JP2002535234A - ベーマイトを使用するアニオン性粘土の製造法 - Google Patents
ベーマイトを使用するアニオン性粘土の製造法Info
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Abstract
Description
l固溶体の製造を包含する。アニオン性粘土は、その間にアニオンと水分子とが
存在する金属水酸化物の特定の組合せでできた正に帯電した層から成る結晶構造
を有する。ハイドロダルク石は天然に存在するアニオン性粘土の例であり、ここ
では、炭酸塩が主として存在するアニオンである。メイクスネライト(Meixneri
te)は、OH-が主として存在するアニオンであるアニオン性粘土である。
よびアニオン(特に炭酸塩イオン)がその中に分布している中間層と交互になっ
ている八面体でできている。中間層は、NO3 -、OH、Cl-、Br-、I-、S
O4 2-、SiO3 2-、CrO4 2-、BO3 2-、MnO4 -、HGaO3 2-、HVO4 2-、
ClO4 -、BO3 2-などのアニオン、V10O28 6-およびMO7O24 6-などの柱石ア
ニオン、酢酸塩などのモノカルボン酸塩、シュウ酸塩などのジカルボン酸塩、ラ
ウリルスルホン酸塩などのアルキルスルホン酸塩を含む。
用語が使用される。ハイドロダルク石様および層状二重水酸化物は、当業者によ
り、相互変換可能に使用される。本発明では、上記物質をアニオン性粘土と言い
、その用語内においてハイドロダルク石様物質および層状二重水酸化物物質を含
む。
ン性粘土合成に利用可能な合成法がまとめられている。F. Cavaniら、Hydrotal
cite-type anionic clays: Preparation, Properties and Applications, Catal ysis Today , 11(1991) Elsevier Science Publishers B. V. Amsterdam、および
J P Besse and others Anionic clays: trends in pillary chemistry, its syn
thesis and microporous solids (1992), 108, editors: M.I. Occelli, H.E
.Robson,Van Nostrand Reinhold, N.Y.。
な焼成の結果、不規則なMgO様生成物の生成を生じることであると述べている
。かかる不規則なMgO様生成物は、スピネル(苛酷な焼成時に生じる)および
アニオン性粘土と区別され得る。本発明では、かかる不規則なMgO様物質をM
g−Al固溶体という。さらに、これらのMg−Al固溶体は、かかる焼成され
た物質を水にさらすとアニオン性粘土構造の再形成を生じる周知の記憶効果を含
む。
。 欧州特許出願0536879は、pH依存性アニオンを粘土に導入する方法を
記載している。粘土は、Al(NO3)3およびMg(NO3)2の溶液を、ホウ酸
塩アニオンを含む塩基性溶液に添加することにより製造される。次いで、生成物
を濾過し、水で繰り返し洗浄し、一夜乾燥する。さらに、Zn/Mgの混合物を
使用する。
では、Sc、La、Thを包含する広範囲のカチオンが組み込まれている或る範
囲の物質が製造される。実施例では、2価および3価のカチオンの所定溶液を製
造し、塩基と混合して共沈を生じさせている。得られた生成物を濾過し、水で洗
浄し、80℃で乾燥する。実施例1は、MgおよびSbに言及し、実施例3は、
MgおよびBiに言及している。他の実施例も記載され、各実施例において、高
pHでアニオン性粘土を沈殿させる前に、可溶性の塩を使用して溶液が作られる
。
号でも、多数の製造例が概説されている。しかし、基本的な化学は、ここでも、
可溶性塩の共沈およびそれに続く洗浄および乾燥に基づく。洗浄がかかる製造の
必要部分であることを強調することは重要である。これは、金属イオンの共沈の
ための基本的な環境を作るためには塩基性溶液が必要であり、これはNaOH/
Na2CO3溶液によって提供されるからである。例えば残留ナトリウムは、触媒
または酸化物担体としての生成物のその後の性能にかなり有害な影響を及ぼし得
る。
