KR102497278B1 - Method for manufacturing high putity alumina using pesudo-boehmite with chloride compound additives - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 슈도-뵈마이트(Pesudo-boehmite)를 출발 원료로 하여 고순도를 나타내면서 초미립 크기를 갖는 알루미나를 제조할 수 있는 방법 및 이로부터 제조된 알루미나에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing alumina having a ultra-fine particle size while exhibiting high purity using pesudo-boehmite as a starting material, and to alumina prepared therefrom.
알루미나(Al2O3)는 내열성, 내화학성, 내식성 등의 물성이 우수하고 고강도를 가져 2차전지 분리막, 2차전지 극판 등의 코팅 세라믹 재료; 집적회로(IC) 기판, LCD 부품, PDP 부품 등의 전자 세라믹 재료; 분쇄장치, 성형가공 장치 등의 기계 및 구조 세라믹 재료; 충진재, 촉매, 촉매 담체 등의 에너지 및 환경 세라믹 재료; 인공치골, 인공관절 등의 생체 세라믹 재료 등으로 광범위하게 사용되고 있다.Alumina (Al 2 O 3 ) is excellent in physical properties such as heat resistance, chemical resistance, and corrosion resistance, and has high strength, and is used as a coating ceramic material such as a secondary battery separator and a secondary battery electrode plate; electronic ceramic materials such as integrated circuit (IC) substrates, LCD components, and PDP components; Mechanical and structural ceramic materials such as crushing equipment and molding equipment; energy and environmental ceramic materials such as fillers, catalysts, and catalyst carriers; It is widely used as a bio-ceramic material for artificial pubis and artificial joints.
초미립(예컨대, 서브 마이크로 크기), 또는 나노 크기를 갖는 알루미나는 졸-겔(Sol-Gel)법, 또는 기상 열분해법 등과 같은 방법을 통해 제조되고, 미립, 또는 조립 크기를 갖는 알루미나는 보오크사이트 광물을 원료로 한 바이어법(Bayer Process)을 통해 제조되고 있다. 예컨대, 범용적인 방법으로, 50 내지 100 ㎛ 크기의 수산화알루미늄(Al(OH)3) 원료를 1,200 ℃ 이상의 고온에서 알파 알루미나로 상전이시키고, 이를 분쇄하여 1.0 ㎛ 이하의 크기를 갖는 초미립 알루미나를 제조하는 방법을 들 수 있다.Alumina having an ultra-fine (e.g., sub-micron size) or nano size is prepared through a method such as a sol-gel method or a vapor phase pyrolysis method, and alumina having a fine or coarse size is It is manufactured through the Bayer Process using site minerals as raw materials. For example, as a general-purpose method, an aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) raw material having a size of 50 to 100 μm is phase-transformed into alpha-alumina at a high temperature of 1,200 ° C. or higher, and ultra-fine alumina having a size of 1.0 μm or less is prepared by pulverizing the raw material. can tell you how to do it
그러나, 상기 졸-겔법, 또는 기상 열분해법은 제조 원가가 높고 알루미나의 생산 수율이 낮아, 이들 방법의 적용은 제한적이다. 또한 상기 수산화알루미늄 원료를 사용할 경우, 열처리하는 과정에서 보헤마이트로 상전이되는 문제와 1차 입자의 크기가 불균일하여 분쇄 과정을 거치더라도 조대 입자의 비율이 높으며 분쇄 과정에서 발생한 신생면에 의해 표면 활성이 증가하여 알루미나 슬러리의 유동성이 저하되는 문제가 있다.However, the sol-gel method or the gas phase pyrolysis method has a high production cost and a low production yield of alumina, so the application of these methods is limited. In addition, when the aluminum hydroxide raw material is used, the phase transition to boehmite during the heat treatment process and the non-uniform size of the primary particles result in a high proportion of coarse particles even after the pulverization process, and the surface activity is increased by the new surface generated during the pulverization process. There is a problem that the fluidity of the alumina slurry is lowered by increasing the amount of water.
따라서, 1차 입자 제조 시 보헤마이트로의 상전이를 최소화하고, 균일하고 초미립 크기를 가지면서 고순도를 나타내는 알루미나를 제조할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a technique capable of minimizing the phase transition to boehmite during the production of primary particles and producing alumina exhibiting high purity while having a uniform and ultra-fine particle size.
상기 종래 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 균일한 형상 및 초미립 크기를 가지면서 고순도를 나타내어 다양한 분야에서 세라믹 재료로서 유용하게 사용할 수 있는 알루미나 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above conventional problems is to provide alumina and a manufacturing method thereof, which can be usefully used as a ceramic material in various fields by exhibiting high purity while having a uniform shape and ultrafine particle size.
상기 과제를 달성하기 위해 본 발명은, (1) 슈도-뵈마이트를 제조하는 단계: (2) 상기 슈도-뵈마이트에 염화물계 화합물을 첨가하여 얻어진 혼합물을 열처리하는 단계; 및 (3) 상기 열처리하여 얻어진 생성물을 분쇄하는 단계를 포함하는 알루미나의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises: (1) preparing pseudo-boehmite; (2) heat-treating a mixture obtained by adding a chloride-based compound to the pseudo-boehmite; and (3) pulverizing the product obtained by the heat treatment.
또한 본 발명은, 상기 제조방법에 의해 제조되어 고순도 및 초미립 크기(초미립의 입자 크기)를 나타낼 수 있는 알루미나를 제공한다.In addition, the present invention provides alumina produced by the above production method and capable of exhibiting high purity and ultrafine particle size (ultrafine particle size).
본 발명에 따르면, 입자 크기가 50 nm 이하로 작고 비표면적이 큰 슈도-뵈마이트를 출발 원료로 사용하기 때문에 열처리 온도가 낮아도 알파 알루미나로의 전이가 쉽고, 뵈마이트로의 전이율이 낮아서 입자의 분쇄 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 염화물계 화합물에 의해 입자 내부의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 고순도를 나타내면서 초미립(예컨대, 300 nm 이하) 크기를 갖는 알루미나를 경제적으로 제공할 수 있다.According to the present invention, since pseudo-boehmite having a small particle size of 50 nm or less and a large specific surface area is used as a starting material, the conversion to alpha-alumina is easy even at a low heat treatment temperature, and the conversion rate to boehmite is low, so that the particle size Grinding properties can be improved. In addition, impurities inside the particles can be efficiently removed by the chloride-based compound. Accordingly, the present invention can economically provide alumina having a size of ultrafine particles (eg, 300 nm or less) while exhibiting high purity.
