(57)【要約】【課題】より低コストなテトラヒドロほう酸塩の製造方法を提供すること。【解決手段】ほう酸塩及び炭素系還元剤を含む被処理物に対し、水素を構成元素として含有するガス雰囲気中で、粉砕メディアを用いてメカノケミカル処理を施すメカノケミカル処理工程を備える、テトラヒドロほう酸塩の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほう酸塩及び炭素系還元剤を含む被処理物に対し、水素を構成元素として含有するガス雰囲気中で、粉砕メディアを用いてメカノケミカル処理を施すメカノケミカル処理工程を備える、テトラヒドロほう酸塩の製造方法。
【請求項２】
前記メカノケミカル処理工程が、下記式（Ａ）で表されるＥが１５０ｋＪ・ｓ／ｋｇ超となるようにして実施される、請求項１に記載の製造方法。
Ｅ＝１／２ｍ１ｖ２・ｔ／ｍ２      （Ａ）
［式（Ａ）中、Ｅは被処理物の単位重量当たりの粉砕エネルギーの時間積（ｋＪ・ｓ／ｋｇ）、ｍ１は粉砕メディアの総重量（ｋｇ）、ｖは粉砕メディアの速度（ｍ／ｓ）、ｍ２は被処理物の重量（ｋｇ）、ｔは処理時間（ｓ）、をそれぞれ示す。］
【請求項３】
前記処理時間ｔが１５００〜３６０００（ｓ）である、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記メカノケミカル処理工程前に、前記ほう酸塩を加熱する予備加熱工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記メカノケミカル処理工程が、高温反応場を生じさせる第一の処理工程と、低温反応場を生じさせる第二の処理工程とを備え、前記高温反応場及び前記低温反応場の温度差が２００℃以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第一の処理工程が８００℃以上の反応場を生じさせる工程である、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記第二の処理工程が６００℃以下の反応場を生じさせる工程である、請求項５又は６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記ほう酸塩の平均粒子径が１ｍｍ以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記ほう酸塩がメタほう酸ナトリウムである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記メカノケミカル処理工程前に、テトラヒドロほう酸塩と水とを反応させてほう酸塩を得るほう酸塩調製工程をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、テトラヒドロほう酸塩の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ほう酸塩を水素化することによりテトラヒドロほう酸塩を製造する方法として、約５５０℃、２．３ＭＰａの水素雰囲気下で、メタほう酸ナトリウム粉末とマグネシウム粉末とを２時間程度反応させる方法が知られている。（例えば、特許文献１参照）。また、別の方法として、約３００℃、１ＭＰａの水素雰囲気下で、メタほう酸ナトリウム粉末と粒状アルミニウムとを、粒状アルミニウムを圧延粉砕しながら１時間程度反応させる方法が知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２４６８４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／１９０４０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの特許文献に記載された技術では、還元金属であるマグネシウムやアルミニウムを消耗材として消費するため、産業応用した場合には非常に高コストなプロセスを含むこととなる。
【０００５】
