JPH0137330B2

JPH0137330B2 -

Info

Publication number: JPH0137330B2
Application number: JP1304084A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Matsuda; Takayasu Ikegami; Shinichi Shirasaki; Hiroyuki Kohama
Original assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO MUKIZAISHITSU KENKYUSHOCHO
Current assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO MUKIZAISHITSU KENKYUSHOCHO
Priority date: 1984-01-27
Filing date: 1984-01-27
Publication date: 1989-08-07
Also published as: JPS60161328A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は99.99重量％以上の高純度マグネシア
粉末の製造法に関し、更に詳しくは、特に高温に
おいて低融点フラツクスを形成して熱間強度を低
下させる原因となるCaO及びSiO₂を容易に除去
して高純度マグネシア粉末を製造する方法に関す
るものである。

マグネシアは高温において耐塩基性及び電気絶
縁性に優れ、熱膨張係数及び熱伝導度が大きく、
しかも高温において赤外線、可視光線の透過性が
よい特性を有し、且つ安価であるという特長を有
する。そのため、耐熱材料、高温絶縁材料、混温
照明材料等として広く利用され、また最近フアイ
ン・セラミツク材料としても注目されている。

高温材料用のマグネシアは易焼結性、耐侵蝕
性、耐消化性等の特性が要求される。しかるに現
在使用されている高温材料としてのマグネシアは
それに含まれている不純物の低融点酸化物のため
に、マグネシア本来の高温特性を表わしていな
い。

その主な不純物はSiO₂，CaO，Al₂O₃，Fe₂O₃，
B₂O₃であり、その含有量が熱間における性質を
支配している。その中でもCaO／SiO₂が約１の
場合、粒界に低融点（1544℃）のCaO・SiO₂が
生成し、熱間抗折強度を著しく低下させる。また
CaO／SiO₂が約３以上の場合、未結合のCaOが
生成し、耐消化性を悪化させる。SiO₂，CaOの
ほかに、Al₂O₃，Fe₂O₃が含まれるとその含有量
に比例して粒界生成物の融点が低下し、熱間抗折
強度が悪くなる。またB₂O₃は珪酸塩のフラツク
スとして作用し、特にCaO／SiO₂が約２の場合
の熱間抗折強度を悪くする。従つて、本来の優れ
た特性を備えたマグネシア高温材料を作成するた
めには、不純物酸化物、特にSiO₂及びCaOを極
力減少させる必要がある。

最近、水酸化マグネシウムの沈澱反応における
プロセスコントロールによつてFe₂O₃，Al₂O₃及
びB₂O₃の含有量をそれぞれ、約0.05重量％以下
までに除去されるようになつた。しかし、従来の
方法ではSiO₂が0.1〜0.2重量％、CaOが0.2〜0.4
重量％までしか除去することができない。そのた
め、CaOに関しては水酸化マグネシウムを700〜
900℃で焼成した後、水中に投入撹拌し、溶解度
差を利用することによつてCaOを0.01〜0.02重量
％まで除去することが知られている。しかし、こ
の方法は、再度過・乾燥及び仮焼操作が必要で
あり、生産性が悪く、且つコスト高となる欠点が
ある。SiO₂の除去に関しては、SiO₂不純物の少
ない原石および水を使用する以外に方法がないの
が現状である。一方、塩基性炭酸マグネシウムの
沈殿反応よるプロセスコントロールでもCaO及び
SiO₂の除去に対しては余り有効な方法はない。
このほか、火花放電法、イオン交換法、溶媒抽出
法等も知られているが、いずれ著しくコスト高と
なる欠点がある。

本発明の目的は高純度マグネシア粉末を安価に
製造する方法を提供するにある。

本発明の要旨は、炭安法、ソーダ灰または水マ
グ法によつて得られた正炭酸マグネシウム３水塩
を母液から分離し、新しい水を添加し、この母液
のPHを9.0〜9.8に調節した後、熟成温度30〜40℃
に保つて正炭酸マグネシウム３水塩が塩基性炭酸
マグネシウム５水塩になるまで陰イオン交換反応
させ、得られた沈殿物を液のPHが10.3〜10.6に
なるまで洗浄し、これを乾燥後空気中または酸素
雰囲気中で焼成することを特徴とする方法であ
る。

