特開 2024-74786 低放射性アルミナ粉末およびその製造方法

(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】P2024074786

(43)【公開日】2024-05-31

(54)【発明の名称】低放射性アルミナ粉末およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01F 7/441 20220101AFI20240524BHJP

   C01F 7/46 20060101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

C01F7/441

C01F7/46

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023196007

(22)【出願日】2023-11-17

(31)【優先権主張番号】202211453088.3

(32)【優先日】2022-11-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】519365506

【氏名又は名称】江蘇聯瑞新材料股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】胡世成

(72)【発明者】

【氏名】姜兵

(72)【発明者】

【氏名】彭澤華

【テーマコード（参考）】

4G076

【Ｆターム（参考）】

4G076AA02

4G076AB06

4G076BA25

4G076BA38

4G076BA43

4G076BD01

4G076BF05

4G076CA03

4G076CA26

4G076CA37

4G076DA02

(57)【要約】

【課題】本発明は、アルミナの技術分野に関し、且つ低放射性アルミナ粉末およびその製造方法を開示しており、アルミナ材における表面ウラン含有量を５ｐｐｂ以下のレベルに低下させる。
【手段】この製造方法は、アルミナを酸性溶液に分散させ、酸性条件下でアルミナ単結晶表面に吸着したウランを溶液に分散させてウラニルイオン（ＵＯ₂ ²⁺）の状態で存在させることができ、そして、シランカップリング剤の溶剤で置換し、表面張力の作用下でアルミナ隙間に残留している酸性溶液およびその中のウラニルイオン（ＵＯ₂ ²⁺）がアルミナ粉体外へ置換され、最後、高温乾燥処理を行うことで、含有するウラン含有量の低下を実現し、原料のウラン含有量を３０ｐｐｂ程度から５ｐｐｂ以下に低下させて、低放射性球状アルミナの生産のニーズを満たす。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面ウラン含有量が３０ｐｐｂ以下の水酸化アルミニウムを焙焼装置で焼成してアルミナ粉体を得るＳ１と、
ｐＨ＜４の酸性溶液を調製した後、アルミナ粉体を酸性溶液に浸潤し、均一に０．５～２ｈ分散するＳ２と、
分散した粉体を酸性溶液から分離した後、シランカップリング剤を含む溶剤に入れて０．５～６ｈ溶剤置換するＳ３と、
溶剤置換した粉体を分離した後、粉体を１００～１２０℃の条件下で２～６ｈ乾燥して、表面ウラン含有量が５ｐｐｂ以下の低放射性アルミナ粉体を得るＳ４と、を含む、
ことを特徴とする低放射性アルミナ粉末の製造方法。

【請求項2】

前記Ｓ１では、水酸化アルミニウムの比表面積は６０ｍ²／ｇ以上であり、平均粒径は２～１００μｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の低放射性アルミナ粉末の製造方法。

【請求項3】

前記Ｓ１では、焼成は５００～１２００℃で０．５～４ｈ行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の低放射性アルミナ粉末の製造方法。

【請求項4】

前記Ｓ２では、酸性溶液は、塩酸、硝酸、ホウ酸、クエン酸のうちの１種または複数種である、
ことを特徴とする請求項１に記載の低放射性アルミナ粉末の製造方法。

【請求項5】

前記Ｓ２では、分散の方式は、撹拌による分散、超音波による分散、揺動反応器による分散のうちの１種である、
ことを特徴とする請求項１に記載の低放射性アルミナ粉末の製造方法。

【請求項6】

前記Ｓ３では、シランカップリング剤は、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシランのうちの１種を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の低放射性アルミナ粉末の製造方法。

【請求項7】

前記Ｓ３では、溶剤は、エタノール、ｎ－ヘキサンのうちの１種を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の低放射性アルミナ粉末の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アルミナの技術分野に関し、具体的には、低放射性アルミナ粉末およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

新エネルギー自動車や、５Ｇ通信業界の発展に伴い、信号伝送および記憶の機能を持つチップなどの素子は、作動時の発熱量が急激に増えている。素子の作動時の信頼性を確保するために、素子の放熱性能を向上させる必要がある。そのため、通常、パッケージングのフィラーとして、球状酸化ケイ素の代わりに熱伝導率がより高い球状アルミナを選択することがある。

