Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania czystego korundu za pomoca procesu karboter- micznego.Znany jest sposób periodycznego wytwarza¬ nia korundu przez lagodna redukcje boksytu w piecu elektrycznym. Korund ten przeksztal¬ ca sie nastepnie w ziarna i stosuje czesto jako material scierny. Sposób ten odznacza^ sie przede wszystkim tym, ze temperatura procesu jest nizsza od 1950° C i zawartosc tlenku glinowego w otrzymywanych produktach nie jest nigdy wieksza od 97% wagowych.Wiadomo równiez, ze w celu wytworzenia sciernego korundu mozna stosowac boksyty ubogie w zelazo, ale konieczne jest dodawanie do wsadu zelaza zwykle w postaci tlenku.Wprowadza sie wówczas do pieca odpowiednia mieszanine boksytu, koksu i tlenku zelaza lub odpadków zelaza, przy czym te ostatnie wprowadza sie nie tylko w celu dostarczenia dostatecznej ilosci zelaza w celu przeprowadze¬ nia zanieczyszczen metalicznych w stopy zela¬ za, lecz równiez w celu umozliwienia prze¬ prowadzania magnetycznego oddzielania czastek krzemu, okludowanych w korundzie w postaci magnetycznego stopu z zelazem.Wiadomo równiez, ze procesy stosowane w technice nie pozwalaja na otrzymanie spo¬ sobem karbotermicznym korundu o wysokiej zawartosci tlenku glinowego.Stwierdzono, ze mozna wytwarzac czysty korund, o czystosci rzedu okolo 99,5% wagOfwych i wyzszej przez redukcje mineralów glinów^ ^pie^ elektrycznym w tempera¬ turze powy£ej 2OQ0e#C, *w której tlenek glino¬ wy jest w stanie plynnym, 1cz ponizej mniej wiecej 2200° C, zawierajacych tlenek glinowy, krzemionke, tlenek zelaza i inne zanieczysz¬ czenia w postaci tlenków metali, materialem zawierajacym wegiel, w ilosci nie mniejszej od tej jaka jest niezbedna do calkowitej reduk¬ cji tlenków zelaza i krzemu w rudzie glinowej, z równoczesnym wytwarzaniem sie stopów ze- lazo-krzemowych, których czesc pozostaje za¬ wieszona w kapieli. Do stopionej kapieli, za¬ wierajacej okolo 94^-35% tlenku glinu, dodaje sie nastepnie dalsza ilosc materialu zawiera¬ jacego wegiel, dzieki czemu podlegaja* redukcji wspomhiane inne zanieczyszczenia w postaci tlenków metali. Calkowita ilosc zastosowanego materialu zawierajacego wegiel przekracza stechiometryczna ilosc, wymagana do redukcji tlenków metali innych niz tlenek glinu zawarty w rudzie wyjsciowej. Nastepnie kapiel stopiona pokrywa sie cieplnie izolujaca warstwa tlenku gMnu, dodaje zelazo do stopionej kapieli, wskutek czego stopy zelazo-krzemowe w niej zawieszone osadzaja sie na dnie kapieli bez równoczesnego wytwarzania reakcyj endoter- micznych, dzieki czemu zmniejsza sie tempe¬ ratura oraz plynnosc kapieli, po czym spusz¬ cza sie kapiel z pieca w celu odzyskania oczyszczonego korundu.W celu calkowitego zredukowania tlenków zelaza i krzemu zawartych w traktowanych mineralach glinowych, zasadniczo bez redu¬ kowania tlenku glinowego, nalezy uzyc malego nadmiaru wegla. Zgodnie z wynalazkiem wy¬ mieniony nadmiar moze byc rzedu 35—50% wagowych w stosunku do stechiometrycznej ilosci potrzebnej do redukcji tlenków metali innych niz tlenek glinowy zawartych w wyjs¬ ciowym minerale, co na ogól w praktyce ozna¬ cza dodawanie takiej masy przerabianego mi¬ neralu, która przewyzsza wymagana ilosc te¬ oretyczna o 2,5—5% wagowych. W ten sposób na przyklad w przypadku kalcynowanego boksytu zawierajacego okolo 18% wagowych Fe203, ?