DE2541141C3 - - Google Patents
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- DE2541141C3 DE2541141C3 DE19752541141 DE2541141A DE2541141C3 DE 2541141 C3 DE2541141 C3 DE 2541141C3 DE 19752541141 DE19752541141 DE 19752541141 DE 2541141 A DE2541141 A DE 2541141A DE 2541141 C3 DE2541141 C3 DE 2541141C3
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von Magnesiumaluminatspinellen hoher Reinheit.The invention relates to an improved process for the production of magnesium aluminate spinels high purity.
Stöchiometrisch reine Magnesiumaluminatspinelle sind in kleinem Maßstab durch elektrische Schmelzverfahren hergestellt worden und haben ihre Brauchbarkeit als hervorragendes feuerfestes Material gezeigt. Der folgende Vergleich des Spinells mit anderen gebräuchlichen feuerfesten Materialien zeigt die Gründe dafür:Stoichiometrically pure magnesium aluminate spinels are made on a small scale by electrical melting and have shown their utility as an excellent refractory material. the The following comparison of the spinel with other common refractory materials shows the reasons for this:
(20-10000C)(20-1000 0 C)
Mittlere reversible thermische 7,6χ 10"Medium Reversible Thermal 7.6χ 10 "
Ausdehnung, cm/cm0CExpansion, cm / cm 0 C
(20-10000C)(20-1000 0 C)
Wärmeleitfähigkeit, cal/cm2 see
(°C/cm)Thermal conductivity, cal / cm 2 see
(° C / cm)
100°C 0,036100 ° C 0.036
1000°C 0,0141000 ° C 0.014
8,8 xlO-6 8.8 xlO- 6
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Darüber hinaus zeigt der Spinell erste Verformung bei 2 kg/cm2 bei 20000C, reagiert nicht mit Kieselerde bis 1735°C, nicht mit Magnesia oder Calciumoxid, bis sie in feste Lösung bei 2000°C gebracht werden, oder mit «-Tonerde bis 1925°C. Er kann verwendet werden, um alle Metalle mit Ausnahme der Erdalkalimetalle aufzunehmen und zeigt bessere Widerstandsfähigkeit gegen Alkali als Tonerde, bessere Widerstandsfähigkeit gegen Splittern als hitzebeständige Materialien aus Chrommagnesit und ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen basische Schlacken.Furthermore, the spinel shows first deformation at 2 kg / cm 2 at 2000 0 C, does not react with silica to 1735 ° C, not with magnesia or calcium oxide, is brought into solid solution at 2000 ° C to them, or with "-clay up to 1925 ° C. It can be used to contain all metals except the alkaline earth metals and shows better resistance to alkali than alumina, better resistance to splinters than refractory chromium magnesite materials and excellent resistance to basic slag.
Keiner der zahlreichen Versuche zur Herstellung von Magnesiumaluminatspinellen hoher Reinheit zu niedrigen Kosten führte zu wirtschaftlichen Erfolgen. Die Versuche umfaßten typisch die folgenden Schritte: physikalisches Mischen von Tonerde und Magnesia von hoher Reinheit, Calcinieren bei 900 bis 15000C, Mahlen, Pelletieren und schließlich Sintern bei 1600 bis 19000C. Die technischen Komplexitäten dieser Verfahren sind dafür verantwortlich, daß Magnesiumaluminatspinelle zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur sehr wenig als feuerfestes Material verwendet werden.None of the numerous attempts to produce high purity magnesium aluminate spinels at low cost have resulted in commercial success. The experiments typically comprised the following steps: physical mixing of alumina and magnesia of high purity, calcining at 900 to 1500 0 C, grinding, pelleting and finally sintering at 1600 to 1900 0 C. The technical complexities of these processes are responsible for the magnesium aluminate spinels very little used as a refractory material at the present time.
Es wurde jetzt gefunden, daß ein Magnesiumaluminatspinell hoher Reinheit dadurch hergestellt werden kann, daß man Tonerde in der Form von Staub aus elektrostatischen Abscheidungsanlagen mit feinverteil-It has now been found that high purity magnesium aluminate spinel can be produced thereby it is possible that alumina in the form of dust from electrostatic separation systems with finely divided
er Magnesia in solchen Mengen mischt, daß man ein violverhältnis von Magnesia zu Tonerde von ungefähr )4 bis 0,8 erhält, und die Mischung auf Temperaturen ^On mindestens ungefähr 900°C für eine Zeitdauer »rhitzt, die für eine im wesentlichen vollständige Reaktion der Mischung zur Bildung des Spinells ausreicht. Vorzugsweise erfolgt das Mischen unter Mahlen und das Erhitzen wird bei der Temperatur über dem Sublimationspunkt des Natriumoxids für eine Zeitdauer vorgenommen, die ausreicht, um einen Spinell mit einem Schüttgewicht von mindestens ungefähr 90% der Theorie und einem Natriumoxidgehalt von unter 0,1 Gew.-% herzustellen. Es wird danach ein Verfahren bereitgestellt, nach dem ein qualitativ hochwertiger Spinell erhalten wird, das jedoch die Verwendung von erstklassigen Rohmaterialien und teure Verfahrensschritte vermeidet. he mixes magnesia in such amounts as to give an approximate ratio of magnesia to clay ) 4 to 0.8, and the mixture to temperatures ^ On at least about 900 ° C for a period of time »Scratches that for an essentially complete reaction of the mixture to form the spinel sufficient. Preferably the mixing is done with milling and the heating is done at the temperature above the sublimation point of the sodium oxide is made for a period of time sufficient to produce a spinel with a bulk density of at least about 90% of theory and a sodium oxide content of less than 0.1 % By weight. Thereafter, a method is provided according to which a higher quality Spinel is obtained, but which avoids the use of first class raw materials and expensive process steps.
