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当刚玉的化学组成

发布时间:2021-09-11 03:34:24 阅读: 来源:吊灯厂家

刚玉的化学组成

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刚玉的化学组成来源:中国五金商机日期:一、 矿产名称:刚玉(Corundum) 因此石墨烯有望代替碳纳米管成为聚合物基碳纳米复合材料的优良填料二、 矿床类型及其分布 刚玉矿床类型主要有三类,现分述如下。 1、岩浆岩矿床 本类型矿床中又可分为两种。

一、 矿产名称:刚玉(Corundum) 二、 矿床类型及其分布 刚玉矿床类型主要有三类,现分述如下。 1、岩浆岩矿床 本类型矿床中又可分为两种。

一、 矿产名称:刚玉(Corundum)

二、   矿床类型及其分布

刚玉矿床类型主要有三类,现分述如下。

1、岩浆岩矿床

本类型矿床中又可分为两种。

(1)霞石正长岩刚玉矿床

该类型矿床是在岩浆分异作用过程中形成的,刚玉集中于岩体的边缘部位。如加拿大安大略阿斯庭斯刚玉矿床。刚玉为柱状晶体,长达50cm,Al2O3含量在95%以上。

(2)去硅伟晶岩刚玉矿床

该类型矿床见于南非德兰士瓦附近。围岩为太古代杂岩,刚玉产于伟晶岩中,品位变化很大,低者仅5%,而富集部位品位达80%左右。该矿床除伟晶岩外,还有一种粗结晶岩石,称为珠云刚玉岩,其中刚玉成层状,出现于珍珠云母的集合体中。

2、变质岩刚玉矿床

主要为在碱性热液作用欧洲需求量为210万吨下,由次生石英岩中的高铝矿物如红柱石、蓝晶石等,经变质作用形成。这种矿床的矿体多为透镜状,长度可达数百米。刚玉常与红柱石共生。富矿中刚玉的含量可达95%。

3、刚玉砂矿床

刚玉砂矿凡间床为原生矿床风化产物,矿石中常伴生有红柱石,蓝晶石,有时还伴生有红、蓝宝石。

资源分布

中国刚玉矿床分砂矿和原生矿两种,主要产地有:江苏六合,福利明溪,海南蓬莱,湖北英山,云南麻粟坡,河南灵宝,西藏曲水等地。此外,河南登封及陕西佛坪新见有矿产地。

 

三、   矿床的一般工业指标

砂矿:

工业品位:含矿率(矿物)≥7.7千克/米3。

刚玉矿物:含Al2O3>94%。

有害组分:Fe2O3  3.53~4.35%。

灼失量: 0.06~0.23%。

可采厚度:0.5米。

原生矿:

工业品位:矿物30%。

 

四、   矿石性质

刚玉是一种纯的结晶氧化铝,莫氏硬度为9,在天然矿物中,硬度仅次于金刚石。,刚玉虽是铝的氧化物,但密度是4g/cm3左右。比金属铝大。刚玉的外观有强烈的玻璃光泽,颜色多样,常见黄灰、蓝灰。含钛的刚玉呈碧蓝一青蓝色,称蓝宝石,含铬呈红色透明者则称红宝石,绿色的为绿玉,黄色的为黄玉,都是名贵的宝石。

刚玉的主要性质列于表1。

表1     刚玉的矿物性质

化学式

化学组成%

密度g/cm3

莫氏硬度

晶系

晶形

颜色

Al2O3

Al52.9  O47.1

3.39~4.10

9

三方晶系

板、柱、锥

无色、白、灰、黄、褐、绿、蓝色

刚玉的结晶中,当含有磁铁矿,赤铁矿、石英等杂质,并呈铁矿一样外观的粒状集合块时,称为刚玉砂或称金刚砂(但金刚砂这一名称有时亦指碳化硅)。金刚砂在一般情况下约含60%的刚玉(参见表2),多呈锖灰色和黑色。密度2.7~4.3 g/cm3,莫氏硬度为7~9。

表2    金刚砂的化学组成(%)

产    地

Al2O3

SiO2

Fe2O3

CaO

MgO

H2O

希腊纳克斯刚砂

62.62

4.90

31.41

0.45

0.06

1.04

土耳其刚砂

60.10

1.80

33.20

0.80

 

5.62

日本新木浦刚砂

48.42

8.40

19.90

4.76

 

 

湖北英山甲河刚砂

>94

 

3.53~4.35

 

 

 

 

