專(zhuān)利名稱(chēng):制造研磨材料的方法
本發(fā)明涉及研磨材料，更具體地講，涉及燒結(jié)鋁土研磨材料的制造方法;這種研磨材料可用于制造砂輪之類(lèi)的產(chǎn)品，也可用于其它的研磨場(chǎng)合。
鋁土研磨材料的生產(chǎn)已為公知。最常用的二種生產(chǎn)方法是電弧爐法和燒結(jié)法。在電弧爐法中，一般都知道最終產(chǎn)品是熔融的研磨材料。在燒結(jié)法中，最終產(chǎn)品是燒結(jié)的研磨材料。熔融研磨材料和燒結(jié)研磨材料都可以同樣的產(chǎn)品類(lèi)型使用。
在電弧爐法中，因?yàn)樽罱K產(chǎn)品的研磨材料來(lái)源于熔融操作，故稱(chēng)之為熔融研磨材料。因?yàn)榈湫偷娜廴诓僮鞴に嚨母吣芴匦?，故其成本太高。由于這種操作工藝產(chǎn)生極高的溫度，因此，也有危險(xiǎn)。熔融過(guò)程一般具有2000℃的高溫。在此溫度下，由于爐內(nèi)形成氣體的結(jié)果，電弧爐易噴涌出大量的融熔氧化鋁。另外，用這種工藝生產(chǎn)的研磨材料顆粒是通過(guò)碾碎大塊固化的爐內(nèi)產(chǎn)物獲得;然后收集，篩出各種粒度。這必然生產(chǎn)出整個(gè)粒度范圍的顆粒，其中的某些部分比其它部分更滿足市場(chǎng)需要。為最大限度地減少不需要的粒度的產(chǎn)生，在破碎操作中可以進(jìn)行一定程度的控制。但無(wú)論如何，對(duì)鋁土研磨材料的生產(chǎn)廠家，這些問(wèn)題的出現(xiàn)仍然保留了某些困難，并且使成本高。
在已有的燒結(jié)研磨材料生產(chǎn)中，不但要試圖降低操作溫度，而且也試圖消除潛在的危險(xiǎn)和減少做成不需要的粒度的花費(fèi)。這些燒結(jié)研磨材料一般都是從預(yù)先加工過(guò)的鋁土礦生產(chǎn)，特別是燒結(jié)鋁土礦，并且一般包括粉碎過(guò)程的加工過(guò)程。這種粉碎工序一般使用球磨機(jī)，在球磨機(jī)內(nèi)可以破碎24小時(shí)，得到細(xì)粉末，其典型平均粒度為5微米這些粉末先制成顆粒，然后再經(jīng)燒結(jié)形成基本沒(méi)有不符合要求的粒度的研磨砂。
本發(fā)明為其目的，用改進(jìn)的方法生產(chǎn)適于商品化的燒結(jié)鋁土研磨材料，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述很多缺點(diǎn)和不足。本發(fā)明的方法消除了熔融法使用電弧爐的要求，同時(shí)也消除了出現(xiàn)的高溫，潛存的爆炸危險(xiǎn)，過(guò)高的成本。并且更細(xì)的顆粒度的特點(diǎn)，使所得粉末比先有技術(shù)靠燒結(jié)法生產(chǎn)的粉末有大得多的表面積。這種更細(xì)的粒度的結(jié)果，產(chǎn)生更高的活性和可燒結(jié)性的粉末。另外，本方法避免了緩慢的球磨破碎工序，因此，比先有技術(shù)的燒結(jié)處理先進(jìn)。與熔融法對(duì)比，為了使操作更經(jīng)濟(jì)高效，本發(fā)明在進(jìn)一步加工處理中還利用了制造過(guò)程中不希望產(chǎn)生的副產(chǎn)物。
前面已概述了本發(fā)明的某些確切目的和優(yōu)點(diǎn)。這些目的和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)只構(gòu)成本發(fā)明某些更明顯的特征或應(yīng)用的說(shuō)明。以不同的方法應(yīng)用公開(kāi)的發(fā)明或在公開(kāi)的范圍內(nèi)更改本發(fā)明，能得到許多其它有利的結(jié)果。因此，參考發(fā)明概述，敘述了優(yōu)先和變換實(shí)施方案和實(shí)例的詳細(xì)說(shuō)明，以及由權(quán)利要求
