(57)【特許請求の範囲】
【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方法であって、少なくとも、
供給装置と、マッチングボックス内に収納されて基板に設置され、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、上記基板に貫設され、上記誘導コイルを有する熱いプラズマ源と、上記熱いプラズマ源のもう一端に連結される反応室と、上記反応室に連結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る真空ポンプと、を有する高周波プラズマ合成装置を用意するステップ（Ａ）と、
上記アルミニウムかすを、上記供給装置を介して、キャリヤガスの輸送により、上記反応室に導入する処理待ちのアルミニウムかすを用意するステップ（Ｂ）と、
上記反応室に対して、上記真空ポンプにより、真空にさせ、上記アルミニウムかすに、真空雰囲気において、保護気体と反応気体を導入し、上記高周波生成器で、上記熱いプラズマ源に対してRFエネルギーを生成し、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、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が行われ、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ステップ（Ｃ）と、
上記粉末収集ユニットで、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るステップ（Ｄ）と、
が含有される、ことを特徴とする高周波プラズマ合成方法。
【請求項２】
上記アルミニウムかすは、ドロス（Dross）や焼却灰（Incinerator ash）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方法。
【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方法。
【請求項４】
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や微細粒のアルミナセラミック粉末を吸引す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方法。
【請求項５】
上記熱いプラズマ源は、高周波プラズマトーチ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方法。
【請求項６】
上記反応気体は、酸素ガスであり、上記キャリヤガスや保護気体は、アルゴンガス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方法。
【請求項７】
上記熱いプラズマ源は、５００℃〜５０００℃の温度下で作動す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方法。
【請求項８】
上記熱いプラズマ源は、主として、原料供給バルブと石英管、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方法。
【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や排出され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方法。
【請求項１０】
上記ろ過管は、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引き止れて、上記第二導管から排出されることを特徴とする請求項９に記載の高周波プラズマ合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波プラズマ合成方法に関し、特に、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、販売可能な製品に変換するものに関する。
【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６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）と微細粒子（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、上記微細粒子は、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/年を超えると推定され、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不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くあり、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％）であり、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、放出され、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、深刻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】
0005983969.tif 000002
【０００５】
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、有効な技術を欠いている。
【０００６】
本発明者は、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発明を提案する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、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方法を提供する。
【０００８】
本発明の他の目的は、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方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の目的を達成するための本発明は、高周波プラズマ合成方法であり、アルミニウムかすからアルミナを析出する方法であり、少なくとも、供給装置と、マッチングボックス内に収納されて基板に設置され、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、上記基板に貫設され、上記誘導コイルを有する熱いプラズマ源と、上記熱いプラズマ源のもう一端に連結される反応室と、上記反応室に連結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る真空ポンプと、を有する高周波プラズマ合成装置を用意するステップ（Ａ）と、上記アルミニウムかすを、上記供給装置を介して、キャリヤガスの輸送により、上記反応室に導入する処理待ちのアルミニウムかすを用意するステップ（Ｂ）と、上記反応室に対して、上記真空ポンプにより、真空にさせ、上記アルミニウムかすに、真空雰囲気において、保護気体と反応気体を導入し、上記高周波生成器で、上記熱いプラズマ源に対してRFエネルギーを生成し、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、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が行われ、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ステップ（Ｃ）と、上記粉末収集ユニットで、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るステップ（Ｄ）と、が含有される。
【００１０】
本発明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。
【００１１】
本発明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。
【００１２】
本発明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発生する。
【００１３】
本発明の上記実施例によれば、上記熱いプラズマ源は、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。
【００１４】
本発明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。
【００１５】
本発明の上記実施例によれば、上記熱いプラズマ源は、５００℃〜５０００℃の温度で操作される。
【００１６】
本発明の上記実施例によれば、上記熱いプラズマ源は、主として、原料供給バルブと石英管、ケーシングパイプ及び反応気体入口からなる。
【００１７】
