CN103223492A

CN103223492A - 超细高活性铝粉的制备工艺及装置

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Publication number: CN103223492A
Application number: CN2013101199338A
Authority: CN
Inventors: 舒永春; 赵皓
Original assignee: NINGXIA XINHE NEW MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NINGXIA XINHE NEW MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-07-31

Abstract

本发明涉及一种超细高活性铝粉的制备工艺及装置，该工艺步骤为：熔化、雾化、分级；该装置涉及专用的熔铝炉和气体雾化喷嘴。熔铝炉包括圆形炉底的熔铝炉体和安装在熔铝炉体内的燃烧器喷嘴及安装在熔铝炉体上的炉门，在熔铝炉体上端安装有竖式炉体，在竖式炉体上端面安装有加料口，其特征在于圆形炉底的熔铝炉体内的一侧设有铝液保温区，铝液吸管一端与铝液保温区相连通，铝液吸管另一端与铝粉末生产设备相连，在炉门的上端安装有烟气回收罩，空气预热器与烟气回收罩、竖式炉体相连通，燃烧器喷嘴的空气进口与空气预热器相连。本发明具有工艺简单、生产成本低、混合气体可循环使用、熔铝炉和气体雾化喷嘴具有结构合理、生产效率高等特点。

Description

超细高活性铝粉的制备工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种铝粉的制备工艺及装置，特别是一种超细高活性铝粉的制备工艺及装置。

背景技术

高活性超细铝粉广泛用于高档汽车、家电以及装饰材料用金属漆、电子产品用导浆料、冶金用还原剂以及火箭燃料推进剂等方面，近年来又在高纯海绵钛精整除钒以及薄膜太阳能电池涂层等方面得到了重要应用。

铝粉的粒度和活性是决定精细冶金过程中还原、除杂质效果的重要参数。平均粒度越小、表面活性越高越有利于还原反应的进行，除杂的效果越好，最终可以获得高纯度的活性金属。但由于铝和氧具有很强的亲和力，随着铝粉的粒度变细，铝粉表面极易发生氧化，形成稳定的氧化物，从而降低其活性，并且超细活性铝粉很容易发生自燃或爆炸，这也是目前超细活性铝粉生产过程中的主要难点之一。

目前制备铝粉的方法主要有机械研磨法、气流冲击粉碎法、水雾化法、空气雾化法、氮气雾化法等。机械研磨和水雾化法通常只能制备平均粒径在40～100μm之间，且形状不规则的粉末；气流粉碎和空气雾化法虽然也能制备粒度较细的粉末，但由于铝粉极易吸氧，上述制备方法会严重影响其表面活性。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的缺陷，提供一种铝粉平均粒径和分布范围小、表面活性高的超细高活性铝粉的制备工艺及专用的熔铝炉和雾化喷嘴。

本发明的技术方案是：一种超细高活性铝粉的制备工艺，该工艺包括以下步骤：

1）熔化：铝锭在熔铝炉内熔化后，储存于熔铝炉内的保温区内，保温区的铝液温度保持在760℃～840℃之间；

2）雾化：将熔铝炉内保温区的铝液通过铝液输送管输送到雾化室内，铝液通过安装在雾化室内的气体雾化喷嘴进行雾化造粒，形成微米级铝粉；其中气体雾化喷嘴的气体为以惰性气体为主的混合气体；

3）分级：雾化室中的铝粉通过气力输送进入分级器进行分级处理，得不同粒径的铝粉成品；

上述气体雾化喷嘴的铝液喷射方向为水平喷射；气体雾化喷嘴用的混合气体为体积比为99—99.999%惰性气体和1—0.001%氧气；混合气体的压力在6～12MPa之间，流速为4～6M/S。

上述分级步骤中的气力输送是由雾化室与分级器相连通的输送管组成，气力输送用的气体为雾化使用的惰性气体和氧气的混合气体；

分级器的出风口连接有高压风机，高压风机的出风口通过管路与气体压缩机进气口和雾化室相连，气体压缩机的出气口通过管路与气体雾化喷嘴相连通；

上述混合气体中的惰性气体为氮气；混合气体中的氮气和氧气为工业纯度；

分级器采用旋风除尘器或布袋除尘器或旋风除尘器与布袋除尘器串联的两级分级；

旋风除尘器优选旋风式多管陶瓷除尘器，布袋除尘器优选脉冲反吹布袋除尘器。

上述铝粉成品的平均粒径小于10μm，表面Al₂O₃膜的厚度为0.8～1.5nm，水面覆盖分散性＞10000cm2/g，活性铝大于99%。

一种生产超细高活性铝粉的熔铝炉，包括圆形炉底的熔铝炉体和安装在熔铝炉体内的燃烧器喷嘴及安装在熔铝炉体上的炉门，在熔铝炉体上端安装有竖式炉体，在竖式炉体上端面安装有加料口，其特征在于圆形炉底的熔铝炉体内的一侧设有铝液保温区，在铝液保温区内安装有铝液吸管，在炉门的上端安装有烟气回收罩，空气预热器与烟气回收罩、竖式炉体相连通，燃烧器喷嘴的空气进口与空气预热器相连。