이와 같이 본 발명에 따른 알루미나는 초미립 크기 및 고순도를 갖기 때문에 2차전지 분리막, 2차전지 극판(양극/음극) 등의 코팅 세라믹 재료; 집적회로(IC) 기판, LCD 부품, PDP 부품 등의 전자 세라믹 재료; 분쇄장치, 성형가공 장치 등의 기계 및 구조 세라믹 재료; 충진재, 촉매, 촉매 담체 등의 에너지 및 환경 세라믹 재료; 인공치골, 인공관절 등의 생체 세라믹 재료 등으로 유용하게 사용될 수 있다.As described above, since alumina according to the present invention has an ultra-fine particle size and high purity, it may be used as a coating ceramic material such as a secondary battery separator and a secondary battery electrode plate (anode/cathode); electronic ceramic materials such as integrated circuit (IC) substrates, LCD components, and PDP components; Mechanical and structural ceramic materials such as crushing equipment and molding equipment; energy and environmental ceramic materials such as fillers, catalysts, and catalyst carriers; It can be usefully used as a bio-ceramic material for artificial pubic bones and artificial joints.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미나의 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈도-뵈마이트의 입자 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 확인한 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미나(분쇄 전 알루미나)의 입자 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 확인한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미나(분쇄 전 알루미나)의 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미나(분쇄 후 알루미나)의 입자 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 확인한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예(실시예 1)에 따른 알루미나의 압도 분포 결과를 나타낸 것이다.1 is a flowchart showing a manufacturing process of alumina according to an embodiment of the present invention.
2 is an image confirmed by a scanning electron microscope (SEM) of the particle shape of pseudo-boehmite according to an embodiment of the present invention.
3 is an image confirmed by a scanning electron microscope (SEM) of the particle shape of alumina (alumina before grinding) according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing XRD analysis results of alumina (alumina before grinding) according to an embodiment of the present invention.
5 is an image confirmed by a scanning electron microscope (SEM) of the particle shape of alumina (alumina after grinding) according to an embodiment of the present invention.
6 shows the overwhelming distribution results of alumina according to an embodiment (Example 1) of the present invention.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명은 이하에 개시된 내용으로 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the contents disclosed below, and may be modified in various forms unless the gist of the invention is changed.
본 명세서에서 "포함"한다는 기재는 특정 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분을 구체화하기 위한 것이며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The term "comprising" in this specification is intended to specify specific properties, regions, steps, processes, elements and/or components, and unless otherwise stated, other characteristics, regions, steps, processes, elements and/or components. / or the presence or addition of ingredients is not excluded.
본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해할 수 있다.It can be understood that all numbers and expressions representing amounts of components, reaction conditions, etc. described in this specification are modified by the term "about" in all cases unless otherwise specified.
고순도 알루미나의 제조방법Manufacturing method of high purity alumina
본 발명에 따른 고순도 알루미나의 제조방법은 출발 원료로서 입자 크기가 매우 작고 비표면적이 넓은 슈도-뵈마이트를 이용함으로써, 최종물인 알루미나의 입자 크기를 초미립 크기로 제어하면서 알루미나의 순도를 현저히 높일 수 있는 것이 특징이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 알루미나의 제조방법은, (1) 슈도-뵈마이트를 제조하는 단계: (2) 상기 슈도-뵈마이트에 염화물계 화합물을 첨가하여 얻어진 혼합물을 열처리하는 단계; 및 (3) 상기 열처리하여 얻어진 생성물을 분쇄하는 단계를 포함하는데, 이에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The method for producing high-purity alumina according to the present invention uses pseudo-boehmite having a very small particle size and a wide specific surface area as a starting material, thereby significantly increasing the purity of alumina while controlling the particle size of the final alumina to an ultra-fine particle size. It is characteristic that there is Specifically, the method for producing alumina according to the present invention includes (1) preparing pseudo-boehmite: (2) heat-treating a mixture obtained by adding a chloride-based compound to the pseudo-boehmite; and (3) crushing the product obtained by the heat treatment, which will be described in detail with reference to FIG. 1 .
단계 (1): 슈도-뵈마이트 제조Step (1): Preparation of pseudo-boehmite
본 발명에 따른 단계 (1)은 슈도-뵈마이트를 제조하는 단계이다. 상기 슈도-뵈마이트(Pesudo-boehmite)는 알루미늄의 수산화 광물인 뵈마이트(boehmite)보다 수분 함량이 높으면서 뵈마이트와 성질이 유사한 광물을 의미할 수 있다. 이러한 슈도-뵈마이트를 제조하는 과정은 특별히 한정되지 않으나, 나트륨(Na) 함유 물질을 포함하는 중화 겔을 숙성 및 건조시키는 과정을 통해 제조할 수 있다.Step (1) according to the present invention is a step for producing pseudo-boehmite. The pseudo-boehmite may refer to a mineral having a higher moisture content than boehmite, which is an aluminum hydroxide mineral, and having similar properties to boehmite. A process for producing such pseudo-boehmite is not particularly limited, but may be prepared through a process of aging and drying a neutralized gel containing a sodium (Na)-containing material.
구체적으로 상기 단계 (1)은, (1-1) 소듐 알루미네이트 용액, 황산알루미늄 용액 및 물을 혼합하여 중화 겔을 제조하는 단계; (1-2) 상기 중화 겔을 1 내지 2 시간 동안 숙성시키는 단계; 및 (1-3) 상기 숙성된 중화 겔을 건조하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the step (1) includes (1-1) preparing a neutralizing gel by mixing a sodium aluminate solution, an aluminum sulfate solution, and water; (1-2) aging the neutralized gel for 1 to 2 hours; and (1-3) drying the aged neutralized gel.
상기 단계 (1-1)은 소듐 알루미네이트 용액, 황산알루미늄 용액 및 물을 혼합하여 중화 겔 상태의 시드(seed)를 제조하는 단계이다.Step (1-1) is a step of preparing seeds in a neutralized gel state by mixing a sodium aluminate solution, an aluminum sulfate solution, and water.
상기 소듐 알루미네이트 용액은 수산화알루미늄과 수산화나트륨을 포함하는 것으로, 이때, 수산화알루미늄과 수산화나트륨의 중량비는 알루미나(Al2O3):탄산나트륨(Na2CO3)(Alumina/Caustic, A/C)의 중량비를 적용하여 산출될 수 있다. 구체적으로 상기 소듐 알루미네이트 용액은 알루미나(Al2O3):탄산나트륨(Na2CO3)의 중량비(A/C 중량비)가 0.65 내지 0.70 : 1일 수 있으며, 구체적으로 0.65 내지 0.68 : 1, 또는 0.65 내지 0.66 : 1일 수 있다.The sodium aluminate solution includes aluminum hydroxide and sodium hydroxide, wherein the weight ratio of aluminum hydroxide and sodium hydroxide is alumina (Al 2 O 3 ) : sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) (Alumina/Caustic, A/C) It can be calculated by applying the weight ratio of Specifically, the sodium aluminate solution may have an alumina (Al 2 O 3 ):sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) weight ratio (A/C weight ratio) of 0.65 to 0.70: 1, specifically 0.65 to 0.68: 1, or It may be 0.65 to 0.66:1.
