KR20090094128A

KR20090094128A - 고순도 α-알루미나의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090094128A
Application number: KR1020097014025A
Authority: KR
Inventors: 쥰 미즈노; 도시히로 마쯔바; 시게오 야마모또; 다까시 야마다
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-09-03
Also published as: EP2119672A4; EP2119672A1; CN101588993B; WO2008072501A1; JP2008150238A; RU2009127110A; US20100021374A1; CN101588993A; JP4997953B2; PT2119672T; EP2119672B1; RU2438978C2; US8124048B2; KR101403820B1

Abstract

Si분, Fe분, Ca분 및 Na분이 동시에 저감된 고순도 α-알루미나의 제조 방법을 제공한다. Al₂O₃를 85 내지 93중량％ 및 SiO₂를 7 내지 14중량％의 범위에서 함유하는 소성 용기를 사용하여, 불순물이 각각 알루미나 환산으로 Na분 0.11질량％ 이하, Fe분 6ppm 이하, Ca분 1.5ppm 이하, 및 Si분 10ppm 이하이고, 또한 평균 입자 직경이 55㎛ 이하인 수산화알루미늄을 1100 내지 1500℃의 소성 온도로 소성하고, 얻어진 α-알루미나를 세정 처리함으로써 고순도 α-알루미나를 제조한다.

Description

고순도 α-알루미나의 제조 방법 {PROCESS FOR PRODUCING HIGH-PURITY α-ALUMINA}

본 발명은 고순도 α-알루미나의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로는 Si, Fe, Ca 및 Na분이 가급적으로 제거된 고순도 α-알루미나의 제조 방법에 관한 것이다.

α-알루미나(α-Al₂O₃)는 절연성, 내열성, 내마모성, 내식성 등이 우수하기 때문에, 내화물, 연마재, 애자, 전자 부품, 점화 플러그, 충전재, 촉매 담체 등에 널리 사용되고 있고, 그 중에서도, 파인 세라믹스나 전자 부품 등의 용도에는, 고순도의 α-알루미나가 사용되고 있다. 종래에 있어서, 고순도의 α-알루미나를 얻는 방법으로서, 알루미늄알콕시드 가수 분해법, 알루민산4급암모늄염법, 명반 열분해법, 암모늄알루미늄 탄산염 열분해법, 염화알루미늄 열분해법, 수중 불꽃 방전법 등이 사용되고 있지만, 이들 방법은 제조 공정이 복잡하고, 또한 사용하는 원재료가 고가이기 때문에, 얻어지는 α-알루미나의 가격이 매우 높아져 버린다.

따라서, 범용의 α-알루미나를 제조하는 방법으로서 일반적으로 채용되고 있는 바이어법을 이용하여, 순도가 높은 α-알루미나를 얻기 위한 방법이 몇개 제안되어 있다. 예를 들어, 바이어법에 의해 얻어진 알루미나를 전기로에 의해 용융하고, 이 용융 알루미나에 압축 공기 등을 분사함으로써 중공 입상체를 얻고, 이것을 광산에 침지하여 불순물을 용출하는 방법(특허 문헌 1 참조), 알루미나를 SiO₂와 함께 전열 용융시켜 얻어진 코런덤을 분쇄하고, 염산과 불산으로 세정하여 고순도의 α-알루미나를 얻는 방법(특허 문헌 2 참조), 바이어법에 의한 수산화알루미늄 또는 이것을 예비 소결하여 얻어진 천이 알루미나를 분쇄하고, 염화수소 가스를 포함한 분위기 중에서 600 내지 1400℃에서 소성하는 방법(특허 문헌 3 참조), 바이어법에 의한 수산화알루미늄 및 이것을 가열 처리하여 얻어진 중간 알루미나를 원료로 하여 이것을 탄소질 물질로 피복하고, 감압 분위기에서 800℃ 이상의 온도로 소성하고, 계속해서 상압(常壓) 산화 분위기에서 가열하여 탈탄 처리하는 방법(특허 문헌4 참조) 등을 들 수 있다. 그러나, 이들 방법에서는, 전기 용융 처리가 필요하거나(특허 문헌 1 및 2), 특수 분위기하에서의 소성이 필요(특허 문헌 3 및 4)하기 때문에, 바이어법에 의해 범용 알루미나를 제조할 때의 소성로와는 다른 설비를 준비해야만 한다.

한편, 바이어법을 이용할 때의 일반적인 과제로서, 바이어법에서는 공정상에서 가성 소다(수산화나트륨)를 사용하기 때문에, 얻어진 알루미나 중에 Na분이 다량으로 잔존해 버리는 점을 들 수 있다. Na분은 전기 절연성을 저해하는 요인이 되기 때문에, 알루미나를 절연 재료나 전자 부품 재료로서 사용하는 경우에는 가능한 한 제거할 필요가 있다. 따라서, 수산화알루미늄을 저온과 고온의 2단계에서 소성하고, 세정과 여과를 반복하는 방법(특허 문헌 5 참조), 수산화알루미늄에 염산 또는 염화알루미늄을 첨가하여, 규산질 내화 용기(소성 용기)에서 소성하는 방법(특허 문헌 6 참조), 수산화알루미늄 또는 알루미나에 염산 또는 염화알루미늄과 붕산 또는 산화붕소를 공존시켜 소성하는 방법(특허 문헌 7 참조), 수산화알루미늄에 염산 또는 염화알루미늄을 첨가하고, 실리카계 물질을 혼합하여 소성한 후에, 실리카계 물질을 분리하는 방법(특허 문헌 8 참조), 수산화알루미늄을 소성하여 결정질을 포함하지 않는 무정형 알루미나로 한 후, 지방족 저급 카르본산으로 세정하여 다시 소성하는 방법(특허 문헌 9 참조) 등이 제안되어 있다. 그러나, 이들 방법에 의해서도, 최종적으로 얻어지는 α-알루미나에는, 모두 100 내지 600ppm 정도의 Na분이 포함되어 버려, 전자 부품 재료를 비롯한 용도에서는 반드시 만족할 수 있는 것은 아니다. 또한, 이들 방법에서는, Si, Ca, Fe 등의 불순물 금속을 저감시키는 효과는 기대할 수 없다.

