KR20220100574A

KR20220100574A - 알루미나 제조 방법

Info

Publication number: KR20220100574A
Application number: KR1020227011262A
Authority: KR
Inventors: 로버트 조셉 라마키아; 트래비스 바로니; 샤논 트로이 다이; 케빈 로널드 베컴
Original assignee: 알코아오브오스트레일리아리미티드
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2022-07-15
Also published as: EP4025717A4; EP4025717A1; US20220185689A1; JP2022547859A; AU2020343122A1; CN114667358A; BR112022004017A2; WO2021042176A1; CA3149879A1

Abstract

베이어 공정에서 유래한 알루미늄-함유 물질로부터 고순도 알루미나를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 알루미늄-함유 물질을 염산으로 분해하여 염화알루미늄 액 및 산-불용성 고체를 생성하고 상기 고체를 염화알루미늄 액으로부터 분리하는 단계, 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계, 생성된 염화알루미늄 액으로부터 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하는 단계, 및 생성된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하여 고순도 알루미나를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

알루미나 제조 방법

본 개시내용은 알루미나를 제조하는 방법, 특히 베이어(Bayer) 공정에서 유래하는 알루미늄-함유 물질로부터 고순도 알루미나를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 배경에 대한 다음의 논의는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이다. 그러나, 이 논의가 임의의 언급된 자료가 이 출원 우선일 당시에 공개되었거나 알려졌다거나 또는 공통적인 일반 지식의 일부라는 것의 인정 또는 시인이 아님을 이해해야 한다.

고순도 알루미나는 고강도 방전 램프, LED, 정밀 광학용 사파이어 유리, 휴대용 장치, 텔레비전 화면 및 시계 화면, 레이저용 합성 보석에서의 중요한 물질, 우주 및 항공 산업의 성분 및 고강도 세라믹 도구를 비롯한, 넓은 범위의 기술 응용 분야에 사용될 수 있다. 이는 또한 리튬 이온 베터리에서, 양극과 음극 전지 사이의 전기 절연체 역할을 함으로써 사용될 수 있다. 이 후자의 응용 분야에서는, 특히 소다(soda)와 같은, 임의의 상당한 불순물이 셀(cells) 사이의 바람직하지 않은 전자 이동을 조장하기 때문에 고순도 사양이 특히 필요하다.

고순도 알루미나는 고순도 알루미늄 금속을 산과 반응시켜 알루미늄 염 용액을 생성하고, 이어서 상기 용액을 농축하고 농축된 염 용액을 분무 배소(roasting)하여 산화알루미늄 분말을 제공함으로써 알루미늄 금속으로부터 직접 제조될 수 있다. 이 방법은 불순물에 의한 오염 가능성을 줄이기 위해 고순도 알루미늄 금속 공급원료에서 고순도 알루미나를 제조한다는 전제에 기반한다.

대안적으로, 고순도 알루미나는 하소(calcining)한 다음 염산 중에서 카올린 또는 다른 점토 유사 물질을 분해(digesting)함으로써 제조될 수 있으며, 이에 의해 산-불용성 고체는 분해 혼합물로부터 분리되어 염화알루미늄 액(liquor)을 생성한다. 필요한 순도의 알루미나를 생성하기 위해 최종 하소 전에 불순물 수준을 줄이기 위한 하나 또는 일련의 결정화 단계에서 염화알루미늄 6수화물(hexahydrate)(AlCl₃.6H₂O) 고체가 연속적으로 결정화될 수 있다.

제련소 또는 야금 등급 알루미나는 베이어 공정에 의해 보크사이트로부터 생성된 알루미늄 히드록시드의 직접 하소에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 하소 등급의 알루미나는 0.15 내지 0.50%의 소다 함량을 가질 수 있으며, 이는 전술한 응용 분야에 있어서는 너무 높은 수치이다.

따라서, 알루미늄 금속, 카올린 및 점토 유사 알루미늄 물질 이외의 공급원으로부터 고순도 알루미나를 제조하기 위한 대안적이고 보다 효율적인 공정을 개발할 필요가 있다. 특히, 베이어 공정의 생성물 또는 부산물, 심지어 소다 함량이 0.15% 초과이고 Fe, Si, Ti, Ca, Mg, K, Mo 및 P 불순물이 있는 생성물 또는 부산물로부터 고순도 알루미나를 제조하는 공정을 개발하는 것이 유리할 것이다.

본 개시내용은 고순도 알루미나의 제조 방법을 제공한다.

제1 양태에서는, 베이어 공정에서 유래한 알루미늄-함유 물질로부터의 고순도 알루미나 제조 방법으로서,

a) 상기 물질을 염산으로 분해하여 염화알루미늄 액 및 산-불용성 고체를 생성하고 상기 고체를 염화알루미늄 액으로부터 분리하는 단계;

b) 상기 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈(depleting)시키는 단계;

c) 단계 b)에서 생성된 염화알루미늄 액으로부터 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하는 단계; 및

d) 단계 c)에서 생성된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하여 고순도 알루미나를 생성하는 단계

를 포함하는 고순도 알루미나의 제조 방법이 제공된다.

고순도 알루미나는 베이어 공정, 특히 제련소 등급 알루미나 생산의 생성물 및 부산물에서 유래하는 다양한 알루미늄-함유 물질로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 베이어 공정에서 유래한 알루미늄-함유 물질은 산-가용성 알루미늄 히드록시드 화합물, 산-가용성 알루미늄 옥시히드록시드 화합물, 알루미늄 옥시드 화합물, 삼(tri)칼슘 알루미네이트 6수화물, 도소나이트(dawsonite), 알루미늄-치환된 철 히드록시 옥시드, 베이어-소달라이트(sodalite), DSP 및 적니(red mud) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.

추가적인 실시양태에서, 고순도 알루미나는 알루미늄 히드록시드의 하소 동안 생성된, 미세 입자, 즉 분진로부터 제조될 수 있다. 이 하소로 분진(calciner dust)는 임의의 적합한 방식으로 하소로 배기 가스로부터 분리 및 수집될 수 있으며, 예를 들어 상기 분진은 정전기 집진기(ESP 분진), 백 하우스, 사이클론, 필터, 세광기(elutriators), 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 분리 및 수집될 수 있다.

