【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
【産業上の利用分野】[Industrial application field]
本発明はNiTiOs、特にその微粉を製造する方法に
関するものである。The present invention relates to a method for producing NiTiOs, particularly its fine powder.
【従来の技術1
NiTiO,およびその微粉を造る従来の方法には。
Ti0a (アナターゼ又はルチル)粉末を炭fil
N i等のNi化合物と混合し、これを1000℃以上
の温度で熱処理し、同相反応にてNiTiOsを造り、
それを粉砕、分級して微粉を得ている。
【発明が解決しようとする課題】
同相反応にてNlT103を造る際の原料であるTiO
□粉末の粒度は、市販品のものにしても、更にそれを粉
砕しても最小粒度は0.1μ程度であり、平均粒径は細
か(でも0.5μ程度である。
これらの粉砕粉な分級して0.1μ粒のものを得るにし
ても分級効率は悪く、実用的でない。
また、平均粒径0.1μのTi0aが得られたとしても
この原料にて同相反応させてNiTiOsを得る限り1
反応温度等のため凝結して、0.1μ以下の粒度のNt
TtOs微粉を得ることは困難である。
NiTiOsは、黄緑色の顔料等として用いられるが、
この様な用途には、超微粉である必要があり、それも安
定して大量に造れなければならない。
「課題を解決するための手段]
本発明者は、特に比表面積が10d1g以上、平均粒度
が0.1μ以下のN I T t Os微粉を安定して
得る方法を検討した結果、次の製造方法を見出した。
すなわち、水酸化チタンの溶液または懸濁液に2価のN
i化合物を添加した後、蒸発乾固するかまたは該混合液
をスプレーして、550℃以上の熱処理を施し、NiT
iOsを生成させる方法を見出した。
本発明者は、更に微細粒子のNiTiOsを得る方法と
して塩化チタン水溶液にNi”イオンを添加した後、ア
ルカリで中和し生成する共沈物を、アルカリ金属塩の存
在下で、370〜430℃で加熱し、NiTiOsを生
成させる方法を見出した。
まず、最初の製法について説明する。
水酸化チタンには、三水酸化、三水酸化および四本酸化
チタンの3種類があるが、化合物の安定性および純度等
からして本発明には四本酸化チタンが好ましい。
2〜4価のチタン塩溶液に水酸化アルカリ等のアルカリ
を加えてそれぞれの水酸化チタンを得るが、本発明には
アルカリを使用するが残ることがない方法、すなわち、
チタン(!■)塩水溶液にアンモニア水を加えて四本酸
化チタンを得るか、更により好ましい製法として、Ti
Cl4を水で加水分解して四本酸化チタンTi (0旧
、を得るのが優れている。この後者の場合副生するII
cIはイオン交換樹脂か、口過、遠心分離等により口液
等の溶液側に移して除くことができる。
Ni源としては、2価のNiイオンか水溶性のNi化合
物であればよく、塩化物、炭酸塩、硝酸塩等が使用でき
る。
水酸化チタンとNi1イオンまたは2価のNi化合物の
混合溶液または懸濁液をよ(撹拌し、80〜120℃程
度で乾燥した後か、またはその混合溶液または懸濁液を
焼成炉等内にてスプレーノズル等で霧化し直接加熱処理
し、NiTiO3生成反応を起こさせる。
この生成反応は約550℃から始まるが数時間で反応が
終結するためには600〜700℃が好ましい。反応は
高温な程、早(終了するが生成粒子は大きく、また粒子
同志の凝結が強くなるので、800℃程度が上限温度で
ある。
生成されるNxTxOiの粉末の粒度は合成反応時の温
度によって決まり、その温度が低くなればなる程、粒度
は細か(なることが期待できる。これは、粒成長が起き
難(なるためと、生成粒子同志の凝結が生じ難くなるた
めである。
しかしながら上記の方法では、合成反応温度の下限は5
50℃であり、粒成長が進行し、また同時に粒子間相互
の凝結が多少起っているため、単一粒子の大きさ自体は
より微細にする余地がある。
この目的で見出された製法が前述の第2番目のNiTi
Osの製造方法である。
次に、この第2番目の製法について説明する。
塩化チタン水溶液にNi2°イオン、好ましくは塩化物
、硝酸塩の状態で添加した後、NaOH,KOH等のア
ルカリで中和(好ましくはpl= 6〜7)し、共沈物
