KR960006232B1 - 고순도 초미립 알루미나의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

고순도 초미립 알루미나의 제조방법

본 발명은 고순도 초미립 알루미나의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나트륨 성분을 함유한 수산화알루미늄에 규석분을 첨가하여 소성하고 소성물중 나트륨 흡착 규석분을 체분리하고 염산수용액 분위기하에서 세정분쇄함으로써 알루미나중 나트륨 성분의 함량이 적고 순도가 높아서 내연기관의 점화전 등의 전자부품의 절연재료의 원료로 사용되는 고순도 초미립 알루미나의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고알루미나질 자기의 원료로서 사용되는 알루미나는 수 μm 오오더의 극히 미세한 입자경을 가지며, 또한 나트륨 성분과 같은 불순물 함유량이 적어야만 한다.

그러나, 현재 공업적으로 대량 생산되고 있는 알루미나의 경우, 보크사이트 원광을 알칼리 용액으로 처리하여 알루미늄 성분을 추출해내는 소위 바이어(Bayer) 공정에 의해 제조되고 있다. 그러나 이러한 방법에 의해 얻어지는 알루미나는 공정상 불가피하게 통상 0.2∼0.8중량%의 나트륨 성분을 함유하게 되고, 또한 그 입자는 미세입자가 강고하게 응집결합한 약 45μm를 중심으로 하는 조대입자경을 형성하고 있어, 그 상태로는 고알루미나질 자기의 원료로 사용하기 부적합하다. 따라서, 알루미나를 상기와 같은 목적으로 사용하기 위해서는 우선 알루미나중에 함유된 나트륨 성분을 가급적 줄이고, 나아가 각 용도에 적합한 알루미나의 입자경을 소정의 크기로 제어해 줄 필요가 있다.

나트륨 성분의 함량이 적고 입자경이 제어된 알루미나를 제조하는 종래 방법으로서, 대한민국 특허공고 제91-2698호에서는 수산화알루미늄에 염산 또는 염화암모늄을 첨가·혼합하여 1000℃ 이상의 온도로 소성한 후, 소성물을 습식분쇄하여 여과 및 건조하는 방법이 제시되어 있다. 이 방법에 의하면 수산화알루미늄에 함유된 나트륨 성분의 제거율은 명시되어 있지 않으나, 소성물을 단순히 물 분위기하에서 볼밀(BallMil1) 분쇄처리함으로써 알루미나의 입자경을 1μm 이하의 초미립 영역에 이르기까지 제어할 수 있다는 특징을 갖고 있다.

미국특허 제3,106,452호에서는 알루미나 또는 수산화알루미늄에 실리카계 물질을 첨가·혼합하여 소성한후, 실리카계 물질을 알루미나로부터 분리하여 온수로 세정하고 여과 건조하는 방법이 제시되어 있다. 이 방법은 실리카계 물질이 유리된 나트륨과 반응하여 안정한 화합물, 예를들어 네펠라인(nepheline) 등을 형성하는 것을 이용하고 있으나, 이 방법은 실리카계 물질의 분리에 충분한 주의가 필요하며, 특히 정제과정중에 분쇄공정이 배제되어 있어 알루미나의 입자경을 제어할 수 없다는 단점이 있다.

또한, 일본 특허공개 소48-34680호에는 알루미나 또는 수산화알루미늄에 염산이나 염화알루미늄과 붕산 또는 산화붕소를 첨가 공존시킨 상태에서 1200℃ 이상의 온도로 소성한 후, 소성물을 건식 분쇄하는 방법이 제시되어 있다. 이 방법은 염산이나 붕산 등을 미리 수산화알루미늄에 첨가·혼합하여 소성한 후, 형성된 나트륨 염을 계외로 방출시키는데, 이 경우 약제를 2중 이상 과다 사용하기 때문에 세정이 번거로울 뿐만 아니라, 알루미나의 미분쇄에도 고가의 특수장치인 진동일(Vibration Mill)이 채택되고 있어 실용성에 있어서도 문제가 있다.

따라서 본 발명의 발명자들은 상기 종래 방법의 문제점을 개선하고 나트륨 성분의 함유량이 적으면서 입자경이 극히 미세한 알루미나를 제조하기 위해 노력한 결과 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 알루미나중 나트륨 성분의 함유량이 적고 그 입자경을 1마이크로미터 이하까지 제어할 수 있는 고순도 초미립 알루미나의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 고순도 초미립 알루미나를 제조하는데 있어서, 나트륨 성분을 함유한 수산화알루미늄에 규석분을 첨가·혼합하여 소성한 후, 소성물중 나트륨 흡착 규석분을 체분리하고, 염산수용액 분위기하에서 습식 볼밀 분쇄처리에 의해 세정분쇄하여 알루미나 표면에 노출된 나트륨 성분을 제거함과 동시에 알루미나의 입자경을 1μm 이하까지 제어하여 제조하는 것을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 나트륨 성분을 함유한 수산화알루미늄[Al(OH)₃]에 실리카계 광물을 첨가하여 소성한 후, 소성물중 나트륨 성분을 흡착한 실리카계 광물을 체분리하고 알루미나는 염산수용액 분위기하에서 볼밀로 세정분쇄함으로써, 알루미나 표면에 노출된 나트륨 성분을 재삼 용출함과 동시에 알루미나의 입자경을 1μm 이하까지 제어할 수 있는 고순도 초미립 알루미나의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 처리대상이 되는 나트륨 성분을 함유한 수산화알루미늄은 그 종류에 있어서 특별한 한정은 없으나 일반적으로 바이어 공정에 의해 얻어지는 수산화알루미늄을 사용한다. 나트륨 성분의 흡착체로 사용된 실리카계 광물로는 천연규석을 분쇄처리하여 제조한 입자경 0.32∼1.41mm의 규석분을 사용한다.

이때, 규석분의 입자경이 0.32mm 보다 작은 경우에는 소성후 알루미나와의 분리가 곤란하게 되어 바람직하지 못하고, 1.41mm보다 큰 경우에는 나트륨 성분의 제거효과가 낮아지기 때문에 나트륨 성분의 제거효과를 높이기 위해서는 규석분의 첨가량을 높여야 하므로 경제성 및 작업성 면에서 바람직하지 못하다.

또한, 규석분의 첨가량은 수산화알루미늄에 대하여 2∼10중량부 범위, 바람직하기로는 5∼10중량부 범위이다. 수산화알루미늄과 규석분을 혼합하는 방법으로는 혼합물이 균일하게 혼합될 수 있는 방법으로 특별한 제한은 없으나 예컨대 리본믹서(Ribbon Mixer), 브이형 믹서(Twin Shell Mixer) 및 원추형 믹서(Cone Mixer) 등의 건식 혼합하여 소성하는 방법을 채택한다.

또한, 이들 혼합물의 소성은 회전로내에서 산성 또는 중선 분위기하에 소성온도 1200∼1350℃ 범위로 진행된다. 이때 소성온도가 1200℃ 보다 낮을 경우 알루미나의 나트륨 성분 제거가 곤란한 반면, 1350℃ 보다 높을 경우 혼합물의 반응성이 증대하여 제품수율이 저하됨과 동시에 SiO₂의 혼입이 야기된다.

소성시간은 각 소성온도에 대하여 0.5∼3.0시간 범위, 바람직하기로는 1.0∼3.0시간 범위이다.

이와같은 열처리된 소성물은 일단 표준체를 이용하여 나트륨 흡착 규석분을 분리한 다음 볼밀로 세정분쇄한다. 볼밀에 의한 세정분쇄에 있어서, 분쇄분위기(분쇄매액 혹은 나트륨 성분의 용출제)로서는 염산수용액을 사용하여, 그 조성비율은 수산화알루미늄 [Al(OH)₃)]중 알루미늄(Al) 성분량 100중량%에 대하여 HCl중 Cl 환산량 3중량%로 설정한 후, 이것을 5% 수용액 상태로 조제하여 사용한다. 상기 습식 볼밀공정이 염산수용액 분위기하에서 진행된 경우, 물 분위기하에서 진행된 경우와 비교하여 약 10%의 나트륨 성분 제거효과를 기대할 수 있었다[서태수, 세정분쇄법을 이용한 알루미나 정제공정의 검토, 제4회 산학협동공개강좌텍스트-파인세라믹 재료의 원료 및 성형기술, pp. 45∼62, 1993년 KAIST].

상기 습식 볼밀공정을 거친 분쇄물은 일단 탈수기를 이용하여 여과한 후, 건조기에 주입하여 열풍으로 건조함으로써, 나트륨 성분이 적으면서 입자경이 극히 미세한 알루미나를 얻을 수 있었다.

상기에서 서술한 본 발명의 제조방법에 의하면, 나트륨 성분의 제거제로서 염소화합물이나 실리카계 물질등을 단독으로 사용하는 공지방법에 비하여 나트륨 성분의 제거효과가 우수하였으여, 특히 소성후 알루미나의 분쇄공정에 있어서, 특정의 분쇄장치가 아닌 통상의 볼밀을 채용하여(참조 : 대한민국 특허공고 제91-2698호), 종래의 물 분위기가 아닌 5% 염산수용액 분위기하에서 세정분쇄방식을 도입하므로써, 작업성 및 안전성이 우수하고 또한 정제비용의 절감을 기할 수 있어, 그 공업적 가치는 매우 크다.

이와같이 본 발명에 의해 제조된 고순도 초미립 알루미나는 나트륨 성분이 적으면서 입자경이 극히 미세하여 내연기관의 점화전, 기계부품 및 IC 팩키지 또는 기판과 같은 전자부품의 절연재료의 원료로 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

다음과 같은 성분조성 및 57μm의 평균입자경을 갖는 수산화알루미늄에 입자경 0.32mm의 규석분을 5중량부 첨가하여 원추형 믹서로 혼합한 후, 회전로에 넣어 1350℃에서 1.5시간 소성했다.

-수산화알루미늄의 성분조성-

Al₂O₃65.21중량%

H₂O 34.53중량%

Na₂O 0.24중량%

Fe₂O₃0.01중량%

SiO₂0.01중량%

계 100.00중량%

상기에서 얻어진 소성물중 규석분은 체분리하고, 알루미나는 Al₂O₃내장 볼밀에 넣어 5% 염산수용액 분위기하에서 1.5시간 세정분쇄하였다. 단, 분쇄조건으로서 밀의 회전속도는 60rpm, 분쇄매체는 직경이 10mmΦ의 알루미나 볼밀내 장입량은 염산수용액 : 분쇄매체 : 알루미나=1 : 2 : 1의 비율로 고정시켰다. 이 분쇄물을 탈수기로 여과한 다음 건조기에 넣어 200℃의 열풍으로 약 3시간 건조시켜 알루미나(α-Al₂O₃)를 얻었다.

(실시예 2∼10, 비교예 1∼6)

상기 실시예 1과 같은 제조과정에 의해 알루미나(α-Al₂O₃)를 얻되, 제조조건은 다음 표 1과 같다.

(실험예)

상기 실시예 1∼10과 비교예 1∼6에서 제조된 알루미나의 성분함량과 평균입자경은 다음 표 1과 같다.

[표1]

Claims (4)

1. 고순도 초미립 알루미나를 제조하는데 있어서, 나트륨 성분을 함유한 수산화알루미늄에 규석분을 첨가·혼합하여 소성한 후, 소성물중 나트륨 흡착 규석분을 체분리하고, 염산수용액 분위기하에서 습식 볼밀분쇄처리에 의해 세정분쇄하여 알루미나 표면에 노출된 나트륨 성분을 제거함과 동시에 알루미나의 입자경을 1μm 이하까지 제어하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고순도 초미립 알루미나의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 규석분은 천연 규석을 분쇄처리하여 제조한 분립체인 것임을 특징으로 하는 고순도 초미립 알루미나의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 알루미나의 입도제어와 나트륨 성분이 제거공정이 일련의 습식 볼밀 공정에 의해 이루어지는 것임을 특징으로 하는 고순도 초미립 알루미나의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 알루미나의 습식 볼밀 분쇄처리는 5% 염산수용액 분위기하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 고순도 초미립 알루미나의 제조방법.