(57)【要約】      （修正有）【課題】アルミニウムかすを処理しながら、アルミナを生産する高周波プラズマ合成装置を提供する。【解決手段】アルミニウムかすから、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を析出し、少なくとも、供給装置１と、マッチングボックス２１に設けられ、基座に設置される高周波生成器２と、一端が、供給装置に連結される熱プラズマ源３と、熱プラズマ源のもう一端に連結される反応室４と、反応室に連結される粉末収集ユニット５と、粉末収集ユニットに連結される真空ポンプ６とから構成される。これにより、熱プラズマ技術を利用して、高温熱源として、高周波プラズマ合成装置が構築され、熱いプラズマ処理と高温により、アルミニウムかすが浄化され、アルミニウムかすからアルミナが析出され、アルミナセラミック粉末が得られる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムかすからアルミナ（Al2O3）を析出する高周波プラズマ合成装置であって、
キャリヤガスにより、熱いプラズマ火炎に、処理待ちのアルミニウムかすを案内して供給する供給装置と、
マッチングボックスに収納され、基座に設置され、マッチング回路を介して、誘導コイルにカップリングされ、RFエネルギーを供給する高周波生成器と、
その一端が上記供給装置に連結され、もう一端が上記基座に貫設され、上記誘導コイルを有し、RFエネルギーで気体分子イオン化を励起してプラズマ流を生成する熱プラズマ源と、
上記熱プラズマ源のもう一端に連結され、上記アルミニウムかすに、真空雰囲気下で、保護気体と反応気体が案内され、RFエネルギーを利用して、上記誘導コイルにより、交番電磁界が生成され、また、放電空間を維持しながら、熱いプラズマ火炎が形成され、上記アルミニウムかすに対して、熱いプラズマ処理や高温により、浄化され、上記アルミニウムかすから、アルミナが析出されて、アルミナセラミック粉末が得られる反応室と、
上記反応室に連結され、排出された大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末を収集する粉末収集ユニットと、
上記粉末収集ユニットに連結され、上記反応室を真空にする真空ポンプと、
が含有される、ことを特徴とする高周波プラズマ合成装置。
【請求項２】
上記アルミニウムかすは、ドロスや焼却灰であることを特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ合成装置。
【請求項３】
上記高周波生成器は、1KW〜10MWのプラズマパワーを供給する特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ合成装置。
【請求項４】
上記高周波生成器は、1MHz〜500MHzの高周波プラズマを生成する特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ合成装置。
【請求項５】
上記熱プラズマ源は、高週波プラズマトーチや直流プラズマトーチ或いはバーナーである特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ合成装置。
【請求項６】
上記誘導コイルの巻き数は、２〜６である特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ合成装置。
【請求項７】
上記熱プラズマ源は、５００℃〜５０００℃の温度下で、操作される特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ合成装置。
【請求項８】
上記熱プラズマ源は、主として、原料送料バルブと石英管、ケーシングパイプ及び反応気体入口からなる特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ合成装置。
【請求項９】
上記粉末収集ユニットは、上記反応室に連結された第一導管と、上記第一導管に連結された第二導管と、上記第二導管に連結されたろ過管と、が含有され、大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が、それぞれ、上記第一導管や第二導管及びろ過管によって収集されて排出される特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ合成装置。
【請求項１０】
