稀有金属 2006,(S2),72-75 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2006.s2.018

气流粉碎技术在氢氧化铝生产中的应用

张浩 戚平

中国铝业股份有限公司(山东)国际贸易有限公司,中国铝业股份有限公司山东分公司化学品氧化铝公司,中国铝业股份有限公司山东分公司化学品氧化铝公司 山东淄博255052,山东淄博255052,山东淄博255052

摘 要：

论述了氢氧化铝粉体填料的用途、应用现状及加工现状, 该产品目前在供应与需求方面显现出的矛盾。针对此项问题阐述了选用气流粉碎磨生产氢氧化铝粉体材料的目的、意义, 充分对比了气流粉碎磨和普通万能粉碎磨的SiO2%, Fe2O3%, Na2O%, +320%、附水等产品质量指标, 产能和电单耗等消耗指标。气流粉碎技术在氢氧化铝粉体生产中应用之后, 氢氧化铝粉体填料的质量得到了比较大的提高, 创造了可观的经济效益;同时, 生产能力有较大幅度提高, 且设备自动化程度高, 有效减轻了职工的劳动强度。

关键词：

气流粉碎;氢氧化铝;粒度;

中图分类号： TF821

收稿日期：2006-09-01

Application of Airflow Grinding Technology in Production of Aluminum Hydroxide

Abstract：

Application, current usages and production of aluminum hydroxide filler, and inconsistency between supply and demand were discussed.The purpose and benefit of producing the product by airflow grinding technology was explained.The differences of characteristics between product from multipurpose grinding mill and those from airflow grinding mill were compared, such as SiO2, Fe2O3, Na2O, +320 mesh and moisture.The quality of the product is improved by technology and that makes reasonable profit, and raises our production capacity, besides, it is easy to achieve automatization, thus cut down the strength of labor.

Keyword：

airflow grinding;aluminum hydroxide;particle size;

Received： 2006-09-01

氢氧化铝作为用量最大的无机填充剂之一, 呈白色粉末状, 具有色性好、 无毒无公害、 分散性好、 白度较高、 含铁量较低、 价格低廉等优势, 广泛用于人造大理石填料; 丁苯橡胶化合物、 氯乙烯糊、 环氧树脂、 聚安脂硅树脂、 氯丁橡胶、 PVC、 PE、 PP及其他热固材料中, 如聚乙烯、 乙烯乙酸、 乙烯共聚物、 二烯丙基邻苯二甲酸模压物和密胺甲醛模压物和其他人造橡胶的填料、 不饱和聚酯树脂以及其他塑料制品的阻燃填料; 催化剂和催化剂载体、 牙膏填料; 造纸填料及涂覆剂; 集成电路及光学用高纯玻璃特殊填料和高纯铝盐填料及纤维后加工助剂等等。 具有良好的分散性和相容性, 除起到填充、 阻燃和消烟3种作用外, 它还能显著改善产品的电性能和绝缘性能, 并在部分结晶聚合物中有成核作用, 进一步提高产品的强度和热稳定性。 氢氧化铝在聚合物中的作用表现为: 受热时分解吸收一部分燃烧热, 延缓或阻止高分子材料发生热分解, 同时释放出的水蒸气稀释了可燃性物质, 分解产物沉积在聚合物材料的表面上, 起到隔绝空气的作用, 从而达到阻燃目的。 其自身的结晶水, 可使聚合物制品具有良好的抗静电性能。 在人造大理石、 玻璃钢行业中约55%的成分为填料氢氧化铝, 所以随着人造大理石和玻璃钢行业的发展, 填料氢氧化铝需求量也逐渐增加。

1 氢氧化铝粉体的应用现状

在粉体加工技术中, 通常把中位粒度 (D₅₀) ≤10 μm的加工产品称为粉体材料, 中位粒度 (D₅₀) ≤2 μm的加工产品称为超细粉体材料。 而中位粒度 (D₅₀) ≤0.1 μm的加工产品则称之为纳米级材料。 目前中国铝业山东分公司化学品氧化铝公司生产的填料氢氧化铝粉体产品有细粒高白填料氢氧化铝 (D₅₀=3～25 μm) 、 超细填料氢氧化铝微粉 (D₅₀=0.5～1 μm) 。 经过多年的生产实践与发展, 现已初具规模, 年产量超过35000 t, 并呈现快速增长的趋势。 尤其是随着人造大理石和玻璃钢行业的发展, 高白填料氢氧化铝需求量也逐渐增加。 据统计美国目前玻璃钢总量为171万吨/年, 我国仅40万吨/年, 近年来我国玻璃钢的生产量也呈上升趋势。 高白填料氢氧化铝作为主要原料, 年需求总量在10万吨以上并呈逐年上升趋势。 据推算广东市场年需求量在2万吨以上, 上海、 江苏地区的年需求量在1.5万吨以上, 以上3个市场占全国总需求量的1/3。 加之烧结法生产的氢氧化铝被国外客户誉为“中国白”, 多年来出口量也在逐步扩大, 使高白填料市场的需求量更大。 专家预测, 21世纪将是复合材料飞速发展的时代, 而作为功能性超细矿物粉体材料的氢氧化铝也将面临更大的发展机遇和市场、 技术方面的挑战, 我们必须抓住有利时机, 加速发展, 进一步提高氢氧化铝粉体加工技术, 加速公司化学品氧化铝的发展。