本発明において用いる正炭酸マグネシウム３水
塩は、(1)塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、
硝酸マグネシウム等のマグネシウム化合物と炭酸
ナトリウム（ソーダ灰法）、炭酸アンモニウム
（炭安法）、重炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウ
ム等の塩基沈殿剤の水溶液反応。(2)水酸化マグネ
シウム懸濁液と炭酸ガス（水マグ法）、または炭
酸塩の反によつて合成し得られる。ただし、非晶
質炭酸マグネシウムや水酸化マグネシウムが混入
しているものは好ましくない。

前記(1)のマグネシウム化合物と塩基沈殿材の水
溶液反応における方法について述べると、両溶液
の濃度は同じでよいが、マグネシウム化合物の濃
度が若干濃い方がアルカリ不純物を低下させる点
で好ましい。これらの溶液の初濃度は0.3〜0.6モ
ル／が好ましい。これより稀薄になると非晶質
炭酸マグネシウムが混入し、0.6モル／より濃
厚になると正炭酸マグネシウム３水塩の結晶性状
が不均一になると共に、熟成時間を長く必要とす
る欠点が生ずる。

両溶液の混合比は、炭酸塩の場合は同容量、重
炭酸塩の場合は、マグネシウム化合物：重炭酸塩
＝１：２容量であることが好ましい。マグネシウ
ム化合物が若干多い方が、過性、アルカリ不純
物の低下等の点で更に好ましい。

両溶液の混合は塩基性沈殿剤にマグネシウム化
合物を毎分100ml以下の速度で、15〜47℃の温度
の下で添加することが好ましい。前記より早く添
加すると正炭酸マグネシウム３水塩の結晶性状が
不均一になると共にアルカリ不純物の吸着量が増
加する。また反応温度が15℃より低いと正炭酸マ
グネシウム５水塩が生成し、過性と熟成効果が
悪くなり、47℃を超えると反応直後たゞちに塩基
性炭酸マグネシウムが生成し、不純物（特に
SiO₂）の除去効果が悪くなる。

本発明においては、得られた正炭酸マグネシウ
ム３水塩を過、洗浄して、新しい水溶液中に懸
濁させることが必要である。新しい水に代えない
と不純物（特にCaO）が除去されない。この新し
い母液のPHを9.0〜9.8、好ましくは9.5〜9.8に調
節する。この母液のPHが約9.8より高くなると塩
基性炭酸マグネシウム８水塩が生成して熟成沈殿
物の純度が悪くなり（特にNa₂O）、しかもその
仮焼物の焼結性が悪くなる。一方PHが9.0より低
いと熟成速度が極端におそくなり、生産コスト的
に高くなる。PHの調整は酸（塩酸、硝酸、硫酸、
炭酸、酢酸など）であればよいが、緩衝作用や収
率の点で炭酸ガスの吹込みがもつとも好ましい。

このようにPHを調整した液を30〜47℃好ましく
は33〜40℃で熟成して陰イオン交換反応を行う。
この温度が30℃より低いと、陰イオン交換反応の
速度が著しくおそくなり、47℃を超えると陰イオ
ン交換反応の速度が著しく速くなり、結晶構造組
換えによるSiO₂の除去が不完全となる。

得られた塩基性炭酸マグネシウムの沈殿物を
過した後、液のPH値が10.3〜10.6の一定値にな
るまで洗浄する。これにより残存する炭酸マグネ
シウム３水塩を完全に除去するばかりでなく塩基
性炭酸マグネシウム５水塩の化学組成ならびに結
晶性状が均一なものとなる。

これを乾燥した後（４水塩）、空気中または酸
素雰囲気中で焼成する。この焼成は、300〜400℃
で結晶水を完全に飛ばした後、より高い温度で脱
炭酸ガスを行い、更に800〜1000℃加熱すること
が好ましい。これにより均一な粉体特性を持ち、
且つSiO₂及びCaOの少ない99.99重量％以上の高
純度で、しかも添加物なしで1400℃の低温におい
て理論度の約98％まで焼結し得られる粉末となし
得る。

