DE2155449A1

DE2155449A1 - Process for the production of a dense, refractory aluminum oxide grain with an Al deep 2 O deep 3 content of at least 95 percent by weight

Info

Publication number: DE2155449A1
Application number: DE19712155449
Authority: DE
Inventors: David Edward Pleasanton; Housh Lloyd Marvin Santa Clara; Calif. Paul (V.StA.)
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1971-01-22
Filing date: 1971-11-08
Publication date: 1972-08-03
Also published as: AU3464871A; ZA716887B; GB1344689A; AU459268B2; IT941870B; FR2122849A5; BR7107217D0; BE775727A; CA949592A; NL7115330A

Description

DR. E. ΐ OhTTNER
D1PL.-ING. H-J MÜLLERDR. E. ΐ OhTTNER
D1PL.-ING. HJ MÜLLER

I'au-.r.tE..v.alte
\ B MISCHEN 80
lucile-Grahn-Straße 38I'au-.r.tE..v.alte
\ B MIX 80
lucile-Grahn-Strasse 38

ALUMINUM & OHEMIOAL CORPORATION, 300 Lakeside Drive,.ALUMINUM & OHEMIOAL CORPORATION, 300 Lakeside Drive ,.

Oakland, California 94604 (VoSt₀Ao) Oakland , California 94604 (VoSt ₀ Ao)

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Verfahren zur Herstellung eines dichten, feuerfesten Aluminiumoxyd-Korns mit einem AlgO^-Gehalt von wenigstens 95 GewichtsprozentProcess for the production of a dense, refractory aluminum oxide grain with an AlgO ^ content of at least 95 percent by weight

Werden feuerfeste Formstücke aus einem plastischen Material, wie feuerfestem Ton, der Hydratationswasser enthält, das während des Brennvorganges ausgetrieben wird, hergestellt, so hat es sich als technisch durchführbar erwiesen, das Formstück aus dem wasserhaltigen Material zu formen und es dann in einem einzigen Brennprozeß zu der gewünschten Form zu brennen. Selbst in diesem Fall hat es sich jedoch häufig als vorteilhaft erwiesen, in das feuerfeste Gemenge, aus dem das Formstück geformt wird, eine gewisse Menge eines calcinierten Materials, z. B. gemahlene Schamotte, aus dem das Hydratationswasser oder andere flüchtige Bestandteile entfernt worden sind, einzuarbeiten.Refractory fittings are made from a plastic material, such as refractory clay, which contains water of hydration contains, which is expelled during the burning process, it has been found to be technical Proven feasible to mold the fitting from the hydrous material and then turn it into a single one Firing process to burn to the desired shape. Even in this case, however, it has often been found to be proven advantageous in the refractory mixture from which the molding is formed, a certain amount a calcined material, e.g. B. ground chamotte, from which the water of hydration or other volatile Components have been removed to incorporate.

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Sollen andererseits feuerfeste Formstücke oder andere Produkte aus nicht-plastischen Materialien, wie AIuminiumoxyd oder Magnesit oder Chrom!t, hergestellt werden, so ist es eine seit langem feststehende Praxis, ein dichtes Korn dadurch zu bilden, daß man ein zersetzbares Rohmaterial, wie Aluminiumhydrat oder Magnesiumcarbonat, calciniert oder brennt. Das so gebildete Korn wird dann auf eine sorgfältig eingestellte Korngröße zerkleinert, mit einem Binder-Material vermischt, zu Ziegeln oder anderen Formstüeken verformt und danach Wk gebrannt.If, on the other hand, refractory fittings or other products are to be made from non-plastic materials such as aluminum oxide or magnesite or chromium, it has long been an established practice to form a dense grain by using a decomposable raw material such as aluminum hydrate or Magnesium carbonate, calcined or burned. The grain thus formed is then comminuted to a carefully adjusted particle size, binder material admixed with a deformed into bricks or other Formstüeken and then fired Wk.

Wird ein natürlich vorkommendes Rohmaterial, wie Bauxit oder Magnesit (MgCO^), zur Herstellung des feuerfesten Korns verwendet, so ist' es häufig möglich, das Korn direkt durch Brennen des natürlichen Rohmaterials zu bilden, da solche Materialien Verunreinigungen enthalten, welche das Sintern oder die Verdichtung des Korns unterstützen. Wird jedoch ein Material von hoher Reinheit, wie synthetisches Magnesiumhydroxyd oder Aluminiutntrihydrat, zur Herstellung eines hochreinen feuerfesten Korns verwendet, so hat es sich als schwierig _ erwiesen, ein Korn von der gewünschten Dichte und der ™ geringen Porösität ohne Vorbehandlung des Rohmaterials vor dem Brennen zu gewinnen. Die Praxis ist daher bekanntermaßen dazu übergegangen, die feuerfesten, oxydischen Materialien zu pressen und sie danach zu brennen, um das feuerfeste Korn zu bilden.Used a naturally occurring raw material, such as bauxite or magnesite (MgCO ^), to make the refractory When using grain, it is often possible to produce the grain directly by burning the natural raw material as such materials contain impurities that cause sintering or compaction of the grain support. However, if a material of high purity, such as synthetic magnesium hydroxide or aluminum trihydrate, Used to produce a high purity refractory grain, it has been difficult _ proven to be a grain of the desired density and low porosity ™ without pretreatment of the raw material to win before burning. The practice is therefore known to have gone over to the refractory, oxidic Pressing materials and then firing them to form the refractory grain.