본 명세서에 개시된 방법에 사용하기 위해 수집된 하소로 분진은 약 100μm, 95μm, 90μm, 85μm, 80μm, 75μm, 70μm, 65μm, 60μm, 55μm, 50μm, 45μm, 40μm, 35μm, 30μm, 25μm, 또는 25μm 미만의 입자 크기 D90을 가질 수 있다. 하소로 분진 입자 크기 D90은 약 1μm, 5μm, 10μm, 15μm, 20μm, 25, 30μm, 또는 35μm 이상일 수 있다. 하소로 분진 입자 크기는 이들 상한 및/또는 하한 값 중 임의의 2개의 값에 의해 제공되는 범위, 예를 들어 약 1 내지 100μm, 5 내지 75μm, 10 내지 65μm, 15 내지 55μm, 20 내지 50μm 또는 25 내지 45μm일 수 있다.

전형적으로, 이러한 물질은 폐색물(occlusions) 및/또는 표면 소다로서 존재할 수 있는 0.15% 이상의 소다 함량을 갖는다. 따라서, 일부 실시양태에서, 상기 방법은 단계 a)를 수행하기 전에 상기 알루미늄-함유 물질로부터 소다를 제거하는 것을 포함한다.

일부 실시양태에서, 단계 a)를 수행하기 전에, 상기 방법은 이산화탄소로 상기 알루미늄 함유 물질을 스크러빙함으로써 상기 물질로부터 표면 소다를 제거하는 것을 포함한다. 대안적으로, 다른 실시양태에서, 단계 a)를 수행하기 전에 상기 제조 방법은, 상기 물질을 1회 이상의 알칼리 용액에 의한 상기 물질의 용해 및 재결정화로 처리하여 소다 및 임의적으로 다른 불순물을 감소시키는 것을 포함한다.

일부 실시양태에서, 생성된 재결정화된 물질은 깁사이트(gibbsite)일 수 있다. 특히, 깁사이트가 베이어 공정에서 공급되는 실시양태에서, 1회 이상의 재결정화는 베이어 공정 회로 내에서 수행될 수 있다.

한 실시양태에서, 염산에서 상기 물질을 분해하는 단계는 주위 온도로부터 생성된 염화알루미늄 액의 대기 비등점(boiling point)까지, 특히 60℃ 내지 90℃, 심지어 75℃ 내지 85℃ 온도에서 수행될 수 있다.

일부 실시양태에서, 염산에서 상기 물질을 분해하는 단계는 15분 내지 6시간, 특히 3시간 내지 4시간 동안 수행될 수 있다.

일부 실시양태에서, 염산은 5M 내지 12M, 특히 약 9M의 농도를 가질 수 있다.

한 실시양태에서, 상기 액으로부터 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하는 단계는 상기 용액에 염화수소 기체를 살포(sparging)하는 것을 포함한다.

한 실시양태에서, 상기 액으로부터 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하는 단계는 상기 액을 시딩(seeding)하여 염화알루미늄 6수화물 고체를 침전시키는 것을 포함한다. 일 예에서, 상기 액은 0.1g/L 내지 50g/L의 양의 염화알루미늄 6수화물 결정으로 시딩될 수 있다.

상기 액은 염화수소 기체로 살포되기 전에 농축될 수 있다. 특히, 상기 액은 3.4 몰랄농도의 알루미늄까지 농축될 수 있다.

일 실시양태에서, 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하는 단계는 하나 이상의 가열 단(stages)에서 수행될 수 있다.

예를 들어, 일 실시양태에서, 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하는 단계는 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 약 200℃ 내지 1300℃, 특히 약 250℃ 내지 약 1000℃의 온도로 가열하는 것을 포함한다.

또 다른 실시양태에서, 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하는 단계는

i) 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 제1 온도에서 가열하여 상기 고체를 열분해하는 단계; 및,

ii) 열분해된 고체를 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 하소하여 고순도 알루미나를 생성하는 단계

를 포함한다.

일 실시양태에서, 상기 제1 온도는 200℃ 내지 900℃일 수 있고 상기 제2 온도는 1000℃ 내지 1300℃일 수 있다.

제1 온도 및/또는 제2 온도에서 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해 단계의 부산물로서 염화수소 기체가 생성될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 상기 제조 방법은 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하기 위해 상기 염화알루미늄 액에 살포하기 위한 재생된 염화수소 기체를 재순환시키는 단계를 더 포함한다.

본 명세서에 사용된 용어 '불순물'은 알루미늄이 아닌, 금속 또는 메탈로이드(metalloid)을 지칭하며, 이는 상기 알루미늄-함유 물질에 존재할 수 있고 염화알루미늄 액에 함께 용해될 수 있다. 염화알루미늄 액 내의 하나 이상의 불순물은 Na, Fe, Si, Ti, Ca, Mg, K, Mo 및 P를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 불순물의 염화물 염의 공-침전, 불순물의 염화알루미늄 6수화물 고체 내로의 폐색 또는 염화알루미늄 6수화물 고체 표면 상의 흡착을 방지하기 위해 상기 액 내의 이러한 불순물의 농도를 감소시킨 후에 염화알루미늄 6수화물 고체를 침전시키는 것이 바람직하다.

일부 실시양태에서, 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계는 임의적으로 착화제(complexing agent)와 조합하여, 이온 교환, 용매 추출, 또는 흡착에 의해 상기 액으로부터 하나 이상의 불순물을 추출하는 것을 포함할 수 있다.

대안적인 실시양태에서, 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계는 하나 이상의 불순물의 염화물 염을 선택적으로 침전시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 액은 냉각되고 염화수소로 살포되어 염화나트륨의 염석(salting out)을 촉진한 다음 임의적으로 임의의 적합한 통상적인 분리 기술에 의해 액으로부터 분리될 수 있다.

추가의 대안적인 실시양태에서, 염화알루미늄 액에 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계는 상기 액을 착화제와 반응시키는 것을 포함할 수 있으며, 이때 상기 착화제는 선택적으로 하나 이상의 불순물과 착물(complex)을 형성할 수 있다. 이러한 방식에서는, 염화알루미늄 6수화물 고체가 생성될 때 착화된 불순물은 용해된 상태로 남아있게 된다.

