JP779H - α線放射量の少ないアルミナの製造法 - Google Patents
α線放射量の少ないアルミナの製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、α線放射量の少ないアルミナの製造法に関す
るものである。 近年、集積回路の超微細化に伴ない従来は問題とならな
かった集積回路を格納する磁器から放射されるα線に基
ずく集積回路の誤動作が大きな問題となっている。この
α線放射は磁器主原料のアルミナに微量含有されるウラ
ン、トリウム、ラジウムによるもので、通常のアルミナ
のα線放射量は、0.05〜0.2c/cm2・hr(c:カウント)
程度であるが、これを0.05c/cm2・hr以下の低いものとす
ることが要求されている。 ボーキサイトに含まれる放射性物質は、バイヤー法アル
ミナ製造工程で一部はアルミン酸ナトリウム溶液に溶解
し、大部分は不溶性残渣の赤泥に含まれて排出される。
溶解した放射性物質は、析出工程で析出した水酸化アル
ミニウユムの結晶の中に取り込まれるため、析出後の洗
浄,か焼でも除去されず製品アルミナに移行する。集積
回路用アルミナは高純度、殊にNa2O含有量の少ないアル
ミナが要求され、このためアルミナを希酸処理すること
が行われるが、この希酸処理でも上述の放射性物質は除
去されないので、バイヤー法アルミナでは析出工程で析
出する水酸化アルミニウム自体、α線放射量の少ないこ
とが必要となる。アルミン酸ナトリウム溶液から析出す
る水酸化アルミニウムのα線放射量は、アルミン酸ナト
リウム溶液のNa2O/Al2O3モル比(以下、単にモル比とい
う)、析出温度などにより変化する。 発明者らは70〜160g/lの範囲の種々のNa2O濃度
のアルミン酸ナトリウム溶液の濃度、モル比、種子量な
どを種々に調整し析出して来る水酸化アルミニウムのα
線放射量の測定を行なった。 実験の結果、所定Na2O濃度のアルミン酸ナトリウム溶液
の各温度について、40〜90℃の範囲内で、既に広く
知られている平衡モル比(No)と析出槽から排出されるア
ルミン酸ナトリウム溶液のモル比(N)の差、即ち過飽
和度を導入することにより、これと析出液温度(T)お
よびα線放射量との関係を非常に良い適合性をもって、
次の実験式で表わすことに成功した。即ち α=0.3×1013(No-N)3e-11,000/T(1) 茲に α:アルミナとしての放射線量、[c/cm2・hr] T:析出温度、[゜K] No:平衡モル比、[−] N:排出液モル比、[−] e:自然対数の底 但し、(1)式の適用範囲はアルミン酸ナトリウム溶液のN
a2O濃度70〜160g/lで、αが0.2以下の範囲であ
る。 (1)式によれば、析出する水酸化アルミニウムのα線放
射量を予測することができ、この関係を利用して析出工
程の操業をコントロールして、所望のα線放射量以下の
水酸化アルミニウム(アルミナのα線放出量を1とすれ
ば水酸化アルミニムのそれは略1/1.5になる)を析出
させ、これを焼成してα線放射量の少ないアルミナを製
造することができる。 上記実験式(1)は、α線放射量15c/cm2・hr以下の工業
的に使用されている原料ボーキサイトの種類如何によら
ず、また、120℃〜250℃、30分以上抽出するバ
イヤー法範囲内でのボーキサイトの抽出条件、同じくバ
イヤー法で通常行われる範囲内での赤泥分離条件の如何
に拘らず成立する。即ち、α線放射量10c/cm2・hrの東
南アジア産のボーキサイトを120〜140℃で抽出
後、赤泥を分離したアルミン酸ナトリウム溶液を用いた
場合でも、7c/cm2・hrのオーストラリア産のボーキサイ
トを、200〜230℃で抽出して赤泥を分離したアル
ミン酸ナトリウム溶液を用いた場合でも同様に適用でき
ることが確かめられている。 既述のように、集積回路用アルミナとしては、α線放射
量を0.05c/cm2・hr以下とすることが必要であるが、この
値を上記(1)式に入れれば次式が得られる。 e11,000/T≧6×(No−N)3×1013(2) 本発明は、α線放射量0.05c/cm2・hr以下のアルミナを得
