(57)【要約】  メタリン酸アルミニウム（ＡＬＭＰ）微粒子製品の調製方法は：ボールミルの粉砕チャンバに摩砕媒体を装填するステップ；及び上記粉砕チャンバにＡＬＭＰ原料を詰め込むステップを含む。摩砕媒体によって、粒径低下指数０．２５〜０．５で、ＡＬＭＰ原料をＡＬＭＰ粒子へと粉砕する。粉砕が実施されている期間中の複数の時間ステップにおいて、ＡＬＭＰ粒子の微小画分を粉砕チャンバから取り出し、その一方でＡＬＭＰ粒子の粗大画分を、更なる粉砕のために粉砕チャンバ内に残す。粉砕チャンバから取り出された前記ＡＬＭＰ粒子から、１００μｍ〜７００μｍの中央粒径を有する粒径分布のＡＬＭＰ微粒子製品を調製する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタリン酸アルミニウム微粒子製品の調製方法において、
ボールミルの粉砕チャンバに摩砕媒体を装填するステップ；
前記粉砕チャンバにメタリン酸アルミニウム原料を詰め込むステップ；
前記摩砕媒体を用いて、粒径低下指数０．２５〜０．５で、前記メタリン酸アルミニウム原料をメタリン酸アルミニウム粒子へと粉砕するステップ；
前記粉砕ステップが実施されている期間中の複数の時間ステップにおいて、前記メタリン酸アルミニウム粒子の微小画分を前記粉砕チャンバから取り出し、その一方で前記メタリン酸アルミニウム粒子の粗大画分を、更なる粉砕のために前記粉砕チャンバ内に残すステップ；及び
前記粉砕チャンバから取り出された前記メタリン酸アルミニウム粒子から、１００μｍ〜７００μｍの中央粒径を有する粒径分布のメタリン酸アルミニウム微粒子製品を調製するステップ
を含む、方法。
【請求項２】
前記粉砕チャンバに前記摩砕媒体を装填する前記ステップは、セラミック材料製の摩砕媒体を選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セラミック材料製の摩砕媒体を選択する前記ステップは、アルミナ製の摩砕媒体を選択するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記粉砕チャンバに装填する前記ステップは、セラミック材料で内張を施された粉砕チャンバを選択するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
セラミック材料で内張を施された粉砕チャンバを選択する前記ステップは、アルミナで内張を施された粉砕チャンバを選択するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記メタリン酸アルミニウム粒子の微小画分は、１００μｍ〜７００μｍの粒径を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記メタリン酸アルミニウム微粒子製品は、中央粒径が１００μｍ超となる粒径分布を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記メタリン酸アルミニウム原料は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの骨材粒径範囲を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記微小画分は、前記メタリン酸アルミニウム原料の前記粉砕を中断することなく、複数の時間ステップにおいて取り出される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記メタリン酸アルミニウム微粒子製品の前記粒径分布は、４００μｍ〜７００μｍの中央粒径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記摩砕媒体は、複数の別個のボールを含み、
各前記ボールは、前記メタリン酸アルミニウム原料の最も大きい粒子の１０〜１５倍大きいサイズを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記粉砕ステップ中の前記ボールミルへの入力比エネルギは、０．５〜２ｋＷｈ／トンである、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連案件の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１４年５月３０日出願の米国仮特許出願第６１／００５３６７号の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の開示は参照により本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明の分野は、一般に粉砕方法に関し、特に所与の粒径分布を有する耐火性材料微粒子製品の調製に関する。