を生成させる。
副生される塩を5〜64 so1%(副生垣量と最終的
に生成されるNiTiOs量との総和に対するso1%
)、好ましくは14〜45 so1%残存させるか、ま
たは共沈物を洗浄後、NaC1,KCl、−NaNOs
、にNO。
等のアルカリ金属塩を上記の量が総量として存在する様
に添加し、 370〜430℃まで昇温し、 370〜
430℃でlO時間程度加熱することにより、平均径2
0〜:lOnmの超微粒子のNiTi01を合成する。
この場合、370℃未満では未反応物の混在が著しく、
430℃を超えると合成されたNiTiOs微粒子の
凝結が強く、解砕が難しくなる。
この様にして得られたNiTiO3は、微粒子の凝結体
であり、この凝結をほぐすため、ボールミル等の解砕器
にて微粉化する必要がある。
この解砕の際、IIcIを解砕原料10molに対し1
mo1程度添加すると、より解砕が容易に行なわれる。
また、なるべ(低温にてNiTiOs生成反応を起こさ
せ、かつより微粒子からなるN iT 10 zを得る
ためには0.1μ以下のN1Ti(h超微粒子をシード
(種)として、水酸化チタンの溶液または懸濁液にNi
”イオンまたは2価のNi化合物を添加した混合液中、
または塩化チタン水溶液にNi2°イオンを添加した混
合溶液中に添加することが好ましい。
このシードの添加量は、シードの粒度と得るNiTiO
sの粒度とによって決まり、体積比率の量を添加すれば
よい。例えば0.旧μのシードを用いて0.05μのN
i T iO1粒子を得る場合には (0,01)0
,05)3x 100=0.8%のシード量をNiT
iOx換算の該混合液または溶液に対して加えればよい
。
〔実施例]
本発明を実施例にて以下に詳細に説明する。
実施例1
市販品(昭和タイタニウム■製)でTi 16.8%。
CI 32.6%を含有する四塩化チタン水溶液lug
に対し、水を50 ml加え、十分に撹拌後3日間放置
し、Ti(Oll、の懸濁液を得た。液内の副生じたH
CIは約8000Gにて遠心分離し、上澄液側に移し除
去した。下部沈降のペースト状になったTi (Oll
l、へ再び水50 mβを加え、懸濁液とし、市販の試
薬N1COa・2Ni(01))z41)□0を4.4
g加え、加熱式電磁スタークーで1時間攪拌し、更に撹
拌を継続しながら加熱し水分を除去した。生じた固形物
を乳鉢で解砕、十分に混合した後、マツフル炉内にて6
50℃、2時間加熱した。
造られた粉末をX線粉末回折計で調べたところ全て、N
iTi0zからなり、またSEM観察によると平均粒度
が約0.1μの粒度が揃った粒子からなる凝集体であっ
た。
次に、この粉末5.0gを100IIII2のポリ瓶に
とり、10−φのz[02ボール5ets Qと水10
IIQとを更に入れ、l昼夜ボールミル回転させた後、
スラリー状となったNiTiOsを約10,0OOGに
て遠心分離し、上澄液中に含まれる微粒のNiTiOs
粒子を蒸発乾固して得た。その量は250−gであった
。
また、BET法にてその比表面積を測定したところ40
rn”/gであった。
実施例2
実施例1において、加熱式電磁スタークーで撹拌する前
に約0.04μのNiTiO3微粒をシードとして50
0℃1gをスラリー状で加えたこと以外は実施例1と同
様に処理した。
得られた最終の微粒のNiTioa粒子量は1.Ogで
微粒収量も多くなった。なお、このものの比表面積は、
実施例1の場合とほぼ同じ値であった。
実施例3
実施例1において、反応時間は2時間に固定し反応温度
のみを変えた実験を行なった。他の条件は実施例1と同
じである。
反応温度が550℃ではX線的にわずかにNiTiO3
が認められ、600℃ではわずかに未反応のNiOが認
められた。600℃を超えると反応は完全に終結してい
て、800℃では0.1a以上の粗い粒子の混入が目立
った。
実施例4
実施例1においてNiTioz反応までは同様に行ない
、NiTiO3反応生成物を解砕する際に助剤として。
12NのIIcIを0.31)1)2加えて解砕を行な
った。解砕後も実施例1と同様な処理を行ない最終製品
の微粉として500mgと実施例1に比べて倍量のもの
を得るとともにそのものの比表面積も60r1)″/g
と高く、粒度も細かいものであった。
実施例5
市販品(昭和タイタニウム■製)でTi 16.8%。
CI 32.6%を含有する四塩化チタン水溶液25.