Enthält jedoch das Rohmaterial Hydratationswasser oder Kohlendioxyd oder andere flüchtige Bestandteile, so hat sich das Pressen allein als unzureichend für die Bildung eines dichten feuerfesten Korns erwiesen. In erster Linie neigen die Preßlinge dazu, während des Brennvor-However, if the raw material contains water of hydration or carbon dioxide or other volatile components, then it has pressing alone proved insufficient for the formation of a dense refractory grain. First Line, the compacts tend to

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ganges aufzubrechen, wenn das Wasser oder andere flüchtige Bestandteile ausgetrieben werden. Selbst wenn die Preßlinge unter den manchmal geradezu explosiven Kräften während der Zersetzung nicht zerfallen, so sind sie nach der Dehydratisierung.doch so weich, daß sie unter der starken mechanischen Beanspruchung, der. sie in einem Drehrohrofen oder einem Schachtofen ausgesetzt sind, zu einem Staub oder Pulver zerfallen. Dies verhindert nicht nur die Kornbildung, es hat vielmehr hohe Staubverluste im Ofen zur Folge, was wiederum Rückgewinnungs- undganges to break open when the water or other volatile constituents are driven off. Even if the Compacts do not disintegrate under the sometimes explosive forces during decomposition, that is how they are after dehydration. but so soft that they are exposed to the strong mechanical stress of the. them in one Rotary kiln or a shaft furnace will disintegrate into a dust or powder. This does not prevent only the grain formation, it rather results in high dust losses in the furnace, which in turn results in recovery and

Rückführungs-Probleme aufwirft. Es sind Versuche zur IPoses repatriation problems. There are attempts to I

Überwindung dieser Zerfalls-Schwierigkeiten unternommen worden, und zwar durch Verwendung verschiedener chemischer Binder in den Preßlingen, doch hat sich ein derartiges Vorgehen entweder als erfolglos oder als unwirtschaftlich erwiesen.Overcoming these disintegration difficulties have been made through the use of several chemical binder in the compacts, but such a procedure has proven either unsuccessful or uneconomical proven.

Selbst wenn die Preßlinge den Dehydratisierungsprozeß und die starke mechanische Beanspruchung im Ofen überstehen, so ist doch festgestellt worden, daß die Hohlräume, die nach der Entfernung des Wassers oder der anderen flüchtigen Bestandteile aus dem Rohmaterial hinterbleiben, während des Brennens nicht eigentlich wie- * der beseitigt werden, und als Folge hiervon wird ein poröses Korn von niedriger Dichte gewonnen. Dies ist unerwünscht, weil bei Verwendung eines solchen Kornes wenig widerstandsfähige feuerfeste Gefüge in dem gebrannten Formstück vorliegen, oder es tritt, falls ein solches Korn während des Brennens des Ziegels weiter zusammensintert, ein übermäßig starker Brennschwund bei dem feuerfesten Formstück ein.Even if the compacts survive the dehydration process and the strong mechanical stress in the furnace, it has been however found that the voids which are left behind after removal of the water or other volatile components from the raw material during the firing is not actually How-* of can be eliminated, and as a result, a porous grain of low density is obtained. This is undesirable because, when using such a grain, there are less resistant refractory structures in the fired molding, or if such a grain continues to sinter together during the firing of the brick, the refractory molding will suffer excessively strong shrinkage.

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Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, hat sich betreffs der Bildung eines feuerfesten Korns von hoher Reinheit, z.B. aus hochreinem Periclas oder hochreiner Magnesia, die Praxis herausgebildet, eine Arbeitsweise anzuwenden, die als "Doppelbrand"-Prozeß bekanntgeworden ist. Bei dieser Arbeitsweise wird das Rohmaterial, z.B. Magnesiumhydroxyd, bei einer Temperatur calciniert, die hoch genug ist, um das Hydratationswasser auszutreiben. Diese calcinierte oder schwach geglühte Magnesia wird dann z.B. in einer Brikettierpresse vom Typ einer Walzenpresse gepreßt und ein zweites Mal gebrannt, und zwar in der Regel bei einer sehr viel höheren Temperatur. In analoger Weise kann ein Aluminiumoxydkorn hergestellt werden durch Calcinieren von Aluminiumhydroxyd, Behandeln des calcinierten Gutes in einer Kugelmühle, Agglomerieren des gemahlenen calcinierten Gutes und Brennen der Agglomerate.To overcome these difficulties, there has been a high level of refractory grain formation Purity, e.g. from high-purity periclas or high-purity magnesia, the practice developed, a way of working apply what has come to be known as the "double fire" process. In this procedure the raw material, e.g. Magnesium hydroxide, calcined at a temperature that is high enough to drive off the water of hydration. This is calcined or lightly annealed magnesia then pressed, for example, in a briquetting press of the roll press type and fired a second time, namely usually at a much higher temperature. An aluminum oxide grain can be produced in an analogous manner are made by calcining aluminum hydroxide, treating the calcined material in a ball mill, agglomerating the ground, calcined material and burning the agglomerates.

Es ist offensichtlich, daß der Doppelbrand-Prozeß verhältnismäßig kostspielig ist, und demzufolge ist die Industrie der feuerfesten Stoffe auf der Suche nach einer einfacheren, weniger aufwendigen Methode zur Erzeugung eines feuerfesten Korns von hoher Reinheit und einer Porösität von weniger als 10 Volumen-^.It is evident that the double-fire process is relatively costly, and consequently the Refractories industry looking for a simpler, less expensive method of production of a refractory grain of high purity and a porosity of less than 10 volume ^.

Es ist nun gefunden worden, daß ein feuerfestes Korn aus hochreinem Aluminiumoxyd direkt aus einem hydratisierten Rohmaterial, wie Aluminiumtrihydrat ^~A1 (OH)-zJJ_t in einem einzigen Brennvorgang dadurch erzeugt werden kann, daß das Aluminiumtrihydrat einem Pressen unter einem Druck von wenigstens 4 220 kg/cm (60 000 psi)It has now been found that a refractory particle made of high purity aluminum oxide directly from a hydrated raw material, such as aluminum trihydrate ^ ~ A1 (OH) -zJJ _t in a single firing process can be produced thereby, that the alumina trihydrate to pressing under a pressure of at least 4 220 kg / cm (60,000 psi)

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vor dem Brennen unterworfen wird. Genauer gesagt ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines dichten, feuerfesten Aluminiumoxyd-KoDns mit einem Gehalt von wenigstens 95 Gewichtsprozent AIpO, gerichtet, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß manis subjected to before firing. More specifically, the present invention is directed to a method of manufacturing a dense, fireproof aluminum oxide code with a content of at least 95 percent by weight AlpO, directed, which is characterized in that one