ている。
の製造法が記載されている。かかる物質は、構造が通常のプレート様形態学と異
なる。合成は、やはり可溶性塩を含む。例えば、MgCl2およびCaCl2の混
合物の水性溶液を調製し、適切にエージングさせる。これから、針状様生成物M
g2(OH)3Cl・4H2Oが析出する。次いで、アルミン酸ナトリウムの別個
の溶液を、固体Mg2(OH)3Cl・4H2Oとともにオートクレーブ中で反応
させ、生成物を再び濾過し、水で洗浄し、乾燥する。
土がアルドール縮合反応のための触媒として記載されており、ここでも、硝酸マ
グネシウムおよび硝酸アルミニウムの塩溶液が使用される。かかる溶液はNaO
HおよびNa2CO3の第2の溶液に添加される。沈殿後、スラリーを濾過し、蒸
留水で2回洗浄した後、125℃で乾燥する。
タルク石の混合に基づく新規吸収剤の製造が記載されている。ハイドロタルク石
は、活性化されたMgO(炭酸マグネシウムまたは水酸化マグネシウムなどのマ
グネシウム化合物を活性化させることにより調製される)をアルミン酸塩、炭酸
塩およびヒドロキシルイオンを含む水性溶液と反応させることにより作られる。
例として、その溶液は、NaOH、Na2CO3およびAl2O3から作られる。特
に、その合成は、Al源として工業用のバイヤー(Bayer)液を使用することを
含む。得られる生成物は、洗浄され、ろ過された後、105℃で乾燥される。
アルミン酸塩、炭酸塩およびヒドロキシルイオンを含む水性溶液と反応させるこ
とにより、ハイドロタルク石を高収率で製造する方法が記載されている。
び合成ハイドロタルク石様バインダーを含む吸収剤を製造するための方法が記載
されている。典型的なシート状ハイドロタルク石の合成は、擬ベーマイトに酢酸
を添加して反応させて擬ベーマイトを解膠することを含む。次いでこれを、マグ
ネシアと混合させる。より重要なことは、特許の要旨に明らかに記載されている
ように、ギ酸、プロピオン酸およびイソ酪酸などのモノカルボキシル有機酸を使
用することである。この発明では、ハイドロタルク石を製造するための慣用の方
法が示されている。
めの触媒の製造法が開示されている。製造法は、ここでも、塩基との混合、例え
ばRhCl3、Mg(NO3)2およびAl(NO3)3の溶液をNa2CO3および
NaOHの溶液に添加することによる可溶性塩の共沈に基づく。
ク石に基づくニッケル含有触媒の製造において、可溶性のマグネシウムおよびア
ルミニウム塩の共沈が使用される。
窒素を気体混合物から除去するための触媒が、アニオン性粘土を焼成することに
より作られる。ここで、該アニオン性粘土は、Mg(NO3)2、Al(NO3)3 およびCe(NO3)3の溶液の共沈により製造されている。生成物はやはり、ろ
過され、脱イオン水で繰り返し洗浄される。
煙道ガスから酸化硫黄を除去するための層状二重水酸化物収着剤を記載している
。該層状二重水酸化物は、AlおよびMgの硝酸塩または塩化物の溶液をNaO
HおよびNa2CO3の溶液と反応させることにより製造される。米国特許第5,
079,203号/WO9118670では、ポリオキソアニオンが挿入された
層状二重水酸化物が記載されており、元の粘土は、共沈法により作られる。
e)の製造法が記載されている。かかるメイクスネライト(meixnerite)は、ジ
カルボン酸塩またはポリカルボン酸塩アニオンと接触してハイドロタルク石様物
質を形成することができる。実施例5〜6では、高CO2圧下でハイドロマグネ
サイトを擬ベーマイトと接触させてハイドロタルク石を得ている。
、van Broekhoven)では、触媒成分および添加剤としてのアニオン性粘土の製造
のために、Mg(NO3)2およびAl(NO3)3などの可溶性塩の共沈が、希土
類塩の混入を伴ってまたは伴わないで使用された。種々のアニオンならびに2価
および3価のカチオンが記載されている。
る。これらは、触媒、吸着剤、掘穿泥水(drilling mud)、触媒担体および支持
体、増粘剤および医薬分野での適用を包含するが、それらに限定されない。特に
van Broekhovenは、SOx除去化学での使用を記載している。
るためのコスト的により有効でありかつ環境的に適合する方法を提供するために
、別の安価な原料を使用する新規方法が望まれている。特に、上記の先行文献か
