JPS6033763B2 - 粗い結晶性アルミナの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は周知の方で製造後ラップ仕上げや研摩のための
研摩材用及び耐火材用に便利に使用される粗い結晶性ア
ルミナを水酸化アルミ，ニウムから製造する方法に関す
る。

研摩材工業において、平均結晶サイズ１０〜７０ミクロ
ンに相当するＦＥＰＡによる結晶サイズ範囲８００〜２
０叫筆結晶コランダム粒子の需要が多い。

所望の単結晶コランダムを直接アルミナ製造から作りそ
れによって融解や焼結という技術的に困難なそして経済
的に好ましくない方法を回避する根本的な可能性はいま
いま言及されてきた。これまで経済的に正当と認められ
る努力のいずれも十分な結晶サイズ及び／又はうすし、
板状の形を作れなかった。本発明はこれらの問題を克服
するものである。

本発明のアルミナは自然の表面が上述の粒子サイズ範囲
に限定されたコランダム単結晶の厚い板からなり効果的
な価格で生産できる。アルミナは周知のバイヤー法によ
って商業規模で生産される。

ボーキサイトを水酸化ナトリウム溶液に溶解し十分な沈
澱の後、水酸化アルミニウムが１００ミクロンの大きさ
まで凝集した形で得られる。回転炉又は流動層炉中での
か焼によって、水酸化アルミニウムはアルミナに変えら
れる。この方法においては、約１２００ｑ０及びそれ以
上の温度で確実に達成されるＱ−ァルミナの完全な変換
が要求される。この方法で製造されるアルミナは非常に
粒子が小さく結晶の大きさが５ミクロンをこえるのはま
れである−そして上述の目的例えば研摩用には少ししか
あるいは全く利用されない。バイヤー法によるアルミナ
製品が目的を達していないのは特に研摩材及びラップ仕
上げ材を製造する一連の実験が不足しているためではな
い。いわゆるか焼促進剤又はＱ−アルミナへの相変化温
度が上昇されたり及び／又は低下されたりする鉱化剤を
少量添加するのは知られている。同時に、結晶質粒子の
粒度分布を大きい粒子の方に移動させられる。この点に
ついて効果的な化合物は特に弗化物ＮａＦ，ＣａＦ２，
山Ｆ３及びＮ３山Ｆ６である。

ドイツ特許出願公告第１１５９４１８号によれば炉の雰
囲気中の０．２〜０．３％の弗化水素は同じ効果がある
と述べている。弗化物化合物の流量又は加熱速度及び種
類及び量によりァルミブに変態する温度及び会合結晶（
ａｓｓｏｃｉａにｄｃひｓｔａｌ）の大きさを限定した
範囲に変えることができる。ドイツ特許出願公告第２８
５００６４号によれば、結晶質の大きさは又水酸化アル
ミニウムの集塊の大きさに依存する。

種結晶−前にか擁された製品から成る−弗化物を含んで
ある添加物及び６０ミクロン以上の水酸化アルミニウム
集塊を用いるくりかえしの結晶化によって、Ｃ軸に直角
な最大寸法として直径Ｄが１６から最高２５０ミクロン
、直径／高さの比Ｄ／日が３から７（ここに日はＣ軸に
平行な最大寸法を指す）であるコランダム結晶、Ｑ−山
２０３が製造できる。種結晶を用いない方法においては
、極端にうすし、板状の六角形をしたＱ−Ｎ２０３結晶
のみが得られた。

結晶は最も良い場合直径Ｄが２５ミクロンであり、大部
分は約１０ミクロンである。特別な場合における高さ日
は直径の約１′４で８０％以上の結晶は直径Ｄの１′６
から１／Ｉ０の間の範囲であるラップ仕上げや研摩を目
的とする研摩材用のこの種の結晶の欠点は大きさが少さ
すぎ及び／又は特に高さに対する直径の比が高いことで
ある。直径が１０ミクロンより小さい板状のコランダム
結晶はほとんど表面処理工業に使用されない。直径はも
っと大きいがＤ／日比のの高い結晶は研摩材として特に
ラップ仕上村や磨き材として使用中に容易に崩壊し、そ
こで不ぞろし、の形状のカッティングエッジを形成する
。本来の表面及びカッティングエッジの比率が多い理由
のためすべての結晶が同じカッティング形状である単結
晶のもっていると思われる利点は少なくともある程度減
少される。この理由のために、水酸化アルミニウムのか
焼によるァルミナ製品は表面処理技術における期待され
る用途を前もって作っていない。

したがって本発明の目的はか焼したアルミナから有用な
単結晶研摩材、ラップ仕上材及び磨き材を製造すること
である。

結晶は特に平均直径が１０ミクロン以上でかつこれと対
応してＤ／日比が小さくなければならない。本発明の目
的はしたがつて １ 上述の形態をもったコランダム結晶を製造するため
に好適な鉱化剤を見つけること及び／又は２ 鉱化剤を
使用するが種結晶の導入を必要としない新しい法を見つ
けること、である。

