特開 2022-171629 マイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022171629

(43)【公開日】2022-11-11

(54)【発明の名称】マイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス

(51)【国際特許分類】

   C01F 7/023 20220101AFI20221104BHJP

   C04B 35/111 20060101ALI20221104BHJP

【ＦＩ】

C01F7/023

C04B35/111 500

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022074448

(22)【出願日】2022-04-28

(31)【優先権主張番号】202110474923.0

(32)【優先日】2021-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】522172793

【氏名又は名称】河南長興実業有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】孫志昂

(72)【発明者】

【氏名】梁飛飛

(72)【発明者】

【氏名】蒋暁輝

(72)【発明者】

【氏名】董博

(72)【発明者】

【氏名】王倩

(72)【発明者】

【氏名】張冬梅

(72)【発明者】

【氏名】王俊健

(72)【発明者】

【氏名】薛亜楠

(72)【発明者】

【氏名】徐志凱

(72)【発明者】

【氏名】王放

(72)【発明者】

【氏名】楊彦軍

(72)【発明者】

【氏名】李明菁

(72)【発明者】

【氏名】邵梅珊

【テーマコード（参考）】

4G076

【Ｆターム（参考）】

4G076AA02

4G076AB02

4G076AB04

4G076AC04

4G076AC06

4G076BA38

4G076BA46

4G076BB02

4G076CA02

4G076CA29

4G076FA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】製造プロセスのエネルギー消費を低減し、製造中の汚染を低減する、α－アルミナ製造プロセスを提供する。
【解決手段】アルミナ原料に複合鉱化剤を加えて均一に混合して、混合材を取得するステップ（１）と、混合材をボールミルに入れてボールミリングして、研磨材を取得するステップ（２）と、研磨材に一定の割合の波吸収剤を加えて均一に撹拌し、その後にプレス機で押出し、アルミナ素地を製造するステップ（３）と、アルミナ素地を乾燥処理して、アルミナ素地中の含水量を調整するステップ（４）と、アルミナ素地をマイクロ波窯炉内に入れ、その後にマイクロ波窯炉を設定温度まで昇温させ、一定の時間焼成して、α－アルミナクリンカーを取得するステップ（５）と、α－アルミナクリンカーを粉砕して、微結晶α－アルミナを得るステップ（６）とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミナ原料に複合鉱化剤を加えて均一に混合して、混合材を取得するステップ（１）と、
ステップ（１）で取得された混合材をボールミルに入れてボールミリングして、研磨材を取得するステップ（２）と、
ステップ（２）で取得された研磨材に一定の割合の波吸収剤を加えて均一に撹拌し、その後にプレス機で押出し、アルミナ素地を製造するステップ（３）と、
ステップ（３）で製造されたアルミナ素地を乾燥処理して、アルミナ素地中の含水量を調整するステップ（４）と、
ステップ（４）で乾燥処理されたアルミナ素地をマイクロ波窯炉内に入れ、その後にマイクロ波窯炉を設定温度まで昇温させ、一定の時間焼成して、α－アルミナクリンカーを取得するステップ（５）と、
ステップ（５）で取得されたα－アルミナクリンカーを粉砕して、微結晶α－アルミナを得るステップ（６）とを含む、ことを特徴とするマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項2】

アルミナ原料の重量基準で、ステップ（１）の複合鉱化剤は、塩化物０％～３％、フッ化物０％～３％、ホウ酸０％～１％を含み、前記複合鉱化剤の最低添加量は０．０１％である、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項3】

ステップ（２）では、前記ボールミルの粉砕媒体と材料との比は１～６であり、前記研磨材のＤ_５０粒径は５～３０μｍであり、前記研磨材の２００メッシュ篩残量≦５％である、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項4】

ステップ（３）では、前記波吸収剤には、質量比が０．０１％～１％である波吸収成分が含まれ、残分が水であり、前記波吸収成分は、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、リグニンのうちの１種又は複数種である、ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項5】

ステップ（３）では、前記波吸収剤には、質量比が１％～５％である波吸収成分が含まれ、残分が水であり、前記波吸収成分は、擬ベーマイト、γ－アルミナ、ρ－アルミナ、水酸化アルミニウムのうちの１種又は複数種である、ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項6】

ステップ（３）では、波吸収剤と研磨材との質量比は０～０．３であり、前記アルミナ素地の成形圧力は０．５ＭＰａ～６０ＭＰａである、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項7】

ステップ（４）では、乾燥処理の温度は１０℃～１００℃であり、乾燥処理されたアルミナ素地の含水率は３％～２０％である、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項8】

