KR20120065832A - Aparatus for manufacturing fine nickel powders using hydrothermal process and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다층세라믹 캐패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC) 등에 사용되는 미세 니켈 분말을 제조하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 슬러리 환원법을 이용하여 미세 니켈 분말을 직접 제조할 수 있는 장치 및 이를 이용한 MLCC용 미세 니켈 분말 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a technique for manufacturing fine nickel powder used in a multi-layer ceramic capacitor (MLCC) and the like, and more particularly, an apparatus capable of directly producing fine nickel powder using a slurry reduction method and the same. It relates to a method for producing fine nickel powder for MLCC used.
전자소재용 니켈 분말은 MLCC의 전극 소재 등에 주로 사용된다. Nickel powder for electronic materials is mainly used for electrode materials of MLCC.
도 1은 일반적인 MLCC의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다. 1 schematically shows a cross section of a typical MLCC.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, MLCC는 유전체(110)와 전극(120)이 교대로 적층되고, 양 단부에는 구리 등의 재질의 터미널 전극(130)이 형성된다. 전극(120)의 한쪽 단부는 터미널 전극(130)에 연결되고, 다른쪽 단부는 터미널 전극(130)에 연결되지 않도록 형성된다. As shown in FIG. 1, in the MLCC, a dielectric 110 and an
유전체(110)는 6㎛ 정도의 두께로 형성되고, 전극(120)은 1㎛ 이하의 두께로 형성된다. The dielectric 110 is formed to a thickness of about 6㎛, the
이때, 전극(120) 소재로 주로 니켈 분말이 사용되고 있다. At this time, nickel powder is mainly used as a material of the
종래에는 이러한 MLCC의 전극을 형성하기 위한 니켈 분말을 액상환원법에 의해 니켈염의 수용액으로부터 제조되고 있다. Conventionally, nickel powder for forming an electrode of such MLCC is produced from an aqueous solution of nickel salt by a liquid phase reduction method.
그러나, 액상환원법으로 제조된 니켈 분말은 응집이 심하고 형상 및 크기 제어가 어려워서 MLCC 전극과 같은 전자 소재용으로 적용하기 어려운 문제점이 있다.
However, the nickel powder prepared by the liquid reduction method has a problem in that it is difficult to apply for electronic materials such as MLCC electrodes because the aggregation and the shape and size are difficult to control.
본 발명의 목적은 슬러리 환원법을 이용하여 니켈 분말을 제조할 수 있는 제조 장치를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a production apparatus capable of producing nickel powder using a slurry reduction method.
본 발명의 다른 목적은 슬러리 환원법을 이용하여 분산성 및 수득율이 우수한 니켈 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing nickel powder having excellent dispersibility and yield using a slurry reduction method.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 환원법을 이용한 미세 니켈 분말 제조 장치는 니켈 화합물이 용해된 용액을 담을 수 있으며, 슬러리 환원법을 이용할 수 있도록 하는 환원제 투입구가 마련되어 있는 반응기와, 상기 반응기에 환원제를 공급하는 드롭-와이저(Drop-wiser)와, 니켈 분말 전구체 형성을 위한 상기 환원제의 균일한 혼합 및 균일한 입도 분포를 유도하기 위하여 상기 반응기 내부의 내용물을 혼합할 수 있는 교반기(Stirrer) 및 상기 반응기 내에서 상기 전구체 환원 반응이 유지되는 동안 60 ~ 80℃의 온도로 90 ~ 120분 동안 유지시키는 히팅기(Heating mantle);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The apparatus for preparing fine nickel powder using the slurry reduction method according to the embodiment of the present invention for achieving the above object includes a reactor in which a nickel compound is dissolved and a reducing agent inlet for using the slurry reduction method is provided. A drop wiser for supplying a reducing agent to the reactor and a stirrer capable of mixing the contents of the reactor to induce uniform mixing and uniform particle size distribution of the reducing agent for forming a nickel powder precursor. (Stirrer) and a heating mantle (Heating mantle) for maintaining for 90 to 120 minutes at a temperature of 60 ~ 80 ℃ while maintaining the precursor reduction reaction in the reactor;
아울러, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 환원법을 이용한 미세 니켈 분말 제조 방법은 상술한 니켈 분말 제조 장치로 니켈 분말을 제조하는 방법에 있어서, (a) 반응기 내에 니켈 화합물이 용해된 용액을 투입하는 단계와, (b) 상기 용액에 1차 환원제를 주입하여, 니켈 분말 전구체를 형성하는 단계와, (c) 상기 반응기에 2차 환원제를 주입하여, 상기 전구체를 니켈 분말로 환원시키는 단계와, (d) 상기 (c) 단계를 통하여 얻어진 니켈 분말을 세정하는 단계 및 (e) 상기 세정된 니켈 분말을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the fine nickel powder production method using the slurry reduction method according to an embodiment of the present invention for achieving the above another object is a method for producing nickel powder with the above-described nickel powder production apparatus, (a) a nickel compound in the reactor Injecting the dissolved solution, (b) injecting a primary reducing agent into the solution to form a nickel powder precursor, and (c) injecting a secondary reducing agent into the reactor to convert the precursor into nickel powder. Reducing, and (d) washing the nickel powder obtained through the step (c) and (e) drying the washed nickel powder.
