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JP7056534B2 - Amorphous aluminum hydroxide and its manufacturing method, and α-alumina powder manufacturing method - Google Patents
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JP7056534B2 - Amorphous aluminum hydroxide and its manufacturing method, and α-alumina powder manufacturing method - Google Patents

Amorphous aluminum hydroxide and its manufacturing method, and α-alumina powder manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、無定形水酸化アルミニウム及びその製造方法、並びにα-アルミナ粉末の製造方法に関する。 The present invention relates to amorphous aluminum hydroxide and a method for producing the same, and a method for producing α-alumina powder.

α-アルミナ(α-Al)は、絶縁性、耐熱性、耐摩耗性、耐食性等に優れることから、耐火物、研磨材、碍子、電子部品、点火プラグ、充填材、触媒担体等に広く用いられている。ところで、低温焼結セラミックスや複合材料などの用途に用いられるα-アルミナ粉末は、微粒であることが求められている。また、α-アルミナ粉末は、α型以外のχ型、κ型、θ型などの中間アルミナが少ないこと、すなわちα化度が高いことが求められている。微粒で高α化度のα-アルミナ粉末は、易焼結性に優れている。そのため、このα-アルミナ粉末を用いることで、セラミックスなどの製品の製造コストを低減できるとともに、製品の品質を向上させる。 Since α-alumina (α-Al 2 O 3 ) is excellent in insulation, heat resistance, wear resistance, corrosion resistance, etc., refractories, abrasives, insulators, electronic parts, spark plugs, fillers, catalyst carriers, etc. Widely used in. By the way, α-alumina powder used for applications such as low-temperature sintered ceramics and composite materials is required to be fine particles. Further, the α-alumina powder is required to have a small amount of intermediate alumina such as χ-type, κ-type, and θ-type other than α-type, that is, a high degree of pregelatinization. The α-alumina powder, which is fine and has a high degree of pregelatinization, has excellent sinterability. Therefore, by using this α-alumina powder, it is possible to reduce the manufacturing cost of products such as ceramics and improve the quality of the products.

α-アルミナ粉末を得る方法として種々の手法が知られている。そのうち、バイヤー法は、原材料が安価で、製造が簡易という利点を有している。バイヤー法では、アルミニウム鉱石であるボーキサイトから苛性ソーダ溶液で水酸化アルミニウムを抽出する。ここで得られる水酸化アルミニウムは、通常、ギブサイト(Al(OH))である。そして、この水酸化アルミニウム(Al(OH))を熱処理して、α-アルミナへ結晶転移させる。 Various methods are known as methods for obtaining α-alumina powder. Among them, the Bayer process has the advantages that the raw materials are inexpensive and the manufacturing is easy. In the Bayer process, aluminum hydroxide is extracted from bauxite, which is an aluminum ore, with a caustic soda solution. The aluminum hydroxide obtained here is usually gibbsite (Al (OH) 3 ). Then, this aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) is heat-treated to undergo a crystal transition to α-alumina.

水酸化アルミニウムをα-アルミナに結晶転移させるには、通常は1100~1200℃程度の高温熱処理が必要である。例えば、三水和物であるギブサイト(Al(OH))を熱処理すると、200~300℃でχ-アルミナに、900~1000℃でκ-アルミナに、最終的に1100~1200℃でα-アルミナへと結晶転移する。また、一水和物であるベーマイト(AlOOH)を熱処理すると、400~500℃でγ-アルミナに、800~900℃でδ-アルミナに、1000~1100℃でθ-アルミナに、最終的に1200℃でα-アルミナへと結晶転移する。 In order to crystallize aluminum hydroxide to α-alumina, a high temperature heat treatment of about 1100 to 1200 ° C. is usually required. For example, when gibbsite (Al (OH) 3 ), which is a trihydrate, is heat-treated, it becomes χ-alumina at 200 to 300 ° C, κ-alumina at 900 to 1000 ° C, and finally α- at 1100-1200 ° C. Crystal transition to alumina. When boehmite (AlOOH), which is a monohydrate, is heat-treated, it becomes γ-alumina at 400 to 500 ° C, δ-alumina at 800 to 900 ° C, θ-alumina at 1000 to 1100 ° C, and finally 1200. Crystal transition to α-alumina at ° C.

このような高温熱処理では、易焼結性に優れたα-アルミナ粉末を得ることは困難である。熱処理の際に、アルミナが粒成長してしまい、粗粒化してしまうからである。一方で、粗粒化を防ぐために熱処理温度を低くすると、結晶転移が不十分となり、その結果、得られるα-アルミナ粉末のα化度が低くなってしまう。したがって、原材料が安価で製造が簡易というバイヤー法の利点を活かしつつ、微粒且つ高α化度の易焼結性に優れたα-アルミナ粉末を作製することが求められている。 With such a high temperature heat treatment, it is difficult to obtain α-alumina powder having excellent sinterability. This is because during the heat treatment, alumina grows into grains and becomes coarse. On the other hand, if the heat treatment temperature is lowered to prevent coarse graining, the crystal transition becomes insufficient, and as a result, the degree of pregelatinization of the obtained α-alumina powder is lowered. Therefore, it is required to produce α-alumina powder having fine particles and excellent sinterability with a high degree of pregelatinization while taking advantage of the Bayer process in which raw materials are inexpensive and easy to manufacture.

この問題に対処すべく、種々の手法が提案されてきた。例えば、特許文献1には、バイヤー法による水酸化アルミニウムを焼成し、得られるアルミナに酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムを添加し、その後、混合及び粉砕する、易焼結性アルミナ粒子の製造方法が開示されている。特許文献2には、バイヤー法による水酸化アルミニウムを原料とした超易焼結性アルミナの製造方法に関して、水酸化アルミニウム析出粒子を粉砕する際にαアルミナを種子として添加すると、中間アルミナからαアルミナに転移する温度が低下することが開示されている。特許文献3には、ギブサイト等のアルミニウム水和物粉体を焼成してα-アルミナを製造する方法に関して、該アルミニウム水和物粉体に、一部分を水和させたα-アルミニウム粉体やダイアスポア粉体を種子として一定量添加することで、焼結性及び反応性等に優れたα-アルミナ粉体が得られるとされている。 Various methods have been proposed to deal with this problem. For example, Patent Document 1 discloses a method for producing easily sinterable alumina particles, which comprises firing aluminum hydroxide by the Bayer process, adding magnesium oxide or magnesium hydroxide to the obtained alumina, and then mixing and pulverizing the mixture. Has been done. Patent Document 2 describes a method for producing ultra-easily sinterable alumina using aluminum hydroxide as a raw material by the buyer method. When α-alumina is added as a seed when crushing aluminum hydroxide precipitated particles, intermediate alumina to α-alumina is described. It is disclosed that the temperature of transition to aluminum decreases. Patent Document 3 describes a method for producing α-alumina by calcining an aluminum hydrate powder such as gibsite. It is said that α-alumina powder having excellent sinterability and reactivity can be obtained by adding a certain amount of powder as seeds.

特許第4890758号公報Japanese Patent No. 4890758 特開平第6-144830号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-144830 特開平10-101329号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-101329

しかしながら、特許文献1や特許文献2に開示される手法では、微粒且つ高α化度のα-アルミナ粉末を得るには不十分である。特許文献1に開示される手法では、α-アルミナへ結晶転移させるために、水酸化アルミニウムの焼成温度を1100~1400℃にしている。このような高温熱処理では、α-アルミナの微粒化を十分なものとすることができない。その上、この手法では、アルミナに酸化マグネシウムや水酸化マグネシウムが添加されており、純度の点で問題がある。また、特許文献2に開示される手法では、焼成温度は1000~1200℃であり、依然として熱処理温度が高い。 However, the methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are insufficient to obtain α-alumina powder having fine particles and a high degree of pregelatinization. In the method disclosed in Patent Document 1, the firing temperature of aluminum hydroxide is set to 1100 to 1400 ° C. in order to transfer crystals to α-alumina. Such high-temperature heat treatment cannot sufficiently atomize α-alumina. Moreover, in this method, magnesium oxide and magnesium hydroxide are added to alumina, which causes a problem in terms of purity. Further, in the method disclosed in Patent Document 2, the firing temperature is 1000 to 1200 ° C., and the heat treatment temperature is still high.

特許文献3に開示される手法では、約900℃~1000℃でほぼ完全にα-アルミナに遷移し、従来のα-アルミナへの遷移温度より100~300℃程度も低い温度でα-アルミナ粉末の製造が可能になるとされている。しかしながら、特許文献3に開示される手法では、粒子の一部を水和させたα-アルミナ粉体やダイアスポア粉体を準備する必要があり、簡便さに劣る。特許文献3では、粒子の一部分を水和させたα-アルミナ粉体を得るために、α-アルミナ製ボールミルやライナーを使用した湿式粉砕機による処理する手法がとられている。このような湿式処理は、濾過装置や乾燥設備などを必要とするとともに、工程サイクルが長い。また、ダイアスポアには合成品及び天然品があるが、いずれを用いた場合でも、ダイアスポアの合成又は高純度化処理が必要である。 In the method disclosed in Patent Document 3, the α-alumina powder is almost completely transitioned to α-alumina at about 900 ° C. to 1000 ° C., and is about 100 to 300 ° C. lower than the conventional transition temperature to α-alumina. It is said that it will be possible to manufacture. However, in the method disclosed in Patent Document 3, it is necessary to prepare α-alumina powder or diaspore powder in which a part of the particles is hydrated, which is inferior in convenience. In Patent Document 3, in order to obtain α-alumina powder obtained by hydrating a part of particles, a method of treating with a wet pulverizer using an α-alumina ball mill or a liner is adopted. Such wet treatment requires a filtration device, a drying facility, and the like, and has a long process cycle. There are synthetic and natural diaspores, and regardless of which one is used, it is necessary to synthesize or purify the diaspores.

したがって、本発明は、微粒且つ高α化度の易焼結性に優れたα-アルミナ粉末を簡便な手法で得ることができる無定形水酸化アルミニウム及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、微粒且つ高α化度の易焼結性に優れたα-アルミナ粉末を簡便な手法で製造する方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide atypical aluminum hydroxide and a method for producing the same, which can obtain α-alumina powder having fine particles and excellent sinterability with a high degree of pregelatinization by a simple method. .. Another object of the present invention is to provide a method for producing α-alumina powder having fine particles and excellent sinterability with a high degree of pregelatinization by a simple method.

