(57)【要約】【課題】水酸化アルミニウム中のチタン濃度を低下させる。【解決手段】アルミナ含有鉱石とアルカリ溶液とを混合し、該混合物を加熱処理して鉱石中のアルミナ分をアルカリ溶液中に溶解させてアルミン酸アルカリ溶液とした後、該液に凝集剤を添加して不溶物を分離後，アルミン酸アルカリ溶液から水酸化アルミニウムを析出させる水酸化アルミニウムの製造方法において、不溶物を分離後のアルミン酸アルカリ溶液に濾過助剤を添加し、該液を濾過して濾液から水酸化アルミニウムを析出させ、水酸化アルミニウム中のチタン濃度を１５ｐｐｍ以下に低下させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ含有鉱石とアルカリ溶液とを混合し、該混合物を加熱処理して鉱石中のアルミナ分をアルカリ溶液中に溶解させてアルミン酸アルカリ溶液とした後、該液に凝集剤を添加して不溶物を分離後，アルミン酸アルカリ溶液から水酸化アルミニウムを析出させる水酸化アルミニウムの製造方法において、不溶物を分離後のアルミン酸アルカリ溶液に濾過助剤を添加し、該液を濾過して濾液から水酸化アルミニウムを析出させることにより，水酸化アルミニウム中のチタン濃度を１５ｐｐｍ以下に低下させることを特徴とする水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項２】
濾過助剤を添加後の液中のフリーな水酸化ナトリウムの濃度が、１００ｇ／リットル〜１７０ｇ／リットルの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項３】
濾過助剤を添加後の液中のアルミナ濃度が、５０ｇ／リットル〜１５０ｇ／リットルの範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項４】
濾過助剤が、スラリー化した消石灰を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項５】
アルミン酸アルカリ溶液が、アルミン酸ナトリウム溶液であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項６】
濾過助剤添加後の液温度が、７０℃〜１０５℃の範囲内であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項７】
濾過助剤添加時における消石灰添加量が、ＣａＯ換算でアルミナ含有鉱石の溶解に用いたアルカリ溶液を基準として、６００ｍｇ／リットル〜２０００ｍｇ／リットルの範囲内であることを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項８】
アルミン酸アルカリ溶液に凝集剤を添加する前の、液中のフリーな水酸化ナトリウム濃度が、１００ｇ／リットル〜１７０ｇ／リットルの範囲内であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項９】
アルミン酸アルカリ溶液から水酸化アルミニウムを析出させる際の溶液中のチタン濃度が、０．８ｍｇ／リットル以下であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の水酸化アルミニウム製造方法により製造した水酸化アルミニウム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水酸化アルミニウムを用いて製造したアルミナ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の水酸化アルミニウムを用いて製造した窒化アルミニウム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイヤー法による水酸化アルミニウムの製造方法に関し、更に詳しくは、水酸化アルミニウム中のチタン含有量を低下させる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイヤー法により製造した水酸化アルミニウムからアルミナ粉体を製造し、これを焼結してセラミックスとした場合、その焼結特性（焼結体組織・強度・表面粗さ・電気特性など）を制御するため、セラミックス中の不純物であるナトリウム・チタン等の含有量を制御する必要がある。
【０００３】
例えばナトリウムは電気特性（絶縁性）に大きな影響を与えることが知られており、Ｎａ２Ｏとして０．１質量％以下になるように各種の制御方法が提案されている。
