KR800000647B1 - Process for producing magnesiun aluminate spinel - Google Patents

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KR800000647B1
KR800000647B1 KR750002023A KR750002023A KR800000647B1 KR 800000647 B1 KR800000647 B1 KR 800000647B1 KR 750002023 A KR750002023 A KR 750002023A KR 750002023 A KR750002023 A KR 750002023A KR 800000647 B1 KR800000647 B1 KR 800000647B1
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하르웃드 벨딩 제프리
앤튼 레쯔거스 어윈
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디인 아아르 색커어
퀴그리이 캄파니 인코포레이팃드
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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

High-purity spinel was produced by mixing by-product Al2O3, and MgO in a MgO:Al2O3 ratio of 0.4-0.8 and heating at 800≰C. Thus, dust 145.1 and Mg(OH)2 84.9 were mixed(MgO:Al2O3) with water 259g, milled for 4 hr, filtered, dried, and heated at 1680≰C. The resultant refractory material had trued. 3.57 g/cm3 (theor. d. of Al2MgO4 was 3.58), bulk d. 3.33 g/cm3, and contained Al2MgO4 97.4 MgO 1.9, CaO 0.47, SiO2 0.16, Fe2O3 0.05, and Na2O 0.03%

Description

고순도 마그네슘 알루미네이트 첨정석의 제조방법Method for producing high purity magnesium aluminate spinel

본 발명은 첨정석(尖晶石)의 제조에 관한 것으로서, 좀더 상세히 말하면 고순도의 마그네슘 알루미네이트첨정석의 개량된 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to the manufacture of spinel, and more particularly, to an improved method for producing high purity magnesium aluminate spinel.

순수한 마그네슘 알루미네이트 첨정석은 전기 용융공정에 의해 소단위로 생산되어 우수한 내화성 물질로서 사용되어 왔다. 다음 표와 같이 첨정석과 기타 일반적인 내화성 물질을 비교하여 보면 그 이유를 알 수 있을 것이다.Pure magnesium aluminate spinel has been produced in subunits by an electromelting process and has been used as an excellent refractory material. A comparison of spinel and other common refractory materials will show why.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

또한 첨정석은 2,000℃의 온도, 2kg/cm2의 압력하에서 최초의 변형을 나타내는데, 즉 1,735℃까지는 실리카와 반응하지 않으며, 2,000℃에서 고용체(固溶體)로 되기 전에는 마그네시아 혹은 산화칼슘과 반응하지 않고, 1,925℃이하에서는 α-알루미나와 반응하지 않는다. 뿐만 아니라 알카리토금속을 제외한 모든 금속에 대해 사용될 수 있으며, 내알카리성이 알루미나보다 양호하고, 내스폴성(spall resistance)이 크롬-마그네사이트 내화물질보다 양호하며, 염기성 슬래그에 대한 내성이 우수하다.The spinel also shows the first deformation at a temperature of 2,000 ° C. and a pressure of 2 kg / cm 2 , that is, it does not react with silica until 1,735 ° C., but with magnesia or calcium oxide until it becomes a solid solution at 2,000 ° C. It does not react with α-alumina below 1,925 ° C. In addition, it can be used for all metals except alkaline earth metals, alkali resistance is better than alumina, spall resistance is better than chromium-magnesite refractory material, and resistance to basic slag is excellent.

저렴한 고순도 마그네슘 알루미네이트 첨정석 괴를 제조하려는 시도가 여러차례 행하여진 바 있으나 상업적으로 성공하지는 못했다. 이러한 시도들은 다음과 같은 대표적인 단계들, 즉 고순도의 알루미나 및 마그네시아 원광의 물리적인 혼합공정, 900-1,500℃에서의 소성공정, 분쇄공정, 펠릿트화공정, 그리고 마지막으로 1,600-1,900℃에서의 소결공정으로 이루어져 있다. 이러한 공정들의 기술적인 복잡성으로 인하여 내화물질로서의 마그네슘 알루미네이트는 현재 그 용도가 크게 제한되어 있는 것이다.Several attempts have been made to produce inexpensive high purity magnesium aluminate spinel ingots but have not been commercially successful. These attempts include the following typical steps: physical mixing of high purity alumina and magnesia ore, firing at 900-1,500 ° C, grinding, pelletizing, and finally sintering at 1,600-1,900 ° C. Consists of Due to the technical complexity of these processes, the use of magnesium aluminate as a refractory material is currently very limited.