ら、製造法が以下の方法で改善され得ると結論付けられ得る。すなわち、より安
価な反応体原料の使用、洗浄または濾過を必要としないように、反応体をより容
易に取扱うための方法、これらの微細粒子状物質に伴う濾過問題の排除、アルカ
リ金属(これは、いくつかの触媒用途に関して特に不利であり得る)の回避であ
る。先行文献の製造では、有機酸を使用してアルミナが解膠された。有機酸の使
用は高価であり、合成プロセスに追加の工程を導入し、従ってコスト的に有効で
ない。さらに、従来のプロセスによって製造されたアニオン性粘土の乾燥または
焼成では、酸化窒素、ハロゲン、二酸化硫黄などの気体放出を伴い、これは環境
上の汚染問題を引き起こす。
度で大気圧または高められた圧力で、水中での攪拌を伴ってまたは伴わないで混
合物を反応させることを含む簡単な方法において使用することによるアニオン性
粘土の製造法を含む。かかる方法は、標準的な実験室装置/工業的装置において
操作され得る。特に、洗浄または濾過の必要がなく、かつ、反応生成物中のMg
/Alの広範囲の比が可能である。
は高められた温度で、マグネシウム源、例えばMgOまたはブルース石が添加さ
れ、反応混合物は、アニオン性粘土の直接的形成を生じる。粉末X線回折パター
ン(PXRD)は、生成物が、他の標準的方法によって作られたアニオン性粘土
に匹敵することを示唆している。生成物の物理的および化学的特性も、他の通常
の方法によって作られたアニオン性粘土に匹敵する。本発明の方法全体は非常に
柔軟であり、例えば炭酸塩、水酸化物および他のアニオンを含む広範囲のアニオ
ン性粘土組成物およびアニオン性粘土様物質を、経済的かつ環境に優しい方法で
製造することを可能にする。その方法は、バッチ式または連続式の1工程プロセ
スで行われ得る。
ハイドロマグネサイトではないマグネシウム源を含むスラリーを反応させること
によるアニオン性粘土の製造法を記載する。ハイドロマグネサイトは、炭酸塩含
有Mg源であり、これは高価ありかつ容易に入手できない。さらに、ハイドロマ
グネサイトは、本発明のマグネシウム源よりも本発明方法に関する反応性が小さ
いように思われる。かかるマグネシウム源は、マグネシウム塩、固体マグネシウ
ム含有化合物またはそれら2つの混合物の溶液で構成され得る。Mg源とベーマ
イトとの反応は、アニオン性粘土の直接的形成を生じる。かかる反応は、室温ま
たはそれより高い温度で起こる。100℃より高い温度では、反応は好ましくは
、自己加熱条件下で行われる。本発明に係る方法では、炭酸塩、ヒドロキシルま
たは他のアニオンまたはそれらの混合物が、例えば可溶性塩として反応媒体内に
提供され、または合成中に大気から吸収され、必要な電荷バランスアニオン(ch
arge-balancing anion)として中間層領域に組み入れられる。
って製造されたアニオン性粘土に通常伴う周知の特性および特徴(例えば化学分
析、粉末X線回折パターン、FTIR、熱分解特性、表面積、孔体積および孔サ
イズ分布)を示す。
温度では、スピネルを形成する。触媒、吸着剤(例えば、触媒クラッキング反応
のためのSOx吸着剤)または触媒担体として使用されるとき、本発明に係るア
ニオン性粘土は通常、製造中に加熱され、従ってMg−Al固溶体の形状である
。FCC装置での使用の際には、触媒または吸着剤がアニオン性粘土からMg−
Al固溶体に転化される。
00〜1200℃の温度で熱処理されてMg−Al含有固溶体および/またはス
ピネルを形成するところの方法にも関する。 本発明に係るアニオン性粘土は、下記一般式に対応する層状構造を有する:
有し、bは0〜10の範囲の値、一般には2〜6の値、しばしば約4の値である
。XはCO3 2-、OH、またはアニオン性粘土の中間層に通常存在する任意の他
のアニオンであり得る。より好ましくは、m/nが2〜4の値、特に3付近の地
を有するべきである。
廃棄物または気体の放出(例えば酸分解からの)がなく、それは、その方法を特
に環境に優しくし、かつ商業的運転時に増大して課される環境上の制約により適
するものにする。生成物は、直接スプレー乾燥されて微小球を形成し、または押
出されて成形体を形成することができる。
両方、例えばVista Catapal A(商標)、Condea Dispersal P3(商標)、Condea