【０００４】
一方、チタンは該アルミナを化学原料として用いた場合、例えば窒化アルミニウムを製造する場合にはその窒化アルミニウム焼結体の透光特性に大きな影響を与えることが知られている。すなわち、チタンについてはその含有量が安定していること、また低減させることが要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特にチタンについては、その原料たる水酸化アルミニウムの製造工程において、使用する原料ボーキサイトの鉱区や生産地が変化することで組成変動が生じ、その結果として工程液（アルミン酸アルカリ溶液）中に不純物として混入する。このチタン分が水酸化アルミニウム析出工程にて水酸化アルミニウムの固体側に混入することで、チタン含有量が上昇し、しばしば要求品質を満足し得ないことが発生する。
【０００６】
このチタンのアルミン酸アルカリ溶液への溶解及びアルミン酸アルカリ溶液からの除去・制御方法は確立されているとは言いがたく、また今後はこのような工程不純物濃度の変動が発生しにくい、良質なボーキサイト資源の確保も難しくなることが予想されており、チタン含有量の制御手段の確立が望まれている。
【問題を解決するための手段】
かかる事情下に鑑み、本発明者らは、このアルミナ中のチタンを一定濃度以下に収めるべく、水酸化アルミニウム製造工程を鋭意検討した結果、特定の条件にて製造された濾過助剤をアルミン酸アルカリ溶液に添加することにより、上記問題点が解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明は以下に関する。
【０００７】
（１）アルミナ含有鉱石とアルカリ溶液とを混合し、該混合物を加熱処理して鉱石中のアルミナ分をアルカリ溶液中に溶解させてアルミン酸アルカリ溶液とした後、該液に凝集剤を添加して不溶物を分離後，アルミン酸アルカリ溶液から水酸化アルミニウムを析出させる水酸化アルミニウムの製造方法において、不溶物を分離後のアルミン酸アルカリ溶液に濾過助剤を添加し、該液を濾過して濾液から水酸化アルミニウムを析出させることにより，水酸化アルミニウム中のチタン濃度を１５ｐｐｍ以下に低下させることを特徴とする水酸化アルミニウムの製造方法。
【０００８】
（２）濾過助剤を添加後の液中のフリーな水酸化ナトリウムの濃度が、１００ｇ／リットル〜１７０ｇ／リットルの範囲内であることを特徴とする（１）記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【０００９】
（３）濾過助剤を添加後の液中のアルミナ濃度が、５０ｇ／リットル〜１５０ｇ／リットルの範囲内であることを特徴とする（１）または（２）に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【００１０】
（４）濾過助剤が、スラリー化した消石灰を含むことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【００１１】
（５）アルミン酸アルカリ溶液が、アルミン酸ナトリウム溶液であることを特徴とする（１）〜（４）の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【００１２】
（６）濾過助剤添加後の液温度が、７０℃〜１０５℃の範囲内であることを特徴とする（１）〜（５）の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【００１３】
（７）濾過助剤添加時における消石灰添加量が、ＣａＯ換算でアルミナ含有鉱石の溶解に用いたアルカリ溶液を基準として、６００ｍｇ／リットル〜２０００ｍｇ／リットルの範囲内であることを特徴とする（４）〜（６）の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【００１４】
（８）アルミン酸アルカリ溶液に凝集剤を添加する前の、液中のフリーな水酸化ナトリウム濃度が、１００ｇ／リットル〜１７０ｇ／リットルの範囲内であることを特徴とする（１）〜（７）の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【００１５】
（９）アルミン酸アルカリ溶液から水酸化アルミニウムを析出させる際の溶液中のチタン濃度が、０．８ｍｇ／リットル以下であることを特徴とする（１）〜（８）の何れか１項に記載の水酸化アルミニウムの製造方法。