0gとNiC1z・6H,0(試薬) 20.84 g
とを水100 mlの入った200 mβのビーカーに
とり、溶解させた。
別の200 m2のビーカーにNa01)16.21g
を秤り取り、水100 trr12を加えて溶解させた
。更に別の1eのビーカーに水200 mεをとり、撹
拌しながら上記の2液を少しずつ加え、共沈物を得た。
次にこの沈澱を5分間約30口OGで遠心分離し、上澄
液を除去した。この上澄液中のNaC1量から計算する
と、沈澱物中の残存NaC1量は、生成NiTiO3量
とNaC1量との総量に対し、58.2 ano1%で
あった。
更に、遠心管に水を沈澱物の容積の約lO借入れ、スラ
リー化して、再度遠心分離操作をして、沈澱物を一回水
洗した後、沈澱物をアルミナルツボにとり、マツフル炉
中で400℃まで徐々に昇温し、400℃で10時間加
熱処理した。
加熱済試料を粉末X線回折計で調べたところ、NiTi
O3とNaC1のピークのみからなっていた。
また、この試料を化学分析したところ、 NaC1は2
8■of%含まれていることが分った。
次に、この加熱済試料の少量を乳鉢で解砕後、水洗しN
aC1を除去し、乾燥後、透過型電子顕微鏡で観察した
ところ、おおよそ20na+の微粒子からなっているこ
とが分った。
比較例1
実施例5と同様に共沈物を得た後、共沈物を実施例5に
示した様な遠心分離操作による水洗処理を5回行なった
。その後、400℃で10時間加熱処理したがNiTi
O3はわずかじか認められず、また、その加熱済試料中
のNaC1量は3■O1%であった。
比較例2
共沈物の遠心分離による水洗処理を行なわないこと以外
は実施例5と同様の処理を行なった。
加熱済試料中のNiTiO3は、わずかしか認められず
、この試料中のNaC1量は65 n+o1%であった
。
比較例3
加熱処理温度を350℃にした以外は、実施例5と同様
な処理をした。しかし、生成したN1TtOxはわずか
じか詔められなかった。
比較例4
加熱処理温度を450℃にした以外は、実施例5と同様
な処理をした。生成したNiTi0z中に5On−程度
の粗粒子が目立ったものであった。
実施例6
100mβのビーカー中へベーマイト(***コンデイア
社製SBアルミナ)8gをはかりとり、水40m(lと
、67%のHNO30,5ml!を加え撹拌してアルミ
ナゾルな造った。
実施例5で得られたNiTiOsを80flIg秤り取
り、1)cIでpi(=1.75とした水5−βを加え
た後、超音波振動を5分間掛け、超微粒子の分散した上
澄液のみを上記のアルミナゾルに添加し、120分攪拌
後、 100℃にて1夜放置し、アルミナゲルな得た。
このゲルを乳鉢で砕き篩分して1400〜750μの部
分をとり、1300℃のマツフル炉内に投入し、130
0℃で2分間保持した後、取出し、樹脂に埋め込んで鏡
面研磨し、マイクロピッカス硬さを荷重500 gで測
定したところ2200kg/ m rn’であり、また
研磨鏡面を1250℃、60分にて熱エツチングして結
晶サイズを測定したところ約0.3μであった。
この特性は強靭なアルミナ質砥粒としての使用に耐える
ものである。
[発明の効果]
本発明の製造方法により、NiTi0.微粉、特に比表
面積が10d/g以上のものを効率よく得られることが
できる。[Prior art 1] A conventional method for producing NiTiO and its fine powder. Ti0a (anatase or rutile) powder with charcoal fil
Mix with a Ni compound such as Ni, heat-treat this at a temperature of 1000°C or higher, and create NiTiOs through an in-phase reaction.