P200(商標)、Laroche Versal 250(商標)などを含む。特に強調したいこと
は、ベーマイトを解膠する必要がないということである。しかし、無機酸によっ
てベーマイトを解膠することは可能である。これらの種の酸は高価ではなく、無
機酸の使用は、本発明方法をなおもコスト的に有効にする。本発明は、ベーマイ
トおよび擬ベーマイトの混合物の使用を包含する。他のアルミニウム源、例えば
アルミニウムの酸化物および水酸化物(例えば、ゾル、アルミニウム3水和物、
およびその熱処理された形態、フラッシュ焼成されたアルミニウム3水和物)、
アルミニウム塩、例えば硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、アルミニウムク
ロロ水和物、アモルファスゲルアルミナおよびアルミン酸ナトリウムとの混合物
におけるベーマイトの使用も意図される。かかる他のアルミニウム源は、水に可
溶であっても不溶であってもよい。かかる種々のアルミニウム源は、Mg源が添
加される前および/または後に任意の順序で配合され得る。
マグネシウム、ヒドロキシ酢酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、重炭酸マグネ
シウム、硝酸マグネシウム、塩化マグネシウム、ドロマイト、セピオライトを包
含する。好ましいMg源は、MgO、Mg(OH)2およびMgCO3である。と
いうのは、それらは安価であり、容易に入手可能であり、本発明の反応において
反応性であるからである。固体のMg源および可溶性Mg塩の両方とも適する。
Mg源の組み合わせも使用され得る。
力で、攪拌しながら、空気中での水性懸濁物におけるMg源とベーマイトとの簡
単な混合である。通常、大気圧以上で0〜100℃の温度が使用される。室温よ
りむしろ50℃より高い温度で本発明方法を行うのが好ましい。というのは、こ
の結果、室温で得られるアニオン性粘土よりもX線回折パターンにおいて鋭いピ
ークを有するアニオン性粘土が得られるからである。主として水酸化物アニオン
を有するアニオン性粘土を所望するならば、窒素または不活性気体でスラリーを
パージすることができるが、一般にこれは不要である。従って、反応をCO2の
存在下で行うことができる。かかるCO2は、空気中に通常存在するCO2であっ
てもよく、または、外部源から反応に添加してもよい。
ーマイトのスラリーに添加するまたはその逆に添加することにより得ることがで
きる。利用可能である特定の設備の場合、本発明方法は、ハイドロ熱処理におい
て使用するのが適する(例えば、100℃より上の温度および高められた圧力の
オートクレーブ中)。これは、より速くかつより高い転化が得られるので、特に
有利である。他の製造法を使用するときにしばしば伴う望ましくないイオン(例
えばナトリウム、アンモニウム、塩化物、硫化物)が生成物中に存在しないので
、生成物を洗浄またはろ過する必要がない。
およびMg源のスラリーを温和な温度で熱処理し、次いでハイドロ熱処理する。
所望ならば、予め形成されたアニオン性粘土が反応混合物に添加され得る。かか
る予め形成された粘土は、反応混合物からの再循環されたアニオン性粘土であっ
てもよく、または本発明方法または他の任意の方法によって別個に作られたアニ
オン性粘土であってもよい。
シウム源を含む第二のスラリーを混合し、100℃より下および大気圧下でまた
は100℃より上および自己加熱条件下で運転しうる反応器に混合スラリーを通
すことにより連続式で行うことができる。かかる第一および/または第二のスラ
リーは、スラリーを混合する前に処理に付され得る。
、反応の前または反応中にスラリーに添加し、またはスラリー中でそれらを一緒
にする前に個々の反応体に添加することができる。
すことができる。イオン交換にかけると、中間層の電荷バランスアニオンが他の
アニオンで置き換えられる。かかる他のアニオンは、アニオン性粘土に通常存在
するものであり、柱石アニオン、例えばV10O28 6-、MO7O24 6-を包含する。
かかるイオン交換は、スラリー中に形成されるアニオン性粘土の乾燥の前または
後に行われ得る。
キシビリティーを提供する。Mg:Al比は0.1〜10、好ましくは1〜6、