본 발명에 따른 슬러리 환원법을 이용한 미세 니켈 분말 제조 방법은 슬러리 환원법을 이용하여 형상 및 0.1 ~ 0.2㎛의 입도 제어가 용이하며, 아울러 니켈 분말의 분산성과 수득률을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The fine nickel powder production method using the slurry reduction method according to the present invention is easy to control the shape and particle size of 0.1 ~ 0.2㎛ using the slurry reduction method, and also has the advantage of improving the dispersibility and yield of the nickel powder.
따라서, 제조된 니켈 분말은 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor) 등의 전극 소재로 활용하기에 적합하다.
Therefore, the manufactured nickel powder is suitable for use as an electrode material such as MLCC (Multi Layer Ceramic Capacitor).
도 1은 일반적인 MLCC의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 환원법을 이용한 미세 니켈 분말 제조 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 제조 장치를 이용한 미세 니켈 분말 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 반응시간 조건에 따라 형성된 니켈 분말 형태를 나타낸 SEM 사진들이다.
도 7은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 반응시간 조건에 따라 형성된 니켈 분말 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 전구체 농도 조건에 따라 형성된 니켈 분말 형태를 나타낸 SEM 사진들이다.
도 11은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 전구체 농도 조건에 따라 형성된 니켈 분말 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 전구체 환원제 농도 조건에 따라 형성된 니켈 분말 형태를 나타낸 SEM 사진들이다.
도 14 는 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 전구체 환원제 농도 조건에 따라 형성된 니켈 분말 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.1 schematically shows a cross section of a typical MLCC.
Figure 2 schematically shows a fine nickel powder production apparatus using a slurry reduction method according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart schematically showing a method for producing fine nickel powder using the manufacturing apparatus shown in FIG. 2.
4 to 6 are SEM pictures showing the form of nickel powder formed according to the reaction time conditions of the method for producing a fine nickel powder according to the present invention.
Figure 7 is a graph showing the nickel powder XRD pattern formed according to the reaction time conditions of the method for producing a fine nickel powder according to the present invention.
8 to 10 are SEM pictures showing the form of nickel powder formed according to the precursor concentration conditions of the method for producing a fine nickel powder according to the present invention.
11 is a graph showing the nickel powder XRD pattern formed according to the precursor concentration conditions of the fine nickel powder production method according to the present invention.
12 and 13 are SEM pictures showing the form of nickel powder formed according to the precursor reducing agent concentration conditions of the method for producing a fine nickel powder according to the present invention.
14 is a graph showing the nickel powder XRD pattern formed according to the precursor reducing agent concentration conditions of the fine nickel powder production method according to the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments and drawings described in detail below.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims.
이하에서는, 본 발명에 따른 슬러리 환원법을 이용한 미세 니켈 분말 제조 장치 및 이를 이용한 MLCC용 미세 니켈 분말 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a fine nickel powder production apparatus using the slurry reduction method according to the present invention and a fine nickel powder production method for MLCC using the same will be described in detail.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬러리 환원법을 이용한 미세 니켈 분말 제조 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. Figure 2 schematically shows a fine nickel powder production apparatus using a slurry reduction method according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 히팅기(Heating mantle, 210)가 하부에 장착된 3구 반응기(200)가 구비된다.Referring to FIG. 2, a three-
다음으로, 3구 반응기(200)의 제1구에는 온도계(220)가 삽입되고, 제2구에는 교반기(230)가 삽입되고, 제3구에는 환원제를 주입하는 드롭-와이저(240)가 구비된다.Next, a
그리고, 3구 반응기 내에는 니켈 분말 제조를 위해 사용되는 시약이 투입된다.In the three-necked reactor, a reagent used for preparing nickel powder is added.
