JPH07101723A - αアルミナ粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 バイヤー法により得られた水酸化アルミニウ
ムを４００℃〜１２００℃の温度雰囲気に０．１秒〜５
分接触させ瞬間仮焼し遷移アルミナとした後、次いで該
遷移アルミナをα化率が８０％以上となるまで焼成する
ことを特徴とするαアルミナ粉末の製造方法。 【効果】 解砕性に優れ、粗大粒子が少なく、かつ粒度
分布のシャープなαアルミナ粉末を製造し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はαアルミナ粉末の製造方
法に関するものである。更に詳細には解砕性に優れ、粗
大粒子が少なく、かつ粒度分布がシャープなαアルミナ
粉末の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】平均一次粒子径（α晶の大きさ）が２〜
３μｍ以下のαアルミナ粉末は、ファインセラミック用
途を始め微粒の研磨材或いは耐火物用途に使用されてい
る。これらαアルミナ粉末は一般的にはバイヤー法で製
造される水酸化アルミニウムをロータリーキルン或いは
トンネルキルン等の連続焼成炉やバッチ式の焼成炉で焼
成して製造される。通常、バイヤー法で製造される水酸
化アルミニウムは約０．数μｍ〜約３０μｍの一次粒子
が凝集した約１０〜約１００μｍの二次凝集粒子であ
り、α化時強固な粒子間結合を生じる。それゆえ焼成後
２〜３μｍ以下のαアルミナ粉末とするためにはボール
ミル等で解砕或いは粉砕し粒度調整されているが、かか
る操作は多大のエネルギーを消費し製造コストが高くな
る欠点があった。加えて該方法により得られたαアルミ
ナ粉末は粗大粒子を含み、粒度分布も広いため、これを
用いて得た成形体は焼結時、成形体中よりの脱バインダ
ー性や脱ガス性に劣り、また粗大粒子は焼結体の欠陥と
なり、機械的強度を低下させる等の問題を有していた。

【０００３】このため従来より焼結後のアルミナの解砕
性を改良する努力がなされてきた。例えばアルミナ粉末
にポリエチレングリコール、アルミニウムアルコキサイ
ド等を粉砕助剤として添加する方法が知られている。し
かしながらこの方法は粉砕時間が短縮されるものの、ア
ルミナ表面に吸着した粉砕助剤が、スラリー化に際し分
散性等に悪影響を及ぼすとの欠点を有する。

【０００４】また特開昭６１−２６５５４号公報には
「セラミック前駆体または準安定相物質を出発原料とし
て、成形及び焼成するセラミック焼結体の製造方法にお
いて、セラミックス前駆体または準安定相物質を加熱す
ることによって得られるより安定な相になる物質を、前
記出発原料の粒子数に対して０．１〜１００％の粒子数
だけ、前記出発原料に添加した後、成形、焼成すること
を特徴とするセラミック焼結体の製造方法」が開示され
ている。更に特開昭６２−１２８９１８号公報には「大
きさが１μｍより小さいαアルミナ結晶を含むアルミナ
粉末の製法であって、αアルミナプリカーサーに１μｍ
より小さいαアルミナ粒子を種結晶として添加し、種晶
を添加したプリカーサーを９００〜１３５０℃で、非α
アルミナの少なくとも一部分をαアルミナに変えるのに
十分な時間焼結し、かつこの焼結生成物を１μｍより小
さい粒子の粉末に粉砕する工程を含むことを特徴とする
アルミナ粉末の製法」が開示されている。しかしながら
これら種入れ法は、実質的に解砕性の向上は期待される
ものの、水酸化アルミニウムの析出速度や成長速度が低
下し生産コスト的が高くなる欠点を有する。

【０００５】特開平３−９３６１７号公報には「アルミ
ン酸アルカリを加水分解して得られる水酸化アルミニウ
ムを焼成してアルミナを製造するプロセスにおいて水酸
化アルミニウムがアルミナに相転移する際、ベーマイト
相を経由するアルミナが全体の１０％以下となるように
焼成する事を特徴とする易焼結アルミナの製造方法」が
開示されている。しかしながら、ベ−マイト含有率を１
０％以下にするためには、（１）一次粒子の小さい水酸
化アルミナを使用するか、（２）高真空下で焼成するこ
とが必要であり、よりコストの高い水酸化アルミニウム
を使用するか、極めて特殊な焼成条件で焼成する必要が
あるため経済的でない欠点があった。

