KR20030024901A - 수산화 알루미늄 및 이의 제조방법 - Google Patents

수산화 알루미늄 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

수산화 알루미늄을 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 슬러리의 온도를 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승시키는 단계, 및 슬러리에 원심력을 적용하는 단계를 포함하여 수산화 알루미늄을 제조하는 방법이 제공된다. 슬러리를 구성하는 수산화 알루미늄은 바이엘법에 의해 미리 수득된다.

Description

수산화 알루미늄 및 이의 제조방법 {ALUMINUM HYDROXIDE AND PRODUCTION PROCESS THEREOF}
기술분야:
본 발명은 플라스틱, 고무 등에 사용하기 위한 난연성 충전제 또는 유사 재료로서 사용되는 수산화 알루미늄, 및 수산화 알루미늄을 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 입자 표면의 요철(roughening) 및 입자의 칩핑(chipping)과 같은 바람직하지 못한 현상을 초래함 없이 분리된 별개의 입자를 형성하도록 붕해된 수산화 알루미늄에 관한 것이다.
배경 기술:
통상적으로, 수산화 알루미늄은 고무/플라스틱에서 다양한 기능을 수행하기 위한 충전제로서 사용되어 왔다. 예를 들어, 수산화 알루미늄은 난연제로서 열가소성 수지, 고무 또는 에폭시 수지에 첨가되며, 색상 조절 충전제로서 불포화 폴리에스테르 수지 및 아크릴계 수지와 같은 열경화성 수지에 첨가된다.
수산화 알루미늄이 난연제로서 사용되는 경우, 난연 성능은 수산화 알루미늄의 양이 증가함에 따라 증가한다. 그러나, 대량의 수산화 알루미늄의 첨가는 혼련에 필요한 토오크 및 성형 온도를 상승시켜 일부 수산화 알루미늄의 탈수로 인한 해결하기 어려운 포밍(foaming)을 초래한다. 수산화 알루미늄이 열경화성 수지에첨가되는 경우, 수산화 알루미늄 첨가량의 증가는 재료 비용을 감소시키지만, 재료의 강도가 해결하기 어려울 정도로 감소한다.
재료 강도의 감소를 방지하기 위해서는, 입자 크기를 가능한한 작게 감소시키는 것이 바람직하다. 작은 입자 크기를 갖는 수산화 알루미늄 입자는 침전에 의해 수득할 수 있으나, 수산화 알루미늄이 수많은 1차 입자의 응집에 의해 형성되는 응집된 2차 입자를 형성하고, 상당히 높은 오일 흡수성을 나타내기 때문에 충전제로서 작용하는 이러한 작은 입자를 대량 첨가하기는 어렵다. 따라서, 약 50 내지 150㎛의 입자 크기를 갖는 수산화 알루미늄 입자를 볼밀이나 다른 분쇄기에 의해 분쇄하여 충전제로서 일반적으로 사용되는 대략적인 1차 입자를 형성한다.
그러나, 입자를 분쇄 기술에 의해 소정의 입자 크기로 분쇄하는 데에는 대량의 에너지가 필요하다. 또한, 분쇄에 의해 수득되는 수산화 알루미늄 1차 입자가 파괴되어 입자 표면의 요철, 입자의 칩핑 등을 초래한다. 결과적으로, 생성된 분말의 BET 비표면적이 증가한다. 따라서, 이러한 분말은 수지와의 적합성이 부족하고 분말을 함유하는 수지의 점도를 증가시켜 분말의 고밀도 혼합을 이루지 못한다. 분말이 열경화성 수지에 첨가되는 경우, 수지의 경화 시간이 연장된다.
이러한 경향에 기초하여, 충전제로서 작용하기에 이상적인 수산화 알루미늄은 작은 표면 조도(roughness), 즉 작은 BET 비표면적을 가지며, 분리된 별개의 입자를 형성하는 것으로 생각된다.