이때, 시약의 주 원료로서는 니켈 공급원이 용해된 증류수가 사용되며, 상기 니켈 공급원에서 니켈을 환원시켜 전구체를 제조하기 위한 1차 환원제가 투입되고, 다음으로 니켈 분말 전구체를 환원시키기 위한 2차 환원제가 사용된다.At this time, distilled water in which a nickel source is dissolved is used as a main raw material of the reagent. A primary reducing agent for preparing a precursor by reducing nickel in the nickel source is added, and a second reducing agent for reducing a nickel powder precursor is added. Used.
아울러, 본 발명에 따른 슬러리 환원법을 위한 상기 제조 장치는 니켈 공급원 용액에서 니켈 분말 전구체를 형성한 후 전구체에서 니켈 분말로 환원되는 반응 유지 시간을 90분 ~ 120분 사이로 조절하는 타이머 장치를 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing apparatus for the slurry reduction method according to the present invention may include a timer device for controlling the reaction holding time of the reduction from the precursor to the nickel powder after forming the nickel powder precursor in the nickel source solution between 90 minutes and 120 minutes. have.
상기 반응 유지 시간이 90분 미만일 경우에는 균일한 0.1 ~ 0.2㎛의 입도를 갖는 구형 니켈 분말을 얻을 수 없었다. 아울러, 120분을 초과할 경우에는 더이상의 미세 분말이 형성되지 않으므로, 불필요한 시간을 낭비하게 되므로, 반응시간은 90 ~ 120분에 맞추어진 타이머 장치를 이용하는 것이 바람직하다.When the reaction holding time was less than 90 minutes, a spherical nickel powder having a uniform particle size of 0.1 to 0.2 µm could not be obtained. In addition, since the fine powder is no longer formed when it exceeds 120 minutes, waste unnecessary time, it is preferable to use a timer device that the reaction time is set to 90 to 120 minutes.
다음으로, 전구체의 농도가 1.5M 미만에서는 전구체가 환원되지 않는 경우를 볼 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 본 발명에 따른 니켈 분말 제조 장치는 전구체의 농도가 1.5M 미만이 될 경우를 모니터링하여, 농도를 유지시키는 드롭-와이저를 포함한다.Next, when the concentration of the precursor is less than 1.5M can be seen that the precursor is not reduced, in order to prevent this, the nickel powder manufacturing apparatus according to the present invention by monitoring the case where the concentration of the precursor is less than 1.5M, concentration It includes a drop-wiser to hold.
아울러, 상기 드롭-와이저는 2차 환원제인 NaOH의 농도가 4.5 ~ 6.0M로 조절될 수 있도록 하여 Ni(OH)2 의 잔존률을 최소화 시킬 수 있도록 하는데, 보다 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.
In addition, the drop-wiser allows the concentration of NaOH, the secondary reducing agent, to be adjusted to 4.5 to 6.0 M to minimize the residual ratio of Ni (OH) 2 . .
도 3은 도 2에 도시된 제조 장치를 이용한 미세 니켈 분말 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.3 is a flow chart schematically showing a method for producing fine nickel powder using the manufacturing apparatus shown in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 시약의 주 원료로서는 니켈 공급원(300)으로 NiCl2?6H2O, Ni(OH)2 및 NiSO4?6H2O 와 같은 니켈화합물이 사용되고, 1차 환원제(310)로서는 N2H4?H2O 및 NH4OH와 같은 질소화합물이 사용된다.Referring to Figure 3, as the major component of the reagent NiCl 2? 6H 2 O, Ni (OH) of a nickel source (300) 2 and NiSO 4? 6H nickel compounds such as 2 O is used, as the primary reducing agent, (310) Nitrogen compounds such as N 2 H 4 -H 2 O and NH 4 OH are used.
먼저, 니켈 공급원(300)을 증류수에 용해시킨 후, 증류수에 1차 환원제(310)를 투입하여 니켈 분말 전구체(니켈-하이드라진 착화합물)를 형성하는 단계(S300)를 수행한다.First, the
다음으로, 니켈 분말 전구체에 2차 환원제(320)를 투입하여 니켈 금속 분말을 형성하는 단계(S320)를 수행한다.Next, a step of adding a secondary reducing
그 다음으로, 생성된 니켈 분말을 여과한 후 증류수 및 알코올로 수 차례 세정한 후, 80℃이상의 오븐에서 8시간이상 건조하는 세정 및 건조 단계(S330)를 수행한다.Next, the resulting nickel powder is filtered and washed several times with distilled water and alcohol, followed by a washing and drying step (S330) for drying at least 80 hours in an oven of 80 ℃ or more.