五、   工艺特性及主要用途

刚玉主要用作研磨材料。可制成砂轮、研磨盘、研磨纸及研磨粉等,也可作仪器快速转动轴承。刚玉粉还能磨修精密仪器的光学玻璃。透明色鲜的刚玉则是天然宝石。

由于人造磨料(包括人造刚玉和碳化硅)具有成型自由、质量均匀、能大批生产等优点,因而大量取代了天然刚玉作各种研磨材料。人造刚玉是将铝矾土在电弧炉中熔化,提高氧化铝的成分,然后将凝固块粉碎、整粒而成。日本工业规格规定,由棕色刚玉结晶组成者称“棕刚玉磨料”,用符号A表示。高纯度的氧化铝用同样方法制成的产品中,由纯白色刚玉结晶组成者称“白刚玉磨料”,用符号WA表示。在整粒的制品中,由刚玉结晶和莫来石结晶组成者,称为“人造刚砂磨料”(AE)。

此外,用刚玉磨料制成的砂布、砂纸,用符号AA表示,用刚玉砂制成的砂布和砂纸,用符号E表示。

在刚玉磨料内加入结合剂,可制成砂轮。用粘结剂使刚玉磨料固定在棉布和纸的表面,可制成砂布和砂纸。刚玉磨料除上述用途外,还可作高铝耐火材料的原料。

用刚玉磨料作原料制成的砂轮(A、WA砂轮)用于软钢、高速钢、特殊钢的磨削加工。砂布、砂纸用于木材、钢材的研磨加工。尤其是1级砂纸(AA)适合作木工和不锈钢的研磨用。

(金)刚砂布、(金)刚砂纸在电镀自行车时,可用于研磨基底,还用于其他理化仪器的加工和精加工等方面。

在人造刚玉磨料的微粉中,混入脂肪、脂肪酸或树脂等油脂类,经加热、冷却、固化后,可制成油脂性研磨材料。在油脂性研磨材料中,用刚砂和人造刚玉作原料制成棒状抛光膏,用于硬金属表面粗加工的研磨。用烧成刚玉作材料制成的“白棒”,广泛用于合成树脂和木制品的研磨加工。

由于刚玉强韧和耐久性好,和水泥、沥青等有良好的调和性,可用于公路止滑、化工厂板铺装以及堰堤护床的表装材料、耐火材料及生产人造刚玉(假宝石)的原料等方面。

 

六、   产品质量要求(标准)

(一)       目前国内尚无统一指标要求,根据用途参考我国已开发利用的矿床实例,列出如下标准:

1、湖北英山甲河刚玉矿床

工业品位:含矿率矿物7.7kg/m3,   刚玉矿物含Al2O3>94%。

有害组分:Fe2O33.53~4.35%;烧失量0.06~0.23%。

可采厚度:0.5m。

2、西藏曲水宗娘规原生刚玉矿床

工业品位:矿物30%。

3、据原苏联资料:当刚玉的Al2O3大于75%时,矿石含刚玉达55%者,不须选矿;含10~15%时须选矿后才能利用;在选矿条件好的情况下,甚至可降低到5%。

刚玉粉一般含刚玉12~15%;含刚玉20%以上为好矿;含8%的有时也可用。工业利用的刚玉矿石中氧化铁(FeO)加三氧化二铁(Fe2O3)的含量不应大于2~3%。刚玉粉常是一些细粒的暗色岩石,其成分除刚玉外,还含有铁矿物,因此为次要产品,主要1、扩大实验机应用功能的附件和东西是作研磨用的砂纸和砂布。

4、国际市场上刚玉的规格是按Al2O3含量及颗粒大小划分的。

南非刚玉分级标准见表3。

 

表3     南非刚玉分级标准

级     别

Al2O3, %

颗粒直径,cm

1级

95

2级

90~95

0.615~1.23

3级

90

0.313~0.615

4级

80

 

(二)中国五金矿产进出口公司山东省分公司对人造刚玉要求

(1)白刚玉

用铝氧粉在电弧炉中经高温熔炼而成.

白刚玉主要化学成分见表4.

 

表4       白刚玉主要化学成分

粒     度

Al2O3

Na2O

24~28目

>98.5%

100~280目

>98.5%

63~14μm

>98%

10~5μm

>97%

 

物理性能:

显微硬度(维氏):2200~2300kg/cm2;

密度:3.98g/cm3;

比热:1.1kj/(kg·k)  (20~900℃);

熔点:2050℃;

热膨胀系数:6.4(20~400℃);7.6(20~800℃);

韧性(单颗粒抗压):0.72kg。

用途:用其制造的磨具适合磨削硬度较高的钢材,如高碳钢、高速钢、淬火钢和薄壁零件,此外还可作超精研磨、抛光材料,精密铸造型砂、喷涂材料、化工触媒载体、特种陶瓷、高级耐火材料、高级建筑材料等。

(2)棕刚玉

由铝矾土,园钢、煤和铁屑在电弧炉中高温冶炼而成。

棕刚玉主要化学成分见表5。

 

表5       棕刚玉主要化学成分

粒    度

Al2O3

TiO2

94.%

1..8%

>93.5%

1..8%

>92.5%

1..8%

 