상기 불순물이 나트륨인 일부 실시양태에서, 염화알루미늄 액은 상기 액을 반-투과성 양이온 선택성 막(membrane), 특히 나트륨 선택성 막에 통과시켜 상기 액으로부터 나트륨 불순물을 분리함으로써 정제될 수 있다.

단계 c)에서 생성된 염화알루미늄 6수화물 고체에 잔류하는 불순물의 함량에 따라, 상기 제조 방법은

염화알루미늄 6수화물 고체를 용해시켜 제2 염화알루미늄 액을 생성하고 상기 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계; 및

제2 염화알루미늄 액으로부터 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하는 단계

를 더 포함할 수 있다.

대안적으로, 염화알루미늄 6수화물 고체와 NaCl의 공-침전이 있는 실시양태에서, 상기 제조 방법은 염화알루미늄 6수화물 고체를 NaCl의 존재 하에 열분해하는 단계 및 열분해된 알루미나를 물로 침출(leaching)시켜 소다를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 양태에서, 베이어 공정에서 유래하는 하소로 분진으로부터 고순도 알루미나의 제조 방법이 제공되며, 이때 상기 하소로 분진은 소다를 제거하기 위해 전-처리되며, 상기 제조 방법은

a) 상기 전-처리된 하소로 분진을 염산으로 분해하여 염화알루미늄 액 및 산-불용성 고체를 생성하고 상기 고체를 염화알루미늄 액으로부터 분리하는 단계;

b) 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계;

를 포함한다.

본 개시내용의 또 다른 양태에서, 고순도 알루미나를 위한 전구체로서의, 깁사이트 및/또는 하소로 분진 예컨대 ESP 분진 및/또는 DSP의 용도가 제공된다.

이제 바람직한 실시양태가 첨부 도면을 참조하여, 단지 예로서, 추가로 설명되고 예시될 것이다:
도 1은 깁사이트로부터 고순도 알루미나를 제조하기 위한 공정의 일 실시양태의 대표적인 흐름도이고;
도 2는 전기 집진기 분진(ESP 분진)로부터 고순도 알루미나를 제조하기 위한 공정의 대안적인 실시양태의 대표적인 흐름도이다.

본 발명은 고순도 알루미나의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적 용어

본 명세서 전반에 걸쳐, 달리 구체적으로 언급되지 않거나 또는 문맥이 달리 요구하지 않는 한, 단일 단계, 물질, 단계들의 그룹 또는 물질들의 그룹에 대한 언급은 하나 및 복수(즉, 하나 이상의) 이러한 단계들, 물질들, 단계들의 그룹들 또는 물질들의 그룹들을 포함한다. 따라서, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 양태를 포함한다. 예를 들어, “하나”의 지시대상에 대한 언급은 단일뿐만 아니라 둘 이상의 지시대상을 포함한다.

본 명세서에 기재된 본 개시내용의 각각의 예는 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 각각 및 모든 다른 예에 약간 수정되어 적용되어야 한다. 본 개시내용은 단지 예시의 목적으로 의도되어 본 명세서에 기재된 특정 예에 의해 범위가 제한되어서는 안 된다. 기능적으로 동등한 제품, 조성물 및 방법은 본 명세서에 기재된 바와 같이 분명히 본 개시내용의 범위 내에 있다.

용어 “및/또는”, 예를 들어, “X 및/또는 Y”는 “X 및 Y” 또는 “X 또는 Y”를 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 두 가지 의미 모두 또는 두 가지 의미 중 하나에 대한 뚜렷한 지지를 제공하는 것으로 간주된다.

본 명세서 전반에 걸쳐 “포함한다(comprise)”라는 단어 또는 “포함한” 또는 “포함하는”과 같은 그의 변형은 언급된 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소, 정수 또는 단계의 그룹을 포함하지만 다른 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소, 정수 또는 단계의 그룹을 제외하지 않는 것을 의미함이 이해될 것이다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 물질이 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 물질이 하기에 기재되어 있다. 충돌이 있는 경우, 정의를 포함한, 본 명세서의 내용이 우선한다. 또한, 상기 물질, 방법 및 예는 예시일 뿐이며 제한하려는 의도가 아니다.

본 명세서에 사용된 용어 “약”은 주어진 값 또는 범위의 5% 이내, 및 더욱 바람직하게는 1% 이내를 의미한다. 예를 들어, “약 3.7%”는 3.5 내지 3.9%, 바람직하게는 3.66 내지 3.74%를 의미한다. 용어 “약”이 값의 범위와 관련된 경우, 예를 들어, “약 X% 내지 Y%”에서, 용어 “약”은 인용된 범위의 하한(X) 및 상한(Y) 값을 모두 수식하도록 의도된다. 예를 들어, “약 20% 내지 40%”는 “약 20% 내지 약 40%” 동일하다.

특정 용어

본 명세서에 사용된 용어 “알루미나”는 산화알루미늄(Al₂O₃), 특히 결정질 다형상(polymorphic phase) α, γ, θ 및 κ를 지칭한다. 고순도 알루미나는 약 99.99% 순도의 Al₂O₃로서, 고강도 방전 램프, LED, 정밀 광학용 사파이어 유리, 휴대용 장치, 텔레비전 화면 및 시계 화면, 레이저용 합성 보석, 우주 및 항공 산업의 부품, 고강도 세라믹 도구, 또는 리튬 이온 배터리의 전기 절연체를 포함하나, 이에 제한되지 않는, 다양한 응용 분야의 핵심 물질로 사용하기에 적합하다.