그 다음으로, 제조가 완료된 니켈 분말의 형상 및 크기를 관찰하여 실제 MLCC에 적용할 수 있는 분말을 선별하는 분석 단계(S340)를 수행한다.Next, the analysis step (S340) of selecting the powder that can be applied to the actual MLCC by observing the shape and size of the finished nickel powder is performed.
여기서, 분석 결과 본 발명에 따른 슬러리 환원법에 의하면, 전구체를 환원시키기 위한 반응시간과, 니켈 분말 전구체의 농도와 2차 환원제인 NaOH의 농도에 따라서 미세 니켈 분말의 특성이 변화됨을 알 수 있었다.
As a result of the analysis, according to the slurry reduction method according to the present invention, it was found that the characteristics of the fine nickel powder were changed according to the reaction time for reducing the precursor, the concentration of the nickel powder precursor, and the concentration of NaOH as the secondary reducing agent.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명에 따른 슬러리 환원법을 이용한 미세 니켈 분말 제조 장치 및 이를 이용한 MLCC용 미세 니켈 분말 제조 방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the fine nickel powder production apparatus using the slurry reduction method and the fine nickel powder production method for MLCC using the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Details that are not described herein will be omitted since those skilled in the art can sufficiently infer technically.
먼저, 실험 조건으로서 반응시간에 따른 영향을 살펴 보기 위하여, 1.5M NiCl2, 6M N2H4, 4.5M NaOH를 사용하였으며, 반응 시간은 30분, 60분 및 90분간 유지하는 조건으로 실험하였다.First, 1.5M NiCl 2 , 6M N 2 H 4 , 4.5M NaOH was used to examine the effects of the reaction time as experimental conditions, and the reaction time was experimented under the conditions of 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes. .
먼저, NiCl2?6H2O를 용해시킨 후, N2H4를 첨가하여 하기 반응식 1과 같이 니켈-하이드라진 착화합물(전구체)을 형성하였다.First, NiCl 2 6H 2 O was dissolved, it was added to the N 2 H 4, such as nickel scheme 1 - with hydrazine to form a complex (the precursor).
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
NiCl2 + N2H4 → [Ni(N2H4)n]Cl2, n=2, 3NiCl 2 + N 2 H 4 → [Ni (N 2 H 4 ) n] Cl 2 , n = 2, 3
이때, n=2의 경우 푸른색 계열의 착화합물이 형성되고, n=3일 경우 보라색 계열의 착화합물이 형성되었는데, 이 것으로 하이드라진의 배위수가 2와 3이 혼재되어 있는 것으로 나타났다.
At this time, in the case of n = 2, a blue complex was formed, and in the case of n = 3, a purple complex was formed, which indicates that
다음으로, 착화합물이 형성된 용액에 NaOH를 드롭-와이저(Drop-wiser)를 이용하여 첨가하여 Ni(OH)2를 형성하였다.Next, NaOH was added to the complex-formed solution by using a drop-wiser to form Ni (OH) 2 .
이때, NaOH는 하기 반응식 2에 따라서 니켈-하이드라진 착화합물을 Ni(OH)2로 형성하는 역할을 함을 알 수 있다.In this case, it can be seen that NaOH serves to form a nickel-hydrazine complex compound as Ni (OH) 2 according to
[반응식 2]
[Ni(N2H4)n]Cl2 + 2NaOH → Ni(OH)2 + nN2H4 + 2NaCl
[Ni (N 2 H 4 ) n] Cl 2 + 2 NaOH → Ni (OH) 2 + nN 2 H 4 + 2NaCl
그 다음으로, 니켈-하이드라진 착화합물과 NaOH의 반응에 의해 생성된 N2H4 에 의해 하기 반응식 3과 같이 환원반응이 진행된다.Next, a reduction reaction proceeds as shown in Scheme 3 by N 2 H 4 generated by the reaction of the nickel-hydrazine complex compound with NaOH.
