DE1802682C3

DE1802682C3 - Verfahren zur Herstellung von alpha-Tonerde-ScMeif kor n

Info

Publication number: DE1802682C3
Application number: DE19681802682
Authority: DE
Inventors: Cecil Moore Worcester; Amero John James Shrewsbury; Mass. Jones (V.StA.)
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1967-10-12
Filing date: 1968-10-11
Publication date: 1977-02-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von A-Tonerde-Schleifkorn aus einem Ausgangsgemisch mit Rohmaterial für Aluminiumoxid, Natriumoxid Titandioxid und gegebenenfalls weiteren Substanzen und Erhitzen des stückig gemachten Ausgangsgemisches in reduzierender Atmosphäre unter dem Schmelzpunkt des Λ-Aluminiumoxids. Dieses Schleifkorn eignet sich insbesondere zum Präzisionsschleifen mit Hilfe von Schleifpapieren und Schleifleinen.

Man hat bereits versucht, kristalline Λ-Tonerde bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Tonerde herzustellen, jedoch traten dabei verschiedene Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten auf.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Schmelztonerdc bekannt, wobei man ein Tonerdeprodukt mit Natriumoxid zusammenschmilzt bzw. mit Titandioxid und Eisenoxid (FR-PS 4 11080. US-PS b3 709 und 12 63710). Aus der US-PS 23 11 228 IM ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifmaterials aus Bauxit bekannt, wobei angestrebt wird, die amorphe glasige dichte nicht poröse Struktur des Bauxits

beizubehalten und nur auf eine solche Temperatur zu erhitzen, daß dieser amorphe Charakter des Bauxits nicht verändert wird. Schließlich sind aus der US-PS 23 60 841 gesinterte Tonerdeprodukte, enthaltend Eisenoxid, bekannt. Bei diesem Sinterprodukt befindet sich Eisenoxid in fester Lösung in Aluminiumoxid. Das so erhaltene Sinterprodukt muß aufgemahlen werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt nun die Herstellung eines nicht geschmolzenen in Plättchen kristallisierten Schleifkorns aus α-Tonerde aufgrund einer Feststoffreaktion in der Hitze zwischen einem Tonerderohmaterial, einem Kristallisationspromotor und einem eine verflüchtigbare Substanz liefernden Stoff.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von a-Tonerde-Schleifkorn aus einem Ausgangsgemisch mit Rohmatei ial für Aluminiumoxid, Natriumoxid und Titandioxid und gegebenenfalls weiteren Substanzen und Erhitzen des stückig gemachten Ausgangsgemisches in reduzierender Atmosphäre unter dem Schmelzpunkt der Tonerde ist nun dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgangsgemisch das Molverhältnis von Aluminiumoxid zu Natriumoxid 4 bis 9 und von Aluminiumoxid zu Titandioxid 4 bis 20 beträgt. Das

•■s Erhitzen erfolgt während 1 bis 6 h auf mindestens 1450°C, so daß zumindest 95% des Natriumc dgehaltes entfernt werden. Anschließend wird die Reaktionsmasse abgekühlt und die in Form von polygonen Kristallplättchen vorliegenden Kristalle gewonnen. Das Erhitzen geschieht in einer solchen Atmosphäre, daß das Natriumoxid zu einem Reaktionsprodukt umgewandelt wird, dessen Dampfdruck unter dem des Natriumoxids liegt. Als Rohmaterial für das Natriumoxid w endet man zweckmäßigerweise das Carbonat oder Sulfat, für

3<j Aluminiumoxid ^-Tonerde und für Titandioxid Titanerde an. Im Ausgangsgemisch kann noch eine Calciumverbindung — berechnet auf CaO — in einer Menge von zumindest 0,5 Gew.-%, vorzugsweise bis 3%, vorliegen. Dabei handelt es sich zweckmäßigerweise um das Oxid.

^₀ Carbonat, Hydroxid, Sulfat, Chlorid, Oxalat oder Cyanamid.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt man relativ tiefe Temperaturen. Die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte unterscheiden

_4S sich in ihrer Morphologie, Porosität und Schleifleistung von den nach bekannten oder vorgeschlagenen Verfahren hergestellten Produkten. Die Kristallisationszeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vergleichsweise gering. Es tritt kein Problem mit Stauben

<;o oder der Bildung von korrosiven oder gefährlichen Stoffen auf. Auch sind die Rohprodukte leicht verfügbar und sehr billig. Man kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren direkt ein Schleifkorn der Körnungsnummern 8 bis 320 (etwa 2,38 bis < 0,044 mm) erhalten. Die

₅<; erfindungsgemäß erhaltenen Tonerdekristalle sind polygonal scheibchenförmig, wobei das Verhältnis Durchmesser/Dicke zumindest 2 : 1 beträgt.