本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、より低コストなテトラヒドロほう酸塩の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係るテトラヒドロほう酸塩の製造方法は、ほう酸塩及び炭素系還元剤を含む被処理物に対し、水素を構成元素として含有するガス雰囲気中で、粉砕メディアを用いてメカノケミカル処理を施すメカノケミカル処理工程を備えるものである。
【０００７】
一実施形態において、メカノケミカル処理工程は、下記式（Ａ）で表されるＥが１５０ｋＪ・ｓ／ｋｇ超となるようにして実施してもよい。
Ｅ＝１／２ｍ１ｖ２・ｔ／ｍ２      （Ａ）
式（Ａ）中、Ｅは被処理物の単位重量当たりの粉砕エネルギーの時間積（ｋＪ・ｓ／ｋｇ）、ｍ１は粉砕メディアの総重量（ｋｇ）、ｖは粉砕メディアの速度（ｍ／ｓ）、ｍ２は被処理物の重量（ｋｇ）、ｔは処理時間（ｓ）、をそれぞれ示す。
【０００８】
一実施形態において、処理時間ｔは１５００〜３６０００（ｓ）であってもよい。
【０００９】
一実施形態において、上記製造方法は、メカノケミカル処理工程前に、ほう酸塩を加熱する予備加熱工程をさらに備えていてもよい。
【００１０】
一実施形態において、メカノケミカル処理工程が、高温反応場を生じさせる第一の処理工程と、低温反応場を生じさせる第二の処理工程とを備えていてもよい。その際、高温反応場及び低温反応場の温度差は２００℃以上とすることができる。
【００１１】
一実施形態において、第一の処理工程が８００℃以上の反応場を生じさせる工程であってもよい。
【００１２】
一実施形態において、第二の処理工程が６００℃以下の反応場を生じさせる工程であってもよい。
【００１３】
一実施形態において、ほう酸塩の平均粒子径は１ｍｍ以下であってもよい。
【００１４】
一実施形態において、ほう酸塩はメタほう酸ナトリウムであってもよい。
【００１５】
一実施形態において、上記製造方法は、メカノケミカル処理工程前に、テトラヒドロほう酸塩と水とを反応させてほう酸塩を得るほう酸塩調製工程をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば、より低コストなテトラヒドロほう酸塩の製造方法を提供することができる。本開示の製造方法は産業応用に非常に適していると言える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】テトラヒドロほう酸塩の製造装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、場合により図面を参照しつつ本開示の実施形態について詳細に説明する。ただし、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
＜テトラヒドロほう酸塩の製造方法＞
本実施形態に係るテトラヒドロほう酸塩の製造方法は、ほう酸塩及び炭素系還元剤を含む被処理物に対し、水素（Ｈ）を構成元素として含有するガス雰囲気中で、粉砕メディアを用いてメカノケミカル処理を施すメカノケミカル処理工程を備えるものである。
【００２０】
（メカノケミカル処理工程）
発明者らが先行文献の知見に基づき、コストを低減するべく、単にアルミニウムを炭素系材料に置き換えて検討をしたところ、メタほう酸ナトリウムを水素化して水素化ほう素ナトリウムを製造することができないことが判明した。この理由は定かではないが、発明者らは次のように推察している。以下、水素（Ｈ）を構成元素として含有するガスとして水素ガスを、ほう酸塩としてメタほう酸ナトリウム（ＮａＢＯ２）を、炭素系還元剤として黒鉛をそれぞれ用いた場合を例にとり説明する。
【００２１】
この場合、本工程では以下の２つの化学反応が生じると考えられる。
ＮａＢＯ２＋２Ｃ＋２Ｈ２→ＮａＢＨ４＋２ＣＯ      （１）
ＮａＢＯ２＋２ＣＯ＋２Ｈ２→ＮａＢＨ４＋２ＣＯ２      （２）
【００２２】
