JPS5973433A - 低ソ−ダの溶融アルミナの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低ソーダ（Ｎａ、０）含量のアルミナ生成物の
輿造法及び更に特に不純物としてＮα鵞Ｏを約０．１〜
０．６重量％で含有′するバイエルアルミナを炭素及び
二酸化チタン、Ｔｉｅｔ又は二酸化ノル克コニウム、Ｚ
ｒＯ，と共に溶融することに↓つＮａ！Ｏを高々α０５
重量％で含有する高純度で低ソーダのα−アルミナ生成
物の製造法に関する。

特別な工業的要求のために、高純度アルミナの溶融生成
物の需要が増大している。一般に溶融生成物は低孔性及
び高密度を有し、有孔性の又は透過性の非溶融材料より
も強く且つ化学品の作用に対して耐性がある。現在アル
ミナはその望ましい化学的及び機械的性質のために耐火
及び研摩材用途に最も広く使用されている単純な酸化物
である。

耐火材用途の場合、アルミナは広範囲の雰囲気中におい
て適度な耐熱衝撃性、良好な化学的及び機械的安定性を
提供し、その融点の約１００９以内までかなりの強度を
保持する。「中性」　（非酸性及び非塩基性）として定
義される高アルミナ耐火剤は、酸化及び還元雰囲気、酸
化鉄又は酸化マンガン、水蒸気文はスチーム、水素、硫
黄、燃料灰、−酸化炭素、塩素及び弗素１、及びＨＦを
除く酸と接触する用途に望ましい。返本多くの耐火材用
途における使用条件がより厳しくなってきており、１尚
純度アルミナを耐火粘土の代りに用いる着実な佃向が存
在する。例えば高アルミナ耐火材は耐火粘土材よりも高
温の作用に対して耐性がある。

高アルミナ耐火材の最大の用途のいくつかはセメント及
び石灰の製造のためのロータリーキルン、スチールの電
気溶姻炉のための尾根レンガ、吹き込み炉のライニング
及びストーブのレンガ、ひしやくのレンが、及びアルミ
ナ溶融炉におけるアルミナ接触耐火材にある。

溶融高純度アルミナはその高純度及び優秀な硬度と強靭
性のために研摩材生成物に望ましい。溶融アルミナは弛
い研摩材粒子に並びに接着された及びコーティングされ
た研摩材製品に使用される。

溶融アルミナ研摩材は主に鉄金属の研摩用に使用される
ばかりでなく、非鉄及び非金属の研摩にも広く使用され
る。

電気絶縁要素、例えばスパーク・プラグの製造では、低
孔性、高密度及び高純度の材料を用いることが必要であ
る。高純度の溶融アルミナは低孔性、高密度及び畠純度
の均一な材料であり、従ってその粉末状態において電気
絶縁体生成物を作るのに優秀な生成物である。

アルミナにおける不純物としてのソーダは非常に１璧存
在する場合でさえ耐火材、研摩材及び電気絶縁材に対し
て致命的な影響を及ぼす。ソーダはβ−アルミナとして
公知のアルミナと化合物Ｎａ、０　・１１Ａｌ、０３を
形成し、為純度のアルミナ中のソーダのすべてはこの相
に存在すると推定することができる。Ｎａ、０を０．２
０〜０．４５重量％でしか含有しないアルミナ生成物は
、β−アルミナを３．６〜＆１重量％含有し、α−アル
ミナ相の実際の純度を９１，９〜９６．．４重量％以下
にする。このβ−アルミナ相は、α−アルミナ相、Ａｔ
、０３Ｌりも軟かく、耐４１学品性が低く且つクリープ
（負荷における不可逆的な連続的変形）に敏感であり、
また溶融アルミナ生成物における孔、亀裂及び割れの原
因となる。β−アルミナ相の生成のために、ソーダは耐
火材及びある種の研摩材の用途に対するアルミナの望ま
しくない不純物である。ソーダでの汚れはアルミナの電
気的性質に悪ｔｌ／＃を及はすから、ソーダは電気絶縁
材用途に対するアルミナの望ましくない不純物でもある
。

