KR20140057592A

KR20140057592A - 클레이 정제에 의한 초고순도 산화 알루미늄의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140057592A
Application number: KR1020147006068A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 조지 슈렘스; 안나 카타리나 뒤르; 귄터 후버; 운다 에수스 엔리케 제르파; 카트린 프레이탁; 크리스찬 아이크홀츠; 프랭키 러슬림
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2014-05-13
Also published as: JP2014521587A; EP2742001B1; ES2691472T3; WO2013020718A1; CN103717533A; PT2742001T; EP2742001A1

Abstract

(1) 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄에 대해 50 ppm 내지 2000 ppm의 총 칼슘함량을 갖는 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄을 무기산, 유기산 및 착화제의 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 수성 용액 또는 현탁액과 혼합하고,
(2) 단계 (1)의 혼합물을 응집 보조제와 혼합하고,
(3) 단계 (2)의 혼합물에서, 고체를 액체로부터 분리하고,
(4) 분리된 상기 고체를 응집 보조제의 존재하에 또는 부재하에 물과 혼합하고,
(5) 단계 (4)의 혼합물에서, 고체를 액체로부터 분리하고,
(6) 임의적으로, 단계 (4) 및 단계 (5)를 한 번 이상 반복하고,
(7) 임의적으로, 추가적 화합물을 첨가한 후 임의적으로 분리된 고체를 건조하는 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.

Description

클레이 정제에 의한 초고순도 산화 알루미늄의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING ULTRAPURE ALUMINUM OXIDE BY CLEANING CLAY}

본 발명은 초고순도 산화 알루미늄의 제조 방법 및 본원의 각각의 청구항에 정의된 바와 같이 수득할 수 있는 산화 알루미늄의 용도에 관한 것이다.

산화 알루미늄(Al₂O₃)은 그 자체로 공지되어 있다.

이온전도성 세라믹에 사용하기 위해 특히 고순도 산화 알루미늄이 요구된다. 이러한 목적을 위해, 무관한 금속함량, 특히 칼슘함량이 50 ppm을 초과해서는 안 된다. 더 적은 칼슘함량이 바람직하다.

이온전도성 세라믹은 예를 들어 문헌[J.L. Sudworth and A.R. Tilley, The Sodium Sulphur Battery, Chapman and Hall, New York (1985)]에 개시되어 있고, 이는 그 중에서도 화학 전지, 예를 들어 전기 배터리 또는 합성 전지 중 전해질로 알칼리 금속에 사용된다. 단순한 관점에서, 이온전도성 세라믹은 일반적으로 다음과 같이 제조된다: 산화 알루미늄, 알칼리 금속 소스, 일반적으로 알칼리 금속염 및 추가적 첨가제가 매우 고온에서 (그린 바디(green bodies)로) 성형되고 소결된다.

순수한 산화 알루미늄은 시중에서 구매 가능하나 매우 고가이다. 즉 공업용으로는 엄두도 못 낼 정도로 고가이다.

JP 5-17043(SUMITOMO)은 바이어(Bayer)법에 의해 수득되고 산화 칼슘의 함량이 120 ppm 이하인 산화 알루미늄을 유기산으로 세척하고 여과함으로써 저함량의 산화 칼슘을 갖는 산화 알루미늄을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 여기서 미세한 산화 알루미늄이 현탁액에 부유하여 존재하며 단지 매우 느리게 여과될 수 있어, 이는 산업 공정에서 단점으로 작용한다.

US 3,104,944는 이온성 알칼리 토금속 불순물을 포함하는 알루미늄염을 pH 4.5 내지 pH 7의 산성에서 수산화 알루미늄 하이드로겔로 전환하며, 알칼리 금속을 아미노-치환된 카르복실산으로 추출하고, 하이드로겔을 세척 및 하소시키는 산화 알루미늄 제조 방법을 개시하고 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 개선하고 오염된 알루미나로부터 순수한 산화 알루미늄을 수득하고 특히 이온전도성 세라믹 제조에 적합한 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 본원의 청구항에 정의된 방법 및 그 용도에 의해 달성될 수 있다.

출발 물질로 사용되는 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄은 일반적으로 각각의 경우 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄을 기준으로 중량ppm으로 이해되는 50 ppm 내지 2000 ppm, 예를 들어 200 ppm 내지 1000 ppm의 총 칼슘함량을 갖는다.