上記反応では、具体的には、まず、メカノケミカル反応によって炭素表面に生じたプラスイオンと水素とが接触して炭化水素となり、プロタイド（Ｈ−）が生成すると考えられる。また、メタほう酸ナトリウムのＢ−Ｏ結合の解離エネルギーよりも、炭素と酸素との結合エネルギーの方が高いため、ほう酸原子に結合している酸素が炭素により解離され、代わりにプロタイドが置換結合する。これにより、二酸化炭素とテトラヒドロほう酸ナトリウム（ＮａＢＨ４）を得ることができる。
【００２３】
このように、上記化学反応においては第一段階として炭化水素が生成することが重要である。しかしながら、先行文献の開示内容や、一般的に最適と考えられているメディア型粉砕処理の各種条件に基づきこの反応を進行させようとしても、必要とするこの炭化水素がそもそも生成されていない可能性があると考えた。そこで、炭化水素を生じさせるべく試行錯誤を重ねた結果、処理条件を従来よりも苛酷にすることが極めて重要であることを見出し、下記式（Ａ）を規定するに至った。アルミニウムやマグネシウムに代えて炭素を還元剤として用い、テトラヒドロほう酸塩を得ることができると言うことは、コスト低減の観点から非常に大きなメリットである。
【００２４】
なお、炭素系還元剤を用いる系では、最終的には二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。二酸化炭素は常温常圧下で気体であるため、本工程終了後に固体であるテトラヒドロほう酸塩から容易に分離することができる。常温常圧下で固体の化合物が生成されるマグネシウムやアルミニウムを用いた場合に比べ、製造効率及びコストを大幅に向上することができる。
【００２５】
水素（Ｈ）を構成元素として含有するガスとしては、例えば、水素ガス、炭化水素ガス、ＮＨ３ガス等が挙げられる。なお、予め炭化水素（ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ６Ｈ６等）を用いることで、プロタイドを容易に供給できる。これにより、製造効率をより向上することができる。
【００２６】
メカノケミカル処理工程は、具体的には、下記式（Ａ）に示されるように、被処理物の単位重量当たりの粉砕エネルギーの時間積Ｅが１５０ｋＪ・ｓ／ｋｇ超となるようにして実施することができる。これにより炭素と水素とが反応して炭化水素が生じ、その結果としてテトラヒドロほう酸塩を得ることができる。
Ｅ＝１／２ｍ１ｖ２・ｔ／ｍ２      （Ａ）
Ｅ：被処理物の単位重量当たりの粉砕エネルギーの時間積（ｋＪ・ｓ／ｋｇ）
ｍ１：粉砕メディアの総重量（ｋｇ）
ｖ：粉砕メディアの速度（ｍ／ｓ）
ｍ２：被処理物の重量（ｋｇ）
ｔ：処理時間（ｓ）
【００２７】
上記エネルギーの時間積Ｅは２５０ｋＪ・ｓ／ｋｇ以上であってもよく、５００ｋＪ・ｓ／ｋｇ以上であってもよい。また、Ｅの上限は特に限定されないが、長時間処理による生産性低下、生産コスト上昇等を抑制する観点からは、４０００ｋＪ・ｓ／ｋｇとすることができる。
【００２８】
上記式（Ａ）中、ｍ１：粉砕メディアの総重量、ｖ：粉砕メディアの速度、ｍ２：被処理物の重量、及びｔ：処理時間は、所望のＥ値を得られるように適宜調整することができる。いずれも特に限定されるものではないが、例えばｍ１は５〜１５０００ｋｇとすることができ、ｖは５〜３０ｍ／ｓとすることができ、ｍ２は０．５〜２０００ｋｇとすることができ、ｔは１５００〜３６０００ｓとすることができる。なお、ｔは１８００〜１００００ｓであってもよく、１８００〜５０００ｓであってもよい。ただし、これらの数値範囲はあくまでも一例にすぎず、メカノケミカル処理に使用する機器の規模等に応じて調整可能である。
【００２９】
粉砕メディアの材質は、クロム鋼、ステンレス、ジルコニア、アルミナ、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、窒化珪素、珪石、チタニア、タングステン、等が挙げられる。また、粉砕メディアの平均径は２〜５００ｍｍとすることができる。粉砕メディアとしては球状であるものが好ましく、真球であってもよい。粉砕メディアが真球状に近いほど、粉砕メディアと被処理物とが衝突する際に局所的高エネルギー場が発生し易い。