実施例１塩化マグネシウム0.4モル／溶液1000mlを炭
酸ナトリウム0.4モル／溶液1000mlに、毎分100
mlの速度で適下し、25℃で30分間反応させて正炭
酸マグネシウム（MgCO₃・3H₂O）を得た。これ
を過洗浄し、同量のイオン交換水を加え、これ
に炭酸ガスを吹込むことによつてPHを9.7に調節
した。この懸濁液を35℃で24時間熟成させ塩基性
炭酸マグネシウム（4MgCO₃・Mg（OH）₂・
5H₂O）を得た。このスラリーを過し、1200ml
のイオン交換水で６回洗浄・過した。このケー
キを110℃で一昼夜乾燥し、更に400℃の乾燥酸素
雰囲気中で露点が一定になるまで脱水した後、毎
分10℃の定速昇温下で熱分解させ、900℃で20時
間仮焼して高純度マグネシウム粉末を得た。この
粉末に含まれる不純物は次の通りであつた。

不純物含素 Si Ca Al Fe Na 含有量（ppm） 24 26 ３２３なお、前記の方法において、母液の交換を行わ
ない場合及び熟成温度を変え、他の条件を同一に
して製造したマグネシア粉末中に含まれるCa含
有量を示すと、第１図の通りであつた。

図中●は新しい水と交換した場合、○は新しい
水と交換しない場合を示す。

この図が示すように、(1)母液を新しい水と交換
しないとCaが除外されなくなり、また、熟成温
度30〜40℃が好ましく、温度がそれより低くて
も、また高くてもCa含有量は増加する。(2)マグ
ネシア粉末中のSiO₂の含有量を示すと第２図に
示す通りである。○は新しい水と交換した場合を
示すが、SiO₂の含有量は母液を新しい水と交換
しなくてもほぼ同じであつた。

図が示すように、熟成温度が40℃より高くなる
とSiO₂含有量が多くなる。

(3)塩化マグネシウム及び炭酸ナトリウムの初濃
度を共に変化させて、他の条件を実施例１と同様
にしてマグネシアを製造した。得られたマグネシ
ア粉末中に含まれるSiO₂は第３図に示す通りで
あつた。

図が示すように、初濃度が濃くなつても、薄く
なつてもSiO₂含有量が多くなり、0.3〜0.6モル／
であることが好ましいことを示している。

実施例２実施例１の方法において、塩化マグネシウム及
び炭酸ナトリウムに代えて、それぞれ、硫酸マグ
ネシウム及び炭酸アンモニウムを用いて同様にし
てマグネシア粉末を製造した。この粉末は含まれ
る不純物は次の通りであつた。

不純物元素 Si Ca Al Fe Na 含有量(ppm) 30 29 ５５ 12 実施例３塩化マグネシウム0.4モル／溶液500ml中に、
28％アンモニア水を添加して水酸化マグネシウム
を沈殿させ、沈殿物を過・洗浄した後、イオン
交換水1500ml加えて水酸化マグネシウム懸濁液を
作つた。この懸濁液中に炭酸ガスを毎分100c.c.の
速度で吹込み正炭酸マグネシウム３水塩を得た。
この正炭酸マグネシウム３水塩を実施例１と同様
にしてマグネシウム粉末を得た。この粉末に含ま
れる不純物は次の通りであつた。

不純物元素 Si Ca Al Fe Na 含有量（ppm） 37 27 ７８２

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１において、母液の交換を行わ
ない場合及び熟成温度を変え、他の条件を同一に
して製造したマグネシア粉末中に含まれるCa含
有量の比較グラフ、第２図は新しい水と交換した
場合におけるマグネシア粉末中のSiO₂の含有量、
第３図は塩化マグネシウム及び炭酸ナトリウムの
初濃度を共に変化させた場合におけるマグネシア
粉末中のSiO₂の含有量グラフである。 ●は新しい水と交換した場合、○は新しい水と
交換しない場合。

Claims

【特許請求の範囲】

１炭安法、ソーダ灰法または水マグ法によつて
得られた正炭酸マグネシウム３水塩を母液から分
離し、新しい水を添加し、この母液のPHを9.0〜
9.8に調節した後、30〜40℃に保つて熟成して正
炭酸マグネシウム３水塩が塩基性炭酸マグネシウ
ム５水塩になるまで陰イオン交換反応させ、得ら
れた沈殿物を液のPHが10.3〜10.6になるまで洗
浄し、これを乾燥後空気中または酸素雰囲気中で
焼成することを特徴とする高純度マグネシア粉末
の製造法。