本発明者は、今般、結晶水含有量及び発熱ピーク温度が特定範囲内にある無定形水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低く、その結果、易焼結性α-アルミナ粉末製造用原料として有用であること、及び乾式ビーズミルを用いた簡便な手法で、前記無定形水酸化アルミニウムを得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づき完成されたものであり、無定形水酸化アルミニウム及びその製造方法、並びにα-アルミナ粉末の製造方法を提供する。具体的には、以下のものを提供する。 According to the present inventor, atypical aluminum hydroxide having a crystal water content and an exothermic peak temperature within a specific range has a remarkably low crystal transition temperature to α-alumina, and as a result, easily sintered α-alumina. It has been found that it is useful as a raw material for powder production and that the amorphous aluminum hydroxide can be obtained by a simple method using a dry bead mill. The present invention has been completed based on such findings, and provides an amorphous aluminum hydroxide and a method for producing the same, and a method for producing α-alumina powder. Specifically, the following are provided.

(1)本発明は、結晶水の含有量が21.0質量%以下であり、示差走査熱量分析で750~850℃の温度範囲内で発熱ピークを示す、無定形水酸化アルミニウムである。 (1) The present invention is amorphous aluminum hydroxide having a water of crystallization content of 21.0% by mass or less and showing an exothermic peak in the temperature range of 750 to 850 ° C. by differential scanning calorific value analysis.

(2)本発明は、さらに、前記結晶水の含有量が17.0質量%以下である、上記(1)の無定形水酸化アルミニウムである。 (2) The present invention is further the amorphous aluminum hydroxide according to (1) above, wherein the content of the water of crystallization is 17.0% by mass or less.

(3)本発明は、さらに、示差走査熱量分析で810~830℃の温度範囲内で発熱ピークを示す、上記(1)又は(2)の無定形水酸化アルミニウムである。 (3) The present invention is the amorphous aluminum hydroxide according to (1) or (2) above, which further exhibits an exothermic peak in the temperature range of 810 to 830 ° C. by differential scanning calorimetry.

(4)本発明は、さらに、ナトリウム含有量が0.01質量%以下、ジルコニウム含有量が0.05質量%以下である、上記(1)~(3)のいずれかの無定形水酸化アルミニウムである。 (4) The present invention further comprises the amorphous aluminum hydroxide according to any one of (1) to (3) above, wherein the sodium content is 0.01% by mass or less and the zirconium content is 0.05% by mass or less. Is.

(5)本発明は、さらに、水酸化アルミニウム粉末にα-アルミナ種子を混合し、前記α-アルミナ種子を10~20質量%含有する水酸化アルミニウム混合原料とする工程と、
前記水酸化アルミニウム混合原料に、乾式ビーズミルを用いたメカノケミカル処理を施す工程と、を含む、上記(1)~(4)のいずれかの無定形水酸化アルミニウムの製造方法である。
(5) The present invention further comprises a step of mixing α-alumina seeds with aluminum hydroxide powder to prepare an aluminum hydroxide mixed raw material containing 10 to 20% by mass of the α-alumina seeds.
The method for producing amorphous aluminum hydroxide according to any one of (1) to (4) above, which comprises a step of subjecting the aluminum hydroxide mixed raw material to a mechanochemical treatment using a dry bead mill.

(6)本発明は、さらに、上記(1)~(4)のいずれかの無定形水酸化アルミニウムを、900~1000℃の範囲内の温度で熱処理する、α-アルミナ粉末の製造方法である。 (6) The present invention is a method for producing α-alumina powder, which further heat-treats the amorphous aluminum hydroxide according to any one of (1) to (4) at a temperature in the range of 900 to 1000 ° C. ..

(7)本発明は、さらに、上記(5)の方法で製造された無定形水酸化アルミニウムを、900~1000℃の範囲内の温度で熱処理する、α-アルミナ粉末の製造方法である。 (7) The present invention is a method for producing α-alumina powder, which further heat-treats the amorphous aluminum hydroxide produced by the method (5) above at a temperature in the range of 900 to 1000 ° C.

本発明の無定形水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低い。そのため、微粒且つ高α化度のα-アルミナ粉末製造用原料として用いることができる。また、本発明の無定形水酸化アルミニウムの製造方法によれば、簡便に、前記無定形水酸化アルミニウムを得ることができる。また、本発明のα-アルミナ粉末の製造方法によれば、微粒且つ高α化度であり高品質なα-アルミナ粉末を、簡便な手法で得ることができる。したがって、易焼結性で高品質のα-アルミナ粉末を、低コストで製造することが可能となる。そして、このα-アルミナ粉末を用いることで、高品質なセラミックスなどの製品を、低コストで製造することが可能となる。 The amorphous aluminum hydroxide of the present invention has a significantly low crystal transition temperature to α-alumina. Therefore, it can be used as a raw material for producing α-alumina powder having fine particles and a high degree of pregelatinization. Further, according to the method for producing amorphous aluminum hydroxide of the present invention, the amorphous aluminum hydroxide can be easily obtained. Further, according to the method for producing α-alumina powder of the present invention, α-alumina powder having fine particles and a high degree of pregelatinization and high quality can be obtained by a simple method. Therefore, it is possible to produce α-alumina powder with easy sinterability and high quality at low cost. By using this α-alumina powder, it becomes possible to manufacture high-quality ceramics and other products at low cost.

混合原料のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the mixed raw material is shown. 乾式処理粉のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the dry-processed powder is shown. 乾式処理粉のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the dry-processed powder is shown. 乾式処理粉のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the dry-processed powder is shown. 混合原料のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the mixed raw material is shown. 乾式処理粉のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the dry-processed powder is shown. 混合原料及び乾式処理粉のDSC曲線を示す。The DSC curve of the mixed raw material and the dry-processed powder is shown. 乾式処理粉のDSC曲線を示す。The DSC curve of the dry-processed powder is shown. 乾式処理粉のDSC曲線を示す。The DSC curve of the dry-processed powder is shown. 乾式処理粉のDSC曲線を示す。The DSC curve of the dry-processed powder is shown. 乾式処理粉のSEM像を示す。The SEM image of the dry-processed powder is shown. 乾式処理粉のSEM像を示す。The SEM image of the dry-processed powder is shown. 熱処理後の乾式処理粉のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the dry-processed powder after the heat treatment is shown. 熱処理後の乾式処理粉のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the dry-processed powder after the heat treatment is shown. 熱処理後の水酸化アルミニウム粉末のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the aluminum hydroxide powder after the heat treatment is shown. 熱処理後の水酸化アルミニウム粉末のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the aluminum hydroxide powder after the heat treatment is shown. 熱処理後の乾式処理粉及び水酸化アルミニウム粉末のα化度を示す。The degree of pregelatinization of the dry treated powder and the aluminum hydroxide powder after the heat treatment is shown. 熱処理後の乾式処理粉及び水酸化アルミニウム粉末のX線回折強度を示す。The X-ray diffraction intensity of the dry-type treated powder and the aluminum hydroxide powder after the heat treatment is shown. 熱処理後の乾式処理粉(α-アルミナ粉末)のSEM像を示す。The SEM image of the dry treated powder (α-alumina powder) after the heat treatment is shown. 熱処理後の乾式処理粉(α-アルミナ粉末)の粒度分布を示す。The particle size distribution of the dry-type treated powder (α-alumina powder) after the heat treatment is shown.

無定形水酸化アルミニウム
本発明の無定形水酸化アルミニウムは、無定形化された水酸化アルミニウムを主体とする。水酸化アルミニウムは、完全な結晶状態では、ギブサイト(Al(OH))などの組成を有する化合物である。無定形水酸化アルミニウムは、水酸化アルミニウムの結晶性が消失又は低下しているとともに、結晶水の一部が抜け出ている。したがって、無定形水酸化アルミニウムは、完全な結晶状態である水酸化アルミニウムとは、結晶状態及び結晶水量が異なる。無定形化の程度は、X線回折で測定されるギブサイトの結晶ピーク(002)面の強度(CPS)と、結晶水含有量(LOI)で評価することができる。本発明において、無定形水酸化アルミニウムとは、X線回折で測定されるギブサイトの結晶ピーク(002)面の強度が350CPS以下で、かつ結晶水量が21.0質量%以下のものを指す。これに対して、無定形化されていないギブサイトは、その結晶水量が、34.7質量%程度である。
Atypical Aluminum Hydroxide The amorphous aluminum hydroxide of the present invention is mainly composed of atypical aluminum hydroxide. Aluminum hydroxide is a compound having a composition such as gibbsite (Al (OH) 3 ) in a completely crystalline state. In the amorphous aluminum hydroxide, the crystallinity of aluminum hydroxide has disappeared or decreased, and a part of water of crystallization has escaped. Therefore, the amorphous aluminum hydroxide is different from aluminum hydroxide, which is in a completely crystalline state, in the crystalline state and the amount of crystalline water. The degree of amorphization can be evaluated by the intensity (CPS) of the crystal peak (002) plane of the gibsite measured by X-ray diffraction and the water of crystallization (LOI). In the present invention, the amorphous aluminum hydroxide means that the intensity of the crystal peak (002) plane of gibbsite measured by X-ray diffraction is 350 CPS or less and the amount of crystal water is 21.0% by mass or less. On the other hand, the amount of crystalline water of the non-amorphized gibbsite is about 34.7% by mass.

本発明の無定形水酸化アルミニウムは、結晶水含有量(LOI)が21.0質量%以下である。無定形水酸化アルミニウムは、結晶水量が、完全な結晶状態である水酸化アルミニウムより少ない。後述するように、本発明の無定形水酸化アルミニウムは、水酸化アルミニウム粉末とα-アルミナ種子からなる混合原料に、乾式ボールミルを用いたメカノケミカル処理(無定形化処理)を施すことにより作製することができる。乾式ビーズミルを用いた無定形化処理の際、ギブサイト等の水酸化アルミニウム結晶を構成する一次粒子が微細な領域まで擦り潰され、内包する結晶水は外に吐き出される。結晶水量が少なくなるまで粉砕が進み、十分に微細な一次粒子となることで、α-アルミナへの結晶転移温度を十分に低くすることが可能になると推測している。 The amorphous aluminum hydroxide of the present invention has a water of crystallization (LOI) of 21.0% by mass or less. Amorphous aluminum hydroxide has a smaller amount of crystalline water than aluminum hydroxide, which is in a completely crystalline state. As will be described later, the amorphous aluminum hydroxide of the present invention is produced by subjecting a mixed raw material composed of aluminum hydroxide powder and α-alumina seeds to a mechanochemical treatment (atypical treatment) using a dry ball mill. be able to. During the amorphization treatment using a dry bead mill, the primary particles constituting the aluminum hydroxide crystals such as gibbsite are crushed to a fine region, and the water of crystallization contained therein is discharged to the outside. It is speculated that it will be possible to sufficiently lower the crystal transition temperature to α-alumina by proceeding with pulverization until the amount of crystal water becomes small and forming sufficiently fine primary particles.