상기 소듐 알루미네이트 용액, 상기 황산알루미늄 용액 및 상기 물의 혼합 비율은 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 1 내지 1.4 : 1 : 0.5 내지 1.2의 중량비, 1 내지 1.2 : 1 : 0.5 내지 1.0의 중량비, 또는 1 내지 1.1 : 1 : 0.5 내지 0.7의 중량비일 수 있다. 상기 혼합 비율이 상기 범위 내임에 따라 pH가 중성 부근 범위로 제어된 중화 겔을 제조할 수 있다.The mixing ratio of the sodium aluminate solution, the aluminum sulfate solution, and the water is not particularly limited, but is specifically 1 to 1.4: 1: weight ratio of 0.5 to 1.2, 1 to 1.2: 1: weight ratio of 0.5 to 1.0, or 1 to 1.4. It may be a weight ratio of 1.1: 1: 0.5 to 0.7. As the mixing ratio is within the above range, a neutralized gel having a pH controlled to a near-neutral range can be prepared.
상기 혼합을 통해 얻어진 중화 겔은 pH가 6 내지 8일 수 있고, 구체적으로는 6.5 내지 7.5, 또는 6.8 내지 7.3일 수 있다. 상기 중화 겔의 pH가 상기 범위 내임에 따라 슈도-뵈마이트의 생성 수율을 높이고, 넓은 비표면적을 확보할 수 있으며, 공정상 이송 및 후단 처리 공정을 확보할 수 있다.The neutralized gel obtained through the mixing may have a pH of 6 to 8, specifically 6.5 to 7.5, or 6.8 to 7.3. When the pH of the neutralization gel is within the above range, the production yield of pseudo-boehmite can be increased, a large specific surface area can be secured, and transfer and post-processing steps can be secured.
상기 단계 (1-2)는 상기 단계 (1-1)에서 제조된 중화 겔을 1 내지 2 시간 동안 숙성시키는 단계이다. 상기 중화 겔을 상기 시간 범위 동안 숙성시킴에 따라 뵈마이트 성상의 배열 구조를 보다 안정화시킬수 있다. 여기서 숙성 효율을 높이기 위해 상기 숙성은 상기 중화 겔을 20 내지 100 rpm, 30 내지 80 rpm, 또는 40 내지 60 rpm의 교반속도로 교반시키면서 이루어질 수 있다.Step (1-2) is a step of aging the neutralized gel prepared in step (1-1) for 1 to 2 hours. As the neutralization gel is aged for the above time range, the arrangement structure of the boehmite phase may be further stabilized. In order to increase the aging efficiency, the aging may be performed while stirring the neutralized gel at a stirring speed of 20 to 100 rpm, 30 to 80 rpm, or 40 to 60 rpm.
상기 단계 (1-3)은 상기 단계 (1-2)에서 숙성된 중화 겔을 건조하는 단계이다. 구체적으로 상기 중화 겔을 여과/세척한 후 건조하는 과정을 거쳐 슈도-뵈마이트를 수득할 수 있다.The step (1-3) is a step of drying the neutralized gel aged in the step (1-2). Specifically, pseudo-boehmite may be obtained by filtering/washing the neutralized gel and then drying it.
상기 중화 겔의 여과/세척에는 밸트 필터, 프레스 필터, 폴리싱 필터, 디스크 필터, 원심덴칸터 등이 사용될 수 있다.A belt filter, a press filter, a polishing filter, a disk filter, a centrifugal decanter, and the like may be used for filtration/washing of the neutralized gel.
상기 여과/세척된 중화 겔의 건조에는 케?? 드라이어, 스프레이 드라이어, 열풍 드라이어 등이 사용될 수 있다.In drying the filtered/washed neutralized gel, a ket? A dryer, a spray dryer, a hot air dryer, or the like may be used.
이러한 단계 (1)을 거쳐 제조된 슈도-뵈마이트는 평균 입자 크기가 매우 작고, 비표면적이 넓으며, 불순물 함량이 매우 적을 수 있다. 구체적으로 상기 슈도-뵈마이트는 평균 입자 크기(D50)가 50 ㎚ 이하(예컨대, 5 내지 50 nm)이고, 비표면적이 200 m2/g 이상(예컨대, 200 내지 300 m2/g)이며, 불순물인 산화나트륨(Na2O) 함량이 3,000 ppm 이하(예컨대, 100 내지 3000 ppm, 또는 500 내지 1500 ppm)이고, 작열감량(L.O.I)이 35 % 이하일 수 있다.The pseudo-boehmite prepared through step (1) may have a very small average particle size, a wide specific surface area, and a very low impurity content. Specifically, the pseudo-boehmite has an average particle size (D 50 ) of 50 nm or less (eg, 5 to 50 nm) and a specific surface area of 200 m 2 /g or more (eg, 200 to 300 m 2 /g) , The content of sodium oxide (Na 2 O) as an impurity may be 3,000 ppm or less (eg, 100 to 3000 ppm, or 500 to 1500 ppm), and the loss on ignition (LOI) may be 35% or less.
단계 (2): 염화물계 화합물 첨가 및 열처리Step (2): Chloride-based compound addition and heat treatment
본 발명에 따른 단계 (2)는 상기 슈도-뵈마이트에 염화물계 화합물을 첨가하여 얻어진 혼합물을 열처리하는 단계이다. 이러한 단계 (2)를 거칠 경우, 슈도-뵈마이트에 포함된 불순물인 산화나트륨 함량을 현저히 낮추면서 알루미나로의 상전이가 일어날 수 있다.Step (2) according to the present invention is a step of heat-treating a mixture obtained by adding a chloride-based compound to the pseudo-boehmite. When this step (2) is passed, a phase transition to alumina may occur while significantly lowering the content of sodium oxide, which is an impurity included in pseudo-boehmite.
상기 염화물계 화합물은 상기 슈도-뵈마이트에 포함된 산화나트륨과 반응할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산 및 염산 가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 염화물계 화합물로서 염화암모늄, 염화알루미늄, 또는 이들의 혼합물을 사용할 경우, 하기 반응식과 같이 염화물계 화합물이 불순물인 산화나트륨과 반응하여 염화나트륨(NaCl) 형태로 휘발될 수 있다. 이와 같은 반응에 의해 슈도-뵈마이트는 산화나트륨 함량이 현저히 낮아지게 되어 고순도를 갖는 슈도-뵈마이트를 제조할 수 있다.The chloride-based compound is not particularly limited as long as it is a substance capable of reacting with sodium oxide contained in the pseudo-boehmite, and specifically includes at least one selected from the group consisting of ammonium chloride, aluminum chloride, hydrochloric acid, and hydrochloric acid gas. can do. For example, when ammonium chloride, aluminum chloride, or a mixture thereof is used as the chloride-based compound, the chloride-based compound may react with sodium oxide as an impurity and volatilize in the form of sodium chloride (NaCl) as shown in the following reaction formula. As a result of this reaction, the sodium oxide content of pseudo-boehmite is significantly lowered, so that pseudo-boehmite having high purity can be produced.
