JP7480922B2 - 金属酸化物の製造装置及び金属酸化物の製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2021年11月10日に、日本に出願された特願2021-183370に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
[1]フラックス蒸発法による金属酸化物の製造装置であって、
フラックスの存在下で金属化合物を焼成する焼成炉と、
前記焼成炉の一端部側に設けられ、前記焼成炉内に気体を導入する第1気体導入部と、 前記焼成炉の他端部側に設けられ、前記焼成炉内の気体を外部に排出する気体排出部と、
前記焼成炉内に配置され、前記金属化合物と前記フラックス、或いはこれらの反応によって得られる金属酸化物を、前記第1気体導入部及び前記気体排出部のうちの一方側から他方側に搬送する搬送装置と、
を備え、
前記焼成炉は、前記気体排出部及び前記第1気体導入部のうちの一方側に設けられた昇温領域と、前記気体排出部及び前記第1気体導入部のうちの他方側に設けられた冷却領域と、前記昇温領域及び前記冷却領域の間に設けられ、前記昇温領域と前記冷却領域のいずれよりも高温であって前記金属化合物と前記フラックスとが反応する反応領域と、を有し、
前記第1気体導入部から導入された気体による気流により、前記反応領域で気化されたフラックスを前記昇温領域又は前記冷却領域で粉体化し、粉体化されたフラックスを含む気体を前記気体排出部に送出する、金属酸化物の製造装置。
前記気流は、前記搬送装置の搬送方向に対して向流であり、前記冷却領域、前記反応領域及び前記昇温領域をこの順に通過し、
前記反応領域で気化されたフラックスを、前記昇温領域で粉体化する、上記[1]に記載の金属酸化物の製造装置。
前記気流は、前記搬送装置の搬送方向に対して並流であり、前記昇温領域、前記反応領域及び前記冷却領域をこの順に通過し、
前記反応領域で気化されたフラックスを、前記冷却領域で粉体化する、上記[1]に記載の金属酸化物の製造装置。
フラックスの存在下で金属化合物を焼成する焼成炉の一端部側に設けられた気体導入部から、前記焼成炉内に気体を導入し、前記焼成炉の他端部側に設けられた気体排出部から、前記焼成炉内の気体を外部に排出し、
前記焼成炉内で、前記金属化合物と前記フラックス、或いはこれらの反応によって得られる金属酸化物を、前記気体導入部及び前記気体排出部のうちの一方側から他方側に搬送し、
前記焼成炉において、前記気体排出部及び前記気体導入部のうちの一方側に昇温領域を、前記気体排出部及び前記気体導入部のうちの他方側に冷却領域を、前記昇温領域及び前記冷却領域の間に、前記昇温領域と前記冷却領域のいずれよりも高温であって前記金属化合物と前記フラックスとが反応する反応領域をそれぞれ設けて、前記気体導入部から導入された気体による気流により、前記反応領域で気化されたフラックスを前記昇温領域又は前記冷却領域で粉体化し、粉体化されたフラックスを含む気体を前記気体排出部に送出する、金属酸化物の製造方法。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される構造、材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図1は、本実施形態に係る金属酸化物の製造装置の一例を示す模式図である。図1の製造装置は、フラックス蒸発法による金属酸化物の製造装置である。フラックス蒸発法とは、フラックスの存在下で金属化合物を焼成させることで金属酸化物を製造する方法である。なお、焼成過程において、フラックスは蒸発し、当該フラックスの蒸発を駆動力として金属酸化物の結晶成長が進行する。
また、第1気体導入部20が焼成炉10に2つ以上設けられる場合、第1気体導入部20は、焼成炉10内に後述する気流AF1を生成するための1又は複数の主導入部と、焼成炉10の底部に一定間隔で設けられ、焼成炉10内において下部から上部への気流を形成するための複数の副導入部とを有していてもよい。
