(57)【要約】  標的金属と非標的金属とを含む合金中の１種以上の標的金属を選択的に酸化する方法を提供する。この方法は、ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を、酸素化アトマイズガスの存在下、該合金中の１種以上の標的金属を酸化するが、非標的金属を酸化しない酸化電位とするのに十分な条件で、破砕すると同時に酸化するステップと、ｉｉ）処理された合金を固化させるステップと、を含む。この方法は、非標的ベースメタルの精製に有用である。また、この方法は、所望の含量で１種以上の酸化標的金属を含む金属化合物の製造にも有用であり、プラズマ溶射による表面塗装で一般的に達成される理論的最大量を超える含量とすることができる。
2021515111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の標的金属と少なくとも１種の非標的金属とを含む合金中の１種以上の標的金属を選択的に酸化する方法であって、
ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を、酸素化アトマイズガスの存在下、該合金中の１種以上の標的金属を酸化するが、非標的金属を酸化しない酸化電位とするのに十分な条件で、破砕すると同時に酸化するステップと、
ｉｉ）処理された合金を固化させるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記合金を、１１５０〜２０００℃の範囲の温度で溶融させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項の方法。
【請求項３】
前記酸素化アトマイズガスが、１５〜１００％の酸素を含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項４】
前記酸素化アトマイズガスを、６０〜１００ｐｓｉの範囲の圧力で、溶融した合金に適用して、該合金中の標的金属を破砕および酸化することを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項５】
ステップｉ）が溶射装置を用いて行われることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項６】
前記溶射装置が溶線式アーク溶射装置であることを特徴とする、請求項５の方法。
【請求項７】
前記合金を、２６．５〜３５．５ボルトおよび１５０〜２６０アンペアの電力と、６０〜１００ｐｓｉの範囲のアトマイズガス圧とにより溶融させることを特徴とする、請求項５または６の方法。
【請求項８】
前記非標的金属の前記合金中に占める量が５０％を超えていることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項９】
前記酸化された標的金属を、固化した処理合金から分離するステップをさらに含む、請求項１の方法。
【請求項１０】
合金からベースメタルを精製する方法であって、
ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を、酸素化アトマイズガスの存在下、該合金中の不純物の酸化電位以上であり、ベースメタルの酸化電位未満である酸化電位とするのに十分な条件で、破砕すると同時に酸化するステップと、
ｉｉ）処理された合金を固化させ、該合金中の酸化されていない粒子から酸化された粒子を分離するステップと、
ｉｉｉ）精製されたベースメタルを含む酸化されていない粒子を集めるステップと、
ｉｖ）必要に応じてステップｉ）〜ｉｉｉ）を繰り返して、ベースメタルの純度を高めるステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記合金を、１１５０〜２０００℃の範囲の温度で溶融させ、前記酸素化アトマイズガスを、６０〜１００ｐｓｉの範囲の圧力で、溶融した合金に適用して、該合金中の不純物を破砕および酸化することを特徴とする、請求項１０の方法。
【請求項１２】
酸化されていない粒子が溶解しない浸出剤（ｌｉｘｉｖｉａｎｔ）中に、酸化された粒子を溶解させることにより、酸化されていない粒子から酸化された粒子を分離することを特徴とする、請求項１０の方法。
【請求項１３】
前記浸出剤が、無毒の酸溶液であることを特徴とする、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記浸出剤が、カルボン酸または無機酸を含有することを特徴とする、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記カルボン酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、シュウ酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、安息香酸および炭酸からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記無機酸が、硫酸、リン酸およびホウ酸からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記浸出剤がアルカリ溶液であることを特徴とする、請求項１２の方法。
【請求項１８】
前記浸出剤が、リン酸二水素ナトリウムまたは水酸化ナトリウムであることを特徴とする、請求項１７の方法。
【請求項１９】
前記酸化された粒子と酸化されていない粒子を、重力分離により分離することを特徴とする、請求項１０の方法。
【請求項２０】
前記ベースメタルが貴金属であることを特徴とする、請求項１０の方法。
【請求項２１】
前記ベースメタルが、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１０の方法。
【請求項２２】
前記ベースメタルの純度が少なくとも約５０％であることを特徴とする、請求項１０の方法。
【請求項２３】
前記酸化された粒子を集め、溶媒抽出または沈殿により１種以上の溶質金属と分離するステップをさらに含む、請求項１０の方法。
【請求項２４】
ステップｉ）が溶射装置を用いて行われることを特徴とする、請求項１０の方法。
【請求項２５】