본 발명자들은 단지 정전 집진기(ESP electrostatic precipitator) 분말 형태의 알루미나와 미세분말의 마그네시아 원광을 마그네시아 : 알루미나 중량비가 0.4-0.8이 되도록 혼련하고, 이 혼련물을 혼련물의 반응이 완결되어 첨정성을 형성할 수 있는 충분한 시간동안 최소한 약 900℃의 온도에서 가열하기만 함으로써 고순도의 사그네슘 알루미네이트가 제조된다는 것을 발견하였다. 이때 혼련공정에는 분쇄 공정이 포함되고, 또 가열공정에서는 벌크 밀도가 최소한 이론치의 90%이며 산화나트륨 함량이 0.1중량% 이하인 첨정석이 생성될 수 있도록 산화나트륨의 승화점보다 높은 온도에서 충분한 시간동안 가열처리하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 의하여 고급원료 물질을 사용하거나 고가의 제조 단계를 거치지 않고도 질이 좋은 첨정석을 제조할 수 있다.The present inventors knead only the alumina in the form of an ESP electrostatic precipitator powder and the magnesia ore in the fine powder so that the magnesia: alumina weight ratio is 0.4-0.8, and the kneaded material is completed to form a sharpness. It has been found that high purity magnesium aluminate is produced by only heating at a temperature of at least about 900 ° C. for as long as possible. The kneading process includes a grinding process, and the heating process is sufficient for a time at a temperature higher than the sublimation point of sodium oxide so that spinel having a bulk density of at least 90% of theory and a sodium oxide content of 0.1 wt% or less can be produced. Preference is given to heat treatment. In this way, high-quality spinel can be produced without the use of high quality raw materials or expensive manufacturing steps.

본 발명의 공정에는 아래에 정의될 ESP 분말과 미세분말형의 마그네시아 원광을 바람직한 비율로 혼련시키고 이 혼련물이 충분히 반응하여 마그네슘 알루미네이트 첨정석을 형성할 때까지 혼련물을 약 900℃ 또는 그 이상의 온도에서 가열하는 공정이 포함된다.In the process of the present invention, the kneaded material is kneaded at about 900 ° C. or higher until the ESP powder to be defined below and the fine powder magnesia ore are kneaded in a desired ratio and the kneaded is sufficiently reacted to form magnesium aluminate spinel. Heating at temperature is included.

본 발명에서 사용되는 알루미나 공급원은 ESP 분말이다. “ESP 분말”이란 산화알루미늄을 환원시켜 금속알미늄을 제조할 때 깁사이트(gibbsite)와 같은 함알루미나 수화물의 소성공정에서 부산물로서 회수되는 알루미나 먼지를 의미한다.The alumina source used in the present invention is ESP powder. "ESP powder" refers to alumina dust that is recovered as a by-product in the firing process of alumina hydrates such as gibbsite when reducing aluminum oxide to produce metal aluminum.

“ESP”란 이러한 먼지를 포집하는 통상적인 집진수단인 정전집진기를 의미하는 것이기는 하나, 본 명세서에서의 ESP 분말이라는 용어는 어떠한 집진 기술에 의하여 집진되었던 간에 상술한 바와 같은 모든 알루미나 먼지 부산물을 포함하는 용어이다. 이러한 먼지는 너무 미세하기 때문에 소성 공정중에 효율적으로 재순환될 수는 없는 것으로서, 약 80-97.5중량%의 알루미나를 함유하며 입자의 약 75-100중량%는 그 입도(粒度)가 20미크론 이하다.Although "ESP" means an electrostatic precipitator, which is a conventional dust collecting means for collecting such dust, the term ESP powder herein includes all alumina dust by-products as described above regardless of what dust collection technology has been collected. It is a term to say. These dusts are so fine that they cannot be efficiently recycled during the firing process, containing about 80-97.5% by weight of alumina and about 75-100% by weight of the particles having a particle size of 20 microns or less.

깁사이트 소성으로 얻어지는 ESP 분말은 알파-, 에타-, 델타- 및 카이-알루미나, 깁사이트, 탄산나트륨 및 화학적으로 결합된 산화나트륨을 함유하는 비교적 균일하지 못한 혼합물이다. 미처리된 ESP분말중에는 이와 같은 성분들의 상대적 조성비가 예측할 수 없을 정도로 다양하며 더구나 산화나트륨의 함량이 높기 때문에, 미처리된 ESP 분말을 요업 분야 및 내열재 분야에서 사용할 수는 없다. 그러나 이 분말은 마그네슘 알루미네이트 첨정석의 제조를 위한 알루미나의 공급원으로서는 우수하다는 것이 밝혀졌다. 이 분말의 고도 반응성은 보다 낮은 온도에서 첨정석을 치밀하게 해주며, 높은 산화나트륨 함량은 정상적인 첨정석 소결 공정중에 후술하는 바와 같이 국적으로 감소된다.ESP powders obtained by Gibbsite firing are relatively inhomogeneous mixtures containing alpha-, eta-, delta- and chi-alumina, gibbsite, sodium carbonate and chemically bound sodium oxide. Among the untreated ESP powders, the relative composition ratios of these components are unpredictably varied, and furthermore, because of the high content of sodium oxide, the untreated ESP powder cannot be used in ceramics and heat-resistant materials. However, it has been found that this powder is excellent as a source of alumina for the production of magnesium aluminate spinel. The high reactivity of this powder makes spinel denser at lower temperatures, and the high sodium oxide content is reduced nationally as described below during normal spinel sintering processes.

첨정석의 제조에 있어서 깁사이트의 소성으로 부터 얻어진 ESP 분말이 바람직하기는 하지만, 예컨대 놀드스트렌다이트(nordstrandite) 베이어라이트(bayerite) 및 슈도모오퍼스 트리하이드레이트(pseudomorphous trihydrate)와 같은 기타 알루미나원광을 소성시켜서 얻어진 분말들도 사용될 수 있다.ESP powders obtained from calcining gibsite in the manufacture of spinel are preferred, but other alumina ores such as, for example, nordstrandite bayerite and pseudomorphous trihydrate. Powders obtained by firing can also be used.

