JP6253366B2 - Method and apparatus for producing metal amide - Google Patents
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Description
本発明は、アンモニア溶液を用いて金属のアミド化を行なう金属アミドの製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a metal amide production method and production apparatus for performing amidation of a metal using an ammonia solution.
従来、金属とアンモニアとを反応させて金属アミドを生成する方法が知られている。例えば、特許文献1記載の方法では、反応容器に金属を封入し、反応容器にアンモニアを導入し液化させ、反応容器内を攪拌して、封入された金属と液化されたアンモニアとを反応させている。そして、反応容器内のガスのうち、アンモニアガスをトラップし、水素ガスを排出しつつ、反応を進行させて水素ガスを排出している。このようにして、容器にかかる負担を低減している。
Conventionally, a method of producing a metal amide by reacting a metal with ammonia is known. For example, in the method described in
上記のように金属アミドの製造方法は、原料である金属とアンモニアを反応させる方法が一般的である。その場合に、生成物である金属アミドの純度は、出発原料である金属の純度に依存する。一方、酸洗浄やキレート処理といった湿式処理を行なえば高純度化できるものの、例えば、アルカリ土類金属およびそのアミドは、特性上、水分と反応し酸化物や水酸化物となるためにそのような方法をとることができない。 As described above, a method for producing a metal amide is generally a method in which a metal as a raw material is reacted with ammonia. In this case, the purity of the product metal amide depends on the purity of the starting metal. On the other hand, although high purity can be achieved by performing wet treatment such as acid washing and chelate treatment, for example, alkaline earth metals and their amides react with moisture to form oxides and hydroxides because of their characteristics. I can't take the way.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、出発原料の純度によらず、また湿式処理を行わなくても高純度の金属アミドを製造できる金属アミドの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a metal amide production method and production apparatus capable of producing a high-purity metal amide regardless of the purity of the starting material and without performing a wet treatment. The purpose is to provide.
(1)上記の目的を達成するため、本発明の金属アミドの製造方法は、アンモニア溶液を用いて金属のアミド化を行なう金属アミドの製造方法であって、主に特定の金属からなる原料が収容された第1の圧力容器内に液体アンモニアを導入し、前記特定の金属を前記液体アンモニアに溶かし、アンモニア溶液を生成する工程と、前記アンモニア溶液をセラミック膜フィルターでろ過して第2の圧力容器に流入させる工程と、前記第2の圧力容器内で前記流入させたアンモニア溶液を加熱し、前記特定の金属のアミド化反応を進行させる工程と、を含むことを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, the method for producing a metal amide of the present invention is a method for producing a metal amide in which a metal is amidated using an ammonia solution, and a raw material mainly composed of a specific metal is used. A step of introducing liquid ammonia into the accommodated first pressure vessel, dissolving the specific metal in the liquid ammonia to form an ammonia solution, and filtering the ammonia solution with a ceramic membrane filter to obtain a second pressure; And a step of heating the ammonia solution introduced in the second pressure vessel to advance an amidation reaction of the specific metal.
このように、セラミック膜フィルターでろ過したアンモニア溶液を用いてアミド化反応を進行させるため、出発原料の純度によらず、また湿式処理を行わなくても高純度の金属アミドを製造することができる。 In this way, since the amidation reaction proceeds using the ammonia solution filtered through the ceramic membrane filter, a high-purity metal amide can be produced regardless of the purity of the starting material and without wet treatment. .
(2)また、本発明の金属アミドの製造方法は、前記特定の金属は、アルカリ土類金属または希土類金属であることを特徴としている。これにより、特定の金属を液体アンモニアに溶かすことができ、アンモニア溶液をセラミック膜フィルターでろ過することが可能になる。 (2) Moreover, the method for producing a metal amide according to the present invention is characterized in that the specific metal is an alkaline earth metal or a rare earth metal. Thereby, a specific metal can be dissolved in liquid ammonia, and the ammonia solution can be filtered with a ceramic membrane filter.
(3)また、本発明の金属アミドの製造方法は、前記特定の金属は、Li、Ca、Sr、BaおよびEuからなる群より選ばれた一の金属であることを特徴としている。これらの金属は容易に液体アンモニアに溶かすことができるため、アンモニア溶液をセラミック膜フィルターでろ過することが可能になる。 (3) Moreover, the method for producing a metal amide according to the present invention is characterized in that the specific metal is one metal selected from the group consisting of Li, Ca, Sr, Ba and Eu. Since these metals can be easily dissolved in liquid ammonia, the ammonia solution can be filtered with a ceramic membrane filter.