バイエルアルミナは、アルミニウム物質例えばボーキサ
イ）ｆ水性苛性溶液中でそしゃくすることを含む「バイ
エル」法と関連したアルミナである。アルミナの殆んど
は苛性ソーダによって可溶化されてアルミン酸ナトリク
ムを生成し、一方不溶性の又は沈殿した不純物が［レッ
ド・マッド（ｒｅｄ　ｍｕｄ　ｌＪとして分離する。次
いでアルミン酸ナトリウム溶液にアルミナ・トリＩ・イ
ドレートの棟を入れ、溶液中のアルミナをアルミナ・ト
リハイドレートとして沈殿させる。次いでこの沈殿を約
１　’２００℃で焼成し、主な不純物としてソーダを含
む純展約９９重量％のアルミナを得る。

普通の研摩材組の、焼成したバイエルアルミナは、一般
に９９．Ｏ４重量以上のＡ　ｌ　２　（Ｊ　３及び約０
．３〜０．６重量％の、主な不純物としてのＮα型０を
含有する。この焼成したバイエルアルミナの溶融はソー
ダのいくらかを減じ且つ蒸発させ、Ｎａ、σを約０．２
０〜０，４５重電極で含有する生成物を生成する。

アルミナ中のソーダ含量を低下させるのは第１表に例示
するように費用のかかる工程である。なお第１表には種
々の麺類のアルミナ（Ａｌｃｏａ表示］、ソーダ含を及
び価格を示しである。

第１表 ＡＬｃｏａ　Ａ−４■　０．４５　　　　　２５６Ａｌ
ｃｏａ　Ａ−１０■　０．１０　　　　　３９４Ａｔｃ
ｏａ　Ａ−１４■　０．０４　　　　　５３６平板状　
　　０．１０　　　６５０ ■ アルミナの種類Ａｌｃｏａ　　Ａ−４、Ａ−１００及び
Ａ−ｉ４■は不純物の異なる焼成したバイエルアルミナ
である。平板状アルミナはＡｔ、０．の融点（約２０３
５℃）より僅かに低い温度で焼成した尚純度のバイエル
アルミｆ−（Ａｔ、０．９９％以上）である。本発明の
目的に対しては、Ａｌｃｏａ　　Ａ−４＠を−Ｗ通の研
縁材級の焼成したバイエルアルミナとして言及する。

焼成したアルミナ中のソーダ含量を低下させるための蚊
も普通の過去の技術では、溶融反応において炭素を用い
、次の方程式に従ってンー〆を減じ且つ蒸発させる： Ｎａ、Ｏ＋　Ｃ＝　２Ｎａ　＋　ＣＯ この反応を用いノ七ソーダの１重量単位は還元のために
炭素０．１９４重業単位を必要とする。焼成したアルミ
ナのソーダ量を炭素との溶−によって０．４５〜Ｏ，Ｏ
Ｓ　重量％又はそれ以下に低下させるために、典型的に
はソーダ１単位に対して炭素０、１９４単位という化学
量論的割合の２２倍の炭素が必要とされる。即ち炉への
仕込み物にはアルミナに対して１．７重量％の炭素が必
要である。そのように多量の炭素を添加する結果として
、低ソーダの溶融アルミナ生成物は過剰の炭素を含有す
るであろうし、多分アルミニウム・オキシカーバイド４
　Ａｔ　、０．・Ａｔ４Ｃ８として存在する。アルミニ
ウム・オキシカーバイドは舅ましくない生成物であり、
潜在的に危険である。従って過剰の炭素の溶融反応への
添加は高純度アルミナ生成物にとって致命的である。米
国特許第４，１１１，６６８号においては、上述の反応
過程を用いてソーダを減じ且つ蒸発させ、溶融酸化アル
ミニウム研摩材粒子を製造している。゛また酸化アルミ
ニウム研摩材粒子が還元された二酸化チタンを含有する
ために、かなＦ）　Ｇｊｒ量のＴｓＯ，が炉の仕込み物
に添加される。