るために、水酸化アルミニウム析出工程において、全析
出量の支配的部分を析出する析出槽の操業を、上記(2)
式を満足するように行なうことをその要旨とするもので
ある。 本発明方法は、種々の態様を取り得るが、以下2つの実
施態様により本発明を説明する。 その1つは、1槽の析出槽を用いて一定温度で水酸化ア
ルミニウムを析出せしめる方法である。第1図は、その
フローシートであって、一定温度に保たれるようになっ
ている析出槽1にアルミン酸ナトリウム溶液Fが供給さ
れ、これに分級器7のアンダーフローS(種子として用
いられる微細な水酸化アルミニウム粒子を含む)が添加
される。両者の量に見合う量が析出槽1の適切な部分か
ら抜き取られて分級器6に供給され、そのアンダーフロ
ーHから比較的粗い水酸化アルミニウム粒子が製品とし
て抜き取られ、そのオーバーフローは分級器7に供給さ
れる。 この態様においては、析出は1つの槽で行なわれるの
で、その析出条件は(2)式を満たすものでなければなら
ない。すなわち析出槽1内の液温が75℃であるなら
ば、(No-N)は0.96以下でなければならない(第3図
参照。(2)式を計算したもので、曲線の下側が(2)式の成
立する領域である)。そして、75℃のときのNoはNa2O
120g/lのとき2.90であるから、このNa2O濃度のア
ルミン酸ナトリウム溶液の場合は、析出槽から抜き取ら
れる液のNが1.94より大きくなるように、滞留時間ある
いは種子添加量を調節すればよい。 もう1つの態様は、通常のバイヤー工程と同様に複数の
析出槽を直列に配設して水酸化アルミニウムを連続的に
析出せしめる方法である。第2図はそのフローシートで
あって、5基の析出槽が用いられている。析出槽1にア
ルミン酸ナトリウム溶液Fと、分級器7のアンダーフロ
ーS(種子となる微粒水酸化アルミニウムが含まれてい
る)が添加される。両者の量に見合う液量が析出槽1か
ら析出槽2に送給され、このようにして液は析出槽5に
送られて析出を終了し、析出の終った液は上記の態様と
同様に処理される。 この態様においては、各析出槽の中の液量は多くの場合
順次低くなるので、第3図から判るように、好ましい析
出条件は、個々の析出槽で異なってくるので、操業がや
や複雑となる。しかしながら、製品全体としてのα線放
射量が、ある限界以下となれば良いのであるから、析出
量の少ない析出槽の析出条件は必ずしも(2)式の析出条
件を満足しなくても良い、言い換えれば、析出量の大部
分を占める析出槽だけ(2)式の条件を満たすようにすれ
ば良いので、滞留時間、種子添加量、液温などを調節す
ることによって、容易に操業することができる。 次に、本発明を上記した実施態様に基ずいた実施例と、
比較例によって更に説明する。 比較例 水酸化アルミニウム析出工程として第2図と同様に容量
各1500m3の析出槽を5基直列に配設し連続析出を行
なった。析出液の強制冷却をせず自然放冷とした以外は
通常のバイヤー法と同様の操業方法であった。第1槽に
72℃,Na2O濃度120g/l,モル比1.55のアルミン
酸ナトリウム溶液250m3/Hと、50℃、モル比2.44
の種子スラリー32m3/H(種子水酸化アルミニウム:
17.4t/H)を添加し、第5槽から排出された析出終了
液282m3/Hを第1分級器により分級し18.05t/H
の割合で比較的粗粒の水酸化アルミニウムを取り出し
た。この分級器のオーバーフローをさらに第2分級器に
供給してオーバーフローはボーキサイト抽出用に、アン
ダーフローは全量種子として第1析出槽に戻した。 各析出槽の操業条件は次のとおりであった。 槽No. 1 2 3 4 5 液温℃ 68 67 66 65 64 対応No 3.45 3.55 3.60 3.70 3.80 析出液N 1.89 2.09 2.24 2.35 2.44 No−N 1.56 1.46 1.36 1.35 1.36 上記各槽におけるNo−Nは、何れも(2)式の適合範囲外
であった。得られた水酸化アルミニウムを洗浄、か焼し
て製品アルミナとした。このアルミナのα線放射量は、