(4)また、本発明の金属アミドの製造方法は、前記アンモニア溶液をろ過するセラミック膜フィルターの細孔径は、平均0.1μm以上10μm以下であることを特徴としている。これより、酸化物等を含め液体アンモニアに不溶な物質をろ過して取り除くことができる。 (4) Further, the metal amide production method of the present invention is characterized in that the pore diameter of the ceramic membrane filter for filtering the ammonia solution is 0.1 μm or more and 10 μm or less on average. Thus, substances insoluble in liquid ammonia including oxides can be removed by filtration.
(5)また、本発明の金属アミドの製造装置は、アンモニア溶液を用いて金属のアミド化を行なう金属アミドの製造装置であって、アンモニア導入ラインに接続された第1の圧力容器と、前記第1の圧力容器と接続されたセラミック膜フィルターと、前記セラミック膜フィルターに接続され、内部の加熱機能を有する第2の圧力容器と、を備えることを特徴としている。 (5) The metal amide production apparatus of the present invention is a metal amide production apparatus that performs amidation of a metal using an ammonia solution, the first pressure vessel connected to an ammonia introduction line, A ceramic membrane filter connected to the first pressure vessel and a second pressure vessel connected to the ceramic membrane filter and having an internal heating function are provided.
このような構成により、第1の圧力容器からアンモニア溶液をセラミック膜フィルターでろ過させて第2の圧力容器に送り出しその溶液を加熱してアミド化反応を進行させることができる。その結果、出発原料の純度によらず、また湿式処理を行わなくても高純度の金属アミドを製造することができる。 With such a configuration, the ammonia solution can be filtered from the first pressure vessel through the ceramic membrane filter and sent to the second pressure vessel, and the solution can be heated to advance the amidation reaction. As a result, a high-purity metal amide can be produced regardless of the purity of the starting material and without performing a wet process.
本発明によれば、出発原料の純度によらず、また湿式処理を行わなくても高純度の金属アミドを製造できる。 According to the present invention, a high-purity metal amide can be produced regardless of the purity of the starting material and without performing a wet process.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(金属アミドの製造装置)
図1は、金属アミドの製造装置1の構成を示す断面図である。製造装置1は、アンモニア溶液を用いて金属のアミド化を行なうための装置である。製造装置1は、上から圧力容器10、セラミック膜フィルターF1、圧力容器20で主に構成されている。
(Metal amide production equipment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a metal
圧力容器10(第1の圧力容器)は、厚い金属壁で円筒形に形成され、数MPaの圧力に耐久できる。圧力容器10は、容器側面をジャケット18で覆われており、容器側面にチラー流入口11aおよびチラー流出口11bを備えている。
The pressure vessel 10 (first pressure vessel) is formed in a cylindrical shape with a thick metal wall and can withstand a pressure of several MPa. The
圧力容器10は、原料Mを入れてボルトナットのような締め付け具12aで蓋12を閉め、密閉することができる。圧力容器10は不活性ガスライン13および真空ライン14に接続されており、不活性ガスの供給および真空引きが可能である。圧力容器10は、アンモニア導入ライン15にも接続されている。圧力容器10は、圧力計16を備えており、内部の圧力をモニタできるようになっている。
The
セラミック膜フィルターF1は、圧力容器10と接続されており、接続部分にはボールバルブV1が設けられている。セラミック膜フィルターF1は、アンモニア溶液をろ過する。セラミック膜フィルターF1の材料は、アンモニアに溶けずある程度の圧力に耐えられる材料であれば良く、アルミナ製の多孔質材料であることが好ましい。セラミック膜フィルターF1は、例えば、内部に複数の流動路が設けられ、その壁がフィルターになっている円柱が複数設けられたものであり、アンモニア溶液は、流動路内部から円柱の外側面や外端面にしみ出すことでろ過される。
The ceramic membrane filter F1 is connected to the
セラミック膜フィルターF1の細孔径は、平均0.1μm以上10μm以下であることが好ましい。例えば、平均0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、10μmのいずれかのものを用いることができる。これより、酸化物等を含め液体アンモニアに不溶な物質をろ過して取り除くことができる。 The average pore diameter of the ceramic membrane filter F1 is preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less. For example, any one of an average of 0.1 μm, 0.2 μm, 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, 5 μm, and 10 μm can be used. Thus, substances insoluble in liquid ammonia including oxides can be removed by filtration.
例えば、アルカリ土類金属は液体アンモニアに溶解するが、酸化物や特定の金属(例えば、蛍光体の忌避成分とされるFe、Ni、Co等)は液体アンモニアに不溶であることを利用し、セラミック膜フィルターF1によりアンモニアに不溶な物質をろ過し取り除くことができる。 For example, an alkaline earth metal dissolves in liquid ammonia, but an oxide or a specific metal (for example, Fe, Ni, Co, etc. used as a repellent component of a phosphor) is insoluble in liquid ammonia, A substance insoluble in ammonia can be filtered and removed by the ceramic membrane filter F1.
