(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩基性塩化アルミニウム水溶液にカルボキシル基を有する有機物を添加した液状物をゲル化させ、このゲル化により得られたゲルに１０００℃以下の熱処理温度で熱処理を行ってαアルミナを得ることを特徴とするα−アルミナの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記カルボキシル基を有する有機物は、有機カルボン酸であることを特徴とするα−アルミナの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記ゲルに対する前記熱処理温度は、６００℃以下であることを特徴とするα−アルミナの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、塩基性塩化アルミニウム水溶液にカルボキシル基を有する有機物を添加した前記液状物に水熱処理を行い、しかる後に、前記ゲル化および前記熱処理を行うことを特徴とするα−アルミナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩基性塩化アルミニウムを用いたα−アルミナの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、最も一般的に行われているα−アルミナの工業的な製造方法は、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3／ギブサイト）やベーマイト（ＡｌＯＯＨ）などといった前駆体を大気中で１１００℃から１２５０℃の温度で熱分解させる方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、α−アルミナの製造メーカーでは、１２００℃またはそれ以上の高温で熱分解工程を行うための設備やエネルギーに多大なコストをかけているという問題点がある。
【０００４】
そこで、熱分解温度を下げることを目的に各種の検討が行われており、例えば、前駆体に微細なαアルミナ粒子を添加して熱分解させると、α化温度を約１５０℃、低下させることが報告されているが、それでも１０００℃を超える温度で熱分解工程を行う必要があるため、コストを大幅に低減することができない。
【０００５】
一方、α−アルミナを生成する鉱物としてダイアスポアが知られている。このダイアスポアは、結晶構造がα−アルミナと類似するため、５００℃から６００℃の温度でα化する。しかしながら、天然のダイスポアは純度が低いという問題がある一方、ダイスポアを人工的に合成しようとすると１０００ｋｇ／ｃｍ2を超える高圧下での水熱処理が必要であり、工業的に実施することは不可能である。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、アルミナのα化のための熱処理を低い温度で行うことのできるα−アルミナの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るα−アルミナの製造方法では、塩基性塩化アルミニウム水溶液に有機カルボン酸などといったカルボキシル基を有する有機物を添加した液状物をゲル化させ、このゲル化により得られたゲルに１０００℃以下の熱処理温度で熱処理を行ってα−アルミナを得ることを特徴とする。本願明細書において、有機カルボン酸とは、モノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸などを含むとともに、−ＯＨ基を備えるオキシカルボン酸なども含む意味である。
【０００８】
塩基性塩化アルミニウムは、以下に示すように、
0004756782.tif 000002
γ−アルミナを経てα−アルミナに至るが、このような反応を行わせるには、通常、１１００℃を超える温度での加熱が必要である。しかるに、本願発明者が繰り返し行った実験によれば、同じ塩基性塩化アルミニウムを用いた場合でも、その水溶液に有機カルボン酸などを添加した液状物をゲル化させ、このゲル化により得られたゲルを加熱して熱分解およびα化を行うと、１０００℃以下、例えば、４５０℃、６００℃といった低い温度でα−アルミナを得ることができる。従って、α−アルミナの製造メーカーでは、１０００℃を超える高い温度で熱処理を行う必要がないため、設備やエネルギーにかかるコストを大幅に低減することができる。また、原料として用いた塩基性塩化アルミニウムは、純度の高いものがすでに工業的に製造され、市販されているので、容易に入手できる。よって、本発明に係る方法は、α−アルミナを工業的に製造するのに適してる。
【０００９】
本発明において、前記ゲルに対する熱処理温度は６００℃以下が好ましい。本発明によれば、このような温度条件下でも十分、α−アルミナを製造することができるので、設備コストやエネルギーコストを十分、低減できる。
【００１０】
本発明において、塩基性塩化アルミニウム水溶液にカルボキシル基を有する有機物を添加した前記液状物に水熱処理を行い、しかる後に、前記ゲル化および前記熱処理を行うことが好ましい。このような水熱処理を行うと、ゲルに対する熱処理を同一温度・同一時間で行っても、アルミナのα化を促進することができる。また、ここで行う水熱処理は、例えば、２ｋｇ／ｃｍ2であり、このような条件であれば、設備に多大なコストをかけなくてもよいので、α−アルミナを工業的に製造するのに適している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
［実施の形態１］
図１（Ａ）〜（Ｆ）はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、添加する有機カルボン酸の種類を変えて製造したα−アルミナのＸ線回折による分析結果を示す図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、本発明に対する比較例において、添加した無機酸の種類を変えて製造したアルミナのＸ線回折による分析結果を示す図である。