[반응식][reaction formula]
2AlOOH... Na2O + 2NH4Cl → Al2O3 + 2NaCl↑ + 3H2O↑ + 2NH3↑2AlOOH... Na 2 O + 2NH 4 Cl → Al 2 O 3 + 2NaCl↑ + 3H 2 O↑ + 2NH 3 ↑
2AlOOH... Na2O + AlCl3 → Al2O3 + 2NaCl↑ + 3H2O ↑2AlOOH... Na 2 O + AlCl 3 → Al 2 O 3 + 2NaCl↑ + 3H 2 O ↑
(상기 반응식에서, ‘2AlOOH... Na2O’는 Al(OH)3 중에 Na2O가 함유되어 있음을 의미한다)(In the above reaction formula, '2AlOOH... Na 2 O' means that Na 2 O is contained in Al(OH) 3 )
상기 염화물계 화합물의 투입량(첨가량)은 특별히 한정되지 않으나, 단계 (2)에서의 슈도-뵈마이트 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.5 중량부일 수 있다. 상기 염화물계 화합물의 투입량이 상기 범위를 벗어날 경우, 산화나트륨이 충분히 제거되지 않거나 염화물계 화합물의 광화제 작용으로 인해 슈도-뵈마이트의 입자 크기가 과도하게 커질 수 있으므로, 상기 범위 내로 염화물계 화합물을 투입하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로 상기 염화물계 화합물이 염화암모늄일 경우, 이의 투입량은 상기 슈도-뵈마이트 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.3 중량부(구체적으로 0.05 내지 0.2 중량부)일 수 있다. 또한 상기 염화물계 화합물이 염화알루미늄일 경우, 이의 투입량은 상기 슈도-뵈마이트 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.5 중량부(구체적으로, 0.3 내지 0.45 중량부)일 수 있다.The amount (additional amount) of the chloride-based compound is not particularly limited, but may be 0.05 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of pseudo-boehmite in step (2). If the amount of the chloride-based compound is out of the above range, sodium oxide may not be sufficiently removed or the particle size of pseudo-boehmite may become excessively large due to the action of the chloride-based compound as a mineralizer. It may be desirable to inject Specifically, when the chloride-based compound is ammonium chloride, the amount of the added amount may be 0.05 to 0.3 parts by weight (specifically, 0.05 to 0.2 parts by weight) based on 100 parts by weight of the pseudo-boehmite. In addition, when the chloride-based compound is aluminum chloride, the added amount may be 0.3 to 0.5 parts by weight (specifically, 0.3 to 0.45 parts by weight) based on 100 parts by weight of the pseudo-boehmite.
상기 슈도-뵈마이트와 상기 염화물계 화합물이 혼합된 혼합물을 열처리하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 900 내지 1100 ℃의 온도(승온 속도: 분당 5 내지 10 ℃)에서 2 내지 6 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로 상기 열처리 온도는 900 내지 1050 ℃, 또는 900 내지 1000 ℃일 수 있다. 또한 상기 열처리 시간은 3 내지 6 시간, 또는 4 내지 5 시간일 수 있다. 상기 열처리 온도 및 열처리 시간이 상기 범위 내임에 따라 산화나트륨의 제거량을 높이면서 슈도-뵈마이트가 알루미나(알파 알루미나)로 전이되는 비율을 95 % 이상으로 높일 수 있다. 또한 슈도-뵈마이트의 입자 응집 현상이 방지되어 요구되는 수준으로 입도가 제어된 알루미나를 제조할 수 있다.Conditions for heat-treating the mixture of the pseudo-boehmite and the chloride-based compound are not particularly limited, but may be performed at a temperature of 900 to 1100 ° C. (heating rate: 5 to 10 ° C. per minute) for 2 to 6 hours. . Specifically, the heat treatment temperature may be 900 to 1050 °C or 900 to 1000 °C. Also, the heat treatment time may be 3 to 6 hours or 4 to 5 hours. When the heat treatment temperature and heat treatment time are within the above ranges, the conversion rate of pseudo-boehmite to alumina (alpha alumina) may be increased to 95% or more while increasing the removal amount of sodium oxide. In addition, alumina having a particle size controlled to a required level can be produced by preventing particle aggregation of pseudo-boehmite.
상기 열처리는 염화물계 화합물과 산화나트륨의 반응을 유도하면서 슈도-뵈마이트의 입자 성장 및 응집이 일어나는 것을 방지하기 위해 터널 킬른, 로타리 킬른, 셔틀 킬른 및 롤러허스 킬른으로 이루어진 군에서 선택된 정지상 또는 유동상 형태의 소성 퍼니스(Furnace)를 사용하여 이루어질 수 있다.The heat treatment is performed in a stationary phase or a fluidized bed selected from the group consisting of a tunnel kiln, a rotary kiln, a shuttle kiln, and a roller hearth kiln to prevent particle growth and aggregation of pseudo-boehmite while inducing a reaction between a chloride-based compound and sodium oxide. It can be made using a type of firing furnace (Furnace).
이러한 단계 (2)을 거쳐 슈도-뵈마이트에서 상전이된 알루미나를 수득할 수 있으며, 수득된 알루미나는 산화나트륨 함량이 500 ppm 이하(구체적으로 200 내지 500 ppm)일 수 있다. 구체적으로 단계 (2)를 거침에 따라 슈도-뵈마이트에 포함된 불순문인 산화나트륨은 85 % 이상 제거될 수 있다.Through this step (2), alumina phase-transformed from pseudo-boehmite can be obtained, and the obtained alumina may have a sodium oxide content of 500 ppm or less (specifically, 200 to 500 ppm). Specifically, by going through step (2), more than 85% of sodium oxide, which is an impurity contained in pseudo-boehmite, can be removed.
단계 (3): 생성물 분쇄Step (3): crushing the product
본 발명에 따른 단계 (3)은 상기 단계 (2)에서 열처리하여 얻어진 생성물을 분쇄하는 단계이다. 이러한 단계 (3)은 상기 열처리 과정에서 응집된 입자를 해쇄(건식 해쇄)하기 위해 수행되는 것으로, 단계 (3)을 거침에 따라 초미립 크기를 갖는 알루미나를 제조할 수 있다.Step (3) according to the present invention is a step of grinding the product obtained by heat treatment in step (2). This step (3) is performed to pulverize (dry pulverize) the particles aggregated in the heat treatment process, and alumina having an ultra-fine particle size can be produced by going through step (3).