Das Verfahren besteht in dem Mischen des im folgenden definierten Staub aus elektrostatischen Staubabscheidern (im folgenden als »ESA-Staub« bezeichnet) und feinverteilter Magnesia in dem gewünschten Verhältnis und darauffolgendes Erhitzen der Mischung auf oder über ungefähr 9000C, bis die Mischung unter Bildung des Magnesiumaluminatspinells im wesentlichen reagiert hat.The method consists in mixing the dust defined below from electrostatic dust collectors (hereinafter referred to as "ESA dust") and finely divided magnesia in the desired ratio and then heating the mixture to or above approximately 900 ° C. until the mixture is formed of the magnesium aluminate spinel has essentially reacted.
Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Tonerde ist ESA-Staub. Mit »ESA:Staub« wird der als Nebenprodukt anfallende Tonerdestaub bezeichnet, der während des Calcinierens eines tonerdehaltigen Hydrats, wie Hydrargillit, bei der Herstellung von Aluminiumoxid für die Reduktion zu Aluminiummetall gewonnen wird. Der Ausdruck »ESA« bezeichnet einen »elektrostatischen Staubabscheider«, eine für die Sammlung von solchem Staub bekannte Methode. Es versteht sich, daß der im folgenden verwendete Begriff »ESA-Staub« jede Art von als Nebenprodukt anfallenden Tonerdestaub umfaßt, auch wenn er nach anderen Verfahren gesammelt sein sollte. Dieser Staub, der für die wirksame Wiederverwendung in der Calcinierung für zu fein betrachtet wird, enthält ungefähr 80 bis 97,5 Gew.-% Tonerde und besteht zu ungefähr 75 bis 100 Gew.-% aus Teilchen, die kleiner als 20 μπι sind.The clay used in carrying out the method according to the invention is ESA dust. "ESA : Dust" is the name given to the alumina dust produced as a by-product, which is obtained during the calcining of an alumina-containing hydrate such as hydrargillite in the production of aluminum oxide for reduction to aluminum metal. The term "ESA" refers to an "electrostatic dust collector", a method known for collecting such dust. It goes without saying that the term "ESA dust" used in the following includes all types of alumina dust occurring as a by-product, even if it is collected by other methods. This dust, which is considered too fine for effective reuse in calcination, contains approximately 80 to 97.5% by weight of alumina and consists of approximately 75 to 100% by weight of particles that are smaller than 20 μm.
Der ESA-Staub aus der Hydrargillit-Calctnierung stellt eine relativ nicht-homogene Mischung dar, die Alpha-, Eta-, Delta- und Chi-Tonerde, Hydrargillit, Natriumcarbonat und chemisch gebundenes Natriumoxid enthalten kann. Die unvorhersehbaren Verschiedenartigkeiten der relativen Anteile dieser Komponenten sowie der hohe Natriumoxidgehalt scheinen den unbehandelten ESA Staub für die Verwendung in keramischen und feuerfesten Anwendungen auszuschließen. Es wurde jedoch überraschend gefunden, daß der Staub eine ausgezeichnete Tonerdequelle für die Herstellung von Magnesiumaluminatspinellen ist, die sehr hohe Reaktivität des Staubes, die Verdichtung des Spinells bei Temperaturen bedingt, die niedriger sind, als man dies normalerweise erwarten würde, und der hohe Natriumoxidgehalt des Staubs während des normalen Spinellsinterns ganz entscheidend herabgesetzt wird, wie im folgenden gezeigt wird.The ESA dust from hydrargillite calcination is a relatively non-homogeneous mixture Alpha-, Eta-, Delta- and Chi-clay, hydrargillite, sodium carbonate and chemically bound sodium oxide may contain. The unpredictable variations in the relative proportions of these components As well as the high sodium oxide content, the untreated ESA seem suitable for use in dust exclude ceramic and refractory applications. However, it has surprisingly been found that the dust is an excellent source of alumina for the manufacture of magnesium aluminate spinels, which very high reactivity of the dust, which causes the compaction of the spinel at temperatures that are lower, than one would normally expect, and the high sodium oxide content of the dust during the normal spinel sintering is significantly reduced, as will be shown below.
Während der ESA-Staub aus der Calcinierung von Hydrargillit bevorzugt wird, können auch diejenigen aus der Calcinierung anderer tonerdehaltiger Mineralien, wie beispielsweise Nordstrandit, Bayerit und pseudomorphem Trihydrat, für die Spinellherstellung verwendet werden.While the ESA dust from the calcination of hydrargillite is preferred, those from the calcination of other alumina minerals such as north strandite, bayerite and pseudomorphic Trihydrate, used to make spinel.
Im folgenden sind die analytischen Daten von ESA-Staub, der während typischer Calcinierungen von Hydrargillit gesammelt wurde, zusammen mit dem normalen Bereich der bei ESA-Staub anzutreffenden Werte zusammengestellt:The following are the analytical data of ESA dust generated during typical calcinations of Hydrargillite was collected, along with the normal range of those found in ESA dust Values put together:
Probe A*) Probe B*Sample A *) Sample B *
BereichArea
Zusammensetzung (Gew.-%)**)
Verlust durch Erhitzen (1325° C)
AI2O3
S1O2
CaO
FezChComposition (% by weight) **)
Loss by heating (1325 ° C)
AI2O3
S1O2
CaO
FezCh
Verteilung der Teilchengröße (Gew.-%)
+ 20 Mikron
+10 Mikron
+ 5 Mikron
-I- 3 Mikron
+ 2 MikronParticle size distribution (% by weight)
+ 20 microns
+10 microns
+ 5 microns
-I- 3 microns
+ 2 microns
Verteilung der Teilchengröße (Gew.-%)
+1 Mikron
+ 0,5 Mikron
Wahre Dichte (g/cm3)Particle size distribution (% by weight)
+1 micron
+ 0.5 microns
True density (g / cm 3 )
*\ Wahllos herausgegriffene Proben.