ステップ（５）では、設定温度は１１００℃～１５００℃であり、焼成時間は０．１～４時間である、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項9】

ステップ（６）で得られた微結晶α－アルミナの粒度は０．１～１．５マイクロメートルである、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【請求項10】

前記フッ化物はフッ化アルミニウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウムのうちのいずれか１種又は複数種であり、前記塩化物は塩化アルミニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウムのうちのいずれか１種又は複数種である、ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焼成アルミナの製造プロセスの技術分野に関し、特にマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

α－アルミナは、焼成アルミナとも呼ばれ、融点が高く、硬度が大きいなどの利点を有し、アルミナの各相のうちの最も安定した相状態であり、耐火材料、ガラス及び化学工業材料などの多くの分野に広く応用され、α－アルミナは、一般的には、トンネル窯、倒炎窯などの従来の窯炉を用いて製造されるが、従来の窯炉の焼成に大量の燃料油、天然ガス、電気エネルギーなどのエネルギーが必要とされ、加熱方法が従来の放射又は熱伝導であり、その熱量の利用効率が１０％～３０％のみであり、エネルギー利用率が高くなく、いくつかの燃料が燃焼して大量の汚染ガスを生成し、環境保護処理を行う必要があるため、従来の窯炉によるα－アルミナの製造は、加熱時間が長く、消費されるエネルギーが多く、汚染物の排出を制御しにくいなどの欠点を有し、また匣鉢の粉体への汚染及び匣鉢の損耗により焼成アルミナの製造コストを大幅に向上させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、マイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセスを提供して、従来技術におけるアルミナ製造プロセスのエネルギー消費が多く、汚染が多く、コストが高いなどの問題を解決することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明に用いられる技術手段に係るマイクロ波焼成により微結晶α－アルミナを製造する製造プロセスは、
アルミナ原料に複合鉱化剤を加えて均一に混合して、混合材を取得するステップ（１）と、
ステップ（１）で取得された混合材をボールミルに入れてボールミリングして、研磨材を取得するステップ（２）と、
ステップ（２）で取得された研磨材に一定の割合の波吸収剤を加えて均一に撹拌し、その後にプレス機で押出し、アルミナ素地を製造するステップ（３）と、
ステップ（３）で製造されたアルミナ素地を乾燥処理して、アルミナ素地中の含水量を調整するステップ（４）と、
ステップ（４）で乾燥処理されたアルミナ素地をマイクロ波窯炉内に入れ、その後にマイクロ波窯炉を設定温度まで昇温させ、一定の時間焼成して、α－アルミナクリンカーを取得するステップ（５）と、
ステップ（５）で取得されたα－アルミナクリンカーを粉砕して、微結晶α－アルミナを得るステップ（６）とを含む。

【0005】

好ましくは、アルミナ原料の重量基準で、ステップ（１）の複合鉱化剤は、塩化物０％～３％、フッ化物０％～３％、ホウ酸０％～１％を含み、前記複合鉱化剤の最低添加量は０．０１％である。

【0006】

好ましくは、ステップ（２）では、前記ボールミルの粉砕媒体と材料との比は１～６であり、前記研磨材のＤ_５０粒径は５～３０μｍであり、前記研磨材の２００メッシュ篩残量≦５％である。

【0007】

好ましくは、ステップ（３）では、前記波吸収剤には、質量比が０．０１％～１％である波吸収成分が含まれ、残分が水であり、前記波吸収成分は、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、リグニンのうちの１種又は複数種である。

【0008】

好ましくは、ステップ（３）では、前記波吸収剤には、質量比が１％～５％である波吸収成分が含まれ、残分が水であり、前記波吸収成分は、擬ベーマイト、γ－アルミナ、ρ－アルミナ、水酸化アルミニウムのうちの１種又は複数種である。

【0009】

好ましくは、ステップ（３）では、波吸収剤と研磨材との質量比は０～０．３であり、前記アルミナ素地の成形圧力は０．５ＭＰａ～６０ＭＰａである。

【0010】

好ましくは、ステップ（４）では、乾燥処理の温度は１０℃～１００℃であり、乾燥処理されたアルミナ素地の含水率は３％～２０％である。

【0011】

好ましくは、ステップ（５）では、設定温度は１１００℃～１５００℃であり、焼成時間は０．１～４時間である。

【0012】

好ましくは、ステップ（６）で得られた微結晶α－アルミナの粒度は０．１～１．５マイクロメートルである。

【0013】

好ましくは、前記フッ化物はフッ化アルミニウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウムのうちのいずれか１種又は複数種であり、前記塩化物は塩化アルミニウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウムのうちのいずれか１種又は複数種である。