상기 분쇄는 배치식 또는 연속식 형태의 볼밀, 진동밀, 어트리션밀 및 제트밀로 이루어진 군에서 선택된 분쇄기를 사용하여 수행될 수 있다. 여기서 상기 분쇄가 과도하게 수행될 경우, 1차 입자 표면의 마찰에 의한 분쇄가 일어나 비표면적이 과도하게 증가하거나, 알루미나 슬러리 제조 시 바인더 및 분산제의 사용량을 증가시킬 수 있으므로, 분쇄 조건을 적절히 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로 상기 분쇄는 1 내지 2 시간 동안 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 볼밀의 경우, 120 내지 140 분 동안 100 내지 300 rpm의 회전 속도로 분쇄를 진행하는 것이 바람직할 수 있으며, 이때, 볼의 크기는 5 내지 10 mm로, 볼의 충진량은 50 내지 60 wt%의 조건이 적용될 수 있다.The pulverization may be performed using a pulverizer selected from the group consisting of a ball mill, a vibration mill, an attrition mill, and a jet mill in a batch or continuous type. Here, when the grinding is performed excessively, grinding by friction of the surface of the primary particles may occur, excessively increasing the specific surface area, or increasing the amount of binder and dispersant when preparing an alumina slurry, so appropriately controlling grinding conditions may be desirable. Specifically, the grinding may be performed for 1 to 2 hours. More specifically, in the case of the ball mill, it may be preferable to perform grinding at a rotational speed of 100 to 300 rpm for 120 to 140 minutes, and at this time, the size of the balls is 5 to 10 mm, and the filling amount of the balls is 50 to 10 mm. A condition of 60 wt% may be applied.
알루미나alumina
본 발명은 상술한 제조방법에 의해 제조된 알루미나를 제공한다. 구체적으로 본 발명에 따른 알루미나는 상술한 제조방법에 의해 제조됨에 따라 고순도를 나타내면서 초미립 크기를 가질 수 있다.The present invention provides alumina produced by the above-described production method. Specifically, the alumina according to the present invention may have an ultra-fine particle size while exhibiting high purity as it is manufactured by the above-described manufacturing method.
본 발명에 따른 알루미나는 순도가 99.9 % 이상, 99.95 % 이상, 99.97 % 이상, 또는 99.99 % 이상으로 고순도를 나타낼 수 있다. 구체적으로 본 발명에 따른 알루미나는 산화나트륨(Na2O) 함량이 1000 ppm 이하, 800 ppm 이하, 500 ppm 이하, 또는 300 ppm 이하(구체적으로 50 내지 1000 ppm, 50 내지 800 ppm, 100 내지 500 ppm, 또는 100 내지 300 ppm)일 수 있다.Alumina according to the present invention may exhibit high purity such that the purity is 99.9% or more, 99.95% or more, 99.97% or more, or 99.99% or more. Specifically, the alumina according to the present invention has a sodium oxide (Na 2 O) content of 1000 ppm or less, 800 ppm or less, 500 ppm or less, or 300 ppm or less (specifically, 50 to 1000 ppm, 50 to 800 ppm, 100 to 500 ppm , or 100 to 300 ppm).
또한 본 발명에 따른 알루미나는 평균 입자 크기(D50)가 500 nm 이하, 400 nm 이하, 300 nm 이하, 또는 200 nm 이하(구체적으로 50 내지 500 nm, 100 내지 400 nm, 100 내지 300 nm, 또는 100 내지 200 nm)로 초미립 크기를 나타낼 수 있다. 또 본 발명에 따른 알루미나는 최대 조대 입자 크기(D100)가 3000 nm 이하, 2500 nm 이하, 또는 2000 nm 이하(구체적으로 1000 내지 3000 nm)일 수 있다.In addition, the alumina according to the present invention has an average particle size (D 50 ) of 500 nm or less, 400 nm or less, 300 nm or less, or 200 nm or less (specifically, 50 to 500 nm, 100 to 400 nm, 100 to 300 nm, or 100 to 200 nm) may represent an ultrafine particle size. In addition, the alumina according to the present invention may have a maximum coarse particle size (D 100 ) of 3000 nm or less, 2500 nm or less, or 2000 nm or less (specifically, 1000 to 3000 nm).
이러한 본 발명에 따른 알루미나는 다양한 결정상을 갖는 것으로, 구체적으로는 알파 알루미나일 수 있다.The alumina according to the present invention has various crystal phases, and may specifically be alpha alumina.
이와 같이 본 발명에 따른 알루미나는 고순도를 나타내면서 초미립 크기를 나타내어 다양한 분야의 세라믹 재료로서 효율적으로 사용될 수 있다. 구체적으로 본 발명에 따른 알루미나는 2차전지 분리막, 2차전지 극판(양극/음극) 등의 코팅 세라믹 재료; 집적회로(IC) 기판, LCD 부품, PDP 부품 등의 전자 세라믹 재료; 분쇄장치, 성형가공 장치 등의 기계 및 구조 세라믹 재료; 충진재, 촉매, 촉매 담체 등의 에너지 및 환경 세라믹 재료; 인공치골, 인공관절 등의 생체 세라믹 재료 등으로 유용하게 사용될 수 있다.As described above, alumina according to the present invention exhibits high purity and an ultra-fine particle size, so that it can be effectively used as a ceramic material in various fields. Specifically, the alumina according to the present invention is a coating ceramic material such as a secondary battery separator, a secondary battery electrode plate (anode / cathode); electronic ceramic materials such as integrated circuit (IC) substrates, LCD components, and PDP components; Mechanical and structural ceramic materials such as crushing equipment and molding equipment; energy and environmental ceramic materials such as fillers, catalysts, and catalyst carriers; It can be usefully used as a bio-ceramic material for artificial pubic bones and artificial joints.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단 이들 실시예로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples.
[실시예 1][Example 1]
소듐 알루미네이트 용액(NaAl(OH)4, Na2CO3 220 g/L, Alumina/Caustic 중량비(농도비) = 0.65) 1.0 kg, 황산알루미늄 용액((Al2(SO4)3, pH 3 이상, 산화알루미늄 함량 8.0 중량% 이상, Fe 함량 0.02 중량% 이하) 1.0 kg 및 물(H2O) 0.5 kg을 혼합하여 pH가 7.4인 중화 겔을 제조하였다(단계 (1)의 (1-1)). 상기 제조된 중화 겔을 교반속도 50 rpm에서 2 시간 동안 숙성시킨 후(단계 (1)의 (1-2)), 여과, 세척 및 건조하는 과정(단계 (1)의 (1-3))을 거쳐 평균 입자 크기(D50) 50 nm 이하, Na2O 1,500 ppm, 비표면적 250 m2/g, 작열감량 33.16 %인 슈도-뵈마이트를 제조하였다(단계 (1)).Sodium aluminate solution (NaAl(OH) 4 , Na 2 CO 3 220 g/L, Alumina/Caustic weight ratio (concentration ratio) = 0.65) 1.0 kg, aluminum sulfate solution ((Al 2 (SO 4 ) 3 , A neutralization gel having a pH of 7.4 was prepared by mixing 1.0 kg of
상기 제조된 슈도-뵈마이트에 반응 화합물로서 염화암모늄을 슈도-뵈마이트 100 중량부에 대하여 0.05, 0.08, 0.1, 0.2 및 0.3 중량부씩 각각 첨가하여 혼합한 후, 셔틀 킬른의 소성 퍼니스(Furnace)를 사용하여 분당 5 ℃씩 가열하여 각각 900 ℃ 및 1,000 ℃의 소성 온도에서 5 시간 동안 열처리하였다(단계 (2)).After adding and mixing 0.05, 0.08, 0.1, 0.2, and 0.3 parts by weight of ammonium chloride as a reaction compound to the pseudo-boehmite prepared above, based on 100 parts by weight of pseudo-boehmite, the firing furnace of the shuttle kiln was Heat treatment was performed for 5 hours at a firing temperature of 900 °C and 1,000 °C, respectively, at a rate of 5 °C per minute (step (2)).