上述燃烧器喷嘴为两个，两燃烧器喷嘴安装在圆形炉底的熔铝炉体的上部，两燃烧器喷嘴的轴线夹角为70—100度。

在上述圆形炉底的熔铝炉体的外部安装有风道，风道是由安装在熔铝炉体外部上、下端的上、下风道和安装在熔铝炉体外部与上、下风道相连通的炉壳夹层风道组成，风机的排风口与下风道相连通，风道上端的排风口通过管路与空气预热器相连通；在上述烟气回收罩与空气预热器之间的连接管路上安装有阀门。

在上述加料口上相配安装有加料口密封盖，加料口密封盖通过铰链与竖式炉体的上端面相连，在铰链一侧的竖式炉体上端面上固定有立柱，立柱顶端安装有滑轮，钢丝绳一端与加料口密封盖相连，钢丝绳另一端与卷扬机相连。

一种生产超细高活性铝粉的雾化喷嘴，其特征在于雾化喷嘴是由喷嘴和环形导流套组成，环形导流套套装在喷嘴外圆上，环形导流套的内圆与喷嘴外圆形成与喷嘴同心的环形喷气腔，环形喷气腔与气体输送管相连通。

上述喷嘴的外圆面和环形导流套的内圆面为相配的圆锥面。

本发明具有以下特点：

1．工艺简单、生产成本低。由于采用专用的熔铝炉、气体雾化喷嘴和封闭的惰性气体循环系统，一方面工艺流程短，铝粉平均粒径和分布范围小，表面活性高，另一方面惰性气体循环使用，可有效降低生产成本、对环境影响小。

2．在专用的熔铝炉体内设有铝液熔化区和保温区，在铝液熔化区内的两燃烧器喷嘴的轴线夹角设计为70—100度，这样两燃烧器喷嘴的火焰在炉内形成一个圆形的炉气场，使炉内的温度分布和气氛都比较均匀，同时炉内的炉气循环强烈、炉温均匀，防止了炉温局部过热形成过烧现象的发生，一方面延长了炉子使用寿命，另一方面延长了热量在炉内的滞留时间，增加了热交换机会，达到节能的目的。利用本技术方案可使铝锭的最低烧损在0.8﹪以下。

3．在熔铝炉体上端安装有竖式炉体和翻转的加料口密封盖，一方面可方便通过竖式炉体上的加料口进行加料，同时铝锭在竖式炉体内经过预热，除去了铝锭表面吸附的水分和充分吸收竖式炉体内的烟气余热，这样既能降低铝液中的氧含量，又能起到稳定熔池液流的作用，从而大大节约了能源。

4．在熔铝炉上采用空气预热器及炉壳夹层风道，其目的是在保护炉外壳和增加炉体强度的同时，可有效降低外壳的温度和工人的操作环境温度。在熔铝炉体的外部安装有风道，风机从下风道送入冷风，通过上风道进入空气预热器，这样预热后的空气再进入燃烧器参与燃烧，提高燃烧效率、燃烧强度、火焰温度与速度，同时经过上述吸热后的排烟温度可降到150℃以下，大大提高热效率。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程图；

附图2为本发明铝粉的扫描电镜照片；

附图3为本发明熔铝炉的结构示意图；

附图4为本发明附图1的俯视图；

附图5为本发明附图1的A-A剖视图；

附图6为本发明附图1的B-B剖视图；

附图7为本发明的雾化喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2所示，超细高活性铝粉的制备工艺如下：

1）熔化：将铝锭在熔铝炉中熔化，熔化后的铝液储存于熔铝炉内的保温区内，保温区的铝液温度保持在760℃左右；

2）雾化：将熔铝炉内保温区的铝液通过铝液输送管输送到雾化室内，通过安装在雾化室内的气体雾化喷嘴喷出进行雾化造粒，气体雾化喷嘴的铝液喷射方向为水平喷射。

保温区内的铝液在铝液液面压力和气体雾化喷嘴上的由混合气体形成压力为6MPa左右，体流速为4M/S的作用下，在气体雾化喷嘴的喷口处形成负压，铝液由气体雾化喷嘴呈水平喷射出，形成雾状铝滴，雾状铝滴在雾化室内降落的过程中迅速凝固成微米级铝粉末。由于雾化室内的气氛中含有微量的氧气，这样在铝滴冷却过程中，会在铝滴表面钝化形成厚度为1.5nm左右的超薄Al₂O₃膜，这样既保证铝粉的活性，又保证了铝粉的稳定性。