본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 '베이어 공정에서 유래된 알루미늄-함유 물질'는 베이어 공정 및 알루미나 생산의 생성물 또는 부산물로서 생성된 10% 초과의 함량(Al₂O₃당량의 중량%)을 갖는 임의의 물질을 지칭한다. 이러한 알루미늄 함유 물질의 예로는 산-가용성 알루미늄 히드록시드 화합물 예컨대 깁사이트(γ-Al(OH)₃), 베이어라이트(bayerite)(α-Al(OH)₃), 노르드스트란다이트(nordstrandite), 도일라이트(doyleite) 또는 도소나이트(dawsonite)(NaAl(OH)₂CO₃), 산-가용성 알루미늄 옥시히드록시드 화합물 예컨대 디아스포어(diaspore)(α-AlO(OH)) 또는 보헤마이트(boehmite)(γ-AlO(OH)), 삼(tri)칼륨 알루미네이트 6수화물(TCA), 또는 Al-치환된 철 히드록시 옥시드 예컨대 알루미늄 침철석(goethite)(Fe(Al)OOH)을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이 용어는 또한, 베이어 공정에서 유래한 알루미나 생산의 부산물, 예컨대 일반적으로 10 중량%(Al₂O₃ 당량) 초과의 알루미늄 함량을 갖는 하소로 분진, DSP 및 적니를 포함한다.

알루미나 생산에서 알루미늄 히드록시드의 하소는 하소로 분진으로 방출될 수 있는 미세 입자를 생성한다. 하소로 분진 배출은 하소로 스택(stacks) 내의 전기 집진기와 같은 다양한 수집 기술을 사용하여 낮은 수준으로 완화되고 제어될 수 있다. ESP 분진은 전기 집진기에 의해 포착된 미세 입자 잔류물이다. ESP 분진 입자는, 폐색(occluded) 소다 및 표면 소다로 오염된 알루미나 및 다양한 알루미늄 (옥시)히드로옥시드 및 알루미늄 히드록시드 화합물을 포함할 수 있다.

DSP는 베이어 공정 내에서 침전되는 여러 산-가용성 실리카 함유 화합물을 설명하는 데 사용되는 집합적인 용어이다. DSP는 주로 [NaAlSiO₄]₆.mNa₂X.nH₂O의 화학식을 갖는 베이어-소달라이트이며, 여기서 “mNa₂X”는 제올라이트의 케이지 구조 내에 삽입된 내포 나트륨 염을 나타내며 X는 탄산염 이온(CO₃ ^2-), 황산염 이온(SO₄ ^2-), 염화물 이온(Cl^-), 알루미네이트 이온((AlO₄)^-)일 수 있다. DSP는 분해 회로 이전의 베이어 공정의 '탈규소화(desilication)' 회로와 분해 회로 자체에서 형성된다. DSP는 궁극적으로 보크사이트 잔류물(예를 들어, 적니)의 일부가 된다. 또한, 탈규소화 회로에서 실리카 함량이 감소함에도 불구하고, 당업자는 실리카가 베이어 공정 전반에 걸쳐 용액에서 과포화될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 결과적으로, DSP는 또한 탱크, 파이프 및 히터의 내부 표면에 스케일(scale)로 형성될 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어 '소다' 및 '소다 함량'은, 물질의 총 중량당 중량 백분율(중량%)로 보고되는, 물질에 존재하는 Na₂O 및 Na₂O의 양을 지칭한다. 고순도 알루미나의 소다 함량은 낮아야 함을 이해할 것이다. '표면 소다'에 대한 언급은 입자 표면 상에 흡착된 Na₂O의 존재와 관련이 있고, '폐색 소다'에 대한 언급은 다른 물질 내에 캡슐화된 소다와 관련이 있다.

하소는, 공기 또는 산소의 부재 또는 제어된 공급 하에, 고체를 고온(즉 500℃ 초과)으로 가열하여, 일반적으로 고체를 분해해 이산화탄소, 결정화수 또는 휘발성 물질을 제거하거나, 또는 알루미늄 히드록시드의 알루미나로의 전환과 같은 상 변환을 수행하는, 열처리 공정이다. 이러한 열처리 공정은 로(furnaces) 또는 반응기 예컨대 용광로(shaft furnace), 회전 킬른(kiln), 다중 노상 로 및 유동층 반응기에서 수행될 수 있다.

'대기 비등점'이라는 용어는 대기압에서 액체 또는 슬러리가 끓는 온도를 지칭하기 위해 사용된다. 비등점은 또한 액체 또는 슬러리 내의 다양한 용질 및 이들의 농도에 따라 변할 수 있음을 이해할 것이다.

고순도 알루미나의 제조 방법

고순도 알루미나는 베이어 공정에서 유래한 다양한 알루미늄-함유 물질로부터 제조될 수 있다.

유리하게는, 본 발명자들은 제련소 등급 알루미나 생산의 생성물 또는 부산물 예컨대 깁사이트, 보크사이트 잔류물, ESP 분진과 같은 하소로 분진 및 DSP가 고부가가치 고순도 알루미나로 전환될 수 있는 상당량(10% 중량 초과의 Al₂O₃ 당량)의 알루미늄 (옥시)히드록시드 또는 베이어-소달라이트를 함유함을 발견했다. 그러나, 이들 물질의 대부분은 원하는 최종 제품의 고순도 임계값(약 99.99%)에 비해 높은 불순물 함량, 특히 소다를 가지고 있다. 고순도 임계값을 달성하기 위한 불순물의 제거는 기술적으로 어렵다. 본 명세서에 기술된 공정의 발명자들은, 불순물이 고순도 알루미나 생산 공정에 불필요하게 도입되지 않도록 '표면' 불순물을 고갈시키기 위한 공급 물질의 전-처리가 바람직하다는 것을 인식하였다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 공정은 이후, 잔류하는 불순물을 고갈시켜 고순도 알루미나를 얻는다.

베이어 공정에서 유래된 알루미늄-함유 물질은 수득한 상태 그대로 상기 물질을 선광(beneficiate)하기 위해 전-처리 단계를 거칠 수 있다. 상기 전-처리 단계는 농축, 모래 또는 석영과 같은 맥석(gangue)의 물질을 고갈시키는 중력 분리, 또는 1μm 내지 200μm의 입자 크기로의 분쇄(comminution)를 포함하나, 이에 제한되지 않는, 임의의 하나 이상의 선광 공정일 수 있다.

