[go: up one dir, main page]

RU2425009C2 - Method of producing zirconia alumina - Google Patents

Method of producing zirconia alumina Download PDF

Info

Publication number
RU2425009C2
RU2425009C2 RU2009128834/03A RU2009128834A RU2425009C2 RU 2425009 C2 RU2425009 C2 RU 2425009C2 RU 2009128834/03 A RU2009128834/03 A RU 2009128834/03A RU 2009128834 A RU2009128834 A RU 2009128834A RU 2425009 C2 RU2425009 C2 RU 2425009C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alumina
melt
waste
mixture
zirconium
Prior art date
Application number
RU2009128834/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Михайлович Бормотов (RU)
Валерий Михайлович Бормотов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Управляющая Компания "Уральский завод инструментов и материалов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Управляющая Компания "Уральский завод инструментов и материалов" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Управляющая Компания "Уральский завод инструментов и материалов"
Priority to RU2009128834/03A priority Critical patent/RU2425009C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2425009C2 publication Critical patent/RU2425009C2/en

Links

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of zirconia alumina used in making an abrasive tool on a flexible base and grinding wheels on an organic bond. The method of producing zirconia alumina involves preparation of a mixture, loading said mixture into an electric melting furnace, melting and pouring the melt into a slit-type crystalliser for intense cooling of the melt. The alumina-containing component of the mixture used is high-alumina industrial wastes from natural gas processing, and the stabiliser and degasifying agent used is wastes from mechanical processing titanium metal.
EFFECT: low cost of the obtained articles.
1 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области получения методом плавки абразивного материала - циркониевого электрокорунда, близкого по составу и эвтектике ZrO2-Al2O3, для производства абразивного инструмента на гибкой основе и шлифкругов на органической связке.The invention relates to the field of production by melting of an abrasive material - zirconium electrocorundum, similar in composition and eutectic to ZrO 2 -Al 2 O 3 , for the production of a flexible abrasive tool and organic bonded grinding wheels.

Известны способы получения циркониевого электрокорунда методом плавки и быстрого охлаждения расплава с подавлением фазового превращения тетрагональной ZrO2 в моноклинную, которое сопровождается изменением объема и разрушает полученный материал. Фазовое превращение подавляется путем либо добавления оксида стабилизатора Y2O2, либо получением оксида циркония с дефицитом кислорода в кристаллической решетке (ZrO1,96) добавлением металлического алюминия (см. SU 1022946, дата подачи заявки 01.12.1980).Known methods for producing zirconium electrocorundum by melting and rapid cooling of the melt with the suppression of the phase transformation of tetragonal ZrO 2 into monoclinic, which is accompanied by a change in volume and destroys the resulting material. Phase conversion is suppressed by either the addition of stabilizer oxide Y 2 O 2 or the production of oxygen-deficient zirconia in the crystal lattice (ZrO 1.96 ) by the addition of aluminum metal (see SU 1022946, filing date 01/12/1980).

Применение оксидов иттрия экономически не оправдано из-за его высокой стоимости. Добавление к расплаву Al2O3-ZrO2 металлического алюминия приводит к получению продукта с высоким уровнем внутренних напряжений, приводящих к преждевременному разрушению абразивных зерен в процессе шлифования. Кроме того, такие составы весьма чувствительны к контакту с кислородом воздуха и не могут быть использованы в окислительной среде при температурах более 500°.The use of yttrium oxides is not economically feasible due to its high cost. Adding metallic aluminum to the Al 2 O 3 —ZrO 2 melt results in a product with a high level of internal stresses leading to premature destruction of abrasive grains during grinding. In addition, such compositions are very sensitive to contact with atmospheric oxygen and cannot be used in an oxidizing environment at temperatures above 500 ° C.

В последнее время применяют в качестве стабилизатора высокотемпературной тетрагональной модификации ZrO2 оксиды титана в сочетании с добавлением углерода (DE 69917490, дата публикации 02.06.2005, приоритет FR №9815527, 09.12.1998, а также RU 2138463, дата публикации 27.09.1999, приоритет DE №Р 4306966.5, 05.03.1993). При этом применяют первичные дорогостоящие исходные материалы: глинозем, рутил, малозольный уголь и т.д.Recently, titanium oxides combined with the addition of carbon have been used as a stabilizer of the high-temperature tetragonal modification of ZrO 2 with the addition of carbon (DE 69917490, publication date 02.06.2005, priority FR No. 9815527, 12/9/1998, and RU 2138463, publication date 09/27/1999, priority DE No. P 4306966.5, 03/05/1993). In this case, primary expensive source materials are used: alumina, rutile, low-ash coal, etc.

В качестве прототипа выбрано изобретение по патенту RU 2138463, дата публикации 27.09.1999, приоритет DE №Р 4306966.5, 05.03.1993. Указанный способ получения абразивного зерна на основе циркониевого корунда с высоким содержанием тетрагональной фазы двуокиси циркония включает стадии подготовки шихты, загрузки ее в электроплавильную печь, расплавления окиси алюминия и двуокиси циркония с предварительным добавлением в шихту двуокиси титана и углерода, резкого охлаждения расплава.As a prototype, the invention according to patent RU 2138463, publication date 09/27/1999, priority DE No. P 4306966.5, 03/05/1993. The specified method for producing abrasive grains based on zirconium corundum with a high content of the tetragonal phase of zirconium dioxide includes the steps of preparing a charge, loading it into an electric smelting furnace, melting aluminum oxide and zirconium dioxide with preliminary addition of titanium dioxide and carbon dioxide to the charge, and abrupt cooling of the melt.

В настоящее время в условиях обострения экономических и экологических проблем, накопления техногенных отходов становится актуальным вопрос применения техногенного сырья в технологии современных материалов, в частности циркониевого электрокорунда. Одновременно решается вопрос снижения расходов на производство этого материала.Currently, in conditions of aggravation of economic and environmental problems, the accumulation of technogenic waste, the issue of using technogenic raw materials in the technology of modern materials, in particular zirconium oxide, is becoming urgent. At the same time, the issue of reducing the cost of producing this material is being addressed.

Согласно прототипу стабилизацию тетрагональной модификации оксида циркония проводят добавлением в шихту оксида титана (рутила). Однако в случае применения высокоглиноземистых отходов при таком легировании получается пористая отливка.According to the prototype, the stabilization of the tetragonal modification of zirconium oxide is carried out by adding titanium oxide (rutile) to the charge. However, in the case of the use of high-alumina waste, such a doping results in a porous casting.

Задача - получение недорогого качественного циркониевого электрокорунда с использованием техногенного сырья.The task is to obtain inexpensive high-quality zirconium electrocorundum using technogenic raw materials.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения циркониевого электрокорунда, включающем подготовку шихты, загрузку ее в электроплавильную печь, расплавление и разливку расплава в щелевой кристаллизатор для интенсивного охлаждения расплава, согласно изобретению в качестве глиноземсодержащей компоненты шихты применяют высокоглиноземистые техногенные отходы процесса десульфурации (обессеривания) природного газа, а в качестве стабилизатора и дегазатора применяют отходы механической обработки металлического титана.The problem is solved due to the fact that in the method of producing zirconium electrocorundum, which includes preparing the charge, loading it into an electric smelting furnace, melting and casting the melt in a slit mold for intensive cooling of the melt, high-alumina technogenic waste products are used as an alumina-containing component of the charge (desulfurization process desulphurization) of natural gas, and as a stabilizer and degasser used waste machining of titanium metal .

Таким образом, в качестве основного компонента электрокорунда циркониевого применяют не глинозем, а высокоглиноземистые отходы из технологии переработки природного газа, в частности процесса десульфурации (обессеривания) этого газа. Объемы этих отходов в настоящее время позволяют организовать промышленное производство абразивов, в том числе циркониевого электрокорунда.Thus, as the main component of zirconium electrocorundum, it is not alumina that is used, but high-alumina waste from natural gas processing technology, in particular the process of desulfurization (desulfurization) of this gas. The volumes of these wastes currently make it possible to organize the industrial production of abrasives, including zirconium electrocorundum.

Эти отходы получаются в процессе взаимодействия сернистых соединений природного газа с гранулированным гидратом окиси алюминия, при этом в автоклаве образуется жидкая расплавленная сера, которую перекачивают насосом на площадку складирования, а гидрат окиси алюминия Al(ОН)3 постепенно превращается преимущественно в оксид алюминия, утрачивает свои каталитические свойства и заменяется свежим катализатором.This waste is obtained in the process of interaction of sulfur compounds of natural gas with granular alumina hydrate, and molten sulfur forms in the autoclave, which is pumped to the storage site, and the alumina hydrate Al (OH) 3 is gradually converted predominantly into aluminum oxide and loses its catalytic properties and is replaced by a fresh catalyst.

Отходы катализатора применяются в технологии абразивов и огнеупоров.Catalyst waste is used in abrasive and refractory technology.

Упомянутые отходы представляют собой оксид алюминия преимущественно гамма-модификации и частично гидрат окиси алюминия. Цена на такие отходы значительно ниже, чем на обычный глинозем.Said waste is alumina predominantly of gamma modification and partially alumina hydrate. The price of such waste is much lower than that of ordinary alumina.

Коммерческий химический анализ этого материала в исходном состоянии и после прокалки на 1000°С приведен в таблице 1.Commercial chemical analysis of this material in the initial state and after calcination at 1000 ° C is shown in table 1.

Таблица 1Table 1 НаименованиеName Al2O3, % вес.Al 2 O 3 ,% weight. Потери при прокаливании, % вес.Loss on ignition,% weight. Примеси МехОу, % вес.Impurities Me x O y ,% weight. Отходы до нагреваWaste before heating 90±590 ± 5 5,0÷15,05.0 ÷ 15.0 1,0±0,51.0 ± 0.5 Отходы после нагреваWaste after heating 98,0-99,098.0-99.0 -- 1,0±0,51.0 ± 0.5

Вещество отходов до нагрева (прокалки) - продукт выпадения из раствора, имеет развитую активную поверхность, адсорбирует из воздуха пары воды, оксид углерода, азот и т.д. Прокалка отходов производится для удаления остатков воды, однако адсорбированные газы при прокалке не удаляются.The waste substance before heating (calcination) is a product of precipitation from a solution, has a developed active surface, adsorbs water vapor, carbon monoxide, nitrogen, etc. from the air. The waste is calcined to remove residual water, but adsorbed gases are not removed during calcination.

Таким образом, удается заменить достаточно дорогой глинозем на дешевое сырье, являющееся техногенным отходом.Thus, it is possible to replace a rather expensive alumina with cheap raw materials, which are technogenic waste.

При этом в шихту для плавки циркониевого электрокорунда, состоящую из высокоглиноземистых отходов и бадделеита (ZrO2), добавляют отходы механической обработки металлического титана.At the same time, the waste for mechanical processing of titanium metal is added to the charge for melting zirconium electrocorundum, consisting of high-alumina waste and baddeleyite (ZrO 2 ).

Обычно расплав циркониевого электрокорунда после быстрого охлаждения в тонком слое (4÷10 мм) образует отливку с высокой газовой пористостью из-за выделения растворенных в нем газов азота, водорода, оксида углерода, напоминает губку и имеет низкие прочностные характеристики. Но в результате добавления в расплав металлов, образующих с растворенными в расплаве газами, в т.ч. поступивших из техногенных отходов (высокоглиноземистых отходов, образующихся при обессеривании природного газа), тугоплавкие, как правило, твердые соединения, обеспечивается возможность получения при «замораживании» (быстром охлаждении) таких расплавов плотной отливки. В процессе плавки растворенные в расплаве азот, водород, оксид углерода взаимодействуют с металлическим титаном, образуя устойчивые тугоплавкие соединения: нитриды, гидриды, карбонитриды и т.д., которые при быстром охлаждении («замораживании») расплава остаются в составе материала, при этом сама отливка не содержит газовой пористости.Usually, the melt of zirconium electrocorundum after rapid cooling in a thin layer (4 ÷ 10 mm) forms a casting with high gas porosity due to the release of nitrogen, hydrogen, carbon monoxide gases dissolved in it, resembles a sponge and has low strength characteristics. But as a result of the addition to the melt of metals forming with gases dissolved in the melt, incl. received from industrial waste (high-alumina waste generated during the desulfurization of natural gas), refractory, as a rule, solid compounds, it is possible to obtain such melts of dense castings upon “freezing” (rapid cooling). During the smelting process, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide dissolved in the melt interact with metallic titanium to form stable refractory compounds: nitrides, hydrides, carbonitrides, etc., which upon rapid cooling (“freezing”) of the melt remain in the composition of the material, while the casting itself does not contain gas porosity.

При этом из-за нестехиометрического состава оксида циркония (ZrO1,96) «замораживается» тетрагональная метастабильная модификация оксида циркония, материал получают с высоким уровнем внутренних напряжений, склонный к преждевременному разрушению.Moreover, due to the non-stoichiometric composition of zirconium oxide (ZrO 1.96 ), a tetragonal metastable modification of zirconium oxide is “frozen”, the material is obtained with a high level of internal stresses, prone to premature failure.

Добавленный в шихту металлический титан (Ti) частично окисляется на воздухе, частично окисляется за счет восстановления оксидов циркония до трехвалентного состояния, образуя с Al2O3 после кристаллизации твердый раствор, что повышает качество абразива за счет повышения микротвердости кристаллов корунда и измельчения структуры материала.Metal titanium (Ti) added to the mixture partially oxidizes in air, partially oxidizes due to the reduction of zirconium oxides to the trivalent state, forming a solid solution with Al 2 O 3 after crystallization, which increases the quality of the abrasive due to the increase in microhardness of corundum crystals and grinding of the material structure.

Полученный расплав разливают в кристаллизатор.The resulting melt is poured into a crystallizer.

Пример конкретного выполнения технологииAn example of a specific technology implementation

В плавильную дуговую трехфазную печь мощностью 1250 кВА с гарнисажем вместо огнеупорной футеровки загрузили:In a 1250 kVA three-phase melting arc furnace with a skull, instead of a refractory lining, the following was loaded:

- 800 кг высокоглиноземистых отходов (прокаленные высокоглиноземистые техногенные отходы обессеривания природного газа),- 800 kg of high-alumina waste (calcined high-alumina technogenic waste of desulfurization of natural gas),

- 485 кг бадделеитового концентрата,- 485 kg of baddeleyite concentrate,

- 30 кг отходов механической обработки титана (стружка, обрезь, брак).- 30 kg of titanium machining waste (shavings, trimmings, rejects).

Получили ~ 1200 кг расплава, израсходовав при этом 2520 кВт/час электроэнергии. Расплав разлили в щелевой кристаллизатор, полученный материал измельчили и классифицировали, определили качество полученного абразивного материала.Received ~ 1200 kg of melt, while using up 2520 kW / h of electricity. The melt was poured into a slit mold, the obtained material was crushed and classified, and the quality of the obtained abrasive material was determined.

Сравнительная характеристика материала по заявляемому изобретению с материалом по прототипу приведена в таблице 2.Comparative characteristics of the material according to the claimed invention with the material of the prototype are shown in table 2.

Таблица 2table 2 № п/пNo. p / p Добавки титана, %Additives of titanium,% Содержание двуокиси циркония, % вес.The content of zirconium dioxide,% weight. Содержание тетрагональной фазы, %The content of the tetragonal phase,% ПримечанияNotes 1one 2,5% TiO2 рутил2.5% TiO 2 rutile 41,241.2 9797 прототипprototype 22 2,5% TiO2 рутил2.5% TiO 2 rutile 35,035.0 9898 прототипprototype 33 2,5% отходы переработки Ti2.5% Ti processing waste 38,438,4 97,697.6 заявляемый способthe claimed method

Сравнительный экономический анализ показывает, что затраты на циркониевый электрокорунд по заявке существенно ниже, чем по прототипу, при практически одинаковых показателях качества.A comparative economic analysis shows that the cost of zirconium electrocorundum on the application is significantly lower than on the prototype, with almost the same quality indicators.

Claims (1)

Способ получения циркониевого электрокорунда, включающий подготовку шихты, загрузку ее в электроплавильную печь, расплавление и разливку расплава в щелевой кристаллизатор для интенсивного охлаждения расплава, отличающийся тем, что в качестве глиноземсодержащего компонента шихты применяют высокоглиноземистые техногенные отходы переработки природного газа, а в качестве стабилизатора и дегазатора применяют отходы механической обработки металлического титана. A method of producing zirconium electrocorundum, including the preparation of a charge, loading it into an electric melting furnace, melting and casting a melt in a slit mold for intensive cooling of the melt, characterized in that high-alumina technogenic waste from processing natural gas is used as an alumina-containing component of the charge, and a stabilizer and degasser used waste machining of titanium metal.
RU2009128834/03A 2009-07-27 2009-07-27 Method of producing zirconia alumina RU2425009C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128834/03A RU2425009C2 (en) 2009-07-27 2009-07-27 Method of producing zirconia alumina

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009128834/03A RU2425009C2 (en) 2009-07-27 2009-07-27 Method of producing zirconia alumina

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2425009C2 true RU2425009C2 (en) 2011-07-27

Family

ID=44753721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009128834/03A RU2425009C2 (en) 2009-07-27 2009-07-27 Method of producing zirconia alumina

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425009C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU975574A1 (en) * 1980-05-05 1982-11-23 Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт Method for producing electrocorundum
SU1333669A1 (en) * 1986-12-23 1987-08-30 Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова Charge for making ceramic material
US5143522A (en) * 1979-11-09 1992-09-01 Washington Mills Electro Minerals Corporation Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
RU2021225C1 (en) * 1989-07-07 1994-10-15 Лонца Аг Baked ceramic material based on aluminum oxide and process for producing baked ceramic material
RU2138463C1 (en) * 1993-03-05 1999-09-27 Корунд Лауфенбург ГмбХ Substance method of manufacturing zirconium corundum-based abrasive grains

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5143522A (en) * 1979-11-09 1992-09-01 Washington Mills Electro Minerals Corporation Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
US5143522B1 (en) * 1979-11-09 1998-01-06 Washington Mills Electro Miner Abrasive products containing fused alumina zirconia and reduced titania
SU975574A1 (en) * 1980-05-05 1982-11-23 Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт Method for producing electrocorundum
SU1333669A1 (en) * 1986-12-23 1987-08-30 Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова Charge for making ceramic material
RU2021225C1 (en) * 1989-07-07 1994-10-15 Лонца Аг Baked ceramic material based on aluminum oxide and process for producing baked ceramic material
RU2138463C1 (en) * 1993-03-05 1999-09-27 Корунд Лауфенбург ГмбХ Substance method of manufacturing zirconium corundum-based abrasive grains

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Roungos et al. Improved thermal shock performance of Al2O3–C refractories due to nanoscaled additives
Dudczig et al. Nano-and micrometre additions of SiO2, ZrO2 and TiO2 in fine grained alumina refractory ceramics for improved thermal shock performance
US20110097582A1 (en) Aluminum magnesium titanate-alumina composite ceramics
CA2863573C (en) Electrolytic cell
Emmel et al. In situ spinel formation in Al2O3–MgO–C filter materials for steel melt filtration
Naghizadeh et al. Effect of TiO2 on phase evolution and microstructure of MgAl2O4 spinel in different atmospheres
Mohammadi et al. Effect of MgCl2 addition on the sintering behavior of MgAl2O4 spinel and formation of nano-particles
Ding et al. Effect of hercynite content on the properties of magnesia-spinel composite refractories sintered in different atmospheres
Fouad et al. Fabrication and characterization of macroporous alumina-nano tetragonal zirconia-nano spinel ceramic composites
CN113999027A (en) Corundum-mullite castable for zinc oxide rotary kiln and preparation method thereof
Abdullayev et al. AlF3-assisted flux growth of mullite whiskers and their application in fabrication of porous mullite-alumina monoliths
CN115321967A (en) A kind of refractory material with clean molten steel function, preparation method and application thereof
Zargar et al. Influence of nano boehmite on solid state reaction of alumina and magnesia
JP6652957B2 (en) Refractory product, use of zirconium dioxide, method for producing zirconium dioxide, refractory product, and refractory product produced using the same
Wei et al. Decomposition mechanism, sintering process and properties of zircon ceramics: Role of CaO, MnO and Cr2O3
RU2425009C2 (en) Method of producing zirconia alumina
Mai et al. A novel preparation method for elongated mullite using Zircon-Al2O3 modified SiO2 as silicon source for high-temperature functional ceramics
NO177002B (en) Process for manufacturing ceramic composites
Bruni et al. Reaction and phases from monoclinic zirconia and calcium aluminate cement at high temperatures
CN108349818B (en) Particles for manufacturing a refractory product, use of such particles, refractory product, method of manufacturing a refractory product, and refractory product manufactured thereby
Cao et al. Impact of CA6 on the properties and microstructure of mullite-cordierite materials for lithium battery sintering applications
JP5920412B2 (en) Continuous casting nozzle
CN109369156B (en) A kind of magnesia aggregate based on salt lake brine and preparation method thereof
Omid et al. Synthesis and comparison of MgAl2O4–Ti (C, N) composites using aluminothermic-carbothermal reduction and molten salts routes
Rana et al. Dolomite stabilized zirconia for refractory application: Part-I phase analysis, densification behavior and microstructure of partial stabilized zirconia

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120728