It is crushed and classified to obtain a fine powder. [Problem to be solved by the invention] TiO, which is a raw material when producing NIT103 by in-phase reaction
□The minimum particle size of the powder is about 0.1μ even if it is a commercially available product or it is further crushed, and the average particle size is fine (but about 0.5μ). Even if 0.1 μ particles are obtained by classification, the classification efficiency is poor and it is not practical.Also, even if Ti0a with an average particle size of 0.1 μ is obtained, NiTiOs can be obtained by performing an in-phase reaction with this raw material. as long as 1
Due to the reaction temperature, etc., Nt condenses and has a particle size of 0.1μ or less.
It is difficult to obtain TtOs fine powder. NiTiOs is used as a yellow-green pigment, etc.
For such uses, it is necessary to use ultrafine powder, which must also be able to be produced stably and in large quantities. "Means for Solving the Problems" As a result of studying a method for stably obtaining N I T t Os fine powder with a specific surface area of 10 d1 g or more and an average particle size of 0.1 μ or less, the inventors developed the following manufacturing method. In other words, when divalent N was added to a solution or suspension of titanium hydroxide,
After adding compound i, evaporate to dryness or spray the mixture and heat treat at 550°C or higher to form NiT
We have found a way to generate iOs. As a method for obtaining finer particles of NiTiOs, the present inventor added Ni" ions to a titanium chloride aqueous solution and then neutralized it with an alkali. We discovered a method to generate NiTiOs by heating with Tetrahedral titanium oxide is preferred for the present invention in terms of properties, purity, etc. Each titanium hydroxide is obtained by adding an alkali such as an alkali hydroxide to a di- to tetravalent titanium salt solution. The way to use but never remains, i.e.
Add aqueous ammonia to a titanium (!■) salt aqueous solution to obtain tetra-titanium oxide, or as a more preferable manufacturing method, Ti
It is better to hydrolyze Cl4 with water to obtain titanium tetraoxide (TiO).In the latter case, II is a by-product.
cI can be removed by using an ion exchange resin or by transferring it to a solution such as oral fluid by filtration, centrifugation, etc. The Ni source may be divalent Ni ions or water-soluble Ni compounds, and chlorides, carbonates, nitrates, etc. can be used. After stirring and drying a mixed solution or suspension of titanium hydroxide and Ni1 ions or divalent Ni compounds, or placing the mixed solution or suspension in a firing furnace, etc. NiTiO3 production reaction is caused by atomizing with a spray nozzle or the like and directly heating the NiTiO3 production reaction. This production reaction starts at about 550°C, but the temperature is preferably 600 to 700°C in order to complete the reaction in a few hours. However, the upper temperature limit is about 800°C because the particles produced are large and the particles coagulate strongly. The particle size of the NxTxOi powder that is produced is determined by the temperature during the synthesis reaction, and the temperature It can be expected that the lower the particle size, the finer the particle size. This is because grain growth becomes less likely to occur, and the particles produced are less likely to coagulate among themselves.However, in the above method, the synthesis The lower limit of reaction temperature is 5
Since the temperature is 50° C., grain growth is progressing, and at the same time some mutual coagulation between grains occurs, there is room to make the size of a single grain finer. The manufacturing method discovered for this purpose is the second NiTi manufacturing method mentioned above.
This is a method for manufacturing Os. Next, this second manufacturing method will be explained. After adding Ni2° ion, preferably in the form of chloride or nitrate, to an aqueous titanium chloride solution, it is neutralized with an alkali such as NaOH or KOH (preferably pl = 6 to 7) to form a coprecipitate. 5 to 64 so1% of by-produced salt (so1% relative to the sum of the amount of by-products and the amount of NiTiOs finally produced)
), preferably 14-45 so1% remains, or after washing the coprecipitate, NaCl, KCl, -NaNOs
, NO. Add an alkali metal salt such as so that the above amount is present as a total amount, raise the temperature to 370-430 ° C, and 370-430 ° C.