JP-B HEI 5-4336은 상응하는 1차 입자를 분쇄시키지 않아 1차 입자 표면의 요철을 방지하도록, 연속 스크루 데칸터(screw decanter)에 의해 강한 원심력을 적용하여 응집된 2차 입자를 붕해하는 방법을 기술하고 있다. 그러나, 상기 방법은 특정 원료의 적용에 한정된다. 즉, 상기 방법은 광범위한 재료에 적용될 수 없다.
JP-B SHO 62-9256은 승온된 바이엘(Bayer) 추출물을 고체 수산화 알루미늄과 접촉시켜 단결정 또는 약간 둥근 수산화 알루미늄 입자를 제조하는 방법을 기술하고 있다. 그러나, 상기 방법은 장기간의 접촉 시간이 필요하고, 접촉 동안 수산화 알루미늄의 용해가 촉진되어, 생산 효율을 악화시킨다는 단점이 있다.
JP-A HEI 9-208740은 응집된 수산화 알루미늄 2차 입자를 건조-충격 분쇄기에 의해 미리 분쇄하고, 분쇄물을 소정의 알칼리 농도를 갖는 알루민산 나트륨 용액에 첨가시켜 슬러리를 형성하고, 슬러리의 온도를 상승시켜 입자 표면을 용해시킴으로써 수산화 알루미늄 입자의 BET 비표면적을 감소시키는 방법을 기술하고 있다. 그러나, 상기 방법은 또한 건조 분쇄를 미리 수행하기 위해서는 수산화 알루미늄을 여과하고 건조하여야 하므로 생산 단계가 길어지고 생산 비용이 증가한다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 충전제로서 작용하기에 이상적인 수산화 알루미늄, 즉 넓은 입자 크기 범위에 걸쳐 작은 BET 비표면적을 갖고 분리된 별개의 입자를 형성하는 수산화 알루미늄을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수산화 알루미늄을 효과적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 내용을 고려하여, 본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 많은 연구를 수행하였고, 충전제로서 작용하기에 적합한 작은 비표면적을 갖고 분리된별개의 입자를 형성하는 이상적인 수산화 알루미늄이, 특정 알루민산 나트륨 용액에 수산화 알루미늄을 현탁시켜 수득한 슬러리의 온도를 소정의 조건하에 상승시키는 제 1 단계, 및 슬러리에 원심력을 적용시켜 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하고 응집된 2차 입자를 붕해시키는 제 2 단계를 조합하여 제조할 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견을 기초로 완성되었다.
발명의 개시:
따라서, 본 발명은 바이엘법으로 수득한 수산화 알루미늄을 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 슬러리의 온도를 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승시키는 단계, 및 슬러리에 원심력을 적용하는 단계를 포함하여 수산화 알루미늄을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 바이엘법으로 수득한 수산화 알루미늄을 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 슬러리의 온도를 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승시킨 후, 슬러리에 원심력을 적용하는 것을 포함하여 수산화 알루미늄을 제조하는 방법을 추가로 제공한다.
상기 각 방법에서, 슬러리 온도 상승은 15분 이내에 수행된다.
상기 방법중 어느 한 방법에 있어서, 알루민산 나트륨 용액은 수산화 나트륨 농도 C(g/ℓ)에 대한 알루미나 농도 A(g/ℓ)의 비율인 A/C 비가 0.45 이하이다.
상기 방법중 어느 한 방법에 있어서, 수산화 알루미늄은 슬러리의 온도 상승으로 인해 15% 미만의 용해율을 가지며, 상기 용해율은 하기 식으로 표현된다:
용해율(%) = C (온도 상승전) x {A/C (온도 상승후) - A/C (온도 상승전)} x1.53 / 슬러리 농도 (온도 상승전) x 100
상기 식에서, A는 알루민산 나트륨 용액중 알루미나 농도(g/ℓ)이고, C는 알루민산 나트륨 용액중의 수산화 나트륨 농도(g/ℓ)이다.
상기 방법중 어느 한 방법에 있어서, 원심력은 300G 이상이다.
상기 방법중 어느 한 방법에 있어서, 원심력은 연속 스크루 데칸터에 의해 적용된다.
상기 방법중 어느 한 방법에 있어서, 슬러리 온도 상승은 온도 상승 단계에서 사용되는 온도 상승 장치로서 기능하는 이중관 열교환기를 사용하여 수행된다.