(a) von einem Aluminiumtrihydrat ausgeht, das wenigstens 95 % AIpO.,, auf geglühtes Material bezogen, und weniger als 3 Gewichtsprozent durch Trocknen bei 110°C entfernbares Wasser enthält, man(A) starting from an aluminum trihydrate which contains at least 95 % AlpO. ,, based on the annealed material, and contains less than 3% by weight of water which can be removed by drying at 110 ° C., one

(b) aus dem genannten Aluminiumtrihydrat unter einem äquivalenten Druck von wenigstens 4 220 kg/cm . | (60 000 psi) Preßlinge formt und(b) from said aluminum trihydrate under an equivalent pressure of at least 4220 kg / cm. | (60,000 psi) compacts and

(c) die genannten Preßlinge bei einer Temperatur von wenigstens 165O⁰C brennt.(c) the compacts mentioned burns at a temperature of at least 165O ⁰ C.

Das für die praktische Durchführung des vorliegenden Verfahrens verwendete Rohmaterial ist Aluminiumtrihydrat. Ein Material, das sich als besonders brauchbar für die erfindungsgemäße Arbeitsmethode erwiesen hat, ist die Hydrargillit-Form des Aluminiumtrihydrates, das beim Bayer-Verfahren zur Gewinnung von Aluminiumoxyd zwecks Herstellung von Aluminiummetall erzeugt wird. Beim Bayer-Prozeß wird eine gewisse Menge von Hydrar- * The raw material used to practice the present process is aluminum trihydrate. One material which has been found to be particularly useful in the method of operation of the present invention is the hydrargillite form of aluminum trihydrate produced in the Bayer process for producing aluminum oxide for the production of aluminum metal. In the Bayer process, a certain amount of hydrar *

gillit erzeugt, der, wenn er getrocknet worden ist, eine zu feine Teilchengröße aufweist., als daß er einem calcinierenden Drehrohrofen zugeführt und danach als Beschickung für eine Aluminiumreduktionszelle verwendet werden kann. Dieses Material muß daher in den Bayer-Prozeß zurückgeführt werden, um dort als Saat-Material zu dienen. Dieses Material von zu geringer Teilchengröße geht im wesentlichen insgesamt durch ein 65-Maschensieb und - roh geschätzt - gehen etwa 50 %, beispielsweise 25 bis 75 # durch ein 325-Maschensieb. Bei dergillit, which, when dried, has too fine a particle size to be fed to a calcining rotary kiln and then used as a feed for an aluminum reduction cell. This material must therefore be returned to the Bayer process in order to serve there as seed material. This too small particle size material will essentially pass through a 65 mesh screen as a whole and roughly 50 %, roughly 25 to 75 #, pass through a 325 mesh screen, for example. In the

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vorliegenden Erfindung können jedoch auch gröbere Aggregate verwendet werden. Das Material weist für gewöhnlich eine spezifische Oberfläche von etwa 0,3 m /g auf und besteht aus Agglomeraten von kleineren Kristalliten. Weil dieses feine Hydrargillit (Gibbsit)-Material in einer bestimmten Anlage des Bayer-Prozesses, nämlich in dem dritten Eindicker, in dem die Peststoffe aus der Bayer-Lauge entfernt werden, abgezogen wird und weil es häufig als Saat-Material im Bayer-Verfahren verwendet wird, wird es gelegentlich als "Saat des dritten Eindickers¹¹ (tertiary thickener seed) oder als "TTS" bezeichnet, wie im übrigen näher in den USA-Patentschriften 2 935 376 und 3 372 985 erläutert ist. Diese "Saat des dritten Eindickers" ist zur praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet als Rohmaterial. Es enthält - auf geglühtes Material bezogen über 99 Gewichtsprozent AIpO-, und als hauptsächliche Verunreinigung etwa 0,7 GewichtsprozentHowever, coarser units can also be used in the present invention. The material usually has a specific surface area of about 0.3 m / g and consists of agglomerates of smaller crystallites. Because this fine hydrargillite (gibbsite) material is drawn off in a certain system of the Bayer process, namely in the third thickener, in which the pesticides are removed from the Bayer liquor, and because it is often used as seed material in the Bayer process is used, it is sometimes referred to as " ^{tertiary thickener seed 11} " or as "TTS", as further explained in U.S. Patents 2,935,376 and 3,372,985. These "third thickener seeds "is particularly suitable as a raw material for the practical implementation of the method according to the invention. It contains more than 99 percent by weight of AlpO based on the annealed material, and about 0.7 percent by weight as the main impurity

Wenn auch das verwendete Rohmaterial als Aluminiumtrihydrat bezeichnet wird, so versteht es sich doch von selbst, daß ein Material, welches auf eine Temperatur α erhitzt worden ist, bei der bereits etwas Hydratationswasser, das von dem freien Wasser zu unterscheiden ist, abgetrieben worden ist, verwendet werden kann.Even if the raw material used is aluminum trihydrate is referred to, it goes without saying that a material which is exposed to a temperature α has been heated, in which already some water of hydration, which is to be distinguished from the free water, aborted can be used.