출발 물질로 사용되는 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄 중 산화 알루미늄의 함량은 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄에 대해 일반적으로 99.5 중량% 내지 99.8 중량%이다. 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄 내 가능한 추가적 불순물은 다음의 원소를 포함한다: 규소, 나트륨, 철, 티타늄.

임의적으로 분쇄된, 출발 물질로 사용되는 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄의 평균 입자 크기는 일반적으로 0.5 μm 내지 200 μm, 예를 들어 2 μm이다.

또한, “알루미나”라고 지칭되고 예를 들어 “소결-활성 알루미나”의 시판 형태로 공급되는 출발물질로 사용되며 상기에 명시된 총 칼슘함량을 갖는 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄은 단계 (1)에서 무기산, 유기산 및 착화제로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 수성 용액 또는 현탁액과 혼합된다. 예를 들어 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄을 물 및 무기산, 유기산 및 착화제의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물과 함께 혼합한다.

무기산, 유기산 또는 착화제, 또는 이들의 혼합물을 이하 “추출제”로 지칭한다.

사용되는 무기산으로는 질산, 염화수소산, 브롬화수소산, 불화수소산, 요오드화수소산, 인산, 아황산, 황산, 설폰산, 예컨대 메탄설폰산, 아인산 및 그 밖의 무기산이 있다.

사용되는 유기산으로는 포름산, 아세트산, 프로피온산 및 그 밖의 유기산이 있다. 이 유기산 중에서, 물과 혼화성을 갖고 상온에서 액체인 산이 바람직하게 사용된다. RCOOH 형태의 지방족 산이 특히 바람직하게 사용되며, 이때 R은 예를 들어 H, CH₃ 및 CH₂CH₃에서 선택된다.

사용되는 착화제로는 니트릴로트라이아세트산계 착화제, 에틸렌다이아민테트라아세트산계 착화제, 하이드록시에틸에틸렌다이아민트라이아세트산계 착화제, 메틸글라이신다이아세트산계 착화제, 다이에틸렌트라이아민펜타아세트산계 착화제가 있다. 각각의 경우에, 산 또는 염이 본 발명에 사용될 수 있다. 상기에 개시된 착화제의 나트륨염 또는 암모늄염이 바람직하게 사용된다. 매우 바람직하게 나트륨염이 사용된다.

방법의 수행을 위해, 질산, 염화수소산, 포름산, 아세트산, 또는 하나 이상의 상기에 개시된 착화제가 바람직하게 사용된다. 매우 바람직하게 질산이 사용된다.

산은 이전에 희석될 수 있거나 농축된 형태로 첨가될 수 있다. 수성 희석 유기산 또는 무기산 또는 이들의 혼합물 중 물의 함량은 적합하게 35 중량% 내지 99.9 중량%, 바람직하게 70 중량% 내지 99.9 중량%이다.

상기에 개시된 착화제는 마찬가지로 수성 용액 또는 수성 현탁액에서 유리하게 사용된다. 이 경우에서 물의 함량은 완성된 용액 또는 현탁액에 대해 예를 들어 70 중량% 내지 99.99 중량%, 바람직하게 80 중량%내지 99.99 중량%이다.

출발 물질로 사용되는 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄과 추출제와의 혼합은 통상적 기구, 예를 들어 개방형 교반용기에서 수행될 수 있다.

단계 (1)의 혼합물은 바람직하게 일정 시간이 지난 후에 단계 (2)에서 응집 보조제와 예를 들어 교반에 의해 혼합된다. 이는 단계 (1)에서 혼합물을 제조했던 용기에서 수행될 수 있거나 또는 제2용기에 옮기는 동안 수행될 수 있다.

응집 보조제는 원칙적으로 공지되어 있다. 이는 일반적으로 고분자량 유기 물질, 예를 들어 중합체 또는 중합체 전해질이다.

본 발명의 응집 보조제는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성(동의어: 비전하성) 유기 고분자량 응집 보조제 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

본 발명의 음이온성 응집 보조제의 예로는 알칼리 금속의 폴리아크릴염, 예컨대 폴리(아크릴산 나트륨), 및 카르복실 기로 치환된 폴리아크릴아미드가 있다.