**) Elementengehalt als Oxid ausgedrückt. * \ Samples chosen at random.
**) Element content expressed as oxide.
Die bevorzugte feinverteilte Magnesia wird aus Magnesiumcarbonat und insbesondere Magnesiumhydroxid hergestellt, die beide in aktive Magnesia durch Erhitzen leicht überführt werden können. Die analytisehen Daten für repräsentative Proben sowie der normale Bereich für feinverteiltes Magnesiumhydroxid sind:The preferred finely divided magnesia is made from magnesium carbonate and especially magnesium hydroxide both of which can be easily converted into active magnesia by heating. The analytical Data for representative samples as well as the normal range for finely divided magnesium hydroxide are:
MgOComposition (weight%) *)
MgO
Andere Magriesiaquellen sind Magnesiumacetat, Magnesiumoxalat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat und Magnesiumoxid selbst. Die Feinverteilte Magnesia geht im wesentlichen durch ein Sieb mit 297 μπι lichter Maschenweite.Other sources of magriesia are magnesium acetate, magnesium oxalate, magnesium nitrate, magnesium sulfate and magnesium oxide itself. The finely divided magnesia essentially goes through a sieve with 297 μm lights Mesh size.
Der ESA-Staub und die feinverteilte Magnesia werden in solchen Anteilen gemischt, daß das Gewichtsverhältnis von MgO : AI2O3 in der Mischung zwischen ungefähr 0,4 und 0,8 beträgt. In diesem Bereich haben die feuerfesten Spinellmaterialien, deren Herstellung im folgenden beschrieben wird, eine hohe Schüttdichte und einen niedrigen Natriumoxidgehalt. Die bevorzugte Mischung ist eine solche mit einem Verhältnis von 0,395, also dem stöchiometrischen Verhältnis von MgO und Al:Oj, weil damit ein feuerfestes Material mit geringsten Anteilen zweiter Phasen hergestellt wird. Mischungen mit Verhältnissen wesentlich unter dem stöchiometrischen Verhältnis führen zu Materialien mit niedriger Schüttdichte und relativ hohem Natriumoxidgehalt.The ESA dust and the finely divided magnesia are mixed in such proportions that the Weight ratio of MgO: Al2O3 in the mixture is between approximately 0.4 and 0.8. In this area the spinel refractories, the manufacture of which will be described below, have a high level Bulk density and low sodium oxide content. The preferred mixture is one with one Ratio of 0.395, i.e. the stoichiometric ratio of MgO and Al: Oj, because with it a Refractory material is produced with the smallest proportions of two phases. Mixtures with proportions significantly below the stoichiometric ratio lead to materials with low bulk density and relatively high sodium oxide content.
Das Mischen kann sowohl auf trockenem wie auf nassem Wege erfolgen, solange nur das Mischen zu einem innigen Kontakt der Teilchen in einem Größenbereich unter μηι führt. Vorzugsweise erfolgt das Mischen in Gegenwart von Wdsser und umfaßt neben dem Mischen auch ein Mahlen. Geeignete Vorrichtungen sowohl für trockenes wie für nasses Mischen sind Kugelmühlen, Eirich-Mischer und Turbinenmischer. Andere Geräte für trockenes Mischen umfassen Mischer vom V-Typ, während Naßmischer Propellermischer umfassen. Die Mischzeiten hängen von der Natur der Tonerde und der Magnesia, von der Art des Mischens und dem verwendeten Gerät ab. Bei der Verwendung von ESA-Staub und dem vorbeschriebenen Magnesiumhydroxid benötigt man bei Naßmischen in einer Kugelmühle bis zu ungefähr 4 Stunden, während Trockenmischen ungefähr 24 Stunden erfordert. Wenn man naßmischt, wird die Mischung vor dem Erhitzen mindestens teilweise getrocknet. Geeignete Trocknungsmethoden umfassen beispielsweise atmosphärisches Trommeltrocknen. Dieser TrocknungsschrittMixing can be done either dry or wet, as long as the mixing is closed an intimate contact of the particles in a size range below μηι leads. This is preferably done Mixing in the presence of water and, in addition to mixing, also includes milling. Suitable devices Ball mills, Eirich mixers and turbine mixers are available for both dry and wet mixing. Other dry mixing devices include V-type mixers while wet mixers are propeller mixers include. The mixing times depend on the nature of the clay and the magnesia, on the type of Mixing and the device used. When using ESA dust and the above Magnesium hydroxide takes up to about 4 hours while wet mixing in a ball mill Dry blending requires approximately 24 hours. When wet mixing, the mixture is pre-heated at least partially dried. Suitable drying methods include, for example, atmospheric Drum drying. This drying step
kann auch eine vorherige Filtration der nassen Mischung, wie beispielsweise eine Rotationstrommelfiltration, zur Entfernung des überschüssigen freien Wassers aus der Mischung umfassen.a previous filtration of the wet mixture, such as a rotary drum filtration, can also be to remove excess free water from the mixture.