【０００６】さらに特開平５−４３２２４号公報には
「中間焼成アルミナにしたときに全ソーダ含有量が０．
５重量％以下になるようなソーダ含有量のバイヤー法水
酸化アルミニウムを１分間当たり２０℃以下の昇温速度
で７００℃以下にて脱水熱分解した後、昇温して１４０
０℃以下で中間焼成してα化度９０％以上の中間焼成ア
ルミナとし、しかる後に該中間焼成アルミナをフッ素換
算でアルミナ１００重量部当たり０．０５〜１．０重量
部の割合のフッ素鉱化剤の存在化で６００〜１５００℃
で再焼成して粒径制御することを特徴とする球状アルミ
ナの製造方法」が開示されている。しかし、この方法は
一段目の焼成時の昇温速度が遅く効率的でない欠点があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】かかる事情下に鑑み、
本発明者等は解砕性に優れ、粗大粒子が少なく、粒度分
布がシャープなαアルミナを歩留まり良く、かつ安価に
製造する方法を見いだすことを目的として鋭意検討した
結果、原料水酸化アルミニウムを特定条件で焼成する場
合には、上記特性を満足するαアルミナ粉末が得られる
ことを見いだし、本発明を完成するに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明はバイヤー
法より得られた水酸化アルミニウムを４００℃〜１２０
０℃の温度雰囲気に０．１秒〜５分接触させ瞬間仮焼し
遷移アルミナとした後、次いで該遷移アルミナをα化率
が８０％以上となるまで焼成することを特徴とするαア
ルミナ粉末の製造方法を提供するにある。

【０００９】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明の実施に際し、原料水酸化アルミニウムはバイヤー
法により得られた水酸化アルミニウム（ギブサイト）が
使用される。原料水酸化アルミニウムの粒子形状、粒子
サイズは特に制限されないが、通常、約０．数μｍ〜約
３０μｍの一次粒子が凝集した、約１０〜約１００μｍ
の二次凝集粒子よりなるバイヤー法水酸化アルミニウム
が使用される。

【００１０】本発明に於いて、原料水酸化アルミニウム
は先ず瞬間仮焼により脱水熱分解を行う。ここで瞬間仮
焼とは、原料水酸化アルミニウムを４００℃〜１２００
℃の温度雰囲気下に０．１秒〜５分接触させ、普通には
約５００℃〜約１２００℃、線速度約５ｍ／秒〜約５０
ｍ／秒の熱風気流中に原料水酸化アルミニウムを同伴さ
せて、接触時間約０．１秒〜約１０秒焼成する。かかる
焼成後のアルミナは１００℃以下で再水和能（１００℃
以下の温度で、かつ水との共存下で反応域に存在するア
ルミナの約５％以上が水酸化アルミニウムに転移するも
のを再水和能を有するという）を有する遷移アルミナで
あればよく、一般的には得られた焼成後のアルミナ中の
結晶相は実質的にはχ（カイ）、ρ（ロー）、或いは無
定形アルミナでありαアルミナを実質的に含有しない
（約５％以下）もので、ＢＥＴ表面積が約１５０〜約３
５０ｍ² ／ｇ、普通には約２００〜約３５０ｍ² ／ｇの
範囲の遷移アルミナであればよい。

【００１１】焼成は上記条件での焼成が可能な焼成炉で
あれば特にその構造を限定されるものではないが、通
常、熱風中に水酸化アルミニウムを投入し焼成する気流
式焼成炉が使用される。また火炎中に水酸化アルミニウ
ムを投入し焼成する方法であってもよい。該熱風は燃料
直焚き、或いは間接加熱のいずれでもよい。

【００１２】瞬間仮焼後の遷移アルミナ粉末は通常サイ
クロン、バグフィルター、電気集塵機等の公知の方法で
気流中より分離、回収される。気流中からの分離温度
は、原料粉末の入口温度、焼成部分の放熱、分離部分の
材質等から決まるが、本発明方法の実施に於いては瞬間
仮焼後のアルミナが再水和能を有する遷移アルミナ粉末
であればよく特に分離温度は制限されない。

