RU2212425C2

RU2212425C2 - Method of production of ecologically pure polishing micropowder on base of aluminum and ferric oxides

Info

Publication number: RU2212425C2
Application number: RU2001133188/04A
Authority: RU
Inventors: Д.Г. Клещёв; К.Б. Голубев; В.М. Касперович; А.В. Толчев
Original assignee: Клещёв Дмитрий Георгиевич
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: production of abrasive micropowders at size of crystals from 0.2 to 2 mcm on base of aluminum and ferric oxides for polishing and finishing surfaces of high-precision metal, glass or stone articles. SUBSTANCE: proposed method includes stage of preparation of charge from aluminum hydroxides and ferric compounds followed by mechano-chemical treatment and calcination of charge. Aluminum hydroxide is subjected to preliminar heat treatment at temperature of 100- 250 C; additives of carboxylic or dicarboxylic acids are introduced in charge in the amount of 0.1-5.0 mass-% before mechano-chemical activation; stearic or benzoic acid is used as carboxylic acids and oxalic, succinic or phthalic acid is used as dicarboxylic acid. EFFECT: reduced power requirements; reduction of variation of particles by their sizes. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к абразивным микропорошкам с размером кристаллов от 0,2 до 2 мкм на основе оксидов алюминия и железа, используемых для полирования и окончательной доводки поверхности высокоточных изделий из металла, стекла и камня, с целью придания им минимальной шероховатости поверхности и достижения высших классов точности размеров и геометрических форм. The invention relates to abrasive micropowders with a crystal size of 0.2 to 2 μm based on aluminum and iron oxides used for polishing and final finishing of the surface of high-precision metal, glass and stone products, in order to give them a minimum surface roughness and achieve the highest accuracy classes sizes and geometric shapes.

Известен способ получения абразивного микропорошка для полирования на основе оксидов алюминия и железа состава, мас.%: Al₂О₃ 90,0-99,1; Fe₂О₃ 10,0-0,1, который включает стадии приготовления шихты из гидроксида алюминия, в частности гидраргиллита и железосодержащего сырья, механохимическую активацию шихты и ее последующую прокалку при 900-1300^oС /см. патент России 2109026, М.кл. 6 С 09 G 1/02, С 21 D 6/00, от 20.04.1998/.A known method of producing an abrasive micropowder for polishing based on aluminum and iron oxides composition, wt.%: Al ₂ About ₃ 90,0-99,1; Fe ₂ O ₃ 10.0-0.1, which includes the steps of preparing the mixture from aluminum hydroxide, in particular hydrargillite and iron-containing raw materials, mechanochemical activation of the mixture and its subsequent calcination at 900-1300 ^o C / cm Russian patent 2109026, M.cl. 6 C 09 G 1/02, C 21 D 6/00, dated 04/20/1998 /.

Недостатками известного способа являются: а) высокая энергоемкость стадии механохимической активации шихты, которую проводят при 20-275^oС; б) широкое распределение частиц готового продукта по размеру вследствие неоднородного гранулометрического состава исходного сырья и спекания частиц при прокалке, что приводит к ухудшению качества полируемой поверхности.The disadvantages of this method are: a) high energy intensity of the stage of mechanochemical activation of the mixture, which is carried out at 20-275 ^o C; b) a wide distribution of particles of the finished product by size due to the inhomogeneous particle size distribution of the feedstock and sintering of the particles during calcination, which leads to a deterioration in the quality of the polished surface.

Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости процесса на стадии механохимической активации и уменьшение разброса частиц готового продукта по размерам. The technical result of the invention is to reduce the energy intensity of the process at the stage of mechanochemical activation and to reduce the dispersion of particles of the finished product in size.

Технический результат достигается тем, что способ получения экологически чистого микропорошка для полирования на основе оксидов алюминия и железа включает стадии приготовления шихты из гидроксидов алюминия и соединений железа с последующей механохимической обработкой и прокалкой шихты. При этом гидроксид алюминия подвергают предварительной термообработке при температуре 100-250^oС, а перед стадией механохимической активации в шихту вводят добавку карбоновых или дикарбоновых кислот в количестве 0,1-5,0 мас.%, а в качестве карбоновых используют стеариновую или бензойную кислоты, а в качестве дикарбоновых - щавелевую, янтарную или фталевую кислоты.The technical result is achieved in that the method of producing environmentally friendly micropowder for polishing based on aluminum and iron oxides includes the steps of preparing a mixture of aluminum hydroxides and iron compounds, followed by mechanochemical processing and calcination of the mixture. In this case, aluminum hydroxide is subjected to preliminary heat treatment at a temperature of 100-250 ^o C, and before the stage of mechanochemical activation, an addition of carboxylic or dicarboxylic acids in an amount of 0.1-5.0 wt.% Is introduced into the charge, and stearic or benzoic acid is used as carboxylic acid and as dicarboxylic acids - oxalic, succinic or phthalic acids.