본 발명은 추가로 평균 입자 크기 D가 1 내지 25㎛이며; BET 비표면적 S가 1.5㎡/g 이하이고; 입자 크기 Dbet[Dbet= 6/(s x ρ)로 계산된 등가구 입자 크기(여기서, ρ는 수산화 알루미늄의 밀도이다)]에 대한 D의 비율인 D/Dbet비(응집도)가 3 미만인, 상기 방법중 어느 한 방법에 의해 제조된 수산화 알루미늄을 제공한다.
본 발명은 추가로 상기 수산화 알루미늄을 충전제로서 포함하는 수산화 알루미늄 조성물을 제공한다.
상기 수산화 알루미늄 조성물은 고무 또는 플라스틱의 매트릭스 재료를 포함한다.
상기한 바와 같이, 수산화 알루미늄에 열충격을 적용하고, 결정학적으로 약한 응집력에 의해, 응집된 2차 입자의 입계에 선택적으로 작용함으로써, 작은 비표면적을 갖고 분리된 별개의 입자를 형성하는, 충전제로 적합한 수산화 알루미늄을수득할 수 있다.
본 발명을 수행하기 위한 최량의 형태:
본 발명을 다음에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 바이엘법으로 수득한 수산화 알루미늄을 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 슬러리의 온도를 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승시키는 단계, 및 슬러리에 원심력을 적용하는 단계를 포함하여 수산화 알루미늄을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 바이엘법으로 수득한 수산화 알루미늄을 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 슬러리의 온도를 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승시킨 후, 슬러리에 원심력을 적용하는 것을 포함하여 수산화 알루미늄을 제조하는 방법을 추가로 제공한다.
즉, 본 발명은 제 1 단계 및 제 2 단계를 조합하여 포함하는 수산화 알루미늄의 제조 방법에 관한 것이다. 수산화 알루미늄(바이엘법에 의해 수득)을 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 슬러리의 온도를 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승시키는 제 1 단계에서는, 수산화 알루미늄에 열충격을 적용함으로써, 결정학적으로 약한 응집력에 의해 응집된 2차 입자를 구성하는 1차 입자들 사이의 계면(이하, 간단히 입자 계면이라 함)에 선택적으로 작용하여 응집된 2차 입자를 붕해시킨다. 제 2 단계에서는, 바람직하게는 300G 이상의 원심력을 슬러리에 적용하여 응집된 2차 입자들을 입자들간의 마찰에 의해 붕해시켜 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하고, 고체 내용물에 가해지는 전단력에 의해 원심분리기로부터 고체 내용물을연속적으로 스크래핑한다.
상기 방법은 평균 입자 크기 D가 1 내지 25㎛이고; 질소 흡수법(BET법)으로 측정한 비표면적 S가 1.5㎡/g 이하이고; 입자 크기 Dbet[Dbet= 6/(s x ρ)로 계산된 등가구 입자 크기(여기서, ρ는 수산화 알루미늄의 밀도이다)]에 대한 D의 비율인 D/Dbet비(응집도)가 3 미만인 수산화 알루미늄을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 수산화 알루미늄 제조 방법에 있어서, 온도가 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승되는 기간은 15분 이하, 바람직하게는 10분 이하, 보다 바람직하게는 5분 이하이다. 15분 보다 긴 시간은, 입자 계면에 선택적으로 작용하는데 필요한 열충격을 제공할 수 없고 입자 전부가 용해되기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 방법에서 사용된 알루민산 나트륨 용액은 수산화 나트륨(NaOH) 농도 C(g/ℓ)에 대한 알루미나(Al2O3) 농도 A(g/ℓ)의 비율인 A/C 비가 0.45 이하, 바람직하게는 0.40 이하, 보다 바람직하게는 0.35 이하이다. 0.45 보다 높은 A/C 비는 수산화 알루미늄이 온도 상승에 의해 입자 계면에 작용하는데 필요한 양으로 용해될 수 없기 때문에 바람직하지 않다.
