1.7.Исходные материалы и шихта

Основным сырьем для выплавки электрокорунда белого яв­ляется глинозем, представляющий собой окись алюминия с не­значительным количеством примесей.

В настоящее время глинозем получают из бокситов, нефели­нов, каолинов и других продуктов, содержащих окись алюминия. Из известных методов получения глинозема распространены два: щелочной и кислотный. Наибольшее применение получил щелочной способ.

При щелочном способе: окись алюминия связы­вается либо с натриевой или калиевой щелочью, либо с содой в алюминат натрия (калия), растворимый в воде. Раствор алюми­ната отделяется от осадка (красного шлама), состоящего в основном из окисей и гидроокисей кремния, железа и титана. Из раствора алюмината натрия (калия) выделяют чистую гидроокись алюми­ния, которая отфильтровывается. Затем ее прокаливают при высо­кой температуре, в результате чего она переходит в γ - и α-глинозем.

При кислотном способе: боксит обрабатывают рас­твором минеральных кислот (серной, соляной, азотной), в резуль­тате чего содержащиеся в нем гидраты алюминия разлагаются, а соли переходят в раствор. При разложении солей выпадает ги­драт окиси алюминия, из которого прокаливанием получают безводный глинозем.

Исходными материалами для плавленолитых изделий служат технический глинозем и кварцевый песок. Шихту готовят из 97% технического глино­зема и 3% кварцевого песка, смешивая сухие компоненты на смеситель­ных бегунах в течение 30-40 мин. Помимо шихты, для плавки исполь­зуют дробленый производственный возврат (бракованные отливки, лит­ники) и привозной чистый корундовый бой. Количество возврата и боя не должно превышать 30% массы загрузки, в печь его подают через смо­тровые окна после слива плавки ив первую очередь в места наибольше­го разъедания гарниссажа. Загрузку шихты в печь производят из кюбеля самотеком через дозировочный шнек; ее начинают при полной электри­ческой нагрузке и прекращают за 25—30 мин до слива.

Плавят корунд также из боксита или его агломерата. При таких ис­ходных материалах получают нормальный корунд для абразивной про­мышленности, содержащий 93-96,5% Аl₂О₃,или металлургический ко­рунд с содержанием 94,5-97,5% Al₂0₃ . Из каолина плавят электрокорунд с содержанием 93-96% Аl₂0₃ .

1.8.Производство глинозема

1.8.1.Технический глинозем

Истинная плотность технического глинозема с содержанием α-Аl₂0₃ 25-30% находится в пределах 3,49-3,59 г/см³ и насыпная масса его ма­ла - 0,92 - 1,07 г/см , несколько повышается после встряхивания ви­брацией (до 1,18-1,38 г/см³); угол естественного откоса находится в пределах 47-53°С, а удельная поверхность весьма большая 25-80 м²/г.

Для технического глинозема характерны высокая степень дисперснос­ти и значительное колебание зернового состава:

Фракция, мкм.... > 60 60-30 30-20 20-10 10-5 < 5 Содержание, % 7-43 3-18 12-43 19-46 7-22 3-8

Технический глинозем , особенно содержащий значительные количестваγ-Аl₂О₃ и переходных форм, не может быть непосредственно использован для изго­товления огнеупорных и керамических изделий и нуждается в предварительной пе­реработке (главным образом, обжиге и измельчении), зависящей от его начальных свойств и назначения изготовляемых изделий.

Это обусловливается еще и тем, что технический глинозем представляет собой полуфабрикат - переход в α-Аl₂О₃ не завершен, глинозем образует пористые агре­гаты, в нем значительная примесь Na₂О, материал обладает слабой способностью к спеканию, при этом происходит большая огневая усадка.

Морфология и тип гидроксидов, содержащихся в глиноземе до обжига, зависят от способа его изготовления. Гидроксид, изготовленный по способу Байера, пред­ставляет собой гидраргиллнт, а полученный путем карбонизации содержит также бё'мнт.

Гидроксид, полученный по первому способу, представляет собой агрегаты плас­тинчато-ступенчатой формы, состоящие из поликристаллических образований шес­тиугольной формы, сросшихся в процессе роста. Переход такого гидроксида в α-Аl₂О₃ начинается при 1225-1250°С.

Карбонизационный гидроксид представляет собой радиалыю-лучистые агрегаты из призматических кристаллов различной степени развития, переход которых в α-Аl₂О, начинается при 1300-1350°С.