上記ろ過管に、フィルタースクリーンが設けられ、小さい粒状のアルミナセラミック粉末が、上記フィルタースクリーンによってろ過されて、上記第二導管から排出される特徴とする請求項９に記載の高周波プラズマ合成装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、高周波プラズマ合成装置に関し、熱いプラズマ処理と高温で、アルミニウムかすを浄化して、アルミニウムかすからアルミナを析出し、アルミナセラミック粉末が得られ、特に、同時に、アルミニウムかすを処理しながら、アルミナを生産でき、アルミニウムかすを、販売可能の製品に変換する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の、回収されたアルミニウムスクラップ（Aluminium scrap）からアルミニウムを回収する流れは、図５のようである。アルミニウム冶金（Aluminium metallurgy）期間に、溶融アルミニウム（Molten aluminum）と細微粒子（Fine particle）が生成され、上記溶融アルミニウムを鋳型で鋳造（Cast）して、アルミニウムインゴット（Ingot）や合金（Alloy）が得られ、また、溶融金属の表面と炉内空気とが反応する時、ドロス（Dross）が生成され、上記細微粒子は、例えば、バッグ式集塵機である空気汚染制御システムによって収集された焼却灰（Incinerator ash）で、上記ドロスと焼却灰は、アルミニウムかす（Aluminum residues）として、定義されている。そのため、アルミニウムスクラップ融解過程において、アルミニウムかすは、アルミナやアルミニウム合金及び少量の添加元素の酸化物と窒化アルミニウムからなる。
【０００３】
台湾において、アルミニウム再生過程に生成したドロスの量は、20万トン/年を越えると推定され、大部分のアルミニウムかすは、主として、一般事業廃棄物埋立て場や非法格納によって処理されている。一般事業廃棄物埋立て場や格納場所は、台湾において、制限されているだけでなく、埋立て場地や格納場所が足りないため、また、埋立て場によって処理費が高すぎるため、任意に捨てられる現象が多発し、そのため、上記のような方法は、アルミニウムかすを処理する良い方法ではない。アルミニウムかすの主な成分が、アルミナ（Al2O3、約７５％〜９２％）、その他が、アルミニウム（Al）や窒化アルミニウム（AlN）及び炭化アルミニウム（ALC）であり、アルミニウムかすが、湿気や水と接触すると、不安定になって、例えば、アンモニア（NH3）やメタン（CH4）及び水素ガス（H2）である有害気体が釈放され、そのため、アルミニウムかすは、危険廃棄物と見なされ、それを、一般事業廃棄物埋立て場において処理されると、厳重な環境汚染問題が起こり、生態に膨大な悪影響を与える。
【０００４】
【化１】
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アルミニウムの生産やアルミニウムの回収の過程に、廃棄物として、大量のアルミニウムかすが生成されるため、新規且つ適当な回収技術は、アルミニウムかすにとって、不可欠なものになるが、今までに、アルミニウムかすの処理において、実用上の有効な技術を欠いている。
【０００５】
本考案者は、上記欠点を解消するため、慎重に研究し、また、学理を活用して、有効に上記欠点を解消でき、設計が合理である本考案を提案する。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
本考案の主な目的は、従来技術の上記問題を解消して、熱いプラズマ技術を利用し、高温熱源として、高周波プラズマ合成装置を作製し、熱いプラズマ処理と高温により、アルミニウムかすが浄化され、アルミニウムかすからアルミナが析出されて、アルミナセラミック粉末が得られ、同時に、アルミニウムかすを処理することと、アルミナを生産することを実現でき、アルミニウムかすを、販売可能の製品に変換する装置を提供する。
【０００７】
