专利名称：单晶刚玉的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种铝的氧化物的生产方法。
传统的单晶刚玉生产方法是采用铝矾土、黄铁矿和含碳物质为原料，原料混合后送入电弧炉熔炼，在高温下炉内发生下述反应
熔炼完成后，炉内溶液中主要产物为Al2O3、Al2S3、ReS-杂质硫化物。将溶液缓冷，刚玉单晶体自溶液中析出，形成含有刚玉单晶体的熔块，然后加入水，发生水解反应，主要反应如下
分离Al(OH)3后，得到刚玉单晶体，即α-Al2O3传统生产方法因使用了黄铁矿，在熔炼过程中会分解、蒸发产生大量的SO2有害气体，熔块在水解过程中也会产生大量的H2S有害气体。此外，熔炼完成后，炉内溶液温度较单晶刚玉的熔点低很多，刚玉晶体的长大较困难。
本发明的目的在于，提供一种新的单晶刚玉的生产方法，该方法在原料中不使用黄铁矿或含硫物质，整个生产过程中不产生有害气体，而且刚玉晶体的长大较传统方法容易。
本发明是这样实现的A、一种单晶刚玉的生产方法，所用原料为铝矾土、含碳物质，生产步骤为a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
在上述的生产方法中，所述的铝矾土品位为含Al2O3量≥50%;所述的含碳物质按每份铝矾土用纯碳0.06～0.5份配重;所述的原料中还可加入0～1份的铁。
B、另一种单晶刚玉的生产方法，所用原料为氧化铝、含碳物质，生产步骤为a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
在上述的生产方法中，所述的含碳物质按每份氧化铝用纯碳0.015～0.3份配重，所述的原料中还加入0～0.2份的铁。
C、还有一种单晶刚玉的生产方法，所用原料为多晶体α-Al2O3含碳物质，生产步骤为a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
在上述的生产方法中，所述的含碳物质按每份多晶体α-Al2O3用纯碳0.015～0.4份配重;所述的原料中还可加入0～0.5份的铁。
在以上所述的三种生产方法中，所述的单晶体的分离可以采用如下两种方法中的任一种方法1、在所述熔块温度大于600C的条件下，使熔块与水反应，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用机械筛分法、或酸溶解法、或碱溶解法，分离出Al2O3微粒，得到刚玉单晶体。
方法2、将所述熔块冷却后置于酸性溶液中，加热煮沸，被酸溶解，得到单晶体和铝盐及烷类气体。
在以上所述的各种生产方法中，铁主要起吸收杂质的作用。
与现有技术相比较，本发明因在原料中未使用含有硫化物的物质，在整个生产过程中不会产生含硫有害气体，无需解决污染问题，可使生产成本大大降低。此外，本发明在熔炼结束后，炉内溶液温度较传统法的炉内溶液温度高，刚玉晶体较传统方法长大容易，单晶粒度分布曲线峰值可灵活调整。
具体实施例方式所述配比均为重量比，含碳物质均按含纯碳量计算。
实施例1原料 铝氧粉 1份石油焦 0.017～0.25份a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，经2100C以上高温熔炼后，炉内完成下述反应
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离所述熔块的温度缓冷到1500C～600C之间，将熔块与水或水蒸汽接触，熔块中Al4C3与水反应，熔块分散，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用机械筛分法分离Al2O3微粒和单晶刚玉颗粒。可获得直径0.07mm～2mm、含Al2O3量≥99%的α-Al2O3颗粒。
实施例2原料铝矾土 1份(含Al2O3量为90%)无烟煤 0.09～0.41份铸铁屑 0.2～0.6份a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，经2100C以上高温熔炼后，炉内完成下述反应
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离所述熔块的温度缓冷到1500C～600C之间，将熔块与水或水蒸汽接触，熔块中Al4C3与水反应，熔块分散，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用酸溶解法分离Al2O3微粒和单晶刚玉颗粒。可获得直径0.07mm～2mm、含Al2O3量≥98%的α-Al2O3颗粒。
实施例3
原料铝矾土 1份(含Al2O3量为50%、SiO2约20%、TiO2约2%、Fe2O3约25%)焦炭 0.19～0.61份铸铁屑 0.35～1份a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，经2100C以上高温熔炼后，炉内完成下述反应
