刚玉磨料的化学成分、生产原料及生产工艺

1、刚玉磨料的化学成分

磨料的化学成分是决定磨料质量和性能的重要指标。对于磨料，GB/T2478-1996、GB/T2479-1996及JB/T7986-2001、JB/T7996-1999等进行了相关规定。刚玉系磨料中Al₂O₃含量是主要化学成分指标。棕刚玉含Al₂O₃92.5%~97%（质量分数），含TiO₂1.5%~3.8%；白刚玉含Al₂O₃97%~98.5%，含Na₂O低于0.5%~0.8%；微晶刚玉含Al₂O₃94%~96.5%，含TiO₂2.2%~3.8%；单晶刚玉含Al₂O₃98%~98.6%；黑刚玉含Al₂O₃62%~77%，Fe₂O₃大于5%；铬刚玉含Al₂O₃大于98%，含Cr₂O₃0.15%~0.4%。

2、生产刚玉磨料的原料

（1）矾土 是冶炼棕刚玉、微晶刚玉、单晶刚玉的主要原料，矾土又称铝土矿。它是以三水铝石（Al₂O₃·3H₂O）、一水铝石（Al₂O₃·H₂O）为主要组分，还有蛋白石、赤铁矿、针铁矿等次要组分的混合物。刚玉磨料生产对矾土的质量要求主要是矾土化学成分、脱水程度、熔点和块度。

（2）碳素 是冶炼刚玉累磨料的还原剂，常用是石油和无烟煤，在选用上应严格控制质量。

（3）铝氧粉 是冶炼白刚玉、铬刚玉、锆刚玉的主要原料，其主要成分为Al₂O₃，熔点在2000℃以上，是白色粉状物，含量大于98.4%，含Na₂O低于0.6%。

（4）黄铁矿 （FeS₂）是生产单晶刚玉的原料。

（5）铁屑 是冶炼棕刚玉的稀释剂与澄清剂，稀释硅铁合金的浓度，常用铁屑、铸铁屑。

3、刚玉磨料生产工艺

刚玉磨料生产工艺过程主要包括电炉冶炼、冷却、制粒加工。

（1）棕刚玉生产工艺 生产棕刚玉的原料有熟矾土、碳素、铁屑等。根据冶炼过程中化学反应平衡式进行配料计算，将配好的原料装入电弧炉内，送电开炉，对原料进行熔炼，使原料熔化，还原杂质氧化物生成并分离铁合金与刚玉熔体。熔炼阶段完成后进行精炼，其目的是把杂质氧化物进行充分还原，使炉内熔液温度提高，化学成分符合要求，精炼充分后停电出炉。将熔液倾倒入接包，将棕刚玉熔液进行冷却，先自然冷却，使刚玉熔块冷却至常温。

（2）白刚玉磨料生产工艺 白刚玉磨料以铝氧化粉为原料，在电弧炉内高温熔融，经熔炼与精炼之后，倾倒注入接包，进行冷却形成白刚玉熔块。白刚玉冶炼不同于棕刚玉之处在于，电弧炉中炉衬材料采用白刚玉砂、氧化铝粉；熔块法生产白刚玉，要求炉衬有良好的绝热性能及良好的透气性。

（3）单晶刚玉磨料生产工艺 用矾土、黄铁矿（FeS₂）、碳素、铁屑等原料在电弧炉内冶炼及精炼，出炉倾入接包，进行水清洗→磁选→脱水→酸洗→水清洗→脱水→单晶刚玉。

（4）微晶刚玉生产工艺 与棕刚玉类似，所不同的是在冶炼中要加入适量的还原剂及澄清剂去除杂质，控制晶体生长，Al₂O₃含量较低；在冷却时，熔块厚度较薄（100~200mm），需快速冷却，其结晶细小。

（5）铬刚玉生产工艺 类似于白刚玉生产工艺，但在原料中加入的Cr₂O₃利用率为40%~60%，损失较多。为防止Cr₂O₃的损失，可在冶炼中后期加入Cr₂O₃与铝氧化混合料，提高铬进入固体的含量。

（6）锆刚玉生产工艺 与棕刚玉大体相同，不同之处是在原料中加入大量的锆英砂或ZrO₂，冶炼完毕后，采用快速冷却工艺。常用的冷却方法有钢球冷却法、半连续钢球冷却法、滚筒挤压法及隔板冷却法等。冷却方法是锆刚玉获得微晶结构的关键。