前記溶射装置が溶線式アーク溶射装置であることを特徴とする、請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記合金を、２６．５〜３５．５ボルトおよび１５０〜２６０アンペアの電力で溶融させ、６０〜１００ｐｓｉの範囲のアトマイズガス圧で処理することを特徴とする、請求項２４または２５の方法。
【請求項２７】
所定の酸化物含量を有する金属化合物を合金から製造する方法であって、
ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を、酸素化アトマイズガスの存在下、該合金中の１種以上の酸化される標的金属の酸化電位以上であって、該合金中の非標的金属の酸化電位未満である酸化電位とするのに十分な条件で、破砕すると同時に酸化するステップと、
ｉｉ）該条件を変更して、該１種以上の標的金属の酸化を停止させて、標的金属の酸化を所定の程度とするステップと、
ｉｉｉ）溶融した合金を固化させて、所定の酸化物含量を有する金属化合物を得るステップと、
を含む方法。
【請求項２８】
前記合金を、１１５０〜２０００℃の範囲の温度で溶融させ、前記酸素化アトマイズガスを、６０〜１００ｐｓｉの範囲の圧力で、溶融した合金に適用して、該合金中の不純物を破砕および酸化することを特徴とする、請求項２７の方法。
【請求項２９】
ステップｉｉ）で、温度を下げ、かつ／またはアトマイズガス圧を下げることにより、前記条件を変更することを特徴とする、請求項２８の方法。
【請求項３０】
ステップｉ）が溶射装置を用いて行われることを特徴とする、請求項２７の方法。
【請求項３１】
前記合金を、２６．５〜３５．５ボルトおよび１５０〜２６０アンペアの電力で溶融させ、６０〜１００ｐｓｉの範囲のアトマイズガス圧で処理することを特徴とする、請求項３０の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、金属を酸化する方法、特に、合金内の金属を選択的に酸化する方法に関する。このような方法は、例えば、金、銀、白金、白金族金属、銅、ニッケル、および商業的価値のある他の金属などの、貴金属や一般的金属を含む溶媒金属の逆精製技術によって、合金から一般的金属を精製するのに有用である。この方法は、エンジニアード金属（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  ｍｅｔａｌｓ）／金属酸化物化合物の製造にも有用である。
【背景技術】
【０００２】
通常、貴金属および／または別の市販の有価金属は、宝飾品、カトラリー、時計や美術品、また電子部品、ケーブル、電気コネクタなどの工業用途部品に組み込まれている。多くの場合、これらの製品の寿命は限られており、金属を含むスクラップが相当量排出される。
【０００３】
スクラップ金属から金などの貴金属を回収する方法が開発されている。不純物から金を分離するには３種の主な方法がある。すなわち、燃焼法、電気化学法、および金を浸出または溶解した後、亜鉛末沈殿を行う方法である。貴金属の精製は、例えば金と銀などのように特性が類似している場合は非常に困難である。両金属の溶融点と電気化学的特性は類似しているため、貴金属を精製する方法は、燃焼法、浸出法、溶解／沈殿法および電気化学的方法の組み合わせを含みうる。
【０００４】
米国特許第４，４２６，２２５号は、プリント回路基板の製造中に生じるスクラップ材料から、目に見える金めっきを回収する方法を開示している。ベースメタルを、起泡剤の存在下、硝酸エッチング水溶液でエッチングし、生じた泡中で金片を回収する。
【０００５】
米国特許第４，６６８，２８９号は、ハロゲン化物イオンを含む浸出溶液を用いて、金含有スクラップから、金属形態の金を再生する方法を開示している。
【０００６】
カナダ特許第２，２３７，１７１号は、金原料を、強酸性かつ高酸化電位の溶液で処理することにより、金原料から不純物を浸出させるステップを含む、金を精製する方法を提供している。
【０００７】
既存の分離技術は、複雑で費用がかさみ、環境に良くない傾向がある。さらに、これらの分離方法で使用される装置には、大量の不純物が付着するので、頻繁にメンテナンスを行う必要がある。
【０００８】
プラズマ溶射法または溶射法は、ネットシェイプ製造や様々な塗装によく利用されている。反応性スプレー蒸着は、金属酸化物含量を求めるために、単一金属または二成分金属のインフライト酸化に利用される、十分に開発された技術である。しかし、このような方法は、エンジニアード金属／金属酸化物化合物の製造や、構成する溶質金属または不純物金属からの貴金属または一般的金属の精製には利用されていない。
【０００９】
したがって、合金のベースメタルを精製する、効率的かつ低コストで、環境に優しい方法が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様において、合金中の１種以上の金属を選択的に酸化する方法であって、
ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を、酸素の存在下、合金中の１種以上の標的金属を酸化する酸化電位とするのに十分な条件で、破砕すると同時に燃焼させるステップと、
ｉｉ）処理された合金を固化させ、合金中の酸化されていない粒子から酸化された粒子を分離するステップと、
を含む方法が提供される。
【００１１】
別の態様において、本発明は、合金からベースメタルを精製する方法であって、溶融状態の合金を酸素中で破砕すると同時に燃焼させて、不純物金属を酸化する方法に関する。
【００１２】
したがって、合金からベースメタルを精製する方法であって、
ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を、酸素の存在下、合金中の不純物の酸化電位以上であって、ベースメタルの酸化電位未満である酸化電位とするのに十分な条件で、破砕すると同時に燃焼させるステップと、
ｉｉ）処理された合金を固化させ、合金中の酸化されていない粒子から酸化された粒子を分離するステップと、
ｉｉｉ）精製されたベースメタルである酸化されていない粒子を集めるステップと、
ｉｖ）必要に応じてステップｉ）〜ｉｉｉ）を繰り返して、ベースメタルの純度を高めるステップと、
を含む方法が提供される。
【００１３】
別の態様において、所定の酸化物含量を有する金属化合物を製造する方法であって、
ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を、酸素の存在下、合金中の１種以上の酸化される標的金属の酸化電位以上であって、非標的金属の酸化電位未満である酸化電位とするのに十分な条件で、標的金属が所定の程度酸化するのに十分な時間をかけて、破砕すると同時に燃焼させるステップと、
ｉｉ）溶融した合金を固化させて、所定の標的酸化物含量を有する金属化合物を得るステップと、
を含む方法が提供される。
【００１４】
本発明のこれらの態様および別の態様は、発明を実施するための形態および以下の図面を参照することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プラズマ溶射法を用いてベースメタル中の生理化学的性質を変化させて、ベースメタルと不純物金属との分離を可能にする、本発明の実施形態を説明する図である。
【００１６】
【図２】溶線式アーク溶射装置を示す図である。
【００１７】
【図３】粉末注入のためのＨＶＯＦ溶射装置を示す図である。
【００１８】
【図４】ワイヤー状材料のためのＨＶＯＦ溶射装置を示す図である。
【００１９】
【図５】溶融液状材料を重力供給するための、ＨＶＯＦ溶射装置を示す図である。
【００２０】
【図６】本発明の実施形態による方法を実施するために使用される、溶射装置と封じ込めシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一態様では、少なくとも１種の標的金属と少なくとも１種の非標的金属を含む合金中の、１種以上の金属を選択的に酸化する方法が提供される。この方法は、ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を、酸素含有ガスの存在下、合金中の１種以上の標的金属を酸化するのに十分であるが、非標的金属の酸化電位未満である酸化電位とする条件で、破砕すると同時に燃焼させるステップと、ｉｉ）処理された合金を固化させるステップとを含む。
【００２２】
本方法の第１ステップでは、合金は、溶融、破砕、および合金中の標的金属の酸化に十分な条件に付される。合金は、固体状（ワイヤー）、粉末状、または液状でありうる。当業者が理解するように、溶融、破砕、および標的金属の酸化に利用される条件は、処理される個々の合金、処理が行われる環境の圧力、処理に使用されるガス、および合金中の金属が酸化される程度によって変化する。この点において、合金を溶融させるときの温度、溶融した合金を破砕するときのガスの力（アトマイズガスの圧力）、および酸素化アトマイズガスの酸素活量などの条件は、溶融合金粒子が生じるのに十分な条件であって、酸化される標的金属の酸化電位以上であるが、酸化されない金属（類）すなわち非標的金属の酸化電位未満である酸化電位とするのに十分なものであればよい。
【００２３】
当業者が理解するように、選ばれる条件は、標的金属を選択的に酸化するのに必要であるが、非標的金属を酸化しない酸化電位によって規定される。したがって、合金を溶融させる温度、アトマイズ酸素化ガスの圧力または力、アトマイズガスの酸素活量の条件は、標的金属が酸化されるように、ネルンストの式とターフェルの式にしたがって選択される。
【００２４】
合金を溶融させるために、通常、合金の溶融温度未満の温度、例えば、合金の溶融温度より約１５〜２５％低い温度、または合金の溶融温度より約２０％低い温度が用いられる。酸素の存在下、酸化が起こることで、合金が破砕して溶融粒子が生じる温度に上昇し、酸化物が形成される。破砕は通常、合金の液相線温度と、液相線温度より約２００℃高い温度との間の温度で起こる。本方法において、通常、約１１５０〜２０００℃の範囲の温度が使用される。
【００２５】
この方法を、溶射装置を用いて行ってもよい。溶射装置を用いて、合金を、空気、酸素または酸素富化ガスジェットへの暴露と共にプラズマ溶融に付して、溶融金属相を溶融金属粒子に破砕し、同時に標的金属を強熱して、選択的に金属酸化物とする。その後この金属酸化物はベースメタルまたは溶媒金属（例えば金や別の市販の有価金属）から分離されうる。本方法において、金属コーティング産業で一般的に使用される任意の溶射装置を、設計修正して、あるいはそのまま使用して、合金の破砕および選択的酸化を行うことができる。使用可能な溶射装置の例には、標準的なプラズマ溶射のための装置、爆発溶射のための装置、溶線式アーク溶射のための装置、高速酸素燃料溶射（ＨＶＯＦ）のための装置および、本明細書でより詳細に説明するような高速空気燃料（ＨＶＡＦ）のための装置が挙げられる。好ましい実施形態では、溶線式アーク溶射装置が使用される。
【００２６】
本方法の実施においては、溶射技術の従来の使用とは異なり、酸化を最小限にする従来の溶射条件ではなく、酸化条件で溶射装置を使用する。この点において、標的金属を酸化するが、非標的金属を酸化しない酸化電位となるように、条件を選択する。通常、本方法において、溶線式アーク溶射装置などの溶射装置により加えられる電圧（Ｖ）は、合金中で、最も低い酸化電位を有する第１の標的金属と、次に近い酸化電位を有する第２の標的金属または非標的金属との酸化電位差未満である。このレベルで電圧を加えると、溶融した液体金属が破砕され球状化が始まるような、適切な粘度変化（例えば、約２〜１２ｍ２ｓ−１の範囲）で、第１の標的金属が酸化される。溶射装置を用いて、通常、約１１５０〜２０００℃の範囲の温度となるのに十分な電力が使用される。約２６．５〜３５．５ボルトと１５０〜２６０アンペアの範囲の電力を用いることで、この温度が達成される。当業者が理解するように、電力（温度）は、所望の結果に応じて選択される。高温を生じさせる高電力は、小さな溶融粒子、例えば約１００ミクロン未満の粒子をもたらし、一方、低電力は逆の結果をもたらす。より大きな酸化レベルを得るには、より小さな粒子（１００ミクロン未満）が望ましく、より大きな表面積と、より大きな酸化レベルが得られる。
【００２７】
通常、本方法で使用されるアトマイズ酸素化ガスは、少なくとも約１５〜２０％の酸素、最大で１００％の酸素を含む。したがって、空気、酸素富化空気または純酸素でありうる。酸化に適した大きさの粒子に溶融合金を破砕するのに適切な圧力で、アトマイズガスを適用する。通常、アトマイズガスは、約６０〜１００ｐｓｉの範囲、好ましくは約７０〜９０ｐｓｉの範囲の圧力で適用される。一実施形態では、ガスは酸素であり、使用圧力は９０ｐｓｉ＋／−１０％である。別の実施形態では、ガスは空気（１５〜２０％酸素）であり、使用圧力は７０ｐｓｉ＋／−１０％である。当業者が理解するように、アトマイズガス圧は、所望の結果に応じて選択される。アトマイズガス圧を、例えば９０ｐｓｉに上げると、小さな溶融粒子、例えば約１００ミクロン未満の粒子が生じる。アトマイズガス圧を、例えば７０ｐｓｉに下げると、粒子粘度変化が小さくなり、大きな粒子、例えば１００〜１５０ミクロンの範囲の粒子が生じる。
