JP3865604B2 - Method for producing aluminum metaphosphate - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学材料の原料として有用な高純度のメタリン酸アルミニウムの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術とその解決しようとする課題】
現在、増幅用ファイバ及び光学レンズ等にフツ燐酸塩ガラスを使用した研究が盛んに行われている。これらの用途には高純度の原料が必要であり、その原料の一つであるメタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）の高純度化が必要不可欠となっている。
【０００３】
一般にメタリン酸アルミニウムは、リン酸塩、アルミニウム塩、及びリン酸アルミニウム化合物が使用され、これらの塩及び化合物を湿式合成或いは乾式混合し、焼成することによって製造されている。しかしながら、これらの製造において、反応はいずれも縮合反応であるため、固結が起こり、作業性が悪くまた、粉砕などの工程が必要となり、不純物混入の原因となっている。このことから工業的には、固結を防止するため高温でのスプレードライアー乾燥、焼成により製造しているが、材質的な面から高純度のものを得るのが困難な状態であるのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、 これら従来技術の問題点に鑑み鋭意検討の結果、メタリン酸アルミニウムの製造に際し、リン酸塩とアルミニウム塩又はリン酸アルミニウム化合物の原料粉末に、メタリン酸アルミニウム粉末を添加し、焼成反応させることにより、固結することなく高純度のメタリン酸アルミニウム得ることができることを見いだし本発明に到達したものである。
【０００５】
本発明において、リン酸塩としては、Ｐ2Ｏ5、ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4、Ｈ3ＰＯ4等が用いられる。また、アルミニウム塩としては、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＣｌ3・６Ｈ2Ｏ、Ａｌ（ＯＨ）3等が用いられる。さらに、リン酸アルミニウム化合物としては、Ａｌ（Ｈ2ＰＯ4）3、ＡｌＨ2Ｐ3Ｏ10等が用いられる。
【０００６】
次に、添加するメタリン酸アルミニウムの重量は、全原料とメタリン酸アルミニウムの合計重量の３０％以上が必要であり、好ましくは、５０〜７０％が最適である。７０％以上添加してもかまわないが、経済的な面から過剰の添加は避けた方が好ましい。
【０００７】
原料の混合・添加は、粉末で加えても、スラリーでも良いが、容器からの不純物の混入原因にもなるため極力水分量は少ない方が好ましい。
【０００８】
また、焼成反応させる温度は、メタリン酸アルミニウムの生成する４００℃〜１０００℃が好ましい。
【０００９】
混合するリン酸塩とアルミニウム塩のモル比（Ｐ／Ａｌ）は、３〜６が好ましく、モル比３以下では、不純物ＡｌＰＯ4が生成するため好ましくない。 また、モル比６以上では過剰のリン酸塩が残り、経済的な面からも好ましくない。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【００１１】
実施例１
モル比（Ｐ／Ａｌ）が、３．０になるように精製されたリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）粉末１３．０５ｇと高純度の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）粉末２．９５ｇとメタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）粉末１６ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、７００℃（昇温速度１℃／ｍｉｎ）で３時間焼成した。得られた生成物は、柔らかく容易にアルミナルツボから取り出せるものであった。また、この生成物をＸ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）のものが１００％得られていた。
【００１２】
実施例２
モル比（Ｐ／Ａｌ）が、３．０になるように精製されたリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）粉末１３．０５ｇと高純度の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）粉末２．９５ｇとメタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）粉末１６ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、９００℃（昇温速度１℃／ｍｉｎ）で３時間焼成した。得られた生成物は、柔らかく容易にアルミナルツボから取り出せるものであった。また、この生成物をＸ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）のものが１００％得られていた。
【００１３】
実施例３
モル比（Ｐ／Ａｌ）が、６．０になるように精製されたリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）粉末１３．０５ｇと高純度の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）粉末１．４８ｇとメタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）粉末８ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、７００℃（昇温速度１℃／ｍｉｎ）で３時間焼成した。得られた生成物は、柔らかく容易にアルミナルツボから取り出せるものであった。また、この生成物をＸ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）のものが１００％得られていた。
【００１４】
実施例４
精製された第一リン酸アルミニウム（Ａｌ（Ｈ2ＰＯ4）3）粉末８ｇとメタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）粉末８ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、７００℃（昇温速度１℃／ｍｉｎ）で３時間焼成した。得られた生成物は、柔らかく容易にアルミナルツボから取り出せるものであった。また、この生成物をＸ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）と比較的低温で生成するＢ型タイプのものの混合物であった。
【００１５】
実施例５
高純度の五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）粉末４．０３ｇと高純度の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）粉末１．４８ｇとメタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）粉末８ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、７００℃（昇温速度５℃／ｍｉｎ）で３時間焼成した。得られた生成物は、柔らかく容易にアルミナルツボから取り出せるものであった。また、この生成物をＸ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）のものであった。
【００１６】
比較例１
モル比（Ｐ／Ａｌ）が、３．０になるように精製されたリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）粉末１３．０５ｇと高純度の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）粉末２．９５ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、７００℃（昇温速度１℃／ｍｉｎ）で３時間焼
成した。
【００１７】
得られた生成物は、固結しアルミナルツボから取り出すのが困難であった。一部を取り、Ｘ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）のものが１００％得られていた。
【００１８】
比較例２
モル比（Ｐ／Ａｌ）が、３．０になるように精製されたリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）粉末１３．０５ｇと高純度の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）粉末２．９５ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、９００℃（昇温速度１℃／ｍｉｎ）で３時間焼