다음 도표는 깁사이트의 전형적인 소성으로 부터 얻어진 ESP 분말의 분석자료 및 ESP 분말 특성치의 일반범위를 나타내는 표이다.The following table shows the general ranges of analytical data and ESP powder properties of ESP powders obtained from typical firing of gibbsite.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

바람직한 미세 분말 마그네시아 공급원으로서는 탄산 마그네슘과 특히 수산화 마그네슘을 들 수 있는데 이들은 모두 가열에 의해 쉽게 활성 마그네시아로 전환될 수 있다. 미세분말 형태의 수산화마그네슘의 대표적인 샘플의 분석자료 및 일반적인 특성범위는 다음과 같다.Preferred fine powder magnesia sources include magnesium carbonate and especially magnesium hydroxide, all of which can be easily converted to active magnesia by heating. The analysis data and general characteristics of representative samples of magnesium hydroxide in the form of fine powder are as follows.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

Figure kpo00004
Figure kpo00004

기타의 마그네시아 공급원으로서는 초산 마그네슘, 옥살산 마그네슘, 질산 마그네슘, 황산 마그네슘 및 산화 마그네슘 자체가 포함된다. 미세 분말 형태의 마그네시아 공급원은 전량이 50메쉬 스크린(50-mesh screen)(미합중국 체규격 : 최대 입도 300미크론)을 통과해야 한다.Other sources of magnesia include magnesium acetate, magnesium oxalate, magnesium nitrate, magnesium sulfate and magnesium oxide itself. Magnesia sources in the form of fine powder must pass through a 50-mesh screen (US standard: 300 microns maximum particle size).

ESP 분말과 미세분말 형태의 마그네시아 공급원은 혼련물내에서의 MgO : Al2O3중량비가 0.4-0.8이 되도록 혼련된다. 이러한 범위의 중량비를 사용하면, 후술될 과정에 따라 제조된 내화성 첨정석의 벌크밀도가 높아지며 산화 나트륨의 함량이 낮아진다. 보다 바람직한 혼련비는 M僅와 Al2O3의 화학양론적 비율이 0.395인 것인데, 이렇게 하면 2차상의 양이 최소한도로 억제된 내열성 집합체가 형성된다.The ESP powder and the fine powder magnesia source are kneaded so that the MgO: Al 2 O 3 weight ratio in the kneaded product is 0.4-0.8. Using the weight ratio in this range, the bulk density of the refractory spinel prepared according to the procedure described below is high and the content of sodium oxide is low. A more preferable kneading ratio is that the stoichiometric ratio of M 僅 and Al 2 O 3 is 0.395, which forms a heat resistant aggregate with a minimum amount of secondary phases suppressed.

이보다 낮은 화학양론적 비율을 채택하면 형성된 내열성 집합체에서의 벌크 밀도가 낮아지며 또한 산화나트륨의 함량이 비교적 높아지게 된다. 혼련후 미크론 이하 단위의 입자-입자 접촉이 밀접하게 이루어질 수만 있다면, 혼련은 건식 공정으로 행하여져도 좋고 습식 공정으로 행하여져도 좋다. 혼련은 수분 존재하에 이루어지며, 혼합 공정 및 분쇄 공정이 이에 포함되는 것이 바람직하다. 건식 및 습식 혼련에 모두 적합한 설비로서는 볼 밀(ball mill), 로드 밀(rod mill), 뮬러 혼합기 및 터빈 혼합기가 있다. 혼련 시간은 알루미나 및 마그네시아 공급원의 성질, 혼련 방식 및 사용 설비의 종류에 따라 변할 수 있으며, 예컨대 상술한 바와 같은 ESP 분말 및 수산화 마그네슘을 사용하여 볼밀에서 습식혼련하는 경우에는 약 4시간까지, 건식혼련인 경우에는 약 24시간까지 소요된다. 습식혼련의 경우에는 혼련물을 소성하기 전에 이것을 최소한 부분건조시켜야 하는데, 적합한 건조 수단으로서는 예컨대 대기중 드럼 건조법 등이 있다. 이와 같은 건조 단계에는 회전식 드럼 여과법과 같은 수단으로 습식 혼련물을 미리 여과시킴으로써 이 혼련물로 부터 과량의 물을 제거하는 방법이 포함될 수도 있다.Adopting lower stoichiometric ratios results in lower bulk density in the formed heat resistant aggregates and relatively high sodium oxide content. The kneading may be carried out in a dry process or in a wet process so long as the particle-particle contact of sub-micron units can be made intimately after kneading. The kneading is carried out in the presence of moisture, and preferably, the mixing step and the grinding step are included therein. Suitable equipment for both dry and wet kneading include ball mills, rod mills, muller mixers and turbine mixers. The kneading time can vary depending on the nature of the alumina and magnesia source, the kneading method and the type of equipment used, for example up to about 4 hours when wet kneading in a ball mill using ESP powder and magnesium hydroxide as described above, dry kneading If it takes about 24 hours. In the case of wet kneading, it is necessary to at least partially dry it before firing the kneaded material. Suitable drying means include, for example, drum drying in air. This drying step may include a method of removing excess water from the kneaded material by pre-filtering the wet kneaded material by means such as rotary drum filtration.