【００１６】
（１０）（１）〜（９）のいずれか１項に記載の水酸化アルミニウム製造方法により製造した水酸化アルミニウム。
【００１７】
（１１）（１０）に記載の水酸化アルミニウムを用いて製造したアルミナ。
【００１８】
（１２）（１０）に記載の水酸化アルミニウムを用いて製造した窒化アルミニウム。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、アルミナ含有鉱石とアルカリ溶液（水酸化ナトリウム溶液、あるいはこれとアルミン酸ナトリウム溶液の混合液、もしくは水酸化カリウム溶液、あるいはこれとアルミン酸カリウム溶液の混合液のいずれかを指す。以下、アルカリ溶液とする。）とを混合し、該混合物を加熱処理して鉱石中のアルミナ分をアルカリ溶液中に溶解させ、アルミン酸アルカリ溶液（水酸化ナトリウム溶液とアルミン酸ナトリウム溶液の混合液、もしくは水酸化カリウム溶液とアルミン酸カリウム溶液の混合液を指す。以下、アルミン酸アルカリ溶液とする。）とし、該混合物に凝集剤を添加して未溶解分を沈降させる分離工程と、分離工程後で水酸化アルミニウムを析出させる工程の前に、アルミン酸アルカリ溶液に濾過助剤を加えてアルミン酸アルカリ溶液を濾過する工程を含み、この濾過助剤に消石灰を含有させることにより水酸化アルミニウム中のチタン濃度を低下させる水酸化アルミニウムの製造方法に関する。
【００２０】
本発明において、濾過助剤に添加する消石灰は、水とカルシウム含有物から合成することが好ましく、水は反応速度の点から温度が高いものを用いるのが好ましいが、質的には通常の工業用水でも問題はない。
【００２１】
一方、カルシウム含有物は水との反応性が良好であれば特に限定されるものではないが、好ましくはＣａＯ（生石灰）等を用いる。
【００２２】
また水とカルシウム含有物の混合比率は特に制限はないが、通常は反応時に沸騰しないこと、またスラリー輸送上の問題（粘度及び温度）が生じなければよい。
【００２３】
本発明では、濾過助剤添加後の液中におけるフリーな水酸化ナトリウム濃度を、１００ｇ／リットル〜１７０ｇ／リットルの範囲内とすることが好ましい。
【００２４】
例えば、濾過助剤添加後の液中のフリーな水酸化ナトリウム濃度を上記範囲内に調整するためには、アルミン酸アルカリ溶液に事前、もしくは反応時に水酸化ナトリウムあるいは水を添加することでも可能である。フリーな水酸化ナトリウム濃度が１７０ｇ／リットルより高くなると、消石灰等による水酸化アルミニウム中のチタン低減効果が低くなり、また水酸化ナトリウム濃度が１００ｇ／リットルより低くなると経済性の観点から好ましくない。
【００２５】
ここで水酸化アルミニウム中のチタン濃度の分析は、ＩＣＰ（誘導プラズマ発光分光光度計）など一般に行われている分析法にて求めることができる。
【００２６】
またアルミン酸アルカリ溶液中の総水酸化ナトリウム濃度とアルミナ濃度の分析については以下手順にて行う。
【００２７】
まず採取したアルミン酸アルカリ溶液をろ紙で濾過して清澄なアルミン酸アルカリ液を得る。次にこれを適量採取してイオン交換水などで希釈（例えば１０倍希釈）した後に分取（例えば１０ｃｃ）して、グルコン酸ナトリウム溶液（例えば２０質量％）を適量加えて、希釈塩酸（例えば０．３ｍｏｌ／リットル等）で中和を行い、この中和量を液中の総水酸化ナトリウムによるものとして算出する。さらにこの中和液に弗化ナトリウム溶液（例えば５０ｇ／リットル）を適量（例えば５０ｃｃ）加えてから再度希釈塩酸で中和を行い、この中和量からアルミナ濃度をもとめるものである。
【００２８】
本発明の、溶液中のフリーな水酸化ナトリウム濃度は、溶液中の総水酸化ナトリウム濃度から炭酸ナトリウム分を差し引いた値として求める。溶液中の炭酸ナトリウム濃度の測定は以下手順によっておこなう。
【００２９】
まず採取したアルミン酸アルカリ溶液をろ紙で濾過して清澄なアルミン酸アルカリ液を得る。次にこれを適量採取してイオン交換水などで希釈（例えば１０倍希釈）した後に分取して（例えば１０ｃｃ）、塩酸（例えば１８ｗｔ％）を適量（例えば２０ｃｃ）加える。この際に発生する炭酸ガスを既知濃度（例えば０．１ｍｏｌ／リットル）の適量（例えば２００ｃｃ）の水酸化ナトリウム溶液に吸収させてから、この溶液に適量の塩化バリウム溶液（例えば２０質量％）を適量（例えば１０ｃｃ）を加える。これを既知の希釈塩酸（例えば０．１ｍｏｌ／リットル）にて中和して求めた水酸化ナトリウム溶液濃度と吸収前の水酸化ナトリウム濃度の差から炭酸量を求めこれを炭酸ナトリウムに換算する。