【００１３】瞬間仮焼後の遷移アルミナ粉末は次いでα
化率が８０％以上、好ましくは９０％以上となるまで焼
成する。該焼成は遷移アルミナ粉末をα化し得る焼成で
あればよく、焼成装置としてはロータリーキルンやトン
ネルキルン等の連続焼成炉やバッチ式焼成炉、或いは気
流式焼成炉等が挙げられる。また、焼成温度、時間も特
に制限されないが一般的には焼成温度約９００〜約１５
００℃、好ましくは約１０００〜約１３００℃で約１時
間〜約５時間の範囲で実施される。焼成後のアルミナの
α化率が８０％未満の場合には焼結用アルミナ原料粉末
として用いる場合、成形体の焼結時の収縮により、気孔
が生成し易くなり、焼結体特性が悪くなる。焼成後のア
ルミナ粉末は焼成過程で一次粒子が各粒子間で軽く固着
し凝集粒を形成しているのでボールミル、振動ミル、媒
体攪拌ミル等の公知の粉砕機により凝集を解砕すること
が好ましい。

【００１４】このように焼成して得られた本発明のアル
ミナ粉末は、α化率が約８０％以上、通常約９０％以上
であり、平均二次粒子径が約１μｍ以下で、＋１μｍ以
上の粗粒の占める割合が１０重量％以下で、かつロジン
−ラムラ−の勾配が２．５以上の解砕性に優れ、粗大粒
子が少なく、かつ粒度分布がシャープなαアルミナ粉末
である。

【００１５】また、更に得られるαアルミナ粉末の粒子
形状や結晶の成長したαアルミナ粉末を所望する場合に
は、瞬間仮焼後の焼成時に目的に合致した効果を発揮す
る鉱化剤を添加し焼成することが推奨される。このよう
な鉱化剤としてはフッ素化合物、ホウ素化合物および塩
素化合物が挙げられ、これらは単独、或いは同時に使用
される。これら鉱化剤の添加量は原料アルミナに対して
フッ素化合物の場合Ｆとして０．０１重量％〜約０．５
重量％、ホウ素化合物の場合はＢとして０．０１重量％
〜約０．５重量％、塩素化合物の場合Ｃｌとして０．０
５重量％〜２重量％が適当である。これらの鉱化剤の添
加形態は、原料の水酸化アルミニウムに予め含有させて
いても良いし、焼成時添加しても良い。また、ソーダ含
有量の低いαアルミナ粉末が望まれる場合は，従来から
の公知の方法、例えば、原料として低ソーダの水酸化ア
ルミニウムを使用したり、或いは一次焼成後及び／又は
二次焼成後のアルミナ粉末を水洗や酸洗することも可能
である。該、鉱化剤の存在下の焼成により得られたαア
ルミナ粉末も、α化率が約８０％以上、通常約９０％以
上であり、ロジン−ラムラ−の勾配が２．５以上の解砕
性に優れ、粗大粒子が少なく、かつ粒度分布がシャープ
なαアルミナ粉末である。

【００１６】以上詳述したように、本発明に於いてはバ
イヤー法により得られた原料水酸化アルミニウムを瞬間
焼成により遷移アルミナとした後、更に焼成しαアルミ
ナ粉末とすることを必須とする。瞬間焼成による脱水熱
分解を経由しないで、通常の電気炉やロータリーキルン
等の比較的加熱速度の遅い（約１００℃／分以下）焼成
条件下で焼成しても、粒度分布のシャープな易焼結アル
ミナは得られない。またサスペンジョンプレヒーター付
きロータリーキルン等を用いてαアルミナ粉末を得る場
合にも粗大粒子が少なく、かつ粒度分布のシャープなα
アルミナ粉末を得ることができない。本製造方法におい
て、何故、易解砕性で、粗大粒子が少なく、かつ粒度分
布がシャープなαアルミナ粉末が得られるのかその理由
は明かではないが、瞬間焼成により、急速加熱脱水した
遷移アルミナは、アルミナのＣ軸に垂直な方向に無数の
クラックが生成することから、かかる遷移アルミナを経
緯してα化されたアルミナは、簡単な解砕処理により容
易に解砕し得るものと推察される。またサスペンジョン
プレヒーター付きロータリーキルンの場合には装置構造
上、微粒アルミナが系内を循環しているためロータリー
キルンで焼成されるアルミナは遷移アルミナから既にα
化されたアルミナまで焼成程度の異なるアルミナよりな
るため、焼成後得られたαアルミナは本発明方法のよう
な粗大粒子が少なく粒度分布がシャープなαアルミナ粉
末が得られないものと考える。

【００１７】

【発明の効果】以上詳述した本発明方法によれば、水酸
化アルミニウムを瞬間焼成し、ついで通常の条件下で焼
成すると言う比較的簡単な操作により、易解砕性で、粗
大粒子が少なく、かつ粒度分布がシャープなαアルミナ
粉末が得られるもので、ファインセラミック用途、さら
に特殊研磨剤用途或いは不定形耐火物用途等に最適であ
り、その産業的価値は頗る大である。