無定形化を進める観点から、結晶水含有量は17.0質量%以下が好ましい。結晶水含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、典型的には15.0質量%以上にしてもよい。 From the viewpoint of promoting amorphousness, the water of crystallization content is preferably 17.0% by mass or less. The lower limit of the water of crystallization content is not particularly limited, but may be typically 15.0% by mass or more.

本発明の無定形水酸化アルミニウムは、示差走査熱量分析で750~850℃の温度範囲内で発熱ピークを示す。この発熱ピークはα-アルミナへの結晶転移(α-アルミナ化)に対応するものである。通常の水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が1100~1200℃である。これに対して、本発明の無定形水酸化アルミニウムは、結晶転移温度が750~850℃と極めて低い。無定形水酸化アルミニウムは、好ましくは810~830℃の温度範囲内で発熱ピークを示す。 The amorphous aluminum hydroxide of the present invention shows an exothermic peak in the temperature range of 750 to 850 ° C. by differential scanning calorimetry. This exothermic peak corresponds to the crystal transition to α-alumina (α-alumination). Ordinary aluminum hydroxide has a crystal transition temperature of 1100 to 1200 ° C. to α-alumina. On the other hand, the amorphous aluminum hydroxide of the present invention has an extremely low crystal transition temperature of 750 to 850 ° C. Amorphous aluminum hydroxide preferably exhibits an exothermic peak in the temperature range of 810 to 830 ° C.

無定形水酸化アルミニウムのBET比表面積は、特に限定されるものではないが、典型的には、15~50m/gである。なお、BET比表面積は、JIS1626に基づき、比表面積自動測定装置(マイクロメリテックス社、フローソーブII2300形)を用いて測定することができる。 The BET specific surface area of the amorphous aluminum hydroxide is not particularly limited, but is typically 15 to 50 m 2 / g. The BET specific surface area can be measured using an automatic specific surface area measuring device (Micromeritex Co., Ltd., Flowsorb II2300 type) based on JIS1626.

本発明の無定形水酸化アルミニウムは、アルミニウム(Al)、酸素(O)及び水素(H)以外の元素の含有量が0.1質量%以下であることが好ましい。特に、ナトリウム(Na)含有量が0.01質量%以下、ジルコニウム(Zr)含有量が0.05質量%以下であることが好ましい。最終的な製品である易焼結セラミックスを製造する上で、ナトリウムやジルコニウムは焼結を阻害する成分であり、可能な限り少ないことが望ましい。本発明の無定形水酸化アルミニウムは、その製造時に、ナトリウム含有量が多いギブサイト等の水酸化アルミニウムを原料に用いても、無定形化処理の際に、結晶中に内包されるナトリウムが外に出てくるため、簡単に洗浄及び除去することができる。また、ナトリウム含有量の少ない原料を用いれば、当然、無定形水酸化アルミニウムのナトリウム含有量を減らすことができる。 The amorphous aluminum hydroxide of the present invention preferably has a content of elements other than aluminum (Al), oxygen (O) and hydrogen (H) of 0.1% by mass or less. In particular, it is preferable that the sodium (Na) content is 0.01% by mass or less and the zirconium (Zr) content is 0.05% by mass or less. Sodium and zirconium are components that inhibit sintering in the production of the final product, easily sintered ceramics, and it is desirable that the amount is as small as possible. In the amorphous aluminum hydroxide of the present invention, even if aluminum hydroxide such as gibbsite having a high sodium content is used as a raw material at the time of its production, the sodium contained in the crystals is removed during the amorphous treatment. As it comes out, it can be easily cleaned and removed. Further, if a raw material having a low sodium content is used, the sodium content of the amorphous aluminum hydroxide can be naturally reduced.

本発明の無定形水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が750~850℃と極めて低い。そのため、この無定形水酸化アルミニウムを低温熱処理することで、微粒且つ高α化度のα-アルミナ粉末を得ることができる。このように結晶転移温度が極めて低い水酸化アルミニウム系材料は、従来、知られていない。例えば、特許文献1や特許文献2に開示される水酸化アルミニウムは、α-アルミナへ結晶転移させるため焼成温度が1000℃以上である。また、特許文献3では、従来の遷移温度より100~300℃程度も低い温度でα-アルミナ粉末の製造が可能になるとされているが、熱分析(TG/DTA)の結果を見るに、α-アルミナへの遷移温度に対応する発熱ピークは、約960℃と約1200℃に存在する(特許文献3の図4(C))。 The amorphous aluminum hydroxide of the present invention has an extremely low crystal transition temperature of 750 to 850 ° C. to α-alumina. Therefore, by heat-treating this amorphous aluminum hydroxide at a low temperature, it is possible to obtain α-alumina powder having fine particles and a high degree of pregelatinization. As described above, an aluminum hydroxide-based material having an extremely low crystal transition temperature has not been known so far. For example, the aluminum hydroxide disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 has a firing temperature of 1000 ° C. or higher because it undergoes crystal transition to α-alumina. Further, in Patent Document 3, it is stated that α-alumina powder can be produced at a temperature as low as 100 to 300 ° C. than the conventional transition temperature. However, the results of thermal analysis (TG / DTA) show that α. -The exothermic peaks corresponding to the transition temperature to alumina exist at about 960 ° C and about 1200 ° C (FIG. 4 (C) of Patent Document 3).

無定形水酸化アルミニウムの製造方法
本発明の無定形水酸化アルミニウムの製造方法は、水酸化アルミニウム粉末にα-アルミナ種子を混合し、前記α-アルミナ種子を10~20質量%含有する水酸化アルミニウム混合原料とする工程と、前記水酸化アルミニウム混合原料に、乾式ビーズミルを用いたメカノケミカル処理を施す工程と、を含む。
Method for producing amorphous aluminum hydroxide In the method for producing amorphous aluminum hydroxide of the present invention, α-alumina seeds are mixed with aluminum hydroxide powder, and aluminum hydroxide containing 10 to 20% by mass of the α-alumina seeds. It includes a step of using the mixed raw material and a step of subjecting the aluminum hydroxide mixed raw material to a mechanochemical treatment using a dry bead mill.

まず、原料として、水酸化アルミニウム粉末を準備する。水酸化アルミニウム粉末として、ギブサイトやバイヤーライトなどを用いることができる。しかしながら、製造コストを踏まえるとギブサイトが好ましい。また、水酸化アルミニウム粉末は何れの方法で製造されたものであってもよいが、バイヤー法で製造されたものが好ましい。 First, aluminum hydroxide powder is prepared as a raw material. As the aluminum hydroxide powder, gibbsite, buyer light and the like can be used. However, gibbsite is preferable in view of manufacturing cost. Further, the aluminum hydroxide powder may be produced by any method, but those produced by the Bayer process are preferable.

粉末の流動性や扱いやすさの観点から、水酸化アルミニウム粉末は、そのDp50(平均粒径)が3~50μm、BET比表面積が0.2~5.0m/gが好ましい。汎用的な水酸化アルミニウム粉末は、そのDp50やBET比表面積が上記範囲内である。本発明の製造方法では、汎用の水酸化アルミニウム粉末原料を用いることが可能であり、その結果、製造コスト低減及び簡便さというメリットを最大限に生かすことができる。 From the viewpoint of the fluidity and ease of handling of the powder, the aluminum hydroxide powder preferably has a Dp50 (average particle size) of 3 to 50 μm and a BET specific surface area of 0.2 to 5.0 m 2 / g. The general-purpose aluminum hydroxide powder has a Dp50 and a BET specific surface area within the above range. In the production method of the present invention, a general-purpose aluminum hydroxide powder raw material can be used, and as a result, the advantages of reduction in production cost and simplicity can be maximized.

次に、水酸化アルミニウム粉末にα-アルミナ種子を混合して水酸化アルミニウム混合原料とする。α-アルミナ種子の混合量は、水酸化アルミニウム混合原料中のα-アルミナ種子の含有量が10~20質量%となるように調節する。α-アルミナ種子を加えることで、得られる無定形水酸化アルミニウムの結晶転移温度低下の効果を十分に発揮させることが可能となる。 Next, α-alumina seeds are mixed with the aluminum hydroxide powder to obtain an aluminum hydroxide mixed raw material. The mixing amount of α-alumina seeds is adjusted so that the content of α-alumina seeds in the aluminum hydroxide mixed raw material is 10 to 20% by mass. By adding α-alumina seeds, it becomes possible to fully exert the effect of lowering the crystal transition temperature of the obtained amorphous aluminum hydroxide.

α-アルミナ種子による結晶転移温度低下について、次のように推測している。すなわち、α-アルミナを種子として水酸化アルミニウム原料中に少量添加することで、α化転移温度が低下する現象は古くから知られている。本発明においては、原料である水酸化アルミニウム(ギブサイト等)とα-アルミナ種子とを、まず混合状態の原料粉体に調整し、同時にメカノケミカル処理を施すことによって、著しく小さくなるよう粉砕する。そのため、比表面積が増大している無定形水酸化アルミニウム一次粒子とα-アルミナ種子とが粒子界面で密接に凝集し、目的とする相互作用がより均一化される。その結果、無定形水酸化アルミニウムが、χアルミナなどの中間アルミナ相を経由せずに、本来では相転移しないような低温領域でのα化転移が可能になると考えている。 The decrease in crystal transition temperature due to α-alumina seeds is estimated as follows. That is, the phenomenon that the pregelatinization transition temperature is lowered by adding a small amount of α-alumina as a seed to the aluminum hydroxide raw material has been known for a long time. In the present invention, aluminum hydroxide (gibbsite or the like) and α-alumina seeds, which are raw materials, are first prepared into a mixed raw material powder, and at the same time, subjected to mechanochemical treatment to crush them so as to be significantly smaller. Therefore, the amorphous aluminum hydroxide primary particles having an increased specific surface area and the α-alumina seeds are closely aggregated at the particle interface, and the desired interaction is made more uniform. As a result, it is considered that amorphous aluminum hydroxide can undergo pregelatinization transition in a low temperature region where phase transition does not normally occur without passing through an intermediate alumina phase such as χ alumina.

