設けることができる。負圧発生手段としては、例えばガス流速を上昇させて負圧を発生させるベンチュリー機構が挙げられる。以下、そのようなベンチュリー機構を例示する。
【0029】
A.図2(a)に示すように、供給管5の導入口7に対応する内周部分に全周にわたって膨出部5bを一体に形成し、この膨出部5bによりベンチュリー機構を構成する。膨出部5bは、縦断面の肉厚が、上下端から軸方向中央部に向かうにしたがって次第に厚くなるよう弧状に形成されており、もっとも肉厚が厚い部分に複数の導入口7が周方向に等間隔をおいて設けられている。
【0030】
B.図2(b)に示すように、導入口7の上流側に設けた漏斗状の絞り部材10によりベンチュリー機構を構成する。
C.図2(c)に示すように、供給管5のノズル5aを縮径して絞り、供給管5内に通した内管11に導入口7を連通させてベンチュリー機構を構成する。
D.図2(d)に示すように、絞り弁12によりベンチュリー機構を構成する。
【0031】
上記のように供給管5にベンチュリー機構を設けることにより、供給管5を反応室1Bに向かって流通するキャリアガスがベンチュリー機構を通過する際に負圧が発生する。塩化室1Aで発生した金属塩化物ガスは、ベンチュリー機構により発生する負圧を利用して導入口7から供給管5内に導入される。これにより、キャリアガスと金属塩化物ガスがよく混合し、均一な希釈状態を得ることができる。
【0032】
また、供給管5への金属塩化物ガスの導入量およびキャリアガスによる金属塩化物ガスの希釈率は、金属塩化物ガスの発生量およびキャリアガスの流量を一定とした場合、ベンチュリー機構によって発生する負圧の大きさによって定まる。したがって、この負圧の大きさを制御因子とすることにより、反応室1Bへの金属塩化物ガスの供給量ならびに反応室1Bにおける金属塩化物ガスの分圧をより的確に制御することができるとともに、粒径が例えば0.5μm以下の超微粉状の金属粉末を製造することができる。上記のようなベンチュリー機構により発生する負圧の大きさは、供給管5内の狭隘状態によって制御することができる。
【0033】
さらに、図2(d)に示した絞り弁12で構成されるベンチュリー機構によれば、絞り弁12の開度によって負圧の大きさ、つまりは反応室1Bへの金属塩化物ガスの供給量を、任意に、かつ容易に制御することができる。したがって、生成する金属粉末の粒径制御をより精密に行うことができる。
【0034】
【実施例】
次に、図1に示した製造装置を用いてニッケル超微粉を製造した本発明の実施例を説明する。
塩化室1Aの多孔板8上に、出発原料である平均粒径10mmの固体金属ニッケル15kgを投入して堆積させた。加熱手段3Aにより塩化室1Aを1100℃に加熱し、流量4Nl/minで塩素ガス供給管9から塩素ガスを塩化室1Aに供給し、固体金属ニッケルを塩化して塩化ニッケルガスを発生させた。一方、供給管5にアルゴンガスを2Nl/minの流量で流して反応室1Bに圧送するとともに、加熱手段3Bにより反応室1Bを950℃に加熱した。この運転を60分続け、反応室1Bでニッケル超微粉を連続的に生成させた。
【0035】
次いで、窒素ガスおよび反応で副生した塩酸蒸気およびニッケル超微粉を回収管4bからオイルスクラバーに導き、ニッケル超微粉を分離回収した。この後、回収したニッケル超微粉をキシレンで洗浄後、乾燥してニッケル超微粉を得た。このニッケル超微粉は、平均粒径が0.3μmで、形状はほぼ均一な球状の粒子であり、きわめて高品質であった。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、塩化部で発生した金属塩化物ガスを反応部に供給する金属塩化物ガス供給管が塩化部を貫通していることを特徴としており、この構成によって次の効果を奏する。
1.金属塩化物ガスが塩化部で加熱されるので、金属塩化物ガス供給管内での金属塩化物の析出が防止される。
2.反応部へ移送中の金属塩化物ガスに熱ロスが生じず加熱する必要がないので、消費エネルギーが低減する。
3.装置の単純化および小型化を図ることができる。
4.金属原料に塩素ガスを接触させて金属塩化物ガスを発生させるので、金属塩化物ガスを安定的に発生させることができ、粒径分布の狭い高品質の金属粉末を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る金属粉末の製造装置を示す縦断面図である。
【図2】 (a)〜(d)は本発明に係るベンチュリー機構の様々な例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1…還元炉
1A…塩化室(塩化部)
1B…反応室(反応部)
5…金属塩化物ガス供給管
5b…膨出部(ベンチュリー機構:負圧発生手段)
7…金属塩化物ガス導入口
10…絞り部材(ベンチュリー機構:負圧発生手段)
11…内管(ベンチュリー機構:負圧発生手段)
12…絞り弁(ベンチュリー機構:負圧発生手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for producing metal powder, specifically, conductive paste fillers used for electronic parts, Ti bonding materials, and metals such as Ni, Cu, and Ag suitable for various uses such as catalysts. The present invention relates to an apparatus suitable for producing ultrafine powder.
[0002]
[Prior art]
Among the Ni, Cu, and Ag mentioned above, Ni (hereinafter, referred to as nickel) powder is attracting attention as an internal electrode for multilayer ceramic capacitors because it is less expensive than conventional Pd powder. Above all, nickel powder manufactured by a dry method such as hydrogen reduction of metal chloride is suitable for mass production because its manufacturing process is simpler than that of a wet method. Of these nickel powders, the particle size of 1 μm or less, of course, and the particle size of 0.5 μm or less are required due to the demands for reducing the thickness and reducing the resistance of internal electrodes due to the downsizing of multilayer ceramic capacitors and the increase in capacity. There is a demand for nickel ultrafine powder.