【００１８】

【実施例】以下に本発明方法を更に詳細に説明するが、
実施例は本発明方法の一実施形態であり、これにより本
発明方法を限定されるものではない。尚、本発明方法に
おいて水酸化アルミニウムの焼成後のα化率、ＢＥＴ比
表面積、中心粒子径、粒度分布は以下の方法により測定
した。

【００１９】α化率；粉末Ｘ線回折法（理学電機株式会
社製ローターフレックスＲＡＤ−ＢＣｕＫα線の（１１
６）回折線から求めた）による

【００２０】ＢＥＴ比表面積；窒素ガス吸着法（日機装
株式会社製ベーターソーブ自動表面積計モデル４２０
０）により測定した。

【００２１】中心粒子径；Ｘ線透過法（マイクロメリテ
ィックス社製 粒度分布測定器セディグラフ５１００）
により測定した。

【００２２】＋１μｍ；Ｘ線透過法（マイクロメリティ
ックス社製 粒度分布測定器セディグラフ５１００）に
より測定した粒度分布における１μｍ以上の粒子が占め
る累積重量％。

【００２３】粒度分布（ｎ値）；Ｘ線透過式粒度分布測
定機にて測定した粒度分布をロジン−ラムラ−（Rosin-
Rammler ）線図にプロットした時の勾配で、ｔａｎθで
表示される。

【００２４】実施例１ バイヤー法より得られた水酸化アルミニウム〔中心粒子
径（平均二次粒子径）５０μｍ、Ｎａ₂ Ｏ含有量０．２
重量％〕を気流炉で瞬間焼成した。気流炉での入口温度
は８００℃、出口温度が５００℃で水酸化アルミニウム
の滞留時間は約０．５秒（燃焼ガス線速度１５ｍ／秒）
であった。瞬間焼成により得られた一次焼成アルミナ
は、ＢＥＴ比表面積が３００ｍ² ／ｇ、結晶相はαアル
ミナはなく、実質的にχ及びρアルミナであった。次い
で、このようにして得られた一次焼成アルミナ（遷移ア
ルミナ）を高アルミナ質のサヤに入れ小型電気炉にて、
１２５０℃で２時間焼成（二次焼成）を行った。得られ
たアルミナのα化率は９０％、ＢＥＴ比表面積は５．５
ｍ² ／ｇであった。このようにして得られたアルミナ３
５０ｇと１５ｍｍφアルミナ製ボール２９５０ｇを３．
３リットルのアルミナ製ポットに封入し、回転数８０ｒ
ｐｍで２４時間、乾式粉砕した。粉砕後得られたアルミ
ナを測定したところ、中心粒径（Ｄ ₅₀）は０．３０μ
ｍ、Ｄ₉₀／Ｄ₅₀は１．９、粒度分布（ｎ値）は２．７、
＋１μｍ以上の粗大粒子の割合は４．０重量％であっ
た。

【００２５】実施例２ 実施例１と同様にして得られた瞬間焼成アルミナ（ＢＥ
Ｔ比表面積が３００ｍ ² ／ｇ、結晶相はχ及びρアルミ
ナ）を、小型電気炉にて焼成温度を１３００℃に代えた
他は実施例１と同様にして２時間焼成した。得られたア
ルミナのα化率は９８％、ＢＥＴ比表面積は３．５ｍ²
／ｇであった。また、実施例１と同様に粉砕処理した後
得られたアルミナを測定したところ、中心粒径（Ｄ₅₀）
は０．４５μｍ、Ｄ₉₀／Ｄ₅₀は１．７、粒度分布（ｎ
値）は２．８、＋１μｍ以上の粗大粒子の割合は３．０
重量％であった。

【００２６】比較例１ 実施例１で使用したものと同じ水酸化アルミニウムを高
アルミナ質のサヤに入れ、小型電気炉で１．５℃／分の
昇温速度で５００℃まで昇温し、２Ｈｒ保持後、室温ま
で冷却した。得られたアルミナはＢＥＴ比表面積が１０
０ｍ² ／ｇ、結晶相はχアルミナが約５０％、γアルミ
ナが約４０％で残部はベーマイトであり、１００℃以下
の温度で再水和能を有さないものであった。次いでこの
一次焼成アルミナを実施例１と同様に高アルミナ質のサ
ヤに入れ小型電気炉にて、１２００℃で２時間二次焼成
を行った。得られたアルミナのα化率は９０％、ＢＥＴ
比表面積は６．０ｍ² ／ｇであった。また、実施例１と
同様に粉砕処理した後得られたアルミナを測定したとこ
ろ、中心粒径（Ｄ₅₀）は０．２９μｍ、Ｄ₉₀／Ｄ₅₀は
３．４、粒度分布（ｎ値）は１．２、＋１μｍ以上の粗
大粒子の割合は１０．０重量％であった。