도 2와 관련하여, ESP 분진은 폐색 소다 및 표면 소다를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. ESP 분진이 공정 회로(100)에 들어가기 전에, ESP 분진을 이산화탄소로 스크러빙(240)하여 표면 소다를 중탄산나트륨으로서 제거하여 ESP 분진으로부터 표면 소다를 쉽게 제거할 수 있다. 스크러빙된 ESP 분진은 이후에 여과(250)되고, 공정 회로(100)에 들어가기 전에 잔류 중탄산나트륨을 제거하기 위해 물로 세척될 수 있다. 도 2에 도시되고 아래에서 더 상세히 설명되는 공정은 대안적인 방법에 의해 수집된 하소로 분진의 처리에도 적용할 수 있음이 이해될 것이다.

대안적으로, 가용성 표면 소다는 물로 세척함(미도시)으로써 ESP 분진으로부터 적어도 부분적으로 제거될 수 있다. 세척된 ESP 분진은 이후에 공정 회로(100)에 들어가기 전에 여과(250)될 수 있다.

도 1과 관련하여, 깁사이트 공급물은, 깁사이트 공급물이 임의적으로 베이어 공정 회로 내의 알칼리 용액에 의한 1회 이상의 재결정화(260) 단계로 처리될 수 있는 베이어 공정 회로로부터 제공될 수 있고, 이를 통해 상기 공급물에서 하나 이상의 불순물, 특히 소다를 고갈시킬 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 고순도 알루미나의 제조 방법(100)은 염화알루미늄 액을 생성하기 위해 상기 알루미늄-함유 물질을 염산으로 분해(110)하는 단계를 포함할 수 있다. 염산은 5M 내지 12M HCl, 특히 7M 내지 9M HCl의 농도를 가질 수 있다.

생성된 염화알루미늄 액의 HCl 농도는 0M 내지 2M의 범위일 수 있다. 분해(110) 단계는 배취(batch) 모드 또는 연속 모드로 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 분해(110) 단계는 단일 반응기(용기(vessel)) 또는 일렬로 배열된 복수의 반응기(예를 들어, 최대 5개의 용기)에서 수행될 수 있으며, 후자의 경우 일렬로 연결된 각 용기의 액 중 HCl 농도는 약 10M에서 약 2M까지 계단식으로 감소한다.

생성된 혼합물은 최대 50 중량%의 초기 고체 함량을 가질 수 있지만, 혼합물의 고체 함량은 분해가 진행됨에 따라 감소할 것이라는 점을 이해할 것이다.

산 분해(110)는 주변 온도 내지 생성된 염화알루미늄 액의 대기 비등점, 특히 75℃ 내지 85℃의 온도에서 수행될 수 있다.

분해 속도는 생성된 분해 혼합물의 온도, 고체의 농도 및 산 농도에 의존할 것이라는 점을 이해할 것이다. 산 분해(110)는 15분 내지 6시간, 특히 약 3 내지 4시간 동안 수행될 수 있다.

산-가용성 화합물의 용해가 완료된 후, 생성된 염화알루미늄 액은, 임의의 적합한 통상적인 분리 기술, 예컨대 여과, 중력 분리, 원심분리 등에 의해 임의의 잔류 고체로부터 분리(120)되지만, 여과가 일반적으로 선호된다. 고체는 분리 동안 1회 이상의 세척을 거칠 수 있음을 이해할 것이다.

알루미늄-함유 물질이 ESP 분진인 도 2와 관련하여, 용해 후 잔류하는 고체는 Al₂O₃를 포함할 수 있다. 이러한 알루미나-함유 고체는 후속적으로 세척, 건조(130)되고 판매용으로 제조될 수 있다.

생성된 염화알루미늄 액은 그 후에 상기 액에서 하나 이상의 불순물, 특히 Na, Fe, Si, Ti, Ca, Mg, K, Mo 및 P를 고갈시키는 정제 공정(140)을 거칠 수 있다. 상기 액 중의 임의의 하나 이상의 불순물 농도를 감소시킬 수 있는 임의의 적합한 정제 공정이 사용될 수 있다.

예를 들어, 정제 공정(140) 중 하나는 염화알루미늄 액을 이온 교환 수지, 특히 양이온 교환 수지와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.

대안적으로, 정제 공정(140) 중 하나는, 염화알루미늄 액을, 하나 이상의 불순물을 흡착하기 위한 흡착제와, 임의적으로 착화제와 함께 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 적합한 흡착제는 활성 알루미나, 실리카 겔, 활성 탄소, 분자체 탄소, 분자체 제올라이트 및 중합체성 흡착제를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.

정제 공정(140) 중 하나는 하나 이상의 불순물의 염화물 염을 선택적으로 침전시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 액은 염화나트륨의 염석을 촉진하기 위해 냉각되고 HCl로 살포될 수 있다.

정제 공정(140) 중 하나는 상기 액을 착화제와 반응시키는 것을 포함할 수 있으며, 이때 상기 착화제는 선택적으로 하나 이상의 불순물과 착물을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 염화알루미늄 6수화물 고체가 생성될 때 착화된 불순물이 용액에 남아 있을 수 있다. 착화제는 Na, Fe 또는 Ti에 대해 선택적일 수 있다. Na에 적합한 착화제는 거대고리형(macrocyclic) 폴리에테르 예컨대 크라운 에테르, 라리아트(lariat) 크라운 에테르 및 크립탄드(cryptands)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 나트륨에 대해 우수한 선택성을 나타내는 적합한 크라운 에테르는 15-크라운 5, 12-크라운 4 및 18-크라운 6을 포함한다. 이러한 크라운 에테르는 수용액에 용해된다. Fe에 대한 적합한 착화제는 폴리피리딜 리간드, 예컨대 비피리딜 및 터피리딜 리간드, 폴리아자마크로사이클을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. Ti에 적합한 착화제는 O, N, S, P 또는 As 공여체를 포함하는 거대고리형 리간드를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 다른 금속 착화제는 중금속 킬레이트제 예컨대 EDTA, NTA, 포스포네이트, DPTA, IDS, DS, EDDS, GLDA, MGDA를 포함할 수 있다.