Wie bereits gesagt wurde, führt die Verwendung von ESA-Staub zur Bildung von Magnesiumaluminatspinellen zu unerwartet niedrigen Natriumoxidgehalten in dem Produkt, wobei der Natriumoxidgehalt der Spinellmischung von 2 Gew.-% während des Sinterns der Mischung, wie im folgenden beschrieben, auf weniger als 0,1 Gew.-% herabgesetzt wurde. Diese Herabsetzung des Natriumoxidgehaltes ist von ent-As stated earlier, the use of ESA dust leads to the formation of magnesium aluminate spinels to unexpectedly low sodium oxide levels in the product, the sodium oxide content being the Spinel mixture of 2% by weight during sintering of the mixture as described below less than 0.1 wt% was decreased. This reduction in the sodium oxide content is essential
scheidender Bedeutung, wenn das Produkt in feuerfesten oder hochwertigen keramischen Anwendungen eingesetzt werden soll. Tatsächlich unternehmen die Hersteller von Tonerde große Anstrengungen, um den Natriumoxidgehalt hochwertiger Tonerde-Erzeugnisse auf diese Höhe herabzusetzen. Die Verfahren zur Verminderung des Natriumoxidgehaltes von Tonerde umfassen die Zugabe von Bor, Fluor oder Chlor enthaltenden Verbindungen, die mit Natrium bei erhöhten Temperaturen unter Bildung von flüchtigen Natriumverbindungen reagieren, die während des Erhitzen aus der Tonerde entweichen. Wenn solche Zugaben nicht erfolgen, würde der Natriumoxidgehalt von hocherhitzten Tonerden im allgemeinen bei ungefähr 0,4 bis 0,8 Gew.-% liegen. Dieses Natriumoxic ist sehr schwierig zu entfernen, weil es in Form eine; sehr stabilen Natriumaluminats vorliegt.crucial if the product is used in refractory or high quality ceramic applications should be used. In fact, the manufacturers of alumina are making great efforts to ensure that the To reduce the sodium oxide content of high-quality alumina products to this level. The procedures for Reducing the sodium oxide content of alumina includes adding boron, fluorine or chlorine containing compounds that interact with sodium at elevated temperatures with the formation of volatile Sodium compounds, which escape from the clay during heating, react. If such If additions were not made, the sodium oxide content of highly heated clays would generally be at about 0.4 to 0.8 weight percent. This sodium oxic is very difficult to remove because it is in the form of a; very stable sodium aluminate is present.
Die Erwartung ist daher vernünftig, daß ein au: natriumhaltiger Tonerde hergestellter Magnesiumalu minatspinell eine signifikante Menge Natrium in den hocherhitzten Produkt behält. Dies ist jedoch nicht de Fall und die Herabsetzung des Natriumoxidgehaltes de Spinells auf unter 0,1 Gew.-% wurde ohne dl· Verwendung von Zusätzen leicht erreicht. Der möglich Mechanismus für diese Herabsetzung des Natriumoxid gehaltes ist der Ersatz des Natriums im Natriumalumi nat durch Magnesium und das Entweichen de gebildeten Natriumoxids bei Temperaturen über seiner atmosphärischen Sublimationspunkt von ungefäliIt is reasonable to expect that magnesium aluminum will be produced from alumina containing sodium minatspinell retains a significant amount of sodium in the highly heated product. However, this is not de Fall and the reduction of the sodium oxide content of the spinels to below 0.1 wt .-% was without dl Use of additives easily achieved. The possible mechanism for this sodium oxide depletion content is the replacement of the sodium in the sodium aluminum with magnesium and the escape Sodium oxide formed at temperatures above its atmospheric sublimation point of approx
!750C mil der daraus resultierenden Umwandlung des Natriumaluminais in Magncsiumaluminatspincll. Mögliche eaküonen umfassen:! 75 0 C with the resulting conversion of the sodium alumina into Magncsiumaluminatspincll. Possible options include:
2 NaAlO2 + MgO —2 NaAlO 2 + MgO -
2NaAl5O8 + MgO —2NaAl 5 O 8 + MgO -
2 NaAl7On + MgO —2 NaAl 7 O n + MgO -
2NaAl11O17 + MgO —2NaAl 11 O 17 + MgO -
Na2O + MgAl2O4
Na2O 4 MgAl2O4 + 4Al2O,
Na2O + MgAl2O4 + 6Al2O3
Na2O + MgAl2O4 + 10Al2O.,Na 2 O + MgAl 2 O 4
Na 2 O 4 MgAl 2 O 4 + 4Al 2 O,
Na 2 O + MgAl 2 O 4 + 6Al 2 O 3
Na 2 O + MgAl 2 O 4 + 10Al 2 O.,
Diese Vorstellungen werden gestützt durch die olgende Studie, indem der ESA-Staub, eine Mischung ■on ESA-Staub mit Magnesiumhydroxid und eine Mischung aus Natriumaluminat und Magnesiumhydroxid getrennt voneinander 1 Stunde lang auf 1680°C erhitzt wurden:These ideas are supported by the following study, in which the ESA dust, a mixture ■ on ESA dust with magnesium hydroxide and a Mixture of sodium aluminate and magnesium hydroxide separately for 1 hour at 1680 ° C were heated:
*)A - ESA-Staub allein.
B - ESA-Staub plus MgO,
C — Natriumaluminat plus MgO.
**)Auf der Basis des erhitzten Oxids.*) A - ESA dust alone.
B - ESA dust plus MgO,
C - sodium aluminate plus MgO.