При предварительной термообработке гидроксида алюминия, например гидрарглиллита, происходит полное удаление адсорбированной и частично структурной воды. Процесс дегидратации сопровождается диспергированием гидроксида алюминия, разрушением агрегатов и отдельных крупных кристаллов. During the preliminary heat treatment of aluminum hydroxide, for example hydrargillite, the adsorbed and partially structural water is completely removed. The dehydration process is accompanied by the dispersion of aluminum hydroxide, the destruction of aggregates and individual large crystals.

Добавки карбоновых и дикарбоновых кислот выполняют двойную функцию. Во-первых, на стадии механохимической активации они играют роль поверхностно-активных веществ, и вследствие этого позволяют достигнуть необходимого дисперсного состава шихты при проведении операции размола даже в мельницах шарового типа /с наименьшей энергонапряженностью/ при комнатной температуре, что снижает энергоемкость данной операции, позволяет использовать более простое размольное оборудование. Во-первых, на стадии прокалки газы, образующиеся при разложении и горении органических кислот в кислородосодержащей атмосфере, способствует дальнейшему диспергированию шихты, что препятствует образованию крупных агломератов готового продукта. Carboxylic and dicarboxylic acid additives have a dual function. Firstly, at the stage of mechanochemical activation, they play the role of surface-active substances, and as a result, they allow to achieve the required disperse composition of the mixture during the grinding operation even in ball mills / with the lowest energy intensity / at room temperature, which reduces the energy intensity of this operation, allows use simpler grinding equipment. Firstly, at the calcination stage, the gases generated during the decomposition and combustion of organic acids in an oxygen-containing atmosphere contribute to the further dispersion of the charge, which prevents the formation of large agglomerates of the finished product.

При температурах предварительной термообработки ниже 100^oС диспергирования гидроксида алюминия не происходит, так как он термодинамически устойчив в этом диапазоне температур, а при температурах выше 250^oС протекает процесс дегидратации гидроксида алюминия с образованием рентгеноаморфного оксида алюминия, что ведет к увеличению температуры формированию корунда с образованием крупных агломератов размером до нескольких мкм.At preliminary heat treatment temperatures below 100 ^° C, dispersion of aluminum hydroxide does not occur, since it is thermodynamically stable in this temperature range, and at temperatures above 250 ^° C, the process of dehydration of aluminum hydroxide proceeds with the formation of X-ray amorphous aluminum oxide, which leads to an increase in the temperature of formation of corundum with the formation of large agglomerates up to several microns in size.

При процентном соотношении добавки карбоновых и дикарбоновых кислот ниже 0,1 мас. % она практически не оказывает положительного влияния на процессы механохимической активации шихты и диспергирование продукта при прокалке, а при ее содержании более 5,0 мас.% формируется продукт с размером кристаллов менее 0,3 мкм, характеризующейся низкой производительностью операции полировки. When the percentage of additives carboxylic and dicarboxylic acids is below 0.1 wt. % it practically does not have a positive effect on the processes of mechanochemical activation of the mixture and the dispersion of the product during calcination, and when its content is more than 5.0 wt.%, a product is formed with a crystal size of less than 0.3 μm, characterized by a low productivity of the polishing operation.

В качестве карбоновых кислот можно использовать, например, стеариновую или бензойную, а в качестве дикарброновых - щавелевую, янтарную или фталевую. As carboxylic acids, for example, stearic or benzoic acids can be used, and as dicarboxylic acids, oxalic, succinic or phthalic.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1 /по прототипу/. Готовят шихту из 602,6 г гидроксида алюминия, в частности гидраргиллита, и 13,9 г гептагидрата сульфата железа /II/, которую загружают в стальную шаровую цилиндрическую мельницу объемом 3 дм³. Мельницу помещают в термошкаф, снабженный приводом для вращения, и проводят механохимическую обработку шихты в течение 90 мин при следующих параметрах: скорость вращения мельницы - 50 мин^-1, отношение массы стальных шаров к массе полезной загрузки - 15:1, температура - 150^oС. После этого образец был подвергнут прокалке на воздухе при 1200^oС в течение 1 ч. Качественные показатели микропорошка приведены в таблице.Example 1 / prototype /. A mixture is prepared from 602.6 g of aluminum hydroxide, in particular hydrargillite, and 13.9 g of iron sulfate heptahydrate / II /, which is loaded into a steel ball mill with a volume of 3 dm ³ . The mill is placed in a heating cabinet equipped with a drive for rotation, and the charge is mechanochemically processed for 90 minutes with the following parameters: mill rotation speed - 50 min ^-1 , the ratio of the mass of steel balls to the mass of the payload - 15: 1, temperature - 150 ^o С After that, the sample was calcined in air at 1200 ^o C for 1 h. Qualitative indicators of micropowder are given in the table.