따라서, 예를 들어 알루미나 분말을 직경 2㎜ 이하의 철 매체로 분쇄한 후, 이 알루미나 분말을 염산 또는 질산으로 세정하고, 또한 농도 10N 이상의 황산으로 세정함으로써, 알루미나 중의 Fe분을 제거하는 방법(특허 문헌 10 참조), 수산화알루미늄 또는 알루미나에 불화물을 함유시켜 소성함으로써 Si분을 저감시키는 방법(특허 문헌 11 참조) 등이 제안되어 있다. 그러나, 상기 Fe분의 제거에 관한 방법에서는, 출발 원료로서 순도 99.99질량％ 이상의 알루미나 분말을 사용할 필요가 있고, 또한 그 실시예에 있어서 Fe이라고 생각되는 불순물은 40 내지 50ppm까지 저감된 것에 지나지 않는다. 한편, Si분의 저감에 관한 상기 방법에서는, 사용되는 불화물이 α-알루미나의 입자 성장 촉진제로서도 작용되기 때문에, 얻어지는 α-알루미나가 조립화되는 경향이 있다. 그로 인해, 미세한 입자가 요구되는 전자 재료나 세라믹스 원료용의 고순도 α-알루미나를 얻는 제법으로서는 부적합하다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 소55-7532호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 소53-79797호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 평8-290914호 공보

특허 문헌 4 : 일본 특허 공고 평6-37293호 공보

특허 문헌 5 : 미국 특허 제2405275호 공보

특허 문헌 6 : 일본 특허 공고 소47-5744호 공보

특허 문헌 7 : 일본 특허 공고 소48-34680호 공보

특허 문헌 8 : 일본 특허 출원 공개 소54-16398호 공보

특허 문헌 9 : 일본 특허 출원 공개 소55-140719호 공보

특허 문헌 10 : 일본 특허 출원 공개 평10-324519호 공보

특허 문헌 11 : 일본 특허 출원 공개 소62-46922호 공보

상기에서 설명한 종래 방법에서는, 각각 단독이라도, 혹은 몇개의 방법을 조합했다고 하더라도, Si분, Fe분, Ca분 및 Na분이 동시에 저감된 고순도 α-알루미나를 얻는 것은 곤란하다. 따라서, 본 발명자들은, 이들 불순물 금속을 가급적으로 저감시킨 고순도 α-알루미나를 제조하는 방법에 대해 예의 검토한 결과, Na분이나 Fe분 등이 각각 소정의 값 이하이며 평균 입자 직경이 제어된 수산화알루미늄을 특정의 소성 용기를 사용하여 소성하고, 세정 처리함으로써, 상기와 같은 불순물 금속이 가급적으로 제거된 α-알루미나가 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.

따라서, 본 발명의 목적은, Si분, Fe분, Ca분 및 Na분이 동시에 저감된 고순도 α-알루미나를, 간편하고 또한 저비용으로 얻을 수 있는 고순도 α-알루미나의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, Si분, Fe분, Ca분 및 Na분이 동시에 저감된 고순도 α-알루미나를 제공하는 것에 있다.

도 1은 소성 용기를 사용하여 수산화알루미늄을 소성하는 모습을 나타내는 단면 설명도이다.

도 2는 수산화알루미늄을 프레스 성형한 수산화알루미늄 충전물의 사시 설명도이다.

도 3은 수산화알루미늄을 소성할 때에 사용하는 시트제의 조립 설명도이다.

도 4는 시험용으로 준비한 수산화알루미늄 충전물의 사시 설명도이다.

도 5는 소성 용기에 대한 수산화알루미늄의 충전 방법([충전 방법별 소성 시험]의 일부에서 이용)을 도시하는 단면 설명도이다.

[부호의 설명]

1 : 소성 용기

2 : 소성 용기 본체

2a : 내벽 측면부

2b : 내벽 저면부

3 : 덮개체

4 : 수산화알루미늄 충전물

4a : 다리부

5 : 시트재

5a : 개구부

즉, 본 발명은, Al₂O₃를 85 내지 93중량％ 및 SiO₂를 7 내지 14중량％의 범위에서 함유하는 소성 용기를 사용하여, 불순물이 각각 알루미나 환산으로 Na분 0.11질량％ 이하, Fe분 6ppm 이하, Ca분 1.5ppm 이하, 및 Si분 10ppm 이하이고, 또한 평균 입자 직경이 55㎛ 이하인 수산화알루미늄을 1100 내지 1500℃의 소성 온도로 소성하고, 얻어진 α-알루미나를 세정 처리하는 것을 특징으로 하는 고순도 α-알루미나의 제조 방법이다.

또한, 본 발명은, Si분이 20ppm 이하, Fe분이 10ppm 이하, Ca분이 2ppm 이하, 및 Na분이 40ppm 이하인 것을 특징으로 하는 고순도 α-알루미나이다.

본 발명의 고순도 α-알루미나(α-Al₂O₃)를 제조하는 방법에 있어서, 사용하는 수산화알루미늄은, 평균 입자 직경이 55㎛ 이하, 바람직하게는 30㎛ 이하이고, 불순물은, 알루미나 환산으로 Na분이 0.11질량％ 이하(전체 Na₂O분이 0.15질량％ 이하), 알루미나 환산으로 Fe분이 6ppm 이하, 알루미나 환산으로 Ca분이 1.5ppm 이하, 및 알루미나 환산으로 Si분이 10ppm 이하일 필요가 있다. 평균 입자 직경이 55㎛보다 크면 Na분의 제거 효율이 낮고, 알루미나 중의 Na분을 40ppm 이하로 저감하기 위해서는 적합하지 않다. 또한, Na분이 알루미나 환산으로 0.11질량％(전체 Na₂O분이 0.15질량％)를 초과하여 포함되어 있으면, 소성 및 세정 처리에 의한 Na분의 제거 조작을 행해도 전부 제거할 수 없고 많은 Na분이 잔류해 버려, 알루미나 중의 Na분이 40ppm을 초과해 버린다는 문제가 발생한다. 한편, Na분 이외의 불순물에 대해서는, 수산화알루미늄 중의 함유량이 그 상태로 알루미나로 이행하여 잔류하기 때문에, 제조 공정에서의 오염물분을 고려하여, Fe분, Ca분 및 Si분을 각각 상기 범위 내로 함으로써, 최종적으로 Fe분이 10ppm 이하, Ca분이 2ppm 이하, 및 Si분이 20ppm 이하인 고순도 α-알루미나를 얻을 수 있다. 또한, 수산화알루미늄 중에 포함되는 불순물량에 대해서는, 알루미나삼수화물(Al₂O₃ㆍ3H₂O : 분자량 155.96) 1분자가, 알루미나(Al₂O₃: 분자량 101.96) 1분자에 상당하기 때문에, 수산화알루미늄 중의 불순물량을 알루미나 베이스로 환산할 때에는 155.96/101.96 ≒ 1.53을 곱하여 구할 수 있다. 그로 인해, 알루미나 환산하기 전의 불순물량으로 나타내면, Na분은 0.074질량％ 이하(전체 Na₂O분이 0.1질량％ 이하), Fe분은 4ppm 이하, Ca분은 1ppm 이하, 및 Si분은 6ppm 이하이다.

이와 같은 수산화알루미늄을 얻는 수단에 대해서는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 바이어법에 의한 수산화알루미늄이라도 좋으나, 적절하게는, 일본 특허 출원 공개 평11-278829호 공보에 기재된 방법에 의해 얻어진 수산화알루미늄을 사용하는 것이 좋다. 즉, 용해 Na₂O 농도(C) 100g/L 이상 및 액 중 Fe 농도 0.4㎎/L 이하이고, 용해 Na₂O분과 용해 Al₂O₃분과의 몰비(M, 용해 Na₂O분/용해 Al₂O₃분)가 1.6 내지 2.0인 과포화알루민산나트륨 용액을 원료 용액으로서 사용하고, 이 원료 용액 중에, 75℃ 이하이며 하기 식 1

[식 1]

의 조건을 만족하는 용액 온도(T, ℃)에서, BET 비표면적 1 내지 7㎡/g의 수산화알루미늄을 종자로 하여 2 내지 15㎡/L의 비율로 첨가한다.