본 발명의 비이온성 응집 보조제의 예로는 폴리아크릴아미드, 폴리(산화 에틸렌) 또는 1-비닐-2-피롤리딘, N-비닐포름아미드의 중합체가 있다.

본 발명의 양이온성 응집 보조제로는 폴리에틸렌이민(“PEI”), 폴리[2-(N,N,N-트라이메틸아미노)에틸아크릴산]의 염, 예를 들어 염화 염, 4급화 형태의 폴리[N-다이메틸아미노에틸]아크릴아미드, 각각 염의 형태의 치환된 아크릴아미드 및/또는 메타크릴아미드의 중합체, 알칼리성 또는 산성 조건하에 대응 “비닐아민”으로 가수분해되는 N-비닐포름아미드 및/또는 비닐아세트아미드의 중합체, N-비닐이미다졸의 중합체 및/또는 2-비닐피리딘의 중합체 및/또는 4-비닐피리딘의 중합체가 있으며, 각각의 경우는 염의 형태이다.

본 발명의 바람직한 응집 보조제는 양이온성 또는 비이온성 응집 보조제 및 양이온성 및 비전하성 응집제의 혼합물이고, 각각의 경우는 상기에 개시된 바와 같다. 비이온성 응집 보조제, 예를 들어, 폴리아크릴아미드, 폴리(산화 에틸렌) 또는 1-비닐-2-피롤리딘, N-비닐포름아미드의 중합체가 특히 바람직하다.

본 발명의 응집 보조제는 예를 들어 텐시드 화학 / 바스프 그룹(TENSID CHEMIE / BASF Group)의 2002년 8월의 브로셔 “물 처리용 세디퍼(Sedipur, 등록상표) 종류”에 개시되어 있다. 이러한 응집 보조제의 예로는 폴리아크릴아미드(비이온성), 카르복실 기로 치환된 폴리아크릴아미드(양이온성), COR 기로 치환된 폴리아크릴아미드(R=O-CH₂-CH₂-N(CH₃)₃Cl)(양이온성), 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리-DADMAC, 폴리아민이 있다(상기 브로셔의 7페이지를 참조하십시오).

단계 (3)에서, 단계 (2)의 혼합물에서, 고체는 액체로부터, 바람직하게 침전에 의해, 예를 들어 단계 (2)의 혼합물을 추가적 용기에 옮김으로써 분리되고 이때 추가적 용기에서 침전이 발생한다(침전 1). 침전은 예를 들어 중력에 의한 분리기, 예를 들어 침전조에 의해 발생한다. 제거된 액체의 일부 또는 전부(폐수 1)는 추출제로 재사용될 수 있거나 폐기될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 액체는 부분적으로 재사용 또는 폐기된다; 특히 바람직한 실시양태에서, 액체는 폐기된다.

단계 (4)에서, 제거된 고체는 예를 들어 개방형 교반용기에서 물과 혼합된다. 응집 보조제, 예를 들어 세디퍼와 혼합하는 것이 바람직하다. 이는 교반용기에서 수행될 수 있거나 추가적 용기에 옮기는 동안 수행될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 단계 (4)에서 응집 보조제를 추가하는 것은 생략된다.

단계 (5)에서, 단계 (4)의 혼합물에서, 고체는 액체로부터, 바람직하게 침전에 의해, 예를 들어 단계 (4)의 혼합물을 추가적 용기에 옮김으로써 분리되고 이때 추가적 용기에서 침전이 발생한다(침전 2). 침전은 예를 들어 중력에 의한 분리기, 예를 들어 침전조에 의해 발생한다. 제거된 액체의 일부 또는 전부(폐수 2)는 단계 (1)에서 물을 대신하여 재사용될 수 있거나 폐기될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 액체는 부분적으로 재사용 또는 폐기된다; 특히 바람직한 실시양태에서, 액체는 부분적으로 재사용된다.

임의적으로, 단계 (6)에서, 단계 (4) 및 단계 (5)는 두 번 이상 반복 될 수 있거나, 생략될 수 있다. 바람직한 실시양태에서 단계 (4) 및 단계 (5)는 각각 한번 수행되고 반복되지 않는다.