無定形水酸化アルミニウムのα化転移を低温化させる観点から、α-アルミナ種子は、高α化度且つ微粒であることが好ましい。α化度は、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。Dp50は0.1~0.5μm、BET比表面積は5~15m/gが好ましい。また、α化転移を低温化させる観点から、α-アルミナ種子の含有量は高いほど好ましい。しかしながら、高品質のα-アルミナ種子は高価である。本発明においては、α化転移低温化の効果及び経済性のバランスの観点から、α-アルミナ種子の含有量を10~20質量%としている。α-アルミナ種子の含有量は、好ましくは15~20質量%である。 From the viewpoint of lowering the temperature of the pregelatinization transition of amorphous aluminum hydroxide, α-alumina seeds preferably have a high degree of pregelatinization and fine particles. The degree of pregelatinization is preferably 90% or more, more preferably 95% or more. The Dp50 is preferably 0.1 to 0.5 μm, and the BET specific surface area is preferably 5 to 15 m 2 / g. Further, from the viewpoint of lowering the temperature of the pregelatinization transition, the higher the content of α-alumina seeds is, the more preferable. However, high quality α-alumina seeds are expensive. In the present invention, the content of α-alumina seeds is set to 10 to 20% by mass from the viewpoint of the balance between the effect of lowering the pregelatinization transition and the economic efficiency. The content of α-alumina seeds is preferably 15 to 20% by mass.

次に、前記混合原料にメカノケミカル処理を施して、無定形水酸化アルミニウムとする。結晶に対して粉砕操作を継続的に行うと、新生表面が増大するとともに繋ぎ手を失った表面原子及び/又は分子の数が増大し、それらの結合状態の乱れは表面層近傍に及ぶ。その結果、粉砕粒子は活性化する。また、乾式粉砕の場合は、粉末の凝集が起こり、見かけの表面積が減少する。粉砕粒子の活性表面は、空気中の水分やガスを表面吸着して、化学ポテンシャルが低下して安定になる。この一連の反応の際に、種々の相転移が起こる。このような現象及び効果をメカノケミカル反応といい、このようなメカノケミカル反応を引き起こす処理をメカノケミカル処理という。 Next, the mixed raw material is subjected to mechanochemical treatment to obtain amorphous aluminum hydroxide. When the pulverization operation is continuously performed on the crystal, the number of surface atoms and / or molecules that have lost the joint increases as the number of new surfaces increases, and the disorder of their bonding state extends to the vicinity of the surface layer. As a result, the pulverized particles are activated. Further, in the case of dry pulverization, agglomeration of powder occurs and the apparent surface area is reduced. The active surface of the crushed particles adsorbs moisture and gas in the air on the surface, and the chemical potential decreases and becomes stable. During this series of reactions, various phase transitions occur. Such phenomena and effects are called mechanochemical reactions, and treatments that cause such mechanochemical reactions are called mechanochemical treatments.

本発明の無定形水酸化アルミニウムの製造方法では、メカノケミカル処理として、乾式ビーズミルを用いた処理を行う。乾式ビーズミル処理では、混合原料に高い粉砕シェアがかかり、メカノケミカル反応が効果的に引き起こされる。乾式ビーズミルは、媒体撹拌型粉砕機の一種であり、原料投入口と円筒容器(ベッセル)と円筒容器内に設けられた回転する撹拌部材(アジテータ)と処理粉の出口から構成されている。また、ベッセル内のアジテータ間隙には、多数の粉砕媒体(ビーズ)が充填されている。乾式ビーズミルは、動作時にアジテータが高速回転し、ビーズを撹拌する。このとき、原料投入口から投入された原料は、アジテータ、ビーズ及びベッセル内壁と衝突を繰り返し、衝撃力、せん段力及び摩擦力などによって粉砕されるとともにメカノケミカル反応が引き起こされ、乾式処理粉となって出口から排出される。 In the method for producing amorphous aluminum hydroxide of the present invention, a treatment using a dry bead mill is performed as a mechanochemical treatment. In the dry bead mill treatment, a high pulverization share is applied to the mixed raw material, and a mechanochemical reaction is effectively triggered. The dry bead mill is a kind of medium stirring type crusher, and is composed of a raw material input port, a cylindrical container (vessel), a rotating stirring member (agitator) provided in the cylindrical container, and an outlet of processed powder. Further, the agitator gap in the vessel is filled with a large number of pulverizing media (beads). In the dry bead mill, the agitator rotates at high speed during operation to agitate the beads. At this time, the raw material input from the raw material input port repeatedly collides with the agitator, beads, and the inner wall of the vessel, and is crushed by impact force, shearing force, frictional force, etc. It is discharged from the exit.

乾式ビーズミル処理によるメカノケミカル反応の詳細なメカニズムは不明であるが、次のように推測している。処理の際に、水酸化アルミニウムに高シェア状態の乾式粉砕処理が連続的にかかり続けられる。そのため、水酸化アルミニウム中の結晶水の一部が脱離する。また、それとともに、粉砕粒子とビーズとベッセル内壁の摩擦により装置内が高温化し、その結果、粉砕粒子(水酸化アルミニウム)中で部分的に水熱反応や溶解再析出のような相転移現象が起こる。実際、原料水酸化アルミニウム粉末として、ギブサイト(結晶水含有量34.7質量%)を用い、α-アルミナ種子の混合量を20質量%とした場合、水酸化アルミニウム混合原料の結晶水含有量は27.0質量%以上であるのに対し、乾式ビーズミル処理後の乾式処理粉の結晶水含有量は21.0質量%以下、場合によっては17.0質量%以下にまで低減する。このことから、乾式ビーズミル処理により、結晶水の脱離が起こることが理解される。 The detailed mechanism of the mechanochemical reaction by the dry bead mill treatment is unknown, but it is speculated as follows. During the treatment, the aluminum hydroxide is continuously subjected to a dry pulverization treatment in a high market share state. Therefore, a part of the water of crystallization in the aluminum hydroxide is desorbed. At the same time, the friction between the crushed particles, the beads and the inner wall of the vessel causes the temperature inside the device to rise, and as a result, phase transition phenomena such as partial hydrothermal reaction and dissolution reprecipitation occur in the crushed particles (aluminum hydroxide). Occur. In fact, when gibsite (crystal water content 34.7% by mass) is used as the raw material aluminum hydroxide powder and the mixing amount of α-alumina seeds is 20% by mass, the water of crystallization content of the aluminum hydroxide mixed raw material is. While it is 27.0% by mass or more, the water of crystallization content of the dry-type treated powder after the dry-type bead mill treatment is reduced to 21.0% by mass or less, and in some cases to 17.0% by mass or less. From this, it is understood that water of crystallization is desorbed by the dry bead mill treatment.

乾式ビーズミルは、そのアジテータ周速(回転速度)が、好ましくは5.0~6.0m/s、より好ましくは5.0~5.5m/sであり、ビーズ充填量が、好ましくは60~70容量%、より好ましくは60~65容量%である。また、フィード量は、好ましく1.0~4.0kg/h、より好ましくは2.0~3.0kg/hである。アジテータ周速及びビーズ充填量が高いほど、メカノケミカル処理が、より効果的に行われ、高品質の無定形水酸化アルミニウムが得られる。また、フィード量が少ないほど、混合原料の滞留時間が長くなり、水酸化アルミニウムの無定形化が促進される。しかしながら、アジテータ周速及びビーズ充填量が過度に高いと、安定した連続運転が困難となる。また、フィード量が過度に少ないと、粉砕粉漏れによる収率低下等の問題が顕著となり、生産効率が悪くなる。アジテータ周速、ビーズ充填量及びフィード量が上記数値範囲内であれば、高品質の無定形化アルミニウムを、生産性よく得ることができる。 The agitator peripheral speed (rotational speed) of the dry bead mill is preferably 5.0 to 6.0 m / s, more preferably 5.0 to 5.5 m / s, and the bead filling amount is preferably 60 to 60 to s. It is 70% by volume, more preferably 60 to 65% by volume. The feed amount is preferably 1.0 to 4.0 kg / h, more preferably 2.0 to 3.0 kg / h. The higher the agitator peripheral speed and the bead filling amount, the more effectively the mechanochemical treatment is performed, and high quality amorphous aluminum hydroxide is obtained. Further, as the feed amount is smaller, the residence time of the mixed raw material becomes longer, and the amorphous formation of aluminum hydroxide is promoted. However, if the peripheral speed of the agitator and the filling amount of beads are excessively high, stable continuous operation becomes difficult. Further, if the feed amount is excessively small, problems such as a decrease in yield due to leakage of pulverized powder become remarkable, and the production efficiency deteriorates. When the agitator peripheral speed, the bead filling amount and the feed amount are within the above numerical ranges, high-quality amorphous aluminum can be obtained with good productivity.

メカノケミカル処理の際、水酸化アルミニウム混合原料を乾式ビーズミルで1回処理(1パス処理)してもよく、多数回処理(2パス処理、3パス処理等)してもよい。上述したように、フィード量が少ないほど水酸化アルミニウムの無定形化は促進されるが、生産効率が悪くなる。この点、多数回処理することで、フィード量を多くしても、1回処理した場合と同じ結果が得られる。そのため、生産効率を維持しつつ、高品質の無定形水酸化アルミニウムが得られる。フィード量を2.0~3.0kg/hとし、2パス処理することが好ましい。 In the mechanochemical treatment, the aluminum hydroxide mixed raw material may be treated once with a dry bead mill (1 pass treatment) or may be treated multiple times (2 pass treatment, 3 pass treatment, etc.). As described above, the smaller the feed amount, the more the amorphization of aluminum hydroxide is promoted, but the lower the production efficiency. In this respect, by processing a large number of times, the same result as in the case of processing once can be obtained even if the feed amount is increased. Therefore, high-quality amorphous aluminum hydroxide can be obtained while maintaining production efficiency. It is preferable to set the feed amount to 2.0 to 3.0 kg / h and perform 2-pass processing.