より好ましくは2〜4、特に3付近の範囲であり得る。
をも含む組成物が製造される。かかる組成物では、アニオン性粘土およびベーマ
イトは、アニオン性粘土およびベーマイトの物理的に混合された混合物における
ように別個の相として存在するよりもむしろ、均質に混合される。かかる組成物
は、添加剤としてまたは炭化水素転化のための触媒用マトリックスとして非常に
適すると思われる。この組成物は、FCC中のガソリンおよびディーゼル画分か
らの硫黄除去に、FCC中のSOxおよびNOx除去に、ならびに金属トラップと
して特に適すると思われる。本発明は、アニオン性粘土およびベーマイトを含む
組成物にも関する。かかる組成物は、ベーマイトの一部のみをマグネシウム源と
反応させてアニオン性粘土を得るところの本発明方法によって得られる。ベーマ
イトの残りは、組成物において未反応のままである。
ム化合物を含む組成物を得るために、マグネシウム源を過剰に使用することもで
きる。本発明に係る方法を用いて、プロセス条件を制御することにより、アニオ
ン性粘土、ベーマイトおよびマグネシウム化合物を含む組成物を作ることすらも
可能である。かかる組成物では、アニオン性粘土、マグネシウム化合物および所
望によりベーマイトが、アニオン性粘土、マグネシウム化合物およびベーマイト
の物理的に混合された混合物におけるように別個の相として存在するよりもむし
ろ、均質に混合される。これらの組成物は、添加剤としてまたは炭化水素転化の
ための触媒用マトリックスとしての使用に非常に適すると思われる。これらの組
成物は、FCC中の金属トラップとしての使用に特に適すると思われる。
類金属、Si、P、B、VI族金属、VIII族金属、アルカリ土類金属(例えば
CaおよびBa)および/または遷移金属(例えばMn、Fe、Ti、Zr、C
u、Ni、Zn、Mo、Sn)を存在させることが好ましい。かかる金属は、ア
ニオン性粘土、本発明の固溶体、ベーマイトおよびアニオン性粘土を含む組成物
またはアニオン性粘土、マグネシウム源および所望によりベーマイトを含む組成
物に容易に沈着させることができる。それらは、アルミナまたはマグネシア源に
、あるいはアニオン性粘土の製造中のスラリーに添加することもできる。
。
)。
のPXRDパターンを図2示す。
(米国特許第3979523号、譲受人Kyowa Chemical Industry(日本))。 100mlの蒸留水中に0.04MのAl(NO3)2・9H2Oおよび0.0
8MのMg(NO3)2・6H2Oを含む溶液を、0.05MのNa2CO3を含む
150mlの蒸留水に、激しく攪拌しながら、室温で滴下した。Mg/Al比は
2.0であった。3NのNaOHの添加によりpHを10付近に保持し、得られ
たスラリーを室温で一夜エージングした。析出物を遠心分離し、熱蒸留水で数回
洗浄した後、65℃で一夜乾燥した。 このサンプルから得られたPXRDパターンを図3に示す。結果は以下の通り
であった。
れらは、物理吸着水、中間層水の減少、CO2の減少および格子脱ヒドロキシル
化に起因する。
dea P200(商標)およびCondea Disperal P3(商標)の使用を示す。
0gのVista Catapal A(商標)を添加した。その混合物を、攪拌しながら65
℃で18時間保持し、次いで65℃で18時間乾燥した(図4)。
商標))(15分間混合した)を19gの水中の18.24gのMgOの混合物
に添加することにより、アルミナのスラリーを調製した(Mg:Al比2.3)
。得られた混合物をブレンダー中で15分間混合した。最終pHは9.96であ
った。スラリーを85℃で48時間、閉じた容器内でエージングさせた。生成物
を100℃のオーブンで乾燥した(図5)。
0gのLaroche Versal 250(商標)を添加した。その混合物を、攪拌しながら6
5℃で18時間保持し、次いで65℃で18時間乾燥した(図6)。
gのCondea Dispersal P3を添加した。その混合物を、攪拌しながら65℃で1
8時間保持し、次いで65℃で18時間乾燥した(図7)。
3(商標))(15分間混合した)を28gの水中の27.28gのMgOの混
合物に添加することにより、アルミナのスラリーを調製した(Mg:Al比2.