Fig. 1 zeigt in einem Diagramm den Einfluß von Titandioxid in dem Gemisch. Es ist die Ausbeute an als Schleifkorn geeigneter Tonerde in Abhängigkeil von dem Anteil an Titandioxid in dem Gemisch bei bestimmten Brenntemperaturen aufgetragen. Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß bis zu einem Gewichtsanieil von über 2¹Ki TiO.., bezogen auf das Gewicht Na_:O und AI;O|. kein nennenswerter l.ifekt auftritt. Aus dem Diagramm geht nicht hervor, daß bei einem Anteil von mehr als 8'Vn TiO.. sich das Produkt leichter von der glasigen Phase trennt und man damit die Kristallisation

innerhalb eines weiteren und weniger kritischen Bereichs erreichen kann.

Fig.2 zeigt ein Diagramm über den Einfluß von Calcium und Natriumoxid im Reaktions^emisch. Gegen die maximale Kristallgröße bei gegebenen Brennbedin- s gungen ist der Sodagehalt bei einem Gehalt an 10VoTiO₂ aufgetragen. Ein Calciumoxidgehalt von nur 1,5% verbessert, ja sogar verdoppelt, die maximale Kristallgröße bei denselben Sodaanteilen.

Bei der ersten Verfahrensstufe werden alle Kompo- ι ο nenten homogen gemischt. Das Aluminiumoxid-Rohmaterial soll kleiner als etwa 20 μπι sein, um eine vollständige Reaktion unter den Verfahrensbedingungen (Zeit und Temperatur) zu gestatten. Dieses homogene Gemisch kann auf zwei Arten gewonnen werden, entweder thermisch oder mechanisch. Bei der mechanischen Verfahrensweise werden in üblicher Weise die Ausgangsprodukte in eine.· Kugel- oder Stiftmühle sorgfältig gemahlen und gemischt, so daß die Aluminiumoxidkrisialle des Ausgangsmaterials sicher <20 m sind. Bei den thermischen Verfahren wird zuerst kurz auf mechanische Weise Aluminiumoxidausgangsmaterial und die Natriumoxid liefernde Substanz gemischt und dieses Gemisch etwa 2 h auf ungefähr 1200⁰C erhitzt, wobei das gesamte Natriumoxid mit j^ dem Aluminiumoxid unter Bildung von /J-Tonerde und Natriumaluminat umgesetzt wird (1 Na₂O auf 11 AI₂O₃ bzw. 1 Na₂O auf 1 AI₂O₃). Bei der thermischen Verfahrensweise wird vorzugsweise in oxidit/ender Atmosphäre gearbeitet, da dann offensichtlich Natrium- -,₀ oxid weniger flüchtig ist.

Das Reaktionsprodukt wird granuliert oder pelletisiert. In diesen Stücken liegen die Ausgangsstoffe in so inniger Berührung vor, daß die Reaktion zu Ende gehen kann, worauf sie der Ofenatmosphäre ausgesetzt ,_s werden können. Die maximale Größe des Granulats ergibt sich aus dem Mechanismus zur Entfernung des Natriums in die Dampfphase. Dies bedeutet, daß ein zu grobes Granulat keine ausreichende Entfernung von Natriumoxid gestattet. Es bilden sich sonst keine großen Kristalle der α-Tonerde. In der Praxis ergab sich als maximale Größe des Granulats etwa 6,35 mm. Die Form des Granulats ist ohne Bedeutung, solange zumindest eine der Dimensionen etwa 6,35 mm oder darunter beträgt. Ist die kleinste Dimension größer als der angegebene Wert, so ist für die angestrebte Umwandlung eine längere Zeit erforderlich.

Die nächste Verfahrensstufe ist das Brennen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist eine Brenntemperatur von etwa 1500⁰C günstig. Beträchtlich übe^r 1700⁰C ist unwirtschaftlich. Bei Temperaturen zwischen 1500 und 1550°C erreicht man in einer vernünftigen Reaktionszeit von etwa 1 Stunde eine vollständige Umsetzung bei einem 6,35 mm Granulat. Die Ofenitmosphäre ist kritisch. Man erhält sehr große Λ-Tonerdekristalle, _ss nämlich in Größenordnung von 2 cm, durch Erhitzen des Gemisches an Luft bei 155O⁰C während 100 Stunden, jedoch wird eine solche Arbeitsweise unwirtschaftlich, wenn große Mengen des Materials hergestellt werden sollen. Schleifkorn mit einer Kristallgröße in der _h0 Größenordnung von 2 mm erhält man bei 1500⁰C in 1 Stunde, vorausgesetzt, daß man eine reduzierende Atmosphäre einhält. Versuche ergaben nämlich, daß eine reduzierende Atmosphäre die Kristallbildung auf Kosten der Kristallgröße beschleunigt. Dies ist von ,,.-keiner großen praktischen Bedeutung, da ja Kristalle mit einer Größe von 2 cm in der Schleifmiitelindustrie kaum Bedeutung haben. Bevorzugt wird als reduzierende Atmosphäre zur Beschleunigung der Kristallisation Kohlenmonoxid. Möglicherweise reagiert Kohlenmonoxid mit Natriumoxid unter Bildung von Natrium und Kohlendioxid. Metallisches Natrium hat einen sehr viel höheren Dampfdruck als das Oxid, wodurch die Verflüchtigung beschleunigt wird. Es konnte festgestellt werden, daß Wasserdampf in der Ofenatmosphäre den Prozeß beschleunigt, möglicherweise durch Umwandlung des Natriumoxids in Natriumhydroxid, welches wieder einen viel höheren Dampfdruck als das Oxid besitzt. Was immer der Mechanismus der Entfernung von Natrium aus der Reaktionsmasse ist, so ist klar, daß in der Ofenatmosphäre Natriumoxid unter Bildung eines Stoffs hohen Dampfdruckes reagiert, welcher aus dem Gemisch entweicht und dadurch den Natriumgehalt des Gemisches herabsetzt.