상술한 바와 같이, ESP 분말을 사용하여 마그네슘 알루미네이트첨정석을 제조하면 생성물에서의 소다(Na2O) 함량이 낮아지게 되는데, 즉 후술될 소결공정이 이루어지는 동안 첨정석 혼련물의 소다 함량은 2중량%로 부터 0.1중량% 이하로 감소된다. 이와 같은 소다 함량의 감소는 생성물을 내화성물질 또는 고급 요업제품에 사용할 경우에 매우 유용한 것이다. 사실 알루미나 제조업자들은 고급 알루미나 제품의 소다 함량을 상기 수준까지 감소시키려고 노력하고 있다. 알루미나의 소다 함량을 감소시키는 기술은 고온에서 소다와 반응하여 휘발성의 함나트륨 화합물을 형성하게 되는 붕소, 불소 혹은 염소를 함유하는 화합물을 알루미나에 부가한 후, 이것을 가열하여 상기 함나트륨 화합물을 알루미나로 부터 제거시키는 방법이다. 만일 이러한 부가물 생략하면 높은 온도로 소성된 알루미나의 소다 함량은 보통 약 0.3-0.8중량%가 된다. 이러한 소다는 매우 안정된 나트륨 알루미네이트의 형태로 존재하기 때문에 제거가 매우 힘들다.As described above, the production of magnesium aluminate spinel using ESP powder results in a low soda (Na 2 O) content in the product, i.e., the soda content of the spinel kneader is 2 weights during the sintering process described below. From 0.1 to less than 0.1% by weight. This reduction in soda content is very useful when the product is used in refractory materials or high grade ceramic products. In fact, alumina manufacturers are trying to reduce the soda content of high grade alumina products to this level. A technique for reducing the soda content of alumina is to add a compound containing boron, fluorine or chlorine to alumina, which reacts with soda at high temperature to form a volatile sodium compound, and then heats the sodium compound to alumina. To remove it. If omitted, the soda content of calcined alumina is usually about 0.3-0.8% by weight. This soda is very difficult to remove because it is in the form of very stable sodium aluminate.

따라서 나트륨을 함유하는 알루미나로 부터 제조된 마그네슘 알루미네이트 첨정석은 높은 온도로 소성된 제품내에서도 상당량의 나트륨을 그대로 보유하게 된다. 그러나 이것은 부가물을 사용하지 않음으로써 첨정석의 소다 함량이 0.1중량%까지 감소되지 않은 경우이다.Thus, magnesium aluminate spinel prepared from alumina containing sodium retains a significant amount of sodium even in products calcined at high temperatures. However, this is the case when the soda content of spinel is not reduced by 0.1% by weight without using adducts.

소다 함량을 감소시키기 위하여 제안된 기구는 나트륨 알루미네이트 중의 나트륨을 마그네슘으로 치환시키고, 이때 생성된 소다를 대기압하에서의 소다의 승화점(약 1,275℃)보다 높은 온도에서 휘발시키는 것이다.A mechanism proposed to reduce the soda content is to substitute sodium in sodium aluminate with magnesium, and volatilize the resulting soda at temperatures above the sublimation point of the soda (about 1,275 ° C.) at atmospheric pressure.

이렇게 하여 나트륨 알루미네이트는 마그네슘 알루미네이트 첨정석으로 전환된다. 이때 이루어질 수 있는 반응은 다음과 같다.In this way sodium aluminate is converted to magnesium aluminate spinel. The reaction that can be made at this time is as follows.

Figure kpo00005
Figure kpo00005

이와 같은 반응기구에 대한 제안은 다음 표와 같이 ESP 분말, ESP 분말과 수산화 마그네슘의 혼련물 및 나트륨 알루미네이트와 수산화 마그네슘의 혼련물을 각각 분리하여 1,680℃에서 1시간 동안 소성하였을 때의 실험 결과에 의해 입증될 수 있다.The proposal for such a reactor is based on the experimental results when the mixture of ESP powder, a mixture of ESP powder and magnesium hydroxide, and a mixture of sodium aluminate and magnesium hydroxide were separated and calcined at 1,680 ° C. for 1 hour as shown in the following table. Can be demonstrated.