本考案の他の目的は、二次資源の生命周期が増加されることや工業廃棄物の不適当な処理により環境に悪影響を与えることを防止できること、および主な資源を入力する需要を低減することが、実現され、自然資源の開発を低下させて、二酸化炭素の排出量を低減できる装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するための本考案は、高周波プラズマ合成装置であり、アルミニウムかすからアルミナを析出装置であり、熱いプラズマ火炎に、キャリヤガスにより、処理待ちのアルミニウムかすを案内して供給する供給装置と、マッチングボックスに収納され、基座に設置され、マッチング回路を介して、誘導コイルが連結され、RFエネルギーを供給する高周波生成器と、その一端が上記供給装置に連結され、もう一端が上記基座に貫設され、上記誘導コイルを有し、RFエネルギーを利用して、気体分子イオン化を励起してプラズマ流が生成される熱プラズマ源と、上記熱プラズマ源のもう一端に連結され、真空雰囲気下で、上記アルミニウムかすに、保護気体と反応気体を導入し、RFエネルギーを利用して、上記誘導コイルにより、交番電磁界が生成され、放電空間を維持しながら、熱いプラズマ火炎が形成され、上記アルミニウムかすに対して、熱いプラズマ処理と高温浄化反応を行い、上記アルミニウムかすからアルミナを析出し、アルミナセラミック粉末が得られる反応室と、上記反応室に連結され、排出された大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が収集される粉末収集ユニットと、上記粉末収集ユニットに連結され、上記反応室を真空にさせる真空ポンプと、が含有される。
【０００９】
本考案の上記実施例によれば、上記アルミニウムかすは、ドロス（Dross）や焼却灰（Incinerator ash）である。
【００１０】
本考案の上記実施例によれば、上記高周波生成器は、1KW〜10MWのプラズマパワーを供給する。
【００１１】
本考案の上記実施例によれば、上記高周波生成器は、1MHz〜500MHzの高周波プラズマを生成する。
【００１２】
本考案の上記実施例によれば、上記熱プラズマ源は、高週波プラズマトーチや直流プラズマトーチ或いはバーナーである。
【００１３】
本考案の上記実施例によれば、上記誘導コイルの巻き数は、２〜６である。
【００１４】
本考案の上記実施例によれば、上記熱プラズマ源は、５００℃〜５０００℃の温度下で操作される。
【００１５】
本考案の上記実施例によれば、上記熱プラズマ源は、主として、原料送料バルブや石英管、ケーシングパイプ及び反応気体入口からなる。
【００１６】
本考案の上記実施例によれば、上記粉末収集ユニットは、上記反応室に連結される第一導管と、上記第一導管に連結される第二導管と、上記第二導管に連結されるろ過管とがあり、大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が、それぞれ、上記第一導管と第二導管及びろ過管によって収集されて排出される。
【００１７】
本考案の上記実施例によれば、上記ろ過管に、フィルタースクリーンが設けられて、小さい粒状のアルミナセラミック粉末が、上記フィルタースクリーンによってろ過されて、上記第二導管から排出される。
【００１８】
本考案の上記実施例によれば、上記真空ポンプは、上記粉末収集ユニットのろ過管に連結され、上記反応室において、形成された小さい粒と微細粒のアルミナセラミック粉末を吸引する。
【００１９】
本考案の上記実施例によれば、上記反応気体は、酸素ガスであり、上記キャリヤガスと保護気体は、アルゴンガスである。
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本考案の特徴や技術内容について、詳しく説明するが、それらの図面等は、参考や説明のためであり、本考案は、それによって制限されることが無い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本考案の高周波プラズマ合成装置概念図である。
【図２】本考案の反応器-熱プラズマ源概念図である。
【図３】本考案の3.5KWで合成した粉末の粒径分布曲線概念図である。
【図４】本考案の合成粉末のX線回折概念図である。
【図５】一般の回収されたアルミニウムスクラップから回収されたアルミニウムの流れ概念図である。
【考案を実施するための形態】
【００２２】
図１と図２は、それぞれ、本考案の高周波プラズマ合成装置概念図と、本考案の反応器-熱プラズマ源概念図である。図のように、本考案に係る高周波プラズマ合成装置は、アルミニウムかす（Aluminum residues）から、アルミナ（Al2O3）を析出し、少なくとも、供給装置１や高周波生成器２、熱プラズマ源３、反応室４、粉末収集ユニット５及び真空ポンプ６から構成される。
【００２３】
上記の供給装置１は、キャリヤガスにより、熱いプラズマ火炎に、処理待ちのアルミニウムかすを案内して供給する。また、上記アルミニウムかすは、ドロス（Dross）や焼却灰（Incinerator ash）である。