상기 열처리하여 얻어진 생성물(알루미나)을 알루미나 Pot 볼밀(동서과학; S-RM400)을 이용하여 분쇄하는 과정을 거쳐 알루미나를 제조하였다(단계 (3)). 이때, 상기 분쇄 시 생성물(원료) 투입량은 100 g으로, 분쇄 시간 및 회전속도는 2 시간 및 200 rpm으로, 볼 크기는 5 mm 및 10 mm(5:5)로, 볼 충진량은 60 중량%의 조건을 적용하였다.The product (alumina) obtained by the heat treatment was pulverized using an alumina pot ball mill (Dongseo Science; S-RM400) to prepare alumina (step (3)). At this time, the amount of product (raw material) input during the grinding is 100 g, the grinding time and rotation speed are 2 hours and 200 rpm, the ball sizes are 5 mm and 10 mm (5:5), and the ball filling is 60% by weight conditions were applied.
[시험예 1][Test Example 1]
실시예 1에서 염화암모늄의 투입량 및 소성 온도를 각각 달리하여 제조된 알루미나의 불순물(Fe2O3, Na2O) 함량을 X-선 형광분석기(X-Ray Fluorescence Analyzer; Shimadzu사, XRF-1800)를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In Example 1, the content of impurities (Fe 2 O 3 , Na 2 O) in the alumina prepared by varying the input amount of ammonium chloride and the firing temperature was measured using an X-Ray Fluorescence Analyzer (Shimadzu, XRF-1800). ) was analyzed using, and the results are shown in Table 1 below.
투입량
(중량부)Ammonium Chloride
input
(parts by weight)
상기 표 1을 참조하면, 염화암모늄의 투입량 및 소성 온도를 변화시킨 결과, 주요 불순물인 Na2O 함량이 염화암모늄이 투입되지 않았을 때(Na2O 함량: 1,500 ppm) 보다 염화암모늄이 투입되었을 때, 115 내지 380 ppm으로 낮아져 불순물 제거율이 74 내지 92 %로 높게 나타남을 확인할 수 있다. 또한 염화암모늄의 동일 투입량에서 열처리 온도가 높아지거나 염화암모늄의 투입량이 증가할수록 Na2O의 제거율이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 종래 소성 온도(예컨대, 1200 내지 1300 ℃) 대비 소성 온도가 200 내지 300 ℃ 낮아지더라도 알파 알루미나로의 상전이가 이루어진 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, as a result of changing the input amount of ammonium chloride and the firing temperature, the main impurity Na 2 O content was higher when ammonium chloride was added than when ammonium chloride was not added (Na 2 O content: 1,500 ppm). , it can be confirmed that the impurity removal rate is as high as 74 to 92% as it is lowered to 115 to 380 ppm. In addition, it can be seen that the removal rate of Na 2 O increases as the heat treatment temperature increases or the amount of ammonium chloride added increases at the same input amount of ammonium chloride. Furthermore, even if the firing temperature is lowered by 200 to 300 ° C compared to the conventional firing temperature (eg, 1200 to 1300 ° C), it can be confirmed that the phase transition to alpha alumina has been achieved.
[시험예 2][Test Example 2]
실시예 1에서 염화암모늄의 투입량 및 소성 온도를 각각 달리하여 제조된 알루미나의 입도를 레이저 회절 측정 방식의 입도분석기(Microtrac, S-3500)를 이용하여 습식 방식으로 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 도 6에 나타내었다. 이때, 알루미나를 물에 분산시켜 시료로 적용하였다.In Example 1, the particle size of alumina prepared by varying the input amount of ammonium chloride and the firing temperature was analyzed in a wet method using a laser diffraction type particle size analyzer (Microtrac, S-3500), and the results are shown in Table 2 below. and shown in FIG. 6 . At this time, alumina was dispersed in water and applied as a sample.
(nm)Average particle size (D 50 )
(nm)
(nm)Average particle size (D 50 )
(nm)
투입량
(중량부)Ammonium Chloride
input
(parts by weight)
상기 표 2를 참조하면, 염화암모늄의 투입량과 소성 온도를 제어함에 따라 평균 입자 크기가 비교적 작으면서 다양한 크기를 갖는 알루미나가 제조됨을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, it can be confirmed that alumina having various sizes while having a relatively small average particle size is produced by controlling the amount of ammonium chloride added and the firing temperature.
[시험예 3][Test Example 3]
실시예 1에서 단계 (1)을 거쳐 얻어진 슈도-뵈마이트의 입자 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 확인하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.The particle shape of the pseudo-boehmite obtained through step (1) in Example 1 was confirmed with a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in FIG. 2 .
도 2를 참조하면, 균일한 입자 형상을 갖는 슈도-뵈마이트가 제조되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 , it can be confirmed that pseudo-boehmite having a uniform particle shape was prepared.
[시험예 4][Test Example 4]
실시예 1에서 단계 (1) 및 단계 (2)를 거쳐 얻어진 알루미나(염화암모늄 투입량: 0.08 % 중량부/소성 온도: 1,000 ℃)의 입자 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 확인하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 또한 알루미나의 상전이를 확인하기 위해 XRD 분석을 진행하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.The particle shape of the alumina (amount of ammonium chloride added: 0.08% by weight/firing temperature: 1,000 ° C.) obtained through steps (1) and (2) in Example 1 was confirmed with a scanning electron microscope (SEM), and the results shown in Figure 3. In addition, XRD analysis was performed to confirm the phase transition of alumina, and the results are shown in FIG. 4 .
도 3을 참조하면, 균일한 입자 형상을 갖는 알루미나가 제조되었음을 확인할 수 있다. 또한 도 4를 참조하면, 보헤마이트로의 상전이가 거의 없이 알루미나의 형성이 잘 이루어진 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be confirmed that alumina having a uniform particle shape was prepared. Also, referring to FIG. 4 , it can be confirmed that alumina was well formed with almost no phase transition to boehmite.
[시험예 5][Test Example 5]
실시예 1에서 단계 (1) 내지 단계 (3)을 거쳐 얻어진 알루미나(염화암모늄 투입량: 0.08 % 중량부/소성 온도: 1,000 ℃)의 입자 형상을 주사전자현미경(SEM)으로 확인하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.The particle shape of the alumina (amount of ammonium chloride added: 0.08% by weight/firing temperature: 1,000 ° C.) obtained through steps (1) to (3) in Example 1 was confirmed with a scanning electron microscope (SEM), and the results shown in Figure 5.