이때, 이 첨가 종자로부터 원료 용액 중에 갖고 들어가는 종자 유래의 혼입 Fe량을 하기 식 2

[식 2]

〔단, 식 중 A는 용해 Al₂O₃ 농도(g/L)를 나타냄〕으로 나타내어지는 허용 최대값(Y)(㎎/리터) 이하로 유지하고, 계속해서 하기 식 3

[식 3]

으로 나타내어지는 원료 용액의 과포화 농도(X)를 30g/L ≤ X ≤ 50g/L의 범위 내로 유지하면서, 교반하에 용액 온도(T)를 55℃ 이하까지 저하시켜 상기 몰비(M)가 3.0 이상이 될 때까지 분해시키고, 석출한 수산화알루미늄을 고액 분리함으로써, 평균 입자 직경이 15 내지 40㎛이며, 전체 Na₂O분이 0.1질량％ 이하, 및 Fe분이 4ppm 이하인 수산화알루미늄을 얻을 수 있다. 얻어진 수산화알루미늄은, 분쇄 처리함으로써 평균 입자 직경을 더욱 작은 것으로 할 수 있다. 또한, 상기 식 3은, 소위 화이트(White)의 식[Light Metals, (1984), pp237 내지 253]으로부터 유도되는 것이다.

상기와 같이 하여 수산화알루미늄을 제조할 때에 원료 용액으로서 사용하는 과포화알루민산나트륨 용액은, 어떠한 방법으로 조제해도 좋으나, 적절하게는 바이어법에 의해 얻어진 과포화알루민산나트륨 용액, 구체적으로는 용해 Na₂O 농도(C) 100 내지 200g/L, 용해 Na₂O분과 용해 Al₂O₃분과의 몰비(M) 1.5 내지 1.8, 및 액 중 Fe 농도 1 내지 15㎎/L의 과포화알루민산나트륨 용액을 사용하고, 이 용액 중에, BET 비표면적 3 내지 7㎡/g의 수산화알루미늄을 종자로서 15 내지 50㎡/리터의 비율로 첨가하고, 70 내지 80℃에서 교반하에 1 내지 3시간 접촉시키고, 계속해서 고액 분리함으로써 정제 과포화알루민산나트륨 용액으로서 얻는 것이 좋다.

그리고, 이와 같은 수산화알루미늄을 소성할 때에는, Al₂O₃를 85 내지 93중량％ 및 SiO₂를 7내지 14중량％의 범위에서 함유하는 소성 용기를 사용한다. 일반적으로 사용되는 소성 용기이며 SiO₂가 비교적 많이 포함되는 소위 규산질계의 소성 용기에서는, 소성 후의 알루미나에 Si분이 많이 잔존해 버리는 것 외에, Ca이나 Fe이 휘산되거나 흡착됨으로써 얻어지는 알루미나의 순도를 저하시키는 문제가 있다. 한편, SiO₂가 비교적 적은 고알루미나질계의 소성 용기에서는, Si 오염은 억제할 수 있기는 하나, Na의 저감 효과가 적고, 또한 Ca 오염이 현저해지는 문제가 있다. 따라서, 본 발명자들은, 소성 용기의 조성과 소성 온도와의 조합에 의한 소성 시험을 반복하여 행한 결과, Al₂O₃가 85 내지 93중량％, 및 SiO₂가 7 내지 14중량％의 범위인 소성 용기를 사용하여 상기 수산화알루미늄을 소정의 온도로 소성함으로써, 충분한 Na 저감 효과가 얻어지는 동시에, Si, Ca 및 Fe 등의 불순물 금속에 의한 오염을 억제하여 α-알루미나를 얻을 수 있는 것을 새롭게 발견했다.

이와 같은 소성 용기에 수산화알루미늄을 충전하여 소성할 때에는, 소성 용기에 유래하는 불순물의 휘산이나 흡착에 의한 오염을 막는 목적에서, 소성 용기에 충전한 수산화알루미늄 충전물과 소성 용기의 접촉 면적을 가급적으로 적게 하는 것이 좋고, 바람직하게는 접촉 면적이 수산화알루미늄 충전물의 표면적의 30％ 이하로 되도록 하여 소성하는 것이 좋다. 소성 용기와 접촉한 부분은, 얻어진 α-알루미나에 있어서 특히 Si분의 양이 많아지지만, 접촉 면적을 상기 범위로 함으로써, 접촉 부분을 통한 불순물 오염을 가급적으로 회피할 수 있다. 또한, 수산화알루미늄 충전물과 소성 용기가 접촉하지 않는 비접촉 부분에 대해서는, 바람직하게는 5㎜ 이상의 간극을 형성하여 소성함으로써 불순물 오염을 가급적으로 회피할 수 있다.

소성 용기에 대해 수산화알루미늄 충전물의 접촉 면적을 적게 하는 수단에 대해서는 특히 제한은 없으나, 예를 들어, 소성 용기의 형상에 따라서 미리 프레스 성형한 수산화알루미늄(수산화알루미늄 충전물)을, 고순도 알루미나제 소결 피스 등으로 이루어지는 스페이서를 통해 소성 용기에 넣어, 소성 용기의 내벽면과의 사이에 소정의 간극을 형성하도록 수용해도 좋다. 또한, 소성 용기의 내벽 저면부에 접하여 자중을 지지할 수 있는 다리부를 구비하도록 프레스 성형한 수산화알루미늄(수산화알루미늄 충전물)을, 다리부만이 소성 용기와 접촉하도록 수용해도 좋다. 혹은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등으로 이루어져 소성시에는 소실하는 시트재를 소성 용기의 내벽면에 배치해 두고, 이 시트재를 통해 수산화알루미늄(수산화알루미늄 충전물)을 수용하도록 해도 좋다. 이때, 수산화알루미늄은, 소성되어 α-알루미나가 되면, 소결에 의해 어느 정도의 형상을 유지할 수 있기 때문에, 소성 용기의 내벽 저면부에 배치하는 시트재에 소정의 개구부를 형성해 두면, 시트재가 소실된 후라도 이 개구부에 충전된 수산화알루미늄이 그 자중을 지지하는 다리부로 되어, 다리부 이외가 소성 용기와 접촉하는 것을 회피할 수 있다. 또한, 소성 용기의 덮개체와 수산화알루미늄 충전물 사이에는 소정의 간극을 형성하도록 하면 좋다. 또한, 소성 용기와 접촉하여 불순물의 혼입의 우려가 있는 부분에 대해서는, 소성 후에 제거하도록 해도 좋고, 구체적으로는, 소성 후에 덩어리로서 소정의 형상을 갖고 얻어진 α-알루미나의 표층으로부터 5㎜(깊이 5㎜)의 부분을 제거하도록 하는 것이 좋다.