書(shū)限定的發(fā)明范圍并結(jié)合附圖，就可更充分理解本發(fā)明，理解發(fā)明目的和優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明由權(quán)利要求
書(shū)限定。并有附圖所示的具體實(shí)施方案和實(shí)例。為概括本發(fā)明，本發(fā)明可合并成為形成燒結(jié)鋁土磨料的方法。本發(fā)明的方法包括混合未焙燒的鋁土礦工序，例如表1所示的鋁土礦，但不限定于表Ⅰ的鋁土礦;用熱硫酸溶解鋁土礦形成硫酸鋁水合物及殘余物，如鐵、硅、鈦的氧化物或氫氧化物。
本發(fā)明中，溶解鋁土礦時(shí)最好用濃度為35%(重量)的硫酸。此處引用了特定的濃度，但限定35%決不是本發(fā)明的目的，使用其它濃度的硫酸也很滿意。實(shí)際上，文獻(xiàn)表明30～60%的硫酸都可用于這一過(guò)程(Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，3rd edition，volume2，page 248)。通常在加入硫酸前將鋁土礦破碎。這樣作是為加快溶解過(guò)程的速度和保證最大限度地使鋁土礦中的氧化鋁溶解。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將鋁土礦破碎到都能通過(guò)80目篩孔時(shí)，一般有滿意的結(jié)果。鋁土礦溶解以后，混合物靜置短時(shí)間以使未溶解的粗糙殘余物沉降。某些細(xì)的未溶雜質(zhì)可在硫酸鋁溶液中保持懸浮，并不會(huì)因此而遇到麻煩。靜置后將熱硫酸鋁溶液抽出或傾出，與沉降的未溶雜質(zhì)分離。冷卻時(shí)，硫酸鋁溶液約在80℃固化。這可能是由于在或接近這個(gè)溫度時(shí)形成硫酸鋁水合物。此處使用的所謂的“硫酸鋁溶液”和“硫酸鋁水合物”的術(shù)語(yǔ)并不確切。應(yīng)記住，這兩者之中都含有當(dāng)“硫酸鋁溶液”從反應(yīng)器中抽出時(shí)沒(méi)有除掉的那些雜質(zhì)。為簡(jiǎn)便，這些術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中使用，并不再重復(fù)提及雜質(zhì)。
將硫酸鋁水合物加熱去掉水份，形成硫酸鋁。然后煅燒成γ-氧化鋁和三氧化硫。
三氧化硫可用已知方法加水形成硫酸循環(huán)，用于溶解新的鋁土礦。
然后用水和恰當(dāng)?shù)姆稚?，如檸檬酸，與γ-氧化鋁混合形成能成形的新漿狀物質(zhì)。將其注入容器加熱成坯體。將也稱(chēng)之為坯體的干塊破碎并篩分出所要求的顆粒尺寸。為形成坯體，可使用壓制或擠壓法。破碎干塊所產(chǎn)生的粉末可與適量的水和分散劑混合以再制成漿狀物，并按上述方法處理。然后按預(yù)定的時(shí)間加熱燒結(jié)從坯體得到的其余符合尺寸要求的顆粒。燒結(jié)后，經(jīng)冷卻篩分得到各種顆粒尺寸的研磨材料顆粒。
加工過(guò)程通常由一定量的未焙燒鋁土礦和硫酸混合開(kāi)始，硫酸的量可近似按鋁土礦中氧化鋁含量的化學(xué)當(dāng)量計(jì)算，并使硫酸過(guò)量約20%。從溶解工序得到的水合硫酸鋁在大氣壓力和約205℃的溫度下加熱以形成無(wú)水硫酸鋁。下一步是燒結(jié)，根據(jù)材料在燒結(jié)溫度保持的時(shí)間，燒結(jié)一般在900～1010℃進(jìn)行。在此范圍內(nèi)溫度越高燒結(jié)時(shí)間越短。甚至可把燒結(jié)溫度降至770℃，但所需要的燒結(jié)時(shí)間要很長(zhǎng)。在氧化條件下，可取的最后燒結(jié)溫度為1450℃，燒結(jié)時(shí)間為15～30分鐘。也已發(fā)現(xiàn)，在1350～1550℃溫度下的燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)至10分鐘是可取的。