アルミナ中のソーダ含量を低下させるために、いくつか
の別法が使用されてきた。焼成アルミナラミ気分解還元
炉中で溶融して大きいアルミナコーティング（ピグス＝
ｐｉσ８）を製造する場合、β−アルミナ相、Ｎａ、０
・１ｌＡｔ！ｏｓのいくらかが固化中にキャストの中心
に偏析する。このβ−アルミナ相に十分に定義されてい
る結晶体を形成する。これは注造物を塊りに破砕した後
、手で分離でさ、結果として＃融生成物中のソーダの量
は低下する。

アルミナ中のソーダ量を低下させる他の方法は、米国特
許第４．１７７．２３５号によるものである。

この方法では、Ｎａ、Ｏを０．０５〜０．６０重量％で
含有するアルミナをシリカ及び更なるアルカリと共に電
気的に溶融してα−アルミナ相を珪素質マトリックス中
に形成させる。次いで溶融混合物を破砕゛し、粉砕し、
寸法をととのえ、ｔｈ６ｆｔ及び弗化水素酸で洗浄し、
乾燥する。ソーダの殆んどを他の不純物と一緒に含有す
る珪素電相は、寸法合せ及び酸洗浄工程においてアルミ
ナ相から分離する。得られるアルミナ生成物は少くとも
９９．９５重量％のＡｔ　２０３を・、０，０５重量％
以下の不純物としてのＮα２０と共に含有する。

粒径１〜３ミクロンのアルミナにおけるソーダ含量を低
下させるための第３の別法は米国特許第３．２６２．７
５４号によるものである。この方法ではＮａ、Ｏを０．
６５重量％で含有する焼成アルミナを、約１２００℃の
昇温度において少量の塩素ガスに露呈し、Ｎａ、Ｏを０
．０３重量％で含有するアルミナ粒子を製造する。

粒往２〜６ミクロンの焼結した（平板状の）のアルミナ
におけるソーダ含量を低下させるだめの第４の別法は米
国特許第４．０４５，２３４号に開示されている。これ
によれば、焼成アルミナを、マグネシウム塩及びホウ素
化合物の「共働的に作用する」組合せ物で処理する。こ
の発明では、ンーダ含都が０．０３重電極匂下のＮａま
で低下せしめられる。

一般に過去の技術は、アルミナ中のソーダを減するため
に複雑な方法を使用し、必要な工程数が増大するために
製造費の増加を招き、望ましくない副生物も生成しうる
。

従って本発明の目的は、バイエルアルミナ中のソーダ含
量を０．０５ｉ量％又はそれ以下へ減する方法を提供す
ることである。

本発明の目的は、Ｍ＋線純度溶融アルミナ中におけるソ
ーダ含量を低下させるための容易な、効果的な及び安価
な方法を提供することである。

本発明は、Ｎａ、Ｏを唯一の不純物として０．１〜０．
６重量％で含有するバイエルアルミナを、０、０５〜０
．６５重１″％以下のＴｉＯ，及びＺｒＯ。

及び１．０重量％以下の炭素と共に溶融することによっ
て高々０．０５重量％のＮａ、０を含有する高純度アル
ミナ生成物の製造法を含んでなる。総合の溶融反応の副
生物として、少量の炭化チタン、ＴｉＣ又は炭化ツルコ
ニウム、ＺｒＣがアルミナ生成物中に生成する。

本発明の溶融した低ソーダのアルミナを製造するために
は、アルミナ混合物ｆ、好ましくは電気アーク炉におい
て約２０４０℃以上で溶融させる。

炉の電気アークは混合物を＃融するのに十分な期間に亘
って炭素電極からアルミナ、炭素及びＴｉｅ、又はＺｒ
Ｏ，の混合物へ通る還元アークである。

本発明は、Ｈａ、０を０．１〜０．６重量％で含有する
アルミナを０．０５〜０．６５重量％のＴｉＯ。

又はＺｒＯ，及び１．０重量％以下の炭素と共に溶融す
ることによる一々０．０５重量％のＮａ、Ｏを含有する
アルミナ生成物の製造法を含む。アルミナ生成物中には
少量の炭化チタン、ＴｉＣ又は炭化ジルコニウム、Ｚｒ
Ｃが生成する。