% wagowych Si02 i 68% wagowych Al203 stosuje sie zgodnie ze znanymi metodami wytwarzania korundu sciernego okolo 7% wagowych koksu, podczas, gdy w sposobie wedlUg wynalazku dodaje sie okolo 10% koksu.Jako czynnik redukujacy moze byc uzyty bardzo czysty wegiel, taki jak koks ze smoly.Równiez mozna stosowac koks metalurgiczny, gdyz jego nieredukujace sie zanieczyszczenia, a mianowicie tlenki wapniowy i magnezowy, moga byc usuniete pózniej, jezeli przeszkadzaja w procesie produkcyjnym.W odróznieniu od znanych sposobów wytwa¬ rzania sciernego korundu, które prowadzone sa w temperaturze nizszej od temperatury 1950°C, w sposobie wedlug wynalazku, w celu otrzymania czystego tlenku glinowego, redukcje prowadzi sie w temperaturze powyzej 2000° C, w granicach temperatur 2100—2200° C tak, aze¬ by podtrzymac stopien plynnosci stopionej ka¬ pieli, wlasciwej do oczyszczania tlenku glino¬ wego.Po zakonczeniu procesu redukcji, stopiona kapiel z tlenku glinowego nie zawiera wcale tlenków zelaza i krzemu, jakkolwiek troche drobnych kuleczek stopu zelazo-krzemowego utworzonego przez redukcje wymienionych tlenków pozostaje okludowanych w postaci za¬ wiesiny w kapieli. Wieksza czesc, a nawet prawie calosc wspomnianego stopu, zbiera sie przez dekantacje na dnie pieca.Wynalazek umozliwia calkowite usuniecie tych kuleczek przez sciagniecie ich na dno za pomoca czystego, stopionego zelaza. Jest to proces trudny i wymaga ostroznego przepro¬ wadzenia. Nalezy unikac oziebienia kapieli, które spowodowaloby obnizenie jej plynnosci i ograniczaloby skutecznosc tego sposobu.Wspomniane zelazo otrzymuje sie przez sto¬ pienie nieutlenionych odpadków zelaza. Szcze¬ gólnie nalezy unikac dodawania kazdego zwiaz¬ ku zelaza zdolnego przez redukcje endotermicz- na do wydzielania zelaza. Dodanie takich zwiazków prowadziloby nieuchronnie do szko¬ dliwego obnizenia temperatury' kapieli.Wedlug najkorzystniejszej postaci wykony¬ wania wynalazku dodawanie zelaza do kapieli odbywa sie nastepujaco: Elektrode oczyszcza sie najpierw od otacza¬ jacej ja skorupy i na powierzchni cieklej ka¬ pieli umieszcza sie izolujaca cieplnie warstwe kalcynowanego tlenku glinowego lub sproszko¬ wanego juz oczyszczonego korundu. Warstwa musi byc dostatecznie gruba, aby zapobiec ochlodzeniu* górnej powierzchni kapieli; na ogól wystarcza 1,5—2 cm grubosci. Nastepnie kapiel ogrzewa sie w ciagu paru minut, po czym wprowadza do niej w ograniczonej ilosci mozliwie grube wióry zelaza w celu unikniecia zbyt gwaltownego ochlodzenia kapieli i osiag¬ niecia dzieki cieplnej warstwie izolujacej szyb¬ kiego stopienia zelaza. Operacje te powtarza — 2 —sie do czadu wprowadzenia ilosci wiórów ze¬ laza, potrzebnej do osiagniecia optimum oczysz¬ czania. Wymaga to 5,5—6,5 kg wiórów, ko¬ rzystnie okolo 6 kg na 100 kg oczyszczonego korundu.Jesli warstwa izolujaca cieplnie zostanie odsunieta