【0003】

素子の信号が伝送時に「ソフトエラー」が発生することを回避するために、フィラーにおける放射性元素であるウラン（Ｕ）、トリウム（Ｔｈ）などの元素を厳密に管理・制御する必要がある。通常のアルミナにおけるウラン（Ｕ）元素の含有量が数百ｐｐｂの高さに達するので、球状化された後に要求を満たす低放射性球状アルミナ製品を取得することができるために、ウラン（Ｕ）元素の含有量が低い低放射性原料を取得する必要がある。日本特許ＪＰ－Ａ１１－９２１３６は、高純度アルミニウム粉末（ウラン、トリウムの含有量＜１ｐｐｂ）を球状化の原料として、爆燃法により低放射性球状アルミナ製品を取得するが、この方法は、コストが高く、かつ一定のセキュリティリスクが存在する。中国専利ＣＮ１０２２４９２７６Ａは、比表面積ＳＳＡが０．３～３ｍ²／ｇで、ウラン含有量Ｕが１０ｐｐｂ未満、より好ましくは８ｐｐｂ以下の水酸化アルミニウムを原料として、火炎に噴射した後、粉末を収集して球状アルミナ製品を取得するが、得られた球状アルミナのＵ含有量が８ｐｐｂ以下のレベルに達成できるのみである。製品におけるウラン（Ｕ）含有量をさらに低下させて、球状アルミナ製品のより低いウラン（Ｕ）含有量のニーズを満たすために、本発明では、低放射性アルミナ粉末の製造方法が報道される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、表面ウラン含有量が５ｐｐｂ以下の低放射性アルミナ粉末および製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために、本発明は以下の技術案を提供する。
表面ウラン含有量が３０ｐｐｂ以下の水酸化アルミニウムを焙焼装置で焼成してアルミナ粉体を得るＳ１と、
ｐＨ＜４の酸性溶液を調製した後、アルミナ粉体を酸性溶液に浸潤し、均一に０．５～２ｈ分散するＳ２と、
分散した粉体を酸性溶液から分離した後、シランカップリング剤を含む溶剤に入れて０．５～６ｈ溶剤置換するＳ３と、
溶剤置換した粉体を分離した後、粉体を１００～１２０℃の条件下で２～６ｈ乾燥して、表面ウラン含有量が５ｐｐｂ以下の低放射性アルミナ粉体を得るＳ４と、を含む、低放射性アルミナ粉末の製造方法。

【0006】

好ましくは、前記Ｓ１では、水酸化アルミニウムの比表面積は６０ｍ²／ｇ以上であり、平均粒径は２～１００μｍである。

【0007】

好ましくは、前記Ｓ１では、焼成は５００～１２００℃で０．５～４ｈ行う。

【0008】

好ましくは、前記Ｓ２では、酸性溶液は、塩酸、硝酸、ホウ酸、クエン酸のうちの１種または複数種である。

【0009】

好ましくは、前記Ｓ２では、分散の方式は、撹拌による分散、超音波による分散、揺動反応器による分散のうちの１種である。

【0010】

好ましくは、前記Ｓ３では、シランカップリング剤は、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシランのうちの１種を含む。

【0011】

好ましくは、前記Ｓ３では、溶剤は、エタノール、ｎ－ヘキサンのうちの１種を含む。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、低放射性アルミナ粉末およびその製造方法を設計することを目的とし、アルミナ材における表面ウラン含有量を５ｐｐｂ以下のレベルに低下させ、アルミナを酸性溶液に分散させることで、酸性条件下でアルミナ単結晶表面に吸着したウランを溶液に分散させてウラニルイオン（ＵＯ₂ ²⁺）の状態で存在させることができ、その後、シランカップリング剤の溶剤で置換し、表面張力の作用下でアルミナ隙間に残留している酸性溶液およびその中のウラニルイオン（ＵＯ₂ ²⁺）がアルミナ粉体外へ置換され、最後、高温乾燥処理を行うことで、含有するウラン含有量の低下を実現し、原料のウラン含有量を３０ｐｐｂ程度から５ｐｐｂ以下に低下させて、低放射性球状アルミナの生産のニーズを満たす。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】低放射性アルミナ粉体の表面トポグラフィーの走査型電子顕微鏡写真である。

【図2】低放射性球状アルミナ粉体の表面トポグラフィーの走査型電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施例１
（１）表面ウラン含有量が３０ｐｐｂ以下、比表面積が６０ｍ²／ｇ以上、平均粒径が４０μｍの水酸化アルミニウム粉体を１０００℃の条件下で４ｈ焼成して、アルミナ粉体を得た。

