Способ получения корунда

 

Изобретение относится к производству абразивных тугоплавких материалов, в частности к получению порошка α-оксида алюминия (корунда). Способ получения корунда включает приготовление исходной смеси, содержащей алюминийсодержащий порошок, воду и карбоксиметилцеллюлозу, воспламенение смеси, горение. Алюминийсодержащий порошок используют с размерами фракции 20-600 мкм, в исходную смесь вводят силикат натрия в количестве 0,45-1,55 мас. ч. на 100 ч. исходной смеси, а массовое соотношение вода/чистый алюминий выдерживают (1,05-1,25): 1. Процесс горения проводят при избыточном давлении 15-25 МПа. Изобретение позволяет повысить выход корунда при использовании алюминийсодержащего сырья. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к производству абразивных тугоплавких материалов, в частности к получению порошка - оксида алюминия (корунда), и может быть использовано в металлообрабатывающей, машиностроительной, химико-металлургической промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ получения корунда в режиме горения с использованием в качестве исходных веществ порошка алюминия со средним размером частиц 1 мкм, воды и карбоксиметилцеллюлозы в качестве загустителя. Массовое соотношение вода/алюминиевый порошок - 1:1, скорость горения 2,0-5,0 мм/с, давление 2-10 МПа.

Достоинства способа заключаются в простоте технологического процесса и его аппаратурного оформления, недостаток - в невысоком выходе корунда при использовании чистого алюминия 44-53%, а тем более алюминиевых сплавов, содержащих до 10% примесных элементов (33-40%).

Целью изобретения является повышение выхода корунда при использовании алюминийсодержащего сырья.

Эта цель достигается за счет использования порошка алюминийсодержащего сырья более крупной фракции (20-600 мкм), увеличения содержания воды на 5-25% (массовое соотношение вода/алюминий - (1,05-1,25): 1), введения в исходную смесь водного раствора силиката натрия в количестве 0,45-1,55 мас.ч. на 100 ч. исходной смеси, проведения процесса горения при избыточном давлении 15-25 МПа.

Использование порошка более крупной фракции и введение силиката натрия позволяет уменьшить скорость горения с 2-5 до 0,3-1,2 мм/с. Увеличение содержания воды позволяет компенсировать возможные ее потери в процессе горения и унос из зоны реакции в виде водяного пара. Проведение процесса горения под давлением обеспечит переход протекания процесса из области внешней и внутренней диффузий в кинетическую область. Эти изменения способствуют повышению степени превращения алюминиевого сплава (с содержанием примесных элементов до 10 мас.%) в сплав корунда до 65-90%.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом [1] показывает, что заявляемый способ отличается от известного размером фракции алюминийсодержащего сырья (20-600 мкм вместо 1 мкм), изменением качественного и количественного состава исходной смеси (увеличение содержания воды на 5-25%, введение силиката натрия), проведением процесса горения при избыточном давлении 15-25 МПа (вместо атмосферного давления в прототипе). Таким образом заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

В техническом решении предлагаемого изобретения повышение выхода корунда достигается за счет оптимизации скорости горения и рецептуры исходной смеси. Снижение скорости горения в 3-6 раз против прототипа и повышение давления с 2-10 до 15-25 МПа позволяет продиффундировать кислороду (продукту разложения водяного пара) в объем каждой частицы сплава, расширить фронт реакции и таким образом снизить содержание непрореагировавшего алюминия до 10-35%. Это позволяет сделать вывод, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Возможность реализации предлагаемого технического решения иллюстрируется примерами, приведенными в таблице.

Технологический процесс получения корунда заключается в подготовке исходных компонентов (измельчении, рассеве алюминиевого сплава до размера частиц 20-600 мкм, приготовлении водных растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы 10-13% концентрации и силиката натрия 2-10% концентрации), дозировании, смешении при комнатной температуре. Горение проводится в реакторе с использованием инициирующих воспламенительных составов, например, мас.%: гипс - 32; порошок алюминия - 43; вода - остальное. Температура горения 2260-2700^oC. Максимально развиваемое давление в реакторе 25 МПа, линейная скорость горения 0,3-1,2 мм/с. После охлаждения реактора до комнатной температуры его вскрывают и извлекают образовавшийся сплав. Сплав измельчают, промывают дистиллированной водой и сушат при температуре (120±5))^oC в течение 1 часа.

В результате предлагаемого технического решения удалось при использовании в качестве исходного сырья алюминиевых сплавов с содержанием примесных элементов до 10 мас.% (лом с утилизированных самолетов) повысить выход корунда с 33-40 до 65-0%.

Источник информации 1. ВАСИЛЬЕВ А.В., ГОРБУНОВ В.В., ШИДЛОВСКИЙ А.А. О влиянии некоторых добавок на критический диаметр и скорость горения смесей алюминия с желатинированной водой. Известия вузов. Химия и химическая технология, 1970, т.13, вып.3, с. 318-321.

Формула изобретения

1. Способ получения корунда, включающий приготовление исходной смеси, содержащей алюминийсодержащий порошок, воду и карбоксиметилцеллюлозу, воспламенение смеси, горение, отличающийся тем, что алюминийсодержащий порошок используют с размерами фракции 20-600 мкм, в исходную смесь вводят силикат натрия в количестве 0,45-1,55 мас.ч. на 100 ч. исходной смеси, а массовое соотношение вода/чистый алюминий выдерживают (1,05-1,25):1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс горения проводят при избыточном давлении 15-25 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1