By heating at 430°C for about 10 hours, the average diameter is 2.
0~: 1Onm ultrafine particles of NiTi01 are synthesized. In this case, if the temperature is lower than 370°C, there will be a significant amount of unreacted substances mixed in.
If the temperature exceeds 430°C, the synthesized NiTiOs fine particles will strongly coagulate, making it difficult to crush them. The NiTiO3 thus obtained is an aggregate of fine particles, and in order to loosen the aggregate, it is necessary to pulverize it using a crusher such as a ball mill. During this crushing, 1 IIcI was added to 10 mol of crushed raw material.
When about 1 mol is added, crushing becomes easier. In addition, in order to cause the NiTiOs production reaction at a low temperature and to obtain NiT 10 z made of finer particles, it is necessary to use ultrafine particles of N1Ti(h) of 0.1 μ or less as seeds to produce titanium hydroxide. Ni in solution or suspension
``In a mixed solution to which ions or divalent Ni compounds are added,
Alternatively, it is preferable to add it to a mixed solution in which Ni2° ions are added to a titanium chloride aqueous solution. The amount of this seed added depends on the particle size of the seed and the NiTiO obtained.
The amount determined by the particle size of s and the volume ratio may be added. For example 0. N of 0.05μ using old μ seed
When obtaining i T iO1 particles, (0,01)0
, 05) 3x 100 = 0.8% seed amount in NiT
It may be added to the mixture or solution in terms of iOx. [Example] The present invention will be explained in detail below using Examples. Example 1 A commercially available product (manufactured by Showa Titanium ■) containing 16.8% Ti. Titanium tetrachloride aqueous solution lug containing CI 32.6%
To the solution, 50 ml of water was added, and after thorough stirring, it was left to stand for 3 days to obtain a suspension of Ti (Oll).
CI was centrifuged at about 8000G, transferred to the supernatant side, and removed. Ti (Oll.
1, add 50 mβ of water again to make a suspension, and add the commercially available reagent N1COa・2Ni(01))z41)□0 to 4.4
g, and stirred for 1 hour using a heating type electromagnetic starch, and further heated while stirring to remove moisture. After crushing the resulting solids in a mortar and thoroughly mixing them, they were placed in a Matsufuru furnace for 6
It was heated at 50°C for 2 hours. When the produced powder was examined with an X-ray powder diffractometer, all N
It was made of iTiOz, and according to SEM observation, it was an aggregate made of uniform particles with an average particle size of about 0.1μ. Next, put 5.0g of this powder into a 100III2 plastic bottle, add 10-φ Z [02 balls 5ets Q and 10 ml of water.
After adding IIQ and rotating the ball mill day and night,
The slurry of NiTiOs is centrifuged at approximately 10,000 OOG, and the fine particles of NiTiOs contained in the supernatant are
The particles were obtained by evaporation to dryness. The amount was 250-g. In addition, when the specific surface area was measured using the BET method, 40
rn”/g. Example 2 In Example 1, NiTiO3 particles of about 0.04μ were used as seeds and 50
The treatment was carried out in the same manner as in Example 1, except that 1 g of the slurry was added at 0°C. The amount of NiTioa particles in the final fine particles obtained was 1. The fine grain yield also increased with Og. The specific surface area of this material is
The value was almost the same as in Example 1. Example 3 In Example 1, an experiment was conducted in which the reaction time was fixed at 2 hours and only the reaction temperature was changed. Other conditions are the same as in Example 1. At a reaction temperature of 550°C, there is a slight amount of NiTiO3 in X-rays.
was observed, and a slight amount of unreacted NiO was observed at 600°C. When the temperature exceeded 600°C, the reaction was completely terminated, and at 800°C, the contamination of coarse particles of 0.1a or more was noticeable. Example 4 The NiTioz reaction was carried out in the same manner as in Example 1, and used as an auxiliary agent when crushing the NiTiO3 reaction product. Disintegration was carried out by adding 0.31)1)2 of 12N IIcI. After crushing, the same treatment as in Example 1 was carried out to obtain a final product of 500 mg of fine powder, which is twice as much as in Example 1, and the specific surface area of the product was also 60 r1)''/g.