Пример 2 /по предлагаемому способу/. Гидроксид алюминия, в частности гидраргиллит, в количестве 602,6 г подвергают термообработке в термошкафу при 150^oС в течение 2 ч и получают 572,5 г продукта. Готовят шихту из этого продукта, 13,9 г гептагидрата сульфата железа /II/ и 5,9 г щавелевой кислоты /1 мас. %/, которую загружают в шаровую мельницу, указанную в примере 1. Проводят механохимическую обработку шихты при комнатной температуре в течение 60 мин, ее дальнейшую прокалку на воздухе при параметрах, аналогичных примеру 1. Качественные показатели микропорошка приведены в таблице.Example 2 / by the proposed method /. Aluminum hydroxide, in particular hydrargillite, in an amount of 602.6 g, is subjected to heat treatment in a heating cabinet at 150 ^° C for 2 hours and 572.5 g of product are obtained. A mixture of this product is prepared, 13.9 g of iron sulfate heptahydrate / II / and 5.9 g of oxalic acid / 1 wt. % /, which is loaded into a ball mill specified in example 1. Carry out the mechanochemical treatment of the mixture at room temperature for 60 minutes, its further calcination in air at parameters similar to example 1. Qualitative indicators of micropowder are shown in the table.

Примеры 3-8 проводят аналогично примеру 2. При этом варьируют температуру предварительной термообработки гидроксида алюминия, вид и массовую долю вводимых в шихту железосодержащей добавки, а также карбоновых или дикарбоновых кислот. Конкретные параметры процесса синтеза и качественные показатели микропорошков приведены в таблице. Examples 3-8 are carried out analogously to example 2. In this case, the temperature of the preliminary heat treatment of aluminum hydroxide, the type and mass fraction of the iron-containing additive introduced into the charge, as well as carboxylic or dicarboxylic acids, are varied. Specific parameters of the synthesis process and quality indicators of micropowders are given in the table.

Из таблицы видно, что по сравнению с прототипом разброс частиц микропрошка по размерам уменьшается в 1,5-2,5 раза, причем снижается верхняя граница размера частиц /от 0,1 до ~0,6 мкм/. Вследствие этого при практически одинаковом показателе "Полирующая способность" у микропорошков, полученных по предлагаемому способу, улучшается и показатель "Шероховатость поверхности после полирования" от 0,056 до 0,050 мкм. Кроме того, вследствие диспергирования гидроксида алюминия в процессе его предварительной термообработки, а также механохимической активации в присутствии карбоновых и дикарбоновых кислот отпадает необходимость применения сложного размольного оборудования с высокой степень энергонасыщенности (планетарных и вибрационных мельниц). В присутствии вышеуказанных кислот достаточно размол проводить в шаровых мельницах при комнатной температуре, что в целом приводит к упрощению аппаратурного оформления и снижению энергоемкости стадии механохимической активации. The table shows that, in comparison with the prototype, the particle size spread of the microprogram is reduced by 1.5-2.5 times, and the upper limit of the particle size / from 0.1 to ~ 0.6 μm / decreases. As a result, with almost the same indicator "Polishing ability" of micropowders obtained by the proposed method, improves the indicator "Surface roughness after polishing" from 0.056 to 0.050 microns. In addition, due to the dispersion of aluminum hydroxide during its preliminary heat treatment, as well as mechanochemical activation in the presence of carboxylic and dicarboxylic acids, there is no need to use complex grinding equipment with a high degree of energy saturation (planetary and vibration mills). In the presence of the above acids, it is sufficient to grind in ball mills at room temperature, which generally leads to a simplification of the hardware design and a decrease in the energy intensity of the stage of mechanochemical activation.

Claims

1. The method of producing environmentally friendly micropowder for polishing based on aluminum and iron oxides, including the preparation of a mixture of aluminum hydroxides and iron compounds, followed by mechanochemical processing and calcination of the mixture, characterized in that the aluminum hydroxide is subjected to preliminary heat treatment at 100-250 ^o C, and before mechanochemical treatment, an additive of carboxylic or dicarboxylic acids is introduced into the mixture in an amount of 0.1-5.0 wt. %

2. The method according to p. 1, characterized in that stearic or benzoic acids are used as carboxylic acids, and oxalic, succinic or phthalic acids are used as dicarboxylic acids.