【００２４】
上記高周波生成器２は、マッチングボックス２１内に設けられ、基座２２に設置され、マッチング回路２３を介して、誘導コイル３１に連結され、RFエネルギーを供給する。また、上記高周波生成器２は、1KW〜10MWのプラズマパワーを供給し、1MHz〜500MHzの高周波プラズマを生成する。
【００２５】
上記熱プラズマ源３は、その一端が、上記供給装置１に連結され、もう一端が、上記基座２２に貫設され、巻き数が２〜６である誘導コイル３１を有し、RFエネルギーを利用して、気体分子イオン化を励起してプラズマ流を生成する。図２のように、上記熱プラズマ源３は、主として、原料送料バルブ（図示せず）や石英管３２、ケーシングパイプ３３及び反応気体入口３４からなり、上記熱プラズマ源３は、高週波プラズマトーチや直流プラズマトーチ或いはバーナーである。
【００２６】
上記反応室４は、上記熱プラズマ源３のもう一端に連結され、真空雰囲気下で、保護気体と反応気体を、上記アルミニウムかすに案内し、RFエネルギーを利用して、上記誘導コイル３１により、交番電磁界が生成され、また、放電空間を維持しながら、熱いプラズマ火炎が形成され、上記アルミニウムかすに対して、熱いプラズマ処理や高温浄化反応を行い、上記アルミニウムかすから、アルミナが析出され、アルミナセラミック粉末が得られる。
【００２７】
上記粉末収集ユニット５は、上記反応室４に連結され、大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末を収集して排出する。上記粉末収集ユニット５は、上記反応室４に連結された第一導管５１や上記第一導管５１に連結された第二導管５２及び上記第二導管５２に連結された、ろ過管５３があり、上記ろ過管５３に、フィルタースクリーン（図示せず）が設けられ、大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が、それぞれ、上記第一導管５１や第二導管５２及びろ過管５３によって収集されて排出される。
【００２８】
上記真空ポンプ６は、上記ろ過管５３に連結され、上記反応室４を、真空にさせる。上記のように、新規の高周波プラズマ合成装置が構成される。
【００２９】
本考案に係る高周波プラズマ合成装置は、1.2キログラム/時間の電気容量で、アルミニウムかすを処理してアルミナを生成し、具体的な実施例によれば、当該装置の高さが、約2100ミリメートルである。それによれば、反応室４に対して、真空ポンプ６で、約10-2トルの真空にして、高周波生成器２を利用して、熱プラズマ源３に対して、13.56 MHzとプラズマパワーが5KWであるRFエネルギーを供給し、高周波電流が、6巻き数の誘導コイル３１により、交番電磁界が生成され、完全な調整や負荷範囲を有するため、放電空間を維持して、優れた反応領域があり、５００℃〜５０００℃の温度下で、熱いプラズマ火炎が形成されて、反応室にスプレーする。アルミニウムかすを、キャリヤガスとして、アルゴンガスを利用して、300 SCCMの流量で、供給装置１が、20グラム/分の送料速度で、反応室４に対して供給し、上記反応室４は、保護気体として、アルゴンガスが導入され、18 SLPMの流量で、送料から供給され、渦流を安定させ、また、アルミニウムかすが、熱いプラズマ火炎に案内される時、軸方向に、出発原料として、反応気体の酸素ガスが案内される。熱いプラズマ処理と高温浄化が行われたアルミニウムかすから、高純度アルミナセラミック粉末が取得される。最後に、粉末収集ユニット５で、排出された大きい粒や小さい粒及び微細粒のアルミナセラミック粉末が収集され、また、大きい粒状のアルミナセラミック粉末が、重力により、直接に、上記第一導管５１から、第一収集箱５１１に落下し、小さい粒と微細粒のアルミナセラミック粉末が、更に、上記真空ポンプ６によって吸引され、小さい粒状のアルミナセラミック粉末が、フィルタースクリーンによってろ過され、上記第二導管５２から、第二収集箱５２１に落下し、微細粒のアルミナセラミック粉末が、フィルタースクリーンを通して、上記ろ過管５３から、第三収集箱５３１に落下する。上記は、だだ、一つのより良い実施例であり、本考案は、それによって制限されることなく、実用に応じて、相応しい調整を行うことができる。
【００３０】
まず、合成されたアルミナの外観を調査する。アルミニウムかす自身のカラーは、灰色で、本考案において、アルミニウムかすを原料として生産した高純度の精細アルミナセラミック粉末は、異なる入力されたパワー（1KW〜3.5KW）によって、カラーが、次第に、白い色に変化し、また、パワーが、3.5KWに増大すると、合成されたアルミナセラミック粉末のカラーは、純白色に変化する。