[반응식 3]Scheme 3
2 Ni(OH)2 + N2H4 → 2Ni + N2 + 4H2O
2 Ni (OH) 2 + N 2 H 4 → 2Ni + N 2 + 4H 2 O
이때, 환원반응이 시작되면서 용액의 색이 점차 검게 변화하였는데, 이는 Ni(OH)2 가 하이드라진에 의해서 환원되면서 발생된 현상이며, 이에 따라서 니켈 금속분말이 검은색을 띠게 된다.At this time, the color of the solution gradually changed to black as the reduction reaction started, which is a phenomenon generated by reduction of Ni (OH) 2 by hydrazine, and thus the nickel metal powder becomes black.
이하, 그 구체적 사진을 비교 분석 하면 다음과 같다.Hereinafter, comparative analysis of the specific picture is as follows.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 반응시간 조건에 따라 형성된 니켈 분말 형태를 나타낸 SEM(JEOL JSM 6400) 사진들이고, 도 7은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 반응시간 조건에 따라 형성된 니켈 분말 XRD(Philips MPD) 패턴을 나타낸 그래프이다.4 to 6 are SEM (JEOL JSM 6400) pictures showing the form of nickel powder formed according to the reaction time conditions of the method for producing a fine nickel powder according to the present invention, Figure 7 is a reaction of the method for producing a fine nickel powder according to the present invention It is a graph showing the nickel powder XRD (Philips MPD) pattern formed according to the time conditions.
도 4는 반응시간 30분 경과 뒤의 전구체 형태로서, 비교적 지름이 큰 입자 주변에 초미세 입자가 혼재되어 나타나는 것을 알 수 있다. 이때, 도 7을 참조하면 제1 XRD 분석결과(a) 30분까지 생성된 니켈 분말은 Ni(OH)2 임을 알 수 있다.4 is a precursor form after 30 minutes of reaction time, and it can be seen that ultrafine particles are mixed around particles having a relatively large diameter. In this case, referring to FIG. 7, it can be seen that the nickel powder generated up to 30 minutes of the first XRD analysis result (a) is Ni (OH) 2 .
다음으로, 도 5는 반응시간 60분 경과 뒤의 전구체 형태로서, 약 1.5 ~ 3㎛ 크기의 큰 입자들 주위에 0.2㎛의 지름을 갖는 니켈 구형 입자가 나타나는 것을 알 수 있다. 이때, 도 7을 참조하면 제 2 XRD 분석결과(b) 큰 입자들은 Ni(OH)2 임을 알 수 있다.Next, FIG. 5 shows a precursor form after 60 minutes of reaction time, and it can be seen that nickel spherical particles having a diameter of 0.2 μm appear around large particles having a size of about 1.5 to 3 μm. In this case, referring to FIG. 7, it can be seen that the large particles are Ni (OH) 2 in the second XRD analysis result (b).
그 다음으로, 도 6은 반응시간 90 분 경과 뒤의 전구체 형태로서 대부분의 큰 입자들이 모두 미세 니켈 분말로 형성된 것을 볼 수 있다. 이때, 도 7의 제 2 XRD 분석결과(c)를 참조하면, 대부분이 니켈 분말이며, 각 분말의 입경은 0.18㎛ 임을 알 수 있다.
Next, FIG. 6 shows that most of the large particles are formed of fine nickel powder as precursor form after 90 minutes of reaction time. At this time, referring to the second XRD analysis result (c) of FIG. 7, it can be seen that most of the powder is nickel, and the particle diameter of each powder is 0.18 μm.
아울러, 상술한 반응 중에서 전구체(니켈-하이드라진 착화합물)의 농도에 따라서 미세 니켈 입자의 입경이 상이해 질 수 있는데, 이에 대한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.In addition, depending on the concentration of the precursor (nickel-hydrazine complex) in the above-described reaction, the particle size of the fine nickel particles may be different, look at an embodiment thereof as follows.
먼저, 기본적인 니켈 공급을 위한 원료는 상기와 같이 1.5M NiCl2, 6M N2H4, 4.5M NaOH를 사용하였으며, 반응 시간은 90분간 유지하는 조건으로 실험하였다.First, raw materials for basic nickel supply were used as described above 1.5M NiCl 2 , 6M N 2 H 4 , 4.5M NaOH, and the reaction time was tested under the condition of 90 minutes.