그리고, 소성 용기에 넣은 수산화알루미늄을 1100 내지 1500℃의 소성 온도로 소성한다. 소성 온도가 1100℃ 미만이면 Na분의 제거 효과가 불충분하게 이루어지기 쉽고, 얻어지는 α-알루미나 중의 Na분을 40ppm 이하로 할 수 없는 문제가 있고, 반대로 1500℃ 이상을 초과하면 소성 용기로부터의 불순물 오염이 현저해져, α-알루미나 중의 Fe분을 10ppm 이하, Ca분을 2ppm 이하, 및 Si분을 20ppm 이하로 유지할 수 없다. 이 소성에 의해 수산화알루미늄에 포함되는 Na분을 저감시킬 수 있고, 최종적으로 Na분이 40ppm 이하인 α-알루미나를 안정적으로 얻을 수 있도록 되지만, 소성에 있어서의 Na분의 저감 효과는, 수산화알루미늄의 입경이나 소성 조건의 영향을 크게 받는다. 즉, 수산화알루미늄의 입경이 보다 작은 쪽이 Na분의 저감 효과가 크거나, 혹은, 소성 온도가 보다 높은 쪽이 Na분의 저감 효과가 커진다.

효과적으로 Na분을 저감시키기 위해서는, 수산화알루미늄으로부터 α-알루미나의 입자가 결정 성장할 때까지 소성을 행하는 것이 좋고, 적절한 소성 시간으로서는, 수산화알루미늄에 포함되는 Na분이나 입경 외에, 소성할 때의 온도에도 의존하기 때문에 반드시 한정되지 않지만, 바람직하게는 1시간 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, 소성 분위기에 대해서는 대기 중이라도 좋다.

그리고, 본 발명에 있어서는, 소성에 의해 얻어진 α-알루미나를 세정 처리한다. 이 세정 처리의 목적의 하나는, 소성하여 얻어진 α-알루미나에 포함되어 있는 Na분을 더 제거하는 것에 있다. 따라서, 바람직하게는, 소성에 의해 얻어진 α-알루미나를 순수, 염산, 인산, 불화수소산 등의 리펄프수로 슬러리화하고, 교반 세정함으로써 α-알루미나 중의 Na분을 용해시키고, 계속해서, 세정수를 통수(通水)하여 통수 세정하는 것이 좋다.

세정 처리의 조건에 대해서는, 수산화알루미늄의 Na분이나 입경 외에, 소성할 때의 온도에도 의존하지만, 예를 들어 다음과 같은 조건을 예시할 수 있다. 즉, 상기 교반 세정에 대해서는, 적절하게는 α-알루미나를 슬러리화할 때에 α-알루미나 1㎏에 대해 2L 이상의 리펄프수로 슬러리화하고, 1시간 이상 교반하는 것이 좋다. 리펄프수의 양이 2L/kg-알루미나보다 적으면 1시간 이상 교반해도 Na분의 저감 효과를 충분히 기대할 수 없을 우려가 있다. 2L/kg-알루미나를 초과하여 슬러리화하여 1시간 이상 교반해도, 교반 세정의 효과는 포화한다. 계속해서 여과하면서, 입자 사이에 포함되는 용출한 Na분을 포함하는 잔존액을 충분한 세정수를 가하여 치환하도록 하는 것이 좋다. 구체적으로는, 교반 세정 후의 통수 세정에 대해서는, α-알루미나 1㎏에 대해 3L 이상, 바람직하게는 5L 이상의 세정수를 통수하여 통수 세정하는 것이 좋다. 통수 세정이 3L/kg-알루미나보다 적으면 용해한 Na분의 세정 효과를 충분히 기대할 수 없을 우려가 있다. 5L/kg-알루미나를 초과하여 통수 세정을 해도 그 효과는 포화한다.

상기 세정 처리 후의 α-알루미나에 대해서는, 예를 들어 정치(定置) 건조, 유동층 건조, 분무 건조 등의 일반적인 수법으로 건조시킴으로써, Si분이 20ppm 이하, Fe분이 10ppm 이하, Ca분이 2ppm 이하, 및 Na분이 40ppm 이하인 고순도 α-알루미나를 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서는, 필요에 따라서, 얻어진 고순도 α-알루미나를, 또한 800 내지 1000℃, 바람직하게는 900 내지 1000℃의 온도로 가열 처리하고, 다시 세정 처리를 행해도 좋다. 이와 같이 가열 처리와 재세정 처리를 반복함으로써, 고순도 α-알루미나의 물성을 변화시키지 않고, Na분을 10ppm 이하까지 더욱 저감시킬 수 있다. 혹은, 고순도 α-알루미나를 분쇄하여 다시 슬러리화하고, 예를 들어 강이온성의 이온 교환 수지 등과 접촉시킴으로써, 불순물 금속을 더 제거하도록 해도 좋다.

본 발명에 따르면, Si, Fe, Ca, Na 등의 불순물 금속이 가급적으로 제거된 고순도 α-알루미나를 간편하고 또한 저렴하게 제조할 수 있다. 구체적으로는, Si분이 20ppm 이하, Fe분이 10ppm 이하, Ca분이 2ppm 이하, 및 Na분이 40ppm 이하인 고순도 α-알루미나를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 원료로 되는 수산화알루미늄의 입경과 대략 변화가 없는 고순도 α-알루미나를 얻을 수 있기 때문에, 그 용도의 제약을 받는 일이 없고, 절연재나 연마재 등의 일반적인 α-알루미나의 용도는 물론, 파인 세라믹스용, 전자 재료용, 의약품용 등을 포함한 폭넓은 범위에서의 이용을 기대할 수 있고, 그 공업적인 중요성은 매우 높다.

이하, 도면을 사용하여 본 발명의 적절한 실시 형태를 설명한다.

도 1은 소성 용기(1)를 사용하여 수산화알루미늄을 소성하는 모습을 나타내는 단면 설명도이다. 상기 소성 용기(1)는, Al₂O₃를 85 내지 93중량％ 및 SiO₂를 7 내지 14중량％의 범위에서 함유하는 소성 용기 본체(2)와, 마찬가지로 Al₂O₃를 85 내지 93중량％ 및 SiO₂를 7 내지 14중량％의 범위에서 함유하는 덮개체(3)로 이루어지고, 이 소성 용기(1)에는 미리 프레스 성형된 수산화알루미늄 충전물(4)이 넣어져 있다. 이 수산화알루미늄 충전물(4)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 다리부(4a)를 구비한 "＝"자 모양 형(型)으로 프레스 성형되어 있고, 이 다리부(4a)만이 소성 용기(1)와 접촉하도록, 소성 용기(1)의 내벽면으로부터 각각 소정의 간격(d)을 두고 배치된다.

소성 용기(1)를 사용하여 수산화알루미늄을 소성할 때에는, 예를 들어 도 3에 도시한 시트재(5)를 사용할 수도 있다. 이 시트재(5)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등으로 이루어지는 것이며, 소성 후에는 소실되는 것이다. 이 시트재(5)는 수산화알루미늄을 소성 용기(1)에 충전할 때에 안창으로서 사용되고, 소성 용기(1)의 형상에 맞추어 소성 용기 본체(2)의 내벽 측면부(2a)에 대응하는 것(도 3에서는 4매)과, 내벽 저면부(2b)에 대응하는 것(도 3에서는 1매)을 각각 준비하는 것이 좋다. 이 중, 소성 용기 본체(2)의 내벽 저면부(2b)에 대응하는 시트재(5)에 대해서는, 충전된 수산화알루미늄이, 소성 후에 자중을 지지할 수 있는 다리부를 형성하도록 개구부(5a)를 몇개 형성해 두도록 하는 것이 바람직하다.