단계 (1) 내지 단계 (6)은 일반적으로 10 ℃부터 사용되는 추출제의 끓는점까지의 온도에서 수행될 수 있다. 이 단계들은 바람직하게 15 ℃ 내지 50 ℃의 온도, 가장 바람직하게 15 ℃ 내지 30 ℃의 온도에서 수행된다. 단계 (1) 내지 단계 (6)은 100 mbar 내지 10,000 mbar의 압력에서 수행될 수 있다. 이 과정은 바람직하게 대기압에서 수행된다.

임의적으로, 단계 (7)에서, 단계 (6)에서 제거된 고체가 이에 존재하는 잔여 물과 함께 통상적 무기 현탁액 건조 방법, 예를 들어 분사 건조로 건조되고 이어서 임의적으로 하소된다.

임의적으로, 단계 (7)에서, 단계 (6)에서 제거된 고체가 이에 존재하는 잔여 물과 함께 추가적 첨가제와 혼합된다. 이어서 이 혼합물은 분쇄 및 건조, 바람직하게 분사 건조된다.

침전 이외에 액체로부터 고체를 제거하는 분리 방법, 예를 들어 여과 또는 원심분리가 사용될 수 있으나 최선의 방법은 아니다.

본 발명의 방법에서 형성된 폐수는 이 방법의 수행 과정에서, 특히 이의 바람직한 형태에서, 환경에 유독하지 않고 위해하지 않다.

개시된 방법은 연속식 또는 배치식으로 수행될 수 있다. 연속식 수행은 교반용기의 캐스케이드에 의하여 수행될 수 있다.

하기에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의해 수득할 수 있는 순수한 산화 알루미늄은 그린 바디로 지칭되는 소결 성형체 또는 이의 전구체의 제조에 유리하게 사용될 수 있다.

가능한 소결 성형체는 모든 규칙 또는 불규칙 성형체를 포함한다. 이는 세라믹으로도 지칭되며, 이의 예로는 양쪽 말단이 개방된 실린더, 예컨대 튜브; 한쪽 말단이 폐쇄된 실린더, 예를 들어 도가니로 지칭되는 것; 구멍 패턴을 갖는 디스크, 각진 플라크, 로드 및 튜브가 있다.

예를 들어, 소결 성형체, 바람직하게 한쪽 말단이 폐쇄된 실린더, 디스크 또는 각진 플라크는 이온전도성 세라믹, 바람직하게 알칼리 금속 이온전도성 세라믹이다. 이온전도성 세라믹은 예를 들어 문헌[J.L. Sudworth and A.R. Tilley, The Sodium Sulphur Battery, Chapman and Hall, New York (1985)]에 개시되어 있다. 이는 예를 들어 전기화학적 방법, 예컨대 알칼리 금속 또는 전기화학적 배터리 제조를 위한 전해전지에 사용된다.

단순한 관점에서, 소결 성형체(세라믹)는 일반적으로 다음과 같이 제조된다: 산화 알루미늄 및 임의적으로 추가적 첨가제가 매우 고온에서 (그린 바디로) 성형 및 소결된다.

단순한 관점에서, 이온전도성 세라믹은 일반적으로 다음과 같이 제조된다: 산화 알루미늄, 알칼리 금속 소스, 일반적으로 알칼리 금속염 및 추가적 첨가제가 매우 고온에서 (그린 바디로) 성형 및 소결된다.

실시예

칼슘(180 ppm)을 갖는 알파-산화 알루미늄, 예를 들어 나발테크사(NABALTEC)의 “소결-활성 알루미나”를 정제에 사용되는 산화 알루미늄으로 사용하였다.

“원자방출분광법(ICP-AES)”을 이용하여 하기 실시예에 따르는 칼슘함량을 측정하였다. 분석할 건조 샘플을 농축 염화수소산에 30분 동안 끓였다. 샘플을 상청액 상으로부터 채취하였다. 필터(0.2 μm)로 여과한 후, 마지막으로 칼슘함량을 원자방출분광법(ICP-AES)으로 결정하였다.

세디퍼는 바스프 에스이(BASF SE)의 상표이다.