0.088c/cm2・hrであった。 実施例1 第1図の実施態様に従って析出操業を行なった。撹拌機
と熱交換器を有する容量15000m3の析出槽に75
℃、Na2O濃度120g/l、モル比2.2のアルミン酸ナ
トリウム溶液1400m3をまず張り込み、次いで初期種
子として水酸化アルミニウム165t(水分10%)を
添加し、これに80℃、Na2O120g/モル比1.5のア
ルミン酸ナトリウム溶液を20m3/Hの割合で供給し
た。液温を75℃に保って水酸化アルミニウムを析出さ
せ、析出槽からのオーバーフローを第1分級器にかけて
1.3t/Hの割合で比較的粗粒の水酸化アルミニウムを
アンダーフローとして取り出した。そのオーバーフロー
を第2分級器にかけ、清澄液はボーキサイト抽出用に戻
し、アンダーフローは全量種子として用いた。なお、析
出槽から排出される液のモル比は2.2であった。この値
は、前記したように、(2)式の要件を満たしている。最
初の種子および初期の析出した水酸化アルミニウムを洗
浄、か焼して得られたアルミナのα線放射量は、次の第
1表のとおりであって15日目以降は継続して0.02c/cm
2・hr以下のものが得られた。 実施例2 比較例と同様に第2図のフローシートに基ずいて容量1
500m3の析出槽を5槽直列に配設して連続析出を行な
った。この場合、各槽の析出条件が(2)式を満足するよ
うに操業を行なった。 第1析出槽に86℃、Na2O濃度120g/l、モル比1.
55のアルミン酸ナトリウム溶液184m3/Hと、60
℃、モル比2.24の種子スラリー24m3/H(種子水酸化
アルミニウム12.9t/H)を添加し、第5析出槽から排
出された析出終了液208m3/Hをを第1分級器によ
り分級し、11.18t/Hの割合で、粗粒の水酸化アルミ
ニウムを取り出した。この分級器のオーバーフローはさ
らに第2分級器にかけ、清澄液はボーキサイト抽出工程
用に、アンダーフローは全量種子スラリーとして第1析
出槽に戻した。 各析出槽の操業条件は次のとおりであった。 槽No. 1 2 3 4 5 液温℃ 81 79 77 75 73 対応No 2.55 2.65 2.75 2.90 3.00 析出液N 1.87 1.99 2.09 2.17 2.24 No−N 0.68 0.66 0.66 0.73 0.76 上記各槽におけるNo−Nの値は(2)式を満足している。 前記水酸化アルミニウムを洗浄、か焼して製品アルミナ
とした。このアルミナのα線放射量は、0.025c/cm2・hr
であった。 以上の比較例、実施例から判るように、本発明方法によ
れば、特別に化学薬品を用いたり、装置を付加すること
なく、水酸化アルミニウム析出工程の操業をコントロー
ルするのみで、確実にα線放射量の少ないアルミナを製
造することができるので、極めて有利な製造法であり、
集積回路製造に寄与するところ大なるものがある。
るものである。 近年、集積回路の超微細化に伴ない従来は問題とならな
かった集積回路を格納する磁器から放射されるα線に基
ずく集積回路の誤動作が大きな問題となっている。この
α線放射は磁器主原料のアルミナに微量含有されるウラ
ン、トリウム、ラジウムによるもので、通常のアルミナ
のα線放射量は、0.05〜0.2c/cm2・hr(c:カウント)
程度であるが、これを0.05c/cm2・hr以下の低いものとす
ることが要求されている。 ボーキサイトに含まれる放射性物質は、バイヤー法アル
ミナ製造工程で一部はアルミン酸ナトリウム溶液に溶解
し、大部分は不溶性残渣の赤泥に含まれて排出される。
溶解した放射性物質は、析出工程で析出した水酸化アル
ミニウユムの結晶の中に取り込まれるため、析出後の洗
浄,か焼でも除去されず製品アルミナに移行する。集積
回路用アルミナは高純度、殊にNa2O含有量の少ないアル
ミナが要求され、このためアルミナを希酸処理すること
が行われるが、この希酸処理でも上述の放射性物質は除
去されないので、バイヤー法アルミナでは析出工程で析
出する水酸化アルミニウム自体、α線放射量の少ないこ
とが必要となる。アルミン酸ナトリウム溶液から析出す
