JPH0465012B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、水酸化アルミニウムAl（OH）₃をα
−Al₂O₃への転移温度以上にまでか焼し、かつ鉱
化剤としてホウ素および／またはフツ素を含む化
合物を添加することを含む結晶アルミナの製造方
法に関する。 従来技術 アルミナは通常バイヤー法を用い、大規模につ
くられる。この方法ではボーキサイトがか性ソー
ダ溶液中で溶解され、次いで結晶化工程を経て
100μmまでの大きさの凝集体形状の水酸化アルミ
ニウムが得られるものである。水酸化アルミニウ
ムはロータリーキルンまたは流動床式炉内でのか
焼によつてアルミナに転化される。この方法では
できるだけ完全にα−酸化アルミニウムへの転換
が行なわれるようにすべての努力が払われる。こ
の転換は約1200℃から、確実にはそれ以上の高い
温度で行なわれる。少量のいわゆるか焼剤すなわ
ち鉱化剤の添加によりその処理温度でのα−酸化
アルミニウムへの転移および結晶成長が促進さ
れ、そして／または転移温度が低下するものであ
る。 この関連で、特に効果的な鉱化剤はNaF、
CaF₂、AlF₃、Na₃AlF₆およびＸ（BF₄）_oである。
こゝにＸは金属元素で特には１または２の原子価
をもつた元素を表わし、ｎはＸの原子価を考慮に
入れたバランス値である。ドイツ特許出願公告第
1159418号によれば、炉雰囲気内の１％未満のフ
ツ化水素ガスは同じ効果をもつとされている。 この方法でつくられたアルミナは常に個々の粒
子がＣ軸に垂直な長い寸法を有する板状をなして
いる。 一定時間当りの処理量または加熱量そしてフツ
素化合物の種類や量によつて、α−酸化アルミニ
ウムへの転移温度およびその結晶の大きさや形状
は制限された範囲内で変化しうる。しかしなが
ら、これまでこの方法では等軸晶系のα−アルミ
ナ（コランダム）結晶をつくることはできなかつ
た。 等軸晶系（しばしば同義の同軸系、立方晶系、
球系、多面体系等の語も用いられる）のアルミナ
結晶とは、結晶学上のＣ軸に垂直な径ＤとＣ軸に
平行な高さＨとの比が１に近い結晶であると理解
されるべきである。 か焼酸化アルミニウムを扱う工業における多く
の用途のためには、α−酸化アルミニウムが通常
的にも著しい板状性によつて斉らされるこの原料
の不利点を、その性質を等軸晶系物質のそれに近
づけるように変えることによつて克服しておく必
要がある。 表面調整、特にポリマー、非鉄金属および貴金
属、ガラスおよび半導体物質のような柔らかくあ
るいは脆い物質をつや出し研摩する場合には、内
部にくいこむような傷（たとえば調整剤の鋭いエ
ツジのある薄い小板状結晶によつてつくられるよ
うな傷）の発生を極力させる努力が一般にはらわ
れている。このような高さに対する径の比Ｄ／Ｈ
の大きい結晶のもつ今１つの不利点は、研摩用化
合物として特にはラツプ仕上およびつや出し研摩
用に用いられる場合、結晶が容易に破壊し、不規
則形状のカツテイングエツジを形成することであ
る。したがつて、例えすべての結晶粒子が、本来
の結晶形態および特定のカツテイングエツジの高
い割合にもとずく、一定のカツテイング形状を有
するような単結晶粒子になつてもそれがもつ所望
の利点がある程度失われてしまう。 上記した理由のため、水酸化アルミニウムのか
焼によつてつくられたアルミナ製品はこれまで表
面処理技術の領域での用途、たとえば光学の分野
での用途を見出し得なかつたものである。 米国特許第4193768号ではコランダム結晶の製
造方法が提案されている。この提案はコランダム
結晶の微小核を初めの酸化アルミニウム水和物と
混合し、次いでコランダムの微小核の上にコラン
ダムを析出させるため出来た混合物を水熱処理
し、コランダムの微小粒子を必要な大きさにまで
成長させようとするものである。この方法は確か
に上記の目的に適した良好な結晶をつくるもので
あるが、非常に複雑でそれ故経済的なものではな
い。 発明の開示 それ故に本発明の目的は、特に製造が経済上魅
力的なものであり、その少なくとも80％の結晶が
高々２好ましくは１という高さに対する径の比
Ｄ／Ｈを有し、そして１〜10μm好ましくは３〜
8μmの大きさを有する主要結晶からなるところの
有利な酸化アルミニウムをつくることである。 この目的は、特許請求の範囲第１項に記載の本