【００１３】
本形態では、まず、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に、カルボキシル基を有する有機物としての有機カルボン酸を添加した後、この液状物を約６０℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中で加熱する。
【００１４】
ここで用いる塩基性塩化アルミニウムは、以下の化学式
Ａｌ2（ＯＨ）mＣｌ6-m  （０＜ｍ＜６）
で表されるが、例えば、ｍ＝５の塩基性塩化アルミニウムを用いる。
【００１５】
また、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に添加する有機カルボン酸は、乳酸（ＣＨ3ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯＨ）、グルコン酸（ＣＨ2（ＯＨ）（ＣＨＯＨ）4ＣＯＯＨ）、リンゴ酸（ＨＯＯＣＣＨ（ＯＨ）ＣＨ2ＣＯＯＨ）、グリコール酸（ＨＯＣＨ2ＣＯＯＨ）、プロピオン酸（ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＯＨ）、酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）であり、その添加量は、塩基性塩化アルミニウム水溶液に溶解している塩基性塩化アルミニウム（酸化アルミニウム換算）に対して、２〜２０重量％である。
【００１６】
例えば、塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算して例えば２３重量％の塩基性塩化アルミニウムの水溶液に対して、有機カルボン酸として、ＤＬ−乳酸、グルコン酸、ＤＬ−リンゴ酸、グリコール酸、プロピオン酸、酢酸をそれぞれ５重量％（塩基性塩化アルミニウム水溶液中の塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算した重量に対して）、添加した後、この液状物を約６０℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中、６００℃の温度で加熱処理を行ったもののＸ線回折による分析結果を図１（Ａ）〜（Ｆ）に示す。ここに示すＸ線回折結果から明らかなように、上記の方法により、α−アルミナを製造できたことが確認できた。
【００１７】
なお、比較例として、硫酸、硝酸、塩酸をそれぞれ、５重量％（塩基性塩化アルミニウム水溶液中の塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算した重量に対して）、添加した後、この液状物を約６０℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、得られた複合ゲルを大気中で約６００℃の温度で加熱処理を行ったもののＸ線回折による分析結果をそれぞれ、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すが、有機カルボン酸に代えて無機酸を添加してもα−アルミナが生成されないことが確認され、有機カルボン酸を添加したことの効果を実証できた。
【００１８】
このように、本発明によれば、６００℃といった低い温度でもα−アルミナを製造できるので、α−アルミナを製造するメーカでは、１０００℃を超える高い温度で熱処理を行う必要がない。このため、設備やエネルギーにかかるコストを大幅に低減することができる。また、原料として用いた塩基性塩化アルミニウムは、すでに、純度の高いものが工業的に製造されているので、容易に入手できる。よって、本発明に係る方法はα−アルミナを工業的に製造するのに適してる。
【００１９】
［実施の形態２］
図３（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、水熱処理の効果を確認するために製造したα−アルミナのＸ線回折による分析結果を示す図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用したα−アルミナの製造方法で得られたα−アルミナを電子顕微鏡で倍率を変えて観察した結果を示す図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、熱処理温度を変えて製造したα−アルミナのＸ線回折による分析結果を示す図である。
【００２０】
本形態では、まず、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に有機カルボンを添加した後、水熱処理を行い、その後、この液状物を約６０℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中、約６００℃の温度で加熱処理を行う。
【００２１】
ここで用いる塩基性塩化アルミニウムも、以下の化学式
Ａｌ2（ＯＨ）mＣｌ6-m  （０＜ｍ＜６）
で表されるが、例えば、ｍ＝５の塩基性塩化アルミニウムを用いる。
【００２２】
また、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に添加する有機カルボン酸は、例えば、ＤＬ−乳酸、グルコン酸、ＤＬ−リンゴ酸、グリコール酸、プロピオン酸、酢酸であり、その添加量は、塩基性塩化アルミニウム水溶液に溶解している塩基性塩化アルミニウム（酸化アルミニウム換算）に対して、２〜２０重量％である。
【００２３】