Figure kpo00006
Figure kpo00006

혼련물을 소성하여 제조된 첨정석은 내화물질 또는 소광(燒鑛)으로 이용된다. 내화물질로 제조하는 경우에는 혼련물을 물과 함께 또는 물이 없이, 그리고/또는 유기 결합제와 함께 과립화, 펠릿트와 또는 단광화(團鑛化)시켜서 로(爐)에 적합한 공급물을 형성하고, 종래 사소내화성 마그네시아 집합체를 소결하는데 사용되던 소결 기술에 의해 이것을 1,600-2,100℃에서 소결한다. 소결시간은 소결온도에 좌우되나, 보통은 0.5-20시간이다. 소결된 물질을 분쇄하여 내화성 제품에 사용되는 작은 덩어리(집합체)로 만든다. 상술한 바와 같은 화학양론적 비율을 갖는 ESP 분말과 수산화 마그네슘의 혼련물을 1시간동안 1,680℃에서 소결하여 제조한 전형적인 첨정석 집합체는 약 99.3중량%의 마그네슘 알루미네이트(MgAl2O4), 0.47중량%의 CaO, 0.16중량%의 SiO2, 0.05중량%의 Fe2O3및 0.03중량%의 Na2O로 조성되며 진밀도는 3.58g/cc, 벌크 밀도는 3.30-3.44g/cc, 전체 다공도는 5-8부피%이며, 평균 결정 입도는 10미크론 이하일 것으로 예상된다. 이렇게 하여 고순도, 높은 벌크밀도, 낮은 다공성 및 그 결정 입도로 말미암아 우수한 구조적 완전성을 갖게 된 마그네슘 알루미네이트 첨정석을 제조한 것이다.Spinel prepared by firing kneaded material is used as a refractory material or quenching. In the case of refractory materials, the kneaded material is granulated, pelleted or briquettes with or without water and / or with an organic binder to form a feed suitable for the furnace. Then, this is sintered at 1,600-2,100 DEG C by a sintering technique used to sinter the fire retardant magnesia aggregate. The sintering time depends on the sintering temperature, but is usually 0.5-20 hours. The sintered material is pulverized into small chunks (aggregates) used in refractory products. A typical spinel aggregate prepared by sintering a mixture of ESP powder and magnesium hydroxide having a stoichiometric ratio as described above at 1,680 ° C. for 1 hour is about 99.3% by weight of magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ), 0.47 Composed of wt% CaO, 0.16 wt% SiO 2 , 0.05 wt% Fe 2 O 3 and 0.03 wt% Na 2 O with true density of 3.58 g / cc, bulk density of 3.30-3.44 g / cc, total The porosity is 5-8% by volume and the average grain size is expected to be less than 10 microns. In this way, magnesium aluminate spinel, which has excellent structural integrity due to its high purity, high bulk density, low porosity and its grain size, is produced.

요업 제품을 만드는데 사용되거나 내화성 제품에 부가물로 사용되는 소성 마그네슘 알루미네이트 첨정석은 혼련물을 900-1,600℃에서 보통 0.5-4시간 동안 표준 소광법으로 소성시킴으로써 제조된다. 반응된 첨정석은 그대로 사용될 수도 있으며, 또는 분말상태로 분쇄될 수도 있다. 소광(燒鑛)은 소성온도가 낮아서 소다 함량 감소율이 낮기 때문에, 상응하는 내화성 집합체보다는 순수하지 못하다. 기타 모든 불순물의 양은 고온 소성된 집합체에서와 거의 같다. 화학양론적 첨정석 소광은 약 0.04-1.7중량%의 Na2O를 함유하는 것이 전형적이다. 이와같이 소다의 함량이 비교적 높다고 하더라도, 이 소광이 추후의 처리공정에서 또는 내화제품 분야에서 고온을 받게되면, 이 함량 수준은 약 0.1중량% 혹은 그 이하로 감소된다. 이와같이 본 발명의 방법에 의해 제조된 저렴한 소광은 조밀하고 순수한 첨정석 제품을 제조하는데 필요한 우수한 반응성을 나타내며, 보다 고온에서 소성된 소광은 내화제품 분야에서 요구되는 불활성을 나타내게 된다.Calcined magnesium aluminate spinel, which is used to make ceramic products or as an adjunct to fire-resistant products, is prepared by calcining kneaded mixtures at 900-1,600 ° C. by standard quenching, usually for 0.5-4 hours. The reacted spinel may be used as it is or may be pulverized into a powder state. Since quenching has a low firing temperature and a low rate of decrease in soda content, it is less pure than the corresponding fire-resistant aggregates. The amount of all other impurities is about the same as in the hot calcined aggregate. Stoichiometric spinel quenching typically contains about 0.04-1.7 weight percent Na 2 O. Even with this relatively high soda content, if the matting is subjected to high temperatures in subsequent processing or in the field of refractory products, this content level is reduced to about 0.1% by weight or less. As such, the inexpensive matting produced by the process of the present invention exhibits the excellent reactivity needed to produce dense and pure spinel products, and the calcined at higher temperatures exhibits the inertness required in the field of refractory products.

필요한 경우에는 혼련중에 용제를 가하여, 보다 낮은 소결온도에서도 보다 빨리 조밀해지도록 촉진할 수도 있다. 융제로서는 무기불소 화합물, 특히 빙정석(Na3AlF6) 및 불화 알루미늄(AlF3)이 바람직하다. 융제의 양은 상당한 정도로 변할 수 있으나, 빙정석의 경우에는 혼련물의 약 0.6-2.5중량%, 불화 알루미늄의 경우에는 0.5-2.0중량% 정도가 바람직하다. 이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 물론 다음의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 이에 국한시키는 것은 아니다.If necessary, a solvent may be added during kneading to promote faster densification even at lower sintering temperatures. As the flux, inorganic fluorine compounds, in particular cryolite (Na 3 AlF 6 ) and aluminum fluoride (AlF 3 ), are preferable. The amount of flux can vary considerably, but about 0.6-2.5% by weight of the kneaded material for cryolite and 0.5-2.0% by weight for aluminum fluoride is preferred. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. The following examples are, of course, intended to illustrate the invention and do not limit the scope thereof.