る水酸化アルミニウムのα線放射量は、アルミン酸ナト
リウム溶液のNa2O/Al2O3モル比(以下、単にモル比とい
う)、析出温度などにより変化する。 発明者らは70〜160g/lの範囲の種々のNa2O濃度
のアルミン酸ナトリウム溶液の濃度、モル比、種子量な
どを種々に調整し析出して来る水酸化アルミニウムのα
線放射量の測定を行なった。 実験の結果、所定Na2O濃度のアルミン酸ナトリウム溶液
の各温度について、40〜90℃の範囲内で、既に広く
知られている平衡モル比(No)と析出槽から排出されるア
ルミン酸ナトリウム溶液のモル比(N)の差、即ち過飽
和度を導入することにより、これと析出液温度(T)お
よびα線放射量との関係を非常に良い適合性をもって、
次の実験式で表わすことに成功した。即ち α=0.3×1013(No-N)3e-11,000/T(1) 茲に α:アルミナとしての放射線量、[c/cm2・hr] T:析出温度、[゜K] No:平衡モル比、[−] N:排出液モル比、[−] e:自然対数の底 但し、(1)式の適用範囲はアルミン酸ナトリウム溶液のN
a2O濃度70〜160g/lで、αが0.2以下の範囲であ
る。 (1)式によれば、析出する水酸化アルミニウムのα線放
射量を予測することができ、この関係を利用して析出工
程の操業をコントロールして、所望のα線放射量以下の
水酸化アルミニウム(アルミナのα線放出量を1とすれ
ば水酸化アルミニムのそれは略1/1.5になる)を析出
させ、これを焼成してα線放射量の少ないアルミナを製
造することができる。 上記実験式(1)は、α線放射量15c/cm2・hr以下の工業
的に使用されている原料ボーキサイトの種類如何によら
ず、また、120℃〜250℃、30分以上抽出するバ
イヤー法範囲内でのボーキサイトの抽出条件、同じくバ
イヤー法で通常行われる範囲内での赤泥分離条件の如何
に拘らず成立する。即ち、α線放射量10c/cm2・hrの東
南アジア産のボーキサイトを120〜140℃で抽出
後、赤泥を分離したアルミン酸ナトリウム溶液を用いた
場合でも、7c/cm2・hrのオーストラリア産のボーキサイ
トを、200〜230℃で抽出して赤泥を分離したアル
ミン酸ナトリウム溶液を用いた場合でも同様に適用でき
ることが確かめられている。 既述のように、集積回路用アルミナとしては、α線放射
量を0.05c/cm2・hr以下とすることが必要であるが、この
値を上記(1)式に入れれば次式が得られる。 e11,000/T≧6×(No−N)3×1013(2) 本発明は、α線放射量0.05c/cm2・hr以下のアルミナを得
るために、水酸化アルミニウム析出工程において、全析
出量の支配的部分を析出する析出槽の操業を、上記(2)
式を満足するように行なうことをその要旨とするもので
ある。 本発明方法は、種々の態様を取り得るが、以下2つの実
施態様により本発明を説明する。 その1つは、1槽の析出槽を用いて一定温度で水酸化ア
ルミニウムを析出せしめる方法である。第1図は、その
フローシートであって、一定温度に保たれるようになっ
ている析出槽1にアルミン酸ナトリウム溶液Fが供給さ
れ、これに分級器7のアンダーフローS(種子として用
いられる微細な水酸化アルミニウム粒子を含む)が添加
される。両者の量に見合う量が析出槽1の適切な部分か
ら抜き取られて分級器6に供給され、そのアンダーフロ
ーHから比較的粗い水酸化アルミニウム粒子が製品とし
て抜き取られ、そのオーバーフローは分級器7に供給さ
れる。 この態様においては、析出は1つの槽で行なわれるの
で、その析出条件は(2)式を満たすものでなければなら
ない。すなわち析出槽1内の液温が75℃であるなら
ば、(No-N)は0.96以下でなければならない(第3図
参照。(2)式を計算したもので、曲線の下側が(2)式の成
立する領域である)。そして、75℃のときのNoはNa2O
120g/lのとき2.90であるから、このNa2O濃度のア
ルミン酸ナトリウム溶液の場合は、析出槽から抜き取ら
れる液のNが1.94より大きくなるように、滞留時間ある
いは種子添加量を調節すればよい。 もう1つの態様は、通常のバイヤー工程と同様に複数の
析出槽を直列に配設して水酸化アルミニウムを連続的に
析出せしめる方法である。第2図はそのフローシートで
あって、5基の析出槽が用いられている。析出槽1にア
ルミン酸ナトリウム溶液Fと、分級器7のアンダーフロ
ーS(種子となる微粒水酸化アルミニウムが含まれてい
る)が添加される。両者の量に見合う液量が析出槽1か
ら析出槽2に送給され、このようにして液は析出槽5に
送られて析出を終了し、析出の終った液は上記の態様と
同様に処理される。 この態様においては、各析出槽の中の液量は多くの場合
順次低くなるので、第3図から判るように、好ましい析
出条件は、個々の析出槽で異なってくるので、操業がや
や複雑となる。しかしながら、製品全体としてのα線放
射量が、ある限界以下となれば良いのであるから、析出
量の少ない析出槽の析出条件は必ずしも(2)式の析出条
件を満足しなくても良い、言い換えれば、析出量の大部
分を占める析出槽だけ(2)式の条件を満たすようにすれ
ば良いので、滞留時間、種子添加量、液温などを調節す
ることによって、容易に操業することができる。 次に、本発明を上記した実施態様に基ずいた実施例と、
比較例によって更に説明する。 比較例 水酸化アルミニウム析出工程として第2図と同様に容量
各1500m3の析出槽を5基直列に配設し連続析出を行
なった。析出液の強制冷却をせず自然放冷とした以外は
通常のバイヤー法と同様の操業方法であった。第1槽に
72℃,Na2O濃度120g/l,モル比1.55のアルミン
酸ナトリウム溶液250m3/Hと、50℃、モル比2.44
の種子スラリー32m3/H(種子水酸化アルミニウム:
17.4t/H)を添加し、第5槽から排出された析出終了
液282m3/Hを第1分級器により分級し18.05t/H
の割合で比較的粗粒の水酸化アルミニウムを取り出し
た。この分級器のオーバーフローをさらに第2分級器に
供給してオーバーフローはボーキサイト抽出用に、アン
ダーフローは全量種子として第1析出槽に戻した。 各析出槽の操業条件は次のとおりであった。 槽No. 1 2 3 4 5 液温℃ 68 67 66 65 64 対応No 3.45 3.55 3.60 3.70 3.80 析出液N 1.89 2.09 2.24 2.35 2.44 No−N 1.56 1.46 1.36 1.35 1.36 上記各槽におけるNo−Nは、何れも(2)式の適合範囲外
であった。得られた水酸化アルミニウムを洗浄、か焼し
て製品アルミナとした。このアルミナのα線放射量は、
0.088c/cm2・hrであった。 実施例1 第1図の実施態様に従って析出操業を行なった。撹拌機
と熱交換器を有する容量15000m3の析出槽に75
℃、Na2O濃度120g/l、モル比2.2のアルミン酸ナ
トリウム溶液1400m3をまず張り込み、次いで初期種
子として水酸化アルミニウム165t(水分10%)を
添加し、これに80℃、Na2O120g/モル比1.5のア
ルミン酸ナトリウム溶液を20m3/Hの割合で供給し
た。液温を75℃に保って水酸化アルミニウムを析出さ
せ、析出槽からのオーバーフローを第1分級器にかけて
1.3t/Hの割合で比較的粗粒の水酸化アルミニウムを
アンダーフローとして取り出した。そのオーバーフロー
を第2分級器にかけ、清澄液はボーキサイト抽出用に戻
し、アンダーフローは全量種子として用いた。なお、析
出槽から排出される液のモル比は2.2であった。この値
は、前記したように、(2)式の要件を満たしている。最
初の種子および初期の析出した水酸化アルミニウムを洗
浄、か焼して得られたアルミナのα線放射量は、次の第
1表のとおりであって15日目以降は継続して0.02c/cm
2・hr以下のものが得られた。 実施例2 比較例と同様に第2図のフローシートに基ずいて容量1
500m3の析出槽を5槽直列に配設して連続析出を行な
った。この場合、各槽の析出条件が(2)式を満足するよ
うに操業を行なった。 第1析出槽に86℃、Na2O濃度120g/l、モル比1.