図2に示すように、焼成炉10は、気体排出部30側に設けられた昇温領域12Aと、第1気体導入部20側に設けられた冷却領域14Aと、昇温領域12A及び冷却領域14Aの間に設けられ、昇温領域12Aと冷却領域14Aのいずれよりも高温であって金属化合物とフラックスとが反応する反応領域13Aとを有する。
この昇温領域12Aは、例えば搬送装置40の搬送方向に関して気体排出部30の下流側に配置されている。換言すれば、昇温領域12Aは、後述する気流AF1の流れ方向に関して気体排出部30の上流側に配置されている。
本実施形態に係る金属酸化物の製造方法は、フラックス蒸発法による金属酸化物の製造方法であって、以下の工程(1)~(3)を有する。工程(1)~(3)の順番は、特に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。また、工程(1)の前、工程(3)の後、或いは2工程間の間に1又は複数の他の工程を有していてもよい。
工程(1)では、フラックスの存在下で金属化合物を焼成する焼成炉の一端部側に設けられた第1気体導入部から、前記焼成炉内に気体を導入し、前記焼成炉の他端部側に設けられた気体排出部から、前記焼成炉内の気体を外部に排出する。例えば、図2の例では、焼成炉10の一端部10a側に設けられた第1気体導入部20から、焼成炉10内に気体を導入し、焼成炉10の他端部10b側に設けられた気体排出部30から、焼成炉10内の気体を外部に排出する。
上記第1気体導入部から焼成炉に気体を送風する場合、送風する気体の温度は、5℃以上であることが好ましく、10℃以上であることがより好ましい。
また、気体の送風速度は、焼成炉の有効容積が100Lに対して、1~500L/分であることが好ましく、10~200L/分であることがより好ましい。
フラックスとしては、特に制限されないが、モリブデン化合物、タングステン化合物、バナジウム化合物、塩素化合物、フッ素化合物、ホウ素化合物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩等が挙げられる。
金属化合物としては、特に制限されないが、アルミニウム化合物、ケイ素化合物、チタン化合物、マグネシウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化合物、ジルコニウム化合物、イットリウム化合物、亜鉛化合物、銅化合物、鉄化合物等が挙げられる。これらのうち、アルミニウム化合物、ケイ素化合物、チタン化合物、マグネシウム化合物を用いることが好ましい。
工程(2)では、焼成炉内で、反応物(金属化合物とフラックス)、或いは生成物(金属化合物とフラックスの反応によって得られる金属酸化物)を、第1気体導入部(気体導入部)及び気体排出部のうちの一方側から他方側に搬送する。例えば、図2の例では、焼成炉10内で、反応物或いは生成物を、気体排出部30側から第1気体導入部20側に搬送する。搬送形態は、反応物或いは生成物を焼成炉内の所定方向に連続的に搬送できれば、特に制限されないが、例えば複数の容器に反応物或いは生成物を収容し、これらを炉内で順次移動させることで、反応物或いは生成物を搬送してもよい。また、反応物或いは生成物の搬送速度は、焼成炉内で金属化合物とフラックスとが十分に反応する時間が確保できれば、特に制限されない。
工程(3)では、焼成炉において、気体排出部及び第1気体導入部(気体導入部)のうちの一方側に昇温領域を、気体排出部及び第1気体導入部のうちの他方側に冷却領域を、前記昇温領域及び前記冷却領域の間に、前記昇温領域と前記冷却領域のいずれよりも高温であって前記金属化合物と前記フラックスとが反応する反応領域をそれぞれ設けて、前記第1気体導入部から導入された気体による気流により、前記反応領域で気化されたフラックスを前記昇温領域又は前記冷却領域で粉体化し、粉体化されたフラックスを含む気体を前記気体排出部に送出する。例えば、図2の例では、気体排出部30側に昇温領域12Aを、第1気体導入部20側に冷却領域14Aを、昇温領域12A及び冷却領域14Aの間に、昇温領域12Aと冷却領域14Aのいずれよりも高温であって金属化合物とフラックスとが反応する反応領域13Aをそれぞれ設ける。そして、第1気体導入部20から導入された気体による気流AF1により、反応領域13Aで気化されたフラックスを昇温領域12Aで粉体化し、粉体化されたフラックスを含む気体を気体排出部30に送出する。