[실시예 1]Example 1

알루미나 제조용 회전식 소광기의 집진기로 부터 얻어진 정전집진기 분말(ESP 분말)과 수산화 마그네슘 분말 샘플을 105℃에서 공기 건조시켰다. 건조된 물질의 분석 결과는 다음과 같다.The electrostatic precipitator powder (ESP powder) and the magnesium hydroxide powder sample obtained from the dust collector of the rotary quencher for alumina manufacture were air-dried at 105 degreeC. The analysis results of the dried material are as follows.

Figure kpo00007
Figure kpo00007

건조된 물질들과 물을 0.3갈론의 볼밀에 다음 양만큼 장입했다.The dried materials and water were charged to a 0.3 gallon ball mill in the following amounts.

Figure kpo00008
Figure kpo00008

장입물(MgO : Al2O3=0.423)을 4시간동안 분쇄하였다. 이때 생성된 슬러리를 실험실용 여과 깔대기에서 여과하면 수분 함량이 30중량%인 케이크가 얻어진다. 이 케이크를 105℃에서 공기 건조시킨 후의 벌크 밀도는 약 1.35g/cc이었다. 이와 같이 건조된 케이크를 1,680℃에서 1시간동안 소결시킨 후, 생성된 물질을 냉각시키고 내화제품에 사용할 수 있도록 작은 덩어리(집합체)로 분쇄하였다.The charge (MgO: Al 2 O 3 = 0.423) was ground for 4 hours. The resulting slurry is filtered in a laboratory filtration funnel to obtain a cake having a water content of 30% by weight. The bulk density after air drying this cake at 105 degreeC was about 1.35 g / cc. The cake thus dried was sintered at 1,680 ° C. for 1 hour and then the resulting material was crushed into small chunks (aggregates) for cooling and use in refractory products.

화학양론적 마그네슘 알루미네이트 첨정석의 이론 밀도가 3.58g/cc인 반면 상기 집합체의 진밀도는 3.57g/cc이었으며, 벌크밀도는 3.33/gcc(이론치의 93%)이었고, 평균 결정 입도는 10미크론 미만이었다. X-선회절 분석에 의하여 첨정석이 완전하게 형성되었음을 알아냈으며, 이때의 화학 조성은 다음과 같았다.The stoichiometric magnesium aluminate spinel had a theoretical density of 3.58 g / cc, while the true density of the aggregate was 3.57 g / cc, the bulk density was 3.33 / gcc (93% of theory), and the average grain size was 10 microns. Was less. X-ray diffraction analysis revealed that spinel was completely formed, and the chemical composition was as follows.

Figure kpo00009
Figure kpo00009

[실시예 2]Example 2

분쇄된 정도를 최소로 하여 혼련 공정을 수행할 수 있도록 장입물의 분쇄시간을 단지 0.5시간만으로 한 것 외에는 실시예 1의 공정을 반복하여 내화성 집합체를 제조하였다. 이와같이 제조된 집합체의 특성은 실시예 1에서의 집합체와 동등하였으나, 다만 벌크 밀도는 3.10g/cc(이론치의 87%)였다.The refractory aggregate was produced by repeating the process of Example 1 except that the grinding time of the contents of the contents was changed to only 0.5 hours so that the kneading process could be performed with a minimum degree of grinding. The properties of the aggregates thus prepared were equivalent to those in Example 1, except that the bulk density was 3.10 g / cc (87% of theory).

[실시예 3]Example 3

MgO : Al2O3의 비가 0.200-0.800이 되도록 볼밀에 장입되는 ESP 분말과 수산화 마그네슘의 장입량을 변화시켜 가면서 실시예 1의 공정에 따라 일련의 내화성 집합체를 제조하여 다음과 같은 결과를 얻었다.A series of refractory aggregates were prepared according to the process of Example 1 while varying the amounts of ESP powder and magnesium hydroxide charged into the ball mill so that the ratio of MgO: Al 2 O 3 was 0.200-0.800 to obtain the following results.

Figure kpo00010
Figure kpo00010

[실시예 4]Example 4

실시예 1의 성분들과 불화 알루미늄 결정(結晶)을 다음 양만큼 0.3갈론 볼밀에 장입하였다.The components of Example 1 and aluminum fluoride crystals were charged to a 0.3 gallon ball mill in the following amounts.

Figure kpo00011
Figure kpo00011

Figure kpo00012
Figure kpo00012

장입물(MgO : Al2O3=0.437)을 4시간동안 분쇄하고, 105℃에서 공기 건조시켰다. 건조된 케이크를 1,680℃에서 1시간동안 소결하여 냉각시킨 후 분쇄했다. 이와같이 제조된 집합체는 X-선 회절 분석 결과 완전히 반응된 첨정석으로서 약간 과량의 MgO를 함유하고 있는 것으로 나타났는데, 벌크 밀도는 3.39g/cc(이론치의 95%)이었으며, 화학 조성은 다음과 같았다.The charge (MgO: Al 2 O 3 = 0.437) was ground for 4 hours and air dried at 105 ° C. The dried cake was sintered and cooled at 1,680 ° C. for 1 hour and then ground. The aggregate thus prepared was found to contain slightly excess MgO as a fully reacted spinel by X-ray diffraction analysis. The bulk density was 3.39 g / cc (95% of theory) and the chemical composition was as follows. .