上文已經(jīng)依序頗為廣泛地概括了本發(fā)明的更確切更重要的特征，按此順序的下述詳細(xì)說(shuō)明能夠更好地被理解，使本發(fā)明對(duì)本專(zhuān)業(yè)的貢獻(xiàn)能更充分地被肯定。本發(fā)明的另外特征在下面敘述，這些特征構(gòu)成本發(fā)明的權(quán)利要求
。有一點(diǎn)應(yīng)肯定，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員很容易地利用本發(fā)明公開(kāi)的概念及具體實(shí)施方案和實(shí)施作為基礎(chǔ)，修改或設(shè)計(jì)成為完成本發(fā)明相同目的的其他方法。本技術(shù)領(lǐng)域：
的人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這種等價(jià)的方法并沒(méi)有超出后面權(quán)利要求
書(shū)限定的本發(fā)明的思想和范圍。
為對(duì)本發(fā)明的目的和特征的更充分地理解，應(yīng)結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)和說(shuō)明。
圖1為表示本發(fā)明的各個(gè)步驟的工藝流程圖。
圖2的曲線表示了燒結(jié)顆粒密度怎樣隨燒結(jié)溫度變化。
基本的實(shí)施方案附圖1說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案或?qū)嵗?。在此?yōu)選實(shí)例中，將50克未燒結(jié)的蘇里南(Surinam)鋁土礦與225毫升35%的硫酸混合。攪動(dòng)混合物并用電加熱器保持約105℃。30分鐘后停止攪拌并使溶液靜置幾分鐘以便讓未溶解的雜質(zhì)沉降，如前文所述。將含有懸浮和(或)溶解的雜質(zhì)的硫酸鋁溶液移到另一容器，并使其固化。主要由未溶解的硅土和鈦鐵沉降泥組成的殘?jiān)粼诜磻?yīng)器中。依賴于存在于初始未焙燒鋁土礦中的外來(lái)雜質(zhì)的作用和溶解步驟后是否將淤渣和上層液體分離，殘余物的化學(xué)組成將有變化。固化的硫酸鋁水合物加熱到205℃并在此溫度下保持約90分鐘。這樣足以除去大部分水份。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)游離和化合的水份去除，在此干燥工序允許有很寬的范圍。本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員很容易確定時(shí)間、壓力和溫度的變化。
干燥后，將硫酸鋁破碎到能通過(guò)20目篩孔。此次破碎達(dá)到下述目的，1)在以后的煅燒工序中易于除去三氧化硫;2)并能使物料更順利地通過(guò)用于煅燒的管式回轉(zhuǎn)爐。如果在其它類(lèi)型的煅燒設(shè)備中，其煅燒時(shí)間超過(guò)了很大范圍，那么破裂工序并不是總要進(jìn)行的。
然后將干燥破碎的硫酸鋁在1010℃溫度下煅燒。煅燒中，硫酸鋁這類(lèi)的物質(zhì)加熱到高溫，但并不熔化;從而除掉了不需要的易揮發(fā)物質(zhì)并氧化了余留物料。煅燒對(duì)原來(lái)的硫酸鋁轉(zhuǎn)變成γ-氧化鋁也起了作用。
煅燒的主要副產(chǎn)物是三氧化硫，此處生成的三氧代硫最好循環(huán)成為用于最初溶解未焙燒鋁土礦的硫酸。在此循環(huán)中，向三氧化硫中加水以生成新硫酸，這些硫酸可用于另外的加工，并產(chǎn)生另外的水合硫酸鋁。
