NO160201B - Fremgangsmaate for fremstilling av grovkrystallinsk aluminiumoksyd. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av grovkrystallinsk aluminiumoksyd , ©6-Al2C>3 , med midlere krystallittdiametere på minst 10 mikrometer ved kalsinering, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at det som utgangsprodukt anvendes tørrad-sorpsjons-aluminiumoksyd erholdt ved tørrensning av av-

gassene (gass, damp, støv) fra elektrolytisk fremstilling av aluminium og som inneholder forurensningene fra denne renseprosess.

Disse og andre trekk ved fremgangsmåten fremgår av patent-kravene.

Det oppnåddde grov-krystallinske aluminiumoksyd egner seg etter tilberedning på i og for seg kjent måte fordelaktig som slipe-, finslipe- og polerings-middel eller for fremstilling av ild-faste gjenstander.

Innen slipemiddelindustrien er det et stort behov for enkrystallinske korundstørrelser i området fra omtrent korntall 800-200

i henhold til FEPA (Fédération européenne des fabricant de produits abrasifs) tilsvarende midlere krystallittstarrelser på ca. 10-70^um.

Det er i flere forbindelser tidligere vist til den prinsippielle mulighet at de ønskede korund-enkrystaller kan fremstilles direkte ved aluminiumoksyd-produksjonen og derved omgå de både teknisk og økonomisk kostbare smelte- og sintrings-prosesser. Tidligere har alle økonomisk mulige bestrebelser ikke lykkes på grunn av den utilfredsstillende størrelse av krystallene og/eller deres uttalte tynne plateform.

Den foreliggende oppfinnelse overvinner disse vanskeligheter

og det oppnås aluminiumoksyd av tykktavlede av naturlige flater begrensede korund-enkrystaller i det ovenfor anførte

kornstørrelsesområde og disse kan fremstilles økonomisk fordelaktig.

Aluminiumoksyd produseres storteknisk vanligvis ved hjelp av den såkalte Bayer-prosess. Ved oppslutning av bauxit i nåtronlut og etterfølgende felling erholdes aluminiumhydroksyd i form av agglomerater med størrelse omtrent lOO^um. Ved kalsinering i roter- eller virvelsjiktlag overføres aluminium-hydroksydet i aluminiumoksyd.

Slike fremstilte aluminiumoksyder er for det nevnte anvendelses-område enten ikke eller bare meget begrenset brukbart, f.eks. som polermiddel.

Det har ikke manglet på forsøk på via Bayer-prosessen å komme frem til aluminiumoksydprodukter som spesielt fremviser slipe-

og finslipe-egenskaper. Det er kjent at tilsetning av såkalte kalsinasjonshjelpemidler eller mineralisatorer i små mengder påskynder omdannelsen til 06-aluminiumoksyd og/eller ned-

setter omdannelsestemperaturen. Likeledes finner det sted en krystalitt-størrelsesfordeling til større partikler.

Virksom i denne sammenheng er enkeltvis eller kombinert halogenider, spesielt fluoridene NaF, CaF2» AlF^ og Na^AlF^, bor-, vanadium- og fosforforbindelser (se f.eks. DE-AS 10 41 835, DE-AS 11 59 418, DE-AS 17 67 511, DE-OS 26 23 482). Etter DE-AS 11 59 418 har noen tiendedels % hydrogenfluoridgass

i ovnsatmosfæren den samme virkning.

Alt etter gjennomløps- henholdsvis oppvarmingstakt og art

og mengde av fluorforbindelser kan temperaturen ved omdannelsen til &-aluminiumoksyd og dets krystallittstørrelse varieres innen begrensede rammer.

Etter DE-AS 28 50 064 kan man ved flerkrystallisasjon under anvendelse av ympegods- bestående av allerede kalsinert produkt -, videre fluorholdige tilsetninger og aluminium-hydroksydagglomerater oppnå korund-krystaller, DL -A^O^ ,

med størrelse over 60^um med diametere D som største dimensjon

loddrett til c-aksen på 16 til maksimalt 250^um ved forhold diameter/høyde D/H på mellom 3 og 7 idet høyden H betyr den største dimensjon parallelt til c-aksen.

Etter fremgangsmåter som ikke anvender noen ympekrystaller ble tidligere bare oppnådd oC -A^O-j-krystaller med uttalt tynntavlet, heksagonal form. Krystallene har i beste fall en diameter D på 25^um, men for det meste bare lO^um. Høyden H utgjør ved utvalgte eksemplarer omtrent en fjerdedel av diameteren D og ved over 80% av krystallene ligger disse ved bare en sjettedel til en tiendedel av diameteren D.