問題の最初の部分は新しい鉱化剤として一般式×（ＢＦ
４）ｎ（ここにＸはＮＨ４及び好ましい原子価１，２の
特にアルカリ及びアルカリ士類の金属元素を表わし、ｎ
は本発明の鉱化剤として機能する化合物型におけるＸの
対応する原子価（形式原子価（ｆｏｒｍａｌ ｖａｌｅ
ｎｃｙ））である）をもった弗素−棚素化合物を用いて
解決された。

一価の陽イオンＸ、特にアンモニウム、ナトリウム及び
カリが最適であることが分った。問題の第二の部分は上
述の特色をもって、水酸化アルミニウムから粗い結晶性
アルミナ、ＱＭ２０８、を製造する新しい方法を見つけ
ることにより解決された。

そしてこの方法は２段工程をもつことが重要である。第
一の工程において、水酸化アルミニウムは前乾燥され、
第二工程においては磁化剤として機能する物質で促進さ
れ７５０午０とＱ−ＡＩ２０３に相変化するに必要な温
度を上回る温度との範囲で処理される。好ましくは前乾
燥は２００〜５５０ｑＣの温度範囲で実施される。特に
第一の工程において、ＡＩ２０３をベースにしてアルカ
リ含量が０．２〜１．４重量％、好ましくは０．４〜０
．８重量％の範囲である水酸化アルミニウムが２００〜
５００ご○の温度で前乾燥され、その後第２工程で、滋
化剤、特に本発明に使用される×（ＢＦ４）ｎ好ましく
は弗化棚秦酸ナトリウム、ＮａＢＦ４、が添加され約３
時間７５０〜１３５０℃の温度範囲でか燈された。特に
効果的な添加濃度は０．１〜０．４重量％×（ＢＦ４）
ｎであると判明した。鱗化剤は第１工程からの前乾燥材
料と混合することにより添加できあるいは又直接第２工
程に添加できる。

直接に鉱化剤を加える時、併流及び／又は向流を用いる
ことができるすなわち回転炉の場合には製品が第１工程
から出る時及び／又はバーナーの近くにである。本発明
に使用される磁化剤を水酸化アルミニウムのか燈工程に
適用すると、すなわち前もって脱水をしないで水酸化ア
ルミニウムに鉱化剤を添加すると、Ｄ／日比が２〜４の
平均直径が約２０ミクロンでＮａ２０分が０．亀重量％
以下である欠陥のない、形態的にそろったＱ−母２０３
結晶が製造されるという利益をもたらす。

本発明の方法とともに本発明の鉱化剤の適用によって結
晶は所望の目的に対し有利な法で成長し、その結果１０
〜１５ミクロンの高さをもった平均直径が６０ミクロン
までの結晶が認められる。

時には直径が１００ミクロンをこえる結晶が観察された
。意外にも、Ｎ２０３をベースにしてアルカリ舎量が最
高１．４重量％まで用いられても６−相のＮ２０３，Ｎ
ａ２０・１１ＡＬ２０３は確認されなかった。

本発明の２段工程によるか焼最終製品及び／または、例
えばＮａＢＦ４のような本来８−相を形成可能な本発明
に関係した鉢化剤を用いて得られるか競最終製品は、、
Ｘ線技術によって分析した結果実際にはほとんどコラン
ダム、Ｑ−Ａそ２０３だけであった。Ｑ−Ｎ２０３の線
００２（ＣｕＫＱ，ｄ＝１１．３Ａ）はすべての試料に
かすかに観察されただけである。さらに結晶は透明で均
質である。Ｘ線のパターンによるＱ−ＡＩ２０３の線は
すべてシャープで欠陥のない結晶であることを示してい
た。比較実験においては化学量論的比例当量でナトリウ
ム、棚素及び弗化物化合物と反応して弗化側秦酸ナトリ
ウムとなった水酸化アルミニウムは本発明に示されてい
るような結晶成長にいたらず、平均直径が１０から最高
２０ミクロンで研磨材用に不十分な８以上の○ノ日比の
結晶だけであることが分った。

したがって、本発明による結晶の発達に必要な化学量論
的組成は支配的ではなく、重要なのは高温において鉱化
剤がどんな形で存在するかであると結論づけられた。本
発明の鍵化剤の有利な効果の説明は本発明の弗化棚素酸
の塩はより高い温度で始めて反応するという事にあると
認められる。水酸化アルミニウムの重要な脱水相の間で
はまだ解離しないかあるいは極くわずか解離する、した
がって発生したスチームとほとんど反応せず又炉から移
動されない。か焼工程から鱗化剤の移動則ち実際には回
転炉又は流動層炉からの移動は本発明の２段工程の方法
では殆んど全く起らない。