55のアルミン酸ナトリウム溶液184m3/Hと、60
℃、モル比2.24の種子スラリー24m3/H(種子水酸化
アルミニウム12.9t/H)を添加し、第5析出槽から排
出された析出終了液208m3/Hをを第1分級器によ
り分級し、11.18t/Hの割合で、粗粒の水酸化アルミ
ニウムを取り出した。この分級器のオーバーフローはさ
らに第2分級器にかけ、清澄液はボーキサイト抽出工程
用に、アンダーフローは全量種子スラリーとして第1析
出槽に戻した。 各析出槽の操業条件は次のとおりであった。 槽No. 1 2 3 4 5 液温℃ 81 79 77 75 73 対応No 2.55 2.65 2.75 2.90 3.00 析出液N 1.87 1.99 2.09 2.17 2.24 No−N 0.68 0.66 0.66 0.73 0.76 上記各槽におけるNo−Nの値は(2)式を満足している。 前記水酸化アルミニウムを洗浄、か焼して製品アルミナ
とした。このアルミナのα線放射量は、0.025c/cm2・hr
であった。 以上の比較例、実施例から判るように、本発明方法によ
れば、特別に化学薬品を用いたり、装置を付加すること
なく、水酸化アルミニウム析出工程の操業をコントロー
ルするのみで、確実にα線放射量の少ないアルミナを製
造することができるので、極めて有利な製造法であり、
集積回路製造に寄与するところ大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法の一実施態様のフローシートを示
し、第2図は同じく他の実施態様のフローシートを示
す。第3図は、第(2)式の成立する領域を図示したもの
である。 第1図、第2図において、1〜5は析出槽を、6および
7は分級器を示す。
し、第2図は同じく他の実施態様のフローシートを示
す。第3図は、第(2)式の成立する領域を図示したもの
である。 第1図、第2図において、1〜5は析出槽を、6および
7は分級器を示す。
Claims (1)
- 【訂正明細書】 【特許請求の範囲】 【請求項1】α線放射量15c/cm2・hr以下のボーキサイ
トをアルミン酸ナトリウム溶液で120℃〜250℃,
30分以上抽出し、常法により不溶解残渣を赤泥として
排出し、一方赤泥を分離した溶液から種子の存在下で水
酸化アルミニウムを析出せしめ、これを焼成してアルミ
ナを製造する方法において、水酸化アルミニウム析出工
程の操業を全析出量の支配的部分を析出する析出槽で、
アルミン酸ナトリウム溶液の温度40℃〜90℃、アル
ミン酸ナトリウム溶液のNa2O濃度を70〜160g/l
の範囲で、アルミン酸ナトリウム溶液の温度T(゜
K)、その温度に対する同溶液の平衡モル比(Na2O/Al2
O3)Noおよび該析出槽から排出される同溶液のモル比
Nが e11,000/T≧6×(No−N)3×1013 の関係を満足するように行なうことを特徴とするα線放
射量の少ないアルミナの製造法。
Family
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