Zur Erzielung bester Ergebnisse soll der Gehalt an freiem Wasser, das unabhängig von dem Hydratationswasser betrachtet werden soll, im Aluminiumtrihydrat so hoch sein, daß das Material nach dem Trocknen bei 110°C einen Gewichtsverlust von nicht mehr als 3 Gewichtsprozent er-For best results, the content of free water should be considered independently of the water of hydration should be so high in the aluminum trihydrate that the material after drying at 110 ° C a Weight loss of no more than 3 percent by weight

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leidet. Es ist zu beachten, daß die durch das Zusammenpressen zustande gekommene Verdichtung auf 90 % des theoretischen Wertes und darüber für Aluminiumtrihydrat, wie sie nach der erfindungsgemäßen Arbeitsmethode erzielt wird, nicht erreicht werden könnte, wenn das zu kompaktierende Material merkliche Mengen von Fremdsubstanzen, wie Wasser, enthalten würde. Um noch einmal den Unterschied zu betonen: es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß durch sie harte, dichte Preßlinge erhalten werden, und zwar ohne Verwendung vonsuffers. It should be noted that the compression brought about by the compression to 90 % of the theoretical value and above for aluminum trihydrate, as achieved by the working method according to the invention, could not be achieved if the material to be compacted significant amounts of foreign substances such as water , would contain. To emphasize the difference again, it is an advantage of the present invention that it provides hard, dense compacts without the use of

Anmachwasser oder einer anderen Flüssigkeit oder eines * Mixing water or another liquid or one *

anderen Binders.other binders.

Das trockene Aluminiumoxydhydrat wird druckverdichtet durch Verformen zu Pellets unter einem äquivalenten Druck von wenigstens 4 220 kg/cm (6o 000 psi). Eine für diese Druckverdichtung besonders geeignete Vorrichtung ist die bekannte Brikettierpresse vom Typ der Walzenpresse, deren man sich in der Industrie der feuerfesten Stoffe und in anderen Industriezweigen in weitem Umfang bedient. Zusätzlich zu dem Umstand, daß man das Material dem hohen Verdichtungs-Preßdruck aussetzt, üben die Walzenpressen auch eine starke Scherkraft während der Druckverdichtung aus. Man kann annehmen, daß die Einwir- \ kung dieser Scherkraft auf das Material während der Druckverdichtung zu den technisch vorteilhaften Ergebnissen, die nach der Lehre der vorliegenden Erfindung erzielt werden, wesentlich beiträgt.The dry alumina hydrate is pressure densified by molding it into pellets under an equivalent pressure of at least 4,220 kg / cm (6,000 psi). A device particularly suitable for this compression of pressure is the known briquetting press of the roller press type, which is widely used in the refractory and other industries. In addition to subjecting the material to the high compaction pressing pressure, the roller presses also exert a strong shear force during compression. It can be assumed that the allow it to react \ effect that shear force on the material during the compaction pressure of the technically advantageous results which are achieved according to the teaching of the present invention contributes significantly.

Der Druck in einer Walzenpresse wird bekanntlich durch den Gegendruck zwischen dem Rohmaterial, das zwischen die Walzen eingeführt wird, und den Walzen selbst entwickelt, die durch hydraulische Mittel oder andere Kräfte aufeinandergepreßt werden. Wenn es auch möglich ist,The pressure in a roller press is known to be due to the back pressure between the raw material that is between the rollers are inserted, and the rollers themselves are developed by hydraulic means or other forces are pressed together. If it is also possible

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die Kraft, die auf die Walzenlager übertragen wird, direkt zu messen, so gehört zur Umwandlung dieser Meßwerte in einen z.B. in lbs. per square inch (psi) ausgedrückten äquivalenten Druck die Bestimmung der Fläche des Rohmaterials, auf welche die Kraft aufgebracht wird. Es ist klar, daß diese Fläche nicht so scharf definiert werden kann, wie es z.B. in einer mit einem Preßstempel arbeitenden Presse möglich ist, in der ein einachsiger Druck aufgebracht wird, und demgemäß wird der errechnete Druck in einer Walzenpresse als ein "äquivalenter" Druck bezeichnet. the force that is transmitted to the roller bearings, directly to measure, so is part of the conversion of these measured values into a e.g. in lbs. expressed per square inch (psi) equivalent pressure is the determination of the area of the raw material to which the force is applied. It is It is clear that this surface cannot be defined as sharply as it is, for example, in one working with a press ram Press is possible in which a uniaxial pressure is applied, and accordingly the calculated pressure referred to as an "equivalent" pressure in a roller press.

Beim praktischen Betrieb von Walzenpressen erweist es sich in der Regel als vorteilhaft, eine gewisse Teilmenge des druckverdichteten Materials wieder zu dem für die Beschickung der Walze vorgesehenen Material zurückzuführen, so daß diese Teilmenge einer zweiten Pressung unterworfen wird. So können die Preßlinge oder Briketts, die von der Walzenpresse kommen, über ein Sieb geführt werden, z.B. ein solches mit quadratischen öffnungen von 15*875 mm (5/8 inch) auf einer Seite, wobei das nicht gepreßte Material und zerbrochene Preßlinge durch das Sieb fallen und zu dem Beschickungsgut für die Walze zurückgeführt werden. Abweichend hiervon können die von der Walzenpresse kommenden Preßlinge einer Zerkleinerungsoperation unterworfen werden, und alles Material, das kleiner als eine bestimmte Größe, z.B. eine 4-Maschensiebgröße, ist, kann dann zu der Preßwalzenbeschickung zurückgeführt werden. Wie gefunden wurde, liefert der Betrieb einer Walzenpresse mit einer Beschickung, die 60 % zurückgeführtes Material enthält, gute Preßlinge. Man kann annehmen, daß der Umstand, daß das rückgeführteIn the practical operation of roller presses, it usually proves to be advantageous to return a certain portion of the pressure-compacted material to the material provided for loading the roller, so that this portion is subjected to a second pressing. The compacts or briquettes that come from the roller press can be passed over a sieve, e.g. one with square openings of 15 * 875 mm (5/8 inch) on one side, whereby the non-pressed material and broken compacts through the The sieve will fall and be returned to the feed for the roller. Notwithstanding this, the compacts coming from the roller press can be subjected to a crushing operation, and all material that is smaller than a certain size, for example a 4-mesh screen size, can then be returned to the press roller feeder. Operating a roller press with a load containing 60 % recycled material has been found to produce good compacts. One can assume that the fact that the returned

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Material der erneuten Einwirkung von Scherkräften in der Walzenpresse ausgesetzt wird, die Erzielung der vorteilhaften Ergebnisse der vorliegenden Erfindung begünstigt. Nach einer weiter abgewandelten Ausführungsform kann das Material zu Beginn in einer glatten Walzenpresse gepreßt und dann anschließend brikettiert werden.Material of re-exposure to shear forces in the Roller press is exposed to the achievement of the advantageous results of the present invention favors. According to a further modified embodiment, the material can initially be pressed in a smooth roller press and then briquetted afterwards.