[0003]
As a conventional apparatus for producing the above-mentioned nickel ultrafine powder, nickel chloride gas is generated by heating and evaporating nickel chloride in an evaporation section, and this nickel chloride gas is used as a hydrogen gas (reducing gas) atmosphere. There are some which are transferred to a reaction section through a transfer pipe and cause a gas phase chemical reaction with nickel chloride gas and hydrogen gas to generate ultrafine nickel powder.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional manufacturing apparatus, a heat loss occurs in which the temperature of the nickel chloride gas is lowered while being transferred from the evaporation section to the reaction section through the transfer pipe. For this reason, the nickel chloride gas is cooled and the nickel chloride is transferred into the transfer pipe. There was a risk of precipitation. In order to solve this problem, the transfer pipe is heated. However, the provision of the heating means increases the energy consumption and increases the complexity and size of the apparatus.
[0005]
Further, since nickel chloride is used as a starting material, it is essentially difficult to stably generate nickel chloride gas, the partial pressure of nickel chloride gas varies, and the particle size of the metal powder to be generated is not stable. In addition, since nickel chloride has crystal water, dehydration is required before use, and when the dehydration is insufficient, the oxygen concentration in the metal powder to be generated increases.
[0006]
The metal powder manufacturing apparatus of the present invention has been made in view of the above circumstances, and has the following purposes.
1. The energy required for heating is reduced by suppressing the heat loss of the metal chloride gas during transfer.
2. Simplify and miniaturize equipment.
3. The particle size can be easily controlled with high accuracy, and a high-quality metal powder having a narrow particle size distribution can be obtained stably.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The metal powder production apparatus of the present invention is an apparatus for producing metal powder by reducing metal chloride, filled with a metal raw material, and contacting the metal raw material with chlorine gas to continuously supply the metal chloride gas. A chloride part to be generated automatically, a reaction part which is supplied with a metal chloride gas generated in the chloride part and causes a gas phase chemical reaction with the metal chloride gas and a reducing gas to obtain metal powder, and a chloride part A metal chloride gas that is provided with a metal chloride gas inlet at one end thereof facing the reaction portion and extending in the chloride portion, and that supplies the metal chloride gas introduced from the inlet to the reaction portion And a supply pipe.