本発明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。
【００１８】
本発明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、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。
【００１９】
本発明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。
【００２０】
本発明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。
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明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、本発明は、それによって制限されることが無い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の合成アルミナセラミック粉末の流れ概念図である。
【図２】本発明の高周波プラズマ合成装置概念図である。
【図３】本発明の反応器-熱いプラズマ源概念図である。
【図４】本発明の3.5KWで合成した粉末の粒径分布曲線概念図である。
【図５】本発明の合成粉末のX線回折概念図である。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜図３は、それぞれ、本発明のアルミナセラミック粉末を合成する流れの概念図と本発明の高周波プラズマ合成装置概念図及び本発明の反応器-熱いプラズマ源概念図である。図のように、本発明は、高周波プラズマ合成方法であり、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と、マッチングボックス２１内に収納されて基板２２に設置され、マッチング回路２３を介して、誘導コイル３１にカップリングされる高周波生成器２と、その一端が、上記供給装置１に連結され、もう一端が、上記基板２２に貫設され、巻き数が２〜６である誘導コイル３１を有する熱いプラズマ源３と、上記熱いプラズマ源３のもう一端に連結される反応室４と、上記反応室４に連結される粉末収集ユニット５と、上記粉末収集ユニット５に連結される真空ポンプ６と、を有する高周波プラズマ合成装置を用意するステップＳ11（Ａ）と、ドロス（Dross）や焼却灰（Incinerator ash）である上記アルミニウムかすを、上記供給装置１を介して、キャリヤガスの輸送により、上記反応室４に導入する処理待ちのアルミニウムかすを用意するステップＳ１２（Ｂ）と、上記反応室４に対して、上記真空ポンプ６により、真空にさせ、上記アルミニウムかすに、真空雰囲気において、保護気体と反応気体を導入し、上記高周波生成器２で、上記熱いプラズマ源３に対してRFエネルギーを生成し、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が行われ、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ステップＳ１３（Ｃ）と、上記粉末収集ユニットで、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るステップＳ１４（Ｄ）と、が含有される。上記により、新規の高周波プラズマ合成方法が構成される。
【００２４】
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発生でき、上記粉末収集ユニット５は、図２のように、上記反応室４に連結された第一導管５１と、上記第一導管５１に連結された第二導管５２と、上記第二導管５２に連結されたろ過管５３と、が備えられ、上記ろ過管５３に、更に、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と第二導管５２及びろ過管５３により、収集されて排出され、上記真空ポンプ６は、上記ろ過管５３に連結される。
【００２５】
上記熱いプラズマ源３は、図３のように、主として、原料送料バルブ（図示せず）と石英管３２、ケーシングパイプ３３及び反応気体入口３４からなり、上記熱いプラズマ源３は、RFエネルギーで、気体分子イオン化を励起させて、プラズマ流の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の何れかの一つを生成する。
【００２６】
本発明による高周波プラズマ合成装置は、1.2キロ/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、熱いプラズマ源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４にスプレーすることができる。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/分の供給速度で、反応室４に対して供給し、上記反応室４に、保護気体として、アルゴンガスが導入されて混み込まれ、18 SLPMの流量で供給されて時間軸を安定させ、また、アルミニウムかすが、熱いプラズマ火炎に案内され、時軸方向に、出発原料とする反応気体として、酸素ガスが送られる。アルミニウムかすを、熱いプラズマ処理と高温によって浄化することにより、高純度のアルミナセラミック粉末が得られる。最後に、粉末収集ユニット５によって、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、その重力作用により、直接に、上記第一導管５１を経由して、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、ただ、より良い実施例であり、それによって、制限されることなく、実用に応じて、適当に調整することもできる。
【００２７】
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、本発明において、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に向上すると、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。
【００２８】
図４は、本発明の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、すべ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、すべ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、すべての合成されたアルミナ粉末の90%になる。また、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。
【００２９】
図５は、本発明の合成粉末のX線回折概念図である。図のよう、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、合成された粉末が、より高い強度を有する。
【００３０】
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。
【００３１】
【表１】
0005983969.tif 000003
【００３２】
本発明は、熱いプラズマ技術を、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、本発明による方法や装置を利用して、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。
【００３３】
以上のように、本発明に係る高周波プラズマ合成方法は、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、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。
【００３４】
以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許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、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１      供給装置
２      高周波生成器
２１    マッチングボックス
２２    基板
２３    マッチング回路
３      熱いプラズマ源
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
S11〜S14  ステップ
【図１】
0005983969.tif 000004
【図２】
0005983969.tif 000005
【図３】
0005983969.tif 000006
【図４】
0005983969.tif 000007
【図５】
0005983969.tif 000008
【図６】
0005983969.tif 000009