실시예 1

알파-산화 알루미늄(25 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 Na₂EDTA 용액(Ti트리플렉스 III 용액)(250 g, 0.1 M)과 혼합하고, 그 혼합물을 상온에서 4시간 동안 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅(decanted)할 수 없었다. 이어서, 1.5시간에 걸쳐 현탁액을 유리 흡인 필터를 통해 여과하였다. 잔여물을 네 번 물로 슬러리화하고 다시 여과하였다. 이어서, 정제된 산화 알루미늄을 120 ℃, 20 mbar에서 20시간 동안 건조하고 이의 칼슘함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 50 ppm이었다.

실시예 2

알파-산화 알루미늄(5 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 수성 염화수소산(25 g, 32 %)과 혼합하고, 그 혼합물을 30분 동안 환류하에 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅할 수 없었다. 이어서, 몇 시간에 걸쳐 현탁액을 멤브레인 흡인 필터를 통해 여과하였다. 잔여물을 세 번 물(25 ml)로 슬러리화하고 다시 여과하였다; 이 때 세 번째에서, 세척물을 원심분리하였다. 이어서, 정제된 산화 알루미늄을 120 ℃, 20 mbar에서 20시간 동안 건조하고 이의 칼슘함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 10 ppm 미만이었다.

실시예 3

알파-산화 알루미늄(5 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 수성 질산(25 g, 5 %)과 혼합하고, 그 혼합물을 상온에서 35분 동안 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅할 수 없었다. 이어서, 몇 시간에 걸쳐 현탁액을 멤브레인 흡인 필터를 통해 여과하였다. 잔여물을 세 번 물(25 ml)로 슬러리화하고 다시 여과하였다. 이어서, 정제된 산화 알루미늄을 120 ℃, 20 mbar에서 20시간 동안 건조하고 이의 칼슘함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 30 ppm 미만이었다.

실시예 4

알파-산화 알루미늄(5 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 수성 질산(25 g, 5 %)과 혼합하고, 그 혼합물을 상온에서 30분 동안 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅할 수 없었다. 산화 알루미늄이 실질적으로 침전한 후, 질산(15 ml)을 피펫으로 주의하여 제거하고, 산화 알루미늄과 질산의 혼합물에 물(25 ml)을 첨가하였다. 혼합물을 다시 30분 동안 교반하고 몇 시간 동안 침전시켰고, 상청액(25 ml)을 피펫으로 주의하여 제거하였다. 이어서, 산화 알루미늄과 질산의 혼합물에 물(20 ml)을 첨가하였다. 혼합물을 다시 30분 동안 교반하였다. 1시간 후, 산화 알루미늄이 여전히 분명하게 침전되지 않았다. 그러므로, 혼합물을 원심분리(30분, 3500 rpm)하였다. 이 조작은 매번 물(50 ml)과 함께 두 번 반복하였다. 원심분리한 후 수득한 고체는 120 ℃, 10 mbar에서 20시간 동안 건조하고 이의 칼슘함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 30 ppm이었다.

상기 실시예 1 내지 실시예 4는 본 발명의 추출제가 출발 물질의 칼슘함량의 상당한 감소를 야기하지만, 고체/수상 분리는 여전히 최적화되지 않았다는 것을 보여준다.

실시예 5

알파-산화 알루미늄(20 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 수성 질산(100 g, 5 %)과 혼합하고, 30분 동안 상온에서 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅할 수 없었다. 이어서 세디퍼 엔에프 104 용액(적당한 고몰질량을 갖는 비이온성 폴리아크릴아미드)(0.1 중량%, 4 g)을 첨가하였다. 이는 빠르게 응집하였고 60초 미만 이내에 상청액이 투명한 완전한 침전을 형성하였다. 상청액을 디켄팅하여 버리고 잔여물은 물(100 g)로 세척하였다. 다시 빠르게 침전을 형성하였지만, 상청액이 혼탁하였다. 상청액을 디켄팅하였고, 잔여물을 잔여 물과 함께 접시로 옮겼다. 샘플을 120 ℃, 10 mbar에서 20시간 동안 건조하고, 이의 칼슘함량, 질소함량 및 탄소함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 16 ppm, 질소함량은 0.058 %, 총 탄소함량은 0.16 %이었다. 이어서, 샘플을 1200 ℃에서 하소하고 이의 질소함량 및 탄소함량을 다시 분석하였다. 분석 결과, 질소함량은 0.001 % 미만이었고 총 탄소함량은 0.018 %이었다.