도 5를 참조하면, 균일하면서 구형의 형상을 갖는 알루미나의 형성이 잘 이루어진 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be confirmed that alumina having a uniform and spherical shape was well formed.
[실시예 2][Example 2]
소듐 알루미네이트 용액(NaAl(OH)4, Na2CO3 220 g/L, Alumina/Caustic 중량비(농도비) = 0.65) 1.0 kg, 황산알루미늄 용액((Al2(SO4)3, pH 3 이상, 산화알루미늄 함량 8.0 중량% 이상, Fe 함량 0.02 중량% 이하) 1.0 kg 및 물(H2O) 0.5 kg을 혼합하여 pH가 7.4인 중화 겔을 제조하였다(단계 (1)의 (1-1)). 상기 제조된 중화 겔을 교반속도 50 rpm에서 2 시간 동안 숙성시킨 후(단계 (1)의 (1-2)), 여과, 세척 및 건조하는 과정(단계 (1)의 (1-3))을 거쳐 평균 입자 크기(D50) 50 nm 이하, Na2O 1,500 ppm, 비표면적 250 m2/g, 작열감량 33.16 %인 슈도-뵈마이트를 제조하였다(단계 (1)).Sodium aluminate solution (NaAl(OH) 4 , Na 2 CO 3 220 g/L, Alumina/Caustic weight ratio (concentration ratio) = 0.65) 1.0 kg, aluminum sulfate solution ((Al 2 (SO 4 ) 3 , A neutralization gel having a pH of 7.4 was prepared by mixing 1.0 kg of
상기 제조된 슈도-뵈마이트에 반응 화합물로서 염화알루미늄을 슈도-뵈마이트 100 중량부에 대하여 0.3, 0.35, 0.4, 0.45 및 0.5 중량부씩 각각 첨가하여 혼합한 후, 셔틀 킬른의 소성 퍼니스(Furnace)를 사용하여 분당 5 ℃씩 가열하여 각각 900 ℃ 및 1,000 ℃의 소성 온도에서 5 시간 동안 열처리하였다(단계 (2)).Aluminum chloride as a reaction compound was added to the pseudo-boehmite in an amount of 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, and 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the pseudo-boehmite, respectively, and then mixed, and then the shuttle kiln firing furnace (Furnace) Heat treatment was performed for 5 hours at a firing temperature of 900 °C and 1,000 °C, respectively, at a rate of 5 °C per minute (step (2)).
상기 열처리하여 얻어진 생성물(알루미나)을 알루미나 Pot 볼밀(동서과학; S-RM400)을 이용하여 분쇄하는 과정을 거쳐 알루미나를 제조하였다(단계 (3)). 이때, 상기 분쇄 시 생성물(원료) 투입량은 100 g으로, 분쇄 시간 및 회전속도는 2 시간 및 200 rpm으로, 볼 크기는 5 mm 및 10 mm(5:5)로, 볼 충진량은 60 중량%의 조건을 적용하였다.The product (alumina) obtained by the heat treatment was pulverized using an alumina pot ball mill (Dongseo Science; S-RM400) to prepare alumina (step (3)). At this time, the amount of product (raw material) input during the grinding is 100 g, the grinding time and rotation speed are 2 hours and 200 rpm, the ball sizes are 5 mm and 10 mm (5:5), and the ball filling is 60% by weight conditions were applied.
[시험예 6][Test Example 6]
실시예 2에서 염화알루미늄의 투입량 및 소성 온도를 각각 달리하여 제조된 알루미나의 불순물(Fe2O3, Na2O) 함량을 X-선 형광분석기(X-Ray Fluorescence Analyzer; PANalytical사, Axios minerals)를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.In Example 2, the content of impurities (Fe 2 O 3 , Na 2 O) in the alumina prepared by varying the amount of aluminum chloride and the firing temperature was measured by X-Ray Fluorescence Analyzer (PANalytical, Axios minerals) It was analyzed using, and the results are shown in Table 3 below.
투입량
(중량부)aluminum chloride
input
(parts by weight)
상기 표 3을 참조하면, 염화알루미늄의 투입량 및 소성 온도를 변화시킨 결과, 주요 불순물인 Na2O 함량이 염화알루미늄이 투입되지 않았을 때(Na2O 함량: 1,500 ppm) 보다 염화알루미늄이 투입되었을 때, 285 내지 465 ppm으로 낮아져 불순물 제거율이 69 내지 81 %로 높게 나타남을 확인할 수 있다. 또한 염화알루미늄의 동일 투입량에서 열처리 온도가 높아지거나 염화알루미늄의 투입량이 증가할수록 Na2O의 제거율이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 종래 소성 온도(예컨대, 1200 내지 1300 ℃) 대비 소성 온도가 200 내지 300 ℃ 낮아지더라도 알파 알루미나로의 상전이가 이루어진 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, as a result of changing the amount of aluminum chloride and the firing temperature, the main impurity Na 2 O content was higher when aluminum chloride was added than when aluminum chloride was not added (Na 2 O content: 1,500 ppm). , it can be confirmed that the impurity removal rate is as high as 69 to 81% as it is lowered to 285 to 465 ppm. In addition, it can be seen that the removal rate of Na 2 O increases as the heat treatment temperature increases or the amount of aluminum chloride added increases with the same input amount of aluminum chloride. Furthermore, even if the firing temperature is lowered by 200 to 300 ° C compared to the conventional firing temperature (eg, 1200 to 1300 ° C), it can be confirmed that the phase transition to alpha alumina has been made.
[시험예 7][Test Example 7]
실시예 2에서 염화알루미늄의 투입량 및 소성 온도를 각각 달리하여 제조된 알루미나의 입도를 레이저 회절 측정 방식의 입도분석기(Microtrac, S-3500)를 이용하여 습식 방식으로 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이때, 알루미나를 물에 분산시켜 시료로 적용하였다.In Example 2, the particle size of alumina prepared by varying the amount of aluminum chloride and the firing temperature was analyzed in a wet method using a laser diffraction type particle size analyzer (Microtrac, S-3500), and the results are shown in Table 4 below. shown in At this time, alumina was dispersed in water and applied as a sample.
(nm)Average particle size (D 50 )
(nm)
(nm)Average particle size (D 50 )
(nm)
투입량
(중량부)aluminum chloride
input
(parts by weight)
상기 표 4를 참조하면, 염화알루미늄의 투입량과 소성 온도를 제어함에 따라 평균 입자 크기가 비교적 작으면서 다양한 크기를 갖는 알루미나가 제조됨을 확인할 수 있다.Referring to Table 4, it can be confirmed that alumina having various sizes while having a relatively small average particle size is produced by controlling the amount of aluminum chloride and the sintering temperature.
