超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝及裝置的制作方法

專利名稱：超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁粉的制備工藝及裝置，特別是一種超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝及裝置。
背景技術(shù)：
高活性超細(xì)鋁粉廣泛用于高檔汽車、家電以及裝飾材料用金屬漆、電子產(chǎn)品用導(dǎo)漿料、冶金用還原劑以及火箭燃料推進(jìn)劑等方面，近年來又在高純海綿鈦精整除釩以及薄膜太陽能電池涂層等方面得到了重要應(yīng)用。鋁粉的粒度和活性是決定精細(xì)冶金過程中還原、除雜質(zhì)效果的重要參數(shù)。平均粒度越小、表面活性越高越有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行，除雜的效果越好，最終可以獲得高純度的活性金屬。但由于鋁和氧具有很強(qiáng)的親和力，隨著鋁粉的粒度變細(xì)，鋁粉表面極易發(fā)生氧化，形成穩(wěn)定的氧化物，從而降低其活性，并且超細(xì)活性鋁粉很容易發(fā)生自燃或爆炸，這也是目前超細(xì)活性鋁粉生產(chǎn)過程中的主要難點(diǎn)之一。目前制備鋁粉的方法主要有機(jī)械研磨法、氣流沖擊粉碎法、水霧化法、空氣霧化法、氮?dú)忪F化法等。機(jī)械研磨和水霧化法通常只能制備平均粒徑在40 IOOym之間，且形狀不規(guī)則的粉末；氣流粉碎和空氣霧化法雖然也能制備粒度較細(xì)的粉末，但由于鋁粉極易吸氧，上述制備方法會嚴(yán)重影響其表面活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種鋁粉平均粒徑和分布范圍小、表面活性高的超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝及專用的熔鋁爐和霧化噴嘴。本發(fā)明的技術(shù) 方案是:一種超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝，該工藝包括以下步驟:
1)熔化:鋁錠在熔鋁爐內(nèi)熔化后，儲存于熔鋁爐內(nèi)的保溫區(qū)內(nèi)，保溫區(qū)的鋁液溫度保持在 760°C~ 840°C之間；
2)霧化:將熔鋁爐內(nèi)保溫區(qū)的鋁液通過鋁液輸送管輸送到霧化室內(nèi)，鋁液通過安裝在霧化室內(nèi)的氣體霧化噴嘴進(jìn)行霧化造粒，形成微米級鋁粉；其中氣體霧化噴嘴的氣體為以惰性氣體為主的混合氣體；
3)分級:霧化室中的鋁粉通過氣力輸送進(jìn)入分級器進(jìn)行分級處理，得不同粒徑的鋁粉成品；
上述氣體霧化噴嘴的鋁液噴射方向?yàn)樗絿娚洌粴怏w霧化噴嘴用的混合氣體為體積比為99一99.999%惰性氣體和I一0.001%氧氣；混合氣體的壓力在6 12MPa之間，流速為4 6M/S。上述分級步驟中的氣力輸送是由霧化室與分級器相連通的輸送管組成，氣力輸送用的氣體為霧化使用的惰性氣體和氧氣的混合氣體；
分級器的出風(fēng)口連接有高壓風(fēng)機(jī)，高壓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口通過管路與氣體壓縮機(jī)進(jìn)氣口和霧化室相連，氣體壓縮機(jī)的出氣口通過管路與氣體霧化噴嘴相連通；上述混合氣體中的惰性氣體為氮?dú)?；混合氣體中的氮?dú)夂脱鯕鉃楣I(yè)純度；
