JP2007254193A

JP2007254193A - 無水炭酸マグネシウム粉末及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007254193A
Application number: JP2006078839A
Authority: JP
Inventors: Toyotaka Uchida; 豊隆内田
Original assignee: Ube Material Industries Ltd
Current assignee: Ube Material Industries Ltd
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP4944466B2

Abstract

【課題】一次粒子が微細で、かつ嵩密度が大きい無水炭酸マグネシウム粉末を提供する。
【解決手段】平均粒子径が０．０１〜０．８μｍの範囲にある一次粒子が凝集してなる、平均粒子径が５〜１００μｍの範囲にある多孔質の球状二次粒子からなる無水炭酸マグネシウム粉末。
【選択図】なし

Description

本発明は、無水炭酸マグネシウム粉末に関し、特にＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕなどのマグネシウム含有化合物の製造原料として有用な無水炭酸マグネシウム粉末に関する。

マグネシウム炭酸塩粉末としては、無水炭酸マグネシウム粉末と塩基性炭酸マグネシウム粉末とが知られている。無水炭酸マグネシウムは、一般式ＭｇＣＯ₃で表され、塩基性炭酸マグネシウムは、一般式ｍＭｇＣＯ₃・Ｍｇ（ＯＨ）₂・ｎＨ₂Ｏ（ｍは３〜５の整数、ｎは３〜８の整数）で表される。

マグネシウム炭酸塩は、天然にはマグネサイト（無水炭酸マグネシウム）として産出されている。また、マグネシウム炭酸塩の工業的な製造方法としては、水酸化マグネシウムスラリーに二酸化炭素ガスを導入して水酸化マグネシウム粒子を炭酸化させる方法や、可溶性マグネシウム塩（例えば、塩化マグネシウム）と可溶性炭酸塩（例えば、炭酸ナトリウム）と水中で混合してマグネシウム塩を炭酸化させる方法が知られている。いずれの製造方法においても、マグネシウム源の炭酸化によって生成するのは、結晶水を含有する正炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ₃・３Ｈ₂Ｏ）の粒子である。この正炭酸マグネシウム粒子は、化学的に不安定で塩基性炭酸マグネシウム粒子に転化し易いため、熟成して塩基性炭酸マグネシウム粒子に転化した後、乾燥して粉末とするのが一般的である。

マグネシウム炭酸塩粉末の用途の一つとして、マグネシウム含有化合物の製造原料としての用途がある。このマグネシウム含有化合物の製造原料用としては、工業的に製造された純度の高い塩基性炭酸マグネシウム粉末が主に用いられている。例えば、特許文献１には、真空紫外線励起型蛍光体として有用なＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕの製造原料として、塩基性炭酸マグネシウム粉末を用いることが記載されている。この特許文献１には、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕを、塩基性炭酸マグネシウム粉末、酸化アルミニウム粉末、炭酸バリウム粉末、酸化ユウロピウム粉末及び融剤を所定の割合で混合し、得られた粉末混合物を焼成することによって製造する方法が記載されている。

ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕのようなマグネシウム含有化合物を、複数の原料粉末からなる粉末混合物を焼成して製造する場合、均一な組成のマグネシウム含有化合物を得るためには、焼成前の粉末混合物の均一性を高くすることが必要となる。複数の原料粉末から均一性の高い粉末混合物を得るためには、使用する各原料粉末の粒子径を小さくし、かつ嵩密度を大きくすることが有効である。例えば、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕの主要原料の一つである酸化アルミニウム粉末については、平均一次粒子径が０．１μｍで、嵩密度が０．９ｇ／ｃｍ³程度のものが工業的に製造されている。しかし、塩基性炭酸マグネシウム粉末は、一般に、平均一次粒子径が３〜１０μｍの範囲で、嵩高い不定形の二次粒子を形成し易いため、嵩密度が０．０２〜０．１０ｇ／ｃｍ³程度にあり、酸化アルミニウム粉末と比べると、一次粒子が大きく、嵩密度が小さい傾向にある。

特開２００２−１８００４３号公報

塩基性炭酸マグネシウム粉末は、上述のように、マグネシウム含有化合物の製造原料として用いるには、一次粒子が大きく、嵩密度が小さい場合がある。また、塩基性炭酸マグネシウム粉末は、結晶内に水酸基や結晶水を含むため、単位質量当たりのマグネシウム含有量が無水炭酸マグネシウム粉末と比較して少ないという問題もある。さらに、塩基性炭酸マグネシウム粉末の結晶内の水酸基や結晶水は２００℃以上の温度で外部に放出され始めるため、塩基性炭酸マグネシウム粉末の付着水分を除去するために加熱処理を行なうと、単位質量当たりのマグネシウム含有量が変動することがあるという問題もある。
従って、本発明の目的は、一次粒子が微細で、かつ嵩密度が大きい無水炭酸マグネシウム粉末を提供することにある。