[비교예 1][Comparative Example 1]
수산화알루미늄(조성: Al2O3 99.7 중량%, Na2O 0.28 중량%, Fe2O3 0.015 중량%; LOI 34.5 %, 수분 9.0 %, 평균 입자 크기(D50) 50 ㎛)에 염화암모늄 및 염화알루미늄을 각각 투입하여 Na2O를 제거하는 공정(소성 공정)을 거쳐 알루미나(1차 입자)를 제조하였다. 다음, 제조된 알루미나를 건식 볼밀을 이용하여 분쇄하는 공정을 거쳐 알루미나(2차 입자)를 제조하였다.Ammonium chloride and aluminum hydroxide (composition: Al 2 O 3 99.7 wt%, Na 2 O 0.28 wt%, Fe 2 O 3 0.015 wt%; LOI 34.5%, moisture 9.0%, average particle size (D 50 ) 50 μm) Alumina (primary particles) was prepared through a process of removing Na 2 O by adding aluminum chloride (calcination process). Next, alumina (secondary particles) was prepared through a process of pulverizing the prepared alumina using a dry ball mill.
[시험예 8][Test Example 8]
비교예 1에서 염화암모늄 및 염화알루미늄 각각의 투입량 및 소성 온도를 각각 달리하여 제조된 알루미나(2차 입자)의 불순물(Fe2O3, Na2O) 함량을 X-선 형광분석기(X-Ray Fluorescence Analyzer; PANalytical사, Axios minerals)를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.In Comparative Example 1, the content of impurities (Fe 2 O 3 , Na 2 O) in alumina (secondary particles) prepared by varying the input amount of ammonium chloride and aluminum chloride and the firing temperature were measured using an X-ray fluorescence analyzer (X-Ray It was analyzed using a Fluorescence Analyzer; PANalytical, Axios minerals), and the results are shown in Table 5 below.
(중량부)input
(parts by weight)
암모늄chloride
ammonium
알루미늄chloride
aluminum
상기 표 5를 참조하면, 비교예 1은 불순물(Na2O) 제거율이 상기 실시예 1 및 2에 비해 낮은 24 내지 61 %를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에서의 출발 원료인 슈도-뵈마이트에 비해 평균 입자 크기가 매우 크고 비표면적이 작은 수산화알루미늄을 사용함에 따라 900 내지 1000 ℃의 낮은 소성 온도에서 불순물과 첨가제(염화암모늄, 염화알루미늄) 간의 반응률이 현저히 떨어져 나타난 현상인 것으로 보인다. 한편, 알루미나(1차 입자)를 평균 입자 크기 1.0 ㎛ 이하로 분쇄하기 위해 장시간, 즉, 20 내지 30 시간이 소요되는 문제점도 확인되었다.Referring to Table 5, it can be seen that the impurity (Na 2 O) removal rate of Comparative Example 1 is 24 to 61% lower than that of Examples 1 and 2. This is due to the use of aluminum hydroxide, which has a very large average particle size and a small specific surface area compared to pseudo-boehmite, which is the starting material in the present invention, so that impurities and additives (ammonium chloride, aluminum chloride) This appears to be a sign of a significantly lower response rate. On the other hand, it was also confirmed that it takes a long time, that is, 20 to 30 hours, to pulverize alumina (primary particles) to an average particle size of 1.0 μm or less.
Claims (10)
(2) 상기 슈도-뵈마이트에 염화물계 화합물을 첨가하여 얻어진 혼합물을 열처리하는 단계; 및
(3) 상기 열처리하여 얻어진 생성물을 분쇄하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (1)에서의 슈도-뵈마이트는 평균 입자 크기(D50)가 50 ㎚ 이하이며, 비표면적이 200 ㎡/g 이상이고, 산화나트륨(Na2O) 함량이 3,000 ppm 이하이며,
상기 단계 (2)에서 염화물계 화합물은 슈도-뵈마이트 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.5 중량부로 첨가되고,
상기 단계 (2)에서의 열처리는 900 내지 1050 ℃의 온도에서 2 내지 6 시간 동안 수행되는, 알루미나의 제조방법.
(1) Preparing pseudo-boehmite:
(2) heat-treating a mixture obtained by adding a chloride-based compound to the pseudo-boehmite; and
(3) pulverizing the product obtained by the heat treatment;
The pseudo-boehmite in step (1) has an average particle size (D 50 ) of 50 nm or less, a specific surface area of 200 m 2 / g or more, and a sodium oxide (Na 2 O) content of 3,000 ppm or less,
In step (2), the chloride-based compound is added in an amount of 0.05 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of pseudo-boehmite,
The heat treatment in step (2) is performed at a temperature of 900 to 1050 ° C. for 2 to 6 hours, a method for producing alumina.
상기 단계 (1)은,
(1-1) 소듐 알루미네이트 용액, 황산알루미늄 용액 및 물을 혼합하여 중화 겔을 제조하는 단계;
(1-2) 상기 중화 겔을 1 내지 2 시간 동안 숙성시키는 단계; 및
(1-3) 상기 숙성된 중화 겔을 건조하는 단계를 포함하는, 알루미나의 제조방법.
According to claim 1,
In step (1),
(1-1) preparing a neutralizing gel by mixing a sodium aluminate solution, an aluminum sulfate solution and water;
(1-2) aging the neutralized gel for 1 to 2 hours; and
(1-3) A method for producing alumina comprising the step of drying the aged neutralized gel.
상기 단계 (1-1)에서 소듐 알루미네이트 용액, 황산알루미늄 용액 및 물의 혼합비율은 1 내지 1.4 : 1 : 0.5 내지 1.2의 중량비인, 알루미나의 제조방법.
According to claim 2,
In the step (1-1), the mixing ratio of the sodium aluminate solution, the aluminum sulfate solution and the water is 1 to 1.4: 1: 0.5 to 1.2 in weight ratio.
상기 단계 (1-1)에서의 중화 겔은 pH가 6 내지 8인, 알루미나의 제조방법.
According to claim 2,
The neutralization gel in step (1-1) has a pH of 6 to 8, alumina production method.
상기 단계 (2)에서의 염화물계 화합물은 염화암모늄, 염화알루미늄, 염산 및 염산 가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 알루미나의 제조방법.
According to claim 1,
The chloride-based compound in step (2) includes at least one selected from the group consisting of ammonium chloride, aluminum chloride, hydrochloric acid and hydrochloric acid gas, a method for producing alumina.
상기 단계 (3)에서의 분쇄는 볼밀, 진동밀, 어트리션밀 및 제트밀로 이루어진 군에서 선택된 분쇄기를 사용하여 1 내지 2 시간 동안 수행되는, 알루미나의 제조방법.
According to claim 1,
The grinding in step (3) is performed for 1 to 2 hours using a grinder selected from the group consisting of a ball mill, a vibration mill, an attrition mill and a jet mill, a method for producing alumina.
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2022
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