【００２８】
本方法で使用される条件は相互に関連しており、１つの条件、例えば電力／温度またはアトマイズガス圧を変更すると、別の条件に影響しうることに留意されたい。例えば、印加電圧を、例えば、第１の標的金属と、第２の標的金属または非標的金属との電極電位差より大きい電圧にすると、粒子エネルギー準位が上昇し、アトマイズガス圧が上昇して溶融金属の破砕を開始させるような粘度変化の増加が起こる。したがって、標的金属を選択的に酸化するには、粘度変化率（酸素化率に比例する）を、系全体のエネルギーよりも低い変化率に維持して、標的金属を完全にまたはほぼ完全に酸化させる。したがって、粒子エネルギー準位および粘度変化を制御することにより、酸化が制御され、（適用温度を変化させる）印加電力および／または、最終的に酸化率に影響する酸素活量を変更することにより、標的金属を所望の程度または所定の水準まで酸化できる。例えば、酸素活量を下げることにより（例えば酸素圧力を下げることで）酸化速度を低下させて、酸化を停止させ、標的金属酸化物を所望の水準とすることができる。
【００２９】
当業者が理解するように、溶線式アーク溶射装置などの溶射装置を使用して本方法を行う際に、別の因子も考慮されうる。装置も本方法で使用する条件に影響を与えるためである。例えば、このような装置を使用して、合金を強熱領域または火炎領域（すなわち溶融が起こる領域）に供給する際、金属合金供給速度は、約０．０３５ｋｇ／ｓ〜０．０６ｋｇ／ｓの範囲内で変動する。金属合金供給速度が大きいほど、合金溶融速度も大きい。供給速度は、選択された電力、アトマイズガス圧および目的の粒子径によって変わりうる。アトマイズガスの送達に使用されるノズルも様々でありうる。直径は２〜６ｍｍの範囲でありうる。ノズル直径により、ガスと液体金属のローディング比（Ｇ：Ｍ）が決まる。この比は３〜１０の範囲内で変動しうる。ノズルは、選択された電力、アトマイズガス圧および目的の粒子径によって変わりうる。さらに、本方法を行う反応容器も影響を与えうる。例えば、円すい形や円筒形などの、反応容器の形状は、本方法による結果に影響を与えうるため、所望の結果を得るために、様々な形状にすることができる。
【００３０】
特定の理論に拘束されるものではないが、本方法は、高温の酸素含有ガスが電解液として働き、金属粒子とアトマイズガスジェット気流の境界面で、溶融金属粒子が陽極反応で電子を酸素原子と交換して酸化物を形成する、熱化学平衡理論に基づいている。
【００３１】
本発明の一態様において、選択的酸化方法を、合金からベースメタルを精製する方法に用いてもよい。この方法は、合金を溶融させ、溶融した合金を破砕して溶融粒子にすると同時に酸素化ガスの存在下、燃焼させて合金粒子中の不純物を酸化することと、合金を固化させて、該合金中の酸化されていない金属粒子から酸化された粒子を分離することと、必要に応じて上記の破砕と酸化を同時に行うステップと、次の分離ステップとを繰り返して、精製されたベースメタルを得ることと、を含む。
【００３２】
合金は通常、ベースメタルまたは溶媒金属と、不純物（溶質）金属または別の元素を含む。ベースメタルには、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、および金（Ａｕ）などの貴金属、またはレニウム（Ｒｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、および銅（Ｃｕ）などの別の金属などの、経済的価値の高い金属が含まれる。ベースメタルは、以下に限定されないが、宝飾品、カトラリー、時計、芸術作品、硬貨、歯科用詰め物、眼鏡フレームやはんだ、また電子部品、ケーブル、電気コネクタ、プリント回路基板、触媒コンバーターなどの工業用途部品などの様々な物品の製造に使用される合金から精製されうる。
【００３３】
本方法によれば、高価なベースメタルを、ごみとみなされた廃棄対象である物品中の合金から回収することができる。本方法は、合金中のベースメタル（例えば貴金属）を、１種以上の別の貴重な金属（例えば別の貴金属）から分離する手段、例えば、銀を金から分離する、または白金族金属（すなわちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および白金）を金から、もしくは互いに分離する手段も提供する。本方法を利用すると、ベースメタルまたは溶媒金属が回収されるだけでなく、溶質金属または不純物金属も回収可能である。
【００３４】
本方法の第１ステップでは、合金のベースメタルまたは溶媒金属を酸化することなく、合金中の標的の不純物金属または溶質金属を選択的に酸化するのに適切な条件で、合金を溶融させ、破砕かつ酸化させる。上記したとおり、この方法で用いられる条件は、処理される個々の合金（すなわち合金中の金属含有量）に応じて変動する。この点において、溶融温度、アトマイズガス圧および酸素活量などの条件を選択して、合金を溶融させ、溶融した合金を酸素化ガスによって破砕して溶融粒子にすると同時に、溶融粒子を、酸化される標的金属の酸化電位以上であるが、酸化されない金属または金属類すなわち非標的金属の酸化電位未満である酸化電位で酸化する。
【００３５】
本方法において、標準プラズマ溶射装置、爆発溶射装置、溶線式アーク溶射装置、高速酸素燃料溶射（ＨＶＯＦ）装置、高速空気燃料（ＨＶＡＦ）装置、または金属コーティング産業で一般的に使用される任意の溶射装置などの溶射装置を、設計修正して、あるいはそのまま使用して、合金をプラズマ溶融させ、溶融金属相を小さい溶融金属粒子に破砕すると同時に、酸素富化ガスジェットに暴露することで、不純物金属を強熱して金属酸化物としてもよい。
【００３６】
溶射装置は典型的には、スプレートーチ（またはスプレーガン）と、溶射酸化の初期段階で強熱される粒子の溶融と加速を行うコア装置と、精製しようとする粉末状、ワイヤー状または液体状の合金をトーチまたはスプレーガンに供給するフィーダーと、火炎ジェットまたはプラズマジェットを生成させるためのガス供給または液体供給と、精製しようとする合金を運ぶためのガスまたは液体とから構成される。本方法において、合金中の金属不純物を強熱かつ酸化できるように、酸素源（例えば、空気中に少なくとも約１５〜２０％の酸素を含む酸素含有ガス、または溶射装置／プラズマ溶射装置の構造に適した液体酸素）が必要である。溶射システムおよび酸化された粉末を回収する付属の封じ込めシステムを図１に示す。