이 시트재(5)의 사용 방법으로서는, 우선, 소성 용기 본체(2)의 내벽면에 상기 시트재(5)를 배치한다. 이때, 내벽 저면부(2b)에는 개구부(5a)를 구비한 시트재(5)를 배치하도록 한다. 그리고, 모든 시트재(5)를 배치한 소성 용기 본체(2)에 원료로 되는 수산화알루미늄을 충전한다. 이때, 가압하면서 수산화알루미늄 충전물의 형상을 정렬하도록 하는 것이 좋다. 모든 수산화알루미늄을 충전한 후, 소성 용기 본체(2)를 덮개체(3)로 덮는다.

수산화알루미늄을 충전한 소성 용기(1)는, 예를 들어 셔틀 킬른(shuttle kiln)이나 전기로 등에 넣어 1100 내지 1500℃의 소성 온도로 소성한다. 소성 시간에 대해서는, 수산화알루미늄의 입경이나 포함되는 Na분 등에도 의존하기 때문에 반드시 한정되지 않지만, 바람직하게는 1시간 이상으로 하는 것이 좋다. 이때, 소성 분위기는 대기 중에서 행할 수 있다.

그리고, 소성하여 얻어진 α-알루미나는, 통상 덩어리 형상이기 때문에, 필요에 따라서 해쇄한 후에, 소정의 세정 처리를 행한다. 세정 처리의 적절한 방법으로서는, 우선, 실온까지 방냉한 α-알루미나를 순수, 염산, 인산, 불화수소산 등의 리펄프수에 투입하여 슬러리화시켜 교반 세정하고, α-알루미나 중에 잔존하고 있는 불순물 금속(주로는 Na분)을 용출시킨다. 이때, 바람직하게는, α-알루미나 1㎏에 대해 2L 이상의 리펄프수로 슬러리화하는 것이 좋고, 교반 시간은 1시간 이상으로 하는 것이 좋다. 교반 세정 후에는, 여과기에 슬러리를 주입하여 리펄프수를 흡인ㆍ여과하고, 용출한 불순물 금속을 제거하도록 한다. 계속해서, 여과한 α-알루미나에 세정수(예를 들어 순수)를 통수하면서 입자 사이에 남은 불순물 금속을 포함한 리펄프수를 세정수로 치환하고, 흡인 여과하여 α-알루미나를 세정한다. 이때, α-알루미나 1㎏에 대해 3L 이상, 바람직하게는 5L 이상의 세정수를 통수하여 세정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 세정 처리한 후에는, 예를 들어 분무 건조하여 건조시킴으로써 Si분이 20ppm 이하, Fe분이 10ppm 이하, Ca분이 2ppm 이하, 및 Na분이 40ppm 이하인 고순도 α-알루미나를 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서는, 필요에 따라서, 상기에서 얻어진 고순도 α-알루미나를, 또한 800 내지 1000℃의 온도로 가열 처리하고, 다시 세정 처리를 행해도 좋고, 혹은 고순도 α-알루미나를 분쇄하여 다시 슬러리화하고, 예를 들어 강이온성의 이온 교환 수지 등과 접촉시킴으로써, 또한 불순물 금속을 제거하도록 해도 좋다. 이들 처리를 더 행함으로써, Na분을 10ppm 이하까지 더욱 저감시킬 수 있다.

[소성 용기별 시험(시험 No.1 내지 21)]

우선, 소성 용기(1)[소성 용기 본체(2) 및 덮개(3)]의 재질과, 이것을 사용하여 소성하여 얻어지는 α-알루미나에 포함되는 불순물 금속량의 관계를 조사하기 위해, 각각 표 1에 나타낸 화학 조성(질량％)을 갖는 소성 용기 A 내지 G를 사용하여 수산화알루미늄을 소성하고, 그 후 세정 처리를 행하여 고순도 α-알루미나를 제조했다. 소성 용기 A 및 B는 소위 규산질계의 소성 용기이고, 소성 용기 E, F 및 G는 고알루미나질계의 소성 용기이다. 또한, 각 소성 용기의 재질은, 형광 X선 분석법에 의한 분석 결과이다. 또한, 각 소성 용기 본체의 치수(내경)를 표 1에 나타냈다.

또한, 원료로서 표 2에 나타낸 고순도 수산화알루미늄(니뽄게이낀조꾸샤제 : 품번 BHP39)을 준비하고, 이것을 도 4에 도시한 바와 같이, 65㎜φ × 80㎜H의 원기둥형이며(도면 중 R = 65㎜, H = 80㎜), 소성 용기 본체의 내벽 저면부측에 대응하는 면에 깊이 5㎜의 오목홈을 형성하여 주연부와 중앙부로 이루어지는 다리부(4a)(도면 중 r = 10㎜, r = 10㎜, s = 5㎜)가 형성되도록 프레스 성형한 수산화알루미늄 충전물(4)을 소정의 수만큼 준비하고, 상기 소성 용기 A 내지 G에 각각 충전했다. 이때, 각 소성 용기 A 내지 G와 수산화알루미늄 충전물(4)은 다리부(4a)만이 접촉하도록 충전했다. 즉, 수산화알루미늄 충전물(4)과 각 소성 용기가 접촉하는 면적은, 원기둥 형상의 다리부(4a)의 표면의 합계이고, 이것은 수산화알루미늄 충전물(4)의 표면적의 8％에 상당한다. 또한, 수산화알루미늄 충전물(4)과 각 소성 용기 A 내지 G가 접촉하지 않는 부분에 대해서는, 수산화알루미늄 충전물(4)과 소성 용기(소성 용기 본체 및 덮개체) 사이에 적어도 5㎜ 이상의 간극(d)을 형성하도록 하여 충전했다.

상기와 같이 하여 수산화알루미늄 충전물이 충전된 소성 용기 A 내지 G를 전기로에 넣고, 대기 분위기 중에서 각각 표 2에 나타낸 소성 온도로 10시간(유지 시간)의 소성을 행했다. 이때, 각 시험 번호에 있어서 사용한 수산화알루미늄의 평균 입경 및 각 불순물 금속의 양은 표 2에 나타낸 바와 같다. 여기서, 수산화알루미늄의 평균 입자 직경은, 니끼소 가부시끼가이샤제 레이저 산란법 Microtrac 9320 HRA(X100)를 사용하여 측정했다. 또한, 원료로 한 수산화알루미늄 중에 포함되는 불순물 금속의 양은, 원자 흡광법 및 ICP 발광 분광 분석법에 의해 구한 값이고, Na분에 대해서는 1％ ≒ 10000ppm으로 했다. 이후, 소성 처리 후 및 세정 처리 후의 α-알루미나에 포함되는 불순물 금속량에 대해서도 각각 마찬가지로 하여 측정했다. 또한, 원료로 한 수산화알루미늄 중에 포함되는 불순물량에 대해서는, 알루미나 환산한 값이다.