[0008]
According to the above configuration, the metal chloride gas generated in the chlorination section is introduced into the metal chloride gas supply pipe from the metal chloride gas inlet and supplied to the reaction section through the supply pipe. And it contacts with reducing gas in a reaction part, raise | generates a gas phase chemical reaction, and produces | generates metal powder. In the present invention, an operation mode in which a carrier gas is introduced into a metal chloride gas supply pipe and the metal chloride gas is supplied to the reaction section together with the carrier gas can be employed.
[0009]
According to the present invention, since the metal chloride gas supply pipe passes through the chloride portion, the metal chloride gas passing through the inside is heated by the chloride portion and supplied to the reaction portion as it is. Therefore, first, the precipitation of nickel chloride in the metal chloride gas supply pipe is prevented. Further, heat loss does not occur in the metal chloride gas being transferred to the reaction section, and it is not necessary to heat the metal chloride gas, so that energy consumption is reduced. Furthermore, simplification and miniaturization of the apparatus can be achieved.
[0010]
Further, the amount of metal chloride gas generated in the chlorination part can be made constant by the supply amount of chlorine gas when the metal material is brought into contact with chlorine gas. Therefore, the amount of metal chloride gas supplied to the reaction section and the partial pressure of the metal chloride gas in the reaction section can be controlled easily and with high accuracy, and the particle size of the metal powder produced in the reaction section must be controlled accurately. Can do. As a result, a high-quality metal powder having a small particle size and a narrow particle size distribution can be stably obtained.
[0011]
In the present invention, it is preferable to dispose the chloride portion adjacent to the reaction portion. With this configuration, the transfer distance of the metal chloride gas supply pipe, that is, the metal chloride gas is further shortened, and the effects of reducing the energy consumption and simplifying and miniaturizing the apparatus are further promoted.
[0012]
In the present invention, the metal chloride gas supply pipe is preferably provided with a negative pressure generating means for sucking the metal chloride gas from the metal chloride gas inlet into the supply pipe. Examples of the negative pressure generating means include a venturi mechanism that generates a negative pressure by increasing the gas flow rate.
[0013]
According to this configuration, for example, when the carrier gas is circulated through the metal chloride gas supply pipe as described above, the carrier gas and the metal chloride gas are well mixed and a uniform diluted state can be obtained.
[0014]
The amount of metal chloride gas introduced into the metal chloride gas supply pipe and the dilution rate of the metal chloride gas with the carrier gas are negative when the amount of metal chloride gas generated and the carrier gas flow rate are constant. It depends on the size. Therefore, by using the magnitude of this negative pressure as a control factor, the supply amount of the metal chloride gas to the reaction part and the partial pressure of the metal chloride gas in the reaction part can be controlled more accurately. From the viewpoint of performing such control more precisely, it is more preferable to adopt a configuration in which the magnitude of the negative pressure generated by the negative pressure generating means can be adjusted.
[0015]
Now, the metal powder that can be produced by the metal powder production apparatus of the present invention is Cu, Ag, etc. in addition to the above nickel, and these powders are conductive paste filler, Ti material bonding material, further catalyst, etc. Suitable for various applications. Among these, the present invention is particularly suitable for producing nickel ultrafine powder.