【００２７】比較例２ 二次焼成温度を１３００℃、２Ｈｒとした以外は比較例
１と同様にしてアルミナを得た。得られたアルミナのα
化率は９４％、ＢＥＴ比表面積は４．５ｍ² ／ｇであっ
た。また、実施例１と同様に粉砕処理した後得られたア
ルミナを測定したところ、中心粒径（Ｄ₅₀）は０．３６
μｍ、Ｄ₉₀／Ｄ₅₀は２．８、粒度分布（ｎ値）は２．
０、＋１μｍ以上の粗大粒子の割合は９．０重量％であ
った。

【００２８】比較例３ 二次焼成温度が１１００℃とした以外、実施例１と同様
にしてアルミナを得た。得られたアルミナのα化率は７
０％、ＢＥＴ比表面積は８．９ｍ² ／ｇであった。ま
た、実施例１と同様に粉砕処理した後得られたアルミナ
を測定したところ、中心粒径（Ｄ₅₀）は０．２５μｍ、
Ｄ₉₀／Ｄ₅₀は２．２、粒度分布（ｎ値）は２．３、＋１
μｍ以上の粗大粒子の割合は８．０重量％であった。

【００２９】比較例４ サスペンジョンプレヒーター付きロータリーキルンで、
中心粒子径５０μｍ、Ｎａ₂ Ｏ含有量０．２重量％の水
酸化アルミニウムを焼成した。 サスペンジョンプレヒ
ーター部は３個のサイクロン熱交換機とこれを接続する
ダクトより構成されており、ガス温度１１００℃（最高
部）、ダクト部線速度１０ｍ／秒のロータリーキルンよ
りの燃焼ガスを用い加熱し、次いで雰囲気温度１３００
℃のロータリーキルンを用い二次焼成しαアルミナを製
造した。サスペンジョンプレヒーター部よりロータリー
キルン入口部で採集したアルミナは、ＢＥＴ比表面積が
１３０ｍ² ／ｇ、結晶相はαアルミナを約３０％含有し
残部はχ及びρアルミナであった。またロータリーキル
ンで焼成して得られたアルミナのα化率は９０％、ＢＥ
Ｔ比表面積は４．０ｍ² ／ｇであった。また、実施例１
と同様に粉砕処理した後得られたアルミナを測定したと
ころ、中心粒径（Ｄ₅₀）は０．６０μｍ、Ｄ₉₀／Ｄ₅₀は
４．２、粒度分布（ｎ値）は２．２、＋１μｍ以上の粗
大粒子の割合は２５．０重量％であった。

【００３０】実施例３ 実施例１及び比較例１に於いて、二次焼成後のアルミナ
の物性測定に際し、ボールミルでの粉砕時間をいずれも
１０時間に短縮し、得られたアルミナを測定したとこ
ろ、実施例１は中心粒径（Ｄ₅₀）は０．５３μｍ、Ｄ₉₀
／Ｄ₅₀は１．８、粒度分布（ｎ値）は２．９、＋１μｍ
以上の粗大粒子の割合は８重量％であり、比較例１は中
心粒径（Ｄ₅₀）は０．４１μｍ、Ｄ₉₀／Ｄ₅₀は３．２、
粒度分布（ｎ値）は２．４、＋１μｍ以上の粗大粒子の
割合は１５重量％であった。この結果より本発明方法に
より得られたアルミナ粉末は易解砕であることがわか
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バイヤー法により得られた水酸化アルミニ
   ウムを４００℃〜１２００℃の温度雰囲気に０．１秒〜
   ５分接触させ瞬間仮焼し遷移アルミナとした後、次いで
   該遷移アルミナをα化率が８０％以上となるまで焼成す
   ることを特徴とするαアルミナ粉末の製造方法。
2. 【請求項２】瞬間仮焼に気流式焼成炉を用い、得られた
   アルミナ中の結晶相に占めるαアルミナ含有率が５％以
   下となるよう瞬間仮焼することを特徴とする請求項１記
   載のαアルミナ粉末の製造方法。