또 다른 정제 공정(140)은 용매 추출을 포함할 수 있다. 적합한 담체(carrier)는, 할로알칸 예컨대 클로로메탄, 디클로로메탄, 클로로포름, 및 1-옥탄올과 같은 장쇄 알코올을 비롯한 비극성 용매일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 논의된 크라운 에테르 착화제는 일반적으로 비극성 용매보다 물에 더 잘 용해된다. 따라서, 소수성 기 예컨대 벤조 기 및 장쇄 지방족 작용기의 첨가에 의한 상기 논의된 크라운 에테르 착화제의 개질(modification)은 비극성 용매에서의 크라운 에테르 착화제의 분배를 개선할 수 있다.

불순물이 나트륨인 일부 실시양태에서, 염화알루미늄 액은 이를 반-투과성 양이온 선택성 막, 특히 나트륨 선택성 막에 통과시켜 상기 액으로부터 나트륨 불순물을 분리함으로써 정제(140)될 수 있다.

전술한 정제 공정(140) 중 어느 하나를 거친 후, 생성된 염화알루미늄 액은 증발기에서 농축(150)되어 용액 내 Al 농도를 증가시킬 수 있다.

그 후, 농축액은 결정화 용기로 보내지고, 여기서 액 중의 염화물 농도는 염화알루미늄 6수화물에 대한 포화 농도로 증가되고(160), 이로 인해 염화알루미늄 6수화물이 용액으로부터 침전되도록 조장한다. 예를 들어, 초기 염화물 이온 농도는 6M 내지 12M 염화물, 예를 들어 7M 내지 10M 염화물, 및 특히 9M 염화물로 증가될 수 있다. 액 중의 염화물 이온 농도는 염화수소 가스를 살포하여 쉽게 증가될 수 있다. 일부 실시양태에서, 염화물 이온 농도는 염화수소 기체를 사용한 연속적인 살포에 의해 증가된다. 대안적으로, 살포는 침전 공정 동안 주기적으로 일시 중지될 수 있다. 액에 대한 살포는 염화수소 가스의 초기 부분이 액에 도입된 후 일시 중지될 수 있으며, 예를 들어 염화수소 가스의 50%가 액에 도입된 후 살포가 일시 중지될 수 있다. 유리하게는, 액체보다 염화수소 기체로 살포하는 것은, 바람직하지 않은 불순물로 액을 오염시킬 가능성을 줄일 수 있다.

고체 침전(160)은 25℃ 내지 100℃, 특히 40℃ 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있다.

고체 침전(160)은 1시간 내지 6시간, 특히 약 3시간 동안 수행될 수 있다. 농축된 액에 염화알루미늄 6수화물 결정을 시딩하여 결정화 반응를 돕고 생성된 제품의 순도를 향상시킬 수 있다. 상청액에는 염화알루미늄 6수화물 결정이 적어도 0.1g/L, 약 1g/L, 약 5g/L, 약 10g/L, 약 15g/L, 약 20g/L, 약 25g/L, 약 30g/L, 약 35g/L, 약 40g/L, 약 45g/L, 또는 약 50g/L 및 추가로 적어도 0.1 내지 1g/L, 1 내지 5g/L, 5 내지 10g/L, 10 내지 15g/L, 15 내지 20g/L, 20 내지 25g/L, 25 내지 30g/L, 30 내지 35g/L, 35 내지 40g/L, 40 내지 45g/L, 45 내지 50g/L의 양으로 시딩될 수 있다.

고체 침전이 완료된 후, 생성된 염화알루미늄 6수화물 고체를 상청액으로부터 분리(170)하고 염산으로 세척한다. 임의의 적합한 통상적인 분리 기술, 예컨대 여과, 중력 분리, 원심분리, 분급(classification) 등이 사용될 수 있지만 일반적으로 여과가 바람직하다. 고체는 분리 동안 1회 이상의 세척을 거칠 수 있음을 이해할 것이다.

분리된 액체는 높은 산성을 가지기 때문에, 베이어 공정에서 유래한 알루미늄 함유-물질을 분해(110)하기 위한 염산으로서 사용하기 위해 편리하게 재순환될 수 있다.

분리된 염화알루미늄 6수화물 고체는 그 후 물에 용해(180)될 수 있고 생성된 용액은 정제 공정(190)을 거칠 수 있다. 추가적인 정제 공정(190)은 상술한 정제 공정 중 어느 하나일 수 있으며, 제거되어야 하는 목표 불순물 또는 상기 용액에 남아 있는 불순물의 잔류 농도에 따라, 동일하거나 상이한 공정일 수 있다.

그 후 생성된 정제된 용액을 결정화 용기에 통과시키고, 여기서 액 내의 염화물 농도가 염화알루미늄 6수화물에 대한 포화 농도로 증가되고(200), 이를 통해 염화알루미늄 6수화물이 용액으로부터 침전되도록 조장한다. 액의 염화물 농도는 염화수소 가스를 살포하여 쉽게 증가될 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 염화수소 가스를 살포하는 것은 원하지 않는 불순물로 액을 오염시킬 가능성을 감소시킨다.

고체 침전(200)은 25℃ 내지 100℃, 특히 40℃ 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있다.

고체 침전(200)은 1시간 내지 6시간, 특히 약 3시간 동안 수행될 수 있다. 상청액에 염화알루미늄 6수화물 결정을 시딩하여 결정화 반응을 돕고 생성된 생성물의 순도를 향상시킬 수 있다. 상청액에는 염화알루미늄 6수화물 결정이 적어도 0.1g/L, 약 1g/L, 약 5g/L, 약 10g/L, 약 15g/L, 약 20g/L, 약 25g/L, 약 30g/L, 약 35g/L, 약 40g/L, 약 45g/L, 또는 약 50g/L 및 추가로 적어도 0.1 내지 1g/L, 1 내지 5g/L, 5 내지 10g/L, 10 내지 15g/L, 15 내지 20g/L, 20 내지 25 g/L, 25 내지 30g/L, 30 내지 35g/L, 35 내지 40g/L, 40 내지 45g/L, 45 내지 50g/L 범위의 양으로 시딩될 수 있다.