[0016]
As the carrier gas to be circulated in the metal chloride gas supply pipe, an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is preferably used. However, a reducing gas may be mixed in the carrier gas, and further, the reducing gas Can also be used as a carrier gas. Further, as the reducing gas, a reducing gas such as hydrogen gas or hydrogen sulfide gas can be used, but hydrogen gas is preferable in view of the influence on the generated metal powder.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1] Configuration of Manufacturing Apparatus FIG. 1 shows a manufacturing apparatus for metal powder according to an embodiment. The apparatus is mainly composed of a cylindrical vertical reduction furnace 1, and the inside of the reduction furnace 1 is divided into an upper chlorination chamber (chlorination part) 1A and a lower reaction chamber (reaction part) 1B by a partition 2. Yes. The chlorination chamber 1A and the reaction chamber 1B are heated to predetermined temperatures by heating means 3A and 3B arranged around the reduction furnace 1, respectively. A reducing gas supply pipe 4a for supplying a reducing gas to the reaction chamber 1B is connected to the upper part of the furnace wall constituting the reaction chamber 1B. A recovery tube 4b for recovering the generated metal powder is provided at the lower end of the reaction chamber 1B.
[0018]
A metal chloride gas supply pipe (hereinafter simply referred to as a supply pipe) 5 for supplying metal chloride gas generated in the chloride chamber 1A to the reaction chamber 1B is disposed on the upper portion of the reduction furnace 1. The supply pipe 5 extends along the axis of the reduction furnace 1 from the top of the reduction furnace 1 through the chlorination chamber 1A to the reaction chamber 1B, and its lower end faces the upper portion of the reaction chamber 1B. Carrier gas may flow from outside the reduction furnace 1 to the supply pipe 5, and the supply pipe 5 is provided with a valve 6 that adjusts or shuts off the flow rate of the carrier gas. The lower end portion of the supply pipe 5 is configured as a nozzle 5a that ejects carrier gas into the reaction chamber 1B. Furthermore, a metal chloride gas inlet (hereinafter simply referred to as an inlet) 7 is provided in the circumferential direction in the portion extending to the vapor layer filled with the metal chloride gas in the chloride chamber 1A of the supply pipe 5. They are spaced at regular intervals.
[0019]
At the bottom of the chlorination chamber 1A, a perforated plate 8 is horizontally stretched apart from the partition 2, and a metal raw material is deposited on the perforated plate 8. The perforated plate 8 is made of a material that is not affected by chlorine gas. For example, a ceramic plate is preferably used. A chlorine gas supply pipe 9 for supplying chlorine gas to the space between the partition 2 and the perforated plate 8 is connected to the bottom of the furnace wall constituting the chlorination chamber 1A.
[0020]
[2] Production Example of Nickel Ultrafine Powder Next, a specific example of producing nickel ultrafine powder using the above metal powder production apparatus will be described.
First, solid metallic nickel (metal raw material) is charged and deposited on the porous plate 8 of the chlorination chamber 1A. The form of metallic nickel is not particularly limited, but from the viewpoint of contact efficiency and prevention of an increase in pressure loss, a granular shape with a particle size of 5 to 20 mm, a lump shape, a plate shape, or the like is preferable, and the purity is approximately 99.5% or more. preferable. Next, the chlorination chamber 1A is heated by the heating means 3A, and chlorine gas is supplied from the chlorine gas supply pipe 9 to the chlorination chamber 1A. When the chlorine gas comes into contact with the metallic nickel, the chlorine gas is converted into nickel chloride gas (metal chloride gas).
[0021]
The heating temperature of the chlorination chamber 1A is set to 800 ° C. or higher and 1483 ° C. or lower, which is the melting point of nickel, in order to sufficiently advance the reaction between chlorine gas and metallic nickel. Considering the durability and reaction rate of the reduction furnace 1, the range of 900 to 1100 ° C. is preferable for practical use. The layer height and density of metallic nickel on the porous plate 8 are sufficiently converted to nickel chloride gas based on the supply rate of chlorine gas, the heating temperature of the chlorination chamber 1A, the operating time, the shape of metallic nickel, and the like. The range is set as appropriate.