【0015】

（２）焼成されたアルミナ粉体を、ｐＨ３．５の塩酸溶液に浸潤し、撹拌および超音波分散を１ｈ行った。

【0016】

（３）アルミナ粉体を溶液から分離し、ヘキサメチルジシロキサンを含むｎ－ヘキサン溶液に浸潤し、溶剤置換を３ｈ行った。

【0017】

（４）溶液におけるアルミナ粉体を分離し、１２０℃の条件下で４ｈ乾燥して、低放射性アルミナ粉体を得た。

【0018】

実施例２
（１）表面ウラン含有量が３０ｐｐｂ以下、比表面積が６０ｍ²／ｇ以上、平均粒径が１０μｍの水酸化アルミニウム粉体を１０００℃の条件下で４ｈ焼成して、アルミナ粉体を得た。

【0019】

（２）焼成されたアルミナ粉体を、ｐＨ３．５の塩酸溶液に浸潤し、撹拌および超音波分散を１ｈ行った。

【0020】

（３）アルミナ粉体を溶液から分離し、ヘキサメチルジシロキサンのｎ－ヘキサン溶液に浸潤し、溶剤置換を３ｈ行った。

【0021】

（４）溶液におけるアルミナ粉体を分離し、１２０℃の条件下で４ｈ乾燥して、低放射性アルミナ粉体を得た。

【0022】

実施例３
（１）表面ウラン含有量が３０ｐｐｂ以下、比表面積が６０ｍ²／ｇ以上、平均粒径が５μｍの水酸化アルミニウム粉体を１０００℃の条件下で４ｈ焼成して、アルミナ粉体を得た。

【0023】

（２）焼成されたアルミナ粉体を、ｐＨ３．５の塩酸溶液に浸潤し、撹拌および超音波分散を１ｈ行った。

【0024】

（３）アルミナ粉体を溶液から分離した後、ヘキサメチルジシロキサンのｎ－ヘキサン溶液に浸潤し、溶剤置換を３ｈ行った。

【0025】

（４）溶液におけるアルミナ粉体を分離し、１２０℃の条件下で４ｈ乾燥して、低放射性アルミナ粉体を得た。

【0026】

実施例４
球状化技術により、天然ガスおよび酸素ガスが燃焼して形成された火炎領域を球状化領域として、実施例３で得られた低放射性アルミナ粉体を球状化処理した。球状化されたサンプルの平均粒径は４．５μｍであった。

【0027】

比較例１
（１）表面ウラン含有量が３０ｐｐｂ以下、比表面積が６０ｍ²／ｇ以上、平均粒径が４０μｍの水酸化アルミニウム粉体を１０００℃の条件下で４ｈ焼成して、アルミナ粉体を得た。

【0028】

比較例２
（１）表面ウラン含有量が３０ｐｐｂ以下、比表面積が６０ｍ²／ｇ以上、平均粒径が５μｍの水酸化アルミニウム粉体を１０００℃の条件下で４ｈ焼成して、アルミナ粉体を得た。

【0029】

（２）焼成した酸化粉体を、ｐＨ３．５の塩酸溶液に浸潤し、撹拌および超音波分散を１ｈ行った。

【0030】

（３）アルミナ粉体を溶液から分離し、１０００℃の条件下で４ｈ焼成して、低放射性アルミナ粉体を得た。

【0031】

比較例３
球状化技術により、天然ガスおよび酸素ガスが燃焼して形成された火炎領域を球状化領域として、比較例２で得られた低放射性アルミナ粉体を球状化処理した。球状化されたサンプルの平均粒径は４．５μｍであった。

【0032】

ＩＣＰ－ＭＳ誘導結合プラズマ質量分析法によりサンプルの表面ウラン含有量を測定した。０．１ｇのアルミナサンプル、硫酸、硝酸、およびリン酸を消化タンクで３０ｍｉｎ消化し、その後、１８０℃の条件下で乾燥、酸除去を行い、酸除去後に、１％の硝酸で１００ｍｌまでメスアップした後、メスアップしたサンプルをＩＣＰ－ＭＳで検出した。

【0033】

【表1】

【0034】

検出結果から分かるように、本発明に記載の製造方法によりウラン（Ｕ）含有量が５ｐｐｂ未満の低放射性アルミナ粉体を取得することができ、且つ原料の粒度が細かいほど精製効果が良くなった。比較例の試験結果から分かるように、粉体の酸性溶液における分散、および溶剤置換の方式により、アルミナ粉体におけるウラン（Ｕ）含有量を大幅に低下させて、低放射性球状アルミナの原料におけるニーズを満たすことができる。

【図1】

【図2】