고체 침전이 완료된 후, 생성된 염화알루미늄 6수화물 고체를 상청액으로부터 분리(210)하고 염산으로 세척한다. 임의의 적합한 통상적인 분리 기술, 예컨대 여과, 중력 분리, 원심분리, 분류 등이 사용될 수 있지만 일반적으로 여과가 바람직하다. 고체는 분리 동안 1회 이상의 세척을 거칠 수 있음이 이해될 것이다.

분리된 상청액 및 합쳐진 세척액은 상류에서 생성된 염화알루미늄 6수화물 고체의 여과(170)를 위한 세척 매질로서 사용하기 위해 편리하게 재순환될 수 있다.

수집된 고체는 그 후 200℃ 내지 900℃의 제1 온도로 가열될 수 있고(220), 상기 고체는 열분해된다. 열분해 중에 발생될 수 있는 염화수소 가스는 염화알루미늄 6수화물 고체 생산((160), (200))에 사용하기 위해 재활용될 수 있다.

분해된 고체는 후속적으로 1000℃ 내지 1300℃에서 하소(230)되어 고순도 알루미나를 생성한다. 하소 중에 발생될 수 있는 염화수소 가스는 염화알루미늄 6수화물 고체의 생산((160), (200))에 사용하기 위해 재활용될 수 있다.

도 1 및 2에 도시된 실시양태에서, 염화알루미늄 6수화물 고체는 추가 정제(190) 및 재결정화(200) 단계를 거친 후 고순도 알루미나로의 열분해(220) 및 하소(230)를 거친다. 그러나, 위에서 설명된 추가 정제(190) 및 재결정화(200) 단계는, 상기 고체에 남아 있는 불순물의 양이 충분히 낮아서 여과(170) 후에 수집된 상기 고체의 열분해 및 하소로부터 생산될 알루미나가 고순도 알루미나를 위한 순도 요건을 충족할 실시양태에서는 필요하지 않을 수 있다.

다른 한편으로, 재결정화(200) 후 상기 고체에 남아있는 잔류 불순물의 농도에 따라, 고순도 알루미나로의 열분해(220) 및 하소(230) 전에 추가적인 추가 정제(190) 및 재결정화(200) 단계가 요구될 수 있음이 이해될 것이다.

대안적으로, 염화알루미늄 6수화물 고체와 NaCl의 공-침전이 있는 일부 실시양태에서, 공-침전된 고체는 염화알루미늄 6수화물의 α-알루미나로의 전환을 용이하게 하기 위해 전술한 바와 같이 가열될 수 있다. 염화나트륨은 이러한 온도에서 염화알루미늄 6수화물 또는 알루미나와 반응하지 않을 것으로 예상되며 알루미나 고체를 물로 세척하여 임의의 잔류 NaCl을 용해함으로써 쉽게 제거될 수 있다.

실시예

하기 실시예는 단지 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 따라서 하기 실시예는 본 개시내용의 실시양태를 어떤 식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예 1

깁사이트(145.94g)를 탈이온수에서 슬러리화하고 여과하였다. 습윤 고체(습윤 고체 덩어리 156.1g)를 9M HCl(600mL)과 혼합하고 80℃에서 20시간 동안 분해하여 염화알루미늄 액을 생성했다. 잔류 고체를 여과에 의해 분리하였다.

37 중량% 염산을 98% 황산에 첨가하여 생성된 염화수소 기체를, 운반 기체로서 질소를 사용해 60℃에서 27초당 100mL 내지 8.5초당 100mL 사이의 유속으로, 여과액에서 6.5M HCl이 얻어질 때까지, 여과된 염화알루미늄 액(200mL)에 버블링시켰다. 반응 혼합물로부터 염화알루미늄 6수화물 고체의 침전을, 상기 혼합물에 분석 등급 염화알루미늄 6수화물(1g/L)을 시딩함으로써 개시하였다.

침전이 완료된 후, 생성된 슬러리를 실온으로 냉각시킨 다음, 여과하여 염화알루미늄 6수화물 고체를 회수하였다. 상기 고체를 12M 염산으로 세척하여 모액(mother liquor)을 제거하였다.

그 후 회수된 염화알루미늄 6수화물 고체(144.5g)를 물(104mL)과 혼합하여 3.4 몰랄농도의 염화알루미늄 용액을 생성함으로써 상기 고체를 재결정화하였다. 7.5M HCl의 상청액에서 상기 용액에 (상기 기재된 바와 같이 생성된) 염화수소 기체를 60℃에서 약 5시간 동안 살포하여 염화알루미늄 6수화물 고체를 침전시켰다. 고체를 여과하고 12M 염산으로 세척하여 모액을 제거하였다.

비교 목적으로, 염화알루미늄 6수화물(ACH)의 제1 및 제2 결정화 시료의 순도를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2

ESP 분진을 새로운 9M HCL 내에서 약 3시간 동안 80℃의 온도에서 분해하였다. 생성된 결정화된 ACH의 조성은 하기 표 2에 요약되어 있다.

실시예 3

ESP 분진을 9M HCl에서 분해하여 AlCl₃용액을 제조하였다. 상기 용액을 제조하기 위해, 분해 종료 시 0에 가까운 산 농도를 목표로 하기 위해 100mL HCl당 약 50g ESP 분진 양으로 HCl 용액에 ESP 분진을 부하하였다.

AlCl₃용액으로부터, 같은 양의 물과 혼합하여 저(low) 불순물 수준의 액을 생성하고, 무기 불순물을 스파이크(spiking)하여 고 불순물 수준의 액을 생성하고, 불순물 수준이 낮은 혼합물과 높은 혼합물을 혼합하여 중간 불순물 수준의 액을 생성하였다.

180mL의 출발 액을, 원하는 온도로 조절된 재킷이 있는 둥근 바닥 플라스크에 넣어 염화알루미늄 6수화물 고체의 침전을 수행하였다. 출발 액에 5, 22.5 또는 40g/L의 염화알루미늄 6수화물을 시딩하여 침전을 개시했다.

HCl 용액을 농축 H₂SO₄의 자석 교반된(magnetically stirred) 용액에 떨어뜨리는 산 점적기(acid dropper)에 일정량의 HCl을 넣어 상기 액에 대한 살포를 수행하였다. 유리된(liberated) HCl 기체가 상기 둥근 바닥 플라스크 내의 용액을 통해 버블링되었다. 일부 경우, 초기 HCl 부피의 50%를 제공한 후 살포를 15분 또는 30분 동안 일시 중지한 다음, 살포를 다시 개시하였다.