同時に、７００００以上の温度範囲における鍵化剤例え
ば四弗化棚酸ナトリウム、ＮａＢＦ４、の解離による弗
化水素の形成は多量の水蒸気が殆んど全く存在しないた
めに抑制されて、鉱化剤の分解生成物が結晶成長に有利
に作用できる。このように、ナトリウムは８−相変態を
通してコランダム結晶の成長を促進し、弗化物はｙ−Ａ
Ｉ２０３からＱ−ＡＩ２０３に相変化する温度を低下さ
せ、棚素は容易に揮発する棚酸アルカリ化合物の形成に
よって高アルカリ合婁を減少する。本発明の一層の利点
、特徴及び詳細は添付図面とともに好適実施例の以下の
説明で明らかにされる。

水酸化アルミニウムはサィロー０１こ、鍵化剤はサイロ
１１にある。

水酸化物はドライヤー２０を通過しここで結晶水の大部
分を離す。中間製品はドライヤー２０から出て雛化剤と
ともに進み炉２１の中に入る。炉２１からの製品は前述
のような結晶形態をもったコランダム集塊から成る。集
塊は周知の方法すなわち粉砕３０、節分け３１、離３２
、で脱集捜され、単結晶部分４０１こ分別される。ドラ
イヤー２０‘こおける脱水温度は比較的に重要ではない
。

それ故出来た分解産物の明確な再構成が容易に得られる
からこの温度は約２００ｏｏ以上出釆れば５５０ｏｏを
こえない温度であるべきである。最も好ましい範囲は大
体２５０から５００ｑｏの間にある。２５０午０で処理
される水酸化アルミニウムフィードの最も好ましい滞留
時間は約３．虫時間、５００℃では約１時間である。

ドライヤー２０から出てくる中間製品への鉱化剤の添加
は例えば決められた量の磁化剤が前もってさめられた量
の中間製品に強力混合で添加されるかあるいは達ぞ〈的
に一緒に鉱化剤を炉２１の中に運ぶコンベヤシステムに
よるような方法で行うことができる。

最終製品の品質の損失はあとの技術で述べられるように
観察されなかった。比較によれば中間製品の温度を急に
下げたりあるいは一時的に貯蔵して室温に冷却するのは
有利でない。この場合くもりのかかった乳白色の結晶が
いよいよ最終製品に見られ、ある程度細かい毛すじ状の
割目がある。しかしこれらの結晶も又研摩目的に有用で
あることが判明した、したがって前の説明から最適とは
考えられないがこの応用はいずれにしても本発明の範囲
内にあると老へられる。炉２１に対して型式又は大きさ
に関する特別な要求は必要でない。

回転炉は操業においてバーナーヘッドの温度は約１３５
０ｏ０で装入口ではいつも７５０００という風に有利に
使用される。炉の長さ及び回転速度は材料が約２．５〜
４．即時間で炉を通過しかつ１２００ｑ０以上の温度帯
に約１時間滞留するように設計すべきである。鍵化剤の
直接添加に関してドライヤー２０から出てくる中間製品
との完全な混合は炉の装入端から数〆−トルまでで行わ
れた；すなわち最終製品は常に均質であった。すでに上
に述べたように、本発明に使用される鍵化剤は又水酸化
アルミニウムとともにドライヤー２川こ添加されその後
にか焼炉２１を通過するとき効果的であった。著しい水
蒸気雰囲気が現われる範囲の相違がある−段加熱の集合
体を利用する在来の方法に対応してこの方法の手順はド
ライヤーを用いることによってかなりに低減される。水
酸化アルミニウム及び本発明に使用されるＸ（ＢＦ４）
ｎ型の錫化剤を利用する多くの実験によって、研摩材、
ラップ仕上げ及び研摩の目的そして又耐火材用に適する
粗い粒状のＱ−ＡＩ２０３（コランダム）−結晶の製造
ができるようになった。操業パラメーター及び結果とと
もに実施例が以下の表にまとめられている。ドライヤー
の温度はそれぞれ固有の滋化剤が可能な解離をさげるた
めに調節された。対照的に回転炉の温度勾配はすべての
実施例に対して同じであった；すなわち装入口７５００
０排出口１３５０ｏｏである。すべての実施例１〜１１
において、バイヤー法で製造された同じ水酸化アルミニ
ウムが用いられた。水酸化アルミニウム集塊の平均のサ
イズは６０ミクロン以下でありＡＩ２０３ベースでＮａ
２００．４重量％を含んでいた。実施例１一１０におい
て、各々３００ｋ９の出発材料が用意され、実施例１〜
８はすでに鍵化剤と混合されて約４０ｋｇ／日の割合で
装入された。

