JPS6321218A - アルミニウム化合物の精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミニウム化合物の精製に関するものであり
、特に高純度のアルミニウム化合物の要求が大きい電子
材料やファインセラミックの分野に寄与するｉ製方法を
提供せんとするものである。

〔従来の技術〕

従来、純粋なアルミニウム化合物は、もっばらボーキサ
イトをバイヤー法で精製して得られた酸化アルミニウム
又は水酸化アルミニウムより作られている。

しかしバイヤー法はその製造途中で苛性ソーダを用いる
ために、得られたアルミニウム化合物中には、ナトリウ
ム分が多く、洗浄、精製を充分に行ってもこれを完全に
除くことはできなかった。

またボーキサイト中には不純物として酸化鉄が多く含ま
れており、同様に鉄を完全に除くこともできなかった。

現状では、充分に精製されたアルミニウム化合物でも、
化合物（固体）Ｉｇ当り、ナトリウム分および鉄分をい
ずれも数１００　ｐｐｍ含有しているのが普通である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

近年、電子材料、ファインセラミックの分野において高
純度のアルミニウム化合物が要求されるようになってき
たが、これに応えられるように、ナトリウムや鉄の含有
量を極めて低いものとし、高純度にアルミニウム化合物
を精製することは、通常の精製手段では不可能である。

（２）発明の構成 〔問題点を解決するためのための手段〕本発明は、アル
ミニウム化合物の溶液を、−０１１基を有する無機イオ
ン交換性物質に接触させることにより、ナトリウムや鉄
を始めとする不純物を容易に除去することができ、高純
度のアルミニウム化合物が得られるとの予想外の知見を
得て完成されたものである。

〔作用〕

イオン交換性物質としては、イオン交換性樹脂が広く知
られているが、イオン選択性が小さいという欠点があり
、アルミニウム化合物の高純度精製には充分ではない。

しかし−ＯＨ基を有する無機イオン交換性物質は、化合
物、結晶相、含水量、合成方法により各々独自の大きな
イオン選択性を付与することができる。

例えばアンチモン酸は、Ｌｉ、Ｍｇ両ビイオン対する分
配係数はイオン交換樹脂に比べて小さいが、Ｎａ、Ｃａ
両ビイオン対する分配係数は極めて大きい。

アルミニウム化合物はその溶液中で、イオンに解離して
いる。

この溶液中のイオンは、アルミニウムイオンが主成分で
大部分を占め、微量の不純物イオンを選択的に吸着除去
するためには、アルミニウムイオン以外のイオンを選択
的に吸着する性能すなわち大きなイオン選択性が必要で
ある。

−ＯＨ基を有する無機イオン交換性物質は大きなイオン
選択性を具備しており、これをアルミニウム化合物の溶
液に接触させると、溶液中の不純物イオンを選択的にか
つ効果的に除去することができ、その結果高純度のアル
ミニウム化合物を得ることができるのである。

即ち水溶液中では、通常のアルミニウム塩は、［Ａ６　
（Ｈ２０）　Ｇ　）　’＋を構成単位とし、液性により
、Ｈ２Ｏの代わりにＯＨ，０４８等陰イオンが配位した
錯体となっている。

無機イオン交換性物質の交換サイト（イオン交換基を有
するイオンが入るべき位置）は、有機イオン交換樹脂の
それに比べて伸縮性が乏しいので、立体的な効果により
、ある種のイオンに対して選択性を有しているのである
が、アルミニウム多核錯体は、大きなイオンであるため
、無機イオン交換性物質には殆ど吸着されない。

一方不純物として存在するイオン特にナトリウムイオン
や鉄イオンが選択的に吸着除去されるのである。

（アルミニウム化合物溶液〕 本発明で用いられるアルミニウム化合物の溶液としては
、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニ
ウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、水酸化
アルミニウム、ミョウバン、硝酸アルミニウム、リン酸
アルミニウム、塩基性塩化アルミニウム、ポリ塩化アル
ミニウム、アルキルアルミニウム、アルキルアルコキシ
アルミニウム、アルキルクロロアルミニウム等の化合物
を溶質とする溶液である。

アルミニウム化合物溶液のうち、塩基性塩化アルミニウ
ム溶液は、ヒドロキシアコアルミニウムイオンが重縮合
した多核錯体であり、イオンの大きさが、通常の塩に比
べて更に大きく、不純物イオンの選択的除去はより効果
的である。

またこの塩基性塩化アルミニウムは、酸根が少ないため
、高純度のアルミニウム化合物が要求される分野での使
用に適しており、本発明で精製されるアルミニウム化合
物溶液のうちでも特に有用である。