【００３０】
炭素系還元剤の材質は、黒鉛、石墨、カーボンブラック、活性炭、木炭、石炭、コークス等の炭素系材料が挙げられる。また、炭素系還元剤の平均粒子径は０．１〜３００ｍｍとすることができる。炭素系還元剤は粒子状（球状）とすることができるが、円柱状や扁平形状等の形状であってもよい。なお、炭素系還元剤が円柱状や扁平形状である場合は、炭素系還元剤の長軸方向の長さを、炭素系還元剤の粒子径とすればよい。
【００３１】
粉砕メディアの平均径に対する炭素系還元剤の平均粒子径の比（炭素系還元剤の平均粒子径／粉砕メディアの平均径）は１／３以下とすることができ、１／１０以下であってもよい。当該比の下限は、微小サイズの炭素系還元材の入手性及びコストの観点から、１／５０００とすることができる。このように、炭素系還元剤が粉砕メディアよりも充分に小さいことで、上記の局所的高エネルギー場に巻き込まれ易くなる。
【００３２】
粉砕メディアの全容積に対する被処理物の全容積の比は０．０１〜１．５とすることができ、０．０５〜１であってもよい。
【００３３】
メカノケミカル処理工程を実施する手段としては、例えばボールミルが挙げられる。ボールミルは粉砕処理効率が高く、メカノケミカル効果を効率よく生じさせることができる。これによりテトラヒドロほう酸塩を高速に製造することができ、製造コストを低く抑えることができる。同時に、ボールミルによれば大量粉砕処理が可能であるため、テトラヒドロほう酸塩を大量に製造することができ、製造コストを低く抑えることができる。なお、ボールミル装置は粉砕処理装置として一般的に広く使用されており、比較的簡便な装置構成でメカノケミカル処理が可能であるため、装置コスト及び運用コスト共に安価に抑えることができる。
【００３４】
なお、本実施形態において、ボールミルとは広義のボールミル（粉体工学便覧第２版参照）を意味し、いわゆる転動ボールミル（ポットミル、チューブミル及びコニカルミル）、振動ボールミル（円振動型振動ミル、旋回型振動ミル及び遠心ミル）、並びに遊星ミルを含む概念である。
【００３５】
メカノケミカル処理の条件は特に限定されず、上記式（Ａ）を満たす範囲において適宜調整することができる。例えばボールミルの場合、容器の回転数は１０〜１８０回転／分とすることができる。また、処理時間ｔは上記のとおりである。
【００３６】
メカノケミカル処理工程は、ほう酸塩を加熱しながら実施することができる。本工程においては、ほう酸塩に対するメカノケミカル処理により、ほう酸塩から解離した酸素と雰囲気水素とが反応して水が生じる。そのため、ほう酸塩を加熱しながらメカノケミカル処理を実施することで、生成した水と、ほう酸塩が水素化されて生じるテトラヒドロほう酸塩とが反応してしまうことをより抑制し易くなる。加熱温度は１００〜５００℃とすることができる。
【００３７】
メカノケミカル処理工程は、二段階処理とすることができ、高温反応場を生じさせる第一の処理工程と、低温反応場を生じさせる第二の処理工程を備えることができる。ここでいう高温反応場及び低温反応場は、処理雰囲気の温度に基づくものではなく、メカノケミカル処理により粉砕メディア及び被処理物の周囲に生じる局所的な温度に基づくものである。
【００３８】
第一の処理工程は、８００℃以上の反応場を（局所的に）生じさせる工程であってもよい。このような高温反応場では、ほう酸塩から解離した酸素と炭素系還元剤の炭素とが反応して一酸化炭素を生成する反応が優先して進行し易い。第一段階として系内に一酸化炭素を生成することにより、処理効率がより向上する。高温反応場の温度は９００℃以上であってもよい。高温反応場の温度上限は特に制限されないが、１４００℃とすることができる。高温反応場を生じさせるためには、例えば処理雰囲気の温度を高くしたり、粉砕条件を高エネルギー側にシフトしたりすればよい。処理雰囲気の温度の観点からは、例えば第一の処理工程は、ほう酸塩を１００〜５００℃で加熱しながら実施することができる。