混合气体中的惰性气体可采用不与铝反应的惰性气体，从降低生产成本的角度考虑采用氮气，混合气体是由通过气体压缩机提供；

3）分级：雾化室中的微米级铝粉通过气力输送进入分级器进行分级处理，由分级器出口得平均粒径为10μm左右的，水面覆盖分散性＞10000cm²/g，活性铝大于99%的铝粉成品。粒径大于10μm以上的铝粉收集后可用于其他用途。

其中上述步骤2中，混合气体中氮气与氧气形成的混合气体的体积比为99：1。氮气与氧气采用工业级纯度。

步骤3中分级器采用旋风式多管陶瓷除尘器。

在旋风式多管陶瓷除尘器的出风口连接有高压风机，高压风机的出风口通过管路与气体压缩机的进气口和雾化室相连，气体压缩机的出气口通过管路与气体雾化喷嘴相连通，这样用于雾化后的混合气体和高压风机的出风口的气体就作为气力输送的动力。分级后的混合气体通过气体压缩机压缩后，继续作为雾化用气和气力输送的动力用气。

为保证由高压风机出风口送出的混合气体压力及流量的稳定性，在高压风机出风口与气体压缩机进气口和雾化室相连的管路中，安装有低压平衡罐。

混合气体在雾化过程中的损耗，可通过气体压缩机上的进气口进行氧气的补充。

实施例2—5：

在实施例1的基础上，改变保温区的铝液温度、混合气体的压力、流速和混合气体中氮气和氧气的比，得铝粉成品见下表：

实施例	铝液温度	压力	流速	氮气和氧气比	铝粉粒径
						2	780	8	4	99.9%：0.1%	6
3	800	9	5	99.9%：0.1%	4
						4	820	10	5	99.99%：0.01%	3
5	840	12	6	99.999%：0.001%	1

在上述实施例中，铝粉成品的水面覆盖分散性＞10000cm²/g，活性铝大于99%，铝粉粒径为平均粒径。

在实施例2的步骤3中，分级器采用脉冲反吹布袋除尘器。

在实施例3—5的步骤3中，分级器采用多管陶瓷除尘器和脉冲反吹布袋除尘器串联的两级分级。

生产超细高活性铝粉的熔铝炉的结构如图3、4、5、6所示，在圆形炉底的熔铝炉体13上端安装有竖式炉体9，在熔铝炉体内的上部安装有两燃烧器喷嘴18，两燃烧器喷嘴的轴线夹角为70—100度，最佳选择为90度。在竖式炉体上端面安装有加料口5，在加料口上相配安装有加料口密封盖19，加料口密封盖通过铰链8与竖式炉体的上端面相连，在铰链左侧的竖式炉体上端面上固定有立柱7，立柱顶端安装有滑轮，钢丝绳6的右端与加料口密封盖相连，钢丝绳的左端与卷扬机相连。

在圆形炉底的熔铝炉体内的左侧设有铝液保温区14，在铝液保温区上安装有用于将铝液保温区内的铝液向外疏松的铝液输送管12。在圆形炉底的熔铝炉体上的炉门1上端安装有烟气回收罩3，空气预热器11与烟气回收罩、竖式炉体9相连通，空气预热器的出气口10与排烟管相连。燃烧器喷嘴18的空气进口2与空气预热器相连。

在上述圆形炉底的熔铝炉体的外部安装有风道17，风道是由安装在熔铝炉体外部上、下端的上、下风道和安装在熔铝炉体外部与上、下风道相连通的炉壳夹层风道组成，风机16的出风口与下风道相连通，风道上端的出风口通过管路与空气预热器11相连通。

熔铝炉体内熔化过程中产生的炉渣，通过炉门进行扒渣，由于采圆形炉底，这样熔铝炉的炉腔为圆柱形，这样扒渣过程无死角，同时在炉门上端安装有烟气回收罩，可有效改善操作人员的工作环境。为保证空气预热器的预热效果，在烟气回收罩与空气预热器之间的连接管路上安装有阀门4，来控制烟气回收罩与空气预热器之间的开闭。在熔铝炉体的下部安装有排液口15。

使用时，启动卷扬机，通过钢丝绳将加料口密封盖打开，将需要熔化的铝锭通过加料口加入竖式炉体内，通过竖式炉体内的高温烟气将铝锭表面吸附的水分蒸发，同时对物料进行预热。熔化后的铝液储存在圆形炉底的熔铝炉体和铝液保温区内，通过铝液输送管送入铝粉末生产设备中。