【００３７】
プラズマ溶射において、通常、不活性ガス（例えば水素、ヘリウム、アルゴンまたはこれらの混合物）を、火炎ジェットまたはプラズマジェットを生成させるために使用する。ガスを、電極の先に供給して、ガスの「プラズマ」状態を誘導した後、ガスを放出し、自然な最終状態に戻すことで、莫大な熱または「プラズマ」炎を生成させる。本方法では、（粉末状、液体状、懸濁液状またはワイヤー状の）合金を、プラズマスプレー「炎」に注入または暴露し、合金の強熱、溶融、そして破砕を行い、ベースメタルと不純物の両方の溶融粒子とする。したがって、プラズマにより発生する熱は、合金を強熱するのに十分でなければならない。これにより酸化、すなわち熱を発生する発熱反応が始まり、この熱は合金を溶融粒子に変換する。例えば、この熱は、ベースメタル／溶媒金属と不純物金属粒子または溶質金属粒子の両方を含む合金を溶融させ破砕する。通常、強熱温度は、塑性機械的状態にある金属合金を鮮紅色熱光にする範囲内である。この温度範囲は通常、合金の溶融温度より２０％低い。通常、酸化により、ベースメタル／溶媒金属の溶融点と、ベースメタルの溶融点より約２００℃高い温度の間の温度に、温度が上昇し、特に、合金が高レベルのベースメタル、例えば９０重量％以上のベースメタルを含む場合にこのような温度に上昇する。当業者に公知であるように、合金は通常、合金が溶融し始める第１の温度（固相線）と、溶融がちょうど完了する第２の温度（液相線）を含む、溶融範囲を有する。したがって合金の場合、破砕温度は、液相線温度と、液相線温度より約２００℃高い温度の間にありうる。しかしこれは、合金中の金属の割合と性質によって変化する。共晶組成は、各成分の溶融点より低い溶融点を有する。通常、合金を溶融粒子に破砕する最も低い温度が、破砕ガススプレージェット中の酸素分圧の酸化電位を最大にし、不純物金属を酸化するのに、好ましい。
【００３８】
爆発溶射装置は、燃料（例えばアセチレン）と酸素の爆発を利用して、合金を強熱し、合金を溶融粒子に破砕するのに必要な熱を発生させる。
【００３９】
溶線式アーク溶射装置は、図２に示すように、スプレーガンに別々に供給される２本の消耗合金ワイヤーを利用する。そして、これらのワイヤーを電源によって帯電させ、ワイヤー間でアークを発生させる。このアークからの熱が、供給される合金（例えばワイヤー）を溶融させ、そして溶融合金はガンからの空気ジェットに乗せられ、溶融粒子に破砕される。
【００４０】
高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射装置は、ガス状混合物または液体燃料と、燃焼室に供給される酸素を利用し、これらを燃焼室で連続的に強熱させ燃焼させる装置である。燃料は、ガス（水素、メタン、プロパン、プロピレン、アセチレン、天然ガスなど）または液体（灯油など）でありうる。高温圧縮されたガスがスプレーガンを通して高速で押し出される。粉末状または溶融した合金供給原料を、高温ガス流に注入し、所望の溶融破砕および酸化を起こさせる。ＨＶＯＦ装置を設計修正してもよい。例えば、図３に示すように、装置は、クロースカップルラバルノズル（すなわちコンバージェント−ダイバージェントノズル型）を備えうる。図４に示すように、１本の合金ワイヤー供給を、標準エアキャップノズル設計と共に利用してもよい。さらに、図５に示すように、ＨＶＯＦおよび標準クロースカップルドダイバージェントノズルと組み合わせた重力供給を用いた誘導溶融を利用してもよい。
【００４１】
溶融粒子を形成するための合金の破砕は、粒子の酸化ガスへの暴露と同時に行われ、合金中の不純物金属または溶質金属の強熱燃焼と酸化をもたらすのに十分な条件で行われる。破砕で生じる粒子の大きさは特に限定されないが、２０〜２００ミクロンの範囲の粒子が好適で、好ましくは５０〜１５０ミクロンまたは１００〜１５０ミクロンである。酸化条件は、溶融ベースメタル粒子が固化する前、すなわちベースメタル粒子は溶融したまま酸化されないが、不純物（溶質）粒子は酸化され金属酸化物を形成するような条件である。したがって、プロセスパラメーター（例えば破砕温度、酸化ガス圧および酸素濃度）は、上記したとおり、不純物金属（類）の酸化電位が、精製しようとするベースメタルの酸化電位より低くなるように選択する。したがって、不純物金属の酸化は優先的に起こるが、ベースメタル／溶媒金属の酸化は起こらない。したがって、本方法は、溶媒金属は影響を受けないが、合金の１種以上の別の成分（溶質金属）は容易にまたは積極的に酸化されるという、合金の選択的な酸化をもたらす。
【００４２】
いくつかの金属の酸化電位を下表に示す。
【表１】
2021515111.tif 000003
【００４３】
表１（Ｂｒｏｐｈｙらによる、The Structure and Properties of Materials, Volume II Thermodynamics of Structure. Chapter 9. John Wiley and Sons, Inc.から抜粋）に、いくつかの典型的な金属を、酸化物形成に伴う自由エネルギー変化に基づく酸化傾向の降順に列挙する。酸化に伴い自由エネルギーが減少する場合、酸化は自発的に起こる。例えば、酸化物形成に負の自由エネルギーを有する金属は、酸素と反応する。酸化反応が溶媒金属と溶質金属からなる合金系の自由エネルギーを減少させる場合、その酸化反応は熱力学的に可能である。
【００４４】
溶射装置は封じ込めチャンバーに接続されており、このチャンバー内で溶融合金が破砕／酸化され、生成した酸化粒子および非酸化粒子が回収される。回収された粒子は、次の工程および／または分離に供され、所望の生成物となる。一実施形態では、封じ込めチャンバーは、固化した酸化粒子および非酸化粒子を回収するために働く、調節された温度およびガス流を含み、例えば、粒子を、チャンバー内の温度および酸素圧をさらに制御するための高速空気／ガス流によるサイクロン運動に付して、遠心力で外向きと下向きに移動させ、回収溝または排出口へ運んでもよい。この実施形態は図６に例示されており、ｉ）周囲の空気および酸素飽和レベルを制御することができ、ｉｉ）金属粒子および金属酸化物粒子が、固化および乾燥回収まで、ガス懸濁中で分散された状態で保たれ、ｉｉｉ）冷却水およびろ過が不要であり、ｉｖ）ガス浄化技術によく適応し、かつｖ）プロセス条件をさらに管理できる高度な自動化を提供する。