본 방법에서 온도 상승으로 인한 수산화 알루미늄의 용해율은 15% 미만, 바람직하게는 13% 미만이다. 용해율이 15% 보다 높으면, 수산화 알루미늄의 수율이 감소하여 생산 효율을 악화시킨다.
온도 상승으로 인한 수산화 알루미늄의 용해율은 하기 식에 따라 계산된다:
용해율(%) = C (온도 상승전) x {A/C (온도 상승후) - A/C (온도 상승전)} x1.53 / 슬러리 농도 (온도 상승전) x 100
상기 식에서, A는 알루민산 나트륨 용액중 알루미나 농도(g/ℓ)이고, C는 알루민산 나트륨 용액중의 수산화 나트륨 농도(g/ℓ)이다.
본 방법에서, 온도는 85℃ 이상까지, 바람직하게는 90℃ 이상까지, 보다 바람직하게는 95℃ 이상까지 상승되어야 한다. 온도가 85℃ 보다 낮은 경우, 입자 계면에 선택적으로 작용하는데 필요한 열충격이 제공될 수 없다. 따라서, 입자의 용해가 입자의 표면으로부터 진행되어, 생산 효율을 악화시키고 입자 표면이 거칠어지므로 이러한 저온은 바람직하지 않다.
알루민산 나트륨 용액의 비점은 일정하지 않고 이의 수산화 나트륨 농도에 따라 변화하지만, 바이엘법의 한 단계에 사용되는 알루민산 나트륨 용액은 약 104℃의 비점을 갖는다.
본 방법에서 온도 상승 전의 슬러리의 온도는 70℃ 이하이며, 바람직하게는 65℃ 이하이다. 70℃ 보다 높은 슬러리 온도는, 입자 계면에 선택적으로 작용하는데 필요한 열충격이 온도 상승 과정에서 제공될 수 없기 때문에 바람직하지 않다.
JP-B HEI 5-4336에는 연속 스크루 데칸터에 의해 강한 원심력을 적용하여 상응하는 1차 입자를 파괴하지 않고 응집된 2차 입자를 붕해시키는 방법이 기재되어 있다. 이 기술은 응집된 2차 입자가 수산화 알루미늄 슬러리에 적용된 원심력하에서 운동하면서 서로 충돌하여 입자간의 마찰을 초래한다는 메카니즘을 기초로 응집된 2차 입자를 붕해시키는 효과를 제공하는 것으로 생각된다. 이 방법은 1차 입자 크기가 1 내지 4㎛인 수산화 알루미늄 원료에만 적용되는 것으로 기술되어 있고, 1차 입자 크기가 4㎛ 이상인 수산화 알루미늄 입자는 원심력에 의해 발휘되는 응집된 2차 입자의 붕해 효과를 충분히 얻을 수 없는 것으로 기술되어 있다.
그러나, 연속 스크루 데칸터에 의한 붕해 방법과 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 상기 수산화 알루미늄의 슬러리의 온도를 상승시키는 것을 포함하여 수산화 알루미늄의 응집된 2차 입자를 붕해시키는 단계를 조합함으로써, 1차 입자 크기가 4㎛ 보다 큰 수산화 알루미늄을 붕해시켜 분리된 별개의 입자를 입자 표면의 요철 없이 형성할 수 있다. 이러한 수산화 알루미늄 입자는 JP-B HEI 5-4336에 기재된 방법에 의해 만족할만하게 붕해되지 않았다. 본 방법에서 적용된 원심력은 300G 이상, 바람직하게는 500G 이상, 보다 바람직하게는 1,000G 이상이다. 300G 미만의 원심력은 응집된 2차 입자를 붕해하는데 불충분하기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에서, 수산화 알루미늄 입자는 원심분리기로부터 고체 내용물을 연속적으로 스크랩핑할 때 침강물중 증가된 고체 내용물에 가해지는 전단력에 의해서도 붕해된다.