分級器采用旋風(fēng)除塵器或布袋除塵器或旋風(fēng)除塵器與布袋除塵器串聯(lián)的兩級分級； 旋風(fēng)除塵器優(yōu)選旋風(fēng)式多管陶瓷除塵器，布袋除塵器優(yōu)選脈沖反吹布袋除塵器。上述鋁粉成品的平均粒徑小于10 μ m,表面Al2O3膜的厚度為0.8 1.5nm,水面覆蓋分散性> 10000cm2/g，活性鋁大于99%。一種生產(chǎn)超細(xì)高活性鋁粉的熔鋁爐，包括圓形爐底的熔鋁爐體和安裝在熔鋁爐體內(nèi)的燃燒器噴嘴及安裝在熔鋁爐體上的爐門，在熔鋁爐體上端安裝有豎式爐體，在豎式爐體上端面安裝有加料口，其特征在于圓形爐底的熔鋁爐體內(nèi)的一側(cè)設(shè)有鋁液保溫區(qū)，在鋁液保溫區(qū)內(nèi)安裝有鋁液吸管，在爐門的上端安裝有煙氣回收罩，空氣預(yù)熱器與煙氣回收罩、豎式爐體相連通，燃燒器噴嘴的空氣進(jìn)口與空氣預(yù)熱器相連。上述燃燒器噴嘴為兩個，兩燃燒器噴嘴安裝在圓形爐底的熔鋁爐體的上部，兩燃燒器噴嘴的軸線夾角為70—100度。在上述圓形爐底的熔鋁爐體的外部安裝有風(fēng)道，風(fēng)道是由安裝在熔鋁爐體外部上、下端的上、下風(fēng)道和安裝在熔鋁爐體外部與上、下風(fēng)道相連通的爐殼夾層風(fēng)道組成，風(fēng)機(jī)的排風(fēng)口與下風(fēng)道相連通，風(fēng)道上端的排風(fēng)口通過管路與空氣預(yù)熱器相連通；在上述煙氣回收罩與空氣預(yù)熱器之間的連接管路上安裝有閥門。在上述加料口上相配安裝有加料口密封蓋，加料口密封蓋通過鉸鏈與豎式爐體的上端面相連，在鉸鏈一側(cè)的豎式爐體上端面上固定有立柱，立柱頂端安裝有滑輪，鋼絲繩一端與加料口密封蓋相連，鋼絲繩另一端與卷揚(yáng)機(jī)相連。一種生產(chǎn)超細(xì)高活性鋁粉的霧化噴嘴，其特征在于霧化噴嘴是由噴嘴和環(huán)形導(dǎo)流套組成，環(huán)形導(dǎo)流套套裝在噴嘴外圓上，環(huán)形導(dǎo)流套的內(nèi)圓與噴嘴外圓形成與噴嘴同心的環(huán)形噴氣腔，環(huán)形噴氣 腔與氣體輸送管相連通。上述噴嘴的外圓面和環(huán)形導(dǎo)流套的內(nèi)圓面為相配的圓錐面。本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
1.工藝簡單、生產(chǎn)成本低。由于采用專用的熔鋁爐、氣體霧化噴嘴和封閉的惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)，一方面工藝流程短，鋁粉平均粒徑和分布范圍小，表面活性高，另一方面惰性氣體循環(huán)使用，可有效降低生產(chǎn)成本、對環(huán)境影響小。2.在專用的熔鋁爐體內(nèi)設(shè)有鋁液熔化區(qū)和保溫區(qū)，在鋁液熔化區(qū)內(nèi)的兩燃燒器噴嘴的軸線夾角設(shè)計(jì)為70—100度，這樣兩燃燒器噴嘴的火焰在爐內(nèi)形成一個圓形的爐氣場，使?fàn)t內(nèi)的溫度分布和氣氛都比較均勻，同時爐內(nèi)的爐氣循環(huán)強(qiáng)烈、爐溫均勻，防止了爐溫局部過熱形成過燒現(xiàn)象的發(fā)生，一方面延長了爐子使用壽命，另一方面延長了熱量在爐內(nèi)的滯留時間，增加了熱交換機(jī)會，達(dá)到節(jié)能的目的。利用本技術(shù)方案可使鋁錠的最低燒損在0.8 %以下。3.在熔鋁爐體上端安裝有豎式爐體和翻轉(zhuǎn)的加料口密封蓋，一方面可方便通過豎式爐體上的加料口進(jìn)行加料，同時鋁錠在豎式爐體內(nèi)經(jīng)過預(yù)熱，除去了鋁錠表面吸附的水分和充分吸收豎式爐體內(nèi)的煙氣余熱，這樣既能降低鋁液中的氧含量，又能起到穩(wěn)定熔池液流的作用，從而大大節(jié)約了能源。4.在熔鋁爐上采用空氣預(yù)熱器及爐殼夾層風(fēng)道，其目的是在保護(hù)爐外殼和增加爐體強(qiáng)度的同時，可有效降低外殼的溫度和工人的操作環(huán)境溫度。在熔鋁爐體的外部安裝有風(fēng)道，風(fēng)機(jī)從下風(fēng)道送入冷風(fēng)，通過上風(fēng)道進(jìn)入空氣預(yù)熱器，這樣預(yù)熱后的空氣再進(jìn)入燃燒器參與燃燒，提高燃燒效率、燃燒強(qiáng)度、火焰溫度與速度，同時經(jīng)過上述吸熱后的排煙溫度可降到150°C以下，大大提高熱效率。