Скорость образования α-Аl₂О, из гидратов существенно увеличивается с умень­шением их крупности. При одинаковых дисперсности и содержании щелочи ско­рость перехода в α-Аl₂С, меньшая у карбонизационного гидроксида. Таким обра­зом, при использовании для производства глинозема процесса Байера переход гндроксида в α-Аl₂О, происходит при меньшей на 70-100 С температуре и с боль­шей скоростью .

После прокалки четырех различных рентгене морфных препаратов гидроксида алюминия при 750°С все они представляют γ-Аl₂ О₃> при 950 С β-Аl₃О, и при 1450°С - α-Аl₂О, .Установлена линейная зависимость между потерей при про­каливании технического глинозема и содержанием в нем α- Аl₂ О₃ .

Технический глинозем является агрегатным материалом. При нагрева­нии его удельная поверхность сначала резко возрастает в результате деги­дратации и достигает максимального значения, различного по величине и при разных температурах, зависящих от природы гидрата. Температура, при которой удельная поверхность максимальна, совпадает с температу­рой дегидратации на кривых нагревания. Для промышленного тригидрата максимальная удельная поверхность составляет 115 м²/г при 400°С, а у моногидрата 80 м²/г при 600°С. С повышением температуры величи­ны удельной поверхности резко уменьшаются и при 1200° С составляют лишь 7,5 и 3 м²/г соответственно. С повышением температуры нагрева зерна становятся более прозрачными, а размеры слагающих их кристал­литов несколько увеличиваются, причем три- и моногидраты подобны. Зерна же, слагаемые кристаллитами, немного уменьшаются. При этом зерна моногидрата содержат крупные неправильной формы поры, тогда как зерна тригидрата более плотные. Такая разница в текстуре зерен прослеживается в широком интервале температур, однако при высоких температурах поры в моногидрате закрываются.

Существенно отличается плотность укладки, зависящая от температу­ры предварительного нагрева гидратов:

Температура, °С 1200 1400 1550 1720

Плотность, г/см":

моногидрата 0,62 0,84 0,86 0,96

тригидрата 0,98 1,19 1,28 1,77

Это различие обусловливается меньшей плотностью зерен моногидра­та. В результате большей способности к спеканию тригидрат интенсив­ней, чем моногидрат, увеличивает плотность укладки с повышением тем­пературы.

После обжига до 1550°С размер зерен изменяется еще незначительно и одно зерно гидрата дает одно зерно прокаленного глинозема; выше 1720°С кривые распределения зерен по размерам подобны для обоих ги­дратов и материал не содержит зерен менее 40 мкм. Вместе с тем разли­чие в плотности укладки сохраняется до самой высокой температуры.

Описаны различия в свойствах моно- и тригидратов заметно влияют на их способность к измельчению. Так, прокаленный в интервале 1200— 1720°С моногидрат после измельчения укладывается плотнее, чем из­мельченный тригидрат, причем плотность укладки обоих гидратов повы­шается по мере увеличения продолжительности измельчения .

Колебания содержания Аl₂О₃ в техническом глиноземе весьма незна­чительные; в среднем количество Аl₂0₃ 99,58% (99,47-99,64%) . При­меси SiO₂, Fе₂O₃, Na₂O, СаО,МgО₂ТiO₂. Дисперсность глинозема коле­блется в широких пределах от > 80 до < 3 мкм .

Согласно ГОСТ 6912—74, основные примеси для используемых в про­изводстве огнеупоров и керамики разных марок глинозема колеблется: 0,02-0,15% SiO₂; 0,02-0,06% Fе₂0₃ и 0,1-0,5% Nа₂О. Предельное максимальное содержание этих примесей суммарно больше в глиноземе Г-0 (0,58%) и меньше в ГН-1 (0,24%), причем для всех марок глинозе­ма наибольшей примесью является Na₂O. По действующему стандарту» содержание α-Аl₂О₃ лимитируется у разных марок в широких пределах: как минимум > 25% в глиноземе Г-0 и как максимум > 95% в глинозе­мах ГН-1 и ГК. При этом корундом считаются все агрегаты глинозема с показателем преломления, равным или превышающим показатель прело­мления иммерсионной жидкости N = 1,740, тогда как корунд, получен­ный из высокопрокаленных гидратов глинозема, имеет N = 1,754

Существуют также специальные низкощелочные марки глинозема: ЛГДОК, ГМХ и ГИГС, которые так же, как и ГН-1, содержат не более 0,1—0,15% На₂0 и более 93% α-Аl₂0₃, предназначенные для изготовле­ния корундовой керамики. Глинозем ЛГМК содержит также 0,2-0,3%

Промышленные гидроксиды производятся из бокситов по способу (выкручиванием) и из нефелинов (карбонизацией) .