メカノケミカル処理の際、必要に応じて、水酸化アルミニウム混合原料に粉砕助剤を加えてもよい。粉砕助剤とし、例えば、エタノールが挙げられる。 During the mechanochemical treatment, a pulverizing aid may be added to the aluminum hydroxide mixed raw material, if necessary. Examples of the pulverizing aid include ethanol.

乾式ビーズミル以外の一般的な乾式粉砕機、例えば、乾式ボールミルを用いて処理した場合では、処理粉のメカノケミカル反応が不十分であり、無定形水酸化アルミニウムを得ることができない。その上、このような一般的な乾式粉砕機では、処理時間を長くしても、粉砕粒子の微粒化には限界があり、比表面積を十分に高くすることができない。また、湿式粉砕機を用いて処理した場合には、粉砕粒子を1μm以下に微粒化することは可能であるが、メカノケミカル反応が不十分である。そのため、無定形水酸化アルミニウムを得ることができない。その上、湿式粉砕機を用いた場合には、コンタミネーション(不純物)が増加するとともに、生産性が悪いという問題がある。例えば、特許文献3では湿式粉砕処理が行われているが、湿式粉砕処理には、高度な濾過装置や大型乾燥設備が必要である。 When treated using a general dry crusher other than the dry bead mill, for example, a dry ball mill, the mechanochemical reaction of the treated powder is insufficient, and amorphous aluminum hydroxide cannot be obtained. Moreover, in such a general dry pulverizer, even if the processing time is lengthened, there is a limit to the atomization of the pulverized particles, and the specific surface area cannot be sufficiently increased. Further, when treated using a wet pulverizer, it is possible to atomize the pulverized particles to 1 μm or less, but the mechanochemical reaction is insufficient. Therefore, amorphous aluminum hydroxide cannot be obtained. In addition, when a wet pulverizer is used, there is a problem that contamination (impurities) increases and productivity is poor. For example, in Patent Document 3, wet pulverization treatment is performed, but the wet pulverization treatment requires an advanced filtration device and a large-scale drying facility.

これに対して、本発明の製造方法では、乾式処理である乾式ビーズ処理により、水酸化アルミニウム混合原料のメカニカル反応を十分なものとすることができ、その結果、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低い無定形水酸化アルミニウムを、簡便に得ることができる。特に、本発明の製造方法では、乾式ビールミルによるメカニカル処理を採用しているため、汎用の水酸化アルミニウムを出発原料としながらも、加工難度の高い無定形水酸化アルミニウムを安価に得ることができる。したがって、湿式粉砕処理で必要とされる高度な濾過装置や大型乾燥設備が不要であり、生産性に優れている。その上、乾式ビーズミルとして連続式の装置を用いた場合には、連続処理が可能である。 On the other hand, in the production method of the present invention, the mechanical reaction of the aluminum hydroxide mixed raw material can be made sufficient by the dry bead treatment, which is a dry treatment, and as a result, the crystal transition temperature to α-alumina can be satisfied. Amorphous aluminum hydroxide with a significantly low transition temperature can be easily obtained. In particular, since the manufacturing method of the present invention employs mechanical treatment using a dry beer mill, it is possible to inexpensively obtain amorphous aluminum hydroxide having a high degree of processing difficulty while using general-purpose aluminum hydroxide as a starting material. Therefore, the advanced filtration device and large-scale drying equipment required for the wet pulverization process are not required, and the productivity is excellent. Moreover, when a continuous device is used as the dry bead mill, continuous processing is possible.

α-アルミナ粉末の製造方法
本発明のα-アルミナ粉末の製造方法では、無定形水酸化アルミニウムを900~1000℃の範囲内の温度で熱処理(焼成)する。また、必要に応じて、熱処理後の熱処理粉に解砕処理を施してもよい。本発明の無定形水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低いため、900~1000℃という比較的低温での熱処理でも、α化度の十分に高いα-アルミナ粉末を得ることができる。また、熱処理温度が低いため、熱処理時の結晶粒成長を抑えることができる。したがって、微粒且つ高α化度のアルミナ粉末を得ることができる。熱処理温度は900~1000℃が好ましく、925~975℃がより好ましい。
Method for Producing α-Alumina Powder In the method for producing α-alumina powder of the present invention, amorphous aluminum hydroxide is heat-treated (baked) at a temperature in the range of 900 to 1000 ° C. Further, if necessary, the heat-treated powder after the heat treatment may be subjected to a crushing treatment. Since the amorphous aluminum hydroxide of the present invention has a remarkably low crystal transition temperature to α-alumina, α-alumina powder having a sufficiently high degree of pregelatinization can be obtained even by heat treatment at a relatively low temperature of 900 to 1000 ° C. Can be done. Further, since the heat treatment temperature is low, it is possible to suppress the growth of crystal grains during the heat treatment. Therefore, fine-grained alumina powder having a high degree of pregelatinization can be obtained. The heat treatment temperature is preferably 900 to 1000 ° C, more preferably 925 to 975 ° C.

α-アルミナ粉末は、そのα化度80.0%以上が好ましく、90.0%以上がより好ましい。本発明の製造方法では、α-アルミナへの結晶転移温度が十分に低い無定形水酸化アルミニウムを用いているため、高α化度のアルミナ粉末を得ることが可能である。なお、α化度は、α-アルミナ結晶の(012)面および(116)面のX線回折強度を測定し、標準試料(α化度100%)のX線回折強度と比較することによって求めることができる。 The α-alumina powder preferably has a degree of pregelatinization of 80.0% or more, more preferably 90.0% or more. Since the production method of the present invention uses amorphous aluminum hydroxide having a sufficiently low crystal transition temperature to α-alumina, it is possible to obtain alumina powder having a high degree of pregelatinization. The degree of pregelatinization is determined by measuring the X-ray diffraction intensity of the (012) plane and the (116) plane of the α-alumina crystal and comparing it with the X-ray diffraction intensity of the standard sample (pregelatinization degree 100%). be able to.

α-アルミナ粉末は、そのDp50が0.1~0.5μm、BET比表面積が5.0~15.0m/gであることが好ましい。本発明の製造方法では、熱処理温度が低いため、微粒なα-アルミナ粉末を得ることができる。 The α-alumina powder preferably has a Dp50 of 0.1 to 0.5 μm and a BET specific surface area of 5.0 to 15.0 m 2 / g. In the production method of the present invention, since the heat treatment temperature is low, fine α-alumina powder can be obtained.

α-アルミナ粉末は、アルミナ以外の成分の含有量が0.2質量%以下が好ましく、0.1質量%がより好ましい。特許文献1では酸化マグネシウムなどの成分を添加しているが、本発明の製造方法では、このような添加成分の必要は無い。その上、ナトリウム含有量が多いギブサイト等を原料に用いても、容易にナトリウム含有量を減らすことができる。したがって、焼結阻害成分であるナトリウムやジルコニウムの含有量の少ないα-アルミナ粉末を得ることができる。 The α-alumina powder preferably has a content of components other than alumina of 0.2% by mass or less, more preferably 0.1% by mass. Although a component such as magnesium oxide is added in Patent Document 1, such an additive component is not necessary in the production method of the present invention. Moreover, even if gibbsite or the like having a high sodium content is used as a raw material, the sodium content can be easily reduced. Therefore, it is possible to obtain α-alumina powder having a low content of sodium and zirconium, which are sintering inhibitory components.

このように、本発明のα-アルミナ粉末の製造方法により、微粒且つ高α化度の高品質なα-アルミナ粉末を簡便に得ることができる。このα-アルミナ粉末は易焼結性に優れる。したがって、易焼結性に優れたα-アルミナ粉末及びそれを用いたセラミックスなどの製品を、低コストで製造することが可能となる。 As described above, by the method for producing α-alumina powder of the present invention, it is possible to easily obtain high-quality α-alumina powder having fine particles and a high degree of pregelatinization. This α-alumina powder has excellent sinterability. Therefore, it is possible to manufacture α-alumina powder having excellent sinterability and products such as ceramics using the powder at low cost.

本発明を、以下の例を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(1)乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)の作製
例1(比較例)
<混合原料の作製>
水酸化アルミニウム混合原料を次のようにして作製した。まず、原料として水酸化アルミニウム粉末とα-アルミナ種子を準備した。水酸化アルミニウム粉末として、バイヤー法により製造される安価な汎用品である日本軽金属株式会社製B53(ギブサイト)を用いた。また、α-アルミナ種子として、日本軽金属株式会社製AHP200を用いた。このα-アルミナ種子(AHP200)は、そのα化度が97.0%であった。
(1) Preparation of dry-processed powder (amorphous aluminum hydroxide)
Example 1 (comparative example)
<Preparation of mixed raw materials>
The aluminum hydroxide mixed raw material was prepared as follows. First, aluminum hydroxide powder and α-alumina seeds were prepared as raw materials. As the aluminum hydroxide powder, B53 (gibbsite) manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd., which is an inexpensive general-purpose product manufactured by the Bayer process, was used. Further, as the α-alumina seed, AHP200 manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd. was used. The α-alumina seed (AHP200) had a degree of pregelatinization of 97.0%.

次に、上記水酸化アルミニウム粉末(B53)に、α-アルミナ種子(AHP200)を20wt%添加し、その後、ヘンシェルミキサーを用いて5分間混合を行って、無定形水酸化アルミニウム原料用の混合原料(混合粉体)とした。 Next, 20 wt% of α-alumina seeds (AHP200) was added to the aluminum hydroxide powder (B53), and then mixed for 5 minutes using a Henshell mixer to mix raw materials for amorphous aluminum hydroxide raw materials. (Mixed powder).

<メカノケミカル処理>
さらに、上記混合原料に、乾式ビーズミル(アシザワ・ファインテック社、SDA-5)を用いたメカノケミカル処理を1パス(1パス処理)行い、乾式処理粉を作製した。乾式ビーズミル処理は、φ1.5mmのPSZ(部分安定化ジルコニア)製メディアビーズと粉砕助剤(エタノール)を用い、ビーズ充填率60容量%、周速5.5m/s、フィード量3.0kg/hの条件で行った。
<Mechanochemical treatment>
Further, the mixed raw material was subjected to mechanochemical treatment using a dry bead mill (Ashizawa Finetech Co., Ltd., SDA-5) for 1 pass (1 pass treatment) to prepare a dry treated powder. The dry bead mill treatment uses PSZ (partially stabilized zirconia) media beads with a diameter of 1.5 mm and a crushing aid (ethanol), and the bead filling rate is 60% by volume, the peripheral speed is 5.5 m / s, and the feed amount is 3.0 kg /. It was done under the condition of h.