從煅燒工序生成約32克γ-氧化鋁。將其制成更細(xì)的顆粒。研究發(fā)現(xiàn)，γ-氧化鋁的最后顆粒尺寸在0.025微米左右。這種顆粒表現(xiàn)出一定的聚結(jié)性。先將γ-氧化鋁制成燒結(jié)以前的坯體。坯體的制造是通過(guò)漿化工序，此工序中將γ-氧化鋁與水和恰當(dāng)?shù)胤稚┤鐧幟仕嵯嗷旌?。檸檬酸在漿狀物中的濃度為漿狀物總重的1.5%，γ-氧化鋁濃度為42%(重量)。將此混合物移入容器并干燥以形成干塊坯體。也可用其他的技術(shù)制成干塊，例如壓制或擠出γ-氧化鋁。
如果改用壓制技術(shù)，通過(guò)沖壓γ-氧化鋁形成自立的塊狀制成坯體。所用壓力應(yīng)足以使相鄰的γ-氧化鋁顆粒相互緊密地接觸，由此在接觸的位置促進(jìn)了晶體的生長(zhǎng)，促進(jìn)后面的燒結(jié)。一般每平方英寸5噸的壓力就足夠了。
再參考漿化技術(shù)，可用已有的任意加熱手段干燥坯體。然后將坯體破碎成細(xì)粒，篩分?？紤]燒結(jié)時(shí)的收縮，篩分的顆粒為24～36目。這是大多數(shù)商品應(yīng)用優(yōu)選的尺寸范圍，但可根據(jù)需要更改。篩出的比要求尺寸小的顆粒循環(huán)到漿化工序，用于以后制坯工序的原料。大于需要的顆粒再破碎，再篩。
然后將尺寸合格的γ-氧化鋁顆粒在約1450℃的溫度及氧化條件下燒結(jié)15～30分鐘。在很寬的溫度和時(shí)間范圍內(nèi)都能有效地?zé)Y(jié)，例如，在1350～1550℃的溫度下需燒結(jié)約4小時(shí)至10分鐘。圖2曲線表明在1350～1550℃溫度范圍內(nèi)，燒結(jié)顆粒密度怎樣隨燒結(jié)溫度變化。
燒結(jié)是加熱或燒制材料的過(guò)程，此過(guò)程中材料的微粒再結(jié)晶形成聯(lián)鎖晶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使燒結(jié)后的單個(gè)顆粒具有高硬度和高機(jī)械強(qiáng)度。燒結(jié)過(guò)程也重新排列了γ-氧化鋁的分子結(jié)構(gòu)，從而形成高密度微晶的α-氧化鋁。
燒結(jié)期間，顆粒密度的增加是由于伴隨著再結(jié)晶的固化作用。由于這種固化作用或收縮作用，在燒結(jié)前篩選顆粒時(shí)應(yīng)當(dāng)作到，使燒結(jié)前的顆粒比最后所要求的燒結(jié)后的顆粒在線性尺寸上大30～40%。因?yàn)槭湛s程度取決于制造坯體的方法，其中包括漿化、壓制、擠壓等等，所以應(yīng)根據(jù)成形方法，進(jìn)行燒結(jié)前的篩分。本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員很容易確定收縮程度。
燒結(jié)似乎是相當(dāng)簡(jiǎn)單的熱過(guò)程。其實(shí)它是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，其中既包含同時(shí)發(fā)生的也包含相繼發(fā)生的表面能、蒸-凝、表面和體擴(kuò)散、塑性流動(dòng)、微孔形成、尺寸和所有微孔的減小的變化;也包含收縮、再結(jié)晶、晶粒生長(zhǎng)和晶界的移動(dòng)。在此加熱或燒制過(guò)程中還可發(fā)生固態(tài)反應(yīng)，新相的形成，多晶的轉(zhuǎn)變和晶體化合物分解成新相。
