DE60217997T2

DE60217997T2 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumhydroxid

Info

Publication number: DE60217997T2
Application number: DE60217997T
Authority: DE
Inventors: Hisakatsu Niihama-shi Kato; Naoyuki Niihama-shi Eguchi; Kiyoshi Niihama-shi Takeuchi
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: US20030012728A1; CN1189398C; ES2280455T3; KR100938765B1; CA2392665A1; EP1275617A1; KR20030007045A; CN1396116A; DE60217997D1; CA2392665C; AU784483B2; AU5276302A; EP1275617B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aluminiumhydroxid mit hohem Glanz und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Aluminiumhydroxids.
Aluminiumhydroxid wird in einer großen Menge zum Beispiel für verschiedene Arzneimittel, Kunstmarmor, Zahnpflegemittel, Überzugsmaterialien für Papierherstellung, Flammverzögerungsfüllstoffe und Rohmaterialien für Aluminiumoxidherstellung verwendet. In Hinblick auf die Verwendungen davon besteht ein Bedarf für ein Aluminiumhydroxid mit niedrigem Färbevermögen und ausgezeichnetem Glanz. Viele Verfahren zur Herstellung von Aluminiumhydroxid sind bekannt. Jedoch enthalten Aluminiumhydroxide, welche durch die herkömmlichen Verfahren erhalten werden, verschiedene Arten von Verunreinigungen wie organische färbende Komponenten und Siliciumdioxid und sind deshalb nicht zufriedenstellend bei Reinheit und Glanz.
Zum Beispiel offenbart JP-A-4-231323 ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumhydroxids, bei welchem das gesamte Aluminiumhydroxid, welches als ein Rohmaterial verwendet werden soll, in einer Alkalilösung wie einer wässrigen Lösung von Natriumaluminat bei hoher Temperatur unter hohem Druck gelöst wird, Verunreinigungen entfernt werden und dann Aluminiumhydroxid ausgefällt wird. Das durch dieses Verfahren erhaltene Aluminiumhydroxid neigt jedoch dazu, Verunreinigungen zu enthalten, da primäre Teilchen davon klein sind und zu Agglomeration neigen. Deshalb ist es schwierig, ein Aluminiumhydroxid mit hoher Reinheit und hohem Glanz durch dieses Verfahren zu erhalten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aluminiumhydroxids mit hoher Reinheit und hohem Glanz und eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Aluminiumhydroxids.
Diese Aufgabe wurde gelöst, auf der Grundlage des Befundes, dass es bevorzugt ist, wenn nicht ermöglicht wird, dass sich das gesamte Aluminiumhydroxid als ein Rohmaterial in einer Alkalilösung löst, wobei aber ermöglicht wird, dass sich ein Teil des Aluminiumhydroxids in der Alkalilösung löst, um so ein Gemisch davon, bei welchem Feststoff und Flüssigkeit gemeinsam vorliegen, (Aufschlämmung) bei den Schritten von Mischen des Aluminiumhydroxids mit der Alkalilösung mit Erwärmen und dann Abkühlen zu erhalten, um ein Aluminiumhydroxid mit großen primären Teilchen davon zu erhalten. Bei diesem Verfahren wachsen Kerne von Aluminiumhydroxid mit Abkühlen unter Verwendung eines Feststoffes in dem Gemisch als Kerne, was im Erhalten eines Aluminiumhydroxids mit großen primären Teilchen mit hoher Reinheit und hohem Glanz resultiert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumhydroxids bereit, wobei das Verfahren umfasst:

(i) Mischen eines rohen Aluminiumhydroxids mit einer Alkalilösung, welche eine Natriumhydroxidlösung oder eine Natriumaluminatlösung einschließt, um ein Gemisch davon zu erhalten;
(ii) Erwärmen des Gemischs, um eine Aufschlämmung zu erhalten, in welcher ein Aluminiumhydroxid-Feststoff in einer Menge von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, bezogen auf das rohe Aluminiumhydroxid, das für das Mischen verwendet werden soll, vorhanden ist;
(iii) Abkühlen der Aufschlämmung, um ein Aluminiumhydroxid auszufällen; und
(iv) Trennen des erhaltenen Aluminiumhydroxids von der Aufschlämmung.

1 zeigt eine Rasterelektronenmikroskop (REM)-Fotografie mit 500-facher Vergrößerung des Aluminiumhydroxidpulvers, das als ein Rohmaterial in Beispiel 1 verwendet wurde, welches eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist;
2 zeigt eine REM-Fotografie mit 500-facher Vergrößerung des Aluminiumhydroxids, welches als ein Feststoff in der Aufschlämmung des rohen Aluminiumhydroxids in Beispiel 1 vorhanden war; und
3 zeigt eine REM-Fotografie mit 500-facher Vergrößerung des Aluminiumhydroxid-Pulvers, welches in Beispiel 1 erhalten wurde.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumhydroxids umfasst die Schritte von Mischen eines rohen Aluminiumhydroxids als ein Rohmaterial mit einer Alkalilösung, um ein Gemisch davon zu erhalten, und Erwärmen des Gemisches, um eine Aufschlämmung zu erhalten, in welcher ein Aluminiumhydroxid-Feststoff in einer Menge von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, bezogen auf das rohe Aluminiumhydroxid, das für das Mischen verwendet werden soll, vorhanden ist.
Das Aluminiumhydroxid, welches als ein Rohmaterial verwendet werden soll, ist nicht eingeschränkt. Beispiele des Aluminiumhydroxids schließen ein Aluminiumhydroxid ein, welches die Kristallstruktur des Gibbsittyps oder des Bayerittyps aufweist. Unter diesen ist es bevorzugt, ein Aluminiumhydroxidpulver des Gibbsittyps zu verwenden, welches ein Zwischenprodukt zur Herstellung des Metalls Aluminium sein kann, in Hinblick darauf, dass es einfach zu erhalten und nicht teuer ist.
Die Alkalilösung, welche mit dem rohen Aluminiumhydroxid gemischt werden soll, schließt eine Natriumhydroxidlösung oder eine Natriumaluminatlösung ein. Vom industriellen Standpunkt ist es bevorzugt, eine Natriumaluminatlösung zu verwenden. Wenn eine Natriumaluminatlösung in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann die Natriumaluminatlösung eine Konzentration an Natriumverbindungen, ausgedrückt als Na₂O, im Bereich von etwa 100 g/l bis etwa 200 g/l, eine Konzentration an Aluminiumoxidverbindungen, ausgedrückt als Al₂O₃, im Bereich von etwa 40 g/l bis etwa 132 g/l und ein Molverhältnis (Na₂O/Al₂O₃) der Molmenge an Natriumverbindungen, ausgedrückt als Na₂O, zur Molmenge an Aluminiumoxidverbindungen, ausgedrückt als Al₂O₃, im Bereich von etwa 2,5 bis etwa 4 aufweisen.
Beim Mischen eines rohen Aluminiumhydroxids mit einer Alkalilösung kann die Menge des rohen Aluminiumhydroxids, welche verwendet werden soll, eine derartige Menge sein, dass die Menge an Aluminiumoxidverbindungen, ausgedrückt als Al₂O₃, im Bereich von etwa 60 g bis etwa 260 g, bezogen auf 1 l der Alkalilösung, liegt.
In der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend erhaltene Gemisch erwärmt, um eine Aufschlämmung bereit zu stellen, in welcher Aluminiumhydroxid-Feststoff vorhanden ist. Das Erwärmen kann in dem vorstehend beschriebenen Schritt von Mischen des rohen Aluminiumhydroxids mit der Alkalilösung durchgeführt werden. In der vorliegenden Erfindung werden ein rohes Aluminiumhydroxid und eine Alkalilösung miteinander gemischt und werden erwärmt, so dass das rohe Aluminiumhydroxid teilweise in der Alkalilösung gelöst wird und das verbleibende Aluminiumhydroxid als ein Feststoff in dem erhaltenen Gemisch vorliegt. Als ein Ergebnis wird eine Aufschlämmung erhalten, in welcher Aluminiumhydroxid-Feststoff vorhanden ist.