例えば、塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算して例えば２３重量％の塩基性塩化アルミニウムの水溶液に対して、有機カルボン酸として、ＤＬ−乳酸を５重量％、１０重量％（塩基性塩化アルミニウム水溶液中の塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算した重量に対して）、添加した後、この液状物に２ｋｇ／ｃｍ2、１２０℃、２０時間の水熱処理を行う。次に、約６０℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中、約６００℃の温度で加熱処理を行い、α−アルミナを得る。
【００２４】
このようにして得たα−アルミナのＸ線回折による分析結果を図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す。また、水熱処理を行わなかったもののＸ線回折による分析結果を図３（Ａ）に示す。
【００２５】
ここに示すＸ線回折結果から明らかなように、水熱処理を行うと、アルミナのα化が著しく促進されることが確認できた。
【００２６】
また、上記の方法で製造したα−アルミナのうち、ＤＬ−乳酸を１０重量％、添加して得られたα−アルミナの電子顕微鏡による観察結果を図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す。この観察結果からも、本形態によれば、結晶化のすすんだα−アルミナを製造できることが確認できた。
【００２７】
次に、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に、有機カルボンとしてＤＬ−乳酸を１０重量％（塩基性塩化アルミニウム水溶液中の塩基性塩化アルミニウムを酸化アルミニウムに換算した重量に対して）、添加した液状物に２ｋｇ／ｃｍ2、１２０℃、２０時間の水熱処理を行った後、約６０℃の条件で加熱、乾燥させてゲル化させ、しかる後に、このゲル化によって得た複合ゲルを大気中、４５０℃、５００℃、６００℃で熱処理を３時間、行ったもののＸ線回折結果をそれぞれ、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す。その結果、同じ熱処理時間であれば処理温度が高いほど、アルミナのα化がすすむことが確認できた。また、３時間の熱処理であれば、４５０℃という低い温度であっても、アルミナのα化が起こることが確認できた。
【００２８】
このように、有機カルボン酸を添加した塩基性塩化アルミニウム水溶液に水熱処理を行い、しかる後にゲル化および熱処理を行えば、アルミナのα化を促進することができ、かつ、４５０℃という低い温度でもα−アルミナを製造することができる。また、ここで行う水熱処理は、例えば、２ｋｇ／ｃｍ2でも十分な効果があり、このような条件であれば、設備に多大なコストをかけなくてもよいので、α−アルミナを工業的に製造するのに適している。
【００２９】
［その他の実施の形態］
上記形態では、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に添加する有機カルボン酸として、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、グリコール酸、プロピオン酸、酢酸を用いた例を説明したが、本願発明者が繰り返し行った実験結果によれば、このような有機カルボン酸に限らず、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に溶解可能なものであれば、その他の有機カルボン酸などの有機物であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、塩基性塩化アルミニウムの水溶液に有機カルボン酸を添加した後、ゲル化させ、このゲル化により得られたゲルを熱分解させるので、１０００℃以下、例えば、４５０℃、６００℃といった低い温度でもα−アルミナを製造することができる。従って、α−アルミナを製造するメーカでは、１０００℃を超える温度で熱処理を行う必要がないため、設備やエネルギーにかかるコストを大幅に低減することができる。また、原料として用いた塩基性塩化アルミニウムは、すでに、純度の高いものが工業的に製造されているので、容易に入手できる。本発明に係る製造方法は、α−アルミナを工業的に製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｆ）はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、添加した有機カルボン酸の種類を変えて製造したα−アルミナのＸ線回折による分析結果を示す図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、本発明に対する比較例において、添加した無機酸の種類を変えて製造したアルミナのＸ線回折による分析結果を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、水熱処理の効果を確認するために製造したα−アルミナのＸ線回折による分析結果を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用したα−アルミナの製造方法で得られたα−アルミナを電子顕微鏡で倍率を変えて観察した結果を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、本発明を適用したα−アルミナの製造方法において、熱処理温度を変えて製造したα−アルミナのＸ線回折による分析結果を示す図である。
【図１】
0004756782.tif 000003
【図２】
0004756782.tif 000004
【図３】
0004756782.tif 000005
【図４】
0004756782.tif 000006
【図５】
0004756782.tif 000007