본 발명에서, 목적하는 입자 크기에서 작은 BET 비표면적을 갖고 분리된 별개의 입자를 형성하는 수산화 알루미늄은 원료로서 기능하는 응집된 2차 입자의 1차 입자 크기를 용해에 의해 실현된 목적하는 입자 크기를 고려하여 선택함으로써 제조될 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 수산화 알루미늄은 다양한 기능을 수행하는 충전제로서 사용하기에 적합하다. 충전제로서 작용하는 수산화 알루미늄을 함유하는 조성물이 첨가되는 바람직하게 사용되는 매트릭스 재료의 예에는 고무, 플라스틱, 예를들어 열가소성 수지, 에폭시 수지 및 열경화성 수지(예를 들어, 불포화 폴리에스테르 수지 및 아크릴 수지)이 포함된다.
수지 또는 유사한 재료에 첨가될 경우, 본 방법에 따라 제조된 수산화 알루미늄은 단독으로 사용되거나, 화합물 점도를 감소시키기 위해 여러 입자 크기를 갖는 여러 타입의 수산화 알루미늄과 함께 사용될 수 있다.
본 방법에 따라 제조된 수산화 알루미늄은 통상적으로 알려진 표면처리제로 처리될 수 있다. 표면처리제에 특별한 제한은 없으며, 그 예로는 실란 커플링제 및 티타네이트 커플링제와 같은 커플링제; 올레산 및 스테아르산과 같은 지방산; 이의 에스테르; 및 메틸 실리케이트 및 에틸 실리케이트와 같은 실리케이트가 있다.
다음으로 본 발명을 실시예를 사용하여 보다 상세하게 설명하지만, 이는 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명에서 물리적 성질은 하기 방법에 의해 측정하였다.
수산화 알루미늄의 평균 입자 크기 D는 레이저 산란 회절법에 의해 측정하였다.
수산화 알루미늄의 비표면적 S는 질소 흡수법(BET법)에 의해 측정하였다.
수산화 알루미늄의 응집도는 Dbet= 6/(s x ρ)로 계산된 등가구 입자 크기(여기서, ρ는 수산화 알루미늄의 밀도이다)인 입자 크기 Dbet에 대한 D의 비율인 D/Dbet비를 기준으로 예측하였다.
온도 상승으로 인한 수산화 알루미늄의 용해율은 하기 식을 기준으로 계산하였다:
용해율(%) = C (온도 상승전) x A/C (온도 상승후) - A/C (온도 상승전) x 1.53 / 슬러리 농도 (온도 상승전) x 100
상기 식에서, A는 알루민산 나트륨 용액중 알루미나 농도(g/ℓ)이고, C는 알루민산 나트륨 용액중의 수산화 나트륨 농도(g/ℓ)이다.
실시예 1:
바이엘법에 의해 제조한 수산화 알루미늄의 슬러리(수산화 알루미늄의 평균 입자 크기: 93.3㎛, 수산화 나트륨 농도: 150g/L, A/C = 0.33, 슬러리 농도: 220g/L, 및 슬러리 온도: 34℃)를 이중관 열교환기(내부관 용량: 0.019㎥, 열전달면적: 3.2㎡)의 내부관에 3㎥/hr(열교환기에서 체류 시간: 23초)로 공급하였다. 열교환기의 외부관에 스팀을 공급하여, 슬러리의 온도를 96℃로 상승시킨 후, 슬러리의 일부를 연속 스크루 데칸터[SHARPES SUPER-D-CANTER P-660, 토모에 엔지니어링(Tomoe engineering)사 제조]에 1㎥/hr로 공급하고 슬러리에 원심력(1,000G)을 적용하여 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하였다. 원심분리기의 내벽에 설치된 스크루를 이용하여 고체 내용물을 원심분리기로부터 연속적으로 꺼내었다.
이중관 열교환기를 통과한 슬러리의 A/C 및 용해율은 각각 0.44 및 11.5%였다. 데칸터를 통과한 수산화 알루미늄을 세척, 여과 분리, 및 건조시켰다. 이렇게 수득한 수산화 알루미늄은 평균 입자 크기 D가 20.0㎛, BET 비표면적 S가 0.3㎡/g이고 응집도가 2.4이었다.