실시예 6

알파-산화 알루미늄(20 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 수성 질산(100 g, 5 %)과 혼합하고 상온에서 30분 동안 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅할 수 없었다. 이어서, 수성 세디퍼 엔에프 106 용액(적당한 고몰질량을 갖는 비이온성 폴리아크릴아미드) (4 g, 0.1 중량%)을 첨가하였다. 이는 빠르게 응집하였고 60초 미만 이내에 상청액이 투명한 완전한 침전을 형성하였다. 상청액을 디켄팅하여 버리고 잔여물은 물(100 g)로 세척하였다. 다시 빠르게 침전을 형성하였지만, 상청액이 혼탁하였다. 상청액을 디켄팅하였고, 잔여물을 잔여 물과 함께 접시로 옮겼다. 샘플을 120 ℃, 10 mbar에서 20시간 동안 건조하고, 이의 칼슘함량, 질소함량 및 탄소함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 25 ppm, 질소함량은 0.069 %, 총 탄소함량은 0.13 %이었다. 이어서, 샘플을 1200 ℃에서 하소하고 이의 질소함량 및 탄소함량을 다시 분석하였다. 분석 결과, 질소함량은 0.001 % 미만이었고 총 탄소함량은 0.010 %이었다.

실시예 7

알파-산화 알루미늄(20 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 수성 아세트산(100 g, 10 중량%)과 혼합하고, 30분 동안 상온에서 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅할 수 없었다. 이어서 세디퍼 엔에프 104 용액(적당한 고몰질량을 갖는 비이온성 폴리아크릴아미드)(6.25 g, 0.1 중량%)을 첨가하였다. 이는 빠르게 응집하였고 60초 미만 이내에 상청액이 혼탁한 완전한 침전을 형성하였다. 상청액을 디켄팅하여 버리고 잔여물은 물(100 g)로 세척하였다. 다시 빠르게 침전을 형성하였지만, 상청액이 매우 혼탁하였다. 상청액을 디켄팅하였고, 잔여물을 잔여 물과 함께 접시로 옮겼다. 샘플을 120 ℃, 10 mbar에서 20시간 동안 건조하고, 이의 칼슘함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 70 ppm이었다.

실시예 5 내지 실시예 7은 비이온성 응집제가 빠른 고체/액체 상 분리를 야기하는 것을 보여준다.

실시예 8

알파-산화 알루미늄(20 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 물(100 g)과 혼합하고, 30분 동안 상온에서 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅할 수 없었다. 이어서 세디퍼 엔에프 104 용액(적당한 고몰질량을 갖는 비이온성 폴리아크릴아미드)(4 g, 0.1 중량%)을 첨가하였다. 이는 빠르게 응집하였고 60초 미만 이내에 상청액이 투명한 완전한 침전을 형성하였다. 상청액을 디켄팅하여 버리고 잔여물은 물(100 g)로 세척하였다. 다시 빠르게 침전을 형성하였지만, 상청액이 다소 혼탁하였다. 상청액을 디켄팅하였고, 잔여물을 잔여 물과 함께 접시로 옮겼다. 샘플을 120 ℃, 10 mbar에서 20시간 동안 건조하고, 이의 칼슘함량, 질소함량 및 탄소함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 170 ppm, 질소함량은 0.014 %, 총 탄소함량은 0.16 %이었다.

실시예 8은 물을 단독으로 추출제로 사용하는 경우 출발 물질의 칼슘함량을 실질적으로 감소시킬 수 없다는 것을 보여준다.

실시예 9

알파-산화 알루미늄(20 g, 칼슘함량: 180 ppm)을 수성 질산(100 g, 5 %)과 혼합하고, 30분 동안 상온에서 교반하였다. 결과 현탁액을 디켄팅할 수 없었다. 이어서 세디퍼 엔에프 104 용액(적당한 고몰질량을 갖는 비이온성 폴리아크릴아미드)(4 g, 0.1 중량%)을 첨가하였다. 이는 빠르게 응집하였고 60초 미만 이내에 상청액이 투명한 완전한 침전을 형성하였다. 상청액을 디켄팅하여 버리고 잔여물은 물(100 g)로 세척하였다. 다시 빠르게 침전을 형성하였지만, 상청액이 혼탁하였다. 상청액을 디켄팅하였고, 잔여물을 잔여 물과 함께 접시로 옮겼다. 샘플을 120 ℃, 10 mbar에서 20시간 동안 건조하고, 이의 칼슘함량, 질소함량 및 탄소함량을 분석하였다. 분석 결과, 칼슘함량은 16 ppm, 질소함량은 0.058 %, 총 탄소함량은 0.16 %이었다. 이어서, 샘플을 1200 ℃에서 하소하고 이의 질소함량 및 탄소함량을 다시 분석하였다. 분석 결과, 질소함량은 0.001 % 미만이었고 총 탄소함량은 0.018%이었다.