成した。
【００１９】
得られた生成物は、固結しアルミナルツボから取り出すのが困難であった。一部を取り、Ｘ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）のものが１００％得られていた。
【００２０】
比較例３
モル比（Ｐ／Ａｌ）が、６．０になるように精製されたリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）粉末１３．０５ｇと高純度の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）粉末１．４８ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、７００℃（昇温速度１℃／ｍｉｎ）で３時間焼
成した。
【００２１】
得られた生成物は、非常に堅くアルミナルツボから取り出すことが困難であった。また、この一部をＸ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）のものが１００％得られていた。
【００２２】
比較例４
精製された第一リン酸アルミニウム（Ａｌ（Ｈ2ＰＯ4）3）粉末８ｇを取り、高純度のアルミナルツボに入れ、７００℃（昇温速度１℃／ｍｉｎ）で３時間焼成した。得られた生成物は、固結しアルミナルツボから取り出すのが困難であった。一部を採取してＸ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）と比較的低温で生成するＢ型タイプのものの混合物であった。
【００２３】
比較例５
高純度の五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）粉末８．０６ｇと高純度の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）粉末２．９５ｇを取り、メノー乳鉢で充分混合した。この混合物を高純度のアルミナルツボに入れ、７００℃（昇温速度５℃／ｍｉｎ）で３時間焼成した。得られた生成物は、底部が固まって、アルミナルツボから取り出し難いものであった。また、この生成物をＸ線回折で分析したところ、メタリン酸アルミニウム（Ａｌ（ＰＯ3）3）のＡ型タイプ（立方晶）のものであった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の方法により、固結のない高純度なメタリン酸アルミニウム粉末を、容易にかつ簡便に製造できる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing high-purity aluminum metaphosphate useful as a raw material for optical materials.
[0002]
[Prior art and problems to be solved]
Currently, researches using fluorophosphate glasses for amplification fibers and optical lenses are being actively conducted. For these applications, high-purity raw materials are required, and it is essential to improve the purity of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ), which is one of the raw materials.
[0003]
In general, an aluminum metaphosphate includes a phosphate, an aluminum salt, and an aluminum phosphate compound, and these salts and compounds are produced by wet synthesis or dry mixing and firing. However, in these productions, since the reactions are all condensation reactions, solidification occurs, workability is poor, and a step such as pulverization is necessary, which causes contamination of impurities. From this, it is industrially manufactured by spray dryer drying and firing at high temperature to prevent caking, but it is difficult to obtain a high-purity product from the material standpoint. It is.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies in view of the problems of these conventional techniques, the present inventors added aluminum metaphosphate powder to the raw material powder of phosphate and aluminum salt or aluminum phosphate compound in the production of aluminum metaphosphate, It has been found that high-purity aluminum metaphosphate can be obtained without being consolidated by firing reaction, and the present invention has been achieved.
[0005]
In the present invention, P 2 O 5 , NH 4 H 2 PO 4 , H 3 PO 4 or the like is used as the phosphate. As the aluminum salt, Al 2 O 3 , AlCl 3 .6H 2 O, Al (OH) 3 or the like is used. Further, Al (H 2 PO 4 ) 3 , AlH 2 P 3 O 10 or the like is used as the aluminum phosphate compound.
[0006]
Next, the weight of aluminum metaphosphate to be added needs to be 30% or more of the total weight of all raw materials and aluminum metaphosphate, and preferably 50 to 70% is optimal. Although 70% or more may be added, it is preferable to avoid excessive addition from the economical viewpoint.
[0007]
The raw materials may be mixed and added in powder form or slurry, but it is preferable that the amount of water is as small as possible because it may cause contamination of impurities from the container.
[0008]
Moreover, the temperature for the baking reaction is preferably 400 ° C. to 1000 ° C. at which aluminum metaphosphate is generated.
[0009]
The molar ratio (P / Al) of the mixed phosphate and aluminum salt is preferably 3 to 6, and a molar ratio of 3 or less is not preferable because impurities AlPO 4 is generated. On the other hand, when the molar ratio is 6 or more, excess phosphate remains, which is not preferable from an economical viewpoint.