Die Kristallisation kann man auch in einer reduzierenden Atmosphäre enthaltend Wasserstoff oder Methan erreichen. So kann man das Material direkt einer Methan-Luftflamme aussetzen. Da das wesentliche Merkmal dieses Verfahrens die Entfernung von Natriumoxid ist, so ist es wichtig, daß die Distanz, die Natriumoxid durchwandern muß, klein gehalten wird. Aus dierem Grund bevorzugt man ein Granulat, dessen eine Dimension nicht über 6,35 mm geht, damit die Umwandlung in einer wirtschaftlich tragbaren Zeit erfolgt.

Wird ein unreines Ausgangsmaterial wie Bauxit oder llmenit angewandt, so müssen Überschuß und Begleitsubstanzen wie die Oxide von Silicium, Eisen und Titan entfernt werden, damit sie nicht in nennenswerten Mengen in die Tonerdekristalle eintreten. Mit fortschreitender Reaktion, d. h. Aluminiumoxid wird weitgehendst einkristallin ausgeschieden, kann die restliche Mischung an Aluminiumoxid verarmen; es wäre also dann ein sehr niederer Schmelzpunkt zu erwarten; dies trifft auch tatsächlich zu. Das gebildete niederschmelzende Glas muß von einem saugenden Material aufgenommen werden. Um nun den Anteil der bei diesem Verfahren zu entfernenden Verunreinigungen herabzusetzen, kann man gegebenenfalls reine Ausgangsmaterialien, soweit diese wirtschaftlich tragbar sind, anwenden. Aus aufsaugendes Material verwendet man bevorzugt ein Gemisch von etwa 80% Aluminiumoxid und 20% Ton (ball clay). Man kann auch reine Tonerde ohne Tonzusatz anwenden.

Nach Ausbildung großer Kristalle von α-Tonerde beim Brennen kann man das Granulat einer chemischen Behandlung unterziehen, um die großen Kristalle abzuscheiden. Das Granulat wird mit einer starken Säure behandelt, gewaschen und dann mit einer starken Lauge behandelt wie Natriumhydroxid. Nach einem sorgfältigen Waschen wird die noch immer zusammenhängende Kristalle enthaltende Masse weich und leicht zerreiblich. Es schließt sich nun eine schonende Zerkleinerungsstufe an, um die Kristalle zu gewinnen. Das restliche Material wird nun von den Kristallen abgewaschen, die nach dem Trocknen verwendungsfähig sind. Werden hoch reine Produkte angewandt, so daß nur geringe Mengen an Restmaterial anfallen, so kann man die Krislalle nach einer schonenden Zerkleinerung ohne der chemischen Behandlung verwenden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kristalle aus α-Tonerde besitzen einen Durchmesser von 1 bis 2 mm und eine Dicke von 0.5 bis 1 mm. Dies entspricht etwa einer Körnungsnummer von 2,36 (Prüfsieb 8). Die klaren Kristalle weisen einen Gehalt an

Aluminiumoxid von über 99% und etwa 0,2% Titandioxid auf. Blaue Kristalle können noch <1% Eisenoxid enthalten. Eisenoxidfreie Kristalle sind durchsichtige Saphire. Die meisten haben jedoch eine innere Porosität von etwa 5 Vol.-%, die ihnen ein milchigweißes Aussehen verleiht. Eisenoxidhaltige Kristalle haben ein ähnliches Aussehen außer bei tiefblauer Färbung, die dickere Bereiche durchscheinend macht. Manchmal findet man in der inneren Porosität Einschlüsse, die ungefähr 10% Natriumoxid und 35% Titandioxid enthalten. Darüber hinaus führt die innere sphärische Porosität zu einem weichen Schleifkorn. Größere Körnungsnummern zeigen eine mehr plättchenförmige Struktur. Die erfindungsgemäß erhaltenen Schleifmittel lassen sich 1. durch die plättchenförmige Struktur großer Kristalle, 2. weitgehend sphärische innere Porosität und 3. gelegentliches Auftreten von Einschlüssen in den inneren Poren charakterisieren. Die innere Porosität und die Kristallplättchen sind zweifellos eine Ursache für die überlegene Wirksamkeit beim Präzisionsschleifen. Bei allen Schleifvorgängen zeigten sich diese Kristalltypen gegenüber den bekannten handelsüblichen Schleifmitteln überlegen.