本発明で用いられるアルミニうム化合物の溶液としては
、水溶液が適しているが、不純物が溶液中でイオンとし
て存在すれば除去できるので、メタノール等のごとき有
機溶媒でもよい。

本発明方法によって除去できる不純物イオンとしては、
前述のＮａとＦｅイオンにとどまらず、Ｎａ、Ｆｅ、Ｃ
ｄ、ＰｂＸＨｇ、Ａｇ等がある。

〔接触方法〕

−ＯＨ基を有する無機イオン交換性物質とアルミニウム
化合物溶液との接触方法は、アルミニウム化合物の溶液
中に固体状の無機イオン交換性物質を単に添加し、必要
に応じて攪拌することにより接触させた後濾別する、所
謂バ、７千式または無機イオン交換性物質を充填した充
填塔やカラム等にアルミニウム化合物の溶液を通す、所
謂カラム式のいずれでも良いが、バッチ式は処理槽や濾
別装置を必要とするため、成型物を用いるカラム式に比
べて経済的に不利であり、また工程も繁雑である。

さらに粉末状の無機イオン交換性物質を用いる方法では
、作業者の粉塵吸入、皮膚付着等安全面においても好ま
しい方法とは言えず、無機イオン交換性物質としては成
型物を使用する方法が好ましい。

成型物にする方法としては、リン酸アルミニウム、ケイ
酸塩、コロイダルシリカ等の無機系結合剤および／また
はフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、ポリ
エステル樹脂、ナイロン樹脂等の有機系結合剤を用いて
粒状、顆粒状、膜状、繊維状、ハニカム状に成型する方
法、空孔を有する構造体例えばハニカム構造体に、結合
剤を用いであるいは用いないで無機イオン交換性物質を
担持させる方法、抄紙工程中に無機イオン交換性物質を
添加し、紙状に成型する方法等がある。

ここで用いる結合剤や成型物の形状は、使用するアルミ
ニウム化合物溶液の種類および精製時のｐ　Ｈ１温度、
量等の条件によって自由に選択することができる。

これらの接触方法のうち、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル
の有機系結合剤を用い、形状が粒状の成型物を用いたカ
ラム式が好ましい。

またアルミニウム化合物溶液の濾過を併せて行いたい場
合には、膜状や紙状の成型物を用いるのが好ましく、処
理する液体の圧力が大きい場合には空孔を有する構造体
とすることが好ましい。

〔精製条件〕

処理温度は、被処理溶液が溶質として安定に存在すれば
特に問わないが、溶液中のイオン拡散速度が大きくなれ
ば不純物イオンの除去が速いので、一般には高い方が望
ましい。しかし−方温度が高すぎると、無機イオン交換
性物質や結合剤の劣化が大きくなり、かつ大量の熱量を
必要とし作業性も悪くなる。従って好ましい温度は、３
０〜８０℃である。

アルミニウムは両性でかつ加水分解性が強（、アルミニ
ウム化合物の溶液のｐ　Ｉ−Ｔが２未満であると、アル
ミニウムはＡＮ３＋の形が主成分となるが、Ａ１３＋は
ｐＨ２以上の中性ないしアルカリ性溶液中に存在するＡ
ｌ！　（０１１）　”、Ａｌ　（ＯＨ）２”、Ａρ０２
−等に比べ、無機イオン交換性物質に対する親和性が強
いので、Ｎａ＋、Ｆｅ２”、Ｆｅ３＋に対するイオン吸
着（交換）の選択性の差が小さくなる。また溶液のｐｎ
があまり高かったり、低い場合には、無機イオン交換性
物質の溶出や結合剤の劣化が起こる。

従って、ｐ　Ｈが２未満での精製は好ましくなく、精製
のｐ　Ｈは２〜１２、さらに望ましくは３〜１１とする
のが適当である。

〔無機イオン交換性物質〕

本発明に用いられる無機イオン交換性物質は、構成成分
中に−ＯＨ基を有し且つ陽イオン交換能を有するもので
あって、２種以上の金属元素を含む複合物や混合物でも
よい。

本発明において使用される無機イオン交換性物質として
は、アンチモン酸、ニオブ酸、マンガン酸、スズ酸、チ
タン酸及びジルコニウム酸等の多価金属酸並びにその塩
、リン酸ジルコニウム、リン酸チタン、リン酸スズ、リ
ン酸セリウム、ヒ酸スズ及びヒ酸チタン等の多価金属多
塩基酸塩、モリブデン酸、タングステン酸等のへテロポ
リ酸並びにその塩、ハイドロタルサイト類、ヒドロキシ
アパタイト等が挙げられる。