【００４５】
別の実施形態では、封じ込めチャンバーは、低い摩擦係数を有する非反応性コーティング（例えばポリテトラフルオロエチレン）でコーティングされた回収チューブを備えてもよく、水などの不活性液体がこのチューブを流れることで、酸化粒子および非酸化粒子の固化および回収が容易に行われる。
【００４６】
そして酸化された不純物（溶質）金属の破砕物は、ベース（溶媒）メタル破砕物から分離される。一実施形態では、金属酸化物の溶解に十分な量と条件で浸出剤（ｌｉｘｉｖｉａｎｔ、水性溶媒媒体）で処理することにより、金属酸化物を溶媒金属から分離する。金属酸化物（類）を溶解するのに十分な条件は、元の合金の金属、酸化機構、および破砕／酸化ステップで生じる金属酸化物粒子の性質により変動しうる。例えば、金属酸化物破砕物と貴金属破砕物が別々に形成されることもある。金属酸化物は、多孔性、非多孔性であってよく、貴金属またはベースメタル表面に境界層として生じうる。浸出剤は、標的金属カチオン不純物と錯体を形成する傾向の高いものが選択される。特に、浸出剤は、標的金属酸化物を溶解するが、精製しようとする貴金属／溶媒金属を溶解しない酸解離定数と酸化電位とを有する。例えば、非酸化粒子の溶解に必要なｐＨより低いｐＨを有する。一実施形態では、非塩素（塩素／窒素混合物など）溶液や非シアン化物溶液などの、無毒の酸溶液を使用できる。標的金属酸化物の溶解に使用される好適な有機酸には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、シュウ酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、安息香酸および炭酸などのカルボン酸が含まれるが、これらには限定されない。硫酸、リン酸およびホウ酸などの弱酸性の無機酸も使用可能であり、リン酸二水素ナトリウムおよび水酸化ナトリウムなどのアルカリ性浸出剤も使用可能である。このような酸性またはアルカリ性溶液には、処理された合金からの金属酸化物の除去を容易にする別の成分、例えばペルオキソ一硫酸に含まれるような１０〜１５％の過酸化水素が含まれていてもよい。
【００４７】
別の実施形態では、不純物金属酸化物を、破砕／酸化処理で生じた生成物中の金属から、機械的方法を用いて分離してもよい。通常酸化物は、対応する金属などの金属より軽く比重が小さいので、媒体分離または重力分離ステップを利用して酸化物を分離してもよい。この分離を容易にするために、破砕／酸化処理で生じた生成物を、軽い衝撃粉砕ステップに付してもよい。不純物金属酸化物は機械的にほぐされ、その後重力分離により生成物中の金属粒子から分離される。任意の適切な重力分離技術を用いてもよく、従来の治具、下流が巾狭の流し樋（ｐｉｎｃｈｅｄ  ｓｌｕｉｃｅ、例えばライヘルトコーン（Ｒｅｉｃｈｅｒｔ  ｃｏｎｅ））、らせん状構造物、遠心治具および振動板などを利用することができる。酸化物の選択的分離には、酸化物の界面化学反応性の違いによる選択的フロス浮選も有効である。
【００４８】
溶解、機械的もしくは水溶液手段、またはこれらの任意の組み合わせのいずれかによって、処理された金属合金から金属酸化物を分離した後、残りの固形貴金属／溶媒金属を、純物質として容易に回収できる。溶媒（例えば酸溶液）を使用して、処理された合金から金属酸化物を溶解する場合、残りの溶媒金属を酸溶液から分離する。本方法により、通常、少なくとも約９０％、好ましくは９５％以上の純度を有する金属生成物（例えば貴金属または別の金属）が得られる。１０〜１５％の不純物金属を含む合金では、本方法は、９８％を超える純度、例えば９９％、９９．５％または９９．９５％を超える純度を実現しうる。合金が１５％を超えるレベルの不純物を含む場合、より高純度の金属生成物を得るために、本方法（破砕／酸化および酸化物除去）を繰り返すことが望ましいかもしれない。あるいは、残留する高純度の金またはベースメタルを、流動床炉（Ｆｌｕｉｄ  Ｂｅｄ  Ｒｏａｓｔｅｒ）内で加熱し、任意の微量不純物金属を、除去可能な酸化物にさらに酸化してもよい。通常、少なくとも５０％のベースメタルまたは溶媒金属、好ましくは７５％以上のベースメタルまたは溶媒金属を含む合金が、本方法での使用に適している。
【００４９】
本方法を用いて、不純物金属も回収することができる。溶解した不純物金属酸化物を含有する酸溶液を様々な技術で処理して、不純物金属を回収してもよい。一実施形態では、標的金属カチオンの選択的溶媒抽出を行って、酸溶液から不純物金属の１種以上を回収してもよい。有機化合物または無機化合物を用いた選択的沈殿も、溶液からの不純物金属の回収に使用できる。したがって、選ばれた錯化剤、ｐＨ調整およびイオン交換により、標的金属を酸溶液から分離できる。例えば、ビス（３，５−Ｃ１〜Ｃ１０アルキル置換フェニル）リン酸水素または８−ヒドロキシキノリンを用いて、酸溶液からアルミニウムを選択的に分離してもよく、ＥＤＴＡ、ドデシル硫酸ナトリウムおよびオレイン酸を用いて、溶液からニッケルを分離してもよく、ジ−２−エチルヘキシルリン酸（Ｄ２ＥＨＰＡ）および１−（２−ピリジルアゾ）−２−ナフトール（ＰＡＮ）を用いて、溶液から亜鉛を分離してもよく、鉄を硫酸第二鉄沈殿物として分離してもよい。
【００５０】
別の態様において、例えば、燃料電池、動力電池、導電性材料、熱伝導性材料、高い触媒活性と選択性を有する半導体、および高多孔性スポンジ材料に用いるための、所定の酸化物含量を有する金属化合物、すなわち１種の酸化物または酸化物混合物を特定の重量比で含有する金属化合物を製造する方法が提供される。この方法は、ｉ）合金を溶融させ、溶融した合金を破砕して溶融粒子にすると同時に、溶融粒子を、酸素化ガスの存在下、合金中の１種以上の酸化される標的金属の酸化電位以上であって、非標的金属の酸化電位未満である酸化電位とするのに十分な条件で酸化するステップと、ｉｉ）所望の水準の酸化物が形成された時点で、標的金属の酸素ポテンシャル未満である酸化電位になるように前記条件を変更して、酸化物形成を停止させるステップと、ｉｉｉ）溶融した合金を固化させて、所定の標的酸化物含量を有する金属化合物を得るステップとを含む。
【００５１】