그리고, 용액 중에 초기 니켈-하이드라진 착화합물의 농도를 0.5, 1.0, 1.5M 으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.Then, the experiment was carried out while changing the concentration of the initial nickel-hydrazine complex in the solution to 0.5, 1.0, 1.5M.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 전구체 농도 조건에 따라 형성된 니켈 분말 형태를 나타낸 SEM 사진들이고, 도 11은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 전구체 농도 조건에 따라 형성된 니켈 분말 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.8 to 10 are SEM pictures showing the form of nickel powder formed according to the precursor concentration conditions of the fine nickel powder manufacturing method according to the present invention, Figure 11 is formed according to the precursor concentration conditions of the fine nickel powder manufacturing method according to the present invention It is a graph showing the nickel powder XRD pattern.
먼저 도 8은 니켈-하이드라진 착화합물의 농도가 0.5M일 때 제조된 니켈 분말을 나타낸 SEM이미지로, 도 11의 XRD결과를 참조하면, 분말의 입경이 50㎛이상이고, Ni(OH)2 와 혼합되어 있음을 알 수 있다.8 is a SEM image showing the nickel powder prepared when the concentration of the nickel-hydrazine complex compound is 0.5M. Referring to the XRD result of FIG. 11, the particle size of the powder is 50 μm or more and mixed with Ni (OH) 2. It can be seen that.
다음으로, 도 9는 니켈-하이드라진 착화합물의 농도가 1.0M일 때 제조된 니켈 분말을 나타낸 SEM이미지로, 도 11의 XRD결과를 참조하면, 분말의 입경이 0.1㎛이고, 미량의 Ni(OH)2 와 혼합되어 있음을 알 수 있다.
Next, FIG. 9 is an SEM image of nickel powder prepared when the concentration of the nickel-hydrazine complex compound is 1.0M. Referring to the XRD result of FIG. 11, the particle size of the powder is 0.1 μm, and a trace amount of Ni (OH) is shown. It can be seen that it is mixed with 2 .
그 다음으로, 도 10은 니켈-하이드라진 착화합물의 농도가 1.5M일 때 제조된 니켈 분말을 나타낸 SEM이미지로, 도 11의 XRD결과를 참조하면, 분말의 입경이 0.18㎛이고, Ni(OH)2 가 대부분 니켈 분말로 환원되어 있음을 알 수 있다.
Next, FIG. 10 is an SEM image showing the nickel powder prepared when the concentration of the nickel-hydrazine complex compound is 1.5M. Referring to the XRD result of FIG. 11, the particle size of the powder is 0.18 μm, and Ni (OH) 2 It can be seen that is mostly reduced to nickel powder.
아울러, 상술한 반응 중에서 전구체(니켈-하이드라진 착화합물)의 농도 이외에 NaOH의 농도에 따라서 미세 니켈 입자의 입경이 상이해 질 수 있는데, 이에 대한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.In addition, in addition to the concentration of the precursor (nickel-hydrazine complex) in the above-described reaction, the particle size of the fine nickel particles may be different depending on the concentration of NaOH, looking at the embodiment for this.
먼저, 기본적인 니켈 공급을 위한 원료는 상기와 같이 1.5M NiCl2, 6M N2H4, 를 사용하되, 4.5M 및 6.0M NaOH로 나누어 2차 환원을 진행하였으며, 반응 시간은 90분간 유지하는 조건으로 실험하였다.First, the raw material for basic nickel supply as described above using 1.5M NiCl 2 , 6M N 2 H 4 , but proceeded to the secondary reduction by dividing into 4.5M and 6.0M NaOH, the reaction time is maintained for 90 minutes Experiment with.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 전구체 환원제 농도 조건에 따라 형성된 니켈 분말 형태를 나타낸 SEM 사진들이고, 도 14 는 본 발명에 따른 미세 니켈 분말 제조 방법의 전구체 환원제 농도 조건에 따라 형성된 니켈 분말 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다. 12 and 13 are SEM pictures showing the form of nickel powder formed according to the precursor reducing agent concentration conditions of the fine nickel powder production method according to the present invention, Figure 14 is a precursor reducing agent concentration conditions of the fine nickel powder production method according to the present invention It is a graph showing the nickel powder XRD pattern formed along.
먼저 도 12는 4.5M NaOH의 농도에 따라 제조된 니켈 분말을 나타낸 SEM 이미지로, 도 14의 XRD결과를 참조하면, 분말의 입경이 0.18㎛이고, Ni(OH)2 가 대부분 니켈 분말로 환원되어 있음을 알 수 있다.12 is a SEM image showing a nickel powder prepared according to a concentration of 4.5 M NaOH. Referring to the XRD result of FIG. 14, the particle size of the powder is 0.18 μm, and Ni (OH) 2 is mostly reduced to the nickel powder. It can be seen that.