3)。得られた混合物をブレンダー中で15分間混合した。最終pHは9.17
であった。スラリーを85℃で48時間、閉じた容器内でエージングさせた。生
成物を100℃のオーブンで乾燥した(図8)。
gのCondea P200(商標)を添加した。その混合物を、攪拌しながら65℃で1
8時間保持し、次いで65℃で18時間乾燥した。
gのCondea Dispersal P3(商標)を添加した。その混合物を、オートクレーブ
中、185℃で4時間加熱し、生成物を65℃で18時間乾燥した。
応混合物に添加した。
応混合物に添加した。
反応混合物に添加した。
び3重量%のVを反応混合物に添加した。
で置き換えた。
パターンを示す。
て製造されたアニオン性粘土のPXRDパターンを示す。
て製造されたアニオン性粘土のPXRDパターンを示す。
法によって製造されたアニオン性粘土のPXRDパターンを示す。
よって製造されたアニオン性粘土のPXRDパターンを示す。
よって製造されたアニオン性粘土のPXRDパターンを示す。
Claims (23)
- 【請求項1】 ベーマイトおよび、ハイドロマグネサイトでないマグネシウム
源を含むスラリーを反応させてアニオン性粘土を得る、アニオン性粘土の製造法
。 - 【請求項2】 ベーマイトが擬ベーマイトである、請求項1記載の方法。
- 【請求項3】 Mg源がMgOおよび/またはMgCO3および/またはMg(
OH)2である、請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 スラリー中に無機酸が存在する、請求項1〜3のいずれか1項記
載の方法。 - 【請求項5】 ベーマイトのほかに他のアルミナ源がスラリー中に存在する、請
求項1〜4のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 反応が、0〜100℃の温度で、大気圧以上で行われる、請求項
1〜5のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 反応が、50℃より高い温度で、大気圧以上で行われる、請求項
1〜6のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 反応が、100℃より高い温度および高められた圧力で行われる
、請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 ベーマイトを含む第一のスラリーが、マグネシウム源を含む第二
のスラリーと配合される、請求項1〜8のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項10】 方法が連続式で行われる、請求項9記載の方法。
- 【請求項11】 第一および/または第二のスラリー中に金属または非金属が存
在する、請求項9〜10のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 アニオン性粘土がイオン交換処理に付される、請求項1〜11
のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項13】 アニオン性粘土が、V10O28 6-、MO7O24 6-または他の柱石
アニオンでイオン交換される、請求項1〜12のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項14】 金属または非金属がアニオン性粘土に沈着される、請求項1〜
13のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項15】 金属または非金属がスラリー中に存在する、請求項1〜14の
いずれか1項記載の方法。 - 【請求項16】 請求項1〜15のいずれか1項記載の方法によって得られたア
ニオン性粘土が300〜1200℃の温度での熱処理の付される、Al−Mg含
有固溶体および/またはスピネルの製造法。 - 【請求項17】 ベーマイトおよびマグネシウム源を含むスラリーを反応させて
、アニオン性粘土およびベーマイトを含む組成物を得る、アニオン性粘土および
べーマイトを含む組成物の製造法。 - 【請求項18】 請求項17の方法により得られる組成物。
- 【請求項19】 ベーマイトおよびマグネシウム源を含むスラリーを反応させて
、アニオン性粘土およびマグネシウム化合物を含む組成物を得る、アニオン性粘
土およびマグネシウム化合物を含む組成物の製造法。 - 【請求項20】 請求項19の方法により得られる組成物。
- 【請求項21】 アニオン性粘土およびベーマイトを均質な混合物として含む組
成物。 - 【請求項22】 アニオン性粘土およびマグネシウム化合物を均質な混合物とし
て含む組成物。 - 【請求項23】 アニオン性粘土、マグネシウム化合物およびベーマイトを均質
な混合物として含む組成物。
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