**) Based on the heated oxide.
Die Mischung wird erhitzt, um den Spinell für die Benutzung als feuerfestes Material oder als Calcinat herzustellen. Zur Herstellung von feuerfestem Material wird die Mischung granuliert, pelletiert oder brikettiert, mit oder ohne Wasser und/oder organische Binder zur Bildung geeigneter Ofenbeschickungen und wird dann nach bekannten Verfahren zur Sinterung totgebrannter feuerfester Magnesiummaterialien bei Temperaturen zwischen ungefähr 1600 und 21000C gesintert. Die Sinterzeit hängt von der Sintertemperatur ab, beträgt aber normalerweise zwischen ungefähr 0,5 und 20 Stunden. Die gesinterte Masse wird dann zur Verwendung in feuerfesten Erzeugnissen gemahlen. Eine typische Spinellmasse, die aus dem Sintern einer stöchiometrischen Mischung von ESA-Staub und Magnesiumhydroxid, wie vorstehend beschrieben für eine Stunde bei 1680° C hergestellt wurde, sollte aus ungefähr 99,3 Gew.-% Magncsiumaluminat (MgAl2O4), 0,47% CaO, 0,16% SiO2, 0,05% Fc2Oj und 0,03% Na2O bestehen, eine wahre Dichte von 3,58 g/cm1, eine Schüttdichte von 3,30 bis 3,44 g/cm1, eine totale Porosität von 5 bis 8 Vol.-% und eine mittlere Kristallgröße von weniger als ΙΟμηι haben. Dies ist tatsächlich ein Magnesiumaltiminatspinell hoher Reinheit, hoher Schüttdichte, niedriger Porosität und einer Kristallgröße, die zu einer ausgezeichneten strukturellen Integrität führt.The mixture is heated to make the spinel for use as a refractory material or as a calcine. To produce refractory material, the mixture is granulated, pelletized or briquetted, with or without water and / or organic binders to form suitable furnace charges, and is then sintered by known methods for sintering dead-burned refractory magnesium materials at temperatures between approximately 1600 and 2100 ° C. The sintering time depends on the sintering temperature, but is usually between about 0.5 and 20 hours. The sintered mass is then ground for use in refractory products. A typical spinel mass produced from sintering a stoichiometric mixture of ESA dust and magnesium hydroxide, as described above, for one hour at 1680 ° C., should consist of approximately 99.3% by weight magncsium aluminate (MgAl 2 O 4 ), 0 , 47% CaO, 0.16% SiO 2 , 0.05% Fc 2 Oj and 0.03% Na 2 O, a true density of 3.58 g / cm 1 , a bulk density of 3.30 to 3, 44 g / cm 1 , a total porosity of 5 to 8 vol .-% and an average crystal size of less than ΙΟμηι have. It is actually a magnesium aliminate spinel of high purity, high bulk density, low porosity, and a crystal size that results in excellent structural integrity.
Calcinicrter Magnesiumaluminatspinell, der für die Herstellung keramischer Gegenstände oder als Zusatz für feuerfeste Produkte verwendet werden kann, wird durch ungefähr 0,5- bis 4stündigcs Erhitzen der Mischung bei Temperaturen /wischen ungefähr 900 und 16000C unter Verwendung bekannter Calcinicrungsvcrfahrcn hergestellt. Der umgesetzte Spinell kann als solcher verwendet oder zu Pulver vermählen werden. Das Calcinat ist nicht so rein wie das entsprechende feuerfeste Material, weil die niedrigeren Erhitzungstcmncraturcn zu einer geringeren Reduzierung des Natriumoxidgehaltes führen. Alle anderen Unreinheiten sind ungefähr in den gleichen Mengen wie in dem höher erhitzten Material enthalten. Typischerweise enthält ein stöchiometrisches Spinellcalcinat ungefähr 0,07 bis 1,7 Gew.-% Na2O. Die höheren Natriumoxidanteile können auf ungefähr 0,1 Gew.-% oder weniger herabgesetzt werden, wenn das Calcinat während der weiteren Behandlung oder bei Anwendung als feuerfestes Material erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird. Das erfindungsgemäß mit geringen Kosten herstellbare Calcinat zeigt ausgezeichnete Reaktivität für die Herstellung dichter reiner Spinellwaren, jedoch zeigt das höher erhitzte Calcinat auch Widerstandskraft für feuerfeste Verwendungen,Calcinicrter magnesium aluminate spinel, the ceramic for the manufacture of articles or can be used as an additive for refractory products is by about 0.5 to 4stündigcs heating the mixture at temperatures / wipe about 900 and 1600 0 C using known Calcinicrungsvcrfahrcn prepared. The converted spinel can be used as such or ground to a powder. The calcine is not as pure as the corresponding refractory material because the lower heating temperatures lead to a smaller reduction in the sodium oxide content. All other impurities are contained in approximately the same amounts as in the higher heated material. Typically, a stoichiometric spinel calcinate contains about 0.07 to 1.7 wt.% Na 2 O. The higher proportions of sodium oxide can be reduced to about 0.1 wt.% Or less if the calcine is used during further treatment or when used as refractory material is exposed to elevated temperatures. The calcinate which can be produced according to the invention at low costs shows excellent reactivity for the production of dense pure spinel goods, but the more highly heated calcinate also shows resistance for refractory uses,
Wenn es gewünscht wird, kann während des Mischens ein Flußmittel zugegeben werden, um eine schnellere Verdichtung bei niedrigeren Sintcrtcmpcraturen zu erzielen. Bevorzugte Flußmittel sind anorganische Fliioridverbindungcn. insbesondere KryolithIf desired, during the Mixing a flux can be added for faster compaction at lower temperatures to achieve. Preferred fluxes are inorganic fluid compounds. especially cryolite
so (NaiAlFt,) und Aluminiumfluorid (AlFi). Die Menge des Flußmittels kann in weilen Grenzen schwanken und beträgt vorzugsweise für Kryolith ungefähr 0,6 bis 2,5 und für Aluminiumfluorid ungefähr 0,5 bis 2 Gew.-% dei Mischung.so (NaiAlFt,) and aluminum fluoride (AlFi). The amount of Flux can vary within certain limits and is preferably approximately 0.6 to 2.5 for cryolite and for aluminum fluoride, about 0.5 to 2 wt% dei Mixture.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter. In den Beispielen sind, soweit nicht andere: angegeben, alle Temperaturen in DC, alle Zusammenset zungcn in Gcw.-% oder Gcwichtsverhällnisscn und aiii Dichten in g/cm' angegeben.The following examples further illustrate the invention. In the examples, unless otherwise stated, all temperatures are given in D C, all compositions in% by weight or weight ratios and all densities in g / cm '.