실시예 9는 응집 보조제가 기본적으로 칼슘-감소 물질 내 잠재적으로 문제를 일으킬 수 있는 유기 잔여물로 남아있지 않는다는 것을 보여준다.

Claims

(1) 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄에 대해 50 ppm 내지 2000 ppm의 총 칼슘함량을 갖는 미가공 알파- 및/또는 감마-산화 알루미늄을 무기산, 유기산 및 착화제의 군에서 선택되는 화합물을 포함하는 수성 용액 또는 현탁액과 혼합하고,
(2) 단계 (1)의 혼합물을 응집 보조제와 혼합하고,
(3) 단계 (2)의 혼합물에서, 고체를 액체로부터 분리하고,
(4) 분리된 상기 고체를 응집 보조제의 존재하에 또는 부재하에 물과 혼합하고,
(5) 단계 (4)의 혼합물에서, 고체를 액체로부터 분리하고,
(6) 임의적으로, 단계 (4) 및 단계 (5)를 한 번 이상 반복하고,
(7) 임의적으로, 추가적 화합물을 첨가한 후 임의적으로 분리된 고체를 건조하는 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 무기산은 질산, 염화수소산, 브롬화수소산, 불화수소산, 요오드화수소산, 인산, 아황산, 황산, 설폰산, 예컨대 메탄설폰산, 또는 아인산이고, 상기 유기산은 물과 혼화성을 갖고 상온에서 액체이고, 상기 착화제는 염 또는 산의 형태의 니트릴로트라이아세트산계 착화제, 염 또는 산의 형태의 에틸렌다이아민테트라아세트산계 착화제, 염 또는 산의 형태의 하이드록시에틸에틸렌다이아민트라이아세트산계 착화제, 염 또는 산의 형태의 메틸글라이신다이아세트산계 착화제, 또는 염 또는 산의 형태의 다이에틸렌트라이아민펜타아세트산계 착화제인 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 무기산은 질산 또는 염화수소산이고, 상기 유기산은 포름산, 아세트산 또는 프로피온산이고, 상기 착화제는 염 또는 산의 형태의 EDTA계 착화제인 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (3) 및/또는 단계 (5)에서 액체로부터 고체의 분리는 침전에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (4)는 응집 보조제의 존재하에 수행되는 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응집 보조제는 음이온성, 양이온성 및 비전하성 응집 보조제에서 선택되는 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응집 보조제는 폴리아크릴아미드(비이온성), 카르복실 기로 치환된 폴리아크릴아미드(음이온성), COR 기로 치환된 폴리아크릴아미드(R=O-CH₂-CH₂-N(CH₃)₃Cl)(양이온성), 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리-DADMAC 및 폴리아민의 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (5)의 상기 액체는 혼합용 매질로서 부분적으로 단계 (1)로 재순환되는 것을 특징으로 하는 저칼슘함량을 갖는 산화 알루미늄의 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 정의된 방법에 의해 단계 (7)에서 수득한 산화 알루미늄의 성형체 제조를 위한 용도.
제9항에 있어서,
상기 성형체는 개방형 실린더 또는 한쪽 말단이 폐쇄된 11 실린더, 디스크 또는 각진 플라크인 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄의 성형체 제조를 위한 용도.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 성형체는 소결 성형체인 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄의 성형체 제조를 위한 용도.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형체는 이온전도성 세라믹인 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄의 성형체 제조를 위한 용도.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형체는 알칼리 금속 이온전도성 세라믹인 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄의 성형체 제조를 위한 용도.
제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화 알루미늄은 다른 구성 성분과 함께 사용되는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄의 성형체 제조를 위한 용도.