저, 중 및 고 불순물 수준의 용액에 대한 다양한 침전 조건에 따른 실험 데이터의 요약이 하기 표 3에 제공된다.

당업자는 본 개시내용의 광범위한 일반적 범위를 벗어나지 않고 상술한 실시양태에 대해 많은 변형 및/또는 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 실시양태는 모든 면에서 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적인 것으로 간주되는 것이 아니다.

Claims

베이어(Bayer) 공정에서 유래한 알루미늄-함유 물질로부터의 고순도 알루미나의 제조 방법으로서,
a) 상기 물질을 염산으로 분해(digest)하여 염화알루미늄 액(liquor) 및 산-불용성 고체를 생성하고 상기 고체를 염화알루미늄 액으로부터 분리하는 단계;
b) 상기 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈(depleting)시키는 단계;
c) 단계 b)에서 생성된 염화알루미늄 액으로부터 염화알루미늄 6수화물(hexahydrate) 고체를 생성하는 단계; 및
d) 단계 c)에서 생성된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하여 고순도 알루미나를 생성하는 단계
를 포함하는 고순도 알루미나의 제조 방법.
제1항에 있어서, 단계 a)를 수행하기 전에, 상기 제조 방법이 이산화탄소로 상기 알루미늄-함유 물질을 스크러빙함으로써 상기 물질로부터 표면 소다(soda)를 제거하는 것을 포함하는, 제조 방법.
제1항에 있어서, 단계 a)를 수행하기 전에, 상기 제조 방법이, 상기 알루미늄-함유 물질을, 1회 이상의 알칼리 용액에 의한 상기 물질의 용해 및 재결정화로 처리하여, 소다 및 임의적으로 다른 불순물을 감소시키는 것을 포함하는, 제조 방법.
제3항에 있어서, 재결정화된 물질이 깁사이트(gibbsite)인, 제조 방법.
제4항에 있어서, 깁사이트가 베이어 공정으로부터 공급되는 경우, 상기 1회 이상의 재결정화가 베이어 공정 회로 내에서 수행될 수 있는, 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 염산에서 상기 물질을 분해하는 단계가 주위 온도로부터 생성 염화알루미늄 액의 대기 비등점(atmospheric boiling point)까지의 온도에서 수행될 수 있는, 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 염산에서 상기 물질을 분해하는 단계가 15분 내지 6시간 동안 수행될 수 있는, 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염산의 농도가 5M 내지 12M인, 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액으로부터 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하는 단계가 상기 액에 염화수소 기체를 살포(sparging)하는 것을 포함하는, 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액으로부터 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하는 단계가 상기 액을 시딩(seeding)하여 염화알루미늄 6수화물 고체를 침전시키는 것을 포함하는, 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 액이 0.1g/L 내지 50g/L의 양의 염화알루미늄 6수화물 결정으로 시딩되는, 제조 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하는 단계가 하나 이상의 가열 단(stages)에서 수행될 수 있는, 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하는 단계가 상기 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 약 200℃ 내지 1300℃의 온도로 가열하는 것을 포함하는, 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하는 단계가
i) 상기 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 제1 온도에서 가열하여 상기 고체를 열분해하는 단계; 및,
ii) 열분해된 고체를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 하소(calcining)하여 고순도 알루미나를 생성하는 단계
를 포함하는, 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 제1 온도가 200℃ 내지 900℃이고 상기 제2 온도가 1000℃ 내지 1300℃인, 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 제1 온도 및/또는 상기 제2 온도에서 상기 정제된 염화알루미늄 6수화물 고체를 열분해하는 단계의 부산물로서 염화수소 기체가 생성되는, 제조 방법.
제16항에 있어서, 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하기 위해 상기 염화알루미늄 액에 살포하기 위한 재생된 염화수소 기체를 재순환시키는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계가, 임의적으로 착화제(complexing agent)와 조합하여, 이온 교환, 용매 추출, 또는 흡착(adsorption)에 의해 상기 액으로부터 하나 이상의 불순물을 추출하는 것을 포함하는, 제조 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계가 상기 하나 이상의 불순물의 염화물 염을 선택적으로 침전시키는 것을 포함하는, 제조 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계가 상기 액을 착화제와 반응시키는 것을 포함하고, 상기 착화제는 선택적으로 하나 이상의 불순물과 착물(complex)을 형성할 수 있으며, 착화된 불순물은 염화알루미늄 6수화물 고체가 생성될 때 용액 중에 남아있는, 제조 방법.
제18항 또는 제20항에 있어서, 상기 착화제가 나트륨에 대해 선택적인 거대고리형(macrocyclic) 폴리에테르를 포함하는, 제조 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염화알루미늄 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계가 상기 액을 반-투과성 양이온 선택성 막(membrane), 특히 나트륨 선택성 막에 통과시켜 상기 액으로부터 나트륨 불순물을 분리하는 것을 포함하는, 제조 방법.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
염화알루미늄 6수화물 고체를 물에 용해시켜 제2 염화알루미늄 액을 생성하고 상기 액에서 하나 이상의 불순물을 고갈시키는 단계; 및
상기 제2 염화알루미늄 액으로부터 염화알루미늄 6수화물 고체를 생성하는 단계
를 더 포함하는 제조 방법.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d)에서 생성된 열분해된 알루미나를 물로 침출(leaching)시켜 소다를 제거하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이어 공정에서 유래한 알루미늄-함유 물질이 산-가용성 알루미늄 히드록시드 화합물, 산-가용성 알루미늄 옥시히드록시드 화합물, 삼(tri)칼슘 알루미네이트 6수화물, 도소나이트(dawsonite), Al-치환된 철 히드록시 옥시드, 베이어-소달라이트(sodalite), 하소로 분진(calciner dust), DSP 및 적니(red mud) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는, 제조 방법.
고순도 알루미나를 위한 전구체로서의, 깁사이트 및/또는 하소로 분진 및/또는 DSP의 용도.