JP4756782B2 - α−アルミナの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩基性塩化アルミニウムを用いたα−アルミナの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、最も一般的に行われているα−アルミナの工業的な製造方法は、水酸化アルミニウム(Al(OH)3/ギブサイト)やベーマイト(AlOOH)などといった前駆体を大気中で1100℃から1250℃の温度で熱分解させる方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従って、α−アルミナの製造メーカーでは、1200℃またはそれ以上の高温で熱分解工程を行うための設備やエネルギーに多大なコストをかけているという問題点がある。
【0004】
そこで、熱分解温度を下げることを目的に各種の検討が行われており、例えば、前駆体に微細なαアルミナ粒子を添加して熱分解させると、α化温度を約150℃、低下させることが報告されているが、それでも1000℃を超える温度で熱分解工程を行う必要があるため、コストを大幅に低減することができない。
【0005】
一方、α−アルミナを生成する鉱物としてダイアスポアが知られている。このダイアスポアは、結晶構造がα−アルミナと類似するため、500℃から600℃の温度でα化する。しかしながら、天然のダイスポアは純度が低いという問題がある一方、ダイスポアを人工的に合成しようとすると1000kg/cm2を超える高圧下での水熱処理が必要であり、工業的に実施することは不可能である。
【0006】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、アルミナのα化のための熱処理を低い温度で行うことのできるα−アルミナの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るα−アルミナの製造方法では、塩基性塩化アルミニウム水溶液に有機カルボン酸などといったカルボキシル基を有する有機物を添加した液状物をゲル化させ、このゲル化により得られたゲルに1000℃以下の熱処理温度で熱処理を行ってα−アルミナを得ることを特徴とする。本願明細書において、有機カルボン酸とは、モノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸などを含むとともに、−OH基を備えるオキシカルボン酸なども含む意味である。
【0008】
塩基性塩化アルミニウムは、以下に示すように、
γ−アルミナを経てα−アルミナに至るが、このような反応を行わせるには、通常、1100℃を超える温度での加熱が必要である。しかるに、本願発明者が繰り返し行った実験によれば、同じ塩基性塩化アルミニウムを用いた場合でも、その水溶液に有機カルボン酸などを添加した液状物をゲル化させ、このゲル化により得られたゲルを加熱して熱分解およびα化を行うと、1000℃以下、例えば、450℃、600℃といった低い温度でα−アルミナを得ることができる。従って、α−アルミナの製造メーカーでは、1000℃を超える高い温度で熱処理を行う必要がないため、設備やエネルギーにかかるコストを大幅に低減することができる。また、原料として用いた塩基性塩化アルミニウムは、純度の高いものがすでに工業的に製造され、市販されているので、容易に入手できる。よって、本発明に係る方法は、α−アルミナを工業的に製造するのに適してる。
【0009】
本発明において、前記ゲルに対する熱処理温度は600℃以下が好ましい。本発明によれば、このような温度条件下でも十分、α−アルミナを製造することができるので、設備コストやエネルギーコストを十分、低減できる。
【0010】
本発明において、塩基性塩化アルミニウム水溶液にカルボキシル基を有する有機物を添加した前記液状物に水熱処理を行い、しかる後に、前記ゲル化および前記熱処理を行うことが好ましい。このような水熱処理を行うと、ゲルに対する熱処理を同一温度・同一時間で行っても、アルミナのα化を促進することができる。また、ここで行う水熱処理は、例えば、2kg/cm2であり、このような条件であれば、設備に多大なコストをかけなくてもよいので、α−アルミナを工業的に製造するのに適している。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【0012】
[実施の形態1]
図1(A)〜(F)はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、添加する有機カルボン酸の種類を変えて製造したα−アルミナのX線回折による分析結果を示す図である。図2(A)〜(C)はいずれも、本発明に対する比較例において、添加した無機酸の種類を変えて製造したアルミナのX線回折による分析結果を示す図である。
【0013】
本形態では、まず、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に、カルボキシル基を有する有機物としての有機カルボン酸を添加した後、この液状物を約60℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中で加熱する。
【0014】
ここで用いる塩基性塩化アルミニウムは、以下の化学式
Al2(OH)mCl6-m (0<m<6)
で表されるが、例えば、m=5の塩基性塩化アルミニウムを用いる。
【0015】