【００３９】
第二の処理工程は、６００℃以下の反応場を（局所的に）生じさせる工程であってもよい。このような低温反応場では、ほう酸塩から解離した酸素と一酸化炭素の炭素とが反応して二酸化炭素を生成する反応が進行し易い。低温反応場の温度は５００℃以下であってもよい。低温反応場の温度下限は特に制限されないが、２０℃とすることができる。低温反応場を生じさせるためには、例えば処理雰囲気の温度を低くしたり、粉砕条件を低エネルギー側にシフトしたりすればよい。処理雰囲気の温度の観点からは、例えば第二の処理工程は、ほう酸塩を常温（２０℃）〜１００℃未満で（必要に応じ）加熱しながら実施することができる。
【００４０】
高温反応場と低温反応場との反応場の温度差は２００℃以上とすることができるが、３００℃以上であってもよい。
【００４１】
第一及び第二の処理工程における局所的な反応場の温度は、エリンガム線図に基づく次に示す方法により判定することができる。ほう酸塩及び炭素系還元剤を含む被処理物に対し、水素を構成元素として含有するガス雰囲気中で、粉砕メディアを用いてメカノケミカル処理を施した場合に、炭素系還元材の重量が減少して一酸化炭素の重量が増加する反応が生じるときには、局所的な反応場の温度が８００℃以上であるといえる。これはエリンガム線図にて、８００℃以上の反応場では炭素が一酸化炭素に変化する酸化反応が他の酸化反応に優先することが示されていることによるものである。一方で、ほう酸塩及び一酸化炭素を除く炭素系還元剤を含む被処理物に対し、水素を構成元素として含有するガス雰囲気中で、粉砕メディアを用いてメカノケミカル処理を施した場合に、水素を構成元素として含有するガスの重量が減少して水の重量が増加する反応が生じるときには、局所的な反応場の温度が６００℃以下であるといえる。これはエリンガム線図にて、６００℃以下の反応場では水素が水に変化する酸化反応が、他の酸化反応に優先することが示されていることによるものである。さらには、ほう酸塩及び一酸化炭素及びその他炭素系還元剤を含む被処理物に対し、水素を構成元素として含有するガス雰囲気中で、粉砕メディアを用いてメカノケミカル処理を施した場合に、一酸化炭素の重量が減少して二酸化炭素の重量が増加する反応が生じるときには、局所的な反応場の温度が６００℃以下であるといえる。これはエリンガム線図にて、６００℃以下の反応場では一酸化炭素が二酸化炭素に変化する酸化反応が、他の酸化反応に優先することが示されていることによるものである。
【００４２】
ほう酸塩は、吸湿剤と共にメカノケミカル処理に供されてもよい。吸湿剤としては、生石灰、シリカゲル、ベントナイト、塩化マグネシウム、塩化カルシウム等が挙げられる。これにより、上記のとおりメカノケミカル処理により生じる水を除去することができるため、メカノケミカル処理効率をより向上させることができる。
【００４３】
（予備加熱工程）
本実施形態に係る製造方法は、メカノケミカル処理工程前に、ほう酸塩を加熱する予備加熱工程をさらに備えていてもよい。本工程により、ほう酸塩水和物が結晶水として含んでいる水を予め除去することができる。そのため、メカノケミカル処理工程において無用の水分が存在せず、メカノケミカル処理効率を向上でき、テトラヒドロほう酸塩を製造する速度を速めることができる。
【００４４】
予備加熱工程は、ほう酸塩の種類や量に依るが、例えば４０〜３００℃にて０．１〜１時間の条件にて実施することができる。
【００４５】
（ほう酸塩調製工程）
本実施形態に係る製造方法は、メカノケミカル処理工程前に（かつ予備加熱工程を設ける場合は当該予備加熱工程前に）、テトラヒドロほう酸塩と水とを反応させてほう酸塩を得る工程をさらに備えていてもよい。テトラヒドロほう酸塩を水素キャリアとして用い、水素の需要場にてテトラヒドロほう酸塩に水を加えることにより水素を取出して使用した後、その化学反応において生じた残渣であるほう酸塩を水素供給場に戻して再度水素化することで、テトラヒドロほう酸塩を再生することができる。脱水素と再水素化を繰り返し生じさせて水素を輸送貯蔵できるので、安価に水素を輸送貯蔵することが可能になる。例えば、テトラヒドロほう酸塩としてテトラヒドロほう酸ナトリウムを用いた場合、本工程にて以下の反応（４）が生じると考えられる。
ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＮａＢＯ２＋４Ｈ２      （４）
【００４６】
＜ほう酸塩及びテトラヒドロほう酸塩＞
（ほう酸塩）
ほう酸塩としては、例えばメタほう酸塩、四ほう酸塩、五ほう酸塩等のほう酸塩が挙げられる。メタほう酸塩としては、例えばＮａＢＯ２、ＫＢＯ２、ＬｉＢＯ２、Ｃａ（ＢＯ２）２、Ｍｇ（ＢＯ２）２等が挙げられる。四ほう酸塩としては、例えばＮａ２Ｂ４Ｏ７、Ｎａ２Ｏ・２ＢＯ３、Ｋ２Ｏ・Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、Ｍｇ３Ｂ４Ｏ９等が挙げられる。五ほう酸塩としては、例えばＮａＢ５Ｏ８、Ｎａ２Ｏ・５Ｂ２Ｏ３、ＫＢ５Ｏ８、Ｋ２Ｏ・５Ｂ２Ｏ９、ＬｉＢ５Ｏ８等が挙げられる。また、天然のほう酸塩鉱物であるＮａ２Ｂ４Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７・４Ｈ２Ｏ、Ｃａ２Ｂ６Ｏ１１・５Ｈ２Ｏ、ＣａＮａＢ５Ｏ９・６Ｈ２Ｏ、Ｍｇ７Ｃｌ２Ｂ１７Ｏ３０等を用いることもできる。入手容易性、入手コスト、化学的安定性、水素脱着容易性、水素貯蔵密度等の観点からは、ほう酸塩としてメタほう酸ナトリウムを用いてもよい。
【００４７】
ほう酸塩は、メカノケミカル処理効率をより向上するという観点から粉末状とすることができる。その際、ほう酸塩の平均粒子径は、１ｍｍ以下とすることができ、５００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以下であってもよい。下限は特に限定されないが、５μｍとすることができる。
【００４８】
（テトラヒドロほう酸塩）
テトラヒドロほう酸塩としては、上記に例示したほう酸塩に対応する水素化物が挙げられる。例えば、ほう酸塩としてメタほう酸塩を用いた場合、ＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、ＬｉＢＨ４、Ｃａ（ＢＨ４）２、Ｍｇ（ＢＨ４）２等が挙げられる。
【００４９】
＜テトラヒドロほう酸塩の製造装置＞
図１は、テトラヒドロほう酸塩の製造装置の一例を示す模式図である。図１に示す装置１００は、円筒状の反応容器１０、反応容器１０の両端面のそれぞれの中心部に連結された第一シャフト（ボールミルシャフト）１１、各第一シャフト１１を回転可能な状態に支持する軸受１２、及び軸受１２を支持する架台１３を備えるミル機構と、駆動モーター２０、及び駆動モーター２０の駆動力により回転する第二シャフト（モーターシャフト）２１を備えるモーター機構と、を備える。また、駆動ベルトＢが、第一シャフト及び第二シャフトがそれぞれ備えるプーリー（図では駆動ベルトＢ裏部にあるため点線にて表記）の外周に掛けられている。第二シャフト２１の回転力は、駆動ベルトＢを介して第一シャフト１１の一方に伝えられる。これにより、第一シャフト１１に連結されている反応容器１０が回転する。
【００５０】
反応容器１０は円筒状の耐熱及び耐圧容器であり、内部を密閉可能となっている。反応容器１０の材質は、ほう酸塩の水素化反応に影響を及ぼさず、水素脆化の影響が少ない金属材料（鋼材）とすることができる。反応容器１０内の雰囲気（温度、ガス圧等）は、雰囲気調整機構（図示せず）により適宜調整することができる。なお、反応容器１０内には被処理物（ほう酸塩３０、炭素系還元剤３１、粉砕メディア３２等）が収容されている。容器内部では、反応容器１０の回転により粉砕メディア３２による摩砕力及び衝撃力が発生する。これにより、ほう酸塩３０がメカノケミカル処理され、テトラヒドロほう酸塩を得ることができる。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例により本開示をさらに詳しく説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