圧力容器20(第2の圧力容器)は、セラミック膜フィルターF1に接続され、接続部分にはボールバルブV2が設けられている。圧力容器20は、厚い金属壁で円筒形に形成され、数MPaの圧力に耐久できる。圧力容器20は、容器側面をジャケット28で覆われており、容器側面にチラー流入口21aおよびチラー流出口21bを備えている。
The pressure vessel 20 (second pressure vessel) is connected to the ceramic membrane filter F1, and a ball valve V2 is provided at the connection portion. The
圧力容器20は、ボルトナットのような締め付け具22aで蓋22を閉め、生成物を取り出すとき以外は密閉することができる。圧力容器20は、不活性ガスライン23および真空ライン24に接続されており、不活性ガスの供給および真空引きが可能である。圧力容器20は、圧力計26を備えており、内部の圧力をモニタできるようになっている。
The
圧力容器20は、ボイラー流入口27aおよびボイラー流出口27bを有し、これらにより内部の加熱を制御できる。このような構成により、圧力容器10からセラミック膜フィルターF1でろ過したアンモニア溶液を圧力容器20に送り出して、その溶液をアミド化反応を進行させることができる。その結果、出発原料の純度によらず、また湿式処理を行わなくても高純度の金属アミドを製造することができる。
The
(金属アミドの製造方法)
次に、上記のように構成された金属アミドの製造装置の動作の詳細を説明する。まず、圧力容器10、20にチラー水を循環させ、それぞれ容器温度を5℃にする(ステップS1)。冷却することで事前の金属アミドの生成を抑制し、圧力容器20での高純度アミドの回収率を向上できる。圧力容器10に、主に特定の金属からなる原料を入れる(ステップS2)。
(Method for producing metal amide)
Next, details of the operation of the metal amide manufacturing apparatus configured as described above will be described. First, chiller water is circulated in the
特定の金属は、液体アンモニアに溶けるものであればよいが、アルカリ土類金属または希土類金属であることが好ましい。これにより、特定の金属を液体アンモニアに溶かすことができ、アンモニア溶液をセラミック膜フィルターでろ過することが可能になる。具体的には、Li、Ca、Sr、BaおよびEuからなる群より選ばれた一の金属であることが好ましい。これらの金属は容易に液体アンモニアに溶かすことができるため、アンモニア溶液をセラミック膜フィルターでろ過することが可能になる。 The specific metal is not particularly limited as long as it is soluble in liquid ammonia, but is preferably an alkaline earth metal or a rare earth metal. Thereby, a specific metal can be dissolved in liquid ammonia, and the ammonia solution can be filtered with a ceramic membrane filter. Specifically, it is preferably one metal selected from the group consisting of Li, Ca, Sr, Ba and Eu. Since these metals can be easily dissolved in liquid ammonia, the ammonia solution can be filtered with a ceramic membrane filter.
不活性ガスライン13および真空ライン14にて圧力容器10内をガス置換後、真空引きを行う(ステップS3)。これにより、原料の金属が空気と接触することで空気中の水分や酸素と反応し不純物である水酸化物となるのを防止できる。
The inside of the
次に、ボールバルブV2を開く(ステップS4)。不活性ガスライン23および真空ライン24にて圧力容器20内をガス置換後、真空引きを行う(ステップS5)。これにより、生成物の金属アミドが空気と接触することで空気中の水分や酸素と反応し不純物である水酸化物となるのを防止できる。アンモニア導入ライン15にて圧力容器10に液体アンモニアを導入する(ステップS6)。
Next, the ball valve V2 is opened (step S4). The inside of the
圧力容器10に、例えば、原料としてアルカリ土類金属を入れた後、冷却(20℃以下)しながらアンモニア導入ラインより液体アンモニアを導入すると、アルカリ土類金属は液体アンモニアに溶解し、アンモニア溶液が生成される。
For example, when alkaline earth metal is introduced into the
不活性ガスライン13にて圧力容器10内を1MPaにする(ステップS7)。不活性ガスの圧力によりアンモニア溶液を押し込むことで、セラミック膜フィルターF1をアンモニア溶液が通過する速度を増すことができる。なお、圧力容器10が上、圧力容器20が下にることから、溶液にはろ過の方向に重力がかかる。重力だけでろ過速度が十分である場合には、必ずしも圧力を上げる必要はない。圧力の上限は、セラミック膜フィルターF1の耐圧限界であり、3MPa以下が好ましい。
The inside of the