また、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に添加する有機カルボン酸は、乳酸(CH3CH(OH)COOH)、グルコン酸(CH2(OH)(CHOH)4COOH)、リンゴ酸(HOOCCH(OH)CH2COOH)、グリコール酸(HOCH2COOH)、プロピオン酸(CH3CH2COOH)、酢酸(CH3COOH)であり、その添加量は、塩基性塩化アルミニウム水溶液に溶解している塩基性塩化アルミニウム(酸化アルミニウム換算)に対して、2〜20重量%である。
【0016】
例えば、塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算して例えば23重量%の塩基性塩化アルミニウムの水溶液に対して、有機カルボン酸として、DL−乳酸、グルコン酸、DL−リンゴ酸、グリコール酸、プロピオン酸、酢酸をそれぞれ5重量%(塩基性塩化アルミニウム水溶液中の塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算した重量に対して)、添加した後、この液状物を約60℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中、600℃の温度で加熱処理を行ったもののX線回折による分析結果を図1(A)〜(F)に示す。ここに示すX線回折結果から明らかなように、上記の方法により、α−アルミナを製造できたことが確認できた。
【0017】
なお、比較例として、硫酸、硝酸、塩酸をそれぞれ、5重量%(塩基性塩化アルミニウム水溶液中の塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算した重量に対して)、添加した後、この液状物を約60℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、得られた複合ゲルを大気中で約600℃の温度で加熱処理を行ったもののX線回折による分析結果をそれぞれ、図2(A)〜(C)に示すが、有機カルボン酸に代えて無機酸を添加してもα−アルミナが生成されないことが確認され、有機カルボン酸を添加したことの効果を実証できた。
【0018】
このように、本発明によれば、600℃といった低い温度でもα−アルミナを製造できるので、α−アルミナを製造するメーカでは、1000℃を超える高い温度で熱処理を行う必要がない。このため、設備やエネルギーにかかるコストを大幅に低減することができる。また、原料として用いた塩基性塩化アルミニウムは、すでに、純度の高いものが工業的に製造されているので、容易に入手できる。よって、本発明に係る方法はα−アルミナを工業的に製造するのに適してる。
【0019】
[実施の形態2]
図3(A)〜(C)はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、水熱処理の効果を確認するために製造したα−アルミナのX線回折による分析結果を示す図である。図4(A)〜(C)はそれぞれ、本発明を適用したα−アルミナの製造方法で得られたα−アルミナを電子顕微鏡で倍率を変えて観察した結果を示す図である。図5(A)〜(C)はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、熱処理温度を変えて製造したα−アルミナのX線回折による分析結果を示す図である。
【0020】
本形態では、まず、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に有機カルボンを添加した後、水熱処理を行い、その後、この液状物を約60℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中、約600℃の温度で加熱処理を行う。
【0021】
ここで用いる塩基性塩化アルミニウムも、以下の化学式
Al2(OH)mCl6-m (0<m<6)
で表されるが、例えば、m=5の塩基性塩化アルミニウムを用いる。
【0022】
また、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に添加する有機カルボン酸は、例えば、DL−乳酸、グルコン酸、DL−リンゴ酸、グリコール酸、プロピオン酸、酢酸であり、その添加量は、塩基性塩化アルミニウム水溶液に溶解している塩基性塩化アルミニウム(酸化アルミニウム換算)に対して、2〜20重量%である。
【0023】
例えば、塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算して例えば23重量%の塩基性塩化アルミニウムの水溶液に対して、有機カルボン酸として、DL−乳酸を5重量%、10重量%(塩基性塩化アルミニウム水溶液中の塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算した重量に対して)、添加した後、この液状物に2kg/cm2、120℃、20時間の水熱処理を行う。次に、約60℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中、約600℃の温度で加熱処理を行い、α−アルミナを得る。
【0024】
このようにして得たα−アルミナのX線回折による分析結果を図3(B)、(C)に示す。また、水熱処理を行わなかったもののX線回折による分析結果を図3(A)に示す。
【0025】