Proben von ESA-Staub aus dem Staubabscheide eines Rotationscalciniercrs zur Herstellung von Tonet (15 de mit Rcduktionsqualität und pulverisiertes Magncs umhydroxid wurden an der Luft bei 105°C gctrocknc Die getrockneten Materialien wurden wie fol; analysiert:Samples of ESA dust from the dust collector of a rotary calciner used to make clay (15 de with induction quality and powdered Magncs Umhydroxid were dried in air at 105 ° C The dried materials were as fol; analyzed:
709 544/3!709 544/3!
einer Stunde gesintert. Die erhaltene Masse wurde abgekühlt und zur Verwendung in feuerfesten Produkten zerkleinert.sintered for an hour. The resulting mass was cooled and used in refractory products crushed.
Das erhaltene Material hatte eine wahre Dichte vonThe material obtained had a true density of
3.57 g/cm), verglichen mit der theoretischen Dichte von3.57 g / cm) compared to the theoretical density of
3.58 g/cm1 für stöchiometrischen Magnesiumaluminatspinell, ein Schüttgewicht von 3,33 g/cm3 (93% des theoretischen Wertes) und eine mittlere Kristallgröße von weniger als 10 μπι. Die Röntgenbeugeanalyse bestätigte, daß die Spinellbildung vollständig war. Die chemische Zusammensetzung des Materials war:3.58 g / cm 1 for stoichiometric magnesium aluminate spinel, a bulk density of 3.33 g / cm 3 (93% of the theoretical value) and an average crystal size of less than 10 μm. The X-ray diffraction analysis confirmed that the spinel formation was complete. The chemical composition of the material was:
MgAl2O4**MgAl 2 O 4 **
MgO*)MgO *)
CaO*)CaO *)
SiO2 SiO 2
Fe2O3 Fe 2 O 3
Na2ONa 2 O
Gcw.-% 97,4Wt% 97.4
1,91.9
0,47 0,160.47 0.16
0,05 0,030.05 0.03
Wahre Dichte (g/cm3)True density (g / cm 3 )
3,683.68
2,362.36
Die getrockneten Stoffe wurden mit Wasser in eine Kugelmühle mit 1,136 I Fassungsvermögen in folgenden Mengen eingefüllt:The dried fabrics were mixed with water in a ball mill of 1.136 l capacity in the following Quantities filled:
Die Beschickung (Verhältnis MgO=Al2O3 = 0,423) wurde 4 Stunden lang gemahlen. Die erhaltene Aufschlämmung wurde über einen Laborfiltertrichter filtriert und ergab einen Filterkuchen mit 30% Wasser. Der Kuchen hatte nach Trocknen unter atmosphärischen Bedingungen bei 1050C ein Schüttgewicht von ungefähr 1,35 g/cm3. Der getrocknete Kuchen wurde bei 16800C durch Erhitzen auf dieser Temperatur währendThe feed (ratio MgO = Al 2 O 3 = 0.423) was milled for 4 hours. The resulting slurry was filtered through a laboratory filter funnel to give a filter cake with 30% water. After drying under atmospheric conditions at 105 ° C., the cake had a bulk density of approximately 1.35 g / cm 3 . The dried cake was heated at 1680 0 C by heating to this temperature during
Feuerfeste Materialien *) Die angegebenen Mengen der Bestandteile beruhen auf der Annahme, daß das in dem Material enthaltene Calcium vollständig als CaO vorliegt.Refractory materials *) The specified quantities of the components are based on the assumption that the calcium contained in the material is present entirely as CaO.
Ein feuerfestes Material wurde nach dem Verfahrer des Beispiels 1 hergestellt, wobei lediglich die Mischung nur 0,5 Stunden gemahlen wurde, um ein Mischen mi minimalem Mahlen zu bewirken. Die Eigenschaften des Materials waren denjenigen des Materials nach Beispiel 1 mit der Ausnahme äquivalent, daß das Schüttgewicht nur 3,10 g/cm3 (87% des theoretischer Wertes) betrug.A refractory material was prepared following the procedure of Example 1 with only milling the mixture for only 0.5 hours to effect mixing with minimal milling. The properties of the material were equivalent to those of the material according to Example 1 with the exception that the bulk density was only 3.10 g / cm 3 (87% of the theoretical value).
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde zur Herstellung einer Reihe von feuerfesten Materialien verwendet, ir denen die Mengen von ESA-Staub und Magnesiumhy droxid, die in die Kugelmühle gefüllt wurden, veränder wurden, um Verhältnisse von MgO : Al2O3 zwischer 0,200 und 0,800 zu erhalten. Man erhielt die folgender Ergebnisse:The procedure of Example 1 was used to prepare a series of refractories in which the amounts of ESA dust and magnesium hydroxide charged to the ball mill were varied to have MgO: Al 2 O 3 ratios between 0.200 and 0.800 to obtain. The following results were obtained:
*) Stöehiometrisehes Verhältnis.
**) Sehr geringe Menge MgO.*) Stoehiometric ratio.
**) Very small amount of MgO.
Die Bestandteile des Beispiels 1 wurden zusammen mit Aluminiumfluoridkristallcn in die in Beispiel I verwendete Kugelmühle in folgenden Mengen eingefüllt: The constituents of Example 1, together with aluminum fluoride crystals, were converted into those in Example I. used ball mill filled in the following quantities:
ESA-Staub 141,2 gESA dust 141.2 g
Magnesiumhydroxid 85,3 gMagnesium hydroxide 85.3 g
Aluminiumfluorid (AIFi) 3,5 gAluminum fluoride (AIFi) 3.5 g
Wasser 250,0 gWater 250.0 g
do Die Beschickung (MgO; Al2O3 = 0,437) wurde Stunden gemahlen, dann an der Luft getrocknet bc 105°C. Der getrocknete Kuchen wurde bei 16800C ein Stunde lang gebrannt, abgekühlt und zerkleinert. Da erhaltene Material, dessen Röntgcnbcugung die voldo The feed (MgO; Al 2 O 3 = 0.437) was milled for hours then air dried to 105 ° C. The dried cake was burned at 1680 ° C. for one hour, cooled and chopped up. The material obtained, the X-ray diffraction of which has the vol
ds ständige Umsetzung zu Spinell mit einem kleine Überschuß von Magnesiumoxid zeigte, hatte ei Schüttgewicht von 3,39 g/cm3 (95% des theoretische Wertes) und folgende chemische Zusammensetzung:It showed constant conversion to spinel with a small excess of magnesium oxide, had a bulk density of 3.39 g / cm 3 (95% of the theoretical value) and the following chemical composition:
MgAl2O4*)MgAl 2 O 4 *)
MgO*)MgO *)
CaO*)CaO *)
SiO2 SiO 2
Fe2O3 Fe 2 O 3
Na2ONa 2 O
Gew.-%
96,7Wt%
96.7
2,62.6
0,470.47
0,160.16
0,050.05
0,030.03
*) Die angegebenen Mengen der Bestandteile beruhen auf der Annahme, daß der Calciumgehalt des Materials vollständig als CaO vorliegt.*) The stated amounts of the components are based on the assumption that the calcium content of the material is complete is present as CaO.