実施例１では材料は直接回転炉に装入され、実施例２−
８では材料は最初ドライヤーを通り、そこではドライヤ
ーの滞留時間は約１時間で、回転炉では約２．朝寺間で
あった。実施例１に対しては、滞留時間は約３時間であ
った。実施例９及１０は実施例２−８と異なり鉱化剤は
強力ミキサー（型式Ｒ７、フイルマ アインリツヒ、ハ
ードハイムＢＲＤ）を使用してドライヤーから出てくる
中間製品と回分式に混合された。したがって材料の温度
は約１２０００に下った。これらの実験の最終製品は乳
白色のくもった結晶を含んでいた。実施例１１は商業規
模の実験である。出発材料は約６．５ｔ／日でドライヤ
ーに供給され、鍵化剤はドライヤーの後に初めて達ぞく
的に添加された。ドライヤーを通過する時間は約１時間
、回転炉を通過する時間は約４．即時間であった。炉の
温度は装入口で７５０００、中間で８００ｑ○、排出口
で１３５０００であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される方法及び典型的な製品処理
の手順を図解的に示すものである。 １０・・・サイロ（水酸化アルミニウム）、１ １・・
・サイロ（鉱化剤）、２０…ドライヤー、２１…か競炉
、３０・・・粉砕機、３１・・・節分機、３２・・・分
離機、４０…製品。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水酸化アルミニウムから１０ミクロン以上の平均直
   径をもつた粗い結晶性アルミナ、α−Ａｌ＿２Ｏ＿３を
   製造する方法において、水酸化アルミニウムが第１工程
   で前乾燥され、第２工程で鉱化剤物質を用い、かつ７５
   ０℃とα−Ａｌ＿２Ｏ＿３に相変化する温度以上との間
   の温度処理とによつて転換される２段階方法によること
   を特徴とする粗い結晶性アルミナの製造方法。 ２ 第１工程が好ましくは２００〜５５０℃の温度範囲
   で行われる、特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ３ 第２工程では最高温度が１３５０℃で、滞留時間が
   ２．５〜４．５時間であり、この中１時間は１２００℃
   をこえる温度である。 特許請求の範囲第１項及び第２項のいずれかに記載の製
   造方法。４ 添加される鉱化剤がＸ（ＥＦ＿４）＿ｎ型
   化合物であつて、ＸはＮＨ＿４及び特に原子価が１及び
   ２である金属元素を表わし、ｎはｘの形式原子価である
   、特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の製
   造方法。 ５ 添加される鉱化剤がＸ（ＢＦ＿４）＿ｎであつて、
   好ましくはＸはＮＨ＿４、アルカリ、アルカリ土類、特
   にＮａ及びＫが用いられることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の製造方法。６
   鉱化剤Ｘ（ＢＦ＿４）＿ｎの添加される量が０．１〜０
   ．４重量％であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜第５項のいずれかに記載の製造方法。 ７ ６０ミクロン以下の集塊粒度及びＡｌ＿２Ｏ＿３を
   ベースにしてＮａ＿２Ｏ含量が好ましくは０．４〜０．
   ８重量％である水酸化アルミニウムが用いられることを
   特徴とする特許請求の範第１項〜第６項のいずれかに記
   載の製造方法。 ８ 水酸化アルミニウムから１０ミクロン以上の平均直
   径をもつた粗い結晶性アルミナ、α−Ａｌ＿２Ｏ＿３、
   を製造する方法において、水酸化アルミニウムにＸ（Ｂ
   Ｆ＿４）＿ｎ型化合物である鉱化剤を添加し、ここに該
   化合物のＸはＮＨ＿４及び金属元素を表わしｎはＸの形
   式原子価を表わし、かつ温度処理を行つてα−Ａｌ＿２
   Ｏ＿３に転換することを特徴とする粗い結晶性アルミナ
   の製造方法。 ９ 好ましくは最高温度が１３５０℃で、７５０℃から
   １３５０℃の温度にある滞留時間が２．５〜４．５時間
   である特許請求の範囲第８項記載の製造方法。 １０ 鉱化剤Ｘ（ＢＦ＿４）＿ｎにおいて好ましくはＸ
   はＮＨ＿４、アルカリ、アルカリ土類であつて特にＮａ
   及びＫが用いられる、特許請求の範囲第８項〜第９項の
   いずれかに記載の製造方法。 １１ 添加される鉱化剤Ｘ（ＢＦ＿４）＿ｎの量が０．
   １〜０．４重量％である特許請求の範囲第８項〜第１０
   項のいずれかに記載の製造方法。 １２ ６０ミクロン以下の集塊粒度及びＡｌ＿２Ｏ＿３
   をベースにしてＮａ＿２Ｏ含量が好ましくは０．４〜０
   ．８重量％である水酸化アルミニウムが用いられる特許
   請求の範囲第８項〜第１１項のいずれかに記載の製造方
   法。