Als Rohmaterialien braucht man Substanzen, die Aluminiumoxid, Natriumoxid und Titandioxid liefern. Man kann Bauxit, chemisch gereinigten Bauxit z. B. nach dem Bayer-Aufschlußverfahren, Nairiumaluminat, ^-Aluminiumoxid und ähnliche Stoffe mit Aluminiumoxidgehalten in der gleichen Größenordnung verwenden.

Das Natriumoxid kann durch eine beliebige Natriumverbindung bereitgestellt werden, welche Natrium in dem Gemisch bei neutralem oder oxidierendem Milieu bis zu den maximalen Brenntemperaturen zu behalten vermögen, z. B. Natriumcarbonat, -sulfat, -fluorid, -aluminat oder Kryolith. Salze mit einem hohen Dampfdruck oder solche, die zu Natriumverlusten vor dem Kristallwachstum führen wie das Nitrat oder Chlorid, sind nicht geeignet. Die Fluoride sind weniger zweckmäßig als Oxid. Carbonat oder Sulfat.

Für Titandioxid eignet sich als Ausgangsmaterial metallisches Titan, Titandioxid. Rutil oder auch Titanate. Bevorzugt wird Titandioxid wegen seiner allgemeinen Verfügbarkeit. Der hier angegebene Titangehalt ist immer auf Äquivalente Titandioxid berechnet.

Die relativen Mengenverhältnisse von Aluminiumoxid (Al), Natriumoxid (Na) und Titandioxid (Ti) in dem Gemisch sind wichtig. In der Praxis wird der Natriumgehalt auf NajO berechnet. Er beträgt 6,3 bis 13,2 Gew.-%, so daß ein Molverhältnis Al: Na 4 bis 9 vorzugsweise 5,5 vorliegt, entsprechend 935 Gew.-% NazO. Die hier angegebenen Gewichtsprozente beziehen sich auf Aluminium- und Natriumoxid, ohne daß in diese Berechnung andere Substanzen eingehen. Eine wesentliche Verringerung der Wirksamkeit des Natriumoxids wird bei einem Gehalt unter 8 Gewichtsprozent festgestellt D?r bevorzugte Natriumoxidgehalt liegt also zwischen 8 und 12 Gew.-% entsprechend dem Molverhältnis Al: Na = 4,46 bis 7.

Titandioxid muß in einem Molverhältnis Al -. Ti von 4 bis 20 vorliegen, entsprechend 3,8 bis 16,4Gew.-% Titandioxid, berechnet auf TiOj + AI2O3.

Weitere zweckmäßige Zusätze sind Calciumoxid, welches als Carbonat zugegeben werden kann. 1.5 Gew.-% CaO (berechnet als äquivalente Menge auf Kalk) bewirkt, daß die Kristalle in der Hauptdimension zumindest zweimal so groß sind, als sie unter den deichen Brenntemperaturen und -zeiten für ein

Gemisch ohne Calcium oder Calciumverbindung erreichbar sind. Bis herunter zu 0,5 Gew.-% CaO beobachtet man eine 50%ige Erhöhung der Kristallgröße. Es zeigte sich, daß größere Calciumoxidmengen, nämlich über 2%, keine weitere Verbesserung bringen. Bei 3% ist die maximale Kristallgröße entsprechend der mit einer Zusatzmenge von 1,5% CaO.

Es wurde der Einfluß von verschiedenen Calciumverbindungen festgestellt, wie Calciumsulfat, -hydroxid, -chlorid, -oxalat, -aluminat und -cyanamid, um einen äquivalenten Betrag von 1,5% CaO in das Gemisch einzubringen. Das Hydroxid und Oxalat sind am wirksamsten, Calciumsulfat und -chlorid führt zu einem Ankleben auf dem aufsaugenden Material, so daß man diese Substanzen nicht gerne verwendet. Calciumaluminat und -cyanamid führen zu einer bemerkenswerten jedoch nicht übermäßigen maximalen Kristallgröße.