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß der trockene Filterkuchen anstelle des einstündigen Sinterns bei 1680°C 4 Stunden lang bei 1425°C calciniert wurde. Der calcinierte Kuchen, der leicht zerkleinert werden konnte, bestand aus vollständig umgesetztem Spinell mit einem kleinen Überschuß von MgO und hatte eine wahre Dichte von 3,56 g/cm3 und einen Natriumoxidgehalt von 0,58%.The procedure of Example 1 was repeated with the exception that the dry filter cake was calcined at 1425 ° C. for 4 hours instead of sintering at 1680 ° C. for one hour. The calcined cake, which was easily crushed, consisted of fully reacted spinel with a small excess of MgO and had a true density of 3.56 g / cm 3 and a sodium oxide content of 0.58%.
Die Stoffe des Beispiels 1 sowie Kryolith wurden in die dort beschriebene Kugelmühle in folgenden Mengen gefüllt:The substances of Example 1 and cryolite were in the ball mill described there in the following amounts filled:
ESA-Staub
Magnesiumhydroxid
Kryolith (Na3AlF6)
WasserESA dust
Magnesium hydroxide
Cryolite (Na 3 AlF 6 )
water
142,4 g
83,3 g
4,3 g
250,0 g142.4 g
83.3 g
4.3 g
250.0 g
Die Beschickung (MgO: Al2O3 = 0,423) wurde gemahlen, filtriert und getrocknet nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. Der getrocknete Kuchen wurde bei 900° C 4 Stunden lang calciniert und dann das erhaltene Caicinat 8 Stunden lang trocken kugelgemahlen. Die Röntgenbeugeanalyse des gemahlenen Produkts ergab, daß die Spinellbildung vollständig und ein kleiner Überschuß von Magnesiumoxid anwesend war. Der Natriumoxidgehalt des Calcinats betrug l,70Gew.-%.The feed (MgO: Al 2 O 3 = 0.423) was ground, filtered and dried according to the procedure described in Example 1. The dried cake was calcined at 900 ° C. for 4 hours and then the resulting caicinate was dry ball milled for 8 hours. X-ray diffraction analysis of the milled product indicated that spinel formation was complete and a small excess of magnesium oxide was present. The sodium oxide content of the calcine was 1.70% by weight.
Das gemahlene Calcinat wurde mit 5 Gew.-% Wasser behandelt und mit 703 kg/cm2 in Rohlinge mit einer Kantenlänge von 2,5 cm χ 2,5 cm χ 5,1 cm gepreßt. Diese Rohlinge wurden eine Stunde lang bei 168O0C gebrannt. Die Schüttdichte der gebrannten Rohlinge betrug 3,37 g/cm3 (94% des theoretischen Wertes), während der Na^O-Gehalt 0,6 Gew.-% betrug.The ground calcine was treated with 5% by weight of water and pressed at 703 kg / cm 2 into blanks with an edge length of 2.5 cm × 2.5 cm × 5.1 cm. These blanks were baked for one hour at 168O 0 C. The bulk density of the fired blanks was 3.37 g / cm 3 (94% of the theoretical value), while the NaO content was 0.6% by weight.
Ein Material wurde nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei lediglich das Brennen 4 Stunden bei einer Temperatur von 16000C anstelle von 1680°C dauerte. Das Schüttgewicht des Materials betrug 3,09 g/cm3 (86% des theoretischen Wertes) und der Natriumoxidgehalt 0,04 Gew.-%.A material was prepared according to the procedure described in Example 1, with only the firing for 4 hours at a temperature of 1600 0 C instead of 1680 ° C lasted. The bulk density of the material was 3.09 g / cm 3 (86% of the theoretical value) and the sodium oxide content was 0.04% by weight.
Beispiele ()0 Examples () 0
Eine Probe wurde nach dem Verfahren des Beispiels 7 hergestellt, wobei der gebrannte Kuchen jedoch als ein 1600°C-Calcinat behandelt wurde: er wurde zerkleinert und 8 Stunden lang kugelgemahlen. Das erhaltene Pulver hatte einen Natriumoxidgehalt von 0,04 Gew.-% und war nach der Röntgenbeugeanalyse des Spinells mit einem Überschuß von Magnesiumoxid. Das Calcinat wurde dann mit 5 Gew.-% Wasser behandelt, in Rohlinge von 2,5 cm χ 2,5 cm χ 5,1 cm bei 703 kg/cm2 gepreßt und eine Stunde lang bei 16800C gebrannt. Das Schüttgewicht des gebrannten Rohlings betrug 3,42 g/cm3 (96% des theoretischen Wertes) und der Natriumoxidgehalt 0,02 Gew.-%.A sample was prepared by following the procedure of Example 7 except that the calcined cake was treated as a 1600 ° C calcine: it was crushed and ball milled for 8 hours. The powder obtained had a sodium oxide content of 0.04% by weight and, according to the X-ray diffraction analysis of the spinel, had an excess of magnesium oxide. The calcine was then treated with 5% by weight of water, pressed into blanks 2.5 cm × 2.5 cm × 5.1 cm at 703 kg / cm 2 and fired at 1680 ° C. for one hour. The bulk density of the fired blank was 3.42 g / cm 3 (96% of the theoretical value) and the sodium oxide content was 0.02% by weight.