本発明は、平均粒子径が０．０１〜０．８μｍの範囲にある一次粒子が凝集してなる、平均粒子径が５〜１００μｍの範囲にある多孔質の球状二次粒子からなる無水炭酸マグネシウム粉末にある。

本発明の無水炭酸マグネシウム粉末の好ましい態様は、次の通りである。
（１）一次粒子の平均粒子径が０．０５〜０．５μｍの範囲にある。
（２）球状二次粒子の平均粒子径が２０〜８０μｍの範囲にある。
（３）一次粒子が非晶質である。
（４）固め嵩密度が０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ³の範囲にある。
（５）ＢＥＴ比表面積が１０〜１００ｍ²／ｇの範囲にある。

本発明はまた、平均粒子径が０．０１〜０．８μｍの範囲にある、結晶水を含有する正炭酸マグネシウム一次粒子が分散されているスラリーを、スプレードライヤを用いて、出口温度が１００℃以上の条件で乾燥することからなる上記本発明の無水炭酸マグネシウム粉末の製造方法にもある。

本発明の無水炭酸マグネシウム粉末は、無水炭酸マグネシウム粉末以外の粉末に対して高い均一性で混合することが可能である。従って、本発明の無水炭酸マグネシウム粉末を製造原料として用いることによって、均一性の高いマグネシウム含有化合物を工業的に有利に製造することが可能となる。また、本発明の製造方法を利用することによって、一次粒子が微細で、嵩密度が大きい無水炭酸マグネシウム粉末を工業的に有利に製造することが可能となる。

本発明の無水炭酸マグネシウム粉末は、微細な一次粒子が凝集してなる多孔質の球状二次粒子からなる。
本発明の無水炭酸マグネシウム粉末を形成する一次粒子は、平均粒子径が０．０１〜０．８μｍの範囲にあり、好ましくは０．０５〜０．５μｍの範囲にある。一次粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡により観察された一次粒子の最大径の平均値を意味する。一次粒子の粒子形状は、板状及び粒状のいずれの形状であってもよく、また板状と粒状とが混在していてもよい。

本発明において、上記の一次粒子からなる球状二次粒子は、平均粒子径が５〜１００μｍの範囲にあり、好ましくは２０〜８０μｍの範囲にある。二次粒子の平均粒子径は、電子顕微鏡により観察された二次粒子の最大径の平均値を意味する。球状二次粒子の粒子形状は、完全な球状でなくてもよく、部分的に凹凸があってもよいし、楕円体状であってもよい。

本発明の無水炭酸マグネシウム粉末を形成する一次粒子は、非晶質であることが好ましい。非晶質である方が結晶質である場合と比べて、無水炭酸マグネシウム粉末の加熱分解に要する熱エネルギーの量を少なくできるので、マグネシウム含有化合物の製造原料として用いるのに有利となる。

本発明の無水炭酸マグネシウム粉末はまた、固め嵩密度が０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ³の範囲にあることが好ましく、０．５〜１．０ｇ／ｃｍ³の範囲にあることが特に好ましい。

本発明の無水炭酸マグネシウム粉末はさらに、ＢＥＴ比表面積が１０〜１００ｍ²／ｇの範囲にあることが好ましく、２０〜８０ｍ²／ｇの範囲にあることが特に好ましい。

本発明の無水炭酸マグネシウム粉末は、平均粒子径が０．０１〜０．８μｍの範囲にある、結晶水を含有する正炭酸マグネシウム一次粒子が分散されているスラリーを、スプレードライヤを用いて、出口温度が１００℃以上の条件で乾燥することからなる方法により工業的に有利に製造することができる。

正炭酸マグネシウムスラリーを製造する方法としては、水酸化マグネシウムスラリーに二酸化炭素ガスを導入して水酸化マグネシウム粒子を炭酸化させる方法、可溶性マグネシウム塩と可溶性炭酸塩と水中で混合してマグネシウム塩を炭酸化させる方法を用いることができる。

水酸化マグネシウム粒子を用いて正炭酸マグネシウムスラリーを製造する場合、水酸化マグネシウムスラリーの濃度は、１〜３０質量％の範囲にあることが好ましい。二酸化炭素ガスの導入量は、スラリー中の水酸化マグネシウム粒子１ｋｇに対して５〜２０Ｌ／分の範囲にあることが好ましい。二酸化炭素ガスの導入は、スラリーのｐＨが約７．５にまで低下するまで行なうことが好ましい。水酸化マグネシウム粒子の炭酸化に際して、水酸化マグネシウム粒子のスラリーの液温は５０℃以下、特に２０〜４０℃の範囲とすることが好ましい。

マグネシウム塩を用いて用いて正炭酸マグネシウムスラリーを製造する場合、可溶性マグネシウム塩としては、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム及びこれらの混合物を用いることができる。特に好ましいのは塩化マグネシウムである。可溶性炭酸塩としては、炭酸ナトリウムを用いることができる。可溶性マグネシウム塩と可溶性炭酸塩との混合は、可溶性マグネシウム塩の水溶液に可溶性炭酸塩を投入することにより行なうことが好ましい。マグネシウム塩水溶液の濃度は、１〜３０質量％の範囲にあることが好ましい。マグネシウム塩溶液の液温は５０℃以下、特に２０〜４０℃の範囲とすることが好ましい。

なお、いずれの製造方法においても、生成する正炭酸マグネシウム粒子は、塩基性炭酸マグネシウム粒子に転化し易いため、正炭酸マグネシウムスラリーの製造後１時間以内、特に３０分間以内に次の乾燥工程を行なうことが好ましい。

正炭酸マグネシウムスラリーは、スプレードライヤを用いて乾燥する。スプレードライヤを用いて、正炭酸マグネシウムスラリーを液滴状態として乾燥すると、スラリーの溶媒（水）が一気に蒸発して、多孔質の球状二次粒子が生成する。そして、生成した球状二次粒子が１００℃以上の温度に加熱されると、正炭酸マグネシウム粒子内の結晶水が一気に外部に放出され、正炭酸マグネシウム粒子が無水の炭酸マグネシウム粒子に転化する。正炭酸マグネシウム粒子から無水炭酸マグネシウム粒子への転化が一気に起こるので、無水炭酸マグネシウム粒子は非晶質となる。生成した球状二次粒子を１００℃以上の温度に加熱するために、スプレードライヤは、出口温度１００℃以上、好ましくは１０５〜１５０℃に設定する。スプレードライヤの入口温度は、１５０〜２００℃の範囲にあることが好ましい。

本発明の無水炭酸マグネシウム粉末は、従来よりマグネシウム含有化合物の製造原料として用いられている塩基性炭酸マグネシウム粉末と比べて一次粒子が微細でかつ嵩密度が大きいため、例えば、酸化アルミニウム粉末のような一次粒子が微細で、嵩密度が大きい無水炭酸マグネシウム粉末以外の粉末に対しても、より高い均一性で混合することが可能となる。従って、本発明の無水炭酸マグネシウム粉末は、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕなどのマグネシウム含有化合物の製造原料として有利に用いることができる。

［実施例］
撹拌機付き反応容器に、水酸化マグネシウム１ｋｇと超純水１０Ｌとを投入して水酸化マグネシウムスラリーを調製した。次いで、スラリーを撹拌しながら、スラリーの液温を３５℃に調節した後、スラリーに精製二酸化炭素ガスを９．６Ｌ／分の流量にて６０分間導入して、スラリーのｐＨを７．５とした。その後、直ちにスラリーをスプレードライヤにて、入口温度１８０℃、出口温度１１０℃の条件で乾燥した。

得られた乾燥物の粒子形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、乾燥物は一次粒子が凝集して形成された多孔質の球状二次粒子からなることが確認された。一次粒子の平均径は０．２μｍ、二次粒子の平均径は５０μｍであった。乾燥物の化学組成を分析したところ、無水の炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ₃）であった。但し、乾燥物のＸ線回折パターンを管球に銅を用いて、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡの条件で測定したところ、２θが１０〜５０度の範囲で明瞭なＸ線回折ピークは検出されず、乾燥物は非晶質であることが確認された。また、乾燥物のＢＥＴ比表面積は３２ｍ²／ｇであり、固め嵩密度は０．６ｇ／ｃｍ³であった。

Claims

平均粒子径が０．０１〜０．８μｍの範囲にある一次粒子が凝集してなる、平均粒子径が５〜１００μｍの範囲にある多孔質の球状二次粒子からなる無水炭酸マグネシウム粉末。
一次粒子の平均粒子径が０．０５〜０．５μｍの範囲にある請求項１に記載の無水炭酸マグネシウム粉末。
球状二次粒子の平均粒子径が２０〜８０μｍの範囲にある請求項１に記載の無水炭酸マグネシウム粉末。
一次粒子が非晶質である請求項１に記載の無水炭酸マグネシウム粉末。
固め嵩密度が０．１５〜１．０ｇ／ｃｍ³の範囲にある請求項１に記載の無水炭酸マグネシウム粉末。
ＢＥＴ比表面積が１０〜１００ｍ²／ｇの範囲にある請求項１に記載の無水炭酸マグネシウム粉末。
平均粒子径が０．０１〜０．８μｍの範囲にある、結晶水を含有する正炭酸マグネシウム一次粒子が分散されているスラリーを、スプレードライヤを用いて、出口温度が１００℃以上の条件で乾燥することからなる請求項１に記載の無水炭酸マグネシウム粉末の製造方法。