실시예 2:
바이엘법에 의해 제조한 수산화 알루미늄의 슬러리(수산화 알루미늄의 평균 입자 크기: 76.8㎛, 수산화 나트륨 농도: 146g/L, A/C = 0.38, 슬러리 농도: 190g/L, 및 슬러리 온도: 65℃)를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 이중관 열교환기의 내부관에 3㎥/hr(열교환기에서 체류 시간: 23초)로 공급하였다. 열교환기의 외부관에 스팀을 공급하여, 슬러리의 온도를 96℃로 상승시키고, 슬러리의 일부를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 연속 스크루 데칸터에 1㎥/hr로 공급하고 슬러리에 원심력(1,000G)을 적용하여 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하였다. 실시예 1에서와 동일한 방식으로 고체 내용물을 원심분리기로부터 꺼내었다.
이중관 열교환기를 통과한 슬러리의 A/C 및 용해율은 각각 0.49 및 12.9%였다. 데칸터를 통과한 수산화 알루미늄을 세척, 여과 분리, 및 건조시켰다. 이렇게 수득한 수산화 알루미늄은 평균 입자 크기 D가 12.4㎛, BET 비표면적 S가 0.4㎡/g이고 응집도가 2.0이었다.
실시예 3:
바이엘법에 의해 제조한 수산화 알루미늄의 슬러리(수산화 알루미늄의 평균 입자 크기: 20.8㎛, 수산화 나트륨 농도: 154g/L, A/C = 0.35, 슬러리 농도: 230g/L, 및 슬러리 온도: 64℃)를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 이중관 열교환기의 내부관에 3㎥/hr(열교환기에서 체류 시간: 23초)로 공급하였다. 열교환기의 외부관에 스팀을 공급하여, 슬러리의 온도를 97℃로 상승시키고, 슬러리의 일부를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 연속 스크루 데칸터에 1㎥/hr로 공급하고 슬러리에 원심력(1,000G)을 적용하여 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하였다. 실시예 1에서와 동일한 방식으로 고체 내용물을 원심분리기로부터 꺼내었다.
이중관 열교환기를 통과한 슬러리의 A/C 및 용해율은 각각 0.46 및 11.3%였다. 데칸터를 통과한 수산화 알루미늄을 세척, 여과 분리, 및 건조시켰다. 이렇게 수득한 수산화 알루미늄은 평균 입자 크기 D가 3.3㎛, BET 비표면적 S가 1.3㎡/g이고 응집도가 1.7이었다.
실시예 4:
이중관 열교환기를 통과한 실시예 2의 슬러리의 일부를 실시예 2에서 사용한 것과 유사한 연속 스크루 데칸터에 1㎥/hr로 공급하고, 슬러리에 원심력(500G)을 적용하여 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하였다. 고체 내용물을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 원심분리기로부터 꺼내었다.
데칸터를 통과한 수산화 알루미늄을 세척, 여과 분리, 및 건조시켰다. 이렇게 수득한 수산화 알루미늄은 평균 입자 크기 D가 13.6㎛, BET 비표면적 S가 0.4㎡/g이고 응집도가 2.2이었다.
비교예 1:
실시예 1에서 사용한 것과 유사한 수산화 알루미늄의 슬러리를 실시예 1에서 사용한 것과 유사한 이중관 열교환기의 내부관에 3㎥/hr(열교환기에서 체류 시간: 23초)로 공급하였다. 열교환기의 외부관에 스팀을 공급하여, 슬러리의 온도를 83℃로 상승시키고, 슬러리의 일부를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 연속 스크루 데칸터에 1㎥/hr로 공급하고 슬러리에 원심력(1,000G)을 적용하여 고체 내용물이증가된 침강물을 형성하였다. 실시예 1에서와 동일한 방식으로 고체 내용물을 원심분리기로부터 꺼내었다.
이중관 열교환기를 통과한 슬러리의 A/C 및 용해율은 각각 0.35 및 2.1%였다. 데칸터를 통과한 수산화 알루미늄을 세척, 여과 분리, 및 건조시켰다. 이렇게 수득한 수산화 알루미늄은 평균 입자 크기 D가 80.6㎛, BET 비표면적 S가 0.3㎡/g이고 응집도가 9.8이었다.
비교예 2:
바이엘법에 의해 제조한 수산화 알루미늄의 슬러리(수산화 알루미늄의 평균 입자 크기: 93.3㎛, 수산화 나트륨 농도: 147g/L, A/C = 0.47, 슬러리 농도: 210g/L, 및 슬러리 온도: 63℃)를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 이중관 열교환기의 내부관에 3㎥/hr(열교환기에서 체류 시간: 23초)로 공급하였다. 열교환기의 외부관에 스팀을 공급하여, 슬러리의 온도를 95℃로 상승시키고, 슬러리의 일부를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 연속 스크루 데칸터에 1㎥/hr로 공급하고 슬러리에 원심력(1,000G)을 적용하여 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하였다. 실시예 1에서와 동일한 방식으로 고체 내용물을 원심분리기로부터 꺼내었다.
이중관 열교환기를 통과한 슬러리의 A/C 및 용해율은 각각 0.49 및 2.1%였다. 데칸터를 통과한 수산화 알루미늄을 세척, 여과 분리, 및 건조시켰다. 이렇게 수득한 수산화 알루미늄은 평균 입자 크기 D가 24.5㎛, BET 비표면적 S가 0.4㎡/g이고 응집도가 4.0이었다.
비교예 3:
이중관 열교환기를 통과한 실시예 1의 슬러리의 일부를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 연속 스크루 데칸터에 1㎥/hr로 공급하고 슬러리에 원심력(100G)을 적용하여 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하였다. 실시예 1에서와 동일한 방식으로 고체 내용물을 원심분리기로부터 꺼내었다.
데칸터를 통과한 수산화 알루미늄을 세척, 여과 분리, 및 건조시켰다. 이렇게 수득한 수산화 알루미늄은 평균 입자 크기 D가 30.7㎛, BET 비표면적 S가 0.3㎡/g이고 응집도가 3.7이었다.
비교예 4:
실시예 1에서 사용한 것과 유사한 수산화 알루미늄 슬러리를 SUS 탱크(용량: 1㎥)에 공급하고, 탱크의 온도를 30분 동안 85℃로 상승시켰다. 이어서, 가열된 슬러리를 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 연속 스크루 데칸터에 1㎥/hr로 공급하고 슬러리에 원심력(1,000G)을 적용하여 고체 내용물이 증가된 침강물을 형성하였다. 실시예 1에서와 동일한 방식으로 고체 내용물을 원심분리기로부터 꺼내었다.
탱크에 담긴 슬러리의 A/C 및 용해율은, 온도 상승후에, 각각 0.52 및 19.8%였다. 데칸터를 통과한 수산화 알루미늄을 세척, 여과 분리, 및 건조시켰다. 이렇게 수득한 수산화 알루미늄은 평균 입자 크기 D가 19.8㎛, BET 비표면적 S가 0.3㎡/g이고 응집도가 2.4이었다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 결과를 하기 표 1에 요약하였다:
표 1 (1/2)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
수산화 알루미늄 원료 특성평균 입자 크기 ㎛ 93.3 76.8 20.8 76.8
알루민산 나트륨 용액 특성NaOH 농도 g/LA/C - 1500.33 1460.38 1540.35 1460.38
슬러리 특성슬러리 농도 g/L슬러리 온도 ℃ 22034 19065 23064 19065
온도 상승 조건상승 온도 ℃온도 상승 시간A/C(온도 상승 후) -용해율 % 9623초0.4411.5 9623초0.4912.9 9723초0.4611.3 9623초0.4912.9
원심분리 조건원심력 G 1000 1000 1000 500
수산화 알루미늄 특성(여과후)평균 입자 크기 D ㎛BET 비표면적 S ㎡/g응집도 - 20.00.32.4 12.40.42.0 3.31.31.7 13.60.42.2
표 1 (2/2)
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
수산화 알루미늄 원료 특성평균 입자 크기 ㎛ 93.3 93.3 93.3 93.3
알루민산 나트륨 용액 특성NaOH 농도 g/LA/C - 1500.33 1470.47 1500.33 1500.33
슬러리 특성슬러리 농도 g/L슬러리 온도 ℃ 22034 21063 22034 22034
온도 상승 조건상승 온도 ℃온도 상승 시간A/C(온도 상승 후) -용해율 % 8323초0.352.1 9523초0.492.1 9623초0.4411.5 8530분0.5219.8
원심분리 조건원심력 G 1000 1000 100 1000
수산화 알루미늄 특성(여과후)평균 입자 크기 D ㎛BET 비표면적 S ㎡/g응집도 - 80.60.39.8 24.50.44.0 30.70.33.7 19.80.32.4
산업상 이용가능성
본 발명의 제조 방법에 따르면, 응집된 수산화 알루미늄 2차 입자의 붕해는 수산화 알루미늄에 열충격을 가하고; 결정학적으로 약한 응집력에 의해 응집된 2차 입자를 구성하는 1차 입자의 입자 계면에 선택적으로 작용하며; 응집된 2차 입자들간의 강한 접촉을 달성하도록 원심력을 적용시킴으로써 수행된다.