[0022]
As described above, nickel chloride gas is continuously generated in the chlorination chamber 1A. On the other hand, the reaction chamber 1B is heated to a predetermined reduction temperature by the heating means 3B, and further, an inert gas (argon gas or nitrogen gas) is supplied as a carrier gas to the supply pipe 5 and supplied to the reaction chamber 1B. Is supplied to the reaction chamber 1B by flowing through the reducing gas supply pipe 4a. The reduction temperature is preferably about 900 to 1100 ° C.
[0023]
The nickel chloride gas generated in the chlorination chamber 1A is introduced in a state of being sucked into the supply pipe 5 from the introduction port 7. The nickel chloride gas sucked and introduced into the supply pipe 5 is mixed with the carrier gas and discharged from the nozzle 5a to the reaction chamber 1B. In the reaction chamber 1B, nickel chloride gas diluted with a carrier gas comes into contact with hydrogen gas to cause a gas phase chemical reaction, thereby generating ultrafine nickel powder.
[0024]
The produced nickel ultrafine powder is cooled in the lower part of the reaction chamber 1B together with an inert gas, hydrochloric acid gas by-produced by a gas phase chemical reaction, and the like, and then recovered from the recovery tube 4b. Then, it is separated and recovered from the mixed gas and further washed to obtain a product.
[0025]
According to this embodiment, since the supply pipe 5 penetrates the chlorination chamber 1A, the nickel chloride gas passing through the supply pipe 5 is heated by the chlorination chamber 1A and supplied to the reaction chamber 1B as it is. Therefore, first, the precipitation of nickel chloride in the supply pipe 5 is prevented. Further, no heat loss occurs in the nickel chloride gas being transferred to the reaction chamber 1B, and it is not necessary to heat the nickel chloride gas separately, so that energy consumption is reduced. Further, since the supply pipe 5 penetrates the chlorination chamber 1A and the chlorination chamber 1A is disposed adjacent to the reaction chamber 1B, the transfer distance of the supply pipe 5, that is, nickel chloride gas, is short. Reduction, simplification and miniaturization of the apparatus can be achieved.
[0026]
Further, the amount of nickel chloride gas generated in the chlorination chamber 1A can be made constant by the amount of chlorine gas supplied when the chlorine gas is brought into contact with the metal raw material. Therefore, the amount of nickel chloride gas supplied to the reaction chamber 1B and the partial pressure of the nickel chloride gas in the reaction chamber 1B can be easily and accurately controlled, and the particle diameter of the ultrafine nickel powder generated in the reaction chamber 1B is accurately controlled. can do. As a result, high-quality nickel ultrafine powder having a small particle size and a narrow particle size distribution can be stably obtained.
[0027]
In the above embodiment, an inert gas is used as the carrier gas. However, a reducing gas (hydrogen gas in the above specific example) or chlorine gas may be mixed in the carrier gas, and further, the reducing gas may be mixed. It can also be used as a carrier gas. Further, it is possible to adopt an operation mode in which the carrier gas is not circulated through the supply pipe 5 and the nickel chloride gas generated in the chlorination chamber 1A is supplied as it is to the reaction chamber 1B without being diluted. In this case, the valve 6 is closed, and nickel chloride gas is introduced into the supply pipe 5 from the introduction port 7 by the increase in the internal pressure of the chlorination chamber 1A. The supply amount of nickel chloride gas to the reaction chamber 1B is adjusted by the supply amount of chlorine gas to the chloride chamber 1A.
[0028]
[3] Negative pressure generating means (Venturi mechanism)
By the way, in the present invention, the supply pipe 5 can be provided with a negative pressure generating means for sucking a metal chloride gas (nickel chloride gas in the specific example) from the introduction port 7 into the supply pipe 5. Examples of the negative pressure generating means include a venturi mechanism that generates a negative pressure by increasing a gas flow rate. Hereinafter, such a venturi mechanism will be exemplified.
