[发明专利]基于熔融氧化铝的球形刚玉粒料以及生产所述粒料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于熔融氧化铝的球形刚玉粒料，其具有0.001-5mm球直径、0.5重量％的最大氧化钠含量、0.5重量％的最大氧化钛含量，并且涉及其制备方法。

背景技术

球形刚玉为人所知已有约75年，并且被商业制造已有约30年。US 1,871,792和US 1,871,793描述了使用压缩空气或蒸汽在还原条件下对液体刚玉的倾注流进行吹制。获得直径约0-5mm的中空刚玉球。在上面提到的美国专利中已经在先描述了目前仍在使用的制备方法的所有重要步骤。

中空球形刚玉主要用作耐火材料，由于球体中包含的空气空间因而其具有非常低的导热率。中空球形刚玉也用作热、化学腐蚀性气体和液体的过滤介质。

然而，除中空球体以外，对压力、冲击和磨损具有高机械抗性的更密实球体在技术上也是令人关注的。

主要通过球尺寸(球直径)、球壁厚度和生产刚玉球的氧化铝初生晶体的微晶尺寸来表征球形刚玉的物理性能。根据用途，对球形刚玉的性能具有非常不同的要求。因此，过去已经描述了许多努力用以通过改变使用的原材料或熔体中的添加剂、或通过改变浇注技术(倾注量、倾注流的操作、空气或蒸汽压力、喷嘴形状等)影响球形刚玉的性能。

US 2,261,639中描述了通过吹制制备密实氧化铝球，其中通过在熔体中添加1-10％氧化钠，随后进行吹制获得密实的球体。US2,340,194描述了在熔体中添加1-1.5％氧化钛，产生具有相对厚壁的耐压中空球。然而，根据这种方法制备的氧化铝球具有缺点，它们含有作为杂质的外来离子(钠、钛)。当使用这些材料作为喷砂磨料时，这可能是明显不利的，因为外来离子能够导致与要处理表面的不希望的反应。在氧化钠作为杂质的情况下，可能形成只具有轻微研磨作用的铝酸钠。

EP 1 157 077描述了多晶磨料粒料的制备，倾注液体刚玉，并通过使用超声波将熔融氧化铝分散为细滴来辅助其冷却。以这种方式获得平均直径小于1mm的密实颗粒。除了颗粒相对小之外(这限制了它们的应用领域)，该方法比较复杂，并且使用超声波不适于大规模生产。

DE 690 05 975 T2中描述了球形氧化铝粒料，其中将由经过超细研磨的α-氧化铝和粘土形成的水悬浮液通过喷雾干燥和随后的热处理加工成附聚物。这种球形氧化铝粒料的制备方式非常费力而且复杂，并且要求昂贵的原料。

因此，对于能够通过容易执行、有效的方法进行制备的更密实氧化铝球存在持续的需求。

发明内容

因此，本发明的目的是提供进一步密实的氧化铝球，以及所述氧化铝球的制备方法，该方法没有现有技术的缺点。

通过以下技术方案实现了这个目的：

1.基于熔融氧化铝的球形刚玉粒料，其具有0.001-5mm的球直径、0.5重量％的最大氧化钠含量和0.5重量％的最大氧化钛含量，特征在于该球形刚玉粒料具有1.5-2.5kg/L的堆积密度。

2.根据技术方案1的球形刚玉粒料，特征在于该球形刚玉粒料具有0.005-0.05m²/g的比表面(BET)。

3.根据技术方案1或2的球形刚玉粒料，特征在于该球形刚玉粒料具有≥20N，优选≥40N的粒料破裂强度

4.根据技术方案1-3中任一项的球形刚玉粒料，特征在于该球形刚玉粒料具有使用数字图像分析测量的小于50％，优选小于40％，特别优选小于30％的孔容积。

5.根据技术方案1-4中任一项的球形刚玉粒料，特征在于对于该球形刚玉粒料，相对于30-40％的总孔容积，小于3μm微孔的相对孔容积大于5％，优选大于15％。

6.制备根据技术方案1-5中任一项的球形刚玉粒料的方法，其中

a)在电弧炉中熔融氧化铝，并添加相对于原料总重量0.1-1％、优选0.2-0.6％的石英砂，

b)以小于100kg/分钟的倾注量倾注熔体，和

c)使用压缩空气以3-10巴的压力对倾注流进行吹制，特征在于在氧化条件下进行熔融。

令人惊讶的，已经发现可通过如下方法获得直径为0.001-5mm、氧化钠最大比例为0.5重量％、氧化钛最大比例也为0.5重量％、氧化铝含量大于98重量％以及堆积密度为1.5-2.5kg/L的氧化铝球：在电弧炉中在氧化条件下并在添加0.1-1重量％的氧化硅下熔融氧化铝，然后以小于100kg/分钟的倾注量倾注熔融的氧化铝，并用空气以3-10巴的压力吹制倾注流。

作为比较，市售可获得的中空球形刚玉的堆积密度为0.5-1.2kg/L。

还已经发现在吹制液体刚玉时仅使用空气而不添加水是有利的。