如图7所示，生产超细高活性铝粉的气体雾化喷嘴，该雾化喷嘴21是固定在雾化室20内，雾化喷嘴是由喷嘴22和环形导流套24组成，环形导流套套装在喷嘴外圆上，环形导流套的内圆与喷嘴外圆形成与喷嘴同心的环形喷气腔23，环形喷气腔与气体输送管25相连通。为保证由喷嘴22喷出的铝液形成均用的铝滴，喷嘴的外圆面和环形导流套的内圆面为相配的圆锥面，这样由环形喷气腔喷出的高压气体在喷嘴的出口处就会形成一个负压区，铝液通过铝液吸管12在负压的作用下由喷嘴喷出，铝液在高压气体的作用下形成雾状微粒，通过调整高压气体的压力、流速和铝液温度等，就可控制雾状铝滴的粒径，同时铝滴与混合气体中的氧气反应，在铝滴表面迅速形成超薄的Al₂O₃表面钝化膜。沉降于雾化室底部的铝粉由输送管输送到分级器中进行分级。

Claims

1. 一种超细高活性铝粉的制备工艺，该工艺包括以下步骤：

3）分级：雾化室中的铝粉通过气力输送进入分级器进行分级处理，得不同粒径的铝粉成品。

2.根据权利要求1所述的超细高活性铝粉的制备工艺，其特征在于上述气体雾化喷嘴的铝液喷射方向为水平喷射；气体雾化喷嘴用的混合气体为体积比为99—99.999%惰性气体和1—0.001%氧气；混合气体的压力在6～12MPa之间，流速为4～6M/S。

3. 根据权利要求2所述的超细高活性铝粉的制备工艺，其特征在于上述分级步骤中的气力输送是由雾化室与分级器相连通的输送管组成，气力输送用的气体为雾化使用的惰性气体和氧气的混合气体；

4. 根据权利要求3所述的超细高活性铝粉的制备工艺，其特征在于上述铝粉成品的平均粒径小于10μm，表面Al₂O₃膜的厚度为0.8～1.5nm，水面覆盖分散性＞10000cm2/g，活性铝大于99%。

5. 一种生产超细高活性铝粉的熔铝炉，包括圆形炉底的熔铝炉体和安装在熔铝炉体内的燃烧器喷嘴及安装在熔铝炉体上的炉门，在熔铝炉体上端安装有竖式炉体，在竖式炉体上端面安装有加料口，其特征在于圆形炉底的熔铝炉体（13）内的一侧设有铝液保温区（14），在铝液保温区内安装有铝液吸管（12），在炉门（1）的上端安装有烟气回收罩（3），空气预热器（11）与烟气回收罩、竖式炉体（9）相连通，燃烧器喷嘴（18）的空气进口（2）与空气预热器相连。

6. 根据权利要求5所述的生产超细高活性铝粉的熔铝炉，其特征在于上述燃烧器喷嘴为两个，两燃烧器喷嘴安装在圆形炉底的熔铝炉体（13）的上部，两燃烧器喷嘴（18）的轴线夹角为70—100度。

7.根据权利要求6所述的生产超细高活性铝粉的熔铝炉，其特征在于在上述圆形炉底的熔铝炉体（13）的外部安装有风道（17），风道是由安装在熔铝炉体外部上、下端的上、下风道和安装在熔铝炉体外部与上、下风道相连通的炉壳夹层风道组成，风机（16）的排风口与下风道相连通，风道上端的排风口通过管路与空气预热器（11）相连通；在上述烟气回收罩（3）与空气预热器（11）之间的连接管路上安装有阀门（4）。

8. 根据权利要求7所述的生产超细高活性铝粉的熔铝炉，其特征在于在上述加料口（5）上相配安装有加料口密封盖（19），加料口密封盖通过铰链与竖式炉体（9）的上端面相连，在铰链一侧的竖式炉体上端面上固定有立柱（7），立柱顶端安装有滑轮，钢丝绳（6）一端与加料口密封盖相连，钢丝绳另一端与卷扬机相连。

9. 一种生产超细高活性铝粉的气体雾化喷嘴，其特征在于雾化喷嘴（21）是由喷嘴（22）和环形导流套（24）组成，环形导流套套装在喷嘴外圆上，环形导流套的内圆与喷嘴外圆形成与喷嘴同心的环形喷气腔（23），环形喷气腔与气体输送管（25）相连通。

10. 根据权利要求9所述的生产超细高活性铝粉的气体雾化喷嘴，其特征在于上述喷嘴（22）的外圆面和环形导流套（24）的内圆面为相配的圆锥面。