전술한 바와 같이, 매질의 마찰에 의해 생성되는 충격력을 이용하는 통상적으로 사용되는 분쇄 방법, 레이몬드 밀과 같은 밀을 사용하는 분쇄법, 및 입자의 충돌을 이용하는(예를 들어, 제트 밀) 분쇄법과는 달리, 본 발명의 수산화 알루미늄을 제조하는 방법은 1차 입자 표면이 붕해 과정 동안 거칠어지지 않는다는 점에서 획기적인 방법이다. 따라서, 본 발명의 방법에 의해 제조된 수산화 알루미늄은, 비표면적이 작고 분리된 개별적인 입자를 형성하기 때문에 충전제로 적합하고 매우 중요한 산업적 가치를 갖는다.

Claims (11)

  1. 바이엘법으로 수득한 수산화 알루미늄을 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 슬러리의 온도를 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승시키는 단계, 및 슬러리에 원심력을 적용하는 단계를 포함하여 수산화 알루미늄을 제조하는 방법.
  2. 바이엘법으로 수득한 수산화 알루미늄을 알루민산 나트륨 용액에 현탁시킨 슬러리의 온도를 70℃ 이하에서 85℃ 이상으로 상승시킨 후, 슬러리에 원심력을 적용하는 것을 포함하여 수산화 알루미늄을 제조하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 슬러리 온도 상승이 15분 이내에 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 알루민산 나트륨 용액이 수산화 나트륨 농도 C(g/ℓ)에 대한 알루미나 농도 A(g/ℓ)의 비율인 A/C 비가 0.45 이하임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 수산화 알루미늄이 슬러리의 온도 상승으로 인해 15% 미만의 용해율을 가지며, 상기 용해율은 하기 식으로 표현됨을 특징으로 하는 방법:
    용해율(%) = C (온도 상승전) x {A/C (온도 상승후) - A/C (온도 상승전)} x 1.53 / 슬러리 농도 (온도 상승전) x 100
    상기 식에서, A는 알루민산 나트륨 용액중 알루미나 농도(g/ℓ)이고, C는 알루민산 나트륨 용액중의 수산화 나트륨 농도(g/ℓ)이다.
  6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 원심력이 300G 이상임을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 원심력이 연속 스크루 데칸터에 의해 적용됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 슬러리 온도 상승이, 온도 상승 단계에서 사용되는 온도 상승 장치로서 기능하는 이중관 열교환기를 사용하여 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 평균 입자 크기 D가 1 내지 25㎛이며; BET 비표면적 S가 1.5㎡/g 이하이고; 입자 크기 Dbet[Dbet= 6/(s x ρ)로 계산된 등가구 입자 크기(여기서, ρ는 수산화 알루미늄의 밀도이다)]에 대한 D의 비율인 D/Dbet비(응집도)가 3 미만인, 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 수산화 알루미늄.
  10. 제 9항의 수산화 알루미늄을 충전제로서 포함하는 수산화 알루미늄 조성물.
  11. 제 11항에 있어서, 고무 또는 플라스틱의 매트릭스 재료를 포함함을 특징으로 하는 수산화 알루미늄 조성물.
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