Die Menge des Aluminiumhydroxid-Feststoffes in der Aufschlämmung liegt im Bereich von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% und bevorzugt von etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-%, bezogen auf das rohe Aluminiumhydroxid, das für das Mischen verwendet werden soll. Wenn die Menge des Feststoffes etwa 90 Gew.-% übersteigt, kann ein Aluminiumhydroxid mit niedriger Reinheit und/oder niedrigem Glanz erhalten werden. Auf der anderen Seite kann, wenn die Menge des Feststoffes niedriger als etwa 10 Gew.-% ist, der Herstellungseffizienz des erhaltenen Aluminiumhydroxids nachteilig verringert sein, was nicht wünschenswert ist. Das Erwärmen wird bevorzugt derart durchgeführt, dass das rohe Aluminiumhydroxid teilweise in der Alkalilösung gelöst wird und die Konzentration der Aluminiumoxidverbindungen, welche in der Alkalilösung gelöst sind, eine Gleichgewichtskonzentration wird.
Das Erwärmen des Gemisches aus rohem Aluminiumhydroxid und einer Alkalilösung kann zum Beispiel in einer Lösungskammer vom Chargentyp oder in einer kontinuierlichen Lösungskammer, welche jeweils mit einer Rührfunktion ausgestattet sind, durchgeführt werden. Es gibt keine besonderen Einschränkungen beim Erwärmungsverfahren. Zum Beispiel kann das Erwärmen derart durchgeführt werden, dass ein Rohr, welches aus einem alkalibeständigen Material hergestellt ist, in einer Lösungskammer installiert wird und erwärmter Dampf durch das Rohr geführt wird, oder das Erwärmen kann auch unter Verwendung einer Erwärmungsvorrichtung, welche um eine Lösungskammer herum angeordnet ist, durchgeführt werden.
Das Erwärmen wird derart durchgeführt, dass die Temperatur der erhaltenen Aufschlämmung nicht niedriger als etwa 80°C und nicht höher als der Siedepunkt der Alkalilösung wird. Wenn die Erwärmungstemperatur den Siedepunkt der Alkalilösung übersteigt, kann es notwendig sein, eine Lösungskammer mit einer verschlossenen Druckkammer zu verwenden, was nicht wünschenswert ist. Wenn zum Beispiel eine Natriumaluminatlösung mit einer Na₂O-Konzentration von 155 g/l, einer Al₂O₃-Konzentration von 73 g/l und einem Molverhältnis Na₂O/Al₂O₃ von 3,5 verwendet wird, beträgt der Siedepunkt der Lösung etwa 108°C. Die Erwärmungszeit variiert abhängig von der Erwärmungstemperatur. Zum Beispiel ist die Erwärmungszeit nicht kürzer als 10 Minuten, bevorzugt nicht kürzer als 30 Minuten und sie ist nicht länger als 2 Stunden, bevorzugt nicht länger als 1 Stunde.
In der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend erhaltene Aufschlämmung abgekühlt, um Aluminiumhydroxid auszufällen, und dann wird das erhaltene Aluminiumhydroxid von der Aufschlämmung getrennt. Die Aufschlämmung kann schließlich auf eine Temperatur von nicht niedriger als etwa 40°C und nicht höher als etwa 60°C abgekühlt werden.