これらの内アンチモン酸およびその塩、リン酸ジルコニ
ウム、リン酸チタンが特にＮａイオンに対する選択性が
高く好ましく、アンチモン酸が更に好ましい。

〔実施例及び比較例〕

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳しく
説明する。尚、実施例中「％」とあるは１重量％」、１
部」とあるは１重量部」である。

実施例１および比較例１ 五塩化アンチモンを熱水中に添加して、加水分解させ、
析出した沈澱物を濾過、水洗、乾燥、粉砕してアンチモ
ン酸を得た。

塩基性塩化アルミニウム水溶液（ＡＩ１２０：＋とじて
２０％、ｐＨ４）ＩＮ中にアンチモン酸粉末１０ｇを添
加し、５０℃で２４時間攪拌し、濾過後の水溶液中のＮ
ａ濃度、Ｆｅ濃度を原子吸光法にて測定した（実施例１
）。

元の塩基性塩化アルミニウム水溶液中のＮａ濃度、Ｆｅ
濃度を別に測定した（比較例１）。

この結果は表１のようになり、無機イオン交換性物質に
より塩基性塩化アルミニウムが精製されたことがわかる
。

表１ 実施例２ リン酸中に炭酸ジルコニウムを添加シ、７２時間加熱還
流し、次いで濾過、水洗、乾燥、粉砕してリン酸ジルコ
ニウムを得た。

これを用いて実施例１と同様の試験をしたところＮａ４
度２５ｍｇ／ｐ、Ｆ　ｅａ度９５　ｍｇ／　１１となっ
た。

実施例３および比較例２ 実施例１で得たアンチモン酸粉末に結合剤として塩化ビ
ニルを用いて押し出し成型により、平均粒径１１の粒状
成型品を得た。

これを用いて実施例１と同様の試験を行った（実施例３
）。

またこの粒状成型品の代わりに、アンバーライトＩＲ−
１２０（ローム＆ハース社製：陽イオン交換樹脂（粒状
））を用いて同様の試験を行った（比較例２）。

この結果を表２に示す。

表２ 実施例３で得た粒状成型品を内径１０ｍｍのガラスカラ
ムに充填し、実施例１で用いた塩基性塩化アルミニウム
水溶液をＳＶ（空間速度）−５ｈｒ−’、温度６０℃で
通液した。

カラム流出液中のＮａ濃度を分析したところ、表３のよ
うになり、不純物のＮａ濃度を２桁低下することができ
た。

表３ 実施例５および比較例３ 実施例１で得たアルミニウム粉末１０ｇを硫酸アンモニ
ウム１０％水溶液（ｐＨ３）ｌｚに添加し、５０℃で２
４時間攪拌した。

濾過後、水溶液中のＮａ濃度を分析した（実施例５）。

元の硫酸アルミニウム水溶液中のＮａ濃度を別に測定し
た（比較例３）。

この結果は表４のようになり、無機イオン交換性物質に
より硫酸アルミニウムが精製されたことがわかる。

表４ （単位：　ｍｇ／　Ｉｔ　） 実施例６ 実施例２で得たリン酸ジルコニウム粉末を用いて、実施
例５と同様に試験を行ったところＮａ濃度１５５ｍｇ／
ｌとなった。

（３）発明の効果 本発明の精製方法によれば、アルミニウム化合物中に不
純物として存在するナトリウムや鉄を大幅にかつ容易に
除去することができ、近年電子材料、ファインセラミッ
クの分野において強く要求されている高純度のアルミニ
ウム化合物を提供することができるようになった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウム化合物の溶液を、−ＯＨ基を有する無
   機イオン交換性物質に接触させることを特徴とするアル
   ミニウム化合物の精製方法。 ２、−ＯＨ基を有する無機イオン交換性物質が、無機系
   および／または有機系結合剤を用いて、粒状、顆粒状、
   膜状、繊維状、ハニカム状に成型した成型体である特許
   請求の範囲第１項記載の精製方法。 ３、−ＯＨ基を有する無機イオン交換性物質が、空孔を
   有する構造体に担持されたものである特許請求の範囲第
   １項記載の精製方法。 ４、−ＯＨ基を有する無機イオン交換性物質が、繊維間
   に担持された紙状成型体である特許請求の範囲第１項記
   載の精製方法。 ５、−ＯＨ基を有する無機イオン交換性物質がアンチモ
   ン酸である特許請求の範囲第１項乃至第４項記載の精製
   方法。 ６、アルミニウム化合物の溶液が塩基性塩化アルミニウ
   ム水溶液である特許請求の範囲第１項乃至第５項記載の
   精製方法。