Figure kpo00013
Figure kpo00013

Figure kpo00014
Figure kpo00014

[실시예 5]Example 5

건조된 여과 케이크를 1,680℃에서 1시간동안 소결시키지 않고 1,425℃에서 4시간 동안 소광시킨 것 이외에는 실시예 1의 공정을 반복하였다. 이때 제조된 소광 케이크는 용이하게 분쇄될 수 있었는데, 분석결과 완전히 반응된 첨정석으로서 약간 과량의 MgO를 함유하고 있는 것으로 나타났으며, 진밀도는 3.56g/cc이었고, Na2O 함량은 0.58중량%이었다.The process of Example 1 was repeated except that the dried filter cake was quenched at 1,425 ° C. for 4 hours without sintering at 1,680 ° C. for 1 hour. At this time, the prepared matt cake could be easily pulverized. As a result of analysis, it was found that the spinel reacted completely and contained a slight excess of MgO, the true density was 3.56 g / cc, and the Na 2 O content was 0.58 weight. It was%.

[실시예 6]Example 6

실시예 1의 성분들과 빙정석을 다음 양만큼 0.3갈론 볼밀에 장입하였다.The components of Example 1 and cryolite were charged to a 0.3 gallon ball mill in the following amounts.

Figure kpo00015
Figure kpo00015

장입물(MgO : Al2O3=0.423)을 실시예 1의 공정에 따라 분쇄, 여과 및 건조시켰다. 건조된 케이크를 900℃에서 4시간동안 소광시키고, 생성된 소광물을 볼밀에서 3시간동안 건식 분쇄했다. 이와 같이 분쇄된 소광물을 X-선 회절 분석한 결과 첨정석은 완전하게 형성되었으며, 약간 과량의 MgO가 존재하고 있음을 알았다. 이 소광물의 Na2O 함량은 1.70중량%이었다.The charge (MgO: Al 2 O 3 = 0.423) was triturated, filtered and dried according to the process of Example 1. The dried cake was quenched at 900 ° C. for 4 hours and the resulting matte was dry milled for 3 hours in a ball mill. X-ray diffraction analysis of the pulverized mineral thus obtained showed that spinel was completely formed and there was a slight excess of MgO. The Na 2 O content of this matte was 1.70 wt%.

분쇄된 소광물을 5중량%의 물로 처리한 후, 10,000psi(703kg/cm2)의 압력으로 압착시켜 1″×1″×2″(2.5cm×2.5cm×5.1cm)의 슬러그로 만들고, 이 슬러그를 1,680℃에서 1시간동안 소성했다. 소성된 슬러그의 벌크 밀도는 3.37g/cc(이론치의 94%)이었으며, Na2O함량은 0.6중량%이었다.The pulverized matte was treated with 5% by weight of water and then pressed to a pressure of 10,000 psi (703 kg / cm 2 ) to make 1 ″ × 1 ″ × 2 ″ (2.5 cm × 2.5 cm × 5.1 cm) slugs, This slug was baked at 1,680 degreeC for 1 hour. The calcined slug had a bulk density of 3.37 g / cc (94% of theory) and a Na 2 O content of 0.6% by weight.

[실시예 7]Example 7

소결시간을 4시간으로, 소결온도를 1680℃가 아닌 1,600℃로 한 것 이외에는 실시예 1의 공정을 반복하여 내화성 집합체를 제조하였다. 집합체의 벌크 밀도는 3.09g/cc(이론치의 86%)이었으며, Na2O함량은 0.04중량%이었다.A fire resistant aggregate was produced by repeating the process of Example 1 except that the sintering time was 4 hours and the sintering temperature was 1,600 占 폚 instead of 1680 占 폚. The bulk density of the aggregate was 3.09 g / cc (86% of theory) and the Na 2 O content was 0.04 wt%.

[실시예 8]Example 8

소성된 케이크를 1,600℃의 소광물로서 처리한 것 이외에는 실시예 7의 공정을 반복하여 샘플을 제조하였다. 이 소성 케이크를 분쇄하여 8시간 동안 볼밀에서 혼련시켰다. 이와 같이 생성된 분말은 0.04중량%의 소다를 함유하고 있었으며, X-선 회절 분석한 결과 약간과량의 MgO을 함유하는 첨정석임이 밝혀졌다. 다음에 이 소광물을 5중량%의 물로 처리한 후 10,000psi(703kg/cm2)의 압력으로 압착시켜 1″×1″×2″(2.5cm×2.5cm ×5.1cm)의 슬러그로 만들고, 이 슬러그를 1,680℃에서 1시간동안 소성했다.A sample was prepared by repeating the process of Example 7 except that the calcined cake was treated as a 1,600 ° C. matt mineral. This calcined cake was ground and kneaded in a ball mill for 8 hours. The powder thus produced contained 0.04% by weight of soda, and X-ray diffraction analysis revealed that it was a spinel containing a slight excess of MgO. This matte is then treated with 5% by weight of water and compressed to a pressure of 10,000 psi (703 kg / cm 2 ) to make slugs of 1 ″ × 1 ″ × 2 ″ (2.5cm × 2.5cm × 5.1cm), This slug was baked at 1,680 degreeC for 1 hour.