Ｎａ　！０を主不純物として約０．３〜０．６重量％で
含有する普通の研摩材級の焼成ツクイニルアルミナ（即
ちＡｌｔｏａ　　Ａ　−４＠　１　は本発明の方法で使
用される好適なアルミナであるが、少量のＨａ！０を主
不純物として有する）々イニルアルミナ、例えばＡＬｃ
ｏａ　　Ａ−１０■、Ａｌｃｏａ　　Ａ−１４＠、又は
平板状アルミナも使用できる。本発明の溶融混合物に添
加される炭素は好ましくはグラファイト又は焼成した石
油コークである。本発明の溶融混合物に株加される二酸
化チタン又は二酸化ツルコニウムは好ましくｆｄ＆純度
の、例えばセラミック級、顔料縁又は電子縁のもので、
異質の不純物を生成物中へ導入しない。

本発明の方法においては、アルミナ混合物を電気アーク
炉で約２０４０℃以上下に溶融する。炉の電気アークは
混合物を車線するのに十分な時間に亘って炭素電極から
アルミナ、炭素及びＴｉＯ。

又はＺｒＯ，の溶融混合物へ通る還元アークである。還
元状態には比較的「短いアーク」が必要である。この「
短いアーク」は入力及び相電位を調節することによって
得られる。

ソーダ含量を炭化チタン又はＺルコニウムの生成と同時
に減する反応を支配する熱力学的関係は正確には知られ
ていない。反応物である炭素、ソーダ、及びチタニア又
はジルコニアは最初に溶融アルミナ中の浴俺で存在しな
ければならず、また溶融アルミナ上の雰囲気は還元性で
なければならない。ソーダは気体状酸化物としても或い
は還元反応によって生成される元素状のナトリウム蒸気
として＃融液を離れることができる。

炭化チタン又はジルコニラへの結晶が最終の溶融アルミ
ナ中に存在するということは必須でない。

それらは反応物、即ちチタニアと炭素が過剰竜で溶融ア
ルミナ中１（存在する場合にだけ生成し、生成したなら
ばそれは尚密度のために炉の底部へ沈降する。それＫも
拘らず、炭化チタン又はジルコニウムのアルミナ溶融物
中での存在は、α−７にミナ生成物？？ｆｉ摩材目的に
使用する場合に特に有利である。

本発明の方法によって製造される高純度の、低ソーダの
、低孔性のα−アルミナ生成物は、技術的に公知の適当
な手段によって研摩材、耐火材及び電気絶縁材を製造す
るために使用できる。

次の実施例は本発明を例示するが、これを制限するもの
ではない。

実施例　１ ２つのｉ自在４“のグラファイトの電極を備えた傾斜式
の電気アーク炉金１アルミナ、カー？ン及び二酸化チタ
ンの溶融に使用した。電極から炉混合物へ通じる電気的
還元了−りを、単相電源、即ち電位７２示ルト及び電源
１３４キロワツトによって供給した。全２５０ポンドの
炉仕込み物は０．４７重量％の炭素を焼成石油コークの
形で及び０．１０重量％の高純度ＴｉＯ，を含量し７た
。この残りは、０．３６重量％のＮａ、Ｏを主な不純物
として含有する賀・通の研摩材級の焼成パ９エルアルミ
ナＡｌｃｏαＡ−４■からなった。この混合物を２１０
０℃の温度で２時間炉内において処理し、アルミナ中の
ソーダを還元した。得られる溶融アルミナ生成物は０，
０５重量％のＮａ、０を含有した。

実施例　２ 電源が１３５キロワツトであり及び炉の仕込み物が０．
５９重電％の炭素及び０．２５重音量のＴＬＯｔｋ含み
且つ残りが０．４０重量％のＮａ、０を含有するアルミ
ナからなる以外実施例１を繰返した。得られる溶融アル
ミナ生成物は０．０２重量％のＮａ、０を含有した。