【背景技術】
【０００３】
メタリン酸アルミニウム（ＡＬＭＰ）、Ａｌ（ＰＯ３）３は、０．１ｍｍから５ｍｍ超の骨材粒径範囲を有するか焼製品として製造される。図１は、か焼したままのＡＬＭＰ粒径の例を示す。か焼すると、ＡＬＭＰは、ある粒子硬度（最高約１０ＧＰａ）を有する耐火性材料となる。か焼ＡＬＭＰをガラスバッチに使用する前に、ＡＬＭＰを、押し砕き、衝撃及び摩擦といった粒子破砕機構を用いた粉砕方法による粒径低減に供する。
【０００４】
ＡＬＭＰの衝撃粉砕は現在、摩擦性金属シリンダ内で実施され、上記シリンダはその内部に、粒子を押し砕くためのリング及び／又はロータを有する。しかしながら、か焼ＡＬＭＰの耐火性により、リング及び／又はロータブレードは、粉砕作業中に摩耗して、最終ＡＬＭＰ微粒子製品中に、金属、主に鉄の汚染物質を生じる。ガラス製造に関して、最終ＡＬＭＰ微粒子製品中の鉄汚染物質は、最終ガラス製品の性能属性にとって有害である。粉砕された製品から金属汚染物質を除去するための溶解後ステップとして、磁気分離が用いられることが多い。
【０００５】
更に、か焼の結果として、ＡＬＭＰ骨材は、骨材サイズに基づく様々な程度の圧縮を受ける。図２は、か焼したままのＡＬＭＰの粒子の画像を示す。このようなＡＬＭＰの独特な微小構造により、所望の最終粒径分布を制御するのは困難である。衝撃ミルへの入力エネルギが骨材圧縮応力より高い場合、骨材は微粉砕され、いくつかのガラスバッチプロセスには好適でない場合がある超微小ＡＬＭＰ製品が製造される。即ちこのＡＬＭＰ製品は運搬の容易性に関してあまりに微小である場合があり、またバッチの散粉を悪化させる場合がある。
【発明の概要】
【０００６】
ある例示的実施形態では、所与の粒径分布を有するＡＬＭＰ微粒子製品の調製方法は、セラミック材料製の摩砕媒体を用いて、ボールミル内でＡＬＭＰ材料を乾燥粉砕するステップを伴う。上記粉砕ステップ中の様々な時間ステップにおいて、ＡＬＭＰ粒子の微小画分をボールミルから取り出し、その一方で、ＡＬＭＰ粒子の粗大画分を、継続した粉砕のためにボールミル内に残す。上記所与の粒径分布を有する上記ＡＬＭＰ微粒子製品は、上記ボールミルから取り出された上記ＡＬＭＰ粒子から調製される。
【０００７】
以上の概説及び以下の詳細な説明はいずれも本発明の例示であり、請求される本発明の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。これらの図面は本発明の様々な実施形態を図示しており、説明と併せて、本発明の原理及び動作を説明する役割を果たす。
【０００８】
以下は添付の図面中の図の説明である。これらの図は必ずしも正確な縮尺ではなく、図の特定の特徴及び特定の視野は、明瞭性及び簡潔性を目的として拡大されて示されるか、又は概略的に示される場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】か焼したままのＡＬＭＰの例示的な粒径
【図２】か焼したままのＡＬＭＰ粒子の断面ＳＥＭ画像
【図３Ａ】ボールミルの例
【図３Ｂ】ボールミルの例
【図３Ｃ】ボールミルの例
【図３Ｄ】空気掃出式ボールミル粉砕プロセス
【図４】一実施形態による試料及び比較例による試料に関する、粉砕時間の関数としての粒径低下指数
【図５】一実施形態による試料及び比較例による試料に関する、粉砕時間の関数としてのＢｏｎｄ粉砕仕事指数
【図６】一実施形態による試料及び比較例による試料に関する、Ｂｏｎｄ粉砕仕事指数の関数としての粒径低下指数
【図７】一実施形態による試料及び比較例による試料に関する、粉砕時間の関数としての中央粒径
【発明を実施するための形態】
【００１０】
所与の粒径分布を有するメタリン酸アルミニウム（ＡＬＭＰ）微粒子製品の製造方法を説明する。一実施形態では、上記所与の粒径分布は、１００μｍ〜７００μｍの中央粒径（ｄ５０）を有する粒子を含む。別の実施形態では、上記所与の粒径分布は、１００μｍ超の中央粒径を有する粒子を含む。