다음으로, 도 13은 6.0M NaOH의 농도에 따라 제조된 니켈 분말을 나타낸 SEM 이미지로, 도 14의 XRD결과를 참조하면, 분말의 입경이 0.17㎛이고, 미량의 Ni(OH)2 와 혼합되어 있음을 알 수 있다.Next, FIG. 13 is an SEM image of nickel powder prepared according to a concentration of 6.0 M NaOH. Referring to the XRD result of FIG. 14, the particle diameter of the powder is 0.17 μm and is mixed with a small amount of Ni (OH) 2 . It can be seen that.
여기서, 상기 도 12의 4.5M NaOH의 농도로 진행된 경우 니켈-하이드라진 착화합물에서 Ni(OH)2 (초록색)가 니켈(검정색) 분말로 환원되는 과정에서 약 10분 정도 소요되었으나, 6.0M NaOH의 농도로 진행된 경우 약 5분 정도로 반응 시간이 짧아지는 효과를 얻을 수 있었다.Here, in the case of proceeding to the concentration of 4.5M NaOH of FIG. 12, in the process of reducing Ni (OH) 2 (green) to nickel (black) powder in the nickel-hydrazine complex, it took about 10 minutes, but the concentration of 6.0M NaOH In case of proceeding, the reaction time was shortened to about 5 minutes.
이는 NaOH의 농도가 증가하면서 합성된 니켈 분말의 평균 입도가 감소하는 것으로 볼 수 있으며, NaOH의 농도가 증가함에 따라서 Ni(OH)2 의 용해도가 증가한 결과로 볼 수 있다.
It can be seen that the average particle size of the synthesized nickel powder decreases as the concentration of NaOH increases, and the solubility of Ni (OH) 2 increases as the concentration of NaOH increases.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 슬러리 환원법을 이용한 미세 니켈 분말 제조 방법은 전구체에서 니켈 분말로 환원되는 반응 유지 시간이 90분 ~ 120분 사이로 조절함으로써, 0.1 ~ 0.2㎛의 구형 니켈 분말을 얻을 수 있다.As described above, in the method for producing fine nickel powder using the slurry reduction method according to the present invention, the reaction retention time of reducing the precursor to the nickel powder is controlled between 90 minutes and 120 minutes, thereby obtaining 0.1-0.2 μm spherical nickel powder. Can be.
아울러, 전구체의 농도가 1.5M 미만에서는 전구체가 환원되지 않았으나, 1.5M 이상에서는 니켈 분말 환원이 활성화 됨을 알 수 있었으며, NaOH의 농도는4.5 ~ 6.0M일 경우에는 Ni(OH)2 의 잔존률을 최소화 하면서 니켈 분말을 얻을 수 있다.
In addition, the precursor was not reduced when the concentration of the precursor is less than 1.5M, it can be seen that the nickel powder reduction is activated at 1.5M or more, and the concentration of Ni (OH) 2 when the concentration of NaOH is 4.5 ~ 6.0M. Nickel powder can be obtained with minimal.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
110 : 유전체 120 : 전극
130 : 터미널 전극 200 : 반응기
210 : 히팅 장치 220 : 온도계
230 : 교반기 240 : 드롭-와이저
300 : 니켈 공급원 310 : 1차 환원제
320 : 2차 환원제110: dielectric 120: electrode
130: terminal electrode 200: reactor
210: heating device 220: thermometer
230: stirrer 240: drop-wiser
300: nickel source 310: primary reducing agent
320: secondary reducing agent
Claims (14)
상기 반응기에 환원제를 공급하는 드롭-와이저(Drop-wiser);
니켈 분말 전구체 형성을 위한 상기 환원제의 균일한 혼합 및 균일한 입도 분포를 유도하기 위하여 상기 반응기 내부의 내용물을 혼합할 수 있는 교반기(Stirrer); 및
상기 반응기 내에서 상기 전구체 환원 반응이 유지되는 동안 60 ~ 80℃의 온도로 90 ~ 120분 동안 유지시키는 히팅기(Heating mantle);를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 장치.
A reactor capable of containing a solution in which a nickel compound is dissolved and having a reducing agent inlet for using a slurry reduction method;
A drop-wiser for supplying a reducing agent to the reactor;
A stirrer capable of mixing the contents of the reactor to induce uniform mixing and uniform particle size distribution of the reducing agent for forming a nickel powder precursor; And
Nickel powder production apparatus comprising a; heating mantle (Heating mantle) for maintaining for 90 to 120 minutes at a temperature of 60 ~ 80 ℃ while maintaining the precursor reduction reaction in the reactor.
