Искусственные абразивные материалы

Искусственные абразивные материалы по технологическим особенностям
их производства можно разделить на три основные группы:

1) электрокорундовые материалы (на основе А1₂0₃), получаемые методом
плавления в рудотермических электропечах;

2) материалы карбонитридной группы (на основе графита, карбидов, нитридов, получаемые синтезом в камерах высокого давления и в электропечах
сопротивления;

3) спеченные абразивные материалы, получаемые спеканием абразивных
порошков.

К электрокорундовым материалам относятся материалы, состоящие из
корунда и небольшого количества примесей. Промышленностью производится несколько разновидностей электрокорунда: электрокорунд нормальный, монокорунд, белый электрокорунд, легированные электрокорунды. Химический и минералогический состав электрокорундов представлен в табл. 1.2 и 1.3. Основным минералом, составляющим электрокорундовые материалы, является корунд — разновидность глинозема α-А1₂0₃, кристаллизующийся в тригональной сингонии с элементарной ячейкой в виде острого ромбоэдра.

К группе карбонитридных абразивных материалов относятся карбиды бора
и кремния, синтетические алмазы и кубический нитрид бора.

Синтетические алмазы и кубический нитрид бора представляют собой однофазные материалы кубической структуры, получаемые из графита и гексагонального нитрида бора соответственно в камерах высокого давления при
высоких температурах и давлениях. Синтетические алмазы обладают практически теми же физико-химическими свойствами, что и натуральные алмазы.

Применяются в керамике и в производстве абразивного инструмента

Технологические особенности производства электрокорундовых материалов

Нормальный электрокорунд

Сырье и материалы

Основным сырьем для выплавки нормального электрокорунда являются бокситы. При классификации бокситов используют следующие основные и наиболее важные признаки: химический и минералогический состав, генезис и технологические свойства, реже — литологические и петрографические особенности. Одна из первых классификаций бокситов была предложена Ж. Лаппараном на основе анализа бокситов Франции. Ж. Лаппаран относил к бокситам
породы, в которых массовая доля А1₂0₃ составляет более 40 %, a Fe₂0₃ — менее
30 % при отношении Al₂0₃/Si0₂, равном не менее I (здесь и далее отношение
Al₂0₃/Si0₂ — кремниевый модуль M_Si0j, а отношение А1₂Оз/СаО — кальциевый
модуль М_0|0).

По кремниевому модулю и по содержанию Fe₂0₃ в бокситах их делят на высокоглиноземистые, глиноземистые, кремнистые, высококремнистые, многожелезистые, железистые и маложелезистые).

По минеральному составу Ж. Лаппаран выделил четыре типа бокситов: диаспоровый, бемитовый, гиббситовый и каолиновый. А.К. Белоусов разделил бокситы на три типа: моногидратный, тригидратный и смешанный. Е.В. Рожкова и М.В. Соболева детализировали эти три группы по минеральным составляющим; их классификация охватывает почти все литологические разновидности, но в ней не учитываются бокситы, содержащие корунд, сульфиды и карбонаты, а также переходные разновидности от бокситов к железным
рудам.

Моногидратные бокситы представлены бемитом, диаспором или смесью этих минералов. Обычно эти бокситы железистые с примесями каолинита, сидерита, хлорита, пирита, гиббсита, кальцита. Такими бокситами сложено
большинство месторождений Урала. Сибири, Средней Азии, юга Европы, Турции.

Тригидратные, или гиббситовые, бокситы бывают железистые или маложелезистые с разным содержанием каолинита, бемита, а иногда содержат сидерит и кальцит. Гиббситовыми бокситами сложены многие месторождения тропических стран и стран СНГ. Маложелезистые гиббситовые бокситы имеются в месторождениях Суринама, Индии, Китая.

Подготовка бокситного сырья

Как было показано (см. табл. 2.5, 2.6, 2.7), все бокситы содержат достаточно высокую долю влаги (15-35 %). Это исключает непосредственное использование сырых бокситов для плавки нормального электрокорунда, поскольку гидратная влага приводит к нестабильному ходу плавки в результате вскипания и выброса расплава, а также к росту затрат электроэнергии. В связи с этим
перед выплавкой электрокорунда бокситы проходят предварительную их подготовку к плавке: прокалку (процесс кальцинации) для удаления внутрикристаллической влаги или агломерацию — процесс высокотемпературного спекания боксита с восстановителем, обеспечивающим одновременно удаление
влаги, частичное восстановление примесей и окускование материала.

Технологический процесс агломерации бокситов, представленный в виде схемы на рис. 2.1, осуществляется в специальных агломерационных машинах и включает подготовку исходных материалов — дробление бокситов до крупности менее 15 мм и антрацита или кокса до размера частиц менее 5 мм,

смешивание их в расчетном соотношении, увлажнение в специальном барабане и подачу шихты слоем в 200-350 мм на ленту агломерационной машины. При температуре 1400—1450 °С в агломерационной машине происходит спекание и оплавление боксита с частичным восстановлением оксида железа Fe₂O₃до FeO и с образованием агломерата, который после отсева фракции до 15 мм поступает на плавку электрокорунда. Фракция агломерата менее 15 мм поступает на повторную агломерацию. Схема аппаратурного оформления технологического процесса агломерации показана на рис. 2.2. Согласно приве-
денной схеме боксит из закрома склада сырья грейферным краном / подает-
ся в исходный бункер 2 через колосниковую решетку, расположенную над
бункером, затем транспортером 3боксит направляется в шековую дробилку 4 и через бункер 5 поступает в молотковую дробилку 6. Далее раздробленный боксит (размер частиц менее 15 мм) подается элеватором 7 в тарельчатый
питатель «У и из него элеватором транспортируется в смесительный барабан 12. Параллельно подругой линии через бункер 9, молотковую дробилку 10 и приемный бункер антрацита в смесительный барабан 12 поступает антрацит (размер частиц менее 5 мм); в смесительном барабане боксит и антрацит перемешиваются с увлажнением их водой, и полученная смесь через маятниковый питатель 13 и барабанный питатель 14 подается в агломерационную машину 17, которая снабжена вентилятором 15, горном 16, газоходом 18,

 

мультициклоном 19 и аглоэксгаустером 20. Агломерированный боксит поступает в одновалковую дробилку 21 и после дробления через колосниковый грохот 22 и пластинчатый питатель 24отгружается в вагон, а отсевы остаются в бункере возврата 23.