附圖1為本發(fā)明的工藝流程 附圖2為本發(fā)明鋁粉的掃描電鏡照片；
附圖3為本發(fā)明熔鋁爐的結(jié)構(gòu)示意 附圖4為本發(fā)明附圖1的俯視 附圖5為本發(fā)明附圖1的A-A剖視 附圖6為本發(fā)明附圖1的B-B剖視 附圖7為本發(fā)明的霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:
如圖1、2所示，超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝如下:
1)熔化:將鋁錠在熔鋁爐中熔化，熔化后的鋁液儲存于熔鋁爐內(nèi)的保溫區(qū)內(nèi)，保溫區(qū)的鋁液溫度保持在760°C左右； 2)霧化:將熔鋁爐內(nèi)保溫區(qū)的鋁液通過鋁液輸送管輸送到霧化室內(nèi)，通過安裝在霧化室內(nèi)的氣體霧化噴嘴噴出進(jìn)行霧化造粒，氣體霧化噴嘴的鋁液噴射方向?yàn)樗絿娚洹１貐^(qū)內(nèi)的鋁液在鋁液液面壓力和氣體霧化噴嘴上的由混合氣體形成壓力為6MPa左右，體流速為4M/S的作用下，在氣體霧化噴嘴的噴口處形成負(fù)壓，鋁液由氣體霧化噴嘴呈水平噴射出，形成霧狀鋁滴，霧狀鋁滴在霧化室內(nèi)降落的過程中迅速凝固成微米級招粉末。由于霧化室內(nèi)的氣氛中含有微量的氧氣，這樣在招滴冷卻過程中，會在招滴表面鈍化形成厚度為1.5nm左右的超薄Al2O3膜，這樣既保證鋁粉的活性，又保證了鋁粉的穩(wěn)定性?；旌蠚怏w中的惰性氣體可采用不與鋁反應(yīng)的惰性氣體，從降低生產(chǎn)成本的角度考慮采用氮?dú)?，混合氣體是由通過氣體壓縮機(jī)提供；
3)分級:霧化室中的微米級鋁粉通過氣力輸送進(jìn)入分級器進(jìn)行分級處理，由分級器出口得平均粒徑為10 μ m左右的，水面覆蓋分散性> 10000cm2/g，活性鋁大于99%的鋁粉成品。粒徑大于10 μ m以上的鋁粉收集后可用于其他用途。其中上述步驟2中，混合氣體中氮?dú)馀c氧氣形成的混合氣體的體積比為99:1。氮?dú)馀c氧氣采用工業(yè)級純度。步驟3中分級器采用旋風(fēng)式多管陶瓷除塵器。在旋風(fēng)式多管陶瓷除塵器的出風(fēng)口連接有高壓風(fēng)機(jī)，高壓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口通過管路與氣體壓縮機(jī)的進(jìn)氣口和霧化室相連，氣體壓縮機(jī)的出氣口通過管路與氣體霧化噴嘴相連通，這樣用于霧化后的混合氣體和高壓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口的氣體就作為氣力輸送的動力。分級后的混合氣體通過氣體壓縮機(jī)壓縮后，繼續(xù)作為霧化用氣和氣力輸送的動力用氣。為保證由高壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口送出的混合氣體壓力及流量的穩(wěn)定性，在高壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與氣體壓縮機(jī)進(jìn)氣口和霧化室相連的管路中，安裝有低壓平衡罐。
混合氣體在霧化過程中的損耗，可通過氣體