상기 반응기에는
내부에 담겨진 니켈 분말 전구체의 농도가 1.5M 이상으로 유지되도록 하는 제어 장치;가 더 구비되도록 하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 장치.
The method of claim 1,
The reactor
A control device for maintaining the concentration of the nickel powder precursor contained therein is more than 1.5M; Nickel powder production apparatus characterized in that it is further provided.
상기 히팅기는
상기 반응기 내부로 연결되는 온도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 장치.
The method of claim 1,
The heater is
Nickel powder manufacturing apparatus comprising a thermometer connected into the reactor.
상기 분말 제조 장치는
증류수 및 알코올을 이용하여 니켈 분말을 세정하는 세정 장치 및 세정된 니켈 분말을 건조하는 오븐을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 장치.
The method of claim 1,
The powder manufacturing apparatus
A nickel powder manufacturing apparatus comprising a washing apparatus for washing nickel powder using distilled water and alcohol and an oven for drying the washed nickel powder.
상기 오븐은
80℃ 이상의 온도에서 8시간 이상 건조가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 장치.
The method of claim 4, wherein
The oven
Nickel powder production apparatus characterized in that the drying is carried out for at least 8 hours at a temperature of 80 ℃ or more.
(a) 반응기 내에 니켈 화합물이 용해된 용액을 투입하는 단계;
(b) 상기 용액에 1차 환원제를 주입하여, 니켈 분말 전구체를 형성하는 단계;
(c) 상기 반응기에 2차 환원제를 주입하여, 상기 전구체를 니켈 분말로 환원시키는 단계;
(d) 상기 (c) 단계를 통하여 얻어진 니켈 분말을 세정하는 단계; 및
(e) 상기 세정된 니켈 분말을 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.
In the method for producing nickel powder by the nickel powder production apparatus using the slurry reduction method of any one of claims 1 to 5,
(a) injecting a solution containing a nickel compound into the reactor;
(b) injecting a primary reducing agent into the solution to form a nickel powder precursor;
(c) injecting a secondary reducing agent into the reactor to reduce the precursor to nickel powder;
(d) washing the nickel powder obtained through step (c); And
(E) drying the washed nickel powder; nickel powder manufacturing method comprising a.
상기 니켈화합물은
NiCl2?6H2O, Ni(OH)2 및 NiSO4?6H2O 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.
The method of claim 6,
The nickel compound is
NiCl 2? 6H 2 O, Ni (OH) 2 and NiSO 4? 6H way nickel powder produced, characterized in that it comprises at least one of O 2.
상기 NiCl2은
상기 니켈 분말 전구체 중 1.5M 이상의 농도가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The NiCl 2 is
Nickel powder production method characterized in that the concentration of 1.5M or more in the nickel powder precursor.
상기 1차 환원제는
N2H4?H2O 및 NH4OH 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.
The method of claim 6,
The primary reducing agent
A method for producing nickel powder, characterized in that it comprises at least one of N 2 H 4 -H 2 O and NH 4 OH.
상기 2차 환원제는
NaOH를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.
The method of claim 6,
The secondary reducing agent
Nickel powder production method comprising NaOH.
상기 NaOH는
4.5 ~ 6M의 농도로 첨가하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.
The method of claim 10,
NaOH is
Nickel powder production method characterized by adding at a concentration of 4.5 ~ 6M.
상기 (c) 단계의 니켈 분말로 환원시키기 위한 반응시간은 90 ~ 120분인 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.
The method of claim 6,
The reaction time for reducing the nickel powder of the step (c) is 90 to 120 minutes, characterized in that the nickel powder production method.
상기 (c) 단계의 니켈 분말 입경은 0.1 ~ 0.2㎛이고, 구형으로 형성된 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.
The method of claim 6,
Nickel powder particle size of the step (c) is 0.1 ~ 0.2㎛, nickel powder manufacturing method, characterized in that formed in a spherical shape.
상기 (e) 단계의 니켈 분말 건조는
80℃이상의 온도에서 8시간 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 니켈 분말 제조 방법.The method of claim 6,
Drying nickel powder of the step (e)
Nickel powder production method characterized in that performed for more than 8 hours at a temperature of 80 ℃ or more.
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