2 氢氧化铝粉体产品加工现状

氢氧化铝在工业生产中是通过向铝酸钠溶液通入饱和CO₂气体以提高铝酸钠溶液的过饱和度或加入氢氧化铝晶种作为载体而使氢氧化铝晶粒析出。 因此正常生产的氢氧化铝产品是粒度为70～110 μm的颗粒状物质。 该产品如果作为一种辅助材料加入产品中, 由于其吸油率指标和粒度指标不能达到要求, 因此不能直接作为添加材料加入。 要作为正常的添加材料, 氢氧化铝原料必须经过粉碎加工处理后才能达到使用要求。

化学品氧化铝公司现有气流粉碎磨和普通万能粉碎磨两种粉碎加工设备。 气流粉碎磨生产的产品, 其水分低、 粒度分布范围窄、 +320目筛上残留量稳定, 产品纯度高, 很受客户的欢迎, 而普通万能粉碎磨是20世纪80年代初期投入使用的, 其状况为能耗高、 产能低、 自动化程度低, 产品水分含量高、 粒度分布不均匀, +320目筛上残留量不稳定。 随着现代科技水平的不断提高和市场竞争力的进一步升级, 普通万能粉碎机已不能适应市场对产品质量的要求。

3 气流粉碎磨生产方法探索

3.1 普通万能粉碎机产品质量指标分析

2001年5月份我们对利用普通万能粉碎磨产品的几项重要指标进行了统计, 其原料是利用连续碳酸化分解生产的料浆进行过滤、 洗涤、 烘干、 筛分处理 (简称粗粒氢氧化铝) 后再进行粉碎加工处理 (原料的D₅₀为100 μm左右, 符合正常原料的粒度要求范围) , 原料质量指标分析结果见表1。

经普通万能粉碎磨粉碎后所的产品的质量指标及设备的能耗、 产能等指标见表2。

表1 氢氧化铝原料分析

Table 1 Hydrogen oxidizes aluminum raw material analysis

指标	SiO2/%	Fe2O3/%	Na2O/%	附水/%	+320/%	D50/μm
1	0.026	<0.008	0.35	0.06	92.38	88.45
2	0.028	<0.008	0.38	0.08	89.63	80.8
3	0.035	<0.008	0.32	0.05	90.68	82.96

表2 普通万能粉碎机产品指标、 消耗统计表

Table 2 Common all-powerful smash machine product index and consumption

指标	SiO2/%	Fe2O3/%	Na2O/%	附水/%	+320/%	D50/μm	产能/ (kg/h·台)	电单耗/ (kW·h·t-1)
1	0.025	<0.008	0.23	0.45	0.5	9.20	220	160
2	0.027	<0.008	0.20	0.42	1.8	7.36	208	158
3	0.024	<0.008	0.22	0.43	2.3	8.50	210	170
4	0.028	<0.008	0.24	0.45	2.9	6.14	226	166
平均	0.026	<0.008	0.22	0.44	1.88	7.80	216	164

根据以上数据分析, 产品的化学质量指标能够保持稳定, 而其D₅₀和+320目筛上残留量出现波动较大, 水分指标均保持在0.4%以上, 这样的水分指标不能符合质量指标要求, 且粉碎流程的产能较低, 不能满足市场的需求量。 在生产过程中自动化程度相当低, 经常出现因喂料量大而导致万能粉碎磨负荷大, 产品粒度跑粗的现象。

通过以上数据分析、 总结万能粉碎磨设备特点为: (1) 设备自动化成度低; (2) 设备产能低; (3) 设备运转周期短, 每周需清理一次; (4) 环境噪音大, 对职工身心健康影响较大。 产品特点为: (1) 水分高; (2) 粒度分布范围较宽, D₅₀不稳定; (3) +320目筛上残留量高, 随时有超标可能发生。

3.2 气流粉碎设备试验结果分析

针对客户对氢氧化铝粉体产品质量的不断要求, 并结合普通万能粉碎机生产的产品所暴露出的各项问题, 2001年我们进行气流粉碎加工试验, 其试验流程如下:

2001年我们利用生产氢氧化铝产品过程中产生的收尘氢氧化铝作原料, 对其进行气流粉碎加工 (原料的D₅₀为15～30 μm左右, 此原料由于粒度粗、 颗粒不均匀不能直接作为添加材料) , 其指标分析结果见表3。

以上原料经气流粉碎后产品分析结果见表4。

表3 收尘氢氧化铝原料指标统计

Table 3 Accept dust of the hydrogen oxidize aluminum raw material index sign statistics