本明細書に記載したとおり、この方法を行う条件は、処理される合金と、達成すべき結果、すなわち合金中の所望の酸化物含量に応じて変動する。したがって、温度、圧力、および酸素化ガスの力／酸素活量は適宜選択される。この方法において、破砕により生じる粒子径は特に限定されないが、１０〜１５０ミクロンの範囲の粒子が好適であり、好ましくは３０〜１００または３０〜９０ミクロンの範囲である。
【００５２】
上記したとおり、条件を制御して酸化物形成を制御し、合金から所望で所定の酸化物含量を有する金属化合物を製造してもよい。この点において、条件を選択して合金中の標的金属（類）を酸化し、酸化物形成が所望の水準になれば、条件を変更して、標的金属より低い酸化電位とすることにより、さらなる酸化物形成を停止させる。印加電力を変更し、酸素活量などを制御して、溶融金属粒子の粒子エネルギー準位と粘度変化を制御することにより、酸化率を制御する。例えば、印加電力を下げて粒子エネルギー準位を低下させることにより、または酸素活量を下げることにより（例えば酸素圧の低下により）、酸化速度を低下させてもよく、それによって酸化を停止させ、標的金属酸化物を所望の水準とすることができる。
【実施例】
【００５３】
本発明の実施形態を、以下の具体例を参照して説明するが、この具体例は限定を意図するものではない。
【００５４】
実施例１−銅含有合金からの銅の精製
Ｃｕ−Ａｌ合金（９１％のＣｕと９％のＡｌ）ワイヤーから、以下のような溶射酸化により銅を精製した。標準温度および標準圧力（ＳＴＰ）におけるＣｕとＡｌの酸化電位差は約２ＥＶである。ネルンストの式によれば、処理温度が上昇すると、この差は大きくなる。したがって、適切な条件を用いることによって、アルミニウムを銅より優先的に酸化することができる。
【００５５】
方法
従来の溶線式アークプラズマ溶射装置を使用して、Ｃｕ−Ａｌ合金組成物の２本のワイヤーをアーク処理した。２種のアーク処理試験を、周囲の空気を７０ｐｓｉの単一空気圧設定で用い、２つの電圧設定、すなわち、３５．５ボルトと２６．５ボルトで行い、おおよそのプラズマスプレー温度はそれぞれ約（１３００〜１３５０）℃と（１２５０〜１２８０）℃であった。これら２つの温度範囲における酸素ポテンシャルは、それぞれ約７００ＥＶと８００ＥＶであった。溶射温度が下がると、酸素ポテンシャルは上昇することに留意されたい。
【００５６】
結果
生成物のＳＥＭ分析から、３種類の粒子、すなわち純金属（Ｃｕ）、Ａｌ２Ｏ３およびバイメタル（Ｃｕ−Ａｌ２Ｏ３）が存在することがわかった。したがって、Ａｌが優先的に酸化され、Ｃｕから分離された。高い電圧設定でアーク処理された粒子の粒子径範囲は約２０〜２５ミクロンであり、低い電圧設定でアーク処理された粒子の粒子径範囲は約３０〜３５であることもわかった。
【００５７】
エネルギー分散Ｘ線を組み合わせた走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ／ＥＤＸ）から、最終生成物が、純粋なＣｕ（約８０〜９０％）、すなわち、酸化されておらずＡｌと混合物を形成していないＣｕを含むことが明らかになった。しかし、一部のＣｕは、酸化アルミニウムに部分的に被覆されている、かつ／または酸化アルミニウムと混在している（約５〜１０％）ことがわかった。
【００５８】
ＸＲＤ（Ｘ線回折）分析から、アルミニウムはかなりの程度酸化されており、銅からアルミニウムがほぼ完全に分離されていることがわかった。また、この分析から、ＳＥＭ分析で見られた粒子径の大きい方の銅粒子の表面上に明確な酸化アルミニウム相の二重境界層が示された。激しい強熱によって二重境界層でさらなる破砕が起こる。これは、誘導循環粘性せん断の熱対流によって、不純物金属原子が粒子の内部からその外表面に運ばれているという証拠である。この誘導循環粘性せん断の熱対流は、本方法の目的においては、８〜１０ｍ／ｓの一定の速度であることが好ましい。二重境界層から破砕する不純物の多いアルミニウム粒子は、すべてのアルミニウムが酸化されるまで燃焼する。
【００５９】
したがって、本方法は、銅−アルミニウム合金から銅を分離するのに有用であった。
【００６０】
実施例２−銅含有合金の様々な処理条件−高電力
Ｃｕ−Ａｌ合金（９１％のＣｕと９％のＡｌ）ワイヤーを、従来の溶線式アークプラズマ溶射装置でアーク処理し、同時に、空気を７０ｐｓｉで衝突させることによる第１の試験、または純酸素ガスを９０ｐｓｉで衝突させることによる第２の試験で粉末化した。両粉末化試験は、周囲の大気条件から隔離された円筒形の反応装置内で行った。使用電力設定は３５．５ボルト（および約２６０アンペアかそれよりやや低い程度）で、おおよそのプラズマスプレー温度は約１３００〜１３５０℃であった。
【００６１】
高アーク熱で空気粉末化した第１の試験は、初期アーク酸化のもとで、より低い初期粘度変化率をもたらした。７０ｐｓｉで衝突させると、破砕に対する抵抗は小さく、平均１２０ミクロンの粒子径となった。粒子熱がやや低く、内部循環する粘性せん断流のサイクル数が少なかったため、酸化率は低かった。内部熱貯蔵率は、粘度変化率より低く、完全に酸化される前に粒子は凝固した。計算上２５重量％の銅は酸化されておらず、生成した銅酸化物は約３３．２４重量％で、アルミニウムはすべて酸化された。これより、特定の金属／金属酸化物（類）重量割合を有する複合材料の製造における、本方法の利用の仕方がわかる。
【００６２】
第２の試験により、より高い酸化（９８％）と、平均２００ミクロンの大きさの粒子が得られた。初期の溶融金属負荷は、高い酸素活量により、極めて高い粘度変化率（４．５〜６．０ｍ２ｓ−１の上限）をもたらした。内部熱が高く、溶融質量が大きい場合、内部循環する粘性せん断流のサイクル数が多くなり、その結果、銅の酸化率は高くなり（６０．４重量％）、すべてのアルミニウムが酸化された。粒子のＳＥＭ分析から、大部分の酸化物は、粒子が冷え始める前の飛翔中に生成したことがわかった。この実験で用いた条件を利用することにより、不純な金に関係するすべての溶質非貴金属を酸化し、酸化物の形で金から分離できることが示唆される。
【００６３】
実施例３−銅含有合金の様々な処理条件−低電力
Ｃｕ−Ａｌ合金（９１％のＣｕと９％のＡｌ）ワイヤーを、従来の溶線式アークプラズマ溶射装置でアーク処理し、同時に、空気を７０ｐｓｉで衝突させることによる第１の試験、または純酸素ガスを９０ｐｓｉで衝突させることによる第２の試験で粉末化した。両粉末化試験は、周囲の大気条件から隔離された円筒形の反応装置内で行った。使用電力設定は、１５０アンペア（約２６．５ボルト）に維持した。