【００３０】
本発明では、濾過助剤添加後の液中におけるアルミナ濃度を、５０ｇ／リットル〜１５０ｇ／リットルの範囲内とすることが好ましい。
【００３１】
例えば、添加後の液中のアルミナ濃度を上記範囲内に調整するためには、アルミン酸アルカリ溶液に事前もしくは反応時に水を添加することでも可能である。アルミナ濃度が１５０ｇ／リットルより高くなると、消石灰の、水酸化アルミニウム中のチタン低減効果が低くなり、またアルミナ濃度が５０ｇ／リットルより低くなると経済性の観点から好ましくない。
【００３２】
本発明において消石灰は、濾過工程における濾過助剤に含有させて加えるのが好ましいが、この場合、ボーキサイト溶解に用いたアルミン酸アルカリ溶液に対して、ＣａＯ換算で６００ｍｇ／リットル以上、より好ましくは６００ｍｇ／リットル以上で２０００ｍｇ／リットル以内の範囲内で加えれば良く、その添加方法は特に限定されない。
【００３３】
これは濾過工程においては赤泥分離装置溢流部、清澄濾過工程へ液を送るポンプの吸入側、吐出側、もしくは濾過工程入口でも可能である。
【００３４】
なお、この添加比率を超えた添加量でも本発明の目的の効果を得るには支障はないが、経済性の面から上記範囲内で充分である。また、この添加比率未満の添加量では、アルカリ液中のチタン濃度の低減効果が低くなる。
【００３５】
本発明においては、アルミナ含有鉱石とアルカリ溶液とを混合し、該混合物を加熱処理して鉱石中のアルミナ分をアルカリ溶液中に溶解させアルミン酸アルカリ溶液とする工程、すなわち溶解工程にて処理する鉱石スラリーにおいて液中のフリーな水酸化ナトリウム濃度を、１００ｇ／リットル〜１７０ｇ／リットルの範囲内とすることが望ましい。フリーな水酸化ナトリウム濃度が１７０ｇ／リットルより高くなると、チタンの液中への溶解量が高くなり、また水酸化ナトリウム濃度が１００ｇ／リットルより低くなると経済性の観点から好ましくない。
【００３６】
本発明の水酸化アルミニウムの製造方法では、濾過助剤に消石灰を添加することにより、アルカリ溶液中のチタン濃度を０．８ｍｇ／リットル以下とすることが好ましい。また、水酸化アルミニウム中のチタン含有量を１５ｐｐｍ以下に低下させることが好ましい。
【００３７】
本発明で得られた水酸化アルミニウム、もしくは当該水酸化アルミニウムを用いて製造したアルミナを用いて製造した窒化アルミニウム焼結体は、透光性が高く産業上の価値が高いものである。
【００３８】
本発明のアルカリ溶液中のチタン濃度は、当該液をろ紙等で濾過した後に試薬塩酸（例えば砒素分析用特級濃塩酸）を適量（例えば２０ｃｃ）加えて若干酸性側にした後に稀釈して、ＩＣＰ（誘導プラズマ発光分光光度計）により求める。また水酸化アルミニウム中のチタン含有量は、当該水酸化アルミニウムを適量取り硫酸（例えば分析用特級濃硫酸）を薄めた希硫酸を用いて溶解を行った後に、希釈してＩＣＰ（誘導プラズマ発光分光光度計）により求める。
【００３９】
【実施例】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１〜６）
バイヤー工程の、赤泥分離工程後のアルミン酸ナトリウム溶液（液温９５℃）に対して、濾過助剤（添加剤）として消石灰スラリー（液温９０℃）を添加・攪拌保持１０分後に、スラリー固形分を濾過し、濾液中におけるチタン濃度を測定した。その結果を表１に示す。
【００４１】
（比較例１）
実施例１において、濾過助剤を添加せずに濾液中のチタン濃度等を測定した。その結果を表１に示す。
【００４２】
（実施例７〜９）
バイヤー工程液にボーキサイトを溶解する前及びその後の液中チタン濃度を測定した。その結果を表２に示す。
【００４３】
【表１】
2004051400.tif 000002
【００４４】
【表２】
2004051400.tif 000003
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、水酸化アルミニウム製造工程における濾過助剤として消石灰等をある条件下において使用することにより、工程液中のチタン濃度制御およびチタン濃度の低減を行なえるようになり、ひいてはアルミナ原料である水酸化アルミニウム中のチタン濃度、アルミナ中のチタン濃度を適正範囲に制御およびチタン濃度を低減することが可能となり、その産業上の価値は大きい。