指标	SiO2/%	Fe2O3/%	Na2O/%	附水/%	+320目/%	D50/μm
1	0.145	<0.008	0.33	0.06	36.28	28.50
2	0.170	<0.008	0.40	0.09	44.25	37.89
3	0.143	<0.008	0.31	0.132	34.65	25.19

表4 气流粉碎机产品 (收尘) 指标统计表

Table 4 Air smash machine product index sign statistics

指标	SiO2/%	Fe2O3/%	Na2O/%	附水/%	+320目/%	D50/μm
1	0.026	<0.008	0.22	0.27	0.22	6.20
2	0.026	<0.008	0.24	0.20	0.19	6.36
3	0.027	<0.008	0.25	0.22	0.18	6.82
平均	0.026	<0.008	0.23	0.23	0.20	6.46

根据以上统计数据分析, 产品的化学质量指标稳定, D₅₀和+320目筛上残留量指标比较稳定, 水份指标较高, 分析其原因: 收尘氢氧化铝由于粒度较经烘干、 筛分处理的原料粒度细而本身容易吸潮, 导致经气流粉碎后产品的水份也随之上升。

对烘干、 筛分处理后的氢氧化铝直接粉碎加工试验: 在选用收尘氢氧化铝作原料进行气流粉碎加工处理之后, 我们又利用连续碳酸化分解生产的料浆进行过滤、 洗涤、 烘干、 筛分处理后再进行粉碎加工处理。 其原料同普通万能粉碎磨原料一致。

经气流粉碎加工处理之后产品的各项指标统计见表5。

从上述统计结果看, 产品D₅₀, +320目筛上残留量和水份指标都比较稳定, 能够完全满足市场的需求。 尤其在水份和+320目筛上残留量两个指标得到了较大改善。

3.3 气流粉碎磨综合评价

通过普通万能粉碎磨和气流粉碎磨分别进行试验, 并将气流粉碎试验过程中所得试验数据进行统计, 对已经优化的设备性能指标、 产品质量指标。

从上述对比表中可以明显看出: 无论设备产能还是产品质量指标, 气流粉碎磨均优于普通万能粉碎磨。 单台产能对比: 气流粉碎磨是普通万能粉碎磨的3倍, 利用气流粉碎生产的产品水份指标下降了1/2。 具体如图1～3所示。

通过以上图例对比, 普通万能粉碎磨只有电单耗优于气流粉碎磨, 这是由于气流粉碎磨是利用高压气体将粗颗粒的原料破碎所必需的能量。 综合考虑两种设备的特点, 我们首选气流粉碎磨。

表5 气流粉碎机产品 (粗粒) 指标统计表

Table 5 Air smash machine product index sign statistics

指标	SiO2/%	Fe2O3/%	Na2O/%	附水/%	+320目/%	D50/μm
1	0.028	<0.008	0.36	0.15	0.35	8.95
2	0.030	<0.008	0.35	0.16	0.28	7.94
3	0.035	<0.008	0.30	0.18	0.46	8.32
4	0.038	<0.008	0.33	0.16	0.32	8.68
平均	0.033	<0.008	0.335	0.16	0.35	8.47

表6 两种粉碎设备性能比较表

Table 6 Two kinds of smash equipments function

设备	电单耗/ (kWh·t-1)	产能/ (t·h-1)	H2O/ %	+320/ %	D50/ μm
普通万能粉碎磨	164	216	0.44	1.88	7.80
气流粉碎磨 (收尘)	216	640	0.17	0.20	6.46
气流粉碎磨 (粗粒)	220	580	0.16	0.35	8.47

图1 水分对比图

Fig.1 Humidity contrast diagram

图2 电单耗对比图

Fig.2 Electricity consumption

图3 台时产能对比图

Fig.3 Set-hour productivity

4 效益计算

经过对气流粉碎磨的考察和试验数据的总结分析, 以及市场对产品的需求量和质量的提高, 我们安装了两套气流粉碎磨。 通过两年多对设备运行情况和产量、 质量方面观察、 总结, 气流粉碎磨远优于万能粉碎磨。

4.1 经济效益计算

气流粉碎技术在氢氧化铝粉体生产中应用之后, 氢氧化铝粉体填料的质量较好, 平均销售价为2700元/吨, 目前生产成本为1600元/吨。 在该技术应用以来, 生产成本降低240元/吨, 年生产能力为5000吨/年·台, 年创经济效益为240×5000=120万元/年。

4.2 社会效益分析

利用气流粉碎磨生产氢氧化铝粉体填料其生产能力有较大幅度提高, 且设备自动化程度也较普通万能粉碎磨高, 大大减少了职工的劳动强度。 同时, 该设备的利用, 也满足了市场需求, 社会效益非常明显。

参考文献

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[2] 杨重愚主编.氧化铝生产[M].冶金工业出版社, 1988.

[3] 邱竹贤.铝冶金物理化学[M].上海科学技术出版社, 1985.

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