CN1113269A - 单晶刚玉的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单晶刚玉的生产方法，该方法 在原料中不使用黄铁矿或含硫物质，在整个生产过程 中不会产生含硫有害气体，无需解决污染问题，可使 生产成本大大降低。此外，本发明在熔炼结束后，炉 内溶液温度较传统法的炉内溶液温度高，刚玉晶体较 传统方法长大容易，单晶粒度分布曲线峰值可灵活调 整。

Description

本发明涉及一种铝的氧化物的生产方法。
传统的单晶刚玉生产方法是采用铝矾土、黄铁矿和含碳物质为原料，原料混合后送入电弧炉熔炼，在高温下炉内发生下述反应：
熔炼完成后，炉内溶液中主要产物为Al2O3、Al2S3、ReS-杂质硫化物。将溶液缓冷，刚玉单晶体自溶液中析出，形成含有刚玉单晶体的熔块，然后加入水，发生水解反应，主要反应如下：
分离Al（OH）3后，得到刚玉单晶体，即α-Al2O3
传统生产方法因使用了黄铁矿，在熔炼过程中会分解、蒸发产生大量的SO2有害气体，熔块在水解过程中也会产生大量的H2S有害气体。此外，熔炼完成后，炉内溶液温度较单晶刚玉的熔点低很多，刚玉晶体的长大较困难。
本发明的目的在于，提供一种新的单晶刚玉的生产方法，该方法在原料中不使用黄铁矿或含硫物质，整个生产过程中不产生有害气体，而且刚玉晶体的长大较传统方法容易。
本发明是这样实现的：
A、一种单晶刚玉的生产方法，所用原料为铝矾土、含碳物质，生产步骤为：
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
在上述的生产方法中，所述的铝矾土品位为含Al2O3量≥50%;所述的含碳物质按每份铝矾土用纯碳0.06～0.5份配重;所述的原料中还可加入0～1份的铁。
B、另一种单晶刚玉的生产方法，所用原料为氧化铝、含碳物质，生产步骤为：
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
在上述的生产方法中，所述的含碳物质按每份氧化铝用纯碳0.015～0.3份配重，所述的原料中还加入0～0.2份的铁。
C、还有一种单晶刚玉的生产方法，所用原料为多晶体α-Al2O3含碳物质，生产步骤为：
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
在上述的生产方法中，所述的含碳物质按每份多晶体α-Al2O3用纯碳0.015～0.4份配重;所述的原料中还可加入0～0.5份的铁。
在以上所述的三种生产方法中，所述的单晶体的分离可以采用如下两种方法中的任一种：
方法1、在所述熔块温度大于600C的条件下，使熔块与水反应，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用机械筛分法、或酸溶解法、或碱溶解法，分离出Al2O3微粒，得到刚玉单晶体。
方法2、将所述熔块冷却后置于酸性溶液中，加热煮沸，被酸溶解，得到单晶体和铝盐及烷类气体。
在以上所述的各种生产方法中，铁主要起吸收杂质的作用。
与现有技术相比较，本发明因在原料中未使用含有硫化物的物质，在整个生产过程中不会产生含硫有害气体，无需解决污染问题，可使生产成本大大降低。此外，本发明在熔炼结束后，炉内溶液温度较传统法的炉内溶液温度高，刚玉晶体较传统方法长大容易，单晶粒度分布曲线峰值可灵活调整。
本发明的实施例：所述配比均为重量比，含碳物质均按含纯碳量计算。
实施例1：
原料：  铝氧粉  1份
石油焦  0.017～0.25份
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，经2100C以上高温熔炼后，炉内完成下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：所述熔块的温度缓冷到1500C～600C之间，将熔块与水或水蒸汽接触，熔块中Al4C3与水反应，熔块分散，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用机械筛分法分离Al2O3微粒和单晶刚玉颗粒。可获得直径0.07mm～2mm、含Al2O3量≥99%的α-Al2O3颗粒。
实施例2：
原料：铝矾土 1份（含Al2O3量为90%）
无烟煤  0.09～0.41份
铸铁屑  0.2～0.6份
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，经2100C以上高温熔炼后，炉内完成下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：所述熔块的温度缓冷到1500C～600C之间，将熔块与水或水蒸汽接触，熔块中Al4C3与水反应，熔块分散，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用酸溶解法分离Al2O3微粒和单晶刚玉颗粒。可获得直径0.07mm～2mm、含Al2O3量≥98%的α-Al2O3颗粒。
实施例3：
原料：铝矾土 1份（含Al2O3量为50%、SiO2约20%、TiO2约2%、Fe2O3约25%）
焦炭  0.19～0.61份
铸铁屑  0.35～1份
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，经2100C以上高温熔炼后，炉内完成下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：所述熔块的温度缓冷到1500C～600C之间，将熔块与水或水蒸汽接触，熔块中Al4C3与水反应，熔块分散，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用碱溶解法分离Al2O3微粒和单晶刚玉颗粒。可获得直径0.07mm～2mm、含Al2O3量≥96%的α-Al2O3颗粒。
实施例4：
原料：多晶体α-Al2O31份（含Al2O3量为95%）
石油焦  0.02～0.3份
铸铁屑  0.1～0.4份
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，经2100C以上高温熔炼后，炉内完成下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：所述熔块的温度缓冷到1500C～600C之间，将熔块与水或水蒸汽接触，熔块中Al4C3与水反应，熔块分散，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用酸溶解法分离Al2O3微粒和单晶刚玉颗粒。可获得直径0.07mm～2mm、含Al2O3量≥98.5%的α-Al2O3颗粒。
铁在本发明中主要起吸收杂质的作用，可以达到提高单晶刚玉纯度的目的。其用量可视原料的品质、采用的分离方法、成品纯度要求而定。

Claims (8)

1、单晶刚玉的生产方法，其特征在于：所用原料为铝矾土、含碳物质，生产步骤为：
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液；
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块；
c、单晶体的分离：将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
2、根据权利要求1所述的单晶刚玉的生产方法，其特征在于：所述的铝矾土品位为含Al2O3量≥50%;所述的含碳物质按每份铝矾土用纯碳0.06～0.5份配重;所述的原料中还加入0～1份的铁。
3、单晶刚玉的生产方法，其特征在于：所用原料为氧化铝、含碳物质，生产步骤为：
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
4、根据权利要求3所述的单晶刚玉的生产方法，其特征在于：所述的含碳物质按每份氧化铝用纯碳0.015～0.3份配重，所述的原料中还加入0～0.2份的铁。
5、单晶刚玉的生产方法，其特征在于：所用原料为多晶体α-Al2O3、含碳物质，生产步骤为：
a、熔炼：将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应：
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出：所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离：将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
6、根据权利要求1所述的一种单晶刚玉的生产方法，其特征在于：所述的含碳物质按每份多晶体α-Al2O3用纯碳0.015～0.4份配重;所述的原料中还加入0～0.5份的铁。
7、根据权利要求1至6中任一权利要求所述的单晶刚玉的生产方法，其特征在于：所述的单晶体的分离是采用如下方法：在熔块温度大于600C的条件下，使熔块与水反应，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用机械筛分法、或酸溶解法、或碱溶解法，分离出Al2O3微粒，得到单晶刚玉颗粒。
8、根据权利要求1至6中任一权利要求所述的单晶刚玉的生产方法，其特征在于：所述的单晶体的分离是采用如下方法：将熔块冷却后置于酸性溶液中，加热煮沸，被酸溶解，得到单晶刚玉颗粒和铝盐及烷类气体。
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