소성 후, 얻어진 α-알루미나를 실온에서 방치하고, α-알루미나에 포함되는 불순물 금속을 각각 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 계속해서, 이 α-알루미나를, α-알루미나 1㎏에 대해 2L의 순수(리펄프수)로 슬러리화시키고, 1시간 교반 세정했다. 교반 세정 후, 여과기에 슬러리를 주입하여 리펄프수를 흡인ㆍ여과하고, 용출한 불순물 금속을 제거했다. 또한, 여과한 α-알루미나에 순수(세정수)를 통수하여 α-알루미나 1㎏에 대해 5L의 세정수가 통수될 때까지 통수 세정을 행했다. 이와 같이 하여 세정 처리한 후, 건조시켜 불순물 금속이 제거된 α-알루미나를 얻었다. 얻어진 α-알루미나에 포함된 불순물 금속의 측정 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 불순물 측정하지 않은 것에 대해서는 표 중에서 NA를 부여하고 있다. 또한, 검출되지 않은 값에 대해서는 ND를 부여하고 있다.

상기 소성 용기별 시험의 결과, 소성 용기 A 및 B를 사용하여 소성하고, 세정 처리하여 얻어진 α-알루미나(시험 No.9 내지 12)는, Si분이 20ppm을 초과하는 것이 있었던 것 외에, Na분 및 Fe분이 다른 용기를 사용하여 얻은 α-알루미나보다 높은 값으로 포함되는 것을 알았다. 또한, 소성 용기 E, F 및 G를 사용하여 얻어진 α-알루미나(시험 No.13 내지 21)는, 모두 2ppm을 초과하는 Ca분이 포함되어 있었다. 이에 반해, 소성 용기 C 및 D를 사용하여 소성하고, 세정 처리하여 얻어진 α-알루미나(시험 No.1 내지 8)는, 다른 소성 용기의 경우에 비해 특히 Ca분의 함유량이 적고(2ppm 이하), 동시에 Na분, Si분 및 Fe분의 함유량도 각각 낮은 값(Na분 : 40ppm 이하, Si분 : 20ppm 이하, Fe분 : 10ppm 이하)이었다.

[수산화알루미늄별 소성 시험(시험 No.22 내지 34)]

상기 소성 용기별 시험에서 양호한 결과가 얻어진 소성 용기 중에서 용기 C를 사용하여, 원료로 하는 수산화알루미늄(입경 및 불순물 금속량을 바꾼 것)과 소성 온도와의 관계를 조사하기 위해, 수산화알루미늄별 소성 시험을 행했다. 준비한 수산화알루미늄은, 고순도 수산화알루미늄 분말(상품명 BHP39, 니뽄게이낀조꾸 가부시끼가이샤제), 시험 제작 수산화알루미늄 분말(니뽄게이낀조꾸 가부시끼가이샤제, 표 3 참조), 및 보통 입자 수산화알루미늄(상품명 B53, 니뽄게이낀조꾸 가부시끼가이샤제)의 3종이다. 또한, 이들 수산화알루미늄을 소성 용기 C에 충전할 때에는, 상기 소성 용기별 시험과 마찬가지로 하여, 도 4에 도시한 다리부(4a)를 구비한 원기둥 형상의 수산화알루미늄 충전물(4)에 프레스 성형하여 충전했다. 그 후, 전기로를 사용하여, 표 3에 나타낸 각 소성 온도로 10시간(유지 시간)의 소성을 행했다. 또한, 얻어진 α-알루미나에 대해서는, 상기 소성 용기별 시험과 마찬가지로 하여 세정 처리하고, 건조시켜 불순물 금속이 제거된 α-알루미나를 얻었다. 얻어진 α-알루미나에 포함된 불순물 금속의 측정 결과를 표 3에 나타낸다.

상기한 수산화알루미늄별 소성 시험의 결과, 입경이 55㎛를 초과하는 수산화알루미늄(시험 No.26 및 27)을 사용한 경우에는, 세정 처리하여 얻어진 α-알루미나의 Na분이 40ppm을 초과하는 것이 있었다. 또한, 원료로 하는 수산화알루미늄에 포함되는 Na분, Fe분, Ca분 및 Si분 중 적어도 어느 한쪽이 알루미나 환산으로「Na분 0.11질량％ 이하」,「Fe분 6ppm 이하」,「Ca분 1.5ppm 이하」및「Si분 10ppm 이하」의 조건을 만족하지 않는 수산화알루미늄(시험 No.31 내지 34)인 경우, 세정 처리하여 얻어진 α-알루미나에 포함되는 불순물 금속량이「Na분 40ppm 이하」,「Ca분 2ppm 이하」,「Si분 20ppm 이하」, 및「Fe분 10ppm 이하」중 어느 하나의 기준을 초과해 버렸다. 또한, 소성 온도가 1000℃(시험 No.28 및 30)인 경우에는 세정 처리하여 얻어진 α-알루미나의 Na분이 40ppm을 초과해 버리고, 소성 온도가 1600℃의 경우(시험 No.29)인 경우에는, 세정 처리하여 얻어진 α-알루미나의 Si분이 20ppm을 초과해 버렸다.

이에 반해, 시험 No.22 내지 25에 대해서는, 세정 처리 후에 얻어진 α-알루미나는, Na분, Ca분, Si분 및 Fe분이 모두 상기 기준을 만족하여 불순물량이 낮은 것이었다. 또한, 표 3 중의 NA, ND에 대해서는 표 2와 마찬가지이다.

[충전 방법별 소성 시험(시험 No.35 내지 43)]

수산화알루미늄을 소성 용기에 충전하는 방법에 의해, 얻어지는 α-알루미나 중에 포함되는 불순물량의 차이를 확인하기 위해, 상기 소성 용기 C 및 D를 사용하여 이하와 같은 충전 방법별 소성 시험을 행했다. 우선, 고순도 수산화알루미늄(니뽄게이낀조꾸샤제 BHP39 : 평균 입자 직경 26㎛, Na분 0.039질량％, Ca분 0.3ppm, Si분 3ppm, Fe분 2ppm을 "＝"자 모양 형으로 프레스 성형하고, 도 2에 도시한 바와 같이, 다리부(4a)를 구비한 수산화알루미늄 충전물(4)을 준비하고, 이것을 각각의 소성 용기 C 및 D에 충전했다. 이 수산화알루미늄 충전물(4)은, 250㎜(L) × 200㎜(D) × 80㎜(H)이며, 소성 용기의 내벽 저면부에 대응하는 면에는 15㎜(l) × 5㎜(h)의 다리부(4a)를 5개 구비한 형상을 하고 있다. 수산화알루미늄 충전물(4)을 소성 용기 C 및 D에 충전할 때에는, 다리부(4a)만이 소성 용기와 접촉하도록 하고, 그것 이외의 부분은 소성 용기 본체 및 덮개와의 사이에 적어도 5㎜ 이상의 간극(d)이 형성되도록 했다. 이때의 수산화알루미늄 충전물(4)과 소성 용기의 접촉 면적은, 수산화알루미늄 충전물(4)의 표면적의 10％이다. 그리고, 표 4에 나타낸 바와 같이, 소성 온도 1450℃ 및 유지 시간 10 내지 12시간으로 하는 것 이외에는 상기 소성 용기별 시험과 마찬가지로 하여 소성을 행했다. 그 후, 소성 후의 α-알루미나를 상기 소성 용기별 시험과 마찬가지로 하여 세정 처리하고, 상기 소성 용기별 시험과 마찬가지로 하여 불순물 금속량을 측정했다(시험 No.35 및 36).