気化されたフラックスの冷却は、昇温領域と反応領域との温度差により行われる。
気化されたフラックスは、使用するフラックスによって異なるが、通常フラックスを構成する金属酸化物である。例えば、フラックスとして、モリブデン酸アンモニウムを用いる場合には、焼成により熱力学的に安定な三酸化モリブデンに変換されることから、気化するフラックスは前記三酸化モリブデンとなる。なお、フラックス蒸発法によっては、フラックスと金属化合物とが中間体を生成する場合があるが、この場合でも焼成により中間体が分解して結晶成長するため、フラックスは熱力学的に安定な形態で気化する。
金属酸化物は、用いる金属化合物等により異なるが、金属酸化物の機能性の観点から、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛、酸化銅、酸化鉄、アルミニウムとマグネシウムとのスピネル複合酸化物であることが好ましく、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミニウムとマグネシウムとのスピネル複合酸化物であることがより好ましく、酸化アルミニウム、アルミニウムとマグネシウムとのスピネル複合酸化物であることがさらに好ましい。
工程(4)では、例えば集塵機などを用いて、気体排出部から送出された気体に含まれる粉体化されたフラックスを集塵する。また、例えば分級機などを用いて、気体排出部から送出された気体に含まれる粉体化されたフラックスを分級し、分級されたフラックスを集塵してもよい。
工程(4)において回収されたフラックスは、気化したものを粉体化して得られたものであり、純度が高い傾向がある。よって、これを再度金属酸化物の製造に再利用することができる。これにより、環境への負荷を低減することができ、また、製造コストを低くすることができる。
図3に示すように、金属酸化物の製造装置1Bは、フラックスの存在下で金属化合物を焼成する焼成炉10と、焼成炉10の一端部10b側に設けられ、焼成炉10内に気体を導入する第1気体導入部20と、焼成炉10の他端部10a側に設けられ、焼成炉10内の気体を外部に排出する気体排出部30と、焼成炉10内に配置され、金属化合物とフラックス或いはこれらの反応によって得られる金属酸化物を、第1気体導入部20側から気体排出部30側に搬送する搬送装置40と、を備える。
第2気体導入部50は、冷却領域14Bで気流AF2を冷却することができれば、焼成炉10の上壁以外、例えば焼成炉10の底部もしくは側面に設けられてもよい。
1B 製造装置
1C 製造装置
10 焼成炉
10a 一端部(他端部)
10b 他端部(一端部)
11 ヒーター
12A 昇温領域
12B 昇温領域
13A 反応領域
13B 反応領域
13Ba 上流部分
13Bb 下流部分
14A 冷却領域
14B 冷却領域
15 断熱部
20 第1気体導入部
30 気体排出部
31 主流路
32 第3気体導入部
40 搬送装置
41 容器
50 第2気体導入部
80 回収装置
81 集塵機
82 分級機
90 排風装置
Claims (11)
- フラックス蒸発法による金属酸化物の製造装置であって、
フラックスの存在下で金属化合物を焼成する焼成炉と、
前記焼成炉の一端部側に設けられ、前記焼成炉内に気体を導入する第1気体導入部と、
前記焼成炉の他端部側に設けられ、前記焼成炉内の気体を外部に排出する気体排出部と、
前記焼成炉内に配置され、前記金属化合物と前記フラックス、或いはこれらの反応によって得られる金属酸化物を、前記第1気体導入部及び前記気体排出部のうちの一方側から他方側に搬送する搬送装置と、