Wie es beim praktischen Betrieb der Verdichtung in Walzenpressen gleichfalls üblich ist, kann dem Hydrat-Rohmaterial vor dem Pressen ein Gleitmittel, wie Aluminiumstearat oder Magnesiumstearat, beigemischt werden. Ein ä As is also common in the practical operation of compaction in roller presses, a lubricant, such as aluminum stearate or magnesium stearate, can be added to the hydrate raw material before pressing. An Ä

derartiges Gleitmittel fördert bekanntlich die Preßoperation. Wird ein Material, wie Magnesiumstearat, als Gleitmittel mitverwendet, so zersetzt es sich darüber hinaus beim Brennen unter Bildung von Magnesiumoxyd (MgO) in den Preßlingen, und man kann annehmen, daß die Anwesenheit dieser Fremdsubstanz in dem Aluminiumoxyd das Kristallwachstum des Aluminiumoxyds verhindert und auf diese Weise zur Bildung eines Korns mit kleineren Kristall!ten und geringerer Porösität beiträgt.such lubricant is known to promote the pressing operation. If a material such as magnesium stearate is used as a If lubricant is used, it also decomposes on burning with the formation of magnesium oxide (MgO) in the compacts, and it can be assumed that the presence of this foreign substance in the aluminum oxide prevents the crystal growth of the alumina and in this way leads to the formation of a grain with smaller ones Crystalline and lower porosity contributes.

Manchmal ist es von Vorteil, die Walzenpresse so zu betreiben, daß sich die beiden Walzen mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, und auf diese Weise wer- " den die auf das druckzuverdichtende Material einwirkenden Scherkräfte vergrößert. Ferner ist es gelegentlich von Nutzen, die V/alzenpresse so zu betreiben, daß die Aussparungen in den beiden Walzen schlecht ausgerichtet sind, so daß die gebildeten Preßlinge nicht die gewöhnlichen regelmäßigen ellipsoiden Briketts sind, sondern in ihrer Form mehr unregelmäßige Briketts darstellen, und auf dieseSometimes it is advantageous to operate the roller press so that the two rollers are slightly different Rotate speeds, and in this way, the acting on the material to be compressed Shear forces increased. Furthermore, it is occasionally useful to operate the roller press so that the recesses misaligned in the two rolls so that the compacts formed are not the ordinary ones are regular ellipsoidal briquettes, but in their shape they represent more irregular briquettes, and on these

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Weise können die auf das Material einwirkenden Scherkräfte ebenfalls verstärkt werden.In this way, the shear forces acting on the material can also be increased.

Wie gefunden wurde, ist es bei Verwendung des oben beschriebenen "Saatmaterials des dritten Eindickers" vom Hydrargillit (Qibbsit)-Typ möglich, Preßlinge herzustellen, deren Dichte 9J5 % der theoretischen Dichte des Hydrargillits selbst beträgt. Mit anderen Worten, nach der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellte Preßlinge weisen in sich selbst eine Porösität von weniger als 10 Volumen-^ auf. Die Erzielung solcher Dichten ist jedoch allein noch nicht ausreichend. Ähnliche Dichten sind mit geringeren, einachsigen Drucken erzielt worden, und doch weisen die so gebildeten Preßlinge nicht die Festigkeit- auf, die sie in den Stand setzt, einen Drehrohrofen ohne Eintritt einer Zerkleinerung passieren zu können.As has been found, by using the "third thickener seed" of the hydrargillite (qibbsite) type described above, it is possible to produce compacts the density of which is 9.5 % of the theoretical density of the hydrargillite itself. In other words, compacts produced according to the teaching of the present invention have intrinsically a porosity of less than 10 volumes. However, the achievement of such densities is not sufficient on its own. Similar densities have been achieved with lower, uniaxial pressures, and yet the compacts formed in this way do not have the strength that enables them to pass through a rotary kiln without comminution.

Die in den Walzenpressen oder mittels anderer Vorrichtungen erzeugten Preßlinge werden einem Ofen, z.B, einem Drehrohrofen oder einem Schachtofen, zum Brennen zugeführt, vorzugsweise bei einer Temperatur von wenigstens 165O⁰C. Das entstandene gebrannte Produkt weist eine Po-W rösität von weniger als 10 Volumen-^ auf, häufig eine solche bis herunter zu 2 oder J5 Volumen-^, und es kann dann zerkleinert werden, um das Aluminiumoxydkorn von eingestellter Teilchengröße zu bilden. Der ΑΙρΟ,-Gehalt des gebrannten Korns beträgt über 99*5 Gewichtsprozent, wobei ein großer Teil des Na₂O beim Brennen durch Verflüchtigung entfernt worden ist.The compacts produced in the roller presses or by means of other devices are fed to a furnace, for example a rotary kiln or a shaft furnace, for firing, preferably at a temperature of at least 165O ⁰ C. The resulting fired product has a porosity of less than 10 Volume- ^, often down to 2 or 1/5 volume- ^, and it can then be crushed to form the alumina grain of a set particle size. The ΑΙρΟ, content of the fired grain is over 99 * 5 percent by weight, with a large part of the Na ₂ O being removed by volatilization during the firing.

Es versteht sich von selbst, daß bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung auch andere MaterialienIt should be understood that other materials can be used in the practice of the present invention

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als Aluminiumtrihydrat dem druckverdichteten Trihydrat einverleibt werden können. So kann beispielsweise Magnesia (MgO) oder Magnesiumhydroxyd /~Mg(0H)_2<_7 oder Magnesiumcarbonat (MgCO.,) dem Aluminiumtrihydrat einverleibt werden, um dann den Magnesium-Aluminatspinell in dem gebrannten Formstück zu bilden. In ähnlicher Weise kann Ton dem Aluminiumtrihydrat zugesetzt werden, um in den gebrannten Preßlingen Mullit zu bilden.can be incorporated into the pressure-compressed trihydrate as aluminum trihydrate. For example, magnesia (MgO) or magnesium hydroxide / Mg (OH) _{2 <} _7 or magnesium carbonate (MgCO. Similarly, clay can be added to the aluminum trihydrate to form mullite in the fired compacts.

Wenn auch die den Erfolg der vorliegenden Erfindung begründenden Ursachen derzeit nicht vollständig aufgeklärt werden können und auch nicht beabsichtigt ist, die Er- "Even if the basis for the success of the present invention The causes cannot be fully elucidated at the moment and it is not intended that the he- "

läuterung der vorliegenden Erfindung mit irgendeiner bestimmten Theorie zu verknüpfen, so kann man doch annehmen, daß die Druckverdichtung des Aluminiumhydrats durch den Preßdruck, und insbesondere die Scherkräfte, die beim Pressen in der Walzenpresse auftreten, die Agglomerate zu kleinen Kristalliten niederbrechen und sich diese näher aufeinander zu bewegen. Man kann weiter annehmen, daß die Druckverdichtung den Mechanismus der thermischen Zersetzung des Aluminiumhydrats beeinflußt. Es ist bekannt, daß sich Hydrargillit auf zwei verschiedene Weisen zersetzen kann, die im einzelnen von den Zersetzungsbedingungen abhängen. So kann sich der Hydrargillit z.B. Λ bei etwa 190⁰C zu der Böhmit-Form des Aluminiummonohydrats zersetzen, und diese letztgenannte Substanz zersetzt sich dann bei weiter erhöhten Temperaturen zur /y»-, δ- und ■V-Form (theta form) des Aluminiumoxyds und unter Umständen zu U-Aluminiumoxyd oder Korund (AIpO-,). Andererseits ist es auch möglich, daß sich der Hydrargillit bei etwa 250⁰C zur ^-Form (chi form) des Aluminiumoxyds zersetzt, wobei diese letztgenannte Form bei höheren Temperaturen die κ-Phase (kappa phase) durchläuft und sich evtl. in o(-Aluminiumoxyd oder Korund umwandelt.To link the clarification of the present invention to any particular theory, one can assume that the compression of the aluminum hydrate by the pressing pressure, and in particular the shear forces which occur during pressing in the roller press, break down the agglomerates into small crystallites and these become closer to one another to move. It can also be assumed that the compression of pressure influences the mechanism of thermal decomposition of the aluminum hydrate. It is known that hydrargillite can decompose in two different ways, each of which depends on the decomposition conditions. Thus, the gibbsite example Λ at about 190 ⁰ C to decompose the aluminummonohydrate to the boehmite form, and this latter substance then decomposes at more elevated temperatures to / y "-, δ- and ■ V-shape (theta form) of Aluminum oxide and possibly U -aluminium oxide or corundum (AlpO-,). On the other hand, it is also possible that the hydrargillite ^{decomposes at about 250 0} C to the ^ -form (chi form) of the aluminum oxide, this last-mentioned form going through the κ-phase (kappa phase) at higher temperatures and possibly in o ( -Converts aluminum oxide or corundum.

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Wird das oben beschriebene "Saatmaterial des dritten Eindickers" in seiner nicht druckverdichteten Form zersetzt, so ist aus der Differential-Thermoanalyse, der thermogracyimetrischen Analyse und der Röntgenstrukturanalyse zu .erkennen, daß etwa 20 % des Materials bei der Zersetzung die Böhmit-Stufe durchlaufen, während bei den übrigen 8o % die Zersetzung über die ^-Form (chi path) verläuft. Werden andererseits Hydrargillit-Briketts, die nach der Lehre der vorliegenden Erfindung druckverdichtet worden sind, anhand derselben Analysenmethoden untersucht, so ist erkennbar, daß wenigstens 99 % des Materials bei der Zersetzung den Weg über die 9C~^^orm (chi path) nehmen. Es konnte auch gezeigt werden, daß die Feinmahlung des "Saatmaterials des dritten Eindickers" dazu führt, den Verlauf der Zersetzung nach der % -Form (chi path) zu verschieben. Man muß jedoch immer im Auge behalten, daß das Feinmahlen ohne Druckverdichtung im Sinne der Lehre der Erfindung nicht zu den erhöhten Dichten und den verminderten Porositäten führt, wie man sie in dem Korn, das gemäß der Lehre der Erfindung hergestellt worden ist, finden wird.If the "seed material of the third thickener" described above is decomposed in its non-compressed form, it can be seen from differential thermal analysis, thermogracyimetric analysis and X-ray structure analysis that about 20 % of the material pass through the boehmite stage during decomposition, while in the remaining 80 % the decomposition proceeds via the ^ form (chi path). If, on the other hand, hydrargillite briquettes which have been pressure-compacted according to the teaching of the present invention are examined using the same analytical methods, it can be seen that at least 99 % of the material decomposes via the ^pathway . It could also be shown that the fine grinding of the "seed material of the third thickener" leads to shifting the course of the decomposition towards the% form (chi path). However, one must always keep in mind that fine grinding without pressure compaction in the sense of the teaching of the invention does not lead to the increased densities and reduced porosities as will be found in the grain that has been produced according to the teaching of the invention.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Arbeitsmethode besteht darin, daß durch sie Aluminiumhydrat-Preßlinge erzeugt werden, die eine so hohe Festigkeit aufweisen, daß sie den zum Auseinanderbersten treibenden Kräften der Dehydratation während des Brennens zu widerstehen vermögen und sie zugleich auch stabil genug sind, um der mechanischen Zerstörung während des Durchganges durch einen Drehrohrofen oder einen anderen Ofen zu widerstehen, und das entstandene Produkt somit aus kohärenten, dichten, gesinterten Preßlingen von geringer Porösität besteht, die entweder direkt oder nach dem Mahlen und Klassieren fürThe main advantage of the working method according to the invention consists in the fact that they produce aluminum hydrate compacts which have such a high strength, that they withstand the bursting forces of dehydration during burning and at the same time they are stable enough to withstand mechanical destruction during passage to withstand a rotary kiln or other furnace, and the resulting product thus from coherent, dense, sintered compacts of low porosity, either directly or after grinding and classifying for

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eine Verwendung als hochreines Aluminiumoxyd-Korn gut geeignet sind.a use as a high-purity aluminum oxide grain is good are suitable.

example

Das oben beschriebene "Saatmaterial des dritten Eindickers" wurde bis auf einen Wassergehalt von weniger als 0,5 Gewichtsprozent getrocknet, und dann wurden 22,7 kg (50 lbs.) dieses Materials mit 0,5 Gewichtsprozent Magnesiumstearat in einem trockenen Mischer vermischt. Da die Menge des verwendeten Materials nicht ausreichte, um die Walzenpresse kontinuierlich zu betreiben, wurde der Rückfüh- " rungseffekt des druckverdichteten Materials in der Weise verwirklicht, daß man die Hälfte des Materials zwischen glatten Walzen von 30,48 cm (12 inches) Durchmesser und 5,O8 cm (2 inches) Breite bei einer Walzentrennkraft von 37 t druckverdichtete, dieses druckverdichtete Material dann granulierte, so daß es in seiner Gesamtheit durch ein 4-Maschensieb ging, und das vor-druckverdichtete Material mit dem restlichen Rohmaterial zusammenmischte. Dieses Gemisch wurde bei einer Temperatur von 90°C den Brikettierwalzen bei einer Walzentrennkraft von 27 t zugeführt. Diese Walzen wiesen einen Durchmesser von 30*^8 cm (12 inches) und eine Breite von 5>O8 cm (2 inches) auf, und ä ihre Oberflächen enthielten Vertiefungen von 25,4 mm (1 inch) Breite, 15*875 mm (5/8 inch) Länge und 4,762 mm (3/16 inch) Tiefe, so daß die gebildeten ellipsold-förmigen Briketts ein Format von etwa 25,4 χ 15,875 χ 9,525 mm (1 χ 5/8 χ 3/8 inches) aufwiesen.The "third thickener seed" described above was dried to a water content of less than 0.5 weight percent and then 22.7 kg (50 lbs.) Of this material was mixed with 0.5 weight percent magnesium stearate in a dry blender. Since the amount of material used was insufficient to keep the roller press running continuously, the recirculation effect of the compressed material was realized by passing half of the material between smooth rollers 12 inches in diameter and 5.08 cm (2 inches) wide with a roll separation force of 37 tons, this pressure-densified material was then granulated so that it passed through a 4-mesh screen in its entirety and the pre-pressure-densified material mixed together with the remaining raw material. This mixture was fed to the briquetting rollers at a roller separation force of 27 tons at a temperature of 90 ° C. These rollers had a diameter of 30 * ^ 8 cm (12 inches) and a width of 5> O8 cm (2 inches), and the like Surfaces contained depressions 25.4 mm (1 inch) wide, 15 * 875 mm (5/8 inch) long, and 4.762 mm (3/16 inch) deep, so that the ellipsold-shaped briquettes formed had a format of were approximately 25.4 by 15.875 by 9.525 mm (1 by 5/8 by 3/8 inches).

Die Walzentrennkraft von 37 t entspricht einer äquivalenten Druckkraft von 18,5 t pro linearem Zoll Walzenlänge. Es ist klar, daß es bei glatten zylindrischen Walzen imThe roller separation force of 37 t corresponds to an equivalent one Pressure force of 18.5 tons per linear inch of roller length. It is clear that with smooth cylindrical rollers in the

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wesentlichen unmöglich ist, die Fläche der Druckverdichtung zwischen den Walzen zu bestimmen, und demzufolge ist es nicht möglich, die Walzentrennkraft in einen äquivalenten Druck umzurechnen. Die 27 t Walzentrennkraft entsprechen einem Brikettierdruck von 36*5 t per square inch (tsi), das sind etwa 5,5 t/cra . Bei den Brikettierwalzen kann die Querschnittsfläche der Hohlräume, die durch die beiden Walzen an der Linie ihres engsten Kontaktes gebildet werden, zur Berechnung eines äquivalenten Druckes benutzt werden. Die entstandenen Λ frischen (green) (d.h. ungebrannten) Briketts wiesen eine Dichte von 2,25 g/cm , d.h. 93 % der theoretischen Dichte des Hydrargillits, auf. Diese Briketts wurden bei l800°C gesintert mit einem Ausgleichsglühen (soak) von 1 Stunde. Sie blieben während des Durchganges durch einen Drehrohrofen kohärent und wiesen nach dem Brennen eine Porösität von 2,7 Volumen-^ auf. Die Al₂O-,-Kristallite in dem Korn wiesen im Durchschnitt eine Größe von 30 Mikron auf. Die Analyse des Korns ergab einen AlgO^-Oehalt von über 99 # und einen Na₂O-, MgO-, ΡβρΟ-,- und KgO-Gehalt von jeweils etwa 0,1 #. Mit anderen Worten, das Natrium war während des Brennens ausgetrieben worden.It is essentially impossible to determine the area of compression between the rolls and consequently it is not possible to convert the roll separation force into an equivalent pressure. The 27 t roller separation force corresponds to a briquetting pressure of 36 * 5 t per square inch (tsi), that is about 5.5 t / cra. In the case of the briquetting rollers, the cross-sectional area of the cavities formed by the two rollers on the line of their closest contact can be used to calculate an equivalent pressure. The resulting Λ fresh (green) (ie unfired) briquettes had a density of 2.25 g / cm, ie 93 % of the theoretical density of the hydrargillite. These briquettes were sintered at 1800 ° C. with a soak for 1 hour. They remained coherent during passage through a rotary kiln and had a porosity of 2.7 volumes after firing. The Al ₂ O -, crystallites in the grain averaged 30 microns in size. Analysis of the grain showed an AlgO ^ content of over 99 # and an Na ₂ O, MgO, ΡβρΟ, - and KgO content of about 0.1 # each. In other words, the sodium had been driven off during the firing.

Wurde in einem Vergleichsversuch das gleiche "Saatmaterial des dritten Eindickers" getrocknet und in einer einachsigen Presse unter einem Druck von 10 tons per square inch, das sind etwa 1,5 t/cra , zu geraden Zylindern druckverdichtet, und wurde dann der Versuch unternommen, diese Preßlinge zu brennen, so zerfielen sie während des Brennens. Mit anderen Worten ausgedrückt, dieseWas the same "seed material of the third thickener" dried in a comparative experiment and in a uniaxial press under a pressure of 10 tons per square inch, that is about 1.5 t / cra, to straight cylinders compressed, and if an attempt was then made to burn these compacts, they disintegrated during of burning. In other words, this one

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unter niedrigem Preßdruck druckverdichteten Preßlinge wiesen eine Festigkeit auf, die nicht ausreichte, um einen Durchgang durch einen Drehrohrofen zu überstehen. Ähnlich negative Ergebnisse wurden mit Preßlingen aus dem selben Material erhalten, die isostatisch bei Drucken bis zu 30 tsi, das sind etwa 4,7 t/cm , gepreßt worden waren.compacts compressed under low pressure had a strength that was insufficient to withstand passage through a rotary kiln. Similar negative results were obtained with compacts made from the same material that are isostatic to printing up to 30 tsi, that is about 4.7 t / cm, was pressed was.

Die Verwendung von zahlreichen verschiedenen Bindern in den Preßlingen mit dem Ziel, diesen eine Festigkeit zu verleihen, so daß sie den Brennvorgang ohne Zerfall zu überstehen vermögen, erwies sich gleichfalls als völliger Mißerfolg. ■The use of numerous different binders in the compacts with the aim of giving them strength to lend so that they can survive the firing process without disintegration, also turned out to be more complete Failure. ■

Mit anderen Worten, die nach der Lehre der vorliegenden Erfindung vorgeschriebene Druckverdichtung unter hohen Drucken hat sich so als die einzige Methode erwiesen, mit deren Hilfe Aluminiumhydrat zu einem dichten, kohärenten Aluminiumoxyd-Korn in einem einzigen Brennvorgang gebrannt werden kann.In other words, the pressure compression prescribed by the teaching of the present invention below high pressures has proven to be the only method with the help of which aluminum hydrate becomes a dense, coherent alumina grain can be fired in a single firing process.

In der Erfindungsbeschreibung und in den Ansprüchen bedeuten die Prozstzahlen Gewichtsprozente und die Teile Gewichtsteile, sofern nichts anderes vermerkt ist; hiervon ausgenommen sind lediglich die Porositäten, die in Volumenprozent angegeben worden sind.In the description of the invention and in the claims, the process numbers mean percentages by weight and the parts Parts by weight, unless otherwise noted; The only exceptions to this are the porosities that are specified in Volume percent have been given.

Die in der Erfindungsbeschreibung angezogenen Maschengrößen sind auf Tyler-Standard-Siebgrößen bezogen, wie sie in John H. Perry "Chemical Engineers¹ Handbook" J5.Auflage, 1950, Verlag McGraw Hill Book Company, auf Seite angegeben sind. So entspricht z.B. bei einem 100-Maschen-The mesh sizes referred to in the description of the invention are based on Tyler standard screen sizes, as ^{given on page in John H. Perry "Chemical Engineers 1} Handbook" J5th Edition, 1950, McGraw Hill Book Company. For example, with a 100-mesh

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Sieb die Lochgröße einem Wert von 147 Mikron und die
eines" 200-Maschen-Siebes 7²J- Mikron. Die Analysenwerte für die mineralischen Komponenten sind in der üblichen Weise, nämlich als einfache Oxyde, wie MgO, SiO₂ usw. angegeben, wenngleich die Komponenten in Wirklichkeit in verschiedenen Kombinationen, z.B. als Magnesiumsilikat, vorliegen können.Sieve the hole size to a value of 147 microns and the
a "200-mesh sieve 7 ² J microns. The analysis values for the mineral components are given in the usual way, namely as simple oxides, such as MgO, SiO ₂ , etc., although the components in reality in various combinations, for example as Magnesium silicate, may be present.

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Claims

/ i.) Process for the production of a tight, refractory Alumina grain with an AlpO ~ content of at least 95 percent by weight, characterized in that one

(A) starts from an aluminum trihydrate which is at least 95 percent by weight AIgO- ,, on calcined substance based, and less than 3 percent by weight of water removable by drying at 110 ° C ent ^ hold, man

(b) from said aluminum trihydrate under one equivalent pressure of at least 4,220 kg / cm (60,000 psi) compacts and

(c) the compacts mentioned burns at a temperature of at least 165O ⁰ C.

2. The method according to claim 1, characterized in that ctas said aluminum trihydrate from hydrargillite (Gibbsite) exists.

3. The method according to claim 1, characterized in, that said trihydrate is exposed to shear forces during the molding of said compacts is exposed.

4. The method according to claim 3, characterized in that said compacts in a briquetting press of the roll press type.

i>. A method according to claim 4, characterized in that the moldings referred to has been, of which a subset bex-eit.i a pressure compaction subjected formed from a fourth Alumlniumtrihydrafc.

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6. The method according to claim 1, characterized in that that the mentioned firing is carried out in a rotary kiln.

7. The method according to claim 1, characterized in that that said aluminum trihydrate is obtained from the undersize occurring in the Bayer process Product, substantially the total of which passes through a 65-mesh screen.

8. The method according to claim 1, characterized in that that said aluminum trihydrate consists of hydrargillite, said compacts in a briquetting press be shaped by the type of a roller press and the aforementioned firing carried out in a rotary kiln will.

9. The method according to claim 8, characterized in that said compacts are made of a hydrargillite be formed, a subset of which has already been subjected to compression.

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