또한, 비교예로서, 원료의 수산화알루미늄을 통상의 방법, 즉, 수산화알루미늄을 프레스 성형하지 않고 그 상태로 소성 용기 본체에 넣어, 소성 용기 본체의 내벽 저면부 및 내벽 측면부와 접촉하도록 충전했다. 그리고, 상기와 마찬가지로 하여 소성 및 세정 처리를 행하고, 불순물 금속량을 측정했다(시험 No.37 및 38). 이들 시험 No.35 내지 38의 결과는 표 4에 나타낸 바와 같고, 다리부를 설치하지 않는 수산화알루미늄 충전물의 경우(시험 No.37 및 38)에서는, α-알루미나 중에 20ppm을 초과하는 Si분이 포함되어 있었다.

또한, 이 충전 방법별 소성 시험에서는, 참고로서, 소성 후의 수산화알루미늄 충전물(4)의 부위별의 불순물량을 확인하기 위해, "＝"자 모양 형으로 프레스 성형한 경우(시험 No.35)와 프레스 성형하지 않고 그 상태로 충전한 경우(시험 No.38)에 대해, 각각 소정의 부위를 분별 회수하고, 이들을 개별로 세정 처리하여 불순물량을 비교했다. 우선, "＝"자 모양 형으로 프레스 성형한 수산화알루미늄 충전물(4)에 대해서는, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이, 소성 후의 수산화알루미늄 충전물(4)의 다리부(4a)(부위 I), 소성 용기 본체의 내벽 저면부측이며 다리부(4a)를 제외한 두께 5㎜의 표층 부분(부위 Ⅱ), 덮개체측의 두께 5㎜의 표층 부분(부위 Ⅳ), 및 이들 이외의 나머지 부분(부위 Ⅲ)에 포함되는 불순물량을 각각 조사했다. 또한, 그 상태로 충전한 수산화알루미늄 충전물(4)에 대해서는, 소성 용기 본체와 접촉하는 두께 5㎜의 표층 부분(부위 I), 부위 I을 제외하고 덮개체측의 두께 5㎜의 표층 부분(부위 Ⅳ), 및 이들 이외의 나머지 부분(부위 Ⅲ)에 포함되는 불순물량을 각각 조사했다. 즉, 어느 경우도 부위 I은 소성 용기와 접촉하는 부분이고, 부위 Ⅱ 내지 Ⅳ는 비접촉 부분이다. 결과를 표 4에 나타냈다. 이 결과로부터 명백한 바와 같이, 소성 용기와 접촉하는 부분의 α-알루미나에는 다량의 Si분이 혼입되는 것이 확인되었다. 그로 인해, 소성 후의 α-알루미나 중 소성 용기와 접촉하고 있었던 부분에 대해서는, 적어도 표층으로부터 5㎜(깊이 5㎜)를 제거하도록 하면, 최종적으로 얻어지는 α-알루미나의 Si분을 저감시킬 수 있다.

또한, 수산화알루미늄 충전물과 소성 용기 사이에 형성하는 간극의 영향을 확인하기 위해, 수산화알루미늄 충전물과 소성 용기의 간극을 1 내지 10㎜로 조정하여 소성하고, 소성 후의 α-알루미나에 포함되는 불순물 금속량을 측정했다. 구체적으로는, "＝"자 모양 형으로 프레스 성형한 수산화알루미늄 충전물(4)과 소성 용기(1)(소성 용기 C)와의 간극(d)[도 1에 도시한 간극(d)]을 5㎜ 이상으로 한 경우(시험 No.39 내지 41)와, 5㎜ 미만인 경우(시험 No.42 및 43)에 대해, 소성 온도 1350 내지 1400℃ 및 유지 시간 10 내지 12시간으로 한 것 이외에는 상기 소성 용기별 시험과 마찬가지로 하여 소성을 행하고, 소성 후의 α-알루미나에 포함되는 불순물 금속량을 측정했다. 또한, 불순물 금속량을 측정한 부위는, 도 5의 (A)에 도시한 부위 Ⅱ이다.

표 5에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 간극(d)이 5㎜ 미만인 경우(시험 No.42 및 43), 소성 후의 α-알루미나에는 20ppm을 초과하는 Si분이 포함되는 것이 확인되었다. 그로 인해, 적어도 d = 5㎜의 간극을 형성하도록 수산화알루미늄을 충전하여 소성하면, 최종적으로 얻어지는 α-알루미나의 Si분을 저감할 수 있다.

[Na분의 제거 효과 시험(시험 No.44 내지 55)]

세정 처리에 의한 Na분 제거의 효과를 확인하기 위해, 교반 세정 및 통수 세정의 조건을 변화시키고, 세정 처리 전후에서의 α-알루미나에 포함되는 Na분의 변화량을 조사했다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 시험 No.44 내지 48에서는, 평균 입자 직경 38㎛, Na분 0.092질량％(알루미나 환산)의 고순도 수산화알루미늄을 사용하여, 소성 온도 1200℃, 유지 시간 10시간으로 하고 소성 용기 C를 사용하여 상기 [충전 방법별 소성 시험]과 마찬가지로 수산화알루미늄 충전물을 소성했다. 시험 No.49 내지 55에서는, 평균 입자 직경 27㎛, Na분 0.077질량％(알루미나 환산)의 고순도 수산화알루미늄을 사용하여, 소성 온도 1400℃, 유지 시간 10시간으로 하고 소성 용기 C를 사용하여 상기 [충전 방법별 소성 시험]과 마찬가지로 수산화알루미늄 충전물을 소성했다.

계속해서, 상기에서 얻어진 α-알루미나에 대해, 표 6에 나타낸 세정 조건이 되도록, 상기 [소성 용기별 시험]과 마찬가지로 하여 교반 세정 및 통수 세정을 행했다. 세정 처리 후, 건조시켜, 불순물 금속이 제거된 α-알루미나를 얻었다. 이 처리에 있어서, 세정 처리 전의 α-알루미나에 포함되는 Na분과 세정 처리 후의 α-알루미나에 포함되는 Na분으로부터 도출한 Na 제거율의 결과를 표 6에 나타냈다. 여기서, Na 제거율이라 함은,『Na 제거율(％) = 100 × (세정 처리 전의 α-알루미나에 포함되는 Na분 － 세정 처리 후의 α-알루미나에 포함되는 Na분) ÷ (세정 처리 전의 α-알루미나에 포함되는 Na분)』으로 도출되는 값을 말한다(100％라면 완전 제거에 상당).

표 6으로부터 명백한 바와 같이, α-알루미나 1㎏에 대해 2L 이상의 리펄프수로 슬러리화하여 1시간 이상 교반 세정하는 동시에, 교반 세정 후의 α-알루미나 1㎏에 대해 3L 이상의 세정수를 통수하는 통수 세정을 행한 경우에는, 모두 Na 제거율이 90％ 이상이라는 우수한 제거 효과를 발휘했다.