소성된 슬러그의 벌크 밀도는 3.42g/cc(이론치의 96%)이었으며, Na2O 함량은 0.02중량%이었다.The calcined slug had a bulk density of 3.42 g / cc (96% of theory) and a Na 2 O content of 0.02% by weight.

[실시예 9]Example 9

실시예 1에 기술된 건조 ESP 분말과 다음 표에 나타낸 소성된 네스퀘호나이트(nesquehonite)를 물과함께 0.3갈론 볼밀에 장입했다.The dry ESP powder described in Example 1 and the calcined nesquehonite shown in the following table were charged into a 0.3 gallon ball mill with water.

Figure kpo00016
Figure kpo00016

이 장입물(MgO : Al2O3=0.781)을 실시예 1의 공정에 따라 처리하여 내화성 집합체를 제조하였으며, 그 결과는 다음과 같다.This charge (MgO: Al 2 O 3 = 0.781) was treated in accordance with the process of Example 1 to produce a fire-resistant aggregate, the results are as follows.

Figure kpo00017
Figure kpo00017

[실시예 10]Example 10

실시예 1의 성분들을 다음 양만큼 300갈론의 볼밀에 장입하였다.The components of Example 1 were charged to a 300 gallon ball mill in the following amounts.

Figure kpo00018
Figure kpo00018

장입물(MgO : Al2O3=0.44)을 10시간 동안 분쇄하고, 이때 생성된 슬러리를 팬(pan)에 담아 105℃에서 공기건조시켰다. 건조된 물질을 분쇄하고, 물을 결합제로 하여 고속도의 혼합-펠릿트화 기계에서 펠릿트화시켰다. 이와 같이 하여 생성된 구형펠릿트의 입도 분포는 다음과 같다.The charge (MgO: Al 2 O 3 = 0.44) was ground for 10 hours, and the resulting slurry was placed in a pan and air dried at 105 ° C. The dried material was ground and pelletized in a high speed mixed-pelleting machine with water as binder. The particle size distribution of the spherical pellets thus produced is as follows.

Figure kpo00019
Figure kpo00019

*미합중국 체규격(ASTM E-11-61). * U.S. Standard (ASTM E-11-61).

랑제(Lange)저, 핸드북 오브 케미스트리(Handbook of Chemistry) 11판(1973년간) 11절 2면 참조.Lange, Handbook of Chemistry, 11th Edition (1973), p. 11, p. 11.

건조된 펠릿트의 벌크 밀도는 1.56g/cc였으며, 이 펠릿트를 1,680℃에서 1시간동안 소성하여 다음 특성을 나타내는 생성물을 산출하였다.The bulk density of the dried pellets was 1.56 g / cc, and the pellets were calcined at 1,680 ° C. for 1 hour to yield a product having the following characteristics.

Figure kpo00020
Figure kpo00020

Figure kpo00021
Figure kpo00021

[실시예 11]Example 11

물을 함유하지 않은 장입물을 24시간동안 분쇄한 후 10,000psi(703kg/cm2)에서 압착하여 슬러그로 만들고, 이것을 2,100℃에서 1시간동안 소성한 것 이외에는 실시예 1의 공정을 반복하여 마그네슘 알루미네이트 첨정석을 제조하였다. 분쇄된 슬러그로 부터 우수한 품질의 내화성 집합체가 얻어졌다.The contents containing water were crushed for 24 hours and then pressed at 10,000 psi (703 kg / cm 2 ) to make slug, and the process of Example 1 was repeated except that it was calcined at 2,100 ° C. for 1 hour. Nate spinel was prepared. Fire-resistant aggregates of good quality were obtained from the ground slugs.

Claims (1)

본문에 상술한 바와 같이, 정전집진기(ESP; electrostatic precipitator) 분말 형태의 알루미나와 미세하게 분쇄된 마그네시아원료를 마그네시아 : 알루미나의 중량비가 약 0.4-0.8이 되도록 혼련하고, 이 혼련물을 약 1,600-2,000℃에서 상기 혼련물이 완전히 반응하기에 충분한 시간동안 가열하여, 벌크 밀도가 최소한 이론치의 약 90%이며 산화 나트륨의 함량이 0.1중량% 이하인 첨정석을 제조하는 것을 특징으로 하는 고순도 마그네슘 알루미네이트 첨정석의 제조방법.As described above, the alumina in the form of an electrostatic precipitator (ESP) powder and finely ground magnesia raw material are kneaded so that the weight ratio of magnesia to alumina is about 0.4-0.8, and the kneaded material is about 1,600-2,000. High purity magnesium aluminate spinel, characterized in that the mixture is heated for a time sufficient to fully react the kneaded mixture to produce a spinel having a bulk density of at least about 90% of theory and a sodium oxide content of 0.1% by weight or less. Manufacturing method.
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