Trotzdem man andere Stoffe als aluminiumhaUige zweckmäßigerweise nur in minimaler Menge einbringt, um unerwünschte Nebenprodukte möglichst gering zu halten und damit eine Erschwerung der Krislallgewinnung zu verhindern, sind Verunreinigungen und Begleitsubstanzen in einer bestimmten Menge im Bauxit zulässig. Siliciumdioxid ist jedoch in Bauxit unerwünscht. Magnesiumoxid und Magnesiuniveibindungen, auch Chrom und zu einem gewissen Ausmaß Eisen beeinträchtigen die Kristallisation. Eisen ist wünschenswert, sofern man mit Titandioxid in Richtung auf eine Blaufärbung der kristallinen Produkte arbeitet, die für verschiedene Anwendungszwecke zweckmäßig sind.

Das Pelletisieren oder Granulieren des Gemisches kann unter sehr geringem Druck vorgenommen werden. Höhere Drücke sind nicht notwendig, können jedoch ohne Schaden angewendet werden. Ein Druck von > 3,5 kg/cm² ist wünschenswert.

Inertes Material kann zu der Pelletisier:ng oder zu den Pellets zugemischt werden, z. B. Kohlenstoff in Form von Aktivkohle oder Koks, um beim Brennen im Schachtofen, Drehrohrofen oder einem Reaktionsraum mit Wirbelschicht eine bessere Trennung der Pellets zu erreichen.

Zum Brennen kann man verschiedene Arbeitsbedingungen hinsichtlich Zeit, Temperatur und Ofenatmosphäre anwenden. Die tiefste Temperatur für wirtschaftlieh tragbare Brennzeiten liegt bei etwa 1450" C Bevorzugt wird jedoch zwischen 1500 und 155O⁰C gebrannt.

In der Ofenatmosphäre sollen gegenüber Natriumoxid reduzierende Bedingungen herrschen. Kohlenmonoxid entweder rein oder im Gemisch mit Stickstoff oder anderen nicht oxidierenden Gasen, wie Wasserstoff oder Methan, lassen sich anwenden. Methan wird bei den herrschenden Temperaturen zu Wasserstoff gespalten. Die Konzentration und Strömungsgeschwindigkeit der Ofenatmosphäre muß ausreichen für eine wirkungsvolle Entfernung des Natriums aus dem Reaktionsgemisch in der gegebenen Brennzeit, die vorzugsweise zwischen 1 und 6 h liegt Die Kristallisation von «Tonerde beginnt erst wenn Natriumoxid entfernt ist. also wenn das Molverhältnis Al: Na > 11 beträgt

Um reduzierende Ofenatmosphäre für das Brennen der Pellets zu gewährleisten, kann man eine Flamme eines Gasbrenners mit einem Luftunterschuß anwenden, z. B. stöchiometrische Gemische von Erdgas und Luft (10 Volumina Luft an 1 Volumen Erdgas) verwenden. Gemische mit Sauerstoffunterschuß sind auch reduzierend.

Zur Untersuchung diente ein liegender Rohrofen mit

einstellbarer Ofenatmosphäre. Er wurde durch Widerstandheizung erhitzt, und zwar mit an der Außenseite angeordneten, parallel zur Ofenachse liegenden Heizelementen. Die Gase für die Ofenatmosphäre wurden über ein Rohr während des Betriebs eingeführt: Rohrquerschnitt 46cm², Chargengewicht 25 g. Die

Aufheizgeschwindigkeit war nicht kritisch, jedoch sollte nach Beendigung der Reaktion die Charge gleich ausgetragen werden. Die Abkühlzeil ist nicht kritisch.

In folgender Tabelle sind verschiedene Ausgangsgemische zur Herstellung der erfindungsgemäßen α-Tonerde zusammengestellt.

Ausgangsmaterial
AIsO₃

Na»0 TiOs

Weitere Zusätze

A
B
C
D

Y
Z
AA

B-7*) 90%
B-7 87 0/0
B-7 87%

hü Al₂O₃ 80%
(Bayer) '

hü Al₂O₃ 81%
(Bayer) '

hü Al₂O₃ 78%
(Bayer)

hü AUO₃ 78%
(Bayer)'

B-7 79%
B-7 79%
B-7 79%
B-7 79%
B-7 79%
B-7 79%
B-7 79 Teile
B-7 79 Teile
B-7 79 Teile
B-7 79 Teile
B-7 79 Teile
B-7 89%

Surinam 79 ⁰Zo
Bauxit

Surinam 82%
Bauxit

Al₂O₃ 70%
(Bayer)

Surinam 50%
Bauxit

Al₂O₃ 78%
(Bayer)

B-7 87%
B-7 83 o/o
Al₂O₃ 86%

*) Handelsübliches Bayer AUOj (82Vo) + 18Vo Na;COs 2 h bei ·*) Gemisch von Na*O + NasTisO? 2 : 1 (molar).