przez wióry, nalezy ja na nowo uzupelnic przed nastepnym dodawaniem wió¬ rów. pekantacja nastepuje w ciagu paru minut po ostatnim dodaniu wiórów, po czym oczysz¬ czony w piecu korund spuszcza sie.W ten sposób na przyklad w piecu 150 kilo- watowym, dajacym moznosc spuszczania naraz okolo 200 kg oczyszczonego korundu, otrzy¬ muje sie dobre wyniki przestrzegajac naste¬ pujacego rozkaldu czasu.Czas 0 godz. — oczyszczenie elektrody i umieszczenie warstwy z ziarn korundu izolu¬ jacej cieplnie; od 0 godz. do 0 godz. 05 min. — ogrzewanie lazni; od 0 godz. do 0 godz. 15 min. — wprowadze¬ nie 12 kg wiórów zelaza w dwóch kolejnych jednakowych ladunkach; od 0 godz. 15 min. do 0 godz. 30 min. — de- kantacja; od 0 godz. 30 min. — spust.Przez poddawanie kapieli lagodnemu, regu¬ lowanemu i szybkiemu utlenianiu tlenem lub gazem zawierajacym tlen, na przyklad po¬ wietrzem, mozna usunac nadmiar wegla i sla¬ dy utworzonego weglika glinowego* Zgodnie z najkorzystniejszym sposobem re¬ alizowania wynalazku utlenianie prowadzi sie jednoczesnie z rozpylaniem na drobne kropelki cieklego tlenku glinowego przez energiczne doprowadzanie pradu powietrza w poprzek strumienia spuszczanej kapieli.Wskutek tego postepowania czastki wegla spalaja sie dajac tlenek wegla, podczas gdy weglik glinowy • utlenia sie nta tlenek glinowy, uwalniajac tlenek wegla.W praktyce, kapiel z oczyszczonego tlenku glinowego wylewa sie przez pochylenie pieca, a korund granuluje sie pod dzialaniem stru¬ mienia sprezonego powietrza, które dzieli stru¬ mien spustu na drobne kropelki i rzuca je do warstwy wody poprzez chlodzony z zewnatrz tunel, wykonany na przyklad z blachy alu¬ miniowej. Otrzymuje sie biale, zaokraglone wklesle ziarna o srednicy'ponizej 2 mm. Na¬ stepnie piec sie wyprostowuje i rozpoczyna nowy proces redukcyjny. W ten sposób praca pieca jest procesem ciaglym, co pozwala na oszczedzanie energii elektrycznej w porówna¬ niu z okresowym procesem stosowanym do¬ tychczas. Zelazokrzem, który zbiera sie na dnie pieca, wylewa sie okresowo.Plynnosc kapieli tlenku glinowego, otrzyma¬ nego przy karbotermicznej redukcji minera¬ lów glinowych, mozna zwiekszyc przez doda¬ wanie malych il:sci 1—2% wagowych tlenku magnezowego lub zwiazku magnezowego latwo ten tlenek tworzacego w warunkach prowadzo¬ nego procesu, na przyklad weglanu magnezo¬ wego.. Zmniejszenie lepkosci tej kapieli ulatwia dekantacje zanieczyszczen, szczególnie stopów zelaza, w trakcie procesu produkcyjnego, co pozwala ewentualnie na dodawanie mniejszych ilcsci wtórów zelaznych w celu dekantowania kuleczek stopu zelaza zatrzymanych, jak wy¬ jasniono wyzej, w kapieli ze stopniowego tlen¬ ku glinowego.Wedlug wynalazku jest mozliwym prowa¬ dzenie procesu karbotermicznego w znacznie nizszej temperaturze, przy czym uzyskuje sie stopien lepkosci kapieli odpowiedni do dekan- tacji zanieczyszczen.Tlenek magnezowy lub zwiazek. magnezu zdolny do tworzenia tlenku w warunkach pro¬ wadzonego procesu, na przyklad weglan mag¬ nezowy, mozna wprost dodawac do stopionej kapieli w trakcie karbotermicznej redukcji, aczkolwiek wedlug