【００１１】
一実施形態では、所与の粒径分布を有するＡＬＭＰ微粒子製品の製造方法は、ボールミルに乾燥ＡＬＭＰ原料を詰め込むステップ、及び上記ＡＬＭＰ原料を、上記ＡＬＭＰ原料の中央粒径と比較して低下した中央粒径を有するＡＬＭＰ粒子へと粉砕するために、上記ボールミルを動作させるステップを含み、上記粉砕中の様々な時間ステップにおいて、ＡＬＭＰ粒子の微小画分をボールミルから取り出す。このような、様々な時間ステップにおけるＡＬＭＰの微小画分の取り出しを伴うボールミル粉砕は、ＡＬＭＰ粒子の微小画分が持続的に存在したままのボールミル粉砕に比べて、高い粉砕効率を有することが分かっている。何を「微小画分（ｆｉｎｅ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）」と考えるかは、所望の粒径分布による。一実施形態では、上記微小画分は、１００μｍ〜７００μｍの粒径を含んでよい。更に別の実施形態では、上記微小画分は、２１２μｍ〜４２５μｍの粒径を含んでよい。
【００１２】
表Ａ１は、ＡＬＭＰ微粒子製品試料Ｉ及びＩＩに関する粒子の特性決定を示す。試料Ｉは、本開示において説明するように、粉砕中の様々な時間ステップにおいて微小画分を取り出しながら製造された。試料ＩＩは、粉砕中の微小画分の取り出しを行わずに製造され、比較目的で表Ａ１に示されている。粒径分布の用語法において、パラメータｄ５０は、それより下に試料体積の５０％が存在する最大粒子直径である（中央粒径／体積としても知られている）。パラメータｄ１０は、それより下に試料体積の１０％が存在する最大粒子直径である。パラメータｄ９０は、それより下に試料体積の９０％が存在する最大粒子直径である。
【００１３】
【表１Ａ】
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【００１４】
図３Ａ１は、軸受１４により、その軸の周りで回転するように支持された中空円筒形シェル１２を含む、ボールミル１０の例を示す。（いくつかのボールミルの設計においては、シェル１２はローラ上に支持される場合がある。）シェル１２は、耐摩擦性材料製の内張１８を有する。シェル１２は粉砕チャンバ１３を提供し、これは部分的に摩砕媒体１６で充填される。摩砕媒体１６は、球形又は円筒形又は他の形状であってよいボールから構成される。
【００１５】
矢印２４で示すように、シェル１２の開口２２を通して、粉砕チャンバ１３に原材料を導入できる。同一の開口２２を用いて、粉砕済み材料を粉砕チャンバ１３の外に排出できる。図３Ｂに示すように、粉砕済み材料を粉砕チャンバ１３の外に排出する間、開口２２には排出用格子２６を設置してよい。排出用格子２６は様々なスロット及び孔を有し、これにより、開口２２を通して粉砕チャンバ１３から取り出される粒子のサイズを制御する。粉砕チャンバ１３から取り出された粉砕済み粒子を回収するために、排出ハウジング２８も設けてよい。（いくつかのボールミルの設計においては、原材料及び粉砕済み材料それぞれに別個の入口ポート及び出口ポートを設けてよい。）
ボールミル１０によって製造された最終ＡＬＭＰ微粒子製品の金属汚染を回避するために、摩砕媒体１６及び内張１８は、非金属材料製であってよい。一実施形態では、摩砕媒体１６及び内張１８は、セラミック材料、例えばアルミナ等のアルミニウム系セラミック材料製である。セラミック材料製の摩砕媒体及び内張を有するボールミルは、セラミックボールミルとして説明される場合がある。
【００１６】
上述の方法を実行するために、ＡＬＭＰ原料（図３Ｃの２０）を、既に摩砕媒体１６が装填された粉砕チャンバ１３に供給する。一実施形態では、粉砕チャンバ１３の総容積の２０％〜３０％を、ＡＬＭＰ原料で充填してよく、粉砕チャンバ１３の総容積の４５％〜５０％を、摩砕媒体１６で充填してよい。一実施形態におけるＡＬＭＰ原料の骨材粒径は、０．１ｍｍ〜約５ｍｍである。粉砕チャンバ１３は例えば、開口２２にカバー（図３Ｃの３０）を設置することによって閉鎖される。ボールミル１０は、駆動モータ３２及びギヤボックス３４を用いて粉砕チャンバ１３又はシェル１２を回転させることによって動作する。ミルの回転速度を注意深く選択すると、ボール（摩砕媒体１６）は、粉砕チャンバ１３を通って滝のように落ち、ＡＬＭＰ粒子と衝突し、ＡＬＭＰ粒子の摩砕及び／又は押し砕きをもたらす。ミルが遠心分離機として作用する速度は、臨界速度として知られている。一般に、ボールがＡＬＭＰ粒子に対して望ましい粉砕動作を効果的に付与できなくなるため、ミルは遠心分離機として作用しないことが好ましい。上記回転速度は、上記臨界速度未満となるように選択しなければならない。一実施形態では、回転速度は臨界速度の約６５％となるように選択される。
【００１７】
上述の方法によると、様々な時間ステップにおいて、ＡＬＭＰ粒子の微小画分が粉砕チャンバ１３から取り出される。これは、粉砕チャンバ１３の回転を中断するステップ、排出用格子（図３Ｂの２６）を取り付けるステップ、及び所望の微小画分を取り出すステップを伴ってよい。上記時間ステップの数、及び時間ステップ間の間隔は、経験的に決定できるが、一般には材料特性及び粒径低下指数に左右される。
【００１８】
代替実施形態では、ボールミルの動作を中断することなく、様々な時間ステップにおいて上記微小画分を取り出すことができるように、ボールミルを設計できる。例えば図３Ｄに示す構成では、空気掃出式粉砕チャンバ４０の入力端部は、供給器４２及び空気源４４に接続される。（粉砕チャンバ４０は、粉砕チャンバ１３に関して上述したような材料で内張加工できる。）供給器４２は、粉砕チャンバ４０にＡＬＭＰ原料を供給し、空気源４４は、粉砕チャンバ４０に所定の流量で空気を供給する。空気は、粉砕チャンバ４０の動作を中断させる必要なく粒子を粉砕チャンバ４０の外に掃出するために、上述の様々な時間ステップにおいて粉砕チャンバ４０に供給される。掃出された粒子は空気分類器４６に受承され、これは空気源４８に接続されている。微小画分の仕様を満たす粒子は、空気分類器４６から製品回収器５０へと掃出される。残った粗大粒子は、粉砕チャンバ４０へと戻すことができる。
【００１９】
粉砕プロセスの効率は、粒径低下指数、ミルへの入力エネルギ、粒子の粉砕に必要な仕事、及び粉砕仕事指数によって定量化できる。これらのパラメータについて以下に説明する。
【００２０】
粒径低下指数は、時点ｔにおいて原材料の粒径が減少する程度を示す、無次元値である。換言すると、粒径低下指数は、時点ｔにおける粉砕済み製品の粒径を原材料と比較する。粒径低下指数は、等式（１Ａ）から決定できる。
【００２１】
【数１Ａ】
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【００２２】
等式（１Ａ）において、Ｄ（Ｉ）は粒径低下指数であり、ｄｔは時点ｔにおける粉砕試料のｄ５０であり、ｄＬは終点粉砕済み粒径（即ち、更に粉砕してもそれ以上の粒子破砕物の核形成が不可能であるような試料の粉砕限界におけるｄ５０）であり、ｄ０は原材料のｄ５０であり、ｄ５０は中央粒径である。（Ｋｗａｎ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  ｎｏｖｅｌ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏｗａｒｄｓ  ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ  ｔｈｅ  ｍｉｌｌｉｎｇ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  ｐｏｗｄｅｒｓ”，Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ２３（２００４）３２７〜３３６を参照。）
等式（１Ａ）の終点粉砕済み粒径ｄＬは、以下の等式（１Ｂ）から決定できる。
【００２３】
【数１Ｂ】
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【００２４】
上の等式（１Ｂ）において、Ｋ１Ｃは、平均粒子破砕靭性であり、Ｈは平均粒子硬度である。（Ｊ．  Ｔ．  Ｈａｇａｎ，  “Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ｏｆ  Ｃｒａｃｋ  Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ，”  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １４  （１９７９）  ２９７５‐２９８０を参照。）
Ｂｏｎｄの理論に基づく、粒子の粉砕に必要な仕事は、以下の等式（２Ａ）から決定できる。
【００２５】
【数２Ａ】
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【００２６】
上の等式（２Ａ）において、Ｗは仕事入力（ｋＷｈ／トン）であり、Ｗｉは、押し砕き及び摩砕に対する材料の耐性を表す摩砕性仕事指数（ｋＷｈ／トン）であり、Ｆ８０は製品の８０％通過サイズ（μｍ）であり、Ｐ８０は原料の８０％通過サイズ（μｍ）である。（Ｊａｎｋｏｖｉｃ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｏｎ  ｅｎｅｒｇｙ  ａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｓｉｚｅ  ｆｏｒ  ａ  ｍａｇｎｅｔｉｔｅ  ｏｒｅ，  Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅ  Ｓｏｕｔｈｅｒｎ  Ａｆｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，  Ｖｏｌ．  １１０，  Ｍａｒｃｈ  ２０１０を参照。）
等式（２Ａ）の摩砕性仕事指数Ｗｉは、以下の等式（２Ｂ）によって与えられる。
【００２７】
【数２Ｂ】
2017517472.tif 000007
【００２８】
上の等式（２Ｂ）において、Ｐは、閉鎖篩サイズ（μｍ）であり、ＧｂＰは摩砕性（時間の逆数におけるボールミルの回転（ｒｐｍ）あたりの重力加速度）であり、Ｆ８０は製品の８０％通過サイズ（μｍ）であり、Ｐ８０は原料の８０％通過サイズ（μｍ）である。
【００２９】
実施例１  表１に示す平均粒子機械的特性を有するＡＬＭＰ原料（骨材粒径範囲０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ）を提供した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
実施例２  円筒状アルミナ摩砕媒体を４５体積％装填した、Ｅ．Ｒ．  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，  Ｉｎｃ．から入手できるＵ．Ｓ．Ｓｔｏｎｅｗａｒｅ  Ｒｏａｌｏｘ  Ａｌｕｍｉｎａ‐Ｆｏｒｔｉｆｉｅｄ  Ｇｒｉｎｄｉｎｇ  Ｊａｒ中において、実施例１からのＡＬＭＰ原料の試料をボールミル粉砕した。摩砕媒体のサイズは、０．５インチ（１．７７ｃｍ）（外径）×０．５インチ（１．７７ｃｍ）（長さ）及び１．２５インチ（３．１７５ｃｍ）（外径）×１．２５インチ（３．１７５ｃｍ）（長さ）であった。摩砕ジャーは、高さ８．５インチ（２１．５９ｃｍ）及び直径８．８７５インチ（２２．５４２５ｃｍ）であった。ミルを動作させるための見かけの入力エネルギは、１．００〜１．２５ｋＷｈ／トンであった。ボールミル粉砕は、粉砕プロセス中の様々な時間ステップにおける微小画分の取り出しを伴った。表２は、この例によるボールミル粉砕の結果を示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
実施例３（比較）  円筒状アルミナ摩砕媒体を４５体積％装填した、Ｅ．Ｒ．  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，  Ｉｎｃ．から入手できるＵ．Ｓ．Ｓｔｏｎｅｗａｒｅ  Ｒｏａｌｏｘ  Ａｌｕｍｉｎａ‐Ｆｏｒｔｉｆｉｅｄ  Ｇｒｉｎｄｉｎｇ  Ｊａｒ中において、実施例１からのＡＬＭＰ原料の試料をボールミル粉砕した。摩砕媒体のサイズは、０．５インチ（１．７７ｃｍ）（外径）×０．５インチ（１．７７ｃｍ）（長さ）及び１．２５インチ（３．１７５ｃｍ）（外径）×１．２５インチ（３．１７５ｃｍ）（長さ）であった。摩砕ジャーは、高さ８．５インチ（２１．５９ｃｍ）及び直径８．８７５インチ（２２．５４２５ｃｍ）であった。ミルを動作させるための見かけの入力エネルギは、１．００〜１．２５ｋＷｈ／トンであった。ボールミル粉砕は、粉砕プロセス中の微小画分の取り出しを一切伴わなかった。これは、粉砕が、微小画分が持続的に存在している状態で行われたことを意味する。表３は、この比較例によるボールミル粉砕の結果を示す。
【００３４】
【表３】
2017517472.tif 000010
【００３５】
様々な時間ステップにおける微小画分の取り出しを伴うボールミル粉砕（実施例２）の、微小画分の取り出しを伴わないボールミル粉砕（実施例３）に対する粉砕効率の改善は、表２及び３に示されている結果を比較することによって観察できる。例えば０．４６の粒径低下指数（上の等式（１Ａ）を参照）に関して、実施例２（微小画分の取り出しを伴うボールミル粉砕）の粉砕時間は４５分であり（表２）、実施例３（微小画分の取り出しを伴わないボールミル粉砕）の粉砕時間は６０分であった（表３）。
【００３６】
図４は、粉砕時間曲線Ａ及びＢの関数としての、粒径低下指数を示す。曲線Ａは、表２のデータ（即ち、微小画分の時間指定された中間取り出しを伴うボールミル粉砕に関するデータ）に基づく（データ点は白丸で示されている）ものであり、曲線Ｂは、表３のデータ（即ち、微小画分の中間取り出しを伴わないボールミル粉砕に関するデータ）に基づく（データ点は黒丸で示されている）ものである。いずれの粒径低下指数に関して、曲線Ａ上の粉砕時間は曲線Ｂ上の粉砕時間より小さくなり、これは、様々な時間ステップにおける微小画分の取り出しを伴うボールミル粉砕（曲線Ａ）の場合、微小画分の取り出しを一切伴わないボールミル粉砕（曲線Ｂ）に比べて、ある特定の粒径低下指数を達成するために必要な粉砕時間が短いことを意味している。図４は、表３の試料（曲線Ｂ）の試料に関して、表２の試料（曲線Ａ）に比べて粉砕時間が２１％増大したことを示す。
【００３７】
図５は、粉砕時間直線Ｃ及びＤの関数としての、Ｂｏｎｄ摩砕性仕事指数を示す。直線Ｃは、表２のデータに基づく（データ点は白丸で示されている）ものであり、直線Ｄは表３のデータに基づく（データ点は黒丸で示されている）ものである。いずれの粉砕時間に関して、直線Ｃ上のＢｏｎｄ摩砕性仕事指数は直線Ｄ上のＢｏｎｄ摩砕性仕事指数より小さくなり、これは、様々な時間ステップにおける微小画分の取り出しを伴うボールミル粉砕（直線Ｃ）の場合、微小画分の取り出しを一切伴わないボールミル粉砕（直線Ｄ）に比べて、ある特定の粉砕時間を達成するために必要な仕事が少ないことを意味している。両方の粉砕方法に関して同一の粒径低下指数に到達するためには、微小画分の取り出しを一切伴わないボールミル粉砕の場合、様々な時間ステップにおける微小画分の取り出しを伴うボールミル粉砕に比べて、粉砕時間の４倍の増大が必要となる。
【００３８】
図６は、粒径低下指数直線Ｅ及びＦの関数としての、Ｂｏｎｄ摩砕性仕事指数を示す。直線Ｅは、表２のデータに基づく（データ点は白丸で示されている）ものであり、直線Ｆは表３のデータに基づく（データ点は黒丸で示されている）ものである。一般に、いずれの粒径低下指数に関して、直線Ｅ上のＢｏｎｄ摩砕性仕事指数は直線Ｆ上のＢｏｎｄ摩砕性仕事指数より小さくなり、これは、様々な時間ステップにおける微小画分の取り出しを伴うボールミル粉砕（直線Ｅ）の場合、微小画分の取り出しを一切伴わないボールミル粉砕（直線Ｆ）に比べて、ある特定の粒径低下指数を達成するために必要な仕事が少ないことを意味している。図６は、微小画分の取り出しを一切行わずに粉砕された試料（直線Ｆ、表３）に関しては、様々な時間ステップにおける微小画分の取り出しを行いながら粉砕された試料（直線Ｅ、表２）に比べて、粒径低下指数の関数としての１トンあたりの仕事の量（エネルギ）が３８％増大することを示している。
【００３９】
図４〜６において実証されているように、微小画分が持続的に存在している状態でＡＬＭＰを粉砕すると、１トンあたりの粉砕仕事が大きくなる。仕事入力を低減し、粒子の過剰粉砕を防止し、粉砕プロセスの全体的効率を改善するために、様々な時間ステップにおける微小画分の取り出しを、粉砕プロセスに適用できる。上記微小画分の粒径は、所望の最終粒径分布に左右される。
【００４０】
図７は、実施例２及び３において粉砕された試料に関する、粉砕時間の関数としての中央粒径を示す。白丸７０は実施例２の試料を表し、黒丸７２は実施例３の試料を表す。一実施形態によると、実施例２は、中央粒径が所与の範囲４００〜７００μｍとなる粒径分布を生成する。図４〜６の結果に基づいて、中央粒径が所与の範囲４００〜７００μｍとなる粒径分布は、以下のパラメータに従って、様々な時間ステップにおいて微小画分の取り出しを行うボールミル粉砕によって達成できる：０．５〜２ｋＷｈ／トンの、過剰粉砕を最小化するための入力比エネルギ；６〜８ｋＷｈ／トンの粉砕仕事；ＡＬＭＰ原料の最も大きい粒子の１０〜１５倍大きいサイズを有する、粉砕媒体；及び０．２５〜０．５の粒径低下指数。
【００４１】
限定的な数の実施形態に関して本発明を説明したが、本開示の便益を得る当業者は、本出願において開示される本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態を考案できることを理解するだろう。従って本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるものとする。
【００４２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４３】
実施形態１
メタリン酸アルミニウム微粒子製品の調製方法において、
ボールミルの粉砕チャンバに摩砕媒体を装填するステップ；
前記粉砕チャンバにメタリン酸アルミニウム原料を詰め込むステップ；
前記摩砕媒体を用いて、粒径低下指数０．２５〜０．５で、前記メタリン酸アルミニウム原料をメタリン酸アルミニウム粒子へと粉砕するステップ；
前記粉砕ステップが実施されている期間中の複数の時間ステップにおいて、前記メタリン酸アルミニウム粒子の微小画分を前記粉砕チャンバから取り出し、その一方で前記メタリン酸アルミニウム粒子の粗大画分を、更なる粉砕のために前記粉砕チャンバ内に残すステップ；及び
前記粉砕チャンバから取り出された前記メタリン酸アルミニウム粒子から、１００μｍ〜７００μｍの中央粒径を有する粒径分布のメタリン酸アルミニウム微粒子製品を調製するステップ
を含む、方法。
【００４４】
実施形態２
前記粉砕チャンバに前記摩砕媒体を装填する前記ステップは、セラミック材料製の摩砕媒体を選択するステップを含む、実施形態１に記載の方法。
【００４５】
実施形態３
前記セラミック材料製の摩砕媒体を選択する前記ステップは、アルミナ製の摩砕媒体を選択するステップを含む、実施形態２に記載の方法。
【００４６】
実施形態４
前記粉砕チャンバに装填する前記ステップは、セラミック材料で内張を施された粉砕チャンバを選択するステップを含む、実施形態２に記載の方法。
【００４７】
実施形態５
セラミック材料で内張を施された粉砕チャンバを選択する前記ステップは、アルミナで内張を施された粉砕チャンバを選択するステップを含む、実施形態４に記載の方法。
【００４８】
実施形態６
前記メタリン酸アルミニウム粒子の微小画分は、１００μｍ〜７００μｍの粒径を備える、実施形態１に記載の方法。
【００４９】
実施形態７
前記メタリン酸アルミニウム微粒子製品は、中央粒径が１００μｍ超となる粒径分布を有する、実施形態１に記載の方法。
【００５０】
実施形態８
前記メタリン酸アルミニウム原料は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの骨材粒径範囲を有する、実施形態１に記載の方法。
【００５１】
実施形態９
前記微小画分は、前記メタリン酸アルミニウム原料の前記粉砕を中断することなく、複数の時間ステップにおいて取り出される、実施形態１に記載の方法。
【００５２】
実施形態１０
前記メタリン酸アルミニウム微粒子製品の前記粒径分布は、４００μｍ〜７００μｍの中央粒径を有する、実施形態１に記載の方法。
【００５３】
実施形態１１
前記摩砕媒体は、複数の別個のボールを含み、
各前記ボールは、前記メタリン酸アルミニウム原料の最も大きい粒子の１０〜１５倍大きいサイズを有する、実施形態１０に記載の方法。
【００５４】
実施形態１２
前記粉砕ステップ中の前記ボールミルへの入力比エネルギは、０．５〜２ｋＷｈ／トンである、実施形態１０に記載の方法。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ボールミル
１２  中空円筒形シェル
１３  粉砕チャンバ
１４  軸受
１６  摩砕媒体
１８  耐摩擦性材料製の内張
２０  ＡＬＭＰ原料
２２  開口
２４  矢印
２６  排出用格子
２８  排出ハウジング
３０  カバー
３２  駆動モータ
３４  ギヤボックス
４０  空気掃出式粉砕チャンバ
４２  供給器
４４  空気源
４６  空気分類器
４８  空気源
５０  製品回収器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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