Es ist bevorzugt, das Abkühlen in einer Kammer, welche mit einer Rührfunktion ausgestattet ist, unter Rühren durchzuführen. Zum Beispiel kann das Abkühlen durch ein Verfahren durchgeführt werden, bei welchem die Temperatur Schritt für Schritt oder kontinuierlich erniedrigt wird. Die Temperatur der Aufschlämmung wird bevorzugt Schritt für Schritt erniedrigt. Wenn die Temperatur Schritt für Schritt erniedrigt wird, ist es bevorzugt, die Aufschlämmungstemperatur derart aufrecht zu erhalten, dass die Konzentration an Aluminiumoxidverbindungen, welche in der Alkalilösung gelöst sind, eine Gleichgewichtskonzentration bei einer vorher bestimmten Temperatur in einem Abkühlungsschritt wird, und dann zu beginnen, die Aufschlämmung auf die nächste vorher bestimmte Temperatur in dem Abkühlungsschritt abzukühlen. Zum Beispiel kann das Abkühlen durch ein Verfahren durchgeführt werden, bei welchem eine Aufschlämmung von einer vorher erwähnten Temperatur, bei welcher rohes Aluminiumhydroxid teilweise gelöst worden ist, auf eine Temperatur im Bereich von etwa 60°C bis etwa 80°C abgekühlt wird, die Aufschlämmung bei dieser Temperatur für mehrere oder zig Stunden gehalten wird, gefolgt von Abkühlen der Aufschlämmung auf eine niedrigere Temperatur, und dann die Aufschlämmung wieder bei der niedrigeren Temperatur für mehrere oder zig Stunden gehalten wird, ferner gefolgt von Abkühlen der Aufschlämmung auf eine Temperatur im Bereich von etwa 40°C bis etwa 60°C, welche die Endtemperatur der Aufschlämmung ist.
Die abgekühlte Aufschlämmung kann, wenn notwendig, bei der Abkühlendtemperatur für mehrere oder zig Stunden gehalten werden, bevorzugt für etwa 0,5 Stunden bis etwa 5 Stunden, um das Aluminiumhydroxid, welches ausgefällt wurde, zu altern.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Teil des rohen Aluminiumhydroxids, welches als ein Rohmaterial verwendet wird, in einer Alkalilösung gelöst und dann abgekühlt. In dem Abkühlschritt wachsen die gelösten Aluminiumoxidverbindungen, wobei sie um das Aluminiumhydroxid ausfallen, welches in der Form eines Feststoffes als ein Kern verblieb. Als ein Ergebnis wird ein Aluminiumhydroxid mit einer hohen Reinheit und einem hohen Glanz (das heißt ein Aluminiumhydroxid mit einem hohen L-Wert beim Lab-Index, definiert durch die International Commission on Illumination) erhalten. Das erhaltene Aluminiumhydroxid können große primäre Teilchen sein. Das Aluminiumhydroxid kann Natriumverbindungen in einer Menge von nicht größer als etwa 0,25 Gew.-%, bevorzugt nicht größer als 0,18 Gew.-%, ausgedrückt als Na₂O, enthalten.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Aluminiumhydroxid besteht kein Bedarf, ein Gemisch, welches ein rohes Aluminiumhydroxid und eine Alkalilösung umfasst, auf eine hohe Temperatur, wie die Temperatur, auf welche das Gemisch in den herkömmlichen Verfahren erwärmt wird, zu erwärmen. Auch können bei der vorliegenden Erfindung die Kosten für Energie, welche für den Dampf zum Erwärmen notwendig ist, verringert werden.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele detaillierter beschrieben, welche nicht als eine Einschränkung auf den Umfang der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden sollen.
In den folgenden Beispielen wurde der Glanz nach Hunter gemäß JIS P 8123 gemessen. Wenn der Wert des Glanzes nach Hunter höher ist, wird der Glanz der gemessenen Probe höher.