najkorzystniejszego sposo¬ bu realizowania wynalazku wymieniony tlenek aUbo wymieniony zwiazek dodaje sie.wprost do ladunku wprowadzonego do,pieca.Tlenek magnezowy, zawarty w otrzymywa¬ nych granulkach korundu, mozna usuwac w wiekszej czesci, ewentualnie nawet calko¬ wicie, przez dzia-lanie wodnym roztworem kwasu, na przyklad rozcienczonym kwasem solnym.Stwierdzono poza tym, ze w przypadku gdy zawartosc tytanu w otrzymanym korundzie jest wyzsza od wymaganej przy dalszym za¬ stosowaniu, wprowadzenie do stopionej kapieli, przed spustem, malych ilosci dowolnego zwiaz¬ ku boru, zdolnego do tworzenia w warunkach prowadzonego procesu, borotytanu, dajacego sie usunac przez dekantacje, tak jak ha przy- klad: bezwodny boraks, kwas borowy, weglik — 3 —boru, boracyt; itd., umozliwia prawie calkowi¬ cie usuniecie tytanu.Korund otrzymany sposobem wedlug wy¬ nalazku moze byc stosowany do wyrobu ma¬ terialu ogniotrwalego i izolujacego cieplnie albo jako pólprodukt do innych procesów techno¬ logicznych takich, jak na przyklad produkcja glinu.Nastepujace przyklady nieograniczajace wy¬ nalazku ilustruja rózne etapy procesu otrzymy¬ wania czystego korundu.Przeklad I. Do jednofazowego pieca o mo¬ cy 150 kw. laduje sie okolo 68% wagowych Al203, okolo 18% wagowych Fe203 okolo 7% wagowych Si02 i 8 kg wegla az po brzeg wylewu. Stopiona kapiel ma temperature 2100—2200° C j zawiera 94—95% AlaOs.Na pare godzin przed spustem dodaje sie uzupelniajaco 2 kg wegla w celu przeprowa¬ dzenia calkowitej redukcji, która kontroluje sie za pomoca zelaznego preta szybko zanu¬ rzanego w stopiony korund. Jesli zabarwienie korundu przylgnietego do preta przechodzi z ciemno szarego w czarne redukcja jest za¬ konczona.Siady boksytu -na powierzchni kapieli usu¬ wa sie przez dodanie sproszkowanego tlenku glinowego lub juz oczyszczonego korundu. Gdy warstwa boksytu stopi sie i na powierzchni pozostanie tylko tlenek glinowy, wprowadza sie do kapieli nieutlenione wióry zelaza-w sto¬ sunku 60 kg na 1 tone cieklej kapieli. Wióry ogrzane cieplem tlenku glinowego topnieja i podczas przechodzenia przez kapiel porywaja ze soba zawieszone w kapieli drobne kropelki zelazokrzemu.Utlenienie nadmiaru wegla i sladów utwo¬ rzonego weglika glinowego osiaga sie równo¬ czesnie z granulowaniem przez puszczanie gwaltownego strumienia sprezonego powietrza na cieply strumien w chwili, gdy wychodzi on z wylewu. Otrzymane granulki w postaci wkleslych kulek zbieraja sie w tunelu alu¬ miniowym o podwójnych scianach, z plaszczem wodnym i spadaja jeszcze rozgrzane do czerwo¬ nego zaru w gwaltowny strumien wody, który chlodzac przenosi je do aluminiowego zbiorni¬ ka i konczy utlenianie nadmiaru weglika juz osiagniete w znacznej czesci w pradzie po¬ wietrza.Nastepnie granulki. suszy sie i mechanicznie sortuje. Wyniki analizy otrzymanego produktu sa nastepujace: Minimum Maksimum zawartosci zawartosci Si Fe Ti CaO MgO A1203 0,005% 0,02 0,15 0,10 0,10 99,6 Korund taki mozna stosowac jako material do wykonywania wykladzin pieców albo jako material scierny o ile zawartosc w nim CaO i MgO nie przeszkadza. Mozna jednakze usu¬ nac wiecej niz 90% tych zanieczyszczen przez przemywanie ziarn rozcienczonych kwasem solnym.Wówczas zawartosc CaO, MgO i -AI2O3 bedzie nastepujaca: Minimum Maksimum zawartosci zawartosci CaO 0,01% 0,03% * MgO 0,01 0,02 A1203 99,78 95,65 Przyklad II. Mienfal glinowy traktuje sie jak opisano w przykladzie I. Jednakze po do¬ daniu wiórów zelaza i na krótko przed spus¬ tem dodaje sie mala ilosc kwasu borowego.Otrzymany produkt zawiera: Fe 0,05% Si 0,05% Ti 0,02% zamiast 0,3% Przyklad III. Do trójfazowego pieca elek¬ trycznego o mocy 400 kW laduje sie nastepuja¬ ca mieszanine: boksyt zawierajacy 70% Al20^ 100 kg wegiel 8 „ tlenek magnezowy zawierajacy 80% MgO 1750 „ Piec napelnia sie az do wylewu. Otrzymana stopiona kapiel zawiera 94—95% Al2Oz.Na kilka godzin przed . spustem dodaje sie dodatkowo 3—4 kg wegla w celu dokonczenia redukcji, która kontroluje sie za pomoca zer laznego preta, zanurzanego szybko do stopio¬ nego korundu. Jesli ciemno szare zabarwienie korundu przylgnietego do preta przejdzie w czarne redukcja jest zakonczona. — 4 — -Siady boksytu na powierzchni kapieli usuwa sie przez dodanie warstwy sproszkowanego tlenku glinowego lub juz oczyszczonego korun¬ du. Gdy warstwa boksytu stopi sie i na po¬ wierzchni pozostanie tylko tlenek glinowy, wprowadza sie do kapieli nieutlenione wióry zelazne w stosunku 60 kg na 1 tone cieklej kapieli. Wióry ogrzane cieplem tlenku glino¬ wego topnieja i podczas przechodzenia przez kapiel porywaja ze soba zawieszone w kapieli drobne kropelki zelazokrzemu.Nastepnie dodaje sie w malych ilosciach bez¬ wodnego boraksu, w stosunku 15 kg na 1 tone cieklego korundu. Boraks redukuje sie nad¬ miarem wegla w kapieli, bor zostaje uwolnio¬ ny i wiaze sie % tytanem, dajac TiB2f który dekantuje sie. Po 10 minutach dekantacji prze¬ prowadza sie spust.Nalezy zwrócic uwage, ze podczas tych pro¬ cesów jest koniecznym unikanie wszelkiego oziebienia kapieli w celu utrzymania plynnosci umozliwiajacej latwosc dekantacji.Utlenianie nadmiaru wegla i sladów utwo¬ rzonego weglika glinowego osiaga sie jedno¬ czesnie z granulowaniem przez puszczanie gwaltownego strumienia sprezonego powietrza na ciekly strumien w chwili, gdy wychodzi on z wylewu. Otrzymane ziarna w postaci wkleslych kulek zbieraja sie w tunelu alumi¬ niowym o podwójnych scianach z plaszczem wodnym i spadaja jeszcze rozgrzane do czerwo¬ nego zaru, do gwaltownego strumienia wody, który chlodzac unosi je do aluminiowego zbiornika i doprowadza do konca utlenianie nadmiaru weglika glinowego juz w znacznej czesci osiagniete w pradzie powietrza.Nastepnie granulki osusza sie i sortuje me¬ chanicznie. Analiza otrzymanego w ten sposób korundu wykazuje nastepujace wyniki: Si Fe Ti CaO MgO A1203 0,05% 0,04 0,04 0,20 1,8 97,8 W razie potrzeby tlenek wapniowy i tlenek magnezowy usuwa sie calkowicie lub czescio¬ wo, przemywajac kwasem solnym, jak opisa¬ no w przykladzie I.Z pieca o mocy 40 kW spuszcza sie sposo¬ bem ciaglym 1500—1800 kg granulowanego ko¬ rundu w ciagu 24 godzin. Co dwa dni stop zelaza spuszcza sie przez drugi wylew umiesz¬ czony na dnie pieca. PL