[0029]
A. As shown in FIG. 2A, a bulging portion 5b is integrally formed over the entire circumference on the inner peripheral portion corresponding to the introduction port 7 of the supply pipe 5, and the bulging portion 5b constitutes a venturi mechanism. The bulging portion 5b is formed in an arc shape so that the thickness of the longitudinal section gradually increases from the upper and lower ends toward the axial central portion, and a plurality of inlets 7 are provided in the circumferential direction at the thickest portion. Are provided at equal intervals.
[0030]
B. As shown in FIG. 2B, a venturi mechanism is constituted by a funnel-shaped throttle member 10 provided on the upstream side of the introduction port 7.
C. As shown in FIG. 2 (c), the nozzle 5 a of the supply pipe 5 is reduced in diameter and throttled, and the introduction port 7 is communicated with the inner pipe 11 passing through the supply pipe 5 to constitute a venturi mechanism.
D. As shown in FIG. 2D, the throttle valve 12 forms a venturi mechanism.
[0031]
By providing the venturi mechanism in the supply pipe 5 as described above, a negative pressure is generated when the carrier gas flowing through the supply pipe 5 toward the reaction chamber 1B passes through the venturi mechanism. The metal chloride gas generated in the chlorination chamber 1A is introduced into the supply pipe 5 from the introduction port 7 using the negative pressure generated by the venturi mechanism. Thereby, carrier gas and metal chloride gas are mixed well, and a uniform dilution state can be obtained.
[0032]
The amount of metal chloride gas introduced into the supply pipe 5 and the dilution rate of the metal chloride gas by the carrier gas are generated by the venturi mechanism when the amount of metal chloride gas generated and the carrier gas flow rate are constant. It depends on the size of the negative pressure. Therefore, by using the magnitude of the negative pressure as a control factor, the supply amount of the metal chloride gas to the reaction chamber 1B and the partial pressure of the metal chloride gas in the reaction chamber 1B can be controlled more accurately. In addition, it is possible to produce an ultrafine metal powder having a particle size of, for example, 0.5 μm or less. The magnitude of the negative pressure generated by the venturi mechanism as described above can be controlled by the narrow state in the supply pipe 5.
[0033]
Furthermore, according to the venturi mechanism constituted by the throttle valve 12 shown in FIG. 2 (d), the magnitude of the negative pressure, that is, the supply amount of the metal chloride gas to the reaction chamber 1B, depending on the opening degree of the throttle valve 12. Can be controlled arbitrarily and easily. Therefore, the particle size control of the produced metal powder can be performed more precisely.
[0034]
【Example】
Next, the Example of this invention which manufactured the nickel ultrafine powder using the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is described.
On the porous plate 8 of the chlorination chamber 1A, 15 kg of solid metal nickel having an average particle diameter of 10 mm as a starting material was charged and deposited. The chlorination chamber 1A was heated to 1100 ° C. by the heating means 3A, chlorine gas was supplied from the chlorine gas supply pipe 9 to the chlorination chamber 1A at a flow rate of 4 Nl / min, and solid metal nickel was chlorinated to generate nickel chloride gas. On the other hand, while flowing argon gas through the supply pipe 5 at a flow rate of 2 Nl / min and feeding it to the reaction chamber 1B, the reaction chamber 1B was heated to 950 ° C. by the heating means 3B. This operation was continued for 60 minutes, and nickel ultrafine powder was continuously generated in the reaction chamber 1B.
[0035]
Next, nitrogen gas and hydrochloric acid vapor by-produced by the reaction and nickel ultrafine powder were led from the collection pipe 4b to the oil scrubber, and the nickel ultrafine powder was separated and recovered. Thereafter, the recovered ultrafine nickel powder was washed with xylene and dried to obtain ultrafine nickel powder. The nickel ultrafine powder had an average particle size of 0.3 μm and was a spherical particle having a substantially uniform shape, and was extremely high quality.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is characterized in that the metal chloride gas supply pipe for supplying the metal chloride gas generated in the chloride section to the reaction section penetrates the chloride section. There is an effect.
1. Since the metal chloride gas is heated in the chlorination section, precipitation of the metal chloride in the metal chloride gas supply pipe is prevented.
2. There is no heat loss in the metal chloride gas being transferred to the reaction section, and there is no need to heat it, so energy consumption is reduced.
3. The apparatus can be simplified and miniaturized.
4). Since metal chloride gas is generated by bringing chlorine gas into contact with the metal raw material, metal chloride gas can be stably generated, and high-quality metal powder with a narrow particle size distribution can be stably obtained. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an apparatus for producing metal powder according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2D are longitudinal sectional views showing various examples of a venturi mechanism according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Reduction furnace 1A ... Chlorination chamber (chlorination section)
1B ... Reaction chamber (reaction part)
5 ... Metal chloride gas supply pipe 5b ... Swelling part (Venturi mechanism: negative pressure generating means)
7 ... Metal chloride gas inlet 10 ... Throttle member (Venturi mechanism: negative pressure generating means)
11 ... Inner pipe (Venturi mechanism: Negative pressure generating means)
12 ... Throttle valve (Venturi mechanism: negative pressure generating means)

Claims (5)

金属塩化物を還元することにより金属粉末を製造する装置であって、
金属原料が充填され、該金属原料に塩素ガスを接触させて金属塩化物ガスを連続的に発生させる塩化部と、
該塩化部で発生した金属塩化物ガスが供給され、該金属塩化物ガスと還元ガスとによる気相化学反応を起こさせて金属粉末を得る反応部と、
前記塩化部を貫通して一端開口が前記反応部に臨み、かつ塩化部内の延在部分に金属塩化物ガス導入口が設けられ、該導入口から導入した前記金属塩化物ガスを前記反応部に供給する金属塩化物ガス供給管とを具備することを特徴とする金属粉末の製造装置。
An apparatus for producing metal powder by reducing metal chloride,
A chlorination section that is filled with a metal raw material and in which a chlorine gas is brought into contact with the metal raw material to continuously generate a metal chloride gas;
A metal chloride gas generated in the chlorination part is supplied, and a reaction part for obtaining a metal powder by causing a gas phase chemical reaction between the metal chloride gas and a reducing gas;
One end opening through the chloride portion faces the reaction portion, and a metal chloride gas inlet is provided in an extended portion in the chloride portion, and the metal chloride gas introduced from the inlet is supplied to the reaction portion. An apparatus for producing metal powder, comprising: a metal chloride gas supply pipe to be supplied.
前記塩化部が前記反応部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の金属粉末の製造装置。The apparatus for producing metal powder according to claim 1, wherein the chlorination part is disposed adjacent to the reaction part. 前記金属塩化物ガス供給管には、前記金属塩化物ガスを前記金属塩化物ガス導入口から当該供給管内に吸引するための負圧発生手段が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の金属粉末の製造装置。2. The metal chloride gas supply pipe is provided with negative pressure generating means for sucking the metal chloride gas from the metal chloride gas inlet into the supply pipe. 2. The apparatus for producing metal powder according to 2. 前記負圧発生手段によって発生する負圧の大きさが調整可能とされていることを特徴とする請求項3に記載の金属粉末の製造装置。4. The metal powder manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the negative pressure generated by the negative pressure generating means is adjustable. 前記金属塩化物ガス供給管に導入した前記金属塩化物ガスが、金属塩化物ガス供給管に流通させたキャリアガスとともに前記反応部に供給されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属粉末の製造装置。5. The metal chloride gas introduced into the metal chloride gas supply pipe is supplied to the reaction section together with a carrier gas circulated through the metal chloride gas supply pipe. An apparatus for producing metal powder according to 1.
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