Bei dem erhaltenen Produkt handelt es sich im wesentlichen um 0-Tonerde (Na₂O · 11 Al₂O₃) und Natriumaluminat (Molverhältnis der beiden Oxide 1 :1). Bei dem obigen handelsüblichen Aluminiumoxid liegen 9,5% Natriumoxid und 90% Aluminiumoxid vor. Anstelle des Natriumearbonats kann man für die

(B-7)	TiO₂ 10 o/_o
(B-7)	TiO₂ 10%
(B-7)	TiO₂ 10%
Na₂CO₃ 17%	TiO₂ 10%
Na₂CO₃ 16%	TiO₂ 10%
Na₂CO₃ 16%	TiO₂ 10 o/o
Na₂CO₃ 16%	TiO₂ 10 o/o
(B-7)	FeTiO₃ 40/0
(B-7)	FeTiO₃ 6%
(B-7)	FeTiO₃ 8 o/o
(B-7)	FeTiO₃ 12%
(B-7)	TiO₂ 6%
(B-7)	Ti₂O₃ 6 "/ο
(B-7)	TiO₂ 9TeUeCr₂O₃
(B-7)	TiO₂ 9TeUeV₂O₅
(B-7)	TiO₂ 9TeUeCaO
(B-7)	TiO₂ 9TeUeMnO
(B-7)	TiO₂ 9TeUeNiO
(B-7)	Ti 6%
Na₂SO₄ 19%	TiO₂ 2%
Na₂CO₃ 16%	TiO₂ 2%
NaF	9pTiO₂ 8 %
Na₃AlF₆ 25 %	Ilmenit 25%
Na₂O 12%	TiO₂ 10%
(B-7)	TiO₂ 10%
(B-7)	TiO₂ 9%
Na₂TiO₃ 14%	(Na₂TiO₃)**)
ONaiCOe 2 h bei 1400°	C gebrannt.

Fe₂O₃ 3% CaCO₃ 3%

Fe₂O₃ 3% CaCO₃ 3⁰A

Cr₂O₃ 3% CaCO₃ 30/0

3 Teile 3 Teile 3 Teile 3 Teile 3 Teile

Gebr.Bau} Verunreinigung

CaCO₃ CaCO₅,

Herstellung des handelsüblichen Aluminiumoxids dem Bayer-Verfahren auch Natriumsulfat anwei Vor der Anwendung wird das Material auf eine Feil von 20 μιη aufgemahlen.

Alle die oben erwähnten Gemische führet quantitativ guten Ausbeuten an «-Tonerde bei

709 60

Brennzeit von 1 bis 6 h in einer Kohlenmonoxid- oder Stickstoff-Kohlenmonoxid-Atmosphäre. In einen Rohrofen werden 200 cnWmin CO und 3 l/min vorzugsweise angefeuchteter Stickstoff eingeführt. Das Granulat oder die Pellets mit einer Stückgröße unter 6,35 mm werden in dünner Schicht auf eine Unterlage, z. B. aus Aluminiumoxid aufgeschüttet und 1 bis 6 h bei 1450 bis 1700⁰C gehalten. Anstelle des Kohlenmonoxids kann man Wasserstofl oder Methan anwenden, jedoch sollten dann geringere Strömungsgeschwindigkeiten angewandt werden, um eine übermäßige Reduktion des Gemisches oder eine eventuelle Reduktion des Ofenmaterials zu verhindern. Wasserstoff und auch Methan ist sehr viel wirksamer als Kohlenmonoxid. Konzentration und Geschwindigkeit des reduzierenden Gases müssen ausreichen, um den Hauptanteil des Natriumoxids bei der Brenntemperatur aus dem Gemisch in 1 bis 5 h zu entfernen. Sobald der Natriumoxidgehalt unter 5,5 Gew.-% entsprechend einem Verhältnis Al : Na =11.1 gesunken ist, setzt das Kristallwachstum von Λ-Tonerde ein. Für eine zufriedenstellende Umwandlung müssen zumindest 95% des ursprünglich vorhandenen Natriumoxids aus dem Gemisch entfernt sein. Bei optimalen Gemischen sollte der Natriumoxidgehalt bei Beendigung des Brennens nur noch maximal 0,5% betragen.

Das aus dem Ofen ausgetragene Produkt wird nun heiß mit 0,1 η-Schwefelsäure zumindest 1 h und anschließend 1 h mit 20%iger Natronlauge behandelt. Bei Chargen mit nur geringen Verunreinigungen (Produkt A aus der Tabelle) kann man die Kristalle unmittelbar mechanisch gewinnen, z. B. nach einem Aufbrechen, oder mit einer chemischen Behandlung. Die chemische Behandlung wird zur Entfernung von überschüssiger Schlacke also einer nichtkristallinen Phase angewandt. Dazu eignen sich mechanische oder chemische Maßnahmen.