完成燒結(jié)的溫度、壓力和時(shí)間等參數(shù)取決于幾個(gè)因素，如，顆粒尺寸、氧氣的可及度等。如在固定床中燒結(jié)，也應(yīng)考慮固定床的深度、熱的傳導(dǎo)速度和空氣的供應(yīng)等因素。燒結(jié)中應(yīng)嚴(yán)格控制各種參數(shù)到這種程度，使可能從顆粒內(nèi)部逸出揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生能使顆粒破裂的不適當(dāng)壓力。對(duì)于偏離下面的實(shí)例的具體情況，需要用某些實(shí)驗(yàn)確定最佳參數(shù)。
最后，冷卻燒結(jié)后的顆粒，選出商業(yè)尺寸的研磨顆粒以用于以后的制品生產(chǎn)。
附加實(shí)施例1本發(fā)明的方法的附加實(shí)例包括，將50克未焙燒鋁土礦與225毫升35%的硫酸按前面的敘述混合。鋁土礦溶解，并將得到的水合硫酸鋁按前面所述干燥。在大氣壓和905℃的溫度下煅燒2小時(shí)。得到的γ-氧化鋁通過(guò)擠壓工序，γ-氧化鋁和水的比例為37∶63的漿料制成坯體。將擠出的坯體干燥、破碎、燒結(jié)。燒結(jié)在氧化條件下進(jìn)行。燒結(jié)溫度為1450℃，時(shí)間為4小時(shí)，得到顆粒密度為3.76g/cm3的產(chǎn)品。其它工序按前面實(shí)施方案敘述的進(jìn)行，其中包括三氧化硫用于再去溶解鋁土礦的循環(huán)，以及破碎坯體產(chǎn)生不需要的尺寸的顆粒的循環(huán)。
另一附加實(shí)施例2在本附加實(shí)施例中，用與上例相同數(shù)量的未焙燒鋁土礦與硫酸混合，形成的硫酸鋁水合物按前述實(shí)例干燥。干燥后的硫酸鋁在大氣壓力和1010℃溫度下煅燒15分鐘。用壓制法制成坯體。壓制操作用從燒結(jié)步驟得到的γ-氧化鋁填充帶活塞的圓筒形鋼模的方法進(jìn)行。將活塞插入鋼模并用常規(guī)水壓機(jī)加壓。將壓力平穩(wěn)增加，至每平方英寸5噸。保持1分鐘后卸壓。將圓盤(pán)形γ-氧化鋁塊從鋼模中取出、破碎、篩分，并燒結(jié)。燒結(jié)是在氧化條件下，溫度為1550℃進(jìn)行4小時(shí)，得到密度為3.70g/cm3的顆粒。其它工序都按前文中敘述的實(shí)施例中的過(guò)程進(jìn)行。
未焙燒的蘇里南鋁土礦的化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)下表Ⅰ。
表Ⅰ未焙燒鋁土礦的化學(xué)分析組成成份 蘇里南鋁土礦的(重量)%SiO21.94TiO22.37Fe2O34.11Na2O 0.01MgO 0.01Cr2O30.05CaO 0.01水份 0.90灼燒損失 32.46Al2O358.14本發(fā)明包括附加權(quán)利要求
中的內(nèi)容和以上敘述的說(shuō)明。盡管如上述實(shí)施方案中所述，只是在優(yōu)先選用的步驟中敘述了本發(fā)明，有一定程度的特殊性;但應(yīng)當(dāng)明確理解，優(yōu)先選用形式的本發(fā)明的公開(kāi)只能用實(shí)施例的方法，而且不用離開(kāi)本發(fā)明的思想和范圍，在詳細(xì)的方法和步驟中可有很多變化。
權(quán)利要求
1.制造燒結(jié)鋁土研磨材料的工藝方法，其中包括下述步驟將一定數(shù)量的未焙燒鋁土礦和硫酸混合，以溶解其中可溶于酸的部分，主要形成硫酸鋁水合物；加熱硫酸鋁水合物分別形成γ-氧化鋁和三氧化硫；將γ-氧化鋁制成未燒結(jié)的坯體；將坯體破碎成顆粒；將顆粒燒結(jié)使γ-氧化鋁顆粒轉(zhuǎn)變成α-氧化鋁的燒結(jié)研磨材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝方法，其中還包括下述步驟循環(huán)所說(shuō)的三氧化硫;在循環(huán)的三氧化硫中加水以制成另外的硫酸;用這樣制得的硫酸去溶解未焙燒的鋁土礦。