專利名稱: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的產(chǎn)品，也可用于其它的研磨場合。
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。在燒結法中，最終產(chǎn)品是燒結的研磨材料。熔融研磨材料和燒結研磨材料都可以同樣的產(chǎn)品類型使用。
在電弧爐法中，因為最終產(chǎn)品的研磨材料來源于熔融操作，故稱之為熔融研磨材料。因為典型的熔融操作工藝的高能特性，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。熔融過程一般具有2000℃的高溫。在此溫度下，由于爐內形成氣體的結果，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碾碎大塊固化的爐內產(chǎn)物獲得;然后收集，篩出各種粒度。這必然生產(chǎn)出整個粒度范圍的顆粒，其中的某些部分比其它部分更滿足市場需要。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行一定程度的控制。但無論如何，對鋁土研磨材料的生產(chǎn)廠家，這些問題的出現(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和減少做成不需要的粒度的花費。這些燒結研磨材料一般都是從預先加工過的鋁土礦生產(chǎn)，特別是燒結鋁土礦，并且一般包括粉碎過程的加工過程。這種粉碎工序一般使用球磨機，在球磨機內可以破碎24小時，得到細粉末，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)燒結形成基本沒有不符合要求的粒度的研磨砂。
本發(fā)明為其目的，用改進的方法生產(chǎn)適于商品化的燒結鋁土研磨材料，該方法克服了現(xiàn)有技術的上述很多缺點和不足。本發(fā)明的方法消除了熔融法使用電弧爐的要求，同時也消除了出現(xiàn)的高溫，潛存的爆炸危險，過高的成本。并且更細的顆粒度的特點，使所得粉末比先有技術靠燒結法生產(chǎn)的粉末有大得多的表面積。這種更細的粒度的結果，產(chǎn)生更高的活性和可燒結性的粉末。另外，本方法避免了緩慢的球磨破碎工序，因此，比先有技術的燒結處理先進。與熔融法對比，為了使操作更經(jīng)濟高效，本發(fā)明在進一步加工處理中還利用了制造過程中不希望產(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。這些目的和優(yōu)點應當只構成本發(fā)明某些更明顯的特征或應用的說明。以不同的方法應用公開的發(fā)明或在公開的范圍內更改本發(fā)明，能得到許多其它有利的結果。因此，參考發(fā)明概述，敘述了優(yōu)先和變換實施方案和實例的詳細說明，以及由權利要求
書限定的發(fā)明范圍并結合附圖，就可更充分理解本發(fā)明，理解發(fā)明目的和優(yōu)點。
本發(fā)明由權利要求
書限定。并有附圖所示的具體實施方案和實例。為概括本發(fā)明，本發(fā)明可合并成為形成燒結鋁土磨料的方法。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。實際上，文獻表明30～60%的硫酸都可用于這一過程(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80目篩孔時，一般有滿意的結果。鋁土礦溶解以后，混合物靜置短時間以使未溶解的粗糙殘余物沉降。某些細的未溶雜質可在硫酸鋁溶液中保持懸浮，并不會因此而遇到麻煩。靜置后將熱硫酸鋁溶液抽出或傾出，與沉降的未溶雜質分離。冷卻時，硫酸鋁溶液約在80℃固化。這可能是由于在或接近這個溫度時形成硫酸鋁水合物。此處使用的所謂的“硫酸鋁溶液”和“硫酸鋁水合物”的術語并不確切。應記住，這兩者之中都含有當“硫酸鋁溶液”從反應器中抽出時沒有除掉的那些雜質。為簡便，這些術語在本發(fā)明中使用，并不再重復提及雜質。
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?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。將其注入容器加熱成坯體。將也稱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。然后按預定的時間加熱燒結從坯體得到的其余符合尺寸要求的顆粒。燒結后，經(jīng)冷卻篩分得到各種顆粒尺寸的研磨材料顆粒。
加工過程通常由一定量的未焙燒鋁土礦和硫酸混合開始，硫酸的量可近似按鋁土礦中氧化鋁含量的化學當量計算，并使硫酸過量約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水硫酸鋁。下一步是燒結，根據(jù)材料在燒結溫度保持的時間，燒結一般在900～1010℃進行。在此范圍內溫度越高燒結時間越短。甚至可把燒結溫度降至770℃，但所需要的燒結時間要很長。在氧化條件下，可取的最后燒結溫度為1450℃，燒結時間為15～30分鐘。也已發(fā)現(xiàn)，在1350～1550℃溫度下的燒結時間為4小時至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說明能夠更好地被理解，使本發(fā)明對本專業(yè)的貢獻能更充分地被肯定。本發(fā)明的另外特征在下面敘述，這些特征構成本發(fā)明的權利要求
。有一點應肯定，對于本技術領域：
的技術人員很容易地利用本發(fā)明公開的概念及具體實施方案和實施作為基礎，修改或設計成為完成本發(fā)明相同目的的其他方法。本技術領域：
的人員應當認識到，這種等價的方法并沒有超出后面權利要求
書限定的本發(fā)明的思想和范圍。
為對本發(fā)明的目的和特征的更充分地理解，應結合附圖參考下面的詳細和說明。
圖1為表示本發(fā)明的各個步驟的工藝流程圖。
圖2的曲線表示了燒結顆粒密度怎樣隨燒結溫度變化。
基本的實施方案附圖1說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案或實例。在此優(yōu)選實例中，將50克未燒結的蘇里南(Surinam)鋁土礦與225毫升35%的硫酸混合。攪動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沉降，如前文所述。將含有懸浮和(或)溶解的雜質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渣留在反應器中。依賴于存在于初始未焙燒鋁土礦中的外來雜質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。應當理解，對游離和化合的水份去除，在此干燥工序允許有很寬的范圍。本專業(yè)的技術人員很容易確定時間、壓力和溫度的變化。
干燥后，將硫酸鋁破碎到能通過20目篩孔。此次破碎達到下述目的，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用于煅燒的管式回轉爐。如果在其它類型的煅燒設備中，其煅燒時間超過了很大范圍，那么破裂工序并不是總要進行的。
然后將干燥破碎的硫酸鋁在1010℃溫度下煅燒。煅燒中，硫酸鋁這類的物質加熱到高溫，但并不熔化;從而除掉了不需要的易揮發(fā)物質并氧化了余留物料。煅燒對原來的硫酸鋁轉變成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)出一定的聚結性。先將γ-氧化鋁制成燒結以前的坯體。坯體的制造是通過漿化工序，此工序中將γ-氧化鋁與水和恰當?shù)胤稚┤鐧幟仕嵯嗷旌稀幟仕嵩跐{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。也可用其他的技術制成干塊，例如壓制或擠出γ-氧化鋁。
如果改用壓制技術，通過沖壓γ-氧化鋁形成自立的塊狀制成坯體。所用壓力應足以使相鄰的γ-氧化鋁顆粒相互緊密地接觸，由此在接觸的位置促進了晶體的生長，促進后面的燒結。一般每平方英寸5噸的壓力就足夠了。
再參考漿化技術，可用已有的任意加熱手段干燥坯體。然后將坯體破碎成細粒，篩分?？紤]燒結時的收縮，篩分的顆粒為24～36目。這是大多數(shù)商品應用優(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15～30分鐘。在很寬的溫度和時間范圍內都能有效地燒結，例如，在1350～1550℃的溫度下需燒結約4小時至10分鐘。圖2曲線表明在1350～1550℃溫度范圍內，燒結顆粒密度怎樣隨燒結溫度變化。
燒結是加熱或燒制材料的過程，此過程中材料的微粒再結晶形成聯(lián)鎖晶體結構，這種結構使燒結后的單個顆粒具有高硬度和高機械強度。燒結過程也重新排列了γ-氧化鋁的分子結構，從而形成高密度微晶的α-氧化鋁。
燒結期間，顆粒密度的增加是由于伴隨著再結晶的固化作用。由于這種固化作用或收縮作用，在燒結前篩選顆粒時應當作到，使燒結前的顆粒比最后所要求的燒結后的顆粒在線性尺寸上大30～40%。因為收縮程度取決于制造坯體的方法，其中包括漿化、壓制、擠壓等等，所以應根據(jù)成形方法，進行燒結前的篩分。本專業(yè)技術人員很容易確定收縮程度。
燒結似乎是相當簡單的熱過程。其實它是個相當復雜的過程，其中既包含同時發(fā)生的也包含相繼發(fā)生的表面能、蒸-凝、表面和體擴散、塑性流動、微孔形成、尺寸和所有微孔的減小的變化;也包含收縮、再結晶、晶粒生長和晶界的移動。在此加熱或燒制過程中還可發(fā)生固態(tài)反應，新相的形成，多晶的轉變和晶體化合物分解成新相。
完成燒結的溫度、壓力和時間等參數(shù)取決于幾個因素，如，顆粒尺寸、氧氣的可及度等。如在固定床中燒結，也應考慮固定床的深度、熱的傳導速度和空氣的供應等因素。燒結中應嚴格控制各種參數(shù)到這種程度，使可能從顆粒內部逸出揮發(fā)性物質時，不會產(chǎn)生能使顆粒破裂的不適當壓力。對于偏離下面的實例的具體情況，需要用某些實驗確定最佳參數(shù)。
最后，冷卻燒結后的顆粒，選出商業(yè)尺寸的研磨顆粒以用于以后的制品生產(chǎn)。
附加實施例1本發(fā)明的方法的附加實例包括，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。得到的γ-氧化鋁通過擠壓工序，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。燒結在氧化條件下進行。燒結溫度為1450℃，時間為4小時，得到顆粒密度為3.76g/cm3的產(chǎn)品。其它工序按前面實施方案敘述的進行，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)。
另一附加實施例2在本附加實施例中，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。壓制操作用從燒結步驟得到的γ-氧化鋁填充帶活塞的圓筒形鋼模的方法進行。將活塞插入鋼模并用常規(guī)水壓機加壓。將壓力平穩(wěn)增加，至每平方英寸5噸。保持1分鐘后卸壓。將圓盤形γ-氧化鋁塊從鋼模中取出、破碎、篩分，并燒結。燒結是在氧化條件下，溫度為1550℃進行4小時，得到密度為3.70g/cm3的顆粒。其它工序都按前文中敘述的實施例中的過程進行。
未焙燒的蘇里南鋁土礦的化學分析結果見下表Ⅰ。
表Ⅰ未焙燒鋁土礦的化學分析組成成份 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)明包括附加權利要求
中的內容和以上敘述的說明。盡管如上述實施方案中所述，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;但應當明確理解，優(yōu)先選用形式的本發(fā)明的公開只能用實施例的方法，而且不用離開本發(fā)明的思想和范圍，在詳細的方法和步驟中可有很多變化。
權利要求
1.制造燒結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-氧化鋁制成未燒結的坯體；將坯體破碎成顆粒；將顆粒燒結使γ-氧化鋁顆粒轉變成α-氧化鋁的燒結研磨材料。
2.根據(jù)權利要求
1所述工藝方法，其中還包括下述步驟循環(huán)所說的三氧化硫;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℃溫度下進行。
4.根據(jù)權利要求
1所述工藝方法，其中，燒結在1350～1550℃之間進行，燒結時間為4小時至10分鐘。
5.根據(jù)權利要求
4所述工藝方法，其中，燒結在約為1450℃下進行，燒結時間為15～30分鐘。
6.根據(jù)權利要求
1所述工藝方法，其中，未燒結的坯體是由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)從燒結前的未燒坯體得到的過小顆粒的步驟。
8.根據(jù)權利要求
6所述工藝方法，其中，還包括進一步破碎燒結前的超過規(guī)定尺寸的顆粒的循環(huán)步驟。
9.根據(jù)權利要求
1所述工藝方法，其中，未燒結坯體是通過壓制γ-氧化鋁成緊密的塊狀的方式制成。
10.根據(jù)權利要求
1所述工藝方法，其中，未燒結坯體是通過擠壓由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γ-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坯體;將未燒結坯體破碎，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，使不純γ-氧化鋁轉變成密度至少為3.6g/cm3的不純α-氧化鋁;冷卻并篩分燒結顆粒使之成為最終的燒結鋁土研磨顆粒。
專利摘要
從未燒結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。將坯體破碎并過篩，將得到的顆粒燒結。然后冷卻，過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C08J5/14GK86101013SQ86101013
公開日1986年10月8日 申請日期1986年2月5日
發(fā)明者戴維德·蘭德·麥露恩 申請人:德勒賽工業(yè)公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan