專利名稱：一種分離剛玉磨料中雜質礦物的方法
技術領域：
本發明涉及一種產品中雜質分離方法，具體涉及一種分離剛玉磨料中雜質礦物的方法。
背景技術：
剛玉的主要成分是A1203，其硬度僅次于金剛石，主要用于高級研磨材料。采用氧化鈦作為增韌劑的含鈦剛玉產品，其增韌機理是利用碳做還原劑，在熔融態時將4價鈦還原為3價鈦。還原反應平衡式如下:
Ti02+C Ti305C Τ 203 TiO Ti TiC+CO
該還原反應在1900-2250°C之間，即爐內物料熔融狀態下進行。反應產生的廢棄CO在溢出溶液后與空氣中的氧氣反應燃燒成C02排入大氣。通過控制碳的濃度，爐溫，可調整反應平衡點的移動而使反應獲得最大比例的Ti203。通過調整Ti02濃度，可調整反應最終獲得的Ti203含量。三價鈦可以進入剛玉晶格，溶液冷凝時即形成含鈦剛玉固溶體。三價鈦置換三價鋁后造成剛玉晶格畸變，這種晶格畸變使剛玉晶體抵抗外力沖擊的能力獲得提高。剛玉磨料中有效的三氧化二鈦含量對剛玉性能有重要影響。在含鈦剛玉磨料的實際應用中，調整剛玉中Ti203含量，即可獲得不同韌性指標，不同磨削用途的產品。以礬土為主要原料，碳為還原劑，經電弧爐冶煉提純生產的含鈦剛玉磨料中，除少量氧化鎂和部分氧化鈦以三氧化二鈦的形式固溶于剛玉晶體中，其他元素形成玻璃相等非剛玉礦物相分布于剛玉晶體晶界間，導致剛玉的純度較低，影響剛玉的性能及顯色。現有的技術方案中如:“一種剛玉的回收方法”(200410067088.5)中提出采用機械法去除剛玉中的雜質，但其去除的雜質均為剛玉顆粒表面粘附的其他物質，與剛玉顆粒內部晶體間雜質的去除無關。目前行業采用的化學成分分析方法，如何分離出剛玉中的雜質礦物，目前尚未見報道。

發明內容
為解決現有的剛玉磨料中存在雜質礦物影響剛玉的純度，造成剛玉性能下降，顯色性差等問題，本發明公開了一種分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，以達到有效清除剛玉中的雜質，凈化剛玉成分，使得剛玉顯色正常，提高性能的目的。本發明的技術方案如下:
一種分離剛玉磨料中雜質礦物的方法， 具體步驟如下:
一、首先將剛玉顆粒采用機械破碎法破碎；
二、后采用磁力分離法將破碎過程中產生的純鐵碎屑吸附與產品分離；
三、經第二步處理后得到的產品采用過量的HF或NaF或二者的混合酸液浸泡后，過濾出廢液，并用清水將產品抽濾后備用；四、將抽濾后的產品與濃硫酸以及濃硝酸混合攪拌均勻，后放入容器中，在加熱器中對其加熱至190-210°C，保溫50-70分鐘或直至酸液揮發物料硬化即可；
五、將硬化后的物料放入稀硫酸液中，將上述各步反應產生的殘留物溶解、分散，后過濾分離固相液相，得到固相物即為物理剛玉。優選的，步驟一中剛玉破碎后尺寸為小于等于60微米。 優選的，步驟三中所采用HF或NaF或二者的混合酸液的量為其與產品中娃反應所需量的5-10倍。優選的，步驟四中所采用的濃硫酸為98%wt濃度酸液。優選的,步驟四中所需濃硫酸的量為產品重量的5-30%,所需濃硝酸的量為產品重量的2-6%。優選的，步驟四中酸的配入量為產品完全浸潤所需量的2-10倍。優選的，步驟四中加熱溫度為195_205°C。優選的，步驟 四中加熱溫度為200°C。優選的，步驟四中保溫時間為I小時。優選的，步驟五中采用的稀硫酸濃度為5:95。本發明公開的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，首先將剛玉顆粒破碎后采用磁力吸附法將剛玉中的純鐵屑清除，后在HF或NaF或二者的混合酸液中破壞溶解剛玉中的玻璃相，之后經過與強酸反應溶解剛玉中的部分含鈦物質，最后經稀硫酸將前幾步驟的反應產物溶解分散并過濾得到基本純凈的剛玉，通過采用該分離方法有效去除了原產品中的大部分雜質礦物，提高了剛玉的純凈度，保證剛玉的顯色正常，同時提高了剛玉的性能，擴展了剛玉的用途。
具體實施例方式下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明公開了一種分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，以達到有效清除剛玉中的雜質，凈化剛玉成分，使得剛玉顯色正常，提高剛玉性能的目的。實施例1
一種分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，具體步驟如下:
一、首先將剛玉顆粒采用機械破碎法破碎；剛玉破碎后尺寸為小于等于60微米，破碎后的尺寸越小，侵蝕剛玉晶間雜質所需距離越短，反應越容易完成。不同的剛玉產品結晶尺寸有差異，一般破碎后的尺寸以剛玉最小的晶體尺寸為準，結晶尺寸大于45微米的產品，破碎尺寸可以放大。二、破碎后采用磁力分離法將破碎過程中產生的純鐵碎屑吸附與產品分離；去除剛玉中雜質礦物鐵。三、經第二步處理后得到的產品采用過量的HF浸泡后，過濾出廢液，并用清水將產品抽濾后備用；本步驟作用是破壞溶解玻璃相。
上述溶劑與產品中娃反應所需量按下述化學反應式確定:
4HF + Si02 — SiF4 + 2H20
所采用HF的量為其與產品中硅反應所需量的5-10倍，具體可為5、6、7、8、9、10倍等，視情況而定。本步驟在于去除剛玉中的SiF4。四、將抽濾后的產品與濃硫酸以及濃硝酸混合攪拌均勻，后放入容器中，在加熱器中對其加熱至190°C，保溫50分鐘或直至酸液揮發物料硬化即可；該步所采用的濃硫酸為98%wt濃度酸液，所需濃硫酸的量為產品重量的5-30%，所需濃硝酸的量為產品重量的2-6%，可取濃硫酸的量為5、10、15、20、25、30%等，濃硝酸的量可取2、3、4、5、6%等，酸的配入量為產品完全浸潤所需量的2-10倍即可，視情況而定。此外，產品在加熱時所需的容器一般為耐高溫坩堝，通常將其置于耐酸壓力釜中或其他高溫加熱爐中加熱，溫度偏低，反應進行不完全。溫度過高，酸液揮發過快。硝酸的作用在于將碳化鈦、一氧化鈦等氧化。濃硫酸在200°C可有效地與二氧化鈦反應，生成可溶的硫酸鈦。五、將硬化后的物料放入稀硫酸液中，所需酸液濃度為5:95，酸液的配入量以將產品完全浸沒為準。將上述各步反應產生的殘留物Ti(S04)2、SiF4等溶解、分散，后過濾分離固相液相，得到固相物即為物理剛玉。實施例2 其余與實施例1相同，不同之處在于，步驟三中采用的浸泡溶劑為NaF，其與產品中硅反應所需量按下述化學反應式確定:
4NaF + Si02 + 2H20 — SiF4 +4NaOH
所采用NaF的量為其與產品中硅反應所需量的5-10倍，具體可為5、6、7、8、9、10倍等，視情況而定。本步驟在于去除剛玉中的SiF4。步驟四中的加熱溫度為210°C，保溫時間為70分鐘。實施例3
其余與實施例1相同，不同之處在于，步驟三中采用的浸泡溶劑為NaF與HF 二者的混合酸液，其中混合酸液的量為其與產品中硅反應所需量的5-10倍，具體可為5、6、7、8、9、10倍等，視情況而定。本步驟在于去除剛玉中的SiF4。步驟四中的加熱溫度為191°C，保溫時間為51分鐘。實施例4
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為192°C，保溫時間為52分鐘。實施例5
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為194°C，保溫時間為54分鐘。實施例6
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為196°C，保溫時間為56分鐘。實施例7
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為198°C，保溫時間為58分鐘。實施例9
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為202°C，保溫時間為62分鐘。實施例10
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為204°C，保溫時間為64分鐘。實施例11
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為206°C，保溫時間為66分鐘。實施例12
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為208°C，保溫時間為68分鐘。實施例13 其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為210°C，保溫時間為70分鐘。實施例13
其余與實施例1或2或3相同，不同之處在于，步驟四中的加熱溫度為200°C，保溫時間為60分鐘。本實施例為本發明的最優方法，具體應用實例如下:
為檢測剛玉中固溶三氧化二鈦的含量，需將剛玉磨料中的物理剛玉分離出來進行檢測。某批次需檢測的剛玉產品平均二氧化鈦含量為2.8%wt。將需檢測剛玉產品破碎后，取粗(F24)(平均0.75毫米)、細(-F280)(小于60微米)兩段樣品。分離前樣品化學成分分析結果如下:
Si02%wtTi02%wtFe203%wtCa0%wtMg0%wt
細 1.084.030.140.120.18
粗 0.742.720.080.100.18
將粗段樣品繼續破碎至-F280。兩樣品各取20克，采用永磁磁鐵手工吸出鐵屑粒后，在過濾器中分別用5%的HF酸液100毫升沖洗抽濾5次，每次加入HF酸液后靜置5分鐘后抽濾。再用蒸餾水沖洗抽濾5次可基本將HF酸液及反應產物洗凈(具體抽濾次數可在抽濾時用試紙測定廢液酸度，漸現中性時即可停止)。將樣品取出，分別放入氧化鋁99瓷坩堝內(可采用不含玻璃相，可耐受試驗溫度，與硝酸、硫酸不反應的任何材質容器)。加入98%濃硫酸4毫升、濃硝酸I毫升。分別用玻璃棒攪拌均勻后放入烘箱在通風廚內加熱至200°C保溫I小時或至樣品固化。將坩堝取出冷卻后分別加入足量的5:95稀硫酸浸泡。樣品充分溶解后分別用蒸餾水沖洗，抽濾多次至濾液顯中性。樣品烘干后，在顯微鏡下用正交偏振光觀察，已看不到雜質礦相及玻璃相。樣品分別作常規化學分析，結果如下:
Si02%wtTi02%wtFe203%wtCa0%wtMg0%wt
細 0L 490.010.050.18
粗 01.450.0040.050.18從上述數據可得知經本發明處理后的產品中Si02已經完全清除，Fe203與CaO的含量也明顯減少；此時檢測到的鈦含量為實際進入剛玉晶格的三氧化二鈦折合成二氧化鈦的量。有效鈦含量約占總鈦量的53%[ (1.45+1.49) +2.80x2=0.53]。本發明公開的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，首先將剛玉顆粒破碎后采用磁力吸附法將剛玉中的純鐵屑清除，后在HF或NaF或二者的混合酸液中破壞溶解剛玉中的玻璃相，之后經過與強酸反應溶解剛玉中的部分含鈦物質，最后經稀硫酸將前幾步驟的反應產物溶解分散并過濾得到基本純凈的剛玉，通過采用該分離方法有效去除了原產品中的大部分雜質礦物，提高了剛玉的純凈度，保證剛玉的顯色正常，同時提高了剛玉的性能，擴展了剛玉的用途。以上為對本發明實施例的描述，通過對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和 新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，具體步驟如下: 一、首先將剛玉顆粒采用機械破碎法破碎； 二、后采用磁力分離法將破碎過程中產生的純鐵碎屑吸附與產品分離； 三、經第二步處理后得到的產品采用過量的HF或NaF或二者的混合酸液浸泡后，過濾出廢液，并用清水將產品抽濾后備用； 四、將抽濾后的產品與濃硫酸以及濃硝酸混合攪拌均勻，后放入容器中，在加熱器中對其加熱至190-210°C，保溫50-70分鐘或直至酸液揮發物料硬化即可； 五、將硬化后的物料放入稀硫酸液中，將上述各步反應產生的殘留物溶解、分散，后過濾分離固相液相，得到的固相物即為物理剛玉。
2.根據權利要求1所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟一中剛玉破碎后尺寸為小于等于60微米。
3.根據權利要求2所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟三中所采用HF或NaF或二者的混 合酸液的量為其與產品中硅反應所需量的5-10倍。
4.根據權利要求1-3任一項所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟四中所采用的濃硫酸為98%wt濃度酸液。
5.根據權利要求4所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟四中所需濃硫酸的量為產品重量的5-30%，所需濃硝酸的量為產品重量的2-6%。
6.根據權利要求5所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟四中酸的配入量為產品完全浸潤所需量的2-10倍。
7.根據權利要求6所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟四中加熱溫度為195-205 °C。
8.根據權利要求7所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟四中加熱溫度為200°C。
9.根據權利要求8所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟四中保溫時間為I小時。
10.根據權利要求9所述的分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，其特征在于，步驟五中采用的稀硫酸濃度為5:95。
全文摘要
一種分離剛玉磨料中雜質礦物的方法，具體步驟如下一、首先將剛玉顆粒破碎；二、后采用磁力分離法將純鐵碎屑吸附與產品分離；三、采用過量的HF或NaF或二者的混合酸液浸泡，破壞溶解玻璃相；四、將產品與濃硫酸以及濃硝酸混合攪拌均勻，在加熱器中對其加熱至190-210℃，保溫50-70分鐘或直至酸液揮發物料硬化即可；五、將硬化后的物料放入稀硫酸液中，將上述各步反應產生的殘留物溶解、分散，后過濾分離固相液相，得到的固相物即為物理剛玉。通過采用該分離方法有效去除了原產品中的大部分雜質礦物，提高了剛玉的純凈度，保證剛玉的顯色正常，同時提高了剛玉的性能，擴展了剛玉的用途。
文檔編號C01F7/46GK103101951SQ20111035743
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者陳秋生, 魏斌, 韓慶成, 吳春建 申請人:雅寶研磨材(蘇州)有限公司