[추가의 Na분의 제거 효과 시험(시험 No.56 내지 62)]

세정 처리하여 얻어진 고순도의 α-알루미나에 대해, 또한 Na분의 제거 효과를 높이기 위해, 표 7에 나타낸 바와 같이, 이하와 같은 추가의 Na 제거 처리를 행했다. 상기 [Na분의 제거 효과 시험]의 시험 No.45에 나타낸 방법으로 교반 세정 및 통수 세정을 행하고, 최종적으로 얻어진 α-알루미나(이하「시험 No.45 공시재」라 함)를, 우선, 다시 800℃에서 1시간 가열 처리한 후, 다시, 순수 2L/kg-알루미나로 되도록 슬러리화하여 1시간 교반 세정하고, 또한 순수 5L/kg-알루미나로 되도록 통수 세정을 행했다(시험 No.56). 또한, 시험 No.57에 대해서는, 상기 시험 No.45 공시재를 1000℃에서 1시간 재가열한 것 이외에는 시험 No.56과 마찬가지로 했다. 또한, 시험 No.58에 대해서는, 시험 No.57에서 행한 일련의 처리를 합계 2번 행했다.

한편, 시험 No.59에서는, 시험 No.45 공시재를 평균 입자 직경 5㎛ 이하까지 분쇄한 후에, 순수로 슬러리화하고, 양이온 교환 수지(미쯔비시가가꾸샤제 다이아 이온 SK1B)와 접촉시켜 Na분을 제거했다. 이때, α-알루미나 1㎏에 대해 양이온 교환 수지가 50ml의 비율로 되도록 하여, α-알루미나의 슬러리와 양이온 교환 수지를 24시간 접촉시킨 후, 분리 회수했다. 또한, 본 시험에서 사용한 시험 No.45 공시재는, 시험 No.45와 동일한 방법의 시험에 의해 얻어진 것이며, 상기 [Na분의 제거 효과 시험]의 시험 No.45에서 얻어진 α-알루미나 그 자체는 아니다. 그로 인해, 본 시험에 사용한 α-알루미나에는 Na분이 다른 2종류의 것이 존재한다.

또한, 시험 No.60에서는, 시험 No.45 공시재를 500℃에서 1시간 재가열한 것 이외에는 시험 No.56과 같은 처리를 행하고, 시험 No.61에서는, 시험 No.45 공시재를 700℃에서 1시간 재가열한 것 이외에는 시험 No.56과 같은 처리를 행하고, 시험 No.62에서는, 시험 No.45 공시재를 1200℃에서 1시간 재가열한 것 이외에는 시험 No.56과 같은 처리를 행했다.

이상에 대해, 표 7로부터 명백한 바와 같이, 시험 No.56 내지 59 및 62에서는, 모두 충분한 Na 제거 효과가 인정되었다. 즉, 시험 No.56 내지 59 및 62에서는, 추가의 Na 제거 효과 시험에 의해 Na 변화량(ΔNa)이 모두 5ppm 이상의 값을 나타냈다.

그런데, 이 추가의 Na분의 제거 효과 시험에서는, 사전에 시험 No.45 공시재의 BET 비표면적을 측정한 후에 추가의 Na분 제거 효과 시험을 행했다. 그리고, 추가의 Na분 제거 효과 시험에서 얻어진 α-알루미나의 BET 비표면적을 측정하여, 추가의 Na분 제거 처리 전후의 값을 비교했다. BET 비표면적은, α-알루미나의 1차 입자 직경과 반비례하는 관계에 있고,「BET 비표면적이 감소 ≒ α-알루미나의 1차 입자 직경이 크게 성장」,「BET 비표면적은 변화 없음 ≒ α-알루미나의 1차 입자 직경의 성장도 없음」등과 같이 α-알루미나의 1차 입자 직경 변화의 판단 지표로서 이용할 수 있다. 또한, BET 비표면적의 측정에는, Micromeritics사제 비표면적 자동 측정 장치(형식 : Flowsorb Ⅱ 2300)를 사용했다.

표 7에 나타낸 바와 같이, 시험 No.56 내지 61에서는, 추가의 Na분의 제거 효과 시험의 전후에서 BET 비표면적의 변화량(ΔBET)이 거의 없고(특히 No.56 내지 58, 60, 61에서는 변화가 없고), 처리 전후에 의해 입자 성장(물성 변화)은 일어나지 않은 것이라 생각된다. 즉, 본 시험에서는, 시험 No.56 내지 59에 대해, 알루미나 입자를 변화시키지 않고 Na분을 효율적으로 제거할 수 있는 것이 확인되었다.

본 발명에 의해 얻어진 고순도 α-알루미나는, α-알루미나의 일반적인 용도인 세라믹스 재료 외에, 내화물, 애자, 연마재, 의약품, 흡착제, 충전재, 촉매 담체, 특수 글래스 원료, 단결정 원료, 형광 재료, 플라즈마 용사재 등에 널리 사용할 수 있지만, 특히, Si분, Fe분, Ca분, 및 Na분의 함유량이 적고, 파인 세라믹스, 전자 부품, 단결정 원료, 형광 재료 등의 용도로 적합하다.

Claims

Al₂O₃를 85 내지 93중량％ 및 SiO₂를 7 내지 14중량％의 범위에서 함유하는 소성 용기를 사용하여, 불순물이 각각 알루미나 환산으로 Na분 0.11질량％ 이하, Fe분 6ppm 이하, Ca분 1.5ppm 이하, 및 Si분 10ppm 이하이고, 또한 평균 입자 직경이 55㎛ 이하인 수산화알루미늄을 1100 내지 1500℃의 소성 온도로 소성하고, 얻어진 α-알루미나를 세정 처리하는 것을 특징으로 하는, 고순도 α-알루미나의 제조 방법.
제1항에 있어서, Si분이 20ppm 이하, Fe분이 10ppm 이하, Ca분이 2ppm 이하, 및 Na분이 40ppm 이하인 α-알루미나가 얻어지는, 고순도 α-알루미나의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 수산화알루미늄이 바이어법에 의해 얻어진 수산화알루미늄인, 고순도 α-알루미나의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 소성 용기에 충전한 수산화알루미늄 충전물과 소성 용기의 접촉 면적이, 수산화알루미늄 충전물의 표면적의 30％ 이하로 되도록 하는 동시에, 수산화알루미늄 충전물과 소성 용기가 접촉하지 않는 비접촉 부분에서는, 5㎜ 이상의 간극을 형성하여 소성하는, 고순도 α-알루미나의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 세정 처리가, α-알루미나 1㎏에 대해 2L 이상의 리펄프수로 슬러리화하여 1시간 이상 교반하는 교반 세정과, 교반 세정 후의 α-알루미나 1㎏에 대해 3L 이상의 세정수를 통수하여 세정하는 통수 세정으로 이루어지는, 고순도 α-알루미나의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 세정 처리 후, 800 내지 1000℃의 온도로 가열 처리하고, 다시 세정 처리를 행하는, 고순도 α-알루미나의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 세정 처리 후, 분쇄 처리하고, 다시 슬러리화한 후에, 이온 교환 수지를 사용하여 불순물 금속을 제거하는, 고순도 α-알루미나의 제조 방법.
Si분이 20ppm 이하, Fe분이 10ppm 이하, Ca분이 2ppm 이하, 및 Na분이 40ppm 이하인 것을 특징으로 하는, 고순도 α-알루미나.