Zur Ermittlung der Schleifleistung wurde wie folgt vorgegangen: Ein Gemisch von 90 Teilen handelsüblichem Aluminiumoxid, wie es nach dem Bayer-Aufschlußverfahren erhalten wurde, und 10 Teilen Titandioxid wurde zu einem Granulat von S 1,2 mm geformt und in einem gasbeheizten Ofen mit einem Volumenverhältnis Gas : Luft = 1:10 gebrannt, wobei die Flamme direkt auf das Granulat, welches auf einer Tonerdeunterlage in einschichtiger Bedeckung aufgeschüttet ist, aufschlugen, und zwar 5 h bei 1550⁰C. Die erhaltenen Kristalle waren hervorragend. Nach dem Abkühlen wurde durch chemische Behandlung mit einer Säure und dann mit einer Lauge und schließlich durch Sieben das kristalline Material gewonnen: Schleifkorn der Körnungsnummern 12 bis 100 entsprechend 1,015 bis 1,68 mm.

Die erfindungsgemäß hergestellten Schleifmittel wurden nun zu Schleifscheiben verarbeitet, und zwar mit üblicher Glasbindung. Es wurden jeweils Schleifmittel mit Körnungsnummern 46 und 60 verwendet, entsprechend 0,35 bzw. 0,25 mm. Die Schleifscheiben hatten einen Durchmesser von 19 cm und eine Stärke von 1,27 cm.

Es wurden unter standardisierten Bedingungen ein Stahl geschliffen und gegenüber einem Schleifmittel aus handelsüblicher hochreiner Schmelztonerde verglichen. Das Volumenverhältnis des Metallabtrags gegenüber dem Schleifscheibenverschleiß lag bei dem erfindungsgemäßen Schleifmittel 22 bis 36% höher als bei dem Vergleichsmaterial.

Die äußere Form des erfindungsgemäß hergestellten Schleifmittels eignet sich ganz besonders zur Herstellung von Schleifleinen oder Schleifpapieren. Im Vergleich mit harzgebundenen Scheiben aus Schleifleinen mit Schleifmitteln der Körnungsnummer 30

s entsprechend 0,59 mm ergab sich, daß für einen Stahl 1020 mit den erfindungsgemäßen Schleifmitteln die Schleifleistung um 28% höher war als bei dem Vergleii'hsprodukt.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne

ίο Schmelzen gezüchtete Schleifkorn zeigt einmalige Eigenschaften und unterscheidet sich darin von auf andere Weise hergestellter ivTonerde.

Ein wesentlicher Unterscheidungsfaktor ist die Morphologie. Die erfindungsgemäß hergestellten Kristalle entsprechen Körnungsnummern 8 bis 320, d.h. 2,38 bis 0,055 mm. Es liegen flache polygonale Plättchen oder Scheiben mit parallelen Ebenen zu der Kristallachse vor, wobei die Seitenflächen parallel oder in einem Winkel zu der c-Achse des Kristalls sind. Durch diese Orientierung besitzen die planen Flächen eine Härte von etwa 1600 nach K η ο ο ρ und die Seitenflächen von etwa 2200 nach Knoop. Der Durchmesser der Plättchen ist zumindest so groß als die Stärke.

Von Bedeutung ist auch die Porosität. Die Kristalle schließen eine sphärische Porosität von etwa 40 μΐη im Durchmesser bis zu Submikrongröße ein. Das Porenvolumen in den Kristallen mit einer Porengröße von maximal 50 μηι beträgt durchschnittlich etwa 8 bis 10%. Etwa 40 bis 50% des Porenvolumens sind einer inneren, geschlossenen Porosität zuzurechnen, und die restliche Porosität beruht auf offenen Poren. Die Bestimmung der Porosität geschieht nach standardisierten Methoden mit Pyknometer und einem Quecksilberporosimeter.

In chemischer Hinsicht weist das erfindungsgemäße

Schleifmittel zumindest 95% Aluminiumoxid mit einigen Schlackeneinschlüssen auf Der Gehalt an E!₅en und Titan in fester Lösung ist höher als bei üblichen erschmolzenen Schleifmitteln. Dies ergibt sich deutlich aus der Verschiebung des Gitterabstandes dund aus den Röntgenbeugungsdiagrammen.

Untersuchungen der Verfahrensprodukte

1. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge stellte Kristalle (Tabelle Ansatz A) besitzen eint Gesamtporosität von 10 Vol.-% (±2%), das Verhältnis Durchmesser zu Dicke beträgt 2.5 : 1. Etwa die Hälfte der Poren sind geschlossen. Ein Schleifmittel mil Körnungsnummer 46 entsprechend 0.35 mm wurde mii einem Schleifmittel, welches in Blockform geschmolzer war, verglichen. Das erfindungsgemäße Schleifkorr besitzt je Korn ein Gewicht von 0,092 mg, da: Vergleichsprodukt 0.146 mg (durchschnittlich).