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝方法，其中，加熱硫酸鋁水合物在約為1010℃溫度下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝方法，其中，燒結(jié)在1350～1550℃之間進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)至10分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述工藝方法，其中，燒結(jié)在約為1450℃下進(jìn)行，燒結(jié)時(shí)間為15～30分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝方法，其中，未燒結(jié)的坯體是由γ-氧化鋁，水和分散劑組成的漿狀物干燥制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述工藝方法，其中，還包括向制漿步驟循環(huán)從燒結(jié)前的未燒坯體得到的過(guò)小顆粒的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6所述工藝方法，其中，還包括進(jìn)一步破碎燒結(jié)前的超過(guò)規(guī)定尺寸的顆粒的循環(huán)步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝方法，其中，未燒結(jié)坯體是通過(guò)壓制γ-氧化鋁成緊密的塊狀的方式制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝方法，其中，未燒結(jié)坯體是通過(guò)擠壓由γ-氧化鋁和水組成的膏狀物的方式制成。
11.制造燒結(jié)鋁土研磨顆粒的工藝方法包括下述步驟混合一定數(shù)量的未焙燒鋁土礦和硫酸，以溶解鋁土礦，并形成由鐵、硅和鈦的氧化物和(或)氫氧化物組成的殘留物，同時(shí)也形成含有溶解形式的鐵、硅和鈦的不純水合硫酸鋁;在約205℃的溫度下干燥不純的水合硫酸鋁，形成不純硫酸鋁;在1010℃的溫度下煅燒不純的硫酸鋁生成不純的γ-氧化鋁和三氧化硫;使三氧化硫循環(huán)回到前述硫酸中并向其中加水;使不純?chǔ)?氧化鋁與水和分散劑混合形成漿狀物，將漿狀物移入容器中并干燥制成未燒結(jié)坯體;將未燒結(jié)坯體破碎，篩分成顆粒;將比所要求粒度更小的顆粒循環(huán)到前面的漿化步驟;循環(huán)比所要求粒度更大的顆粒，再次破碎;將符合要求的顆粒燒結(jié)，使不純?chǔ)?氧化鋁轉(zhuǎn)變成密度至少為3.6g/cm3的不純?chǔ)?氧化鋁;冷卻并篩分燒結(jié)顆粒使之成為最終的燒結(jié)鋁土研磨顆粒。
專(zhuān)利摘要
從未燒結(jié)鋁土礦制作研磨材料的方法。將鋁土與硫酸混合，使其溶解，主要產(chǎn)物為水合硫酸鋁，然后將其干燥成硫酸鋁，再燒結(jié)成γ-氧化鋁和三氧化硫。三氧化硫再加水制成硫酸循環(huán)使用。將γ-氧化鋁制漿后干燥，制成所謂的坯體干塊。將坯體破碎并過(guò)篩，將得到的顆粒燒結(jié)。然后冷卻，過(guò)篩成各種需要的尺寸。另外的制坯方法有1)擠壓由γ-氧化鋁和水組成的膏狀物，然后干燥；2)壓制干γ-氧化鋁成緊密的干塊坯體。
文檔編號(hào)C08J5/14GK86101013SQ86101013
公開(kāi)日1986年10月8日 申請(qǐng)日期1986年2月5日
發(fā)明者戴維德·蘭德·麥露恩 申請(qǐng)人:德勒賽工業(yè)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan