[go: up one dir, main page]

RU2843749C1 - Method of producing reactive alpha-aluminium oxide - Google Patents

Method of producing reactive alpha-aluminium oxide

Info

Publication number
RU2843749C1
RU2843749C1 RU2025101627A RU2025101627A RU2843749C1 RU 2843749 C1 RU2843749 C1 RU 2843749C1 RU 2025101627 A RU2025101627 A RU 2025101627A RU 2025101627 A RU2025101627 A RU 2025101627A RU 2843749 C1 RU2843749 C1 RU 2843749C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mol
temperature
briquettes
aluminum oxide
aluminium oxide
Prior art date
Application number
RU2025101627A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Трубицын
Наталья Александровна Воловичева
Виктория Владимировна Лисняк
Наталия Александровна Морозова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2843749C1 publication Critical patent/RU2843749C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to chemical engineering, specifically to methods of producing reactive alpha-aluminium oxide (α-Al2O3). Method of producing a reactive α-Al2O3 includes dry grinding of alumina in a ball mill. Raw material used is metallurgical aluminium oxide with median particle size D50 9-22 mcm, containing crystalline phase γ-Al2O3 and θ-Al2O3. Into obtained charge additive is added, including chromium oxide (Cr2O3) in amount of 5 mol. % in terms of Cr3+ ion and ammonium fluoride (NH4F) in amount of 0.5-1.5 mol. % in terms of F- ion. Then one adds water till paste-like condition is obtained. Briquettes are prepared by laying into moulds and dried to constant mass at temperature 110±15 °C. Briquettes are subjected to calcination at temperature 1200-1450 °C for 2 hours. Further, the roasting products are crushed and then ground in a ball mill for 2-6 hours. Before grinding, 0.05 % polyethylene glycol is added to the roasting products.
EFFECT: low synthesis temperature of reactive alpha-aluminium oxide and high slag resistance of corundum ceramic made using finely dispersed powder of reactive alpha-aluminium oxide.
1 cl, 1 dwg, 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам получения реактивного альфа-оксида алюминия (α-Al2O3), который используется как высокодисперсный компонент при производстве биосовместимой, конструкционной и технической корундовой керамики, как компонент матричных систем в технологии низкоцементных огнеупорных литьевых масс, а также в качестве катализатора, адсорбента, абразивного материала.The invention relates to the field of chemical technology, namely to methods for producing reactive alpha-aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ), which is used as a highly dispersed component in the production of biocompatible, structural and technical corundum ceramics, as a component of matrix systems in the technology of low-cement refractory casting masses, and also as a catalyst, adsorbent, and abrasive material.

Высокодисперсные порошки α-Al2O3 в англоязычной технической терминологии известны как реактивный глинозем (Reactive alumina). В реактивном глиноземе материал диспергирован до размера первичных кристаллов (0,5 - 2 мкм). Для многотоннажного производства тонко- и ульрадисперсного активированного α-Al2O3 в качестве исходного сырья в настоящее время используют, как правило, кальцинированный глинозем. Такой реактивный глинозем получают термообработкой (кальцинацией) байеровского гидроксида алюминия от 1300 до 2000°С. На размеры образующихся кристаллов α-оксида алюминия влияют как температура, так и скорость кальцинации. Чем выше температура кальцинации, тем больше размер плотных первичных кристаллов и содержание Al2O3 в α-форме. Это в свою очередь существенно влияет на размолоспособность материала и медианный размер частиц D50 реактивного глинозема. Далее кальцинированный глинозем подвергают сухому или мокрому измельчению до размера первичных кристаллов в вибрационных, струйных и шаровых мельницах [Воробьев Н.Д. Моделирование процесса измельчения в шаровых мельницах // Горный журнал. 2004. №5. С. 65 - 68].Highly dispersed α-Al 2 O 3 powders are known in English technical terminology as reactive alumina. In reactive alumina, the material is dispersed to the size of primary crystals (0.5 - 2 μm). For large-tonnage production of finely and ultra-dispersed activated α-Al 2 O 3 , calcined alumina is currently used as the feedstock. Such reactive alumina is obtained by heat treatment (calcination) of Bayer aluminum hydroxide from 1300 to 2000 °C. The size of the resulting crystals of α-aluminum oxide is affected by both the temperature and the calcination rate. The higher the calcination temperature, the greater the size of the dense primary crystals and the content of Al 2 O 3 in the α-form. This in turn significantly affects the grindability of the material and the median particle size D 50 of reactive alumina. Next, calcined alumina is subjected to dry or wet grinding to the size of primary crystals in vibration, jet and ball mills [Vorobyov N.D. Modeling the grinding process in ball mills // Mining Journal. 2004. No. 5. pp. 65-68].

Известно, что при синтезе α-Al2O3 из разных прекурсоров (байеровского гидроксида алюминия Al(OH)3, низкотемпературных модификаций Al2O3) используют минерализующие добавки разного состава, существенно влияющие на процессы полиморфных превращений, морфологию и размер частиц готового продукта.It is known that during the synthesis of α-Al 2 O 3 from different precursors (Bayer aluminum hydroxide Al(OH) 3 , low-temperature modifications of Al 2 O 3 ), mineralizing additives of different compositions are used, which significantly affect the processes of polymorphic transformations, morphology and particle size of the finished product.

Авторами статьи Effect of AlF3 seed concentrations and calcination temperatures on the crystal growth of hexagonally shaped α-alumina powders [H. S. Kim, N. Park, T. J. Lee, M. Kang//Ceram. Int. 2015. - Vol. 40. - P. 3813-3818] исследовано влияние фторид-ионов на размер образующихся кристаллов α-Al2O3. Показано, что добавка приводит к снижению температуры образования α-фазы, а также влияет на размер и морфологию частиц и обеспечивает интенсификацию процессов роста первичных кристаллов α-Al2O3 и низкую температуру кальцинации.The authors of the article Effect of AlF 3 seed concentrations and calcination temperatures on the crystal growth of hexagonally shaped α-alumina powders [HS Kim, N. Park, TJ Lee, M. Kang//Ceram. Int. 2015. - Vol. 40. - P. 3813-3818] studied the effect of fluoride ions on the size of the formed α-Al 2 O 3 crystals. It was shown that the additive leads to a decrease in the temperature of formation of the α-phase, and also affects the size and morphology of the particles and ensures the intensification of the growth processes of primary α-Al 2 O 3 crystals and a low calcination temperature.

Влияние введения хромсодержащей добавки (Cr2O3) на микроструктуру и физико-механические свойства корундовых образцов, полученных методом горячего прессования при 1500°С, представлено в научной статье Effect of Cr2O3 addition on microstructural evolution and mechanical properties of Al2O3 [D. Riu, Y. Kong, H. Kim // J. Eur. Ceram. - 2000. - Vol. 10. - P. 1475-1481]. При введении небольших количеств Cr2O3 (2 и 5 мол. %) зерна α-Al2O3 становились крупнее и характеризовались бимодальным распределением. Отмечено, что вязкость разрушения, трещиностойкость, твердость и модуль упругости таких образцов были значительно повышены при введении менее 5 мол. % Cr2O3. Однако механическая прочность всех изученных образцов, содержащих Cr2O3, снижалась. При увеличении концентрации вводимого оксида хрома до 10 мол. % принципиальных изменений структурно-морфологических характеристик зерен α-глинозема не наблюдалось.The effect of introducing a chromium-containing additive (Cr 2 O 3 ) on the microstructure and physicomechanical properties of corundum samples obtained by hot pressing at 1500°C is presented in the scientific article Effect of Cr 2 O 3 addition on microstructural evolution and mechanical properties of Al 2 O 3 [D. Riu, Y. Kong, H. Kim // J. Eur. Ceram. - 2000. - Vol. 10. - P. 1475-1481]. With the introduction of small amounts of Cr 2 O 3 (2 and 5 mol. %), the α-Al 2 O 3 grains became larger and were characterized by a bimodal distribution. It was noted that the fracture toughness, crack resistance, hardness and elastic modulus of such samples were significantly increased with the introduction of less than 5 mol. % Cr 2 O 3 . However, the mechanical strength of all the studied samples containing Cr 2 O 3 decreased. With an increase in the concentration of the introduced chromium oxide to 10 mol. %, no fundamental changes in the structural and morphological characteristics of the α-alumina grains were observed.

Известен патент KR1020040077294, в котором представлен Способ приготовления сверхтонкого порошка оксида алюминия путем введения полимерных материалов в раствор, содержащий ионы алюминия, или гидроксид алюминия, или суспензию гамма-оксида алюминия. Наноразмерный порошок α-оксида алюминия (α-Al2O3) получают с помощью следующих этапов: добавление полимерных материалов или полимеризованных органических соединений к раствору Al(NO3)3, AlCl3 или Al2(SO4)3, либо к свежеосажденному Al(OH)3, либо к суспензии гамма-Al2O3. В качестве органических добавок используют низкомолекулярные органические вещества, такие как этиленгликоль и глицин; далее проводят измельчение затвердевшей карбидной смолы, содержащей ионы алюминия и осуществляют последующую кальцинацию карбидного порошка при температуре 1000-1200°С для перехода аморфного оксида алюминия в α-форму. Оставшиеся карбиды удаляют из полученного продукта путем термообработки прокаленного порошка при 600°С на воздухе. Предлагаемый способ предусматривает большое количество технологических операций, необходимость введения различных органических веществ и не может быть использован для организации многотоннажного производства.Known is the patent KR1020040077294, which presents the Method for preparing ultrafine aluminum oxide powder by introducing polymeric materials into a solution containing aluminum ions, or aluminum hydroxide, or a suspension of gamma-alumina. Nanosized powder of α-alumina (α-Al 2 O 3 ) is obtained using the following stages: adding polymeric materials or polymerized organic compounds to a solution of Al(NO 3 ) 3 , AlCl 3 or Al 2 (SO 4 ) 3 , or to freshly precipitated Al(OH) 3 , or to a suspension of gamma-Al 2 O 3 . Low-molecular organic substances such as ethylene glycol and glycine are used as organic additives; then the solidified carbide resin containing aluminum ions is ground and the carbide powder is subsequently calcined at a temperature of 1000-1200°C to convert the amorphous aluminum oxide into the α-form. The remaining carbides are removed from the resulting product by heat treatment of the calcined powder at 600°C in air. The proposed method involves a large number of technological operations, the need to introduce various organic substances, and cannot be used to organize large-scale production.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, взятому за прототип, является патент RU 2791045 (опубл. 01.03.2024), где описан Способ получения реактивного альфа-оксида алюминия, включающий сухой помол глинозема в шаровой мельнице при использовании мелющих тел цилиндрической формы объемом 6,3 см3 каждое и объемной загрузке барабана мелющими телами 35%. В качестве исходного сырья используется металлургический оксид алюминия с медианным размером частиц D50, составляющим 9-22 мкм, содержащий кристаллические фазы γ-Al2O3 и θ-Al2O3, в который вводят комплексную добавку-минерализатор - дихромат аммония в количестве 0,005-0,5 мол.% в пересчете на хром, далее в полученную шихту добавляют воду до получения пастообразного состояния, готовят брикеты путем укладки в формы и высушивают до постоянной массы при температуре 110±15°С, после чего брикеты подвергают кальцинации при температуре 1350-1550°С в течение 3ч, далее продукты обжига дробят, к кальцинированному глинозему сверх массы добавляют 0,05 % полиэтиленгликоля, а затем измельчают в шаровой мельнице при использовании мелющих тел цилиндрической формы объемом 6,3 см3 каждое и объемной загрузке барабана мелющими телами 35% в течение 2-8 ч. В результате сухого помола получают порошки реактивного альфа-оксида алюминия со средним размером первичных кристаллов 0,5-1 мкм и удельной поверхностью более 27000 см2/г.The closest to the proposed technical solution, taken as a prototype, is patent RU 2791045 (published 01.03.2024), which describes a method for producing reactive alpha-aluminum oxide, including dry grinding of alumina in a ball mill using cylindrical grinding media with a volume of 6.3 cm3 each and a volumetric loading of the drum with grinding media of 35%. The feedstock used is metallurgical aluminum oxide with a median particle size D50 of 9-22 μm, containing crystalline phases of γ-Al 2 O 3 and θ-Al 2 O 3 , into which a complex mineralizer additive is introduced - ammonium dichromate in an amount of 0.005-0.5 mol.% in terms of chromium, then water is added to the resulting batch until a paste-like state is obtained, briquettes are prepared by placing them in molds and dried to a constant weight at a temperature of 110 ± 15 ° C, after which the briquettes are calcined at a temperature of 1350-1550 ° C for 3 hours, then the firing products are crushed, 0.05% polyethylene glycol is added to the calcined alumina in excess of the mass, and then ground in a ball mill using cylindrical grinding bodies with a volume of 6.3 cm 3 each and a volumetric loading of the drum with grinding bodies of 35% for 2-8 hours. As a result of dry grinding, powders of reactive alpha-aluminum oxide are obtained with an average size of primary crystals of 0.5-1 μm and a specific surface area of more than 27,000 cm2 /g.

Технической задачей предлагаемого технического решения является расширение арсенала средств путем разработки способа получения реактивного альфа-оксида алюминия.The technical objective of the proposed technical solution is to expand the arsenal of means by developing a method for producing reactive alpha-aluminum oxide.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является снижение температуры синтеза хромсодержащего реактивного альфа-оксида алюминия до 1200°С.The technical result of the proposed technical solution is a decrease in the synthesis temperature of chromium-containing reactive alpha-aluminum oxide to 1200°C.

Второй технический результат - повышение шлакоустойчивости корундовой керамики, изготовленной с использованием высокодисперсных порошков реактивного альфа-оксида алюминияThe second technical result is an increase in the slag resistance of corundum ceramics manufactured using highly dispersed powders of reactive alpha-aluminum oxide.

Для реализации поставленных задач предложен способ получения реактивного альфа-оксида алюминия, который осуществляют следующим способом: To achieve the set objectives, a method for obtaining reactive alpha-aluminum oxide is proposed, which is carried out in the following manner:

В качестве исходного сырья используют коммерчески доступный металлургический оксид алюминия с медианным размером частиц D50 ~ 9-22 мкм, содержащий кристаллические фазы γ-Al2O3 и θ-Al2O3. Для приготовления шихты металлургический оксид алюминия смешивают с комплексной минерализующей добавкой, включающей оксид хрома (Cr2O3) в количестве 5 мол. % в пересчете на ион Сr3+ и фторид аммония (NH4F) в количестве 0,5-1,5 мол. % в пересчете на ион F-. К полученной шихте добавляют воду до получения пастообразного состояния, затем готовят брикеты путем укладки в формы и высушивают до постоянной массы при температуре 110±15°С. Далее брикеты подвергают кальцинации при температуре 1200 - 1450°С в течение 2 часов. В указанном интервале температур происходит переход γ-Al2O3 и θ-Al2O3 в α-Al2O3. Продукты обжига дробят, а затем подвергают измельчению в шаровой мельнице в течение 2 - 6 часов при использовании мелющих тел цилиндрической формы объемом 6,3 см3 каждое, и объемной загрузке барабана мелющими телами 35 %, при скорости вращения барабана, равной 100 об/мин. Скорость вращения барабана шаровой мельницы зависит от технических характеристик оборудования и не влияет на осуществление предлагаемого способа получения реактивного альфа-оксида алюминия. Коэффициент К, характеризующий соотношение объема измельчаемого материала к объему пустот между мелющими телами во всех случаях принимают равным 1. К кальцинированному глинозему перед началом измельчения сверх массы добавляют 0,05 % полиэтиленгликоля.Commercially available metallurgical aluminum oxide with a median particle size of D 50 ~ 9-22 μm, containing crystalline phases of γ-Al 2 O 3 and θ-Al 2 O 3 is used as the feedstock. To prepare the batch, metallurgical aluminum oxide is mixed with a complex mineralizing additive including chromium oxide (Cr 2 O 3 ) in an amount of 5 mol. % in terms of the Cr 3+ ion and ammonium fluoride (NH 4 F) in an amount of 0.5-1.5 mol. % in terms of the F - ion. Water is added to the resulting batch until a paste-like state is obtained, then briquettes are prepared by placing them in molds and drying to a constant weight at a temperature of 110 ± 15 ° C. Then the briquettes are calcined at a temperature of 1200 - 1450 ° C for 2 hours. In the specified temperature range, the γ-Al 2 O 3 and θ-Al 2 O 3 are converted into α-Al 2 O 3 . The calcined products are crushed and then subjected to grinding in a ball mill for 2-6 hours using cylindrical grinding bodies with a volume of 6.3 cm 3 each, and a volumetric loading of the drum with grinding bodies of 35%, at a drum rotation speed of 100 rpm. The rotation speed of the ball mill drum depends on the technical characteristics of the equipment and does not affect the implementation of the proposed method for producing reactive alpha-aluminum oxide. The coefficient K, characterizing the ratio of the volume of the material being ground to the volume of voids between the grinding bodies, is taken to be equal to 1 in all cases. Before the start of grinding, 0.05% polyethylene glycol is added to the calcined alumina over the mass.

Отличительной особенностью предлагаемого способа получения реактивного альфа-оксида алюминия является введение в исходную шихту комплексной минерализующей добавки - оксида хрома (Cr2O3) и фторида аммония (NH4F), а также снижение температуры синтеза до 1200-1450°С. Синергетическое действие вводимой комплексной минерализующей добавки, содержащей фторид-ион и катион хрома (III), обеспечивает формирование твердого раствора Cr3+ в поверхностном слое частиц α-Al2O3 и оптимальную дисперсность при температурах 1200-1350°С. Наличие такого поверхностного хромсодержащего твердого раствора существенно улучшает размолоспособность материала после кальцинации, а также обеспечивает повышение шлакоустойчивости корундовой керамики, изготовленной из высокодисперсных порошков хромсодержащего реактивного альфа-оксида алюминия.A distinctive feature of the proposed method for producing reactive alpha-aluminum oxide is the introduction of a complex mineralizing additive - chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and ammonium fluoride (NH 4 F) - into the initial batch, as well as a decrease in the synthesis temperature to 1200-1450°C. The synergistic effect of the introduced complex mineralizing additive containing a fluoride ion and a chromium (III) cation ensures the formation of a solid solution of Cr 3+ in the surface layer of α-Al 2 O 3 particles and optimal dispersion at temperatures of 1200-1350°C. The presence of such a surface chromium-containing solid solution significantly improves the grindability of the material after calcination, and also ensures an increase in the slag resistance of corundum ceramics made from highly dispersed powders of chromium-containing reactive alpha-aluminum oxide.

Примеры реализации изобретения.Examples of implementation of the invention.

Пример 1Example 1

К металлургическому оксиду алюминия с медианным размером частиц D50 ~ 9- 22 мкм, содержащему кристаллические фазы γ-Al2O3 и θ-Al2O3, добавляют комплексную минерализующую добавку, содержащую оксид хрома (Cr2O3) в количестве 5 мол. % в пересчете на ион Сr3+ и фторид аммония (NH4F) в количестве 0,5-1,5 мол. % в пересчете на ион F-. К полученной шихте добавляют воду до получения пастообразного состояния, затем готовят брикеты путем укладки в формы и высушивают до постоянной массы при температуре 110±15°С. Далее брикеты подвергают кальцинации при температуре 1200 - 1450°С в течение 2 часов. Далее продукты обжига дробят, а затем проводят измельчение в шаровой мельнице в течение 2-6 часов при использовании мелющих тел цилиндрической формы объемом 6,3 см3 каждое, и объемной загрузке барабана мелющими телами 35 %, при скорости вращения барабана, равной 100 об/мин., при этом к продуктам кальцинации перед началом измельчения сверх массы добавляют 0,05 % полиэтиленгликоля.A complex mineralizing additive containing chromium oxide (Cr 2 O 3 ) in an amount of 5 mol. % based on the Cr 3+ ion and ammonium fluoride (NH 4 F ) in an amount of 0.5-1.5 mol. % based on the F - ion is added to metallurgical aluminum oxide with a median particle size of D 50 ~ 9-22 μm, containing the crystalline phases of γ-Al 2 O 3 . Water is added to the resulting batch until a paste-like state is obtained, then briquettes are prepared by placing them in molds and drying to a constant weight at a temperature of 110±15°C. The briquettes are then calcined at a temperature of 1200-1450°C for 2 hours. Next, the calcination products are crushed and then ground in a ball mill for 2-6 hours using cylindrical grinding bodies with a volume of 6.3 cm3 each, and a volumetric loading of the drum with grinding bodies of 35%, with a drum rotation speed of 100 rpm, while 0.05% polyethylene glycol is added to the calcination products before the start of grinding above the mass.

На фиг. 1 отображены результаты определения фазового состава продуктов кальцинации исходного металлургического глинозема (контроль), металлургического глинозема с предварительным введением добавки Cr2O3 в количестве 5 мол.% в пересчете на Cr3+ и металлургического глинозема с предварительным введением комплексной минерализующей добавки, включающей Cr2O3 в количестве 5 мол.% в пересчете на Cr3+ и NH4F в количестве 0,5-1,5 мол. % в пересчете на ион F-.Fig. 1 shows the results of determining the phase composition of the calcination products of the original metallurgical alumina (control), metallurgical alumina with the preliminary introduction of a Cr 2 O 3 additive in an amount of 5 mol.% in terms of Cr 3+ , and metallurgical alumina with the preliminary introduction of a complex mineralizing additive including Cr 2 O 3 in an amount of 5 mol.% in terms of Cr 3+ and NH 4 F in an amount of 0.5-1.5 mol.% in terms of the F - ion.

Данными, приведенными на фиг. 1 подтверждается, что получаемые продукты кальцинации представляют собой глинозем в альфа-модификации. Содержание фазы α-Al2O3 достигает 100 %. При изоморфном замещении катионов Al3+ в кристаллической решетке оксида алюминия на катионы Cr3+ происходит смещение максимума дифракционных пиков в сторону меньших углов 2θ по сравнению с контрольным образцом α-оксида алюминия, синтезированным без введения добавок-минерализаторов. Это является подтверждением образования твердого раствора в системе Al2O3-Cr2O3. Также подтверждается, что температура кальцинации, равная 1200°С, является достаточной для образования твердого раствора при синтезе реактивного альфа-оксида алюминия в присутствии комплексной минерализующей добавки, включающей Cr2O3 и NH4F. Максимальная температура присутствия фторид-ионов в системе составляет 1300°С. Выше указанной температуры происходит разложение фторсодержащей минерализующей добавки и полное удаление F- из системы. При температуре 1450°С процессы образования поверхностного твердого раствора остаются без изменений.The data presented in Fig. 1 confirm that the obtained calcination products are alumina in the alpha modification. The content of the α-Al 2 O 3 phase reaches 100%. With the isomorphic substitution of Al 3+ cations in the crystal lattice of aluminum oxide by Cr 3+ cations, a shift in the maximum of the diffraction peaks occurs toward smaller 2θ angles compared to the control sample of α-aluminum oxide synthesized without the introduction of mineralizing additives. This confirms the formation of a solid solution in the Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 system. It is also confirmed that the calcination temperature of 1200°C is sufficient for the formation of a solid solution during the synthesis of reactive alpha-aluminum oxide in the presence of a complex mineralizing additive including Cr 2 O 3 and NH 4 F. The maximum temperature of the presence of fluoride ions in the system is 1300°C. Above this temperature, the decomposition of the fluorine-containing mineralizing additive and the complete removal of F - from the system occur. At a temperature of 1450°C, the processes of formation of the surface solid solution remain unchanged.

Пример 2Example 2

В примере 2 к металлургическому оксиду алюминия с медианным размером частиц D50 ~ 9-22 мкм, содержащему кристаллические фазы γ-Al2O3 и θ-Al2O3, добавляют комплексную минерализующую добавку, содержащую оксид хрома (Cr2O3) в количестве 5 мол. % в пересчете на ион Сr3+ и фторид аммония (NH4F) в количестве 0,5-1,5 мол. % в пересчете на ион F-. К полученной шихте добавляют воду до получения пастообразного состояния, затем готовят брикеты путем укладки в формы и высушивают до постоянной массы при температуре 110±15°С. Далее брикеты подвергают кальцинации при температуре 1200°С в течение 2 часов. Далее продукты обжига дробят, а затем проводят измельчение в шаровой мельнице в течение 2-6 часов при использовании мелющих тел цилиндрической формы объемом 6,3 см3 каждое, и объемной загрузке барабана мелющими телами 35 %, при скорости вращения барабана, равной 100 об/мин., при этом к продуктам кальцинации перед началом измельчения сверх массы добавляют 0,05 % полиэтиленгликоля. Влияние состава вводимой минерализующей добавки на гранулометрический состав полученных порошков реактивного альфа-оксида алюминия, приведены в таблице 1.In example 2, a complex mineralizing additive containing chromium oxide (Cr 2 O 3 ) in an amount of 5 mol % based on the Cr 3+ ion and ammonium fluoride (NH 4 F) in an amount of 0.5-1.5 mol % based on the F - ion is added to metallurgical aluminum oxide with a median particle size D50 of ~ 9-22 μm, containing the crystalline phases of γ -Al 2 O 3 . Water is added to the resulting batch until a paste-like state is obtained, then briquettes are prepared by placing them in molds and drying to a constant weight at a temperature of 110±15°C. The briquettes are then calcined at a temperature of 1200°C for 2 hours. Next, the calcination products are crushed and then ground in a ball mill for 2-6 hours using cylindrical grinding bodies with a volume of 6.3 cm3 each, and a volumetric loading of the drum with grinding bodies of 35%, at a drum rotation speed of 100 rpm, while 0.05% polyethyleneglycol is added to the calcination products before grinding begins in excess of the mass. The effect of the composition of the introduced mineralizing additive on the granulometric composition of the resulting reactive alpha-aluminum oxide powders is given in Table 1.

Таблица 1Table 1

Количество вводимой добавки, мол. %Amount of additive introduced, mol. % Медианный
размер частиц в порошках после
6 ч измельчения, мкм
Median
particle size in powders after
6 h grinding, µm
Среднее содержание субмикронной фракции
(≥1 мкм), %
Average content of submicron fraction
(≥1 µm), %
0 (контроль)0 (control) 1,681.68 34,034.0 1,0 мол.% F- 1.0 mol.% F - 2,482.48 23,523.5 5 мол.% Cr3+ +
0,5 мол.% F-
5 mol.% Cr 3+ +
0.5 mol.% F -
1,141.14 37,837.8
5 мол.% Cr3+ +
1,0 мол.% F-
5 mol.% Cr 3+ +
1.0 mol.% F -
1,771.77 32,032.0
5 мол.% Cr3+ +
1,5 мол.% F-
5 mol.% Cr 3+ +
1.5 mol.% F -
1,821.82 30,530.5

Данными, приведенными в таблице, подтверждается, что без введения комплексной минерализующей добавки получить отдельные первичные кристаллы альфа-оксида алюминия путем измельчения в шаровой мельнице невозможно, контрольный образец реактивного альфа-оксида алюминия представлен преимущественного агломератами частиц с медианным размером 1,68 мкм. При введении в качестве минерализующей добавки только F- в количестве 1,0 мол. % медианный размер отдельных первичных кристаллов альфа-оксида алюминия составляет 2,48 мкм на ряду с невысоким содержанием субмикронной фракции - 23,5%. При введении комплексной минерализующей добавки, предполагающей наличие 5 мол % Cr3+ и 1 мол. % F-, медианный размер кристаллитов альфа-оксида алюминия составляет 1,77 мкм, содержание субмикронной фракции - 32 %. Это объясняется низкотемпературным энергозатратным процессом образования твердого раствора Cr3+ в решетке Al2O3 (см. пример 1). Поэтому присутствие 1 мол % фторид-ионов не приводит к чрезмерному росту первичных кристаллов, а обеспечивает оптимальную дисперсность реактивного альфа-оксида алюминия. Увеличение концентрации фторид-ионов до 1,5 мол.% в комплексной минерализующей добавке приводит к активному зародышеобразованию, т.е. возникновению большого количества центров кристаллизации, что в свою очередь препятствует росту кристаллов альфа-оксида алюминия.The data presented in the table confirm that without the introduction of a complex mineralizing additive it is impossible to obtain individual primary crystals of alpha-aluminum oxide by grinding in a ball mill; the control sample of reactive alpha-aluminum oxide is represented mainly by agglomerates of particles with a median size of 1.68 μm. When introducing only F as a mineralizing additive-in the amount of 1.0 mol. % the median size of individual primary crystals of alpha-aluminum oxide is 2.48 μm along with a low content of submicron fraction - 23.5%. When introducing a complex mineralizing additive, assuming the presence of 5 mol % Cr3+and 1 mol.% F-, the median crystallite size of alpha-aluminum oxide is 1.77 μm, the content of the submicron fraction is 32%. This is explained by the low-temperature energy-consuming process of formation of a solid solution of Cr3+in the Al lattice2O3(See example 1). Therefore, the presence of 1 mol % of fluoride ions does not lead to excessive growth of primary crystals, but ensures optimal dispersion of reactive alpha-aluminum oxide. Increasing the concentration of fluoride ions to 1.5 mol % in the complex mineralizing additive leads to active nucleation, i.e. the emergence of a large number of crystallization centers, which in turn prevents the growth of alpha-aluminum oxide crystals.

Пример 3Example 3

Влияние вводимой при синтезе реактивного альфа-оксида алюминия комплексной минерализующей добавки на шлакоустойчивость получаемой корундовой керамики оценивали статическим методом. Для испытания методом одноосного прессования были изготовлены полуфабрикаты размером 50×50 мм из порошков реактивного альфа-оксида алюминия, синтезированных без использования добавки-минерализатора (контроль), с использованием добавки NH4F в концентрации 1 мол. % в пересчете на F- и комплексной добавки, содержащей Cr2O3 и NH4F в концентрациях, соответствующих 5 мол. % Cr3+ и 1 мол.% F-. Полученные прессованные полуфабрикаты подвергали обжигу при 1550°С. Далее для исследования шлакоустойчивости в заранее отформованные углубления (диаметром и глубиной 20мм) на поверхности спеченных образцов засыпали навеску металлургического шлака весом 3г. После этого подготовленные образцы выдерживали в течение 2 ч при температуре 1450°С в высокотемпературной печи. По окончанию выдержки образцы охлаждали и распиливали на две части алмазным инструментом по оси симметрии. Далее на распиле для каждого образца измеряли степень пропитки и степень разъедания. В таблице 2 приведены средние значения для 5 образцов каждого состава.The effect of the complex mineralizing additive introduced during the synthesis of reactive alpha-aluminum oxide on the slag resistance of the obtained corundum ceramics was estimated by the static method. For testing by the uniaxial pressing method, semi-finished products measuring 50×50 mm were made from reactive alpha-aluminum oxide powders synthesized without the use of a mineralizing additive (control), using an NH 4 F additive at a concentration of 1 mol. % in terms of F - and a complex additive containing Cr 2 O 3 and NH 4 F at concentrations corresponding to 5 mol. % Cr 3+ and 1 mol. % F - . The obtained pressed semi-finished products were fired at 1550 °C. Then, to study the slag resistance, a 3 g sample of metallurgical slag was poured into pre-formed depressions (20 mm in diameter and depth) on the surface of the sintered samples. After that, the prepared samples were kept for 2 hours at a temperature of 1450°C in a high-temperature furnace. At the end of the holding, the samples were cooled and sawn into two parts with a diamond tool along the axis of symmetry. Then, the degree of impregnation and the degree of corrosion were measured on the saw for each sample. Table 2 shows the average values for 5 samples of each composition.

Таблица 2Table 2

ОбразецSample Степень пропитки, %Degree of impregnation, % Степень разъедания, %Degree of corrosion, % КонтрольControl 1010 55 0 мол.% Cr3+ +
1,0 мол.% F-
0 mol.% Cr 3+ +
1.0 mol.% F -
1212 66
5 мол.% Cr3+ +
1,0 мол.% F-
5 mol.% Cr 3+ +
1.0 mol.% F -
55 22

Данными, приведенными в таблице 2 подтверждается, что образцы на основе реактивного альфа-оксида алюминия, синтезированного в присутствии комплексной минерализующей добавки, включающей 5 мол.% Cr3+ +1,0 мол.% F- обладает наибольшей величиной шлакоустойчивости.The data presented in Table 2 confirm that samples based on reactive alpha-aluminum oxide synthesized in the presence of a complex mineralizing additive including 5 mol.% Cr 3+ +1.0 mol.% F - have the highest slag resistance.

В результате приведенных примеров подтверждено решение поставленных технических задач: снижение температуры синтеза хромсодержащего реактивного альфа-оксида алюминия до 1200°С и повышение шлакоустойчивости корундовой керамики, изготовленной с использованием высокодисперсных порошков реактивного альфа-оксида алюминия.As a result of the examples given, the solution of the set technical problems was confirmed: a decrease in the synthesis temperature of chromium-containing reactive alpha-aluminum oxide to 1200°C and an increase in the slag resistance of corundum ceramics manufactured using highly dispersed powders of reactive alpha-aluminum oxide.

Claims (1)

Способ получения реактивного альфа-оксида алюминия, включающий сухой помол глинозема в шаровой мельнице при использовании мелющих тел цилиндрической формы объемом 6,3 см3 каждое, и объемной загрузке барабана мелющими телами 35 %, при этом в качестве исходного сырья используют металлургический оксид алюминия с медианным размером частиц D50, составляющим 9–22 мкм, содержащий кристаллические фазы γ-Al2O3 и θ-Al2O3, затем в полученную шихту вводят добавку, далее добавляют воду до получения пастообразного состояния, готовят брикеты путем укладки в формы и высушивают до постоянной массы при температуре 110±15 °С, после чего брикеты подвергают кальцинации, далее продукты обжига дробят, а затем измельчают в шаровой мельнице при указанных технологических параметрах, при этом к продуктам обжига перед началом измельчения сверх массы добавляют 0,05 % полиэтиленгликоля, отличающийся тем, что в полученную шихту вводят комплексную минерализующую добавку, включающую оксид хрома (Cr2O3) в количестве 5 мол. % в пересчете на ион Сr3+ и фторид аммония (NH4F) в количестве 0,5-1,5 мол. % в пересчете на ион F-, а брикеты подвергают кальцинации при температуре 1200–1450 °С в течение 2 часов, при этом продукты обжига измельчают в шаровой мельнице в течение 2–6 часов при указанных технологических параметрах.A method for producing reactive alpha-aluminum oxide, comprising dry grinding of alumina in a ball mill using cylindrical grinding bodies with a volume of 6.3 cm 3 each, and a volumetric loading of the drum with grinding bodies of 35%, wherein metallurgical aluminum oxide with a median particle size D 50 of 9–22 μm containing crystalline phases of γ-Al 2 O 3 and θ-Al 2 O 3 is used as the initial raw material, then an additive is introduced into the resulting batch, then water is added until a paste-like state is obtained, briquettes are prepared by placing them in molds and drying to a constant weight at a temperature of 110±15 °C, after which the briquettes are calcined, then the firing products are crushed and then ground in a ball mill at the specified process parameters, wherein 0.05% polyethylene glycol is added to the firing products in excess of the mass before the start of grinding, characterized in that a complex mineralizing additive is introduced into the resulting batch, including chromium oxide (Cr 2 O 3 ) in an amount of 5 mol. % in terms of the Cr 3+ ion and ammonium fluoride (NH 4 F) in an amount of 0.5-1.5 mol. % in terms of the F - ion, and the briquettes are calcined at a temperature of 1200–1450 °C for 2 hours, while the roasting products are ground in a ball mill for 2–6 hours under the specified process parameters.
RU2025101627A 2025-01-27 Method of producing reactive alpha-aluminium oxide RU2843749C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2843749C1 true RU2843749C1 (en) 2025-07-18

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015105C1 (en) * 1992-03-25 1994-06-30 Леонид Витальевич Усов Aluminium alpha-oxide production method
RU2126364C1 (en) * 1993-06-30 1999-02-20 Сумитомо Кемикал Компани, Лимитед Method of producing alpha-alumina (versions)
CN104229844B (en) * 2014-09-12 2017-01-25 广西平果铝朗琨科技有限公司 Preparation method of superfine low-sodium alpha-alumina powder with high activity
RU2766630C1 (en) * 2021-11-19 2022-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "ХОРСТ" Method of producing granular active aluminum oxide
RU2791045C1 (en) * 2022-12-12 2023-03-01 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ БелГУ") Process for production of reactive alpha alumina

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015105C1 (en) * 1992-03-25 1994-06-30 Леонид Витальевич Усов Aluminium alpha-oxide production method
RU2126364C1 (en) * 1993-06-30 1999-02-20 Сумитомо Кемикал Компани, Лимитед Method of producing alpha-alumina (versions)
CN104229844B (en) * 2014-09-12 2017-01-25 广西平果铝朗琨科技有限公司 Preparation method of superfine low-sodium alpha-alumina powder with high activity
RU2766630C1 (en) * 2021-11-19 2022-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "ХОРСТ" Method of producing granular active aluminum oxide
RU2791045C1 (en) * 2022-12-12 2023-03-01 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ БелГУ") Process for production of reactive alpha alumina

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5383945A (en) Abrasive material and method
US5395407A (en) Abrasive material and method
US4788167A (en) Aluminum nitride/aluminum oxynitride/group IVB metal nitride abrasive particles derived from a sol-gel process
US4623364A (en) Abrasive material and method for preparing the same
US10766783B2 (en) Magnesium oxide-containing spinel powder and method for producing same
EP0200487B1 (en) Process for durable sol-gel produced alumina-based ceramic abrasive grain and abrasive products
KR100950165B1 (en) Alumina calcined product, preparation method thereof and fine α-alumina powder obtained using the same
JP4122746B2 (en) Method for producing fine α-alumina powder
Azar et al. Effect of initial particle packing on the sintering of nanostructured transition alumina
CZ188492A3 (en) Process for producing a sintered material based on alpha-aluminium oxide
JPH06104816B2 (en) Sintered alumina abrasive grains and method for producing the same
JPH04500947A (en) Small α-alumina particles and plates
EP0324513B1 (en) Ceramic shaped article and methods of making same
JPS62216960A (en) Chemical manufacture of zirconium oxide-aluminum-magnesium composite body
WO2023176893A1 (en) Silicon nitride powder and method for producing silicon nitride sintered body
EP0471389B1 (en) Aluminum oxide/aluminum oxynitride/group IVB metal nitride abrasive particles derived from a sol-gel process
RU2843749C1 (en) Method of producing reactive alpha-aluminium oxide
WO2013190115A1 (en) Ceramic compositions comprising alumina
JPH05117636A (en) Polycrystalline sintered abrasive particle based on alpha-aluminum trioxide, abrasive comprising the abrasive particle, preparation of the abrasive particle and preparation of fire-resistant ceramic product
JPH0578164A (en) Sintered microlitic ceramic material
RU2848763C1 (en) Method for obtaining reactive aluminium alpha oxide
Huang et al. Preparation of an aluminium titanate-25 vol% mullite composite by sintering of gel-coated powders
RU2791045C1 (en) Process for production of reactive alpha alumina
JPH06321534A (en) Production of crystallite alumina abrasive powder
JP6502495B2 (en) Ceramic powder with controlled size distribution