En ulempe ved slike krystaller for slipe-, finslipe- og poleringsformål ligger i de for små krystallittstørrelser og/eller frem for alt i det høye forhold diameter/høyde D/H. Flateformede korund-enkrystaller under en diameter på lO^um kan knapt brukes av den overflatebearbeidende industri. Krystaller med større diametere eller høye forhold D/H knuses meget lett under anvendelse som slipemiddel, spesielt ved finsliping og polering, og danner da kutt med vilkårlig geometri. Den tilsiktede fordel med den enkrystallinske korning med alle krystaller med konstant kuttgeometri for-svinner derved i det minste delvis på grunn av den naturlige flateform og den høye spesifikke snittkantandel.

Av. denne grunn har aluminiumoksyd-produkter fremstilt via kalsinering av aluminiumhydroksyd hittil ikke oppnådd for-ventet inngang innenfor overflatebearbeidingsteknikken.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe et fordelaktig enkrystallinsk slipe-, finslipe- og poleringsmiddel av kalsinert aluminiumoksyd. Spesielt har krystallene gjennomsnitlig en diameter D på minst omtrent 10^um og fremviser samtidig et lite forhold D/H.

Med torradsorpsjons-aluminiumoksyd forstås innenfor aluminium-industrien under elektrolysen anvendt aluminiumoksyd for tørr-rensing av avgassene (gass,damp,støv). Med fylt tørr-adsorpsjons-aluminiumoksyd menes det aluminiumoksyd som allerede er blitt anvendt for avgassrensing og således inneholder alle forurensninger fra renseprosessen.

Renseprosessen forløper omtrent etter følgende skjema:

De under aluminiumelektrolysen flyktige bestanddeler såvel som mindre andeler av ytterligere elementer i form av forbindelser adsorberes med hjelp av tørradsorpsjons-aluminiumoksyd.

Det fylte aluminiumoksyd går så inn i elektrolysecellene hvorved ikke bare natrium og fluor nesten fullstendig tilbakeføres i elektrolysebadet, noe som er meget ønskelig, men også de forurensninger som anrikes fra kretsløp til kretsløp og således nedsetter kvaliteten av aluminiumproduktet.

Generelt skjer klassifisering av aluminiumoksyd-typer på

grunn av deres fysikalske egenskaper i det vesentlige i to hovedgrupper, nemlig den såkalte "sandaktige" og "melaktige" aluminiumoksyd. Betegnelsene sandaktig og melaktig refererer til en typisk oppførsel ved de tilsvarende aluminiumoksyder. Ved siden av de to hovedgrupper finnes såkalte intermediære aluminiumoksyder som delvis fremviser egenskaper av det ene og det annet av de nevnte aluminiumoksyder.

De trekk som gjør de intermediære aluminiumoksyder forskjellig fra de sandaktige aluminiumoksyder er en høy andel av fine partikler, det vil si -en andel som er mindre enn 44^um og en sterk tendens til støvutvikling.

Når ved det melaktige aluminiumoksyd kalsineringsgraden er

høy og som følge derav glødetap og spesifikk overflate (etter BET) er lave med glødetap under 0,25%, og spesifikk overflate

1 - 2 m 2/g, er kalsineringsgraden lavere ved det sandaktige aluminiumoksyd. Glødetapet ligger ved omtrent 0,5 - IX og dén spesifikke overflate (etter BET) omtrent mellom 30 og 60 2

m /g.

Vanligvis anvendes for tørradsorpsjonsformål ved aluminium-elektrolyse bare aluminiumoksyder med slike høye spesifike overflater (etter BET). Alt etter kalsineringsbetingelser fremviser disse aluminiumoksyder en andel avøC -A^O^

(korund) mellom ca. 10-60*. Foretrukket anvendes imidlertid aluminiumoksyder med et qC -A^O^-innhold på 6 - 15%.

Etter anvendelse av tørradsorpsjons-aluminiumoksyder egnet for tørradsorpsjonsformål ved aluminium-smelteelektrolyse har slike fylte tørradsorpsjons-aluminiumoksyder f.eks. analyser som i fremgår av tabell I (vekt%):

Fyllingsgraden er selvfølgelig avhengig av anvendelsestiden

for tørradsorpsjons-aluminiumoksydet.

Da det fylte tørradsorpsjons-aluminiumoksyd vanligvis tilføres aluminium-smelteelektrolysen med mellomlagring av det fylte tørradsorpsjons-aluminiumoksyd og/eller med diskontinuerlig tilførsel av dette aluminiumoksyd til elektrolysen henholdsvis til aluminiumoksydbeholderen på elektrolyseovnen, tilstreber hallpersonalet for å unngå en diskontinuerlig forurensning i elektrolysebadet oftest lave forurensninginnhold i tørr-adsorps jonsaluminiumoksydet.