例2(実施例)
メカニカル処理の際、2パス目の途中で処理を終了した以外は、例1と同様にして、乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)を作製した。
Example 2 (Example)
During the mechanical treatment, a dry treated powder (amorphous aluminum hydroxide) was produced in the same manner as in Example 1 except that the treatment was completed in the middle of the second pass.

例3(実施例)
メカノケミカル処理を2パス(2パス処理)行った以外は、例1と同様にして、乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)を作製した。
Example 3 (Example)
A dry treated powder (amorphous aluminum hydroxide) was produced in the same manner as in Example 1 except that the mechanochemical treatment was performed in 2 passes (2-pass treatment).

例4(比較例)
水酸化アルミニウム粉末として日本軽金属株式会社製BE033(ギブサイト)を用い、α-アルミナ種子として開発品(α化度93.0%)を用い、メカノケミカル処理の際に、乾式ビーズミルのフィード口(原料投入口)付近にブリッジブレーカー(粉詰まり解消装置)を設置した以外は、例1と同様にして、乾式処理粉を作製した。ここで、ブリッジブレーカーは、フィード口付近の粉詰まり対策を目的とする装置であり、これを設置することで、連続運転しても安定したサンプル回収が可能となる。
Example 4 (comparative example)
BE033 (gibbsite) manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd. is used as the aluminum hydroxide powder, and the developed product (pregelatinization degree 93.0%) is used as the α-alumina seed. A dry-processed powder was produced in the same manner as in Example 1 except that a bridge breaker (powder clogging clearing device) was installed near the charging port). Here, the bridge breaker is a device for the purpose of preventing powder clogging in the vicinity of the feed port, and by installing the bridge breaker, stable sample collection is possible even in continuous operation.

例5(比較例)
ブリッジブレーカーを設置しなかった以外は、例4と同様にして、乾式処理粉を作製した。
Example 5 (comparative example)
The dry-processed powder was prepared in the same manner as in Example 4 except that the bridge breaker was not installed.

例6(実施例)
乾式ビーズミルの周速を6.0m/sとした以外は、例4と同様にして、乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)を作製した。
Example 6 (Example)
A dry treated powder (amorphous aluminum hydroxide) was produced in the same manner as in Example 4 except that the peripheral speed of the dry bead mill was 6.0 m / s.

例7(比較例)
α-アルミナ種子として、BET比表面積の異なる開発品(α化度90.0%)を用い、乾式ビーズミルのフィード量を4.0kg/hとした以外は、例4と同様にして、乾式処理粉を作製した。
Example 7 (comparative example)
As α-alumina seeds, a developed product having a different BET specific surface area (pregelatinization degree 90.0%) was used, and the dry-type treatment was carried out in the same manner as in Example 4 except that the feed amount of the dry-type bead mill was 4.0 kg / h. The powder was made.

例8(比較例)
メカノケミカル処理を2パス(2パス処理)行った以外は、例7と同様にして、乾式不処理粉を作製した。
Example 8 (comparative example)
A dry untreated powder was produced in the same manner as in Example 7 except that the mechanochemical treatment was performed in 2 passes (2-pass treatment).

例9(実施例)
乾式ビーズミルのフィード量を2.0kg/hとし、ビーズ充填率を65容量%とした以外は、例7と同様にして、乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)を作製した。
Example 9 (Example)
A dry treated powder (amorphous aluminum hydroxide) was produced in the same manner as in Example 7 except that the feed amount of the dry bead mill was 2.0 kg / h and the bead filling rate was 65% by volume.

例10(参考例)
原料水酸化アルミニウムとして日本軽金属株式会社製C10(擬ベーマイト)を用い、α-アルミナ種子として日本軽金属株式会社製AHP200(α化度97.0%)を用いた以外は、例9と同様にして、乾式処理粉を作製した。
Example 10 (reference example)
Same as Example 9 except that C10 (pseudo-boehmite) manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd. was used as the raw material aluminum hydroxide and AHP200 (pregelatinization degree 97.0%) manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd. was used as the α-alumina seed. , Dry-type treated powder was prepared.

(2)乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)の評価
例1~10について、各種特性の評価を以下のとおり行った。
(2) Evaluation of dry-processed powder (amorphous aluminum hydroxide) Various characteristics of Examples 1 to 10 were evaluated as follows.

<Dp50>
平均粒径(Dp50)を次のようにして測定した。すなわち、ホモジナイザー(日本精機製作所、US-600T)を用いて、測定対象粉末を600W、20kHz、1分間の条件で分散処理し、その後、レーザー回折・散乱式粒度分析装置(日機装株式会社、マイクロトラックMT3300)を用いてサンプルの粒度を測定した。
<Dp50>
The average particle size (Dp50) was measured as follows. That is, a homogenizer (Nissei Tokyo Office, US-600T) was used to disperse the powder to be measured under the conditions of 600 W, 20 kHz, 1 minute, and then a laser diffraction / scattering particle size analyzer (Nikkiso Co., Ltd., Microtrack). The particle size of the sample was measured using MT3300).

<BET比表面積>
BET比表面積は、JIS1626に基づき、比表面積自動測定装置(マイクロメリテックス社、フローソーブII2300形)を用いて測定した。
<BET specific surface area>
The BET specific surface area was measured using an automatic specific surface area measuring device (Micromeritex, Flowsorb II2300 type) based on JIS1626.

<X線回折>
粉末X線回折法により、粉末試料のX線回折パターンを求め、この回折パターンからギブサイトの結晶ピーク(002)面の強度(CPS)を算出した。なお、例10については、回折パターンからベーマイトの結晶ピーク(020)面の強度(CPS)を算出した。
<X-ray diffraction>
The X-ray diffraction pattern of the powder sample was obtained by the powder X-ray diffraction method, and the intensity (CPS) of the crystal peak (002) plane of the gibsite was calculated from this diffraction pattern. For Example 10, the intensity (CPS) of the crystal peak (020) plane of boehmite was calculated from the diffraction pattern.

X線回折は次のようにして行った。まず、粉末試料を専用試料板に載せ、20mm×20mm×0.5mmのサイズとなるよう軽く押し広げて測定サンプルを作製した。次に、X線回折装置を用いて、測定サンプルのX線回折パターンを求めた。 X-ray diffraction was performed as follows. First, a powder sample was placed on a special sample plate and lightly spread to a size of 20 mm × 20 mm × 0.5 mm to prepare a measurement sample. Next, an X-ray diffraction pattern of the measurement sample was obtained using an X-ray diffractometer.

X線回折の条件は、以下のとおりとした。
- 装置:株式会社リガク製RINT(試料水平型:UltimaII)
- 線源:CuKα線
- 電圧:40kV
- 電流:40mA
- スキャンスピード:4°/min
- サンプル幅:0.05°
― 開始角度:5°
- 終了角度:90°
The conditions for X-ray diffraction were as follows.
-Device: RINT manufactured by Rigaku Co., Ltd. (Sample horizontal type: UltimaII)
-Radioactive source: CuKα wire-Voltage: 40kV
-Current: 40mA
-Scan speed: 4 ° / min
-Sample width: 0.05 °
-Starting angle: 5 °
-End angle: 90 °

<結晶水含有量>
結晶水含有量(LOI)は、強熱減量(%)を測定することで求めた。強熱減量の測定は以下のようにして行った。まず、試料を白金るつぼに入れ、秤量瓶を用いて、質量W2(g)を測定した。測定後に試料の乾燥処理を行い、その後、炉中で1100℃まで100℃/15min程度の速度で昇温させ、炉内温度が1100℃±25℃に達してから1時間保持する強熱処理を行った。強熱後に質量W3(g)を測定した。また、これとは別に、白金るつぼと秤量瓶の質量W1(g)を測定した。W1~W3を用いて、結晶水含有量LOI(強熱減量)を、式:LOI=(W2-W3)/(W2-W1)×100(%)-付着水分量(%)(ただし、W1は白金るつぼと秤量瓶の質量(g)、W2は試料と白金るつぼと秤量瓶の質量(g)、W3は強熱後の試料と白金るつぼと秤量瓶の質量(g))により求めた。
<Water of crystallization>
The water of crystallization (LOI) was determined by measuring the ignition loss (%). The measurement of ignition loss was performed as follows. First, the sample was placed in a platinum crucible, and the mass W2 (g) was measured using a weighing bottle. After the measurement, the sample is dried, and then the temperature is raised to 1100 ° C. at a rate of about 100 ° C./15 min, and a strong heat treatment is performed to keep the temperature inside the furnace at 1100 ° C. ± 25 ° C. for 1 hour. rice field. The mass W3 (g) was measured after ignition. Separately, the mass W1 (g) of the platinum crucible and the weighing bottle was measured. Using W1 to W3, the water of crystallization content LOI (ignition loss) is calculated by the formula: LOI = (W2-W3) / (W2-W1) × 100 (%) -adhered water content (%) (where W1 Was determined by the mass (g) of the platinum crucible and the weighing bottle, W2 was determined by the mass of the sample, the platinum crucible and the weighing bottle (g), and W3 was determined by the mass of the sample, the platinum crucible and the weighing bottle after ignition (g).

<発熱ピーク温度>
発熱ピーク温度を、示差走査熱量計(株式会社リガク製)を用いて示差走査熱分量分析(DSC)を行うことで求めた。まず、付着水分等の影響を除外すべく、試料を300℃で1時間保持する前処理を行い、その後、昇温速度20℃/分で測定を実施して、DSC曲線を得、α化発熱ピークの検出を行った。
<Peak temperature of heat generation>
The exothermic peak temperature was determined by performing differential scanning calorimetry (DSC) using a differential scanning calorimeter (manufactured by Rigaku Co., Ltd.). First, in order to exclude the influence of adhered water and the like, a pretreatment of holding the sample at 300 ° C. for 1 hour is performed, and then a measurement is performed at a heating rate of 20 ° C./min to obtain a DSC curve and pregelatinize heat generation. The peak was detected.