次に、ボールバルブV1を開き、溶液をろ過しつつ第2の圧力容器20に移す(ステップS8)。このとき、圧力計16を見ながら不活性ガスライン13を調整し、1MPaに保持する。アンモニア溶液を生成する工程では、圧力容器10内の圧力を1MPa以上に保持することが好ましい。これにより、効率よく圧力容器10内のアンモニア溶液を圧力容器20に送り出すことができる。セラミック膜フィルターF1を通ったアンモニア溶液は、水酸化物および酸化物などの異物が除去され、高純度溶液となり、圧力容器20に移る。
Next, the ball valve V1 is opened, and the solution is transferred to the
「ゴゴゴ」という流入音とともに圧力容器20の圧力計26が上昇すれば、ボールバルブV2を閉じる(ステップS9)。圧力容器20のチラーを切り、ボイラーに切換え、流入されたアンモニア溶液を加熱し、アミド化反応を進行させる(ステップS10)。
If the
原料がLi、Ca、Sr、Ba、Euのいずれかである場合、それぞれ金属アミドとして、リチウムアミド(LiNH2)、カルシウムアミド(Ca(NH2)2)、ストロンチウムアミド(Sr(NH2)2)、バリウムアミド(Ba(NH2)2)、ユーロピウムアミド(Eu(NH2)2)が得られる。例えば、Caのアミド化反応は、Ca+2NH3→Ca(NH2)2+H2で表される。 When the raw material is any one of Li, Ca, Sr, Ba, and Eu, lithium amide (LiNH 2 ), calcium amide (Ca (NH 2 ) 2 ), and strontium amide (Sr (NH 2 ) 2 as metal amides, respectively. ), Barium amide (Ba (NH 2 ) 2 ), europium amide (Eu (NH 2 ) 2 ). For example, the amidation reaction of Ca is represented by Ca + 2NH 3 → Ca (NH 2 ) 2 + H 2 .
得られた生成物は、圧力容器20をグローブボックスへ移動し、容器内部の生成物をかき出すことで取り出すことができる。なお、反応容器20の上下を反転させてかき出してもよい。このように製造装置1を用いることで大量かつ容易に高純度アルカリ土類金属アミドを合成することができる。
The obtained product can be taken out by moving the
1 製造装置
10 第1の圧力容器
11a チラー流入口
11b チラー流出口
12 蓋
12a 締め付け具
13 不活性ガスライン
14 真空ライン
15 アンモニア導入ライン
16 圧力計
18 ジャケット
V1、V2 ボールバルブ
F1 セラミック膜フィルター
20 第2の圧力容器
21a チラー流入口
21b チラー流出口
22 蓋
22a 締め付け具
23 不活性ガスライン
24 真空ライン
26 圧力計
27a ボイラー流入口
27b ボイラー流出口
28 ジャケット
M 原料
DESCRIPTION OF
Claims (5)
アンモニアに溶ける金属からなる原料が収容された第1の圧力容器内に液体アンモニアを導入し、前記アンモニアに溶ける金属を前記液体アンモニアに溶かし、アンモニア溶液を生成する工程と、
前記アンモニア溶液をセラミック膜フィルターでろ過して第2の圧力容器に流入させる工程と、
前記第2の圧力容器内で、前記流入させたアンモニア溶液を加熱し、前記アンモニアに溶ける金属のアミド化反応を進行させる工程と、を含むことを特徴とする金属アミドの製造方法。 A method for producing a metal amide in which a metal is amidated using an ammonia solution,
The liquid ammonia is introduced into the first pressure vessel material is housed consisting of a metal soluble in ammonia, dissolved metal soluble in the ammonia to the liquid ammonia, and generating an ammonia solution,
Filtering the ammonia solution through a ceramic membrane filter and flowing into a second pressure vessel;
Heating the inflowed ammonia solution in the second pressure vessel, and advancing the amidation reaction of the metal dissolved in the ammonia .
アンモニア導入ラインに接続された第1の圧力容器と、
前記第1の圧力容器と接続されたセラミック膜フィルターと、
前記セラミック膜フィルターに接続され、内部の加熱機能を有する第2の圧力容器と、を備えることを特徴とする金属アミドの製造装置。 An apparatus for producing a metal amide that performs amidation of a metal using an ammonia solution,
A first pressure vessel connected to the ammonia introduction line;
A ceramic membrane filter connected to the first pressure vessel;
A metal amide manufacturing apparatus comprising: a second pressure vessel connected to the ceramic membrane filter and having an internal heating function.
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