ここに示すX線回折結果から明らかなように、水熱処理を行うと、アルミナのα化が著しく促進されることが確認できた。
【0026】
また、上記の方法で製造したα−アルミナのうち、DL−乳酸を10重量%、添加して得られたα−アルミナの電子顕微鏡による観察結果を図4(A)〜(C)に示す。この観察結果からも、本形態によれば、結晶化のすすんだα−アルミナを製造できることが確認できた。
【0027】
次に、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に、有機カルボンとしてDL−乳酸を10重量%(塩基性塩化アルミニウム水溶液中の塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算した重量に対して)、添加した液状物に2kg/cm2、120℃、20時間の水熱処理を行った後、約60℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、しかる後に、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中、450℃、500℃、600℃で熱処理を3時間、行ったもののX線回折結果をそれぞれ、図5(A)〜(C)に示す。その結果、同じ熱処理時間であれば処理温度が高いほど、アルミナのα化がすすむことが確認できた。また、3時間の熱処理であれば、450℃という低い温度であっても、アルミナのα化が起こることが確認できた。
【0028】
このように、有機カルボン酸を添加した塩基性塩化アルミニウム水溶液に水熱処理を行い、しかる後にゲル化および熱処理を行えば、アルミナのα化を促進することができ、かつ、450℃という低い温度でもα−アルミナを製造することができる。また、ここで行う水熱処理は、例えば、2kg/cm2でも十分な効果があり、このような条件であれば、設備に多大なコストをかけなくてもよいので、α−アルミナを工業的に製造するのに適している。
【0029】
[その他の実施の形態]
上記形態では、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に添加する有機カルボン酸として、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、グリコール酸、プロピオン酸、酢酸を用いた例を説明したが、本願発明者が繰り返し行った実験結果によれば、このような有機カルボン酸に限らず、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に溶解可能なものであれば、その他の有機カルボン酸などの有機物であってもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に有機カルボン酸を添加した後、ゲル化させ、このゲル化により得られたゲルを熱分解させるので、1000℃以下、例えば、450℃、600℃といった低い温度でもα−アルミナを製造することができる。従って、α−アルミナを製造するメーカでは、1000℃を超える温度で熱処理を行う必要がないため、設備やエネルギーにかかるコストを大幅に低減することができる。また、原料として用いた塩基性塩化アルミニウムは、すでに、純度の高いものが工業的に製造されているので、容易に入手できる。本発明に係る製造方法は、α−アルミナを工業的に製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(F)はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、添加した有機カルボン酸の種類を変えて製造したα−アルミナのX線回折による分析結果を示す図である。
【図2】(A)〜(C)はいずれも、本発明に対する比較例において、添加した無機酸の種類を変えて製造したアルミナのX線回折による分析結果を示す図である。
【図3】(A)〜(C)はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、水熱処理の効果を確認するために製造したα−アルミナのX線回折による分析結果を示す図である。
【図4】(A)〜(C)はそれぞれ、本発明を適用したα−アルミナの製造方法で得られたα−アルミナを電子顕微鏡で倍率を変えて観察した結果を示す図である。
【図5】(A)〜(C)はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、熱処理温度を変えて製造したα−アルミナのX線回折による分析結果を示す図である。
Claims (4)
- 塩基性塩化アルミニウム水溶液にカルボキシル基を有する有機物を添加した液状物をゲル化させ、このゲル化により得られたゲルに1000℃以下の熱処理温度で熱処理を行ってαアルミナを得ることを特徴とするα−アルミナの製造方法。
- 請求項1において、前記カルボキシル基を有する有機物は、有機カルボン酸であることを特徴とするα−アルミナの製造方法。
- 請求項1または2において、前記ゲルに対する前記熱処理温度は、600℃以下であることを特徴とするα−アルミナの製造方法。
- 請求項1ないし3のいずれかにおいて、塩基性塩化アルミニウム水溶液にカルボキシル基を有する有機物を添加した前記液状物に水熱処理を行い、しかる後に、前記ゲル化および前記熱処理を行うことを特徴とするα−アルミナの製造方法。
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