In eine Natriumaluminatlösung mit einer Konzentration an Natriumverbindungen, ausgedrückt als Na₂O, von 153 g/l, einer Konzentration an Aluminiumoxidverbindungen, ausgedrückt als Al₂O₃, von 85 g/l und einem Molverhältnis Na₂O/Al₂O₃ von 2,96 wurde ein rohes Aluminiumhydroxidpulver (hergestellt von Alcoa Kasei Ltd.; Handelsname „A-30") mit einem mittleren sekundären Teilchendurchmesser von 100 μm, einer Konzentration an Natriumverbindungen, ausgedrückt als Na₂O, von 0,20 Gew.-% und einem Glanz nach Hunter von 69 in einer Menge von 185 g pro einem Liter der Natriumaluminatlösung gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde auf 108°C erwärmt, was der Siedepunkt der Natriumaluminatlösung ist, und wurde bei der selben Temperatur für 0,5 Stunden während Rühren gehalten, wobei eine Aufschlämmung erhalten wurde. Die Menge an Aluminiumhydroxid-Feststoff, welche in der Aufschlämmung enthalten war, betrug 40 Gew.-%, bezogen auf das rohe Aluminiumhydroxid, welches als ein Rohmaterial verwendet worden war. Eine sehr kleine Fraktion des Aluminiumhydroxid-Feststoffes wurde herausgenommen und der mittlere Teilchendurchmesser wurde zu etwa 36 μm bestimmt. Rasterelektronenmikroskop (REM)-Fotografien mit 500-facher Vergrößerung des rohen Aluminiumhydroxids, welches als ein Rohmaterial verwendet wurde, und des Aluminiumhydroxid-Feststoffes sind in den 1 beziehungsweise 2 gezeigt.
Die Aufschlämmung wurde auf 80°C abgekühlt und dann in eine Ausfällungskammer gegossen. Während Rühren wurde das Abkühlen der Aufschlämmung aufeinanderfolgend durch Abkühlen auf 80°C und Halten bei dieser Temperatur für 22 Stunden, Abkühlen auf 70°C und Halten bei dieser Temperatur für 24,5 Stunden, Abkühlen auf 60°C und Halten bei dieser Temperatur für 24 Stunden und Abkühlen auf 50°C und Halten bei dieser Temperatur für 72 Stunden durchgeführt, wobei ein Aluminiumhydroxid ausgefällt wurde. Das ausgefällte Aluminiumhydroxid wurde dann von der Aufschlämmung getrennt. Das erhaltene Aluminiumhydroxid hat einen mittleren Teilchendurchmesser (sekundärer Teilchendurchmesser) von etwa 67 μm und einen mittleren primären Teilchendurchmesser von 20 bis 30 μm. Das Aluminiumhydroxid weist einen Gehalt an Natriumverbindungen, ausgedrückt als Na₂O, von bis zu 0,16 Gew.-% und einen Glanz nach Hunter von 78 auf.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumhydroxids, wobei das Verfahren umfasst: (i) Mischen eines rohen Aluminiumhydroxids mit einer Alkalilösung, welche eine Natriumhydroxidlösung oder eine Natriumaluminatlösung einschließt, um ein Gemisch davon zu erhalten; (ii) Erwärmen des Gemischs, um eine Aufschlämmung zu erhalten, in welcher ein Aluminiumhydroxid-Feststoff in einer Menge von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, bezogen auf das rohe Aluminiumhydroxid, das für das Mischen verwendet werden soll, vorhanden ist; (iii) Abkühlen der Aufschlämmung, um ein Aluminiumhydroxid auszufällen; und (iv) Trennen des erhaltenen Aluminiumhydroxids von der Aufschlämmung.
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumhydroxids gemäß Anspruch 1, wobei das Erwärmen bei einer Temperatur von nicht niedriger als 80°C und nicht höher als dem Siedepunkt der Alkalilösung durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumhydroxids gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Alkalilösung eine Konzentration an Natriumverbindungen, ausgedrückt als Na₂O, von 100 bis 200 g/l, eine Konzentration an Aluminiumoxidverbindungen, ausgedrückt als Al₂O₃, von 40 bis 132 g/l und ein Molverhältnis (Na₂O/Al₂O₃) von 2,5 bis 4 aufweist.