Die chemische Analyse der Kristalle ohne irgendwel chen Schlacken- oder Glasanteilen ergab 0,32 Gew.-°/<

TiO₂. 0,05Gew.-% Fe₂O₃, < 0.05 Gew. % Na₂O <0.05Gew.-% SiO₂. Aluminiumoxid ad 100, Calcium oxid nicht bestimmt. Auch aus der Röntgenanalys< ergab sich, daß ungewöhnlich große Mengen Titandi oxid in fester Lösung vorliegen.

2. Gemäß 1. wurde der Brennansatz B aus der Tabell« untersucht: Gesamtporosität 10^±J Vol.-% mit etwa de Hälfte an geschlossenen Poren; Verhältnis des Durch messers zur Dicke durchschnittlich 3,5 :1. Korngewich erfindungsgemäß 0,09 mg Dieses Produkt wurde mi dem Schmelzkorn des Ansatzes A verglichen.

Chemische Analyse nach weitgehender chemische Behandlung: 0,28 Gew. % TiO₂. 0,7 Gew.-% Fe₂O < 0,05 Gew.-⁰'·- Na₂O. <0.05Gew.-% SiO₂, Calcium

oxid nicht bestimmt. In diesem Material lag eine sehr große Menge Eisen in fester Lösung vor, eine solche Menge kann in dem bekannten Schmelzkorn nicht festgestellt werden.

3. Gemäß Brennansatz Y (aus der Tabelle) wurden Kristalle hergestellt: die Porosität entsprach den Kristallen aus den Ansätzen A und B Verhältnis Durchmesser zu Dicke 2:1. Das erfindungsgemäß erhaltene Korn ist bemerkenswert leichter als ein Vergleichsprodukt aus geschmolzenem Material gleicher Körnung.

Die chemische Analyse ahne etwa 1% Schlacke oder glasigem Anteil, wie mit freiem Auge abgeschätzt, ergab <0,05Gew.-% SiO₂, O,16Gew.-°/o Fe_:O_s, 0,64Gew.-°/o TiOj, <0,05 NajO. Calciumoxid nicht bestimmt.

Vergleich

Es wurde Aluminiumoxid im Sinne der obenerwähnten älteren Anmeldung hergestellt: die Porosität entsprach der der erfindungsgemäßen Produkte im Beispiel 1 bis 3; Verhältnis Durchmesser zu Dicke 3,4 : 1; Gewicht des Korns bei Kömungsnummer 46 etwa 0,09 mg. Aus der chemischen Analyse ergibt sich, daß der Anteil an Titandioxid und Eisen etwa 2mal so groß ist als beim Schmelzkorn.

Bei Untersuchungen der Schnittleistung ergab sich bei Schleifscheiben mit glasiger Bindung für das erfindungsgemäß hergestellte Schleifkorn eine etwa 25%ige Verbesserung gegenüber den besten üblichen Scheiben mit geschmolzenem Schleifkorn.

Die in obigen Beispielen aufgeführten Schleifmittel zeigen gegenüber geschmolzenem Aluminiumoxid eine bemerkenswert größere Zerreiblichkeit und besitzen im Durchschnitt ein Gewicht von weniger als 0,12 mg bei einer Körnungsnummer 46 (0,35 mm).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Hersteilung von «-Tonerdeschleifkorn aus einen Ausgangsgemisch mit Rohmaterial für Aluminiumoxid, Natriumoxid, Titandioxid und gegebenenfalls weiteren Substanzen und Erhit zen des stückig gemachten Ausgangsgemisches in reduzierender Atmosphäre unterhalb des Schmelzpunktes des a-Aluminiumoxids, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgangsgemisch das Mol-Verhältnis von Aluminiumoxid zu Natriumoxid 4 bis 9 und von Aluminiumoxid zu Titandioxid 4 bis 20 beträgt, das Erhitzen während eines Zeitraums von 1 bis 6 Stunden auf mindestens 1450°C derart durchgeführt wird, daß zumindes* 95% des Natriu- moxidgehaltes entfernt werden, und anschließend die Reaktionsmasse abgekühlt und die in Form von polygonalen Kristallplättchen vorliegenden Kristalle daraus gewonnen weiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausgangsgemisch in einer Atmosphäre erhitzt, in welcher Natriumoxid zu einem natriumhaltigen Reaktionsprodukt umgewandelt wird, dessen Dampfdruck unter dem des Natriumoxids liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Rohmaterial für Natriumoxid das Carbonat oder Sulfat verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß man als Rohmaterial für Aluminiumoxid ^-Tonerde verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Rohmaterial für Titandioxid Titanerde verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Ausgangsgemisch 0,5 bis3Gew.-% einer Calciumverbindung — berechnet auf CaO — zusetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Calciumverbindung das Oxid, Carbonat, Hydroxid, Sulfat, Chlorid, Oxalat oder Cyanamid verwendet.