【００３１】
図３は、本考案の3.5KWで合成された粉末の粒径分布曲線概念図である。図のように、合成されたアルミナの粒径分布を調査する。3.5KWで合成された粉末の粒径分布を例とすれば、図において、粒径が、3.0μmより小さいものは、全ての合成されたアルミナ粉末の10%になり、粒径が、8.0μmより小さいものは、全ての合成されたアルミナ粉末の50%になり、また、粒径が、15.6μmより小さいものは、全ての合成されたアルミナ粉末の90%になる。出発原料であるアルミニウムかすの粒径、d50とd90の直径が、それぞれ、22.1μmと73.5μmである。そのため、本装置で、プラズマ合成工程を行うと、有効に、精細セラミック粉末が得られる。また、体積分布とは、粒子が、所定のサイズ範囲で、総サンプリングに対する体積％であり、100%に近づくと、累積体積曲線が、全てのサイズ範囲の総体積に類似する。図のように、d10やd50及びd90は、Ｘ軸（直径）の値によって決められ、また、累積体積曲線が、Y軸上において、10%や50%及び90%で交差する。
【００３２】
図４は、本考案の合成粉末のX線回折概念図である。図のように、図の異なるカラーにより、1.0KW乃至3.5KWの各入力パワーが示される。X線回折（X-Ray Diffractometer, XRD）分析によれば、合成された粉末は、コランダム構造に属され、また、アルミニウム金属が残されず、アルミナだけを有し、合成された粉末が、確実にアルミナであることと認められ、また、パワーの増加とともに、合成された粉末は、より高い強度を有する。
【００３３】
下記表一は、合成粉末の主な成分である。当該表に、異なるパワーによって合成された粉末の化学成分の分析結果が示され、全体のアルミナは、その濃度が、ともに、95%よりも高く、特に、3.5KWの時、アルミナの濃度が、99.95%になる。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
本考案は、熱プラズマ技術を利用して、高温熱源として、高周波プラズマ合成装置を構築し、熱いプラズマ処理と高温により、アルミニウムかすが浄化され、アルミニウムかすから、アルミナが析出されて、アルミナセラミック粉末が得られ、これにより、同時に、アルミニウムかすを処理することアルミナを生産することが実現され、アルミニウムかすが、販売可能の製品になる。そのため、本考案による装置を利用して、二次資源の生命周期が増加されることや工業廃棄物の不適当処理により環境に悪影響を与えることを防止できることおよび主な資源を入力する需要を低減することが、実現され、自然資源の開発を低下させて、二酸化炭素の排放量を低減できる。
【００３６】
以上のように、本考案に係る高周波プラズマ合成装置は、有効に、従来の諸欠点を解消でき、熱いプラズマ処理と高温により、アルミニウムかすが浄化され、アルミニウムかすからアルミナ（Al2O3）を析出でき、アルミナセラミック粉末が得られ、これにより、同時に、アルミニウムかすを処理することとアルミナを生産することが実現され、アルミニウムかすが、販売可能の製品になる。そのため、本考案は、より進歩的かつより実用的で、法に従って実用新案登録請求を出願する。
【００３７】
以上は、ただ、本考案のより良い実施例であり、本考案は、それによって制限されることが無く、本考案に係わる実用新案登録請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本考案の実用新案登録請求の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１      供給装置
２      高周波生成器
２１    マッチングボックス
２２    基座
２３    マッチング回路
３      熱プラズマ源
３１    誘導コイル
３２    石英管
３３    ケーシングパイプ
３４    反応気体入口
４      反応室
５      粉末収集ユニット
５１    第一導管
５１１  第一収集箱
５２    第二導管
５２１  第二収集箱
５３    ろ過管
５３１  第三収集箱
６      真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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