Getrockneter ESA-Staub, wie in Beispiel 1 beschrieben, und calciniertes Nesquehonit, wie unten beschrieben, wurden mit Wasser in die in Beispiel 1 beschriebene Kugelmühle gefüllt:Dried ESA dust as described in Example 1 and calcined nesquehonite as described below were filled with water in the ball mill described in Example 1:
Calciniertes Nesquehonit
BestandteilCalcined nesquehonite
component
MgO
AbO3
S1O2
CaOMgO
AbO3
S1O2
CaO
98,35 0,598.35 0.5
Beschickung
ESA-Staubfeed
ESA dust
Calciniertes Nesquehonit
WasserCalcined nesquehonite
water
111,11g111.11g
80,89 g80.89 g
318,00 g318.00 g
Die Beschickung (MgO : Al2O3 = 0,781) wurde nach dem Verfahren des Beispiels 1 zu dem feuerfester Material mit den folgenden Ergebnissen verarbeitet:The feed (MgO: Al 2 O 3 = 0.781) was processed into the refractory material according to the procedure of Example 1 with the following results:
Feuchter Kuchen
Wassergehalt (Gew.-%)Moist cake
Water content (wt .-%)
Trockener Kuchen vor dem Brennen Schüttgewicht (g/cm3)Dry cake before firing bulk density (g / cm 3 )
Feuerfestes Material
Zusammensetzung (Gew.-%)Refractory material
Composition (wt .-%)
MgAhO4 MgAhO 4
MgOMgO
CaOCaO
S1O2S1O2
FezOiFezOi
N 320N 320
Schüttgewicht (g/cm3)Bulk density (g / cm 3 )
Beispiel 10Example 10
39 1,1439 1.14
78,6 21,278.6 21.2
3,53.5
(85% der Theorie)(85% of theory)
Die Materialien des Beispiels 1 wurden in folgende Mengen in eine 1,136 !fassende Kugelmühle gefüllt:The materials of Example 1 were placed in a 1.136! Capacity ball mill in the following amounts:
ESA-StaubESA dust
MagnesiumhydroxidMagnesium hydroxide
Wasserwater
118,257 kg118.257 kg
68,258 kg68.258 kg
192,825 kg192.825 kg
Die Beschickung (MgO: AbOj = 0,44) wurde Stunden gemahlen und die erhaltene Aufschlämmung Pfannen bei IO5"C getrocknet. Das getrockne Material wurde zerkleinert und unter Zugabe v( Wasser in einem Hoehgeschwindigkeits-Mischcr-Pell tiercr pelletiert. Die Größenverteilung der erhalten« kugelförmigen Pellets betrug:The feed (MgO: AbOj = 0.44) was Milled hours and the resulting slurry pans dried at IO5 "C. The dried Material was crushed and mixed with the addition of v (water in a high-speed mixer-pell tiercr pelletized. The size distribution of the spherical pellets obtained was:
Lichte MasL'hcnwcitc (mm)Clearance MasL'hcnwcitc (mm)
Gcw.-'v'oGcw .- 'v'o
bis 4,00
4,00-2,83
2,83-1,19
über 1,19to 4.00
4.00-2.83
2.83-1.19
over 1.19
40 30 2840 30 28
Zusammensetzung
MgAl2O4*)
MgO*)
CaO*)
SiO2
Fe2Oj
Na2Ocomposition
MgAl 2 O 4 *)
MgO *)
CaO *)
SiO 2
Fe 2 Oj
Na 2 O
Schüttgewicht (g/cm3)Bulk density (g / cm 3 )
Das Schüttgewicht der trockenen Pellets betrug 1,67 g/cmJ.The bulk density of the dry pellets was 1.67 g / cm J.
Die Pellets wurden bei 16800C eine Stunde lang gebrannt und ergaben ein Produkt mit den folgenden Eigenschaften:The pellets were burned at 1680 ° C. for one hour and gave a product with the following properties:
TeilchenverteilungParticle distribution
Lichte Maschenweite
bis 4,00
4,00 - 2,83
2,83-1,19
über 1,19Clear mesh size
to 4.00
4.00-2.83
2.83-1.19
over 1.19
Gcw.-%Weight%
1111th
2424
5959
Gew.-°/o 95,32Wt% 95.32
3,153.15
0,660.66
0,740.74
0,080.08
0,050.05
3,25 (91% d. Th.)3.25 (91% of theory)
*) Die angegebenen Mengen dieser Bestandteile beruhen aul der Annahme, daß der Calciunigchall des Materials ausschließ lieh als CaO vorliegt.*) The stated amounts of these components are based on the assumption that the calciunig noise of the material is present exclusively as CaO.
Magnesiumaluminatspinell wird nach dem in Bei spiel 1 beschriebenen Verfahren mit der Ausnahme hergestellt, daß die Beschickung kein Wasser enthieli und 24 Stunden gemahlen wurde. Dann wurde sie mii 703 kg/cm2 in Rohlinge gepreßt und eine Stunde lanj bei 21000C gebrannt. Die zerkleinerten Rohlinge ergaben feuerfestes Material von vergleichbarer Quali tat.Magnesium aluminate spinel is prepared according to the method described in Example 1 with the exception that the charge contained no water and was milled for 24 hours. Then, it was pressed mii 703 kg / cm 2 in blanks and one hour lanj fired at 2100 0 C. The crushed blanks produced refractory material of comparable quality.
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