発明の方法によつて達成される。 本製品は、本質的に等軸晶系の形態をなすもの
として特徴づけられたものであり、特にその形態
上斜方晶系の形状を生成する類似方法によつてつ
くられる酸化アルミニウムとは異なつている（第
２図参照）。 本発明のこれ以上の利点、特徴および詳細は、
本発明の実施態様についての以下の記述、および
本発明の方法における一連の工程を図解的に示し
た第１図と本製品の詳細な工程についての実施例
の助けによつて明らかになる。 本方法は、１つまたは２つの工程で実施され得
る。後者の場合、鉱化剤の添加は第１工程の予備
乾燥品と混合することで行なわれるか、あるいは
第２工程で炉への直接添加ということで行なわれ
る。添加が炉へ直接に行なわれる場合には、この
添加は向流および／または併流で、すなわちロー
タリーキルンを用いるときは第１工程からの製品
が炉内に供給される側で、および／またはバーナ
ー個所で行なわれる。 Al₂O₃に関し0.1％というNa₂O濃度をもつ酸化
アルミニウムはサイロ１０に入れられ、鉱化剤物
質はサイロ１１に入れられる。２工程方法では水
酸化物はドライヤー２０に通され、そこでその結
晶水分の大部分が除去される。ドライヤーを出た
中間製品は鉱化剤と共に炉２１に通される。炉２
１からの製品は上記した結晶形態をもつた凝集コ
ランダムからなつている。この凝集した粒子は、
たとえば粉砕機３０、篩３１および風篩分離機３
２のような通常手段による分粒により凝集状態を
解かれいろいろな単結晶部分４０に破砕される。 ドライヤー２０における脱水のための温度は、
あまり重要なものではない。しかしながら約200
℃以上であるべきで、可能なら550℃を越えない
ようにする。さもなくば重大な製品の再組織化が
始まることになる。最も好適な温度範囲は大体
250ないし500℃の間である。水酸化アルミニウム
のドライヤー内を通過する最も好ましい時間は
250℃で約3.5時間で、500℃で約１時間である。 ドライヤー２０を出た中間製品への鉱化剤の添
加は、たとえば不連続的に特定量の鉱化剤と適当
な量の中間製品とをミキサー内で強く混合するよ
うに行なうか、炉に入る中間製品に対し計量した
量でもつて連続的に供給するかして行なう。この
後者の方法でも製品の質が低下することはない。 他方、中間製品の温度を大巾に下げること、あ
るいは中間製品をそのまゝ貯えて完全に常温まで
冷却してしまうことは不利である。このような場
合、最終製品は屡々乳白色の曇つた結晶となる。 炉２１はその種類または大きさに関して、特別
な要求事項はない。効率上ロータリーキルンは、
バーナー個所の最高温度はせいぜい約1400℃で、
入口個所での最高温度は約700℃という方法で操
業される。炉長および／または回転速度は処理物
が約1.5ないし4.5時間で炉内を通過するのに必要
な寸法にすべきである。 鉱化剤が直接添加される、すなわち本方法の単
一工程操業における添加が行なわれる場合、ドラ
イヤー２０からの中間製品と鉱化剤との十分な混
合は、炉入口から１メートル以内のところで行な
われる、すなわち終端の製品は常に均一になつて
いる。 すでに上述したように、鉱化剤は水酸化アルミ
ニウムとともにドライヤー２０に添加され、次い
で焼炉２１に通されるという方法によつても有効
である。この操業形態は単一の加熱設備を用いた
通常方法に相当するが、強い水蒸気雰囲気がつく
られる領域がドライヤーを採用することによつて
著しく減少するところに違いがある。 実施例 0.03〜0.1％のNa₂O（Al₂O₃に関して）を含む水
酸化アルミニウムを用い、そしてアンモニウム
（NH₄）を含む鉱化剤物質を用いたいろいろな試
験により、大部分が３〜8μmの範囲を占める１〜
10μmの大きさのα−Al₂O₃（コランダム）結晶を
製造した。結晶は本質的に等軸晶系であり、エル
ウエル、シエル著「高温溶液からの結晶成長」
1975年第219頁（“Crystal Growth from High
Temperature Solutions” by Elwell and
Schell、1975、page219）の第5.8d図に示されて
いるものに非常に類似していた。 試験のすべては、長さ6.5mで内径60cmのロー
タリーキルンを用いて行なわれた。 試験１〜５のそれぞれにおいて、出発原料を
300Kgとし約40Kg／時間の割合で供給した。試験