図１に示す装置を用いて、テトラヒドロほう酸塩の製造を行った。ほう酸塩としてＮａＢＯ２・４Ｈ２Ｏ（メタほう酸ナトリウム四水和物）（キシダ化学株式会社製、含量９８質量％）を準備した。これをボールミルで粉砕処理しながら１６０℃で１５分間加熱して結晶水を除去し、ＮａＢＯ２（無水メタほう酸ナトリウム）を得た。得られたＮａＢＯ２の平均粒子径は１００μｍであった。平均粒子径はデジタルマイクロスコープにより測定した。また、炭素系還元剤として活性炭を準備した。炭素系還元剤は粒状であり、平均粒子径は３．５ｍｍであった。
【００５３】
次に、ＮａＢＨ４を４０ｋｇ生成することを想定し、反応容器１０内にＮａＢＯ２、炭素系還元剤、及び粉砕メディア（平均径３０ｍｍクロム鋼球）を所定量入れ、反応容器１０内を真空引きした。これにより反応容器１０内の空気（酸素）を排気し、その後水素を注入した。
【００５４】
駆動モーター２０の電源を入れ、反応容器１０の回転を開始した。反応容器１０の回転中は反応容器１０内を３００℃に加熱するとともに、水素を循環フロー注入した。循環フローにより取り出された反応容器１０内雰囲気は冷却コンデンサにより処理され、水分と水素・一酸化炭素の混合気体とを分離した後、水素・一酸化炭素の混合気体を反応容器１０内に再注入した。被処理物の単位重量当たりの粉砕エネルギーの時間積Ｅ（ｋＪ・ｓ／ｋｇ）が所定値のおよそ半分になるまで、反応容器１０の回転を継続した。反応容器１０内における一酸化炭素濃度の増加は、一酸化炭素濃度計（新コスモス電機株式会社製、ＸＰ−３１６０）により確認した。エリンガム線図によると、この工程では、粉砕メディアの衝突によって発生する局所的高エネルギー反応場において、８００℃以上の反応温度が得られていたと考えられる。
【００５５】
次に、水素・一酸化炭素の混合気体を継続的に循環フロー注入しつつ、反応容器１０内を常温（２０℃）にした。循環フローにより取り出された反応容器１０内雰囲気は冷却コンデンサにより処理され、水分と水素・一酸化炭素・二酸化炭素の混合気体とを分離した後、水素・一酸化炭素・二酸化炭素の混合気体を反応容器１０内に再注入した。被処理物の単位重量当たりの粉砕エネルギーの時間積Ｅ（ｋＪ・ｓ／ｋｇ）が所定値になるまで、反応容器１０の回転を継続した。反応容器１０内における二酸化炭素濃度の増加は、二酸化炭素濃度計（新コスモス電機株式会社製、ＸＰ−３１４０）により確認した。エリンガム線図によると、この工程では、粉砕メディアの衝突によって発生する局所的高エネルギー反応場において、６００℃以下の反応温度が得られていたと考えられる。
【００５６】
その後、回転を停止し、処理後の被処理物を取り出した。被処理物から、テトラヒドロほう酸ナトリウムと、粉砕メディアとを分離した後、所望のテトラヒドロほう酸ナトリウムを得た。なお、以上の実験条件の詳細を以下の表１に示す。
【００５７】
【表１】
2019199369.tif 000003
【００５８】
表中、水素化率（転化率）は、次のように算出した。まず、処理後の被処理物中に含まれるテトラヒドロほう酸ナトリウムを加水分解し、それにより生成した水素を定量した。水素量は、生成した気体容積を測定したうえで、気体を窒素にて２００倍希釈したものを水素検知管（光明理化学工業株式会社製、測定濃度範囲０．０５〜０．８％）で測定した水素濃度から算出した。そして、１００％転化した場合の水素量を基準とし、上記のように定量された水素量から、水素化率を算出した。
【符号の説明】
【００５９】
１０…反応容器、１１…第一シャフト、１２…軸受、１３…架台、２０…駆動モーター、２１…第二シャフト、３０…ほう酸塩、３１…炭素系還元剤、３２…粉砕メディア、１００…テトラヒドロほう酸塩の製造装置、Ｂ…駆動ベルト。
【図１】
2019199369.tif 000004