[发明专利]基于在电弧炉中从煅烧铝氧土熔化的刚玉的含氧化钛的氧化铝颗粒及其生产方法

说明书

本发明涉及含氧化钛的氧化铝颗粒，其基于在电弧炉中从煅烧铝氧土熔化的刚玉，具有权利要求1的上位概念的特征及其生产方法。

熔化的刚玉由于其高硬度及其高熔点用作磨料和耐火材料。通过在电弧炉中熔化原料进行生产。按照所用的原料，人们区分所谓的铝土矿-刚玉和铝氧土-刚玉，铝土矿-刚玉源自作为原料的铝土矿借助在电弧炉中的还原熔化来获得，而对于铝氧土-刚玉则将通过铝土矿的碱性分解借助化学途径制备的铝氧土用作原料。

天然发生的铝土矿除了氧化铝还主要包含氧化铁、氧化钛和氧化硅作为杂质，其在还原熔化的情况下在电弧炉中得以部分清除。以此方式，获得在磨料和耐火材料工业中熟知的具有约3重量％TiO₂-份额的普通刚玉和具有约1.6重量％TiO₂-份额的半脆刚玉。

氧化钛含量影响产品的物理特性。由此，含氧化钛的铝土矿刚玉的突出特征是高韧性，其通过随后的热处理还能得到进一步增加。

氧化钛含量的分析是在熔化期间的质量控制的重要方法。在铝土矿-刚玉生产期间，碳将TiO₂的一部分还原为在一定程度上可溶于氧化铝中的Ti₂O₃。

在氧存在下于灼热的情况下形成特征的钢青色，其可归因于Ti³⁺/Ti⁴⁺-相的形成。被视为氧化铝微粒韧性的指征的钢青色(blauen Farbe)的形成，强烈取决于以固体形式溶解的氧化钛(Ti₂O₃)的份额。

熔化刚玉(Schmelzkorunde)的第二大类是所谓的白刚玉，其在电弧炉中基于煅烧铝氧土进行生产。除了纯的白刚玉，还已知氧化铬掺杂的粉红或深红色的白刚玉。

上文描述的现有技术反映在众多出版物当中，仅从中选出两例进行描述。

例如，在US4,157,898中描述了基于铝氧土的熔化的氧化铝磨粒，其具有0.42重量％至0.84重量％的还原氧化钛的内容物。DE3408952C2描述了通过在电弧中还原熔化铝土矿来生产刚玉的方法，其中添加金属铝来还原熔化铝土矿。

尽管在电弧炉中生产熔化刚玉已经已知超过100年，当下仍在努力进行方法和产品的进一步改善，在这方面近来有前景的目标常常是制造成本主要是原料成本和能源成本的下降。

鉴于增加中的铝土矿价格，曾尝试将用作半脆刚玉生产原料的铝土矿更换为煅烧铝氧土，这至今由于铝土矿和铝氧土之间的清楚差价被视为经济上不是很有意义，原因是技术人员也无法预期，通过更换化学组成基本上不变的原料会发生显著质量差异。

现在令人惊讶地发现，通过用煅烧铝氧土替代铝土矿成功地生产熔化的含氧化钛的氧化铝颗粒，其具有的特性将其与铝土矿基的常规半脆刚玉区分开来，并且带来对一些应用的显著技术益处。

下文中根据实施例来解释本发明。

实施例1(半脆刚玉(Halbedelkorund)的生产)

按照根据现有技术的标准配方进行下文用于比较研究的半脆刚玉的生产，其有意地适于生产的后续要求，从而还使用预生产的循环物和废料。对于基于铝氧土的产品FR(al)，使用具有含Fe、Ti和Si的添加剂的铝氧土代替按标准常用的铝土矿，以调节半脆刚玉的化学组成。

称为FR(bx)和FR(al)的基于这些配方在熔化过程中获得的半脆刚玉具有表1中总结的化学组成：

表2

按照应用目的，对为粒化准备的半脆刚玉进行1100℃或1300℃的额外热后处理。对应的后处理产品得以同样地化学分析并描述于上表中。在上表认识到，特别是在SiO₂-，Fe₂O₃-，ZrO₂-和Na₂O-含量方面两种不同的半脆刚玉类别FR(al)和FR(bx)存在显著差异。

这样获得的基于铝氧土的含氧化钛的氧化铝颗粒的特征是，Fe₂O₃、SiO₂和ZrO₂重量份额的总和与Na₂O重量份额的比例是<10。