专利名称：一种分离刚玉磨料中杂质矿物的方法
技术领域：
本发明涉及一种产品中杂质分离方法，具体涉及一种分离刚玉磨料中杂质矿物的方法。
背景技术：
刚玉的主要成分是A1203，其硬度仅次于金刚石，主要用于高级研磨材料。采用氧化钛作为增韧剂的含钛刚玉产品，其增韧机理是利用碳做还原剂，在熔融态时将4价钛还原为3价钛。还原反应平衡式如下:
Ti02+C Ti305C Τ 203 TiO Ti TiC+CO
该还原反应在1900-2250°C之间，即炉内物料熔融状态下进行。反应产生的废弃CO在溢出溶液后与空气中的氧气反应燃烧成C02排入大气。通过控制碳的浓度，炉温，可调整反应平衡点的移动而使反应获得最大比例的Ti203。通过调整Ti02浓度，可调整反应最终获得的Ti203含量。三价钛可以进入刚玉晶格，溶液冷凝时即形成含钛刚玉固溶体。三价钛置换三价铝后造成刚玉晶格畸变，这种晶格畸变使刚玉晶体抵抗外力冲击的能力获得提高。刚玉磨料中有效的三氧化二钛含量对刚玉性能有重要影响。在含钛刚玉磨料的实际应用中，调整刚玉中Ti203含量，即可获得不同韧性指标，不同磨削用途的产品。以矾土为主要原料，碳为还原剂，经电弧炉冶炼提纯生产的含钛刚玉磨料中，除少量氧化镁和部分氧化钛以三氧化二钛的形式固溶于刚玉晶体中，其他元素形成玻璃相等非刚玉矿物相分布于刚玉晶体晶界间，导致刚玉的纯度较低，影响刚玉的性能及显色。现有的技术方案中如:“一种刚玉的回收方法”(200410067088.5)中提出采用机械法去除刚玉中的杂质，但其去除的杂质均为刚玉颗粒表面粘附的其他物质，与刚玉颗粒内部晶体间杂质的去除无关。目前行业采用的化学成分分析方法，如何分离出刚玉中的杂质矿物，目前尚未见报道。
发明内容
为解决现有的刚玉磨料中存在杂质矿物影响刚玉的纯度，造成刚玉性能下降，显色性差等问题，本发明公开了一种分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，以达到有效清除刚玉中的杂质，净化刚玉成分，使得刚玉显色正常，提高性能的目的。本发明的技术方案如下:
一种分离刚玉磨料中杂质矿物的方法， 具体步骤如下:
一、首先将刚玉颗粒采用机械破碎法破碎；
二、后采用磁力分离法将破碎过程中产生的纯铁碎屑吸附与产品分离；
三、经第二步处理后得到的产品采用过量的HF或NaF或二者的混合酸液浸泡后，过滤出废液，并用清水将产品抽滤后备用；四、将抽滤后的产品与浓硫酸以及浓硝酸混合搅拌均匀，后放入容器中，在加热器中对其加热至190-210°C，保温50-70分钟或直至酸液挥发物料硬化即可；
五、将硬化后的物料放入稀硫酸液中，将上述各步反应产生的残留物溶解、分散，后过滤分离固相液相，得到固相物即为物理刚玉。优选的，步骤一中刚玉破碎后尺寸为小于等于60微米。 优选的，步骤三中所采用HF或NaF或二者的混合酸液的量为其与产品中娃反应所需量的5-10倍。优选的，步骤四中所采用的浓硫酸为98%wt浓度酸液。优选的,步骤四中所需浓硫酸的量为产品重量的5-30%,所需浓硝酸的量为产品重量的2-6%。优选的，步骤四中酸的配入量为产品完全浸润所需量的2-10倍。优选的，步骤四中加热温度为195_205°C。优选的，步骤 四中加热温度为200°C。优选的，步骤四中保温时间为I小时。优选的，步骤五中采用的稀硫酸浓度为5:95。本发明公开的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，首先将刚玉颗粒破碎后采用磁力吸附法将刚玉中的纯铁屑清除，后在HF或NaF或二者的混合酸液中破坏溶解刚玉中的玻璃相，之后经过与强酸反应溶解刚玉中的部分含钛物质，最后经稀硫酸将前几步骤的反应产物溶解分散并过滤得到基本纯净的刚玉，通过采用该分离方法有效去除了原产品中的大部分杂质矿物，提高了刚玉的纯净度，保证刚玉的显色正常，同时提高了刚玉的性能，扩展了刚玉的用途。
具体实施例方式下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明公开了一种分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，以达到有效清除刚玉中的杂质，净化刚玉成分，使得刚玉显色正常，提高刚玉性能的目的。实施例1
一种分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，具体步骤如下:
一、首先将刚玉颗粒采用机械破碎法破碎；刚玉破碎后尺寸为小于等于60微米，破碎后的尺寸越小，侵蚀刚玉晶间杂质所需距离越短，反应越容易完成。不同的刚玉产品结晶尺寸有差异，一般破碎后的尺寸以刚玉最小的晶体尺寸为准，结晶尺寸大于45微米的产品，破碎尺寸可以放大。二、破碎后采用磁力分离法将破碎过程中产生的纯铁碎屑吸附与产品分离；去除刚玉中杂质矿物铁。三、经第二步处理后得到的产品采用过量的HF浸泡后，过滤出废液，并用清水将产品抽滤后备用；本步骤作用是破坏溶解玻璃相。