物理性能:

显微硬度(维氏):1800~2200kg/cm2;

密度:3.97g/cm3;

比热:1.1kj/(kg·k)  (20~900℃);

熔点:2050℃;

热膨胀系数:6.4(20~400℃);7.6(20~800℃);

韧性(单颗粒抗压):1.14kg。

用途:用其制造的磨具适用于磨削各种抗张强度较高的金属,如碳钢、合金钢、可煅铸铁、硬青铜等,此外还广泛用于耐火材料、化工、填料及精密铸造方面。

 

七、   综合利用工艺技术

(一)       刚玉的选矿一般采用筛分,跳汰以及磁选等联合处理方法。根据试验,刚玉与伴生矿物的分离可采用浮选法。

1、南非刚玉选矿

南非刚玉选原矿是赋存于冲层中含5%刚玉结晶的矿石。首先,原矿通过筛孔为18mm的固定筛进行筛分,筛上物料在摇动的手筛上采用手选,选出聚集于中央部分的结晶;筛下物料进入装有3 mm孔眼筛的摇动槽;摇动槽的筛下产品丢弃,而筛上产品送手动的旋转圆盘中进行洗矿后,即为精矿。对于块矿的选矿是将矿石给入木桶中,使其脱去矿石上面附着的脉石,然后进行筛分。

2、加拿大刚玉选矿

加拿大所产刚玉的选矿流程是将含Al2O310.5%的原矿用跳汰和摇床处理,得到含Al2O355%的精矿,再将其干燥后磁选,进而通过威尔弗来摇床或空气跳汰机进行精选,回收含Al2O390~95%的最终精矿。此外,还将此种选矿厂的废石进行再处理,回收刚玉精矿。

3、美国刚玉选矿

美国在第二次世界大战中,曾对国内产出的刚玉矿进行了开发,其中对蒙塔纳州加勒廷盖特维地方所产的矿石进行了选矿试验。该矿石以长石和云母为主,伴生有相当数量的刚玉,以及比刚玉少的矽线石、少量的电气石和金红石。其中云母为黑云母和白云母,长石为斜长石,铁硅钪矿、斜微长石等。刚玉和矽线石大部分分别在0.4mm和0.2 mm的条件下单体分离。原矿石含有刚玉11~15%,将矿石粉碎至1.7~18 mm并进行筛分后,以硅铁作介质,进行重介质选矿。如分离密度采用3.10g/cm3时,所得刚玉精矿品位为91.6%,其回收率为34.6%。

未进行重选的-1.7 mm粒级的重选尾矿(浮物),经破碎、分级,然后按不同粒度在摇床上进行选别。由于刚玉的品位只能提高到19.5%,须要进一步采用磁选和浮选进行精选。

对-0.15 mm的摇床精矿经过磨矿,在磁性过滤机中磁选后,非磁性产品进一步用氟化钠和油酸进行浮选,通过四次精选,刚玉精矿的品位达87%,回收率为64%。

(二)开发生产实例

1、刚玉用于研磨材料

刚玉其莫氏硬度为9,在天然矿物中,硬度仅次于金刚石,主要用于研磨材料。

制法及工艺:刚玉经破碎、分级,制得不同粒级产品。加入结合剂,可制成不同型号的砂轮;用粘结剂使刚玉磨料固定在棉布和纸的表面,可制成不同型号的砂布和砂纸。

2、刚玉用于耐火材料

刚玉耐火材料在Al2O3—SiO2二元系内形成的所有不同组成的耐高温的物相中具有最高熔点,并且还有极优良的力学性质、热性质、电性质和化学性质。因而,它在各个工业部门中的用途很广。例如高强度高密度的烧结刚玉砖,在近代大型高炉腰部位使用,使高炉寿命长达7~8年,并持续承受负荷在高温情况下正常工作。

制法及工艺:刚玉经粉碎,分级制得合适粒度产品,加入其它辅料后充分混练;加入结合剂成型;成型产品一般要经过1650~1800℃(有时达到1850℃)高温烧成,冷却后出窖即得成品。

 

八、   开发利用现状及发展趋势

刚玉主要用作高级研磨材料,制成砂轮、砂布和砂纸,刚玉粉还能用于磨修精密仪器的光学玻璃;利用人造刚玉磨料微粉,加入油脂类物质中,经加工制成油脂性研磨材料。另外刚玉具有耐火度可达2000~2050℃的高熔点特性,在耐火材料工业得以广泛应用。由于刚玉强韧和耐久性好,已被人们应用于公路、机场、化工厂等部门做为止滑、耐磨、耐碱腐蚀等制品。

我国开发利用刚玉资源起步较晚,应用领域有限,产品品种简单、档次低。因此,加大技术投入,提高刚玉产品技术附加值和产品种类,扩大应用范围是刚玉开发利用的关键。

 

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