The particle size was high and the particle size was fine. Example 5 A commercially available product (manufactured by Showa Titanium ■) containing 16.8% Ti. Titanium tetrachloride aqueous solution containing 32.6% CI25.
0g and NiC1z・6H,0 (reagent) 20.84 g
was placed in a 200 mβ beaker containing 100 ml of water and dissolved. 16.21 g of Na01) in another 200 m2 beaker
was weighed out, and 100 trr12 of water was added to dissolve it. Furthermore, 200 mε of water was placed in another 1e beaker, and the above two liquids were added little by little while stirring to obtain a coprecipitate. Next, this precipitate was centrifuged for 5 minutes using a 30-neck OG, and the supernatant was removed. Calculating from the amount of NaCl in this supernatant, the amount of NaCl remaining in the precipitate was 58.2 ano1% with respect to the total amount of NiTiO3 produced and the amount of NaCl. Furthermore, about 10 of the volume of the precipitate was poured into a centrifugal tube to form a slurry, and the centrifugation operation was performed again. After washing the precipitate once with water, the precipitate was placed in an aluminum crucible and heated at 400°C in a Matsufuru furnace. The temperature was gradually increased to 400° C. for 10 hours. When the heated sample was examined with a powder X-ray diffractometer, it was found that NiTi
It consisted only of O3 and NaCl peaks. In addition, when this sample was chemically analyzed, NaC1 was 2
It was found that it contained 8■of%. Next, a small amount of this heated sample was crushed in a mortar, washed with water, and
After removing aC1 and drying, observation with a transmission electron microscope revealed that it consisted of fine particles of approximately 20 na+. Comparative Example 1 After obtaining a coprecipitate in the same manner as in Example 5, the coprecipitate was washed with water by centrifugation as shown in Example 5 five times. After that, heat treatment was performed at 400°C for 10 hours, but the NiTi
Only a small amount of O3 was observed, and the amount of NaCl in the heated sample was 3■O1%. Comparative Example 2 The same treatment as in Example 5 was performed except that the coprecipitate was not washed with water by centrifugation. Only a small amount of NiTiO3 was observed in the heated sample, and the amount of NaCl in this sample was 65 n+o1%. Comparative Example 3 The same treatment as in Example 5 was carried out except that the heat treatment temperature was 350°C. However, the generated N1TtOx was only slightly criticized. Comparative Example 4 The same treatment as in Example 5 was carried out except that the heat treatment temperature was 450°C. Coarse particles of about 5 On- were conspicuous in the produced NiTi0z. Example 6 8 g of boehmite (SB alumina manufactured by Condeia, West Germany) was weighed into a 100 mβ beaker, 40 ml of water and 30.5 ml of 67% HNO were added and stirred to prepare an alumina sol. 80flIg of NiTiOs was weighed out, 1) water 5-β was added with pi (=1.75) at cI, and ultrasonic vibration was applied for 5 minutes to remove only the supernatant liquid in which the ultrafine particles were dispersed. It was added to alumina sol, stirred for 120 minutes, and left overnight at 100°C to obtain an alumina gel. The gel was crushed in a mortar and sieved to take a 1400-750 μm portion, and placed in a Matsufuru furnace at 1300°C. Add 130
After holding it at 0℃ for 2 minutes, it was taken out, embedded in resin, and polished to a mirror surface.The micropicchus hardness was measured under a load of 500 g and found to be 2200 kg/mrn', and the polished mirror surface was heated to 1250℃ for 60 minutes. The crystal size was measured by heat etching and found to be approximately 0.3μ. This property allows it to be used as a tough alumina abrasive grain. [Effects of the Invention] By the manufacturing method of the present invention, NiTi0. Fine powder, especially one with a specific surface area of 10 d/g or more, can be obtained efficiently.