<不純物量>
試料中の不純物(Zr、NaO)の含有量を、次の方法で測定した。まず、試料を調整後に白金るつぼに入れ、高周波溶融装置にセットした。その後、700℃×60secの予備加熱、1200℃×240secの溶融及び1200℃×120secの揺動処理を行い、ガラスビード化した試料を作製した。次に、走査型蛍光X線分析装置(株式会社リガク、ZSX Primus II)を用いて、ガラスビード試料の分析を行った。その後、得られたデータを検量線用標準試料のデータと比較して、測定結果を得た。また、測定結果はJIS Z 8401に従い、数値の丸めを行った。
<Amount of impurities>
The content of impurities (Zr, Na 2 O) in the sample was measured by the following method. First, after preparing the sample, it was placed in a platinum crucible and set in a high-frequency melting device. Then, preheating at 700 ° C. × 60 sec, melting at 1200 ° C. × 240 sec, and shaking treatment at 1200 ° C. × 120 sec were performed to prepare a glass beaded sample. Next, a glass bead sample was analyzed using a scanning fluorescent X-ray analyzer (Rigaku Co., Ltd., ZSX Primus II). Then, the obtained data was compared with the data of the standard sample for the calibration curve to obtain the measurement result. In addition, the measurement results were rounded according to JIS Z 8401.

(3)結果
例1~10について、原料(水酸化アルミニウム粉末、α-アルミナ種子)、水酸化アルミニウム混合原料及び乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)の評価結果を、試料作製条件とともに、表1~4に示す。また、混合原料及び乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)のX線回折パターンを図1~6に、DSC曲線を図7~10に示す。さらに、例1~9について、原料、混合原料及び乾式処理粉の不純物(Zr、NaO)量を、表5~7に示す。
(3) Results For Examples 1 to 10, the evaluation results of the raw materials (aluminum hydroxide powder, α-alumina seeds), aluminum hydroxide mixed raw materials and dry-treated powder (atypical aluminum hydroxide) are shown in the table together with the sample preparation conditions. Shown in 1 to 4. The X-ray diffraction patterns of the mixed raw material and the dry-processed powder (amorphous aluminum hydroxide) are shown in FIGS. 1 to 6, and the DSC curves are shown in FIGS. 7 to 10. Further, for Examples 1 to 9, the amounts of impurities (Zr, Na 2 O) in the raw materials, the mixed raw materials and the dry-processed powder are shown in Tables 5 to 7.

表1~4及び図1~6に示されるX線回折ピーク強度の結果を見て分かるように、水酸化アルミニウム混合原料に乾式ビーズミルを用いたメカノケミカル処理を施すことにより、ピーク強度が著しく小さくなるとともに、結晶水含有量が低減した(例1~9)。特に、例1~9の混合原料は、その結晶水含有量が27.7~27.9質量%であるのに対し、乾式ビーズミル処理を施した本発明実施例(例2、3、6及び9)の無定形水酸化アルミニウム(乾式処理粉)は、結晶水含有量が21.0質量%以下、場合によっては17.0質量%以下であった。このことから、乾式ビーズミル処理により、水酸化アルミニウムが無定形化され、結晶性が消失又は低下するとともに、結晶水の一部が抜け出ていることが分かる。 As can be seen from the results of the X-ray diffraction peak intensities shown in Tables 1 to 4 and FIGS. 1 to 6, the peak intensities are remarkably reduced by subjecting the aluminum hydroxide mixed raw material to mechanochemical treatment using a dry bead mill. At the same time, the water of crystallization content was reduced (Examples 1 to 9). In particular, the mixed raw materials of Examples 1 to 9 have a water of crystallization content of 27.7 to 27.9% by mass, whereas the mixed raw materials of the present invention subjected to the dry bead mill treatment (Examples 2, 3, 6 and). The atypical aluminum hydroxide (dry-treated powder) of 9) had a water of crystallization content of 21.0% by mass or less, and in some cases 17.0% by mass or less. From this, it can be seen that the aluminum hydroxide is amorphized by the dry bead mill treatment, the crystallinity disappears or decreases, and a part of the water of crystallization escapes.

また、表1~4及び図7~10に示される発熱温度の結果(DSC曲線)を見て分かるよう、メカノケミカル処理を施すことにより、α化発熱温度が著しく低下した。特に、例1~9の混合原料はその発熱温度が1100℃以上であるのに対し、本発明実施例(例2、3、6及び9)の乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)は、発熱温度が850℃以下、場合によっては820℃以下にまで低下した。このことから、本発明の無定形水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低いことが分かる。 Further, as can be seen from the results of the exothermic temperature (DSC curve) shown in Tables 1 to 4 and FIGS. 7 to 10, the mechanochemical treatment significantly reduced the pregelatinized exothermic temperature. In particular, the mixed raw materials of Examples 1 to 9 have a heat generation temperature of 1100 ° C. or higher, whereas the dry-treated powder (atypical aluminum hydroxide) of the examples of the present invention (Examples 2, 3, 6 and 9) has a heat generation temperature of 1100 ° C. or higher. The heat generation temperature dropped to 850 ° C. or lower, and in some cases to 820 ° C. or lower. From this, it can be seen that the amorphous aluminum hydroxide of the present invention has a remarkably low crystal transition temperature to α-alumina.

なお、乾式ビーズミルにブリッジブレーカーを設置した例4は、メカノケミカル処理の際に、フィード口付近の粉詰まりは発生しなくなり、フィード設定量とおりの原料供給を安定的に行うことができ、連続供給が可能であった。そのため、設定条件とおりのサンプルを回収することができ、連続的粉砕品を得ることができた。これに対して、ブリッジブレーカーを設置しない例5では、フィード口付近でブリッジ(粉詰まり)がたびたび発生し、その際には、手動で粉詰まりを解消した。そのため、フィード量を定量設定しているにも関わらず、原料が非連続的に粉砕部に投入された可能性がある。したがって、サンプルは、設定した滞留時間よりも長い時間で処理され、非連続的に回収されたと考えられる。そのため、例5では、設定以上の無定形化処理がなされた粉砕粉(手動操作を伴う非連続的粉砕品)が得られた。 In Example 4 in which the bridge breaker is installed in the dry-type bead mill, powder clogging near the feed port does not occur during the mechanochemical treatment, and the raw material can be stably supplied according to the feed set amount, and continuous supply is possible. Was possible. Therefore, the sample according to the set conditions could be collected, and a continuously pulverized product could be obtained. On the other hand, in Example 5 in which the bridge breaker was not installed, bridges (powder clogging) frequently occurred near the feed port, and in that case, the powder clogging was manually cleared. Therefore, there is a possibility that the raw material is discontinuously charged into the pulverized portion even though the feed amount is set quantitatively. Therefore, it is considered that the sample was processed for a longer time than the set residence time and was collected discontinuously. Therefore, in Example 5, a pulverized powder (discontinuous pulverized product accompanied by manual operation) that had been subjected to an amorphous treatment exceeding the set value was obtained.

表1、表2、表5~7を見て分かるように、メカノケミカル処理(無定形化処理)が進むにつれ、結晶水含有量(LOI)が減少するとともに、f-NaOが増加し、最終的にt-NaOとほぼ同程度の値まで移行した。ここでいうt-NaOとは、水酸化アルミニウムの結晶中に取り込まれているナトリウム(Na)分と、結晶表面に付着しているナトリウム分を合わせた、溶融試料中に含まれるナトリウム分の全量測定数値である。また、f-NaOとは、いわゆる溶出不純分である表面に付着しているナトリウム分であり、洗浄操作などによって容易に取り除くことが出来るナトリウム分である。 As can be seen from Tables 1, 2 and 5 to 7, as the mechanochemical treatment (amorphous treatment) progresses, the water of crystallization (LOI) decreases and f-Na 2 O increases. Finally, the value shifted to almost the same value as t—Na 2 O. Here, t-Na 2 O is the sodium content contained in the molten sample, which is the sum of the sodium (Na) content incorporated in the aluminum hydroxide crystal and the sodium content adhering to the crystal surface. It is a total amount measurement value of. Further, f—Na 2 O is a so-called elution-impure sodium content that is attached to the surface and can be easily removed by a washing operation or the like.

バイヤー法によって製造される水酸化アルミニウム結晶中に取り込まれているナトリウム分は、一般的な洗浄操作では取り除くことは極めて難しく、焼成後のアルミナ粒子、ひいては目的とするセラミックスの焼結性といった品質に大きな悪影響を与える。本発明では、メカノケミカル処理(無定形化処理)によって、結晶中に取り込まれていたナトリウム分は結晶外に放出されるため、一般的な洗浄操作などによって容易に取り出されるf-NaOに移行している。そのため、結晶中のナトリウム分が比較的高い安価で汎用的なギブサイト水酸化アルミニウムを原料に使用した場合でも、簡便に結晶中ナトリウム量を低減した無定形化水酸化アルミニウムを得ることができる。したがって、本発明の無定形水酸化アルミニウムの製造方法によれば、ナトリウム含有量が多いギブサイトを原料に用いても、メカニカル処理(無定形化処理)の際に、結晶中のナトリウムを簡単に除去でき、結晶中ナトリウム量の低減した無定形水酸化アルミニウムが得られる。 The sodium content incorporated in the aluminum hydroxide crystals produced by the Bayer process is extremely difficult to remove by general cleaning operations, and the quality of the alumina particles after firing and the sinterability of the target ceramics are improved. It has a big negative effect. In the present invention, the sodium content incorporated in the crystal is released to the outside of the crystal by the mechanochemical treatment (amorphization treatment), so that f—Na 2 O can be easily taken out by a general washing operation or the like. It is migrating. Therefore, even when inexpensive and general-purpose aluminum hydroxide having a relatively high sodium content in crystals is used as a raw material, atypical aluminum hydroxide having a reduced amount of sodium in crystals can be easily obtained. Therefore, according to the method for producing amorphous aluminum hydroxide of the present invention, even if gibsite having a high sodium content is used as a raw material, sodium in crystals can be easily removed during mechanical treatment (amorphous treatment). Amorphous aluminum hydroxide with a reduced amount of sodium in crystals can be obtained.

表5~7を見て分かるように、乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)は、乾式ビーズミル処理時にジルコニアビーズをメディアに用いているにも関わらず、そのジルコニウム(Zr)量が、乾式処理前の混合原料と殆ど同一である。このことから、本発明の無定形水酸化アルミニウムの製造方法によれば、ジルコニウム量の増加が抑制され、ジルコニウム量の少ない無定形水酸化アルミニウムが得られることが分かる。 As can be seen from Tables 5 to 7, the amount of zirconium (Zr) in the dry-treated powder (atypical aluminum hydroxide) is the dry-treated powder even though the zirconia beads are used as the medium during the dry-type bead mill treatment. It is almost the same as the previous mixed raw material. From this, it can be seen that according to the method for producing amorphous aluminum hydroxide of the present invention, an increase in the amount of zirconium is suppressed, and amorphous aluminum hydroxide having a small amount of zirconium can be obtained.

このように、本発明の製造方法によれば、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低く、焼結阻害成分であるナトリウムやジルコニウムの含有量の低い無定形水酸化アルミニウムを得られる。したがって、本発明によれば、微粒且つ高α化度の易焼結性に優れたα-アルミナ粉末を簡便な手法で得ることができる無定形水酸化アルミニウムを得ることができる。 As described above, according to the production method of the present invention, amorphous aluminum hydroxide having a remarkably low crystal transition temperature to α-alumina and a low content of sodium and zirconium, which are sintering inhibitory components, can be obtained. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain amorphous aluminum hydroxide that can obtain α-alumina powder having fine particles and excellent sinterability with a high degree of pregelatinization by a simple method.

(4)α-アルミナ粉末の作製及び評価
乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)を熱処理(焼成)して熱処理粉(アルミナ粉末)を作製した。具体的には、例1、3、6、9及び10の乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)を、400~950℃で5~24時間保持する熱処理を行った。また、比較のため、メカノケミカル処理を行っていない水酸化アルミニウム粉末(BE033)を、800~1400℃で10~24時間保持する熱処理を行った。
(4) Preparation and evaluation of α-alumina powder A heat-treated powder (alumina powder) was prepared by heat-treating (burning) a dry-type treated powder (atypical aluminum hydroxide). Specifically, the dry-type treated powders (amorphous aluminum hydroxide) of Examples 1, 3, 6, 9 and 10 were heat-treated at 400 to 950 ° C. for 5 to 24 hours. For comparison, the aluminum hydroxide powder (BE033) that had not been treated with mechanochemicals was heat-treated at 800 to 1400 ° C. for 10 to 24 hours.

得られた熱処理粉について、BET比表面積、真比重の測定を行うとともに、X線回折法による分析を行った。また、X線回折分析の結果に基づき、α化度を算出した。α化度は、α-アルミナの結晶の(012)面および(116)面のX線回折強度を、標準試料(α化度100%)のX線回折強度と比較することによって求めた。 The obtained heat-treated powder was measured for BET specific surface area and true specific gravity, and analyzed by X-ray diffraction method. In addition, the degree of pregelatinization was calculated based on the results of X-ray diffraction analysis. The degree of pregelatinization was determined by comparing the X-ray diffraction intensities of the (012) and (116) planes of the α-alumina crystal with the X-ray diffraction intensities of the standard sample (100% pregelatinization).

得られた結果を表8に示す。なお、表8には、X線回折分析により得られた2θ(25.6)r面、2θ(52.5)r面及び2θ(57.5)r面の高さ(ピーク強度)と半価幅を併せて示す。さらに、乾式処理粉(例6)と原料水酸化アルミニウム粉末(BE033)について、熱処理後のX線回折パターンを図13~16に示すとともに、α化度及び熱処理後のX線回折強度(2θ(25.6)r面)を、それぞれ図17及び18に示す。 The results obtained are shown in Table 8. In Table 8, the heights (peak intensities) and half of the 2θ (25.6) r-plane, 2θ (52.5) r-plane and 2θ (57.5) r-plane obtained by X-ray diffraction analysis are shown. The price range is also shown. Further, for the dry-treated powder (Example 6) and the raw material aluminum hydroxide powder (BE033), the X-ray diffraction patterns after the heat treatment are shown in FIGS. 13 to 16, and the degree of pregelatinization and the X-ray diffraction intensity after the heat treatment (2θ (2θ). 25.6) r-plane) are shown in FIGS. 17 and 18, respectively.

表8に示されるように、水酸化アルミニウム粉末(BE033)は、1000℃以上でα化し始め、α化度90%以上となるには、1150℃もの高温熱処理が必要であった。また、そのときのBET比表面積は9.5m/g以下であった。また、メカノケミカル処理を行っているものの、無定形化の程度が不十分な比較例の乾式処理粉(例1)は、950℃熱処理後においても、α化度90%には届かなかった。 As shown in Table 8, the aluminum hydroxide powder (BE033) started to be pregelatinized at 1000 ° C. or higher, and required high temperature heat treatment as high as 1150 ° C. to reach a pregelatinization degree of 90% or higher. The BET specific surface area at that time was 9.5 m 2 / g or less. Further, the dry-type treated powder (Example 1) of the comparative example, which had been subjected to mechanochemical treatment but had an insufficient degree of amorphization, did not reach a degree of pregelatinization of 90% even after the heat treatment at 950 ° C.

これに対して、無定形化の程度が十分な実施例の乾式処理粉(無定形水酸化アルミニウム)(例3、例6及び例9)は、950℃熱処理後において、α化度が90%以上であり、そのBET比表面積は11.5m/g以上であった。このことから、無定形水酸化アルミニウムは、低温熱処理でも、α-アルミナへの結晶転移が十分に進行することが分かる。実際、図17及び図18を見て分かるように、無定形水酸化アルミニウムは、メカノケミカル処理を行っていない水酸化アルミニウム粉末(BE033)に比べて、α-アルミナへの結晶転移が約300℃低温化していた。 On the other hand, the dry-type treated powder (amorphous aluminum hydroxide) (Example 3, Example 6 and Example 9) of Examples having a sufficient degree of amorphousness has a degree of pregelatinization of 90% after heat treatment at 950 ° C. As described above, the BET specific surface area was 11.5 m 2 / g or more. From this, it can be seen that the amorphous aluminum hydroxide sufficiently undergoes crystal transition to α-alumina even by low temperature heat treatment. In fact, as can be seen in FIGS. 17 and 18, amorphous aluminum hydroxide has a crystal transition to α-alumina of about 300 ° C. as compared with aluminum hydroxide powder (BE033) which has not been subjected to mechanochemical treatment. It was cold.

図19及び図20に、無定形水酸化アルミニウムを1000℃で熱処理して作製したα-アルミナ粉末の走査電子顕微鏡像(SEM像)と粒度分布を示す。これを見て分かるように、α-アルミナ粉末は、その平均粒径(Dp50)が0.11μmと非常に微細であり且つ均一な粒度分布を示していた。 19 and 20 show a scanning electron microscope image (SEM image) and a particle size distribution of α-alumina powder prepared by heat-treating atypical aluminum hydroxide at 1000 ° C. As can be seen from this, the α-alumina powder had an average particle size (Dp50) of 0.11 μm, which was very fine and showed a uniform particle size distribution.

以上の結果からに理解されるように、本発明の無定形水酸化アルミニウムは、α-アルミナへの結晶転移温度が著しく低く且つ焼結阻害成分であるナトリウムやジルコニウムの含有量が低い。したがって、このような無定形水酸化アルミニウムをα-アルミナ粉末製造用原料とすることで、微粒且つ高α化度であり易焼結性の高品質なα-アルミナ粉末を、簡便な手法で得ることができる。そして、このα-アルミナ粉末を用いることで、高品質なセラミックスなどの製品を、低コストで製造することが可能となる。

As can be understood from the above results, the amorphous aluminum hydroxide of the present invention has a remarkably low crystal transition temperature to α-alumina and a low content of sodium and zirconium, which are sintering inhibitory components. Therefore, by using such amorphous aluminum hydroxide as a raw material for producing α-alumina powder, a high-quality α-alumina powder having fine particles, a high degree of pregelatinization, and easy sinterability can be obtained by a simple method. be able to. By using this α-alumina powder, it becomes possible to manufacture high-quality ceramics and other products at low cost.

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Claims (5)

結晶水の含有量が21.0質量%以下であり、示差走査熱量分析で810830℃の温度範囲内で発熱ピークを示し、結晶中ナトリウム(Na O)量が0.01質量%以下、ジルコニウム含有量が0.05質量%以下であり、BET比表面積が15~50m /gである、無定形水酸化アルミニウム。 The content of water of crystallization is 21.0% by mass or less, the exothermic peak is shown in the temperature range of 810 to 830 ° C. in the differential scanning calorific value analysis, and the amount of sodium (Na 2 O) in the crystal is 0.01% by mass. Hereinafter, amorphous aluminum hydroxide having a zirconium content of 0.05% by mass or less and a BET specific surface area of 15 to 50 m 2 / g . 前記結晶水の含有量が17.0質量%以下である、請求項1に記載の無定形水酸化アルミニウム。 The amorphous aluminum hydroxide according to claim 1, wherein the content of the water of crystallization is 17.0% by mass or less. 水酸化アルミニウム粉末にα-アルミナ種子を混合し、前記α-アルミナ種子を10~20質量%含有する水酸化アルミニウム混合原料とする工程と、
前記水酸化アルミニウム混合原料に、乾式ビーズミルを用いたメカノケミカル処理を施す工程と、を含む、請求項1又は2に記載の無定形水酸化アルミニウムの製造方法。
A step of mixing α-alumina seeds with aluminum hydroxide powder to prepare an aluminum hydroxide mixed raw material containing 10 to 20% by mass of the α-alumina seeds.
The method for producing amorphous aluminum hydroxide according to claim 1 or 2 , which comprises a step of subjecting the aluminum hydroxide mixed raw material to a mechanochemical treatment using a dry bead mill.
請求項1又は2に記載の無定形水酸化アルミニウムを、900~1000℃の範囲内の温度で熱処理する、α-アルミナ粉末の製造方法。 A method for producing α-alumina powder, wherein the amorphous aluminum hydroxide according to claim 1 or 2 is heat-treated at a temperature in the range of 900 to 1000 ° C. 請求項に記載の方法で製造された無定形水酸化アルミニウムを、900~1000℃の範囲内の温度で熱処理する、α-アルミナ粉末の製造方法。 A method for producing α-alumina powder, wherein the amorphous aluminum hydroxide produced by the method according to claim 3 is heat-treated at a temperature in the range of 900 to 1000 ° C.
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荒井 康夫, 安江 任, 山口勇,摩砕による水酸化アルミニウムのメカノケミカル変化,日本化学会誌(化学と工業化学),1972年,巻 8 号,pp.1395-1404,https://doi.org/10.1246/nikkashi.1972.1395

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