１では原料をロータリーキルンに直接供給した。
試験２〜５はドライヤーを用い、ドライヤーでの
滞留時間は約１時間、ロータリーキルンでのそれ
は約2.5ないし4.5時間とした。試験１では滞留時
間は約３時間であつた。 試験１〜５の条件および得られた製品の大きさ
およびＤ／Ｈを第１表に示した。

【表】 結晶は、ラツプ仕上とつや出し研摩用途および
セラミツク工業における用途に適している。試験
５の製品の密度（ドイツ規格DIN53194による）
（実験用振動ミルで凝集体を粉砕してから詰めた
もの）は2200Kg／m³であつた。この価は類似した
結晶の大きさで商業上有用なアルミナ製品のそれ
よりも約40％高い。 すべての試験において、か焼の終つた製品はＸ
線研究によつて期待されたように、ほとんどがコ
ランダムα−Al₂O₃のみからなることが示され
た。β−Al₂O₃の線２００（CuK、ｄ＝11.3Å）
はすべてのサンプルにおいて微弱で漸く見得るの
みであつた。別に結晶に不均質なところはなかつ
た。このα−Al₂O₃回析線はすべてシヤープで欠
陥のない結晶のしるしであると判断された。第２
図は試験２からのサンプルを6000倍の倍率で示し
たものである。 酸化アルミニウム処理工業すなわちセラミツク
特にオキシ・セラミツク工業または耐火物製品の
製造においては、出来るだけ密度を高く詰め込め
る材料を求める一般的な要望がある。本発明によ
る方法によつてつくられる製品はこの分野向けと
して例外なく十分に好適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を図解的に示した工程
図である。第２図は、本発明の実施例におけるα
−Al₂O₃製品サンプルの結晶構造を示す6000倍拡
大写真である。 １０，１１……サイロ、２０……ドライヤー、
２１……か焼炉、３０……粉砕機、３１……篩、
３２……風篩分離機、４０……単結晶粒子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ホウ素および／またはフツ素を含有する化合
   物形態の鉱化剤添加のもとにα−Al₂O₃への転移
   に要する以上の温度まで水酸化アルミニウムAl₂
   （OH）₃をか焼することによつて結晶アルミナα
   −Al₂O₃を製造する方法において； 水酸化アルミニウムが、Al₂O₃を基準とする比
   率で0.1重量％以下、好ましくは0.05重量％以下
   のNa₂O濃度をもち； アンモニウム（NH₄ ⁺）を含む鉱化剤が添加さ
   れており； 結晶アルミナの少なくとも80％の結晶が１〜
   10μm、好ましくは３〜8μmの大きさであり、か
   つＤ／Ｈの比がせいぜい２を示すものであるこ
   と；を特徴とする前記方法。 ２ ホウ素および／またはフツ素を含有する化合
   物の少なくとも１つがアンモニウムを含むことを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の結晶ア
   ルミナの製造方法。 ３ ホウ素および／またはフツ素を含有する化合
   物がNH₄BF₄であることを特徴とする、特許請求
   の範囲第２項記載の結晶アルミナの製造方法。 ４ アンモニウム含有鉱化剤が、0.03〜1.0重量
   ％の濃度となる量で水酸化アルミニウムに添加さ
   れることを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜
   第３項のいずれかに記載の結晶アルミナの製造方
   法。 ５ 水酸化アルミニウムが第一工程で予備乾燥さ
   れ、第二工程で鉱化剤として作用する１つまたは
   ２つ以上の化合物添加後にか焼処理に供されるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれかに記載の結晶アルミナの製造方法。 ６ 第一工程が好ましくは200〜550℃の温度範
   囲、特に好ましくは400〜550℃の温度範囲で行わ
   れることを特徴とする、特許請求の範囲第５項に
   記載の結晶アルミナの製造方法。 ７ 前記第二工程におけるか焼処理の時間が、約
   1.5〜4.5時間であることを特徴とする、特許請求
   の範囲第５項または第６項に記載の結晶アルミナ
   の製造方法。