Det har vist seg at alt etter fyllingsgrad og ønsket krystal-litt-størrelse i sluttproduktet kan det være hensiktsmessig ytterligere å tilsette mineralisatorer og/eller krystallisa-sjon spromotorer til det fylte tørradsorpsjonsaluminiumoksyd. Spesielt har det vist seg nyttig med en forbindelse av

type X(BF^)n som mineralisator hvori X står for NH^ og metalliske elementer med valens spesielt 1 og 2 og n har valensverdien for X.

På den annen side er det innenfor oppfinnelsens ramme å anvende fylt tørradsorpsjons-aluminiumoksyd som mineralisator henholdsvis krystallisasjons-hjelpemiddel ved den nevnte metode for fremstilling av grovkrystallinsk aluminiumoksyd hvor det anvendes aluminiumhydroksyd.

Ytterligere fordeler, trekk og detaljer ved oppfinnelsen fremgår av den etterfølgende beskrivelse av foretrukne ut-førelseseksempler.

Porsjoner på hver 50 g ble kalsinert stasjonært i to timer

ved 1300°C i en silisiumkarbidstavovn. Som utgangsprodukt ble for alle forsøk anvendt svakt fylt tørradsorpsjons-aluminiumoksyd (III - tabell I).

Resultatene av gjennomførte laboratorieforsøk er sammenfattet

i tabell II.

i

Sammensetningen av produktene fra forsøk 1 gjengis i tabell III. Produktene fra alle forsøk bestod av agglomerater med tykktavlede oC -A1203 krystaller med et forhold D/H på 1-3. Et typisk agglomeratkorn vises i figuren i 600-gangers

forstørrelse.

Som det kan sees av pilen i figuren fremviser krystallene delvis skrueformet vekst som kan antyde av veksten ennå

ikke var avsluttet.

Overraskende opptrer praktisk ikke dannelse av & -fasen av A^O-j, NaO . 11 A^O^, selv om et høyt alkaliinnhold fore-ligger ved1 begynnelsen av prosessen. Det kalsinerte slutt-produkt ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen

bestod i henhold til røntgenundersøkelser bare av korund,

OC - Al2°3- & "Å12°3 interferensen 002 (CukOi,, d= 11,3A) var

i alle mønstere bare svakt, om over hodet synlig. Ellers er krystallene klare og uten inhomogeniteter. Ot^ -A^O^-inter — ferensene i røntgendiffraktogrammene var alle skarpe som ansees som et kjennetegn for feilfrie krystaller.

Ved forhøyelse av fyllingsgraden for tørradsorpsjons-aluminium-oksydet forventes at det dannes vesentlig større OO-A^O^-krystaller.

Agglomeratene desagglomereres på i og for seg kjent måte og separeres i enkrystallinske fraksjoner. De kan anvendes som polerings-, finslipe- og slipemidler.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen frembyr ved siden av den tekniske spesielt også økonomiske fordeler. Ved anvendelse av det fylte tørradsorpsjons-aluminiumoksyd som utgangsprodukt for fremstilling av grovkrystallinsk aluminiumoksyd blir det ikke lenger nødvendig med tilsetning av kalsinasjonshjelpemidler og/eller mineralisatorer som gjør det nøvendig med dyre, ytterligere prosesstrinn. Ved uttak av i det minste'en del av det fylte tørradsorpsjonsaluminium-oksyd fra aluminiumfremstillingsprosessen reduseres foru-rensingen av aluminiumproduktet.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av grovkrystallinsk aluminiumoksyd , Of-A^O^ , med midlere krystallittdiametere på minst 10 mikrometer ved kalsinering, karakterisert ved at det som utgangsprodukt anvendes tørradsorpsjons-aluminiumoksyd erholdt ved tørr-rensning av avgassene (gass, damp, støv) fra elektrolytisk fremstilling av aluminium og som inneholder forurensningene fra denne renseprosess.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at tørradsorpsjons-aluminiumoksydet tilsettes mineralisatorer, spesielt fluor og/eller borholdige sådanne.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det som mineralisator anvendes forbindelsen X(BF.) hvori X står for NH. 4 n 4 og metalliske elementer, spesielt Na og K, og n er valensverdien av X.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at tørradsorpsjons-aluminiumoksydet tilsettes aluminiumhydroksyd.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at andelen av tørr-adsorps jons-aluminiumoksyd utgjør mer enn 10%.