実施例　３ 電源が１３５キロワツトであり及び炉の仕込み物が０．
６６市量％の炭素及び０．４０重音電のｌ’ｉ０゜を含
み且つダ（゛りがｏ、４ｏｚ量％のＮａ！Ｏを含有する
アルミナからなる以外実施例１を繰返した。得られる溶
融アルミナ生成物は０．０２重量％のＮａ、０を含有し
た。

実施例　４ 市、源が１２８キロワツトであり及び炉の仕込み物の践
りが０．４０車量％のＮａｔＯを含有するアルミナから
なる以外、実施例１を給−退した。炉の仕込み物にはＴ
ｉＯ，を添加しなかった。祷られる溶融アルミナ生成物
は０．１６重電電のＮａ、０を含有した。即ち１”％Ｏ
ｖｋ炉の仕込み物に添加しない時、アルミナ中のソーダ
の減少は、炭素及びＴｉＯ＊の双方を炉の仕込み物へ添
加した時はど殆んど実質的でなかった。

実施例　５ 電源が１２０キロワツトであり、電位が１２７ボルトで
あり、そして電極を炉混合物の上に置いて酸化条件を作
るという以外実施例２を繰返した。

炉の仕込み物は実施例２と同一であった。祷られる溶融
アルミナ生成物は０．３０重量％のＨａ、０を含有した
。即ち、酸化環境は、アルミナのソーダ含量の低下にお
いて還元環境はど殆んど実質的でなかった。

これらの実施例を第２表に要約する。表は炉の条件、炉
の仕込み物の成分及び生成物中のソーダのパーセントを
示す。

本発明をそゐ好適な具体例を参考にして記述してきたけ
れど、他の具体例も同一の結果を達成しうる。本発明の
変化及び改変は同条者にとって明白なことであり、すべ
てのそのような改変及び同等物は本発明の真の精神及び
範囲において特許請求の範囲に包含されるものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　ａｔ（＋）　　不純物としてＮａ！Ｏを約０．
   １〜０．６重量％で含有するアルミナ： （ｉｉ）　　約０．０５〜０．６５重量％のｒｓｏ。 又はＺｒ０１１及び （＋ｉｉ）　　１．０重量％以下の炭素、の混合物を炉
   に仕込み； ｂ）　工程α）の混合物を還元条件下Ｖｃｌ！Ｉｔ解し
   て混合物を溶融し且つアルミナ中のＮａ、０を還元せし
   め；及び Ｃ）　溶融アルミナ材料を加工して所望の生成物を製造
   する、 工程を含んでなう高々０．０５重量％のソーダを含有す
   る筒純度の溶融アルミナ生成物の製造法。 ２　炉への住込み物中のＴｉＯ，が高純度の二酸化チタ
   ンである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ＆　炉への仕込み物中のＺｒＯ，が高純度の二酸化ジル
   コニウムである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、炉への仕込み物中のアルミナが焼成したバイエルア
   ルミナである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ＆　炉への仕込み物中のアルミナが普通の研摩材級の焼
   成したバイエルアルミナである特許請求の範囲第４項記
   載の方法。 ６、炉への仕込み物中のアルミナが平板状アルミナであ
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７、炉への仕込み物中の炭素がグラファイトである特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ＆　炉への在込み物中の炭素が焼成した石油コ−クであ
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９．炉が電気アーク炉である特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 １０、　　電気アークが炭素電極から溶融混合物へ至る
   短い還元アークである特許請求の範囲第９項記載の方法
   。 １１、　　電気アークが約７２ボルトの電位及び約１２
   ５〜１４０キロワツトの入力を有する単相電源によって
   供給される特許請求の範囲第１θ項記載の方法。 １２−　炉の温度が約２０４０℃以上である特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 １３、　　所望の生成物が研摩材生成物である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 １４、所望の生成物が耐火材生成物である特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 １５、所望の生成物が電気絶縁材生成物である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。