【００６４】
空気を７０ｐｓｉで用いる第１の試験では、内部溶質金属の酸化率は低く、粒子径は約７０ミクロンであり、内部熱貯蔵量と、内部循環する粘性せん断流のサイクル数は少なく、高重量％の溶媒銅ベースメタルが酸化されないままであった。銅酸化物合計は１８．００重量％であった。一方、酸素を９０ｐｓｉで用いる第２の試験では、粘度変化率（４．５〜６．０ｍ２ｓ−１の上限）が高く、平均粒子径は約１２０ミクロンであり、銅の酸化は高水準（銅酸化物合計＝４１．１９重量％）で、すべてのアルミニウムが酸化された。
【００６５】
実施例４−銅含有合金の様々な処理条件−高電力
Ｃｕ−Ａｌ合金（９１％のＣｕと９％のＡｌ）ワイヤーを、従来の溶線式アークプラズマ溶射装置でアーク処理し、同時に、空気を７０ｐｓｉで衝突させることによる第１の試験、または純酸素ガスを９０ｐｓｉで衝突させることによる第２の試験で粉末化した。両粉末化試験は、周囲の大気条件から隔離された円筒形の反応装置内で行った。使用電力設定は、２６０アンペア（３５．５Ｖ未満）に維持した。
【００６６】
酸化結果は、低電力設定（実施例３の１５０アンペア）の場合よりやや高かった。第１の試験では、銅の酸化水準は３２．３５重量％であり、アルミニウムは完全に酸化された。第２の試験では、内部溶質金属がより高度に酸化され（銅酸化物合計＝４９．２５重量％）、アルミニウムは完全に酸化された。
【００６７】
実施例５−銀含有合金からの銀の精製
本方法を、５２％のＡｇと３４％のＣｕと１３％のＺｎを含有する、銀含有合金に応用する。この実施例では、銀と、２種の不純物金属のより酸化電位が低い方（Ｚｎ）との酸化電位差は、１．９９９ＥＶであり、銅の酸化電位はＡｇと近い。
【００６８】
方法
実施例１に記載した方法と同様の方法を用いる。アーク処理試験を、空気圧設定７０ｐｓｉの空気を用いて行う。電力設定は２種、すなわち、２６０と１５０アンペアの電流設定で、それぞれ３０ボルトと２０ボルトとし、おおよそのプラズマスプレー温度は、それぞれ約１２５０〜１３５０℃と約１０７５〜１１５０℃である。
【００６９】
結果
プラズマ酸化スプレー後、大部分の亜鉛と一部の銅が酸化され、これらは、希釈した非刺激性の酸を用いて、銀から容易に分離される。
【００７０】
したがって、得られる非酸化粉末粒子は、非酸化銀と、いくらかの銅と、微量またはわずかな量の亜鉛とを含有する。再溶融し、ワイヤー状に引き伸ばして得られる新たな合金は純銀に近い組成を有する（９２．５％のＡｇ、７．５％のＣｕ）。これをプラズマ酸化に付し、さらに銅不純物を分離する。ＳＴＰにおける銀と銅の酸化電位差は０．２７ＥＶ（２７０ミリボルト）である。これは、本方法により銅を選択的に酸化するのに、十分に大きな差である。銅より大きな銀の電気化学陰分極が、０．５ＥＶより大きい過電圧差を生じうることに留意されたい。
【００７１】
実施例６−様々な酸化物含量を有する金属化合物の製造
円すい形反応装置を備える溶線式アークプラズマ溶射装置を使用して、合金（９１％のＣｕと９％のＡｌ）ワイヤーを、２種の電力設定、２６．５Ｖ（ｖｏｌｔ／ｐｏｗｅｒ設定−約１５０アンペア）（試験２）と３６．５Ｖ（約２６０アンペア）（試験１）で、７０ｐｓｉのアトマイズ空気圧でアーク処理した。
【００７２】
２６．５Ｖ設定で生成した酸化物は合計７１．１１重量％であった。アルミニウムはほぼ１００％酸化された。粒子は主に球形で、直径約６５ミクロンの大きな粒子が多かった。３６．５Ｖ設定で生成した酸化物は合計６７．５５重量％であり、低電力設定の場合より、粒子の球形度は低く、生成した粒子は少なく、粒子は約３５ミクロンであった。したがって、低電力設定の方が、主に球形で粒径の大きな粒子が多数生成した。粒子径は、低倍率と高倍率の画像と、各顕微鏡写真に挿入したミクロンスケールを用いて推定した。
【００７３】
上記の処理を行った場合の元素組成は以下のとおりである。
【表２】
2021515111.tif 000004
【００７４】
このデータから、プロセスパラメーターの変更は、本方法による処理合金の酸化物含量を変えるのに有用であることがわかる。
【００７５】
実施例７−異なる合金の組み合わせ処理
溶融温度の近い、異なる組成の２本の合金ワイヤーを、先の実施例と同様の方法で、共にアーク処理し、同時に純酸素ガス（９０ｐｓｉ）で粉末化した。陽極ワイヤーは、溶融点約９００℃を有する、６０Ｃｕ４０Ｚｎ（６０％のＣｕと４０％のＺｎ）の黄銅組成物であり、陰極ワイヤーは、溶融温度７６０℃を有する、５２Ａｇ３４Ｃｕ１４Ｚｎ（５２％のＡｇと３４％のＣｕと１４％のＺｎ）の合金であった。両ワイヤーを、大気条件から隔離された円筒形の反応装置内で、共にアーク処理した。電力設定は、２６０アンペアで高く維持した（２６．５〜３５．５の電圧範囲内）。また、銀合金、５２Ａｇ３４Ｃｕ１４Ｚｎを、同じ電力設定を用いて７０ｐｓｉの空気で、上記と同様にアーク処理した。
【００７６】
結果、組み合わせて酸素で処理した合金は高水準で酸化された。酸化銅粒子と酸化亜鉛粒子の合計は７０．８５重量％であった。初期の溶融金属負荷は、高い酸素活量により、極めて高い粘度変化率（例えば５．５〜７．５ｍ２ｓ−１の上限）をもたらした。９０ｐｓｉのガス圧設定は、平均径約１２０ミクロンの粒子を生じる破砕をもたらした。内部熱が高く、溶融質量が大きい場合、内部循環する粘性せん断流のサイクル数が多くなり、その結果、銅と亜鉛の酸化率が高くなった。粒子のＳＥＭ分析から、大部分の酸化物は、粒子が冷え始める前の飛翔中に生成したことがわかった。また、空気存在下における銀合金の結果より、利用した条件から予想された通り、酸化割合が異なる別の化合物が形成されることがわかった。
【００７７】
実施例２〜４および７で得られたＸＲＤの結果を以下の表３にまとめる。
【表３】
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【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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【図６】
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【国際調査報告】
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