【発明の効果】

【0014】

以上より、上記技術手段を用いるため、本発明の有益な効果は以下のとおりである。

【0015】

（１）本発明では、アルミナ研磨材をアルミナ素地に製造し、焼成時に匣鉢を用いて収容する必要がなく、セラミックライナーを使用すればよく、操作しやすく、そして匣鉢の耐用年数が短く、繰り返し使用回数が少なく、セラミックライナーを繰り返し使用でき、製造コストを低下させ、また製造されたレンガ材料がライナーと粘着しにくく、焼成時の損失が少なく、製品の収率がより高く、匣鉢を使用する場合、匣鉢の内壁に接触するアルミナ粉末が速く昇温して溶融し、焼成が完了した後に匣鉢の内壁に粘着し、製品の収率に影響を与え、
（２）マイクロ波焼成では、熱伝導の方式を必要とせずに短時間で非常に高い温度に達することができ、そのエネルギー利用率が非常に高く、従来の窯炉に比べて、焼成のエネルギー消費を著しく低減することができ、他の燃料の代わりに電気エネルギーを窯炉のエネルギーとして使用して、排気ガスを生成せず、硫黄酸化物、窒素酸化物及び二酸化炭素の排出を回避し、より清潔環境にやさしく、
（３）微結晶α－アルミナのマイクロ波焼成では、分子の振動により加熱し、火炎の強熱により加熱しないため、焼成時にアルミナ素地の内外全体が同時に加熱され、その結晶の成長がより均一となり、外層の成長が速く、中心の成長が遅いという現象が発生せず、歩留まりを向上させ、コストを大幅に低下させ、製造された微結晶α－アルミナの純度がより高く、結晶がより均一で、粒度範囲がより狭くなり、品質がより優れた超微細粉体製品を製造することができ、
（４）アルミナは、マイクロ波加熱過程において、低温でマイクロ波との結合性が悪く、ひいては波を吸収せず、加熱されて昇温することができないが、臨界値に達すると、自体の誘電損失が急速に増加し、マイクロ波エネルギーの吸収し初め、そしてマイクロ波エネルギーを熱量に変換し、本発明では、一定の割合の波吸収剤を加え、波吸収剤中の波吸収成分のマイクロ波に対する吸収能力を利用することにより、アルミナを焼成時に迅速に昇温させ、焼成時間を短縮することができ、
（５）匣鉢を使用してアルミナ粉末を焼成する場合、アルミナと鉱化剤粉末との間に大きな空隙が存在し、粉末の比表面積が大きく、鉱化剤の揮発又は分解により温度が低いため、昇温過程において鉱化剤及びその分解生成物が空隙から迅速に失われやすく、最高温度に達しない時に大部分の鉱化剤が既に失われることになり、鉱化剤の使用効果に影響を及ぼし、本発明では、アルミナ研磨材をアルミナ素地に製造することにより、鉱化剤とアルミナとの間の空隙が圧縮され、昇温過程においてレンガ材料の内部の鉱化剤がレンガ材料の表面を透過して失われにくく、鉱化剤の触媒作用の発揮を確保し、α－アルミナの収率を向上させることができ、
（６）天然ガス回転窯、天然ガストンネル窯などの古い窯炉でα－アルミナを焼成して製造するプロセスに対して、本発明のマイクロ波焼成プロセスは、クリーンで環境にやさしく、温室効果ガスを排出しないという顕著な利点を有し、統計したところ、α－アルミナを焼成して製造する場合、天然ガス回転窯の天然ガス消費量は約１００～１４０ｍ^３／ｔであり、二酸化炭素排出量は約１９６～２７５Ｋｇ／ｔであり、天然ガストンネル窯の天然ガス消費量は約１６０～２００ｍ^３／ｔであり、二酸化炭素排出量は約３１４～３９２Ｋｇ／ｔであり、本発明のマイクロ波焼成プロセスは、二酸化炭素排出量を少なくとも１９６Ｋｇ／ｔ減少させることができ、中国が早期に二酸化炭素排出量ピークに到達し、カーボンニュートラルを実現することに対して重要な意味を有し、
（７）従来の電気炉で匣鉢を用いてα－アルミナを焼成して製造するプロセスに対して、本発明のマイクロ波焼成プロセスは、エネルギー消費が低く、製造コストが低いという利点を有し、従来の電気炉は、間接加熱を用いるため、昇温速度が遅く、まず電気炉を昇温させ、次にアルミナを入れて焼成し、焼成が終了した後に降温させ、焼成されたアルミナを取り出す必要があり、大量のエネルギーの浪費を引き起こし、そして製造周期が長く、計算したところ、従来の電気炉によるα－アルミナの製造では、電気エネルギーの消耗は最低で約１６００キロワット時／トンであり、これに対して、マイクロ波窯炉の電気エネルギーの消耗は、従来の電気炉に対して３０％～４０％低下することができ、１キロワット時の電気の平均価格が０．８元／キロワット時であるように計算すれば、製造コストを３８４～５１２元／トン低下させることができ、このほか、従来の電気炉に匣鉢を使用する必要があるため、製造が終了した後に匣鉢の内壁にアルミナの残渣が付着し、再利用されにくいため、製造時に大量の匣鉢を消耗し、そのコストが約６００元／トンであり、本発明では、粉末アルミナを煉瓦素地に製造し、そのコストが約２００～３００元／トンであり、コストを３００～４００元／トン低下させることができ、著しいコスト優位性を有する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施例１１で製造された微結晶α－アルミナ完成品の電子顕微鏡写真である。