上述溶剂与产品中娃反应所需量按下述化学反应式确定:
4HF + Si02 — SiF4 + 2H20
所采用HF的量为其与产品中硅反应所需量的5-10倍，具体可为5、6、7、8、9、10倍等，视情况而定。本步骤在于去除刚玉中的SiF4。四、将抽滤后的产品与浓硫酸以及浓硝酸混合搅拌均匀，后放入容器中，在加热器中对其加热至190°C，保温50分钟或直至酸液挥发物料硬化即可；该步所采用的浓硫酸为98%wt浓度酸液，所需浓硫酸的量为产品重量的5-30%，所需浓硝酸的量为产品重量的2-6%，可取浓硫酸的量为5、10、15、20、25、30%等，浓硝酸的量可取2、3、4、5、6%等，酸的配入量为产品完全浸润所需量的2-10倍即可，视情况而定。此外，产品在加热时所需的容器一般为耐高温坩埚，通常将其置于耐酸压力釜中或其他高温加热炉中加热，温度偏低，反应进行不完全。温度过高，酸液挥发过快。硝酸的作用在于将碳化钛、一氧化钛等氧化。浓硫酸在200°C可有效地与二氧化钛反应，生成可溶的硫酸钛。五、将硬化后的物料放入稀硫酸液中，所需酸液浓度为5:95，酸液的配入量以将产品完全浸没为准。将上述各步反应产生的残留物Ti(S04)2、SiF4等溶解、分散，后过滤分离固相液相，得到固相物即为物理刚玉。实施例2 其余与实施例1相同，不同之处在于，步骤三中采用的浸泡溶剂为NaF，其与产品中硅反应所需量按下述化学反应式确定:
4NaF + Si02 + 2H20 — SiF4 +4NaOH
所采用NaF的量为其与产品中硅反应所需量的5-10倍，具体可为5、6、7、8、9、10倍等，视情况而定。本步骤在于去除刚玉中的SiF4。步骤四中的加热温度为210°C，保温时间为70分钟。实施例3
其余与实施例1相同，不同之处在于，步骤三中采用的浸泡溶剂为NaF与HF 二者的混合酸液，其中混合酸液的量为其与产品中硅反应所需量的5-10倍，具体可为5、6、7、8、9、10倍等，视情况而定。本步骤在于去除刚玉中的SiF4。步骤四中的加热温度为191°C，保温时间为51分钟。实施例4
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为192°C，保温时间为52分钟。实施例5
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为194°C，保温时间为54分钟。实施例6
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为196°C，保温时间为56分钟。实施例7
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为198°C，保温时间为58分钟。实施例9
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为202°C，保温时间为62分钟。实施例10
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为204°C，保温时间为64分钟。实施例11
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为206°C，保温时间为66分钟。实施例12
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为208°C，保温时间为68分钟。实施例13 其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为210°C，保温时间为70分钟。实施例13
其余与实施例1或2或3相同，不同之处在于，步骤四中的加热温度为200°C，保温时间为60分钟。本实施例为本发明的最优方法，具体应用实例如下:
为检测刚玉中固溶三氧化二钛的含量，需将刚玉磨料中的物理刚玉分离出来进行检测。某批次需检测的刚玉产品平均二氧化钛含量为2.8%wt。将需检测刚玉产品破碎后，取粗(F24)(平均0.75毫米)、细(-F280)(小于60微米)两段样品。分离前样品化学成分分析结果如下:
Si02%wtTi02%wtFe203%wtCa0%wtMg0%wt
细 1.084.030.140.120.18
粗 0.742.720.080.100.18
将粗段样品继续破碎至-F280。两样品各取20克，采用永磁磁铁手工吸出铁屑粒后，在过滤器中分别用5%的HF酸液100毫升冲洗抽滤5次，每次加入HF酸液后静置5分钟后抽滤。再用蒸馏水冲洗抽滤5次可基本将HF酸液及反应产物洗净(具体抽滤次数可在抽滤时用试纸测定废液酸度，渐现中性时即可停止)。将样品取出，分别放入氧化铝99瓷坩埚内(可采用不含玻璃相，可耐受试验温度，与硝酸、硫酸不反应的任何材质容器)。加入98%浓硫酸4毫升、浓硝酸I毫升。分别用玻璃棒搅拌均匀后放入烘箱在通风厨内加热至200°C保温I小时或至样品固化。将坩埚取出冷却后分别加入足量的5:95稀硫酸浸泡。样品充分溶解后分别用蒸馏水冲洗，抽滤多次至滤液显中性。样品烘干后，在显微镜下用正交偏振光观察，已看不到杂质矿相及玻璃相。样品分别作常规化学分析，结果如下:
Si02%wtTi02%wtFe203%wtCa0%wtMg0%wt
细 0L 490.010.050.18
粗 01.450.0040.050.18从上述数据可得知经本发明处理后的产品中Si02已经完全清除，Fe203与CaO的含量也明显减少；此时检测到的钛含量为实际进入刚玉晶格的三氧化二钛折合成二氧化钛的量。有效钛含量约占总钛量的53%[ (1.45+1.49) +2.80x2=0.53]。本发明公开的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，首先将刚玉颗粒破碎后采用磁力吸附法将刚玉中的纯铁屑清除，后在HF或NaF或二者的混合酸液中破坏溶解刚玉中的玻璃相，之后经过与强酸反应溶解刚玉中的部分含钛物质，最后经稀硫酸将前几步骤的反应产物溶解分散并过滤得到基本纯净的刚玉，通过采用该分离方法有效去除了原产品中的大部分杂质矿物，提高了刚玉的纯净度，保证刚玉的显色正常，同时提高了刚玉的性能，扩展了刚玉的用途。以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和 新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，具体步骤如下: 一、首先将刚玉颗粒采用机械破碎法破碎； 二、后采用磁力分离法将破碎过程中产生的纯铁碎屑吸附与产品分离； 三、经第二步处理后得到的产品采用过量的HF或NaF或二者的混合酸液浸泡后，过滤出废液，并用清水将产品抽滤后备用； 四、将抽滤后的产品与浓硫酸以及浓硝酸混合搅拌均匀，后放入容器中，在加热器中对其加热至190-210°C，保温50-70分钟或直至酸液挥发物料硬化即可； 五、将硬化后的物料放入稀硫酸液中，将上述各步反应产生的残留物溶解、分散，后过滤分离固相液相，得到的固相物即为物理刚玉。
2.根据权利要求1所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤一中刚玉破碎后尺寸为小于等于60微米。
3.根据权利要求2所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤三中所采用HF或NaF或二者的混 合酸液的量为其与产品中硅反应所需量的5-10倍。
4.根据权利要求1-3任一项所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤四中所采用的浓硫酸为98%wt浓度酸液。
5.根据权利要求4所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤四中所需浓硫酸的量为产品重量的5-30%，所需浓硝酸的量为产品重量的2-6%。
6.根据权利要求5所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤四中酸的配入量为产品完全浸润所需量的2-10倍。
7.根据权利要求6所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤四中加热温度为195-205 °C。
8.根据权利要求7所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤四中加热温度为200°C。
9.根据权利要求8所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤四中保温时间为I小时。
10.根据权利要求9所述的分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，其特征在于，步骤五中采用的稀硫酸浓度为5:95。
全文摘要
一种分离刚玉磨料中杂质矿物的方法，具体步骤如下一、首先将刚玉颗粒破碎；二、后采用磁力分离法将纯铁碎屑吸附与产品分离；三、采用过量的HF或NaF或二者的混合酸液浸泡，破坏溶解玻璃相；四、将产品与浓硫酸以及浓硝酸混合搅拌均匀，在加热器中对其加热至190-210℃，保温50-70分钟或直至酸液挥发物料硬化即可；五、将硬化后的物料放入稀硫酸液中，将上述各步反应产生的残留物溶解、分散，后过滤分离固相液相，得到的固相物即为物理刚玉。通过采用该分离方法有效去除了原产品中的大部分杂质矿物，提高了刚玉的纯净度，保证刚玉的显色正常，同时提高了刚玉的性能，扩展了刚玉的用途。
文档编号C01F7/46GK103101951SQ20111035743
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者陈秋生, 魏斌, 韩庆成, 吴春建 申请人:雅宝研磨材(苏州)有限公司