を備え、
前記焼成炉は、前記気体排出部及び前記第1気体導入部のうちの一方側に設けられた昇温領域と、前記気体排出部及び前記第1気体導入部のうちの他方側に設けられた冷却領域と、前記昇温領域及び前記冷却領域の間に設けられ、前記昇温領域と前記冷却領域のいずれよりも高温であって前記金属化合物と前記フラックスとが反応する反応領域と、を有し、
前記第1気体導入部から導入された気体による気流により、前記反応領域で気化されたフラックスを前記昇温領域又は前記冷却領域で粉体化し、粉体化されたフラックスを含む気体を前記気体排出部に送出する、金属酸化物の製造装置。 - 前記昇温領域が前記気体排出部側に設けられると共に、前記冷却領域が前記第1気体導入部側に設けられ、
前記気流は、前記搬送装置の搬送方向に対して向流であり、前記冷却領域、前記反応領域及び前記昇温領域をこの順に通過し、
前記反応領域で気化されたフラックスを、前記昇温領域で粉体化する、請求項1に記載の金属酸化物の製造装置。 - 前記昇温領域が前記第1気体導入部側に設けられると共に、前記冷却領域が前記気体排出部側に設けられ、
前記気流は、前記搬送装置の搬送方向に対して並流であり、前記昇温領域、前記反応領域及び前記冷却領域をこの順に通過し、
前記反応領域で気化されたフラックスを、前記冷却領域で粉体化する、請求項1に記載の金属酸化物の製造装置。 - 前記搬送装置にて搬送される金属化合物及びフラックスのうち、前記搬送方向に関して前記反応領域の上流部に位置する金属化合物及びフラックスから得られた気化された金属酸化物を、前記反応領域の下流部に位置する金属化合物及びフラックスに供給する、請求項3に記載の金属酸化物の製造装置。
- 前記焼成炉の前記冷却領域に設けられ、前記冷却領域を通過する前記気流に気体を供給する第2気体導入部を更に備える、請求項3又は4に記載の金属酸化物の製造装置。
- 前記気体排出部は、前記焼成炉内の気体を炉外に排出する主流路と、前記主流路に設けられ、前記主流路を流れる粉体化されたフラックスを含む気体に外部から気体を供給する第3気体導入部とを有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の金属酸化物の製造装置。
- 前記焼成炉は、前記焼成炉の内面に取り付けられた耐腐食性の断熱部を備える、請求項1又は2に記載の金属酸化物の製造装置。
- 前記気体排出部に接続され、前記気体に含まれる前記粉体化されたフラックスを回収する回収装置を備える、請求項1に記載の金属酸化物の製造装置。
- 前記回収装置は、前記粉体化されたフラックスを集塵する集塵機を有する、請求項8に記載の金属酸化物の製造装置。
- 前記回収装置は、前記気体排出部と前記集塵機の間に設けられ、前記粉体化されたフラックスを分級する分級機を更に有する、請求項9に記載の金属酸化物の製造装置。
- フラックス蒸発法による金属酸化物の製造方法であって、
フラックスの存在下で金属化合物を焼成する焼成炉の一端部側に設けられた気体導入部から、前記焼成炉内に気体を導入し、前記焼成炉の他端部側に設けられた気体排出部から、前記焼成炉内の気体を外部に排出し、
前記焼成炉内で、前記金属化合物と前記フラックス、或いはこれらの反応によって得られる金属酸化物を、前記気体導入部及び前記気体排出部のうちの一方側から他方側に搬送し、
前記焼成炉において、前記気体排出部及び前記気体導入部のうちの一方側に昇温領域を、前記気体排出部及び前記気体導入部のうちの他方側に冷却領域を、前記昇温領域及び前記冷却領域の間に、前記昇温領域と前記冷却領域のいずれよりも高温であって前記金属化合物と前記フラックスとが反応する反応領域をそれぞれ設けて、前記気体導入部から導入された気体による気流により、前記反応領域で気化されたフラックスを前記昇温領域又は前記冷却領域で粉体化し、粉体化されたフラックスを含む気体を前記気体排出部に送出する、金属酸化物の製造方法。
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