【図2】本発明の実施例１２で製造された微結晶α－アルミナ完成品の電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の目的、技手段及び利点をより明確にするために、以下、図面及び実施例を参照して、本発明をさらに詳細に説明し、理解すべきものとして、本明細書において記載される具体的な実施例は、本発明を解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。

【実施例0018】

（１）、１００Ｋｇのアルミナ原料に複合鉱化剤を加えて均一に混合して、混合材を取得し、使用された複合鉱化剤に０．１Ｋｇの塩化アルミニウム、０．１Ｋｇのフッ化アルミニウムが含まれ、ホウ酸が含まれず、
（２）、ステップ（１）で取得された混合材をボールミルに入れて３時間研磨し、粉砕媒体と材料との比を６とし、研磨材を取得し、研磨材の粒度Ｄ_５０が４μｍであると測定し、２００メッシュの篩にかけ、篩残分が０．０７％であり、
（３）、ステップ（２）で取得された研磨材に３０Ｋｇの波吸収剤を加えて撹拌機で均一に撹拌し、波吸収剤が１％濃度のポリビニルアルコール水溶液であり、その後にプレス機で６０ＭＰａ条件下で押出して成形して、アルミナ素地を製造し、
（４）、ステップ（３）で製造されたアルミナ素地を１００℃のオーブン内で１時間乾燥させ、その含水率が２６．７％であると測定し、
（５）、ステップ（４）で乾燥処理されたレンガ材料をマイクロ波窯炉内に入れ、１００℃／ｈの昇温速度で１５５０℃まで昇温させ、２時間焼成して、α－アルミナクリンカーを取得し、
（６）、粉砕機を用いてステップ（５）で取得されたα－アルミナクリンカーを小さい塊に粉砕し、その後に粒度が１．５マイクロメートルになるまでボールミルで粉砕して研磨して、微結晶α－アルミナ完成品を得た。

【実施例0019】

（１）、１００Ｋｇのアルミナ原料に複合鉱化剤を加えて均一に混合して、混合材を取得し、使用された複合鉱化剤に０．０１Ｋｇの塩化カルシウム、０．０１Ｋｇのホウ酸が含まれ、フッ化物が含まれず、
（２）、ステップ（１）で取得された混合材をボールミルに入れて３時間研磨し、粉砕媒体と材料との比を５とし、研磨材を取得し、研磨材の粒度Ｄ_５０が７μｍであると測定し、２００メッシュの篩にかけ、篩残分が０．３４％であり、
（３）、ステップ（２）で取得された研磨材に２５Ｋｇの波吸収剤を加えて撹拌機で均一に撹拌し、波吸収剤が１％濃度のカルボキシメチルセルロース水溶液であり、その後にプレス機で５０ＭＰａ条件下で押出して成形して、アルミナ素地を製造し、
（４）、ステップ（３）で製造されたアルミナ素地を８０℃のオーブン内で２時間乾燥させ、その含水率が２２．３％であると測定し、
（５）、ステップ（４）で乾燥処理されたレンガ材料をマイクロ波窯炉内に入れ、１００℃／ｈの昇温速度で１５００℃まで昇温させ、１時間焼成して、α－アルミナクリンカーを取得し、
（６）、粉砕機を用いてステップ（５）で取得されたα－アルミナクリンカーを小さい塊に粉砕し、その後に粒度が０．１マイクロメートルになるまでボールミルで粉砕して研磨して、微結晶α－アルミナ完成品を得た。