[0010]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[0011]
Example 1
13.05 g of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) powder purified to a molar ratio (P / Al) of 3.0 and high purity aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) 2.95 g of powder and 16 g of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) powder were taken and mixed well in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and calcined at 700 ° C. (temperature increase rate: 1 ° C./min) for 3 hours. The obtained product was soft and easily removable from the alumina crucible. Further, when this product was analyzed by X-ray diffraction, it was found that 100% of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) type A (cubic) was obtained.
[0012]
Example 2
13.05 g of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) powder purified to a molar ratio (P / Al) of 3.0 and high purity aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) 2.95 g of powder and 16 g of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) powder were taken and mixed well in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and fired at 900 ° C. (temperature increase rate: 1 ° C./min) for 3 hours. The obtained product was soft and easily removable from the alumina crucible. Further, when this product was analyzed by X-ray diffraction, it was found that 100% of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) type A (cubic) was obtained.
[0013]
Example 3
13.05 g of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) powder purified to a molar ratio (P / Al) of 6.0 and high-purity aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) 1.48 g of powder and 8 g of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) powder were taken and mixed well in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and calcined at 700 ° C. (temperature increase rate: 1 ° C./min) for 3 hours. The obtained product was soft and easily removable from the alumina crucible. Further, when this product was analyzed by X-ray diffraction, it was found that 100% of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) type A (cubic) was obtained.
[0014]
Example 4
8 g of purified primary aluminum phosphate (Al (H 2 PO 4 ) 3 ) powder and 8 g of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) powder were taken and mixed thoroughly in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and calcined at 700 ° C. (temperature increase rate: 1 ° C./min) for 3 hours. The obtained product was soft and easily removable from the alumina crucible. When this product was analyzed by X-ray diffraction, it was a mixture of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) type A (cubic) and type B produced at a relatively low temperature.
[0015]
Example 5
Take 4.03 g of high purity phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ) powder, 1.48 g of high purity aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) powder and 8 g of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) powder. Mix well in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and fired at 700 ° C. (heating rate 5 ° C./min) for 3 hours. The obtained product was soft and easily removable from the alumina crucible. Further, when this product was analyzed by X-ray diffraction, it was an A type (cubic) type of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ).
[0016]
Comparative Example 1
13.05 g of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) powder purified to a molar ratio (P / Al) of 3.0 and high purity aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) 2.95 g of powder was taken and mixed well in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and calcined at 700 ° C. (temperature increase rate: 1 ° C./min) for 3 hours.
[0017]
The resulting product was hardened and difficult to remove from the alumina crucible. A portion was taken and analyzed by X-ray diffraction. As a result, 100% of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) type A (cubic) was obtained.
[0018]
Comparative Example 2
13.05 g of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) powder purified to a molar ratio (P / Al) of 3.0 and high purity aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) 2.95 g of powder was taken and mixed well in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and fired at 900 ° C. (temperature increase rate: 1 ° C./min) for 3 hours.
[0019]
The resulting product was hardened and difficult to remove from the alumina crucible. A portion was taken and analyzed by X-ray diffraction. As a result, 100% of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) type A (cubic) was obtained.
[0020]
Comparative Example 3
13.05 g of ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) powder purified to a molar ratio (P / Al) of 6.0 and high-purity aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) 1.48 g of powder was taken and mixed well in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and calcined at 700 ° C. (temperature increase rate: 1 ° C./min) for 3 hours.
[0021]
The resulting product was very hard and difficult to remove from the alumina crucible. A part of this was analyzed by X-ray diffraction. As a result, 100% of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) type A (cubic) was obtained.
[0022]
Comparative Example 4
8 g of purified primary aluminum phosphate (Al (H 2 PO 4 ) 3 ) powder was taken, placed in a high-purity alumina crucible, and calcined at 700 ° C. (heating rate 1 ° C./min) for 3 hours. The resulting product was hardened and difficult to remove from the alumina crucible. When a part was collected and analyzed by X-ray diffraction, it was a mixture of an aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) type A (cubic) and a type B produced at a relatively low temperature.
[0023]
Comparative Example 5
8.06 g of high-purity phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ) powder and 2.95 g of high-purity aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) powder were taken and mixed well in a menor mortar. This mixture was placed in a high-purity alumina crucible and fired at 700 ° C. (heating rate 5 ° C./min) for 3 hours. The obtained product was hard to be taken out from the alumina crucible because the bottom was hardened. Further, when this product was analyzed by X-ray diffraction, it was an A type (cubic) type of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ).
[0024]
【The invention's effect】
By the method of the present invention, high-purity aluminum metaphosphate powder without caking can be easily and simply produced.
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