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离所述熔块的温度缓冷到1500C～600C之间，将熔块与水或水蒸汽接触，熔块中Al4C3与水反应，熔块分散，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用碱溶解法分离Al2O3微粒和单晶刚玉颗粒。可获得直径0.07mm～2mm、含Al2O3量≥96%的α-Al2O3颗粒。
实施例4原料多晶体α-Al2O31份(含Al2O3量为95%)石油焦 0.02～0.3份铸铁屑 0.1～0.4份a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，经2100C以上高温熔炼后，炉内完成下述反应
反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;
b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;
c、单晶体的分离所述熔块的温度缓冷到1500C～600C之间，将熔块与水或水蒸汽接触，熔块中Al4C3与水反应，熔块分散，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用酸溶解法分离Al2O3微粒和单晶刚玉颗粒。可获得直径0.07mm～2mm、含Al2O3量≥98.5%的α-Al2O3颗粒。
铁在本发明中主要起吸收杂质的作用，可以达到提高单晶刚玉纯度的目的。其用量可视原料的品质、采用的分离方法、成品纯度要求而定。
权利要求
1.单晶刚玉的生产方法，其特征在于所用原料为铝矾土、含碳物质，生产步骤为a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液；b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块；c、单晶体的分离将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
2.根据权利要求1所述的单晶刚玉的生产方法，其特征在于所述的铝矾土品位为含Al2O3量≥50%;所述的含碳物质按每份铝矾土用纯碳0.06～0.5份配重;所述的原料中还加入0～1份的铁。
3.单晶刚玉的生产方法，其特征在于所用原料为氧化铝、含碳物质，生产步骤为a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;c、单晶体的分离将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
4.根据权利要求3所述的单晶刚玉的生产方法，其特征在于所述的含碳物质按每份氧化铝用纯碳0.015～0.3份配重，所述的原料中还加入0～0.2份的铁。
5.单晶刚玉的生产方法，其特征在于所用原料为多晶体α-Al2O3、含碳物质，生产步骤为a、熔炼将原料混合后投入电弧炉熔炼，原料熔化后，炉内进行下述反应反应完成后，炉内形成含Al2O3、Al4C3的溶液;b、晶体析出所述反应完成后，断电停止加热，随着炉内溶液温度的降低，刚玉单晶体自溶液中析出，析出的刚玉单晶体被Al4C3包围，形成含有刚玉单晶体的熔块;c、单晶体的分离将刚玉单晶体从所述熔块中分离出来。
6.根据权利要求1所述的一种单晶刚玉的生产方法，其特征在于所述的含碳物质按每份多晶体α-Al2O3用纯碳0.015～0.4份配重;所述的原料中还加入0～0.5份的铁。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的单晶刚玉的生产方法，其特征在于所述的单晶体的分离是采用如下方法在熔块温度大于600C的条件下，使熔块与水反应，形成Al2O3微粒、单晶刚玉颗粒和烷类气体;然后用机械筛分法、或酸溶解法、或碱溶解法，分离出Al2O3微粒，得到单晶刚玉颗粒。
8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的单晶刚玉的生产方法，其特征在于所述的单晶体的分离是采用如下方法将熔块冷却后置于酸性溶液中，加热煮沸，被酸溶解，得到单晶刚玉颗粒和铝盐及烷类气体。
全文摘要
本发明公开了一种单晶刚玉的生产方法，该方法在原料中不使用黄铁矿或含硫物质，在整个生产过程中不会产生含硫有害气体，无需解决污染问题，可使生产成本大大降低。此外，本发明在熔炼结束后，炉内溶液温度较传统法的炉内溶液温度高，刚玉晶体较传统方法长大容易，单晶粒度分布曲线峰值可灵活调整。
文档编号C30B29/20GK1113269SQ95100919
公开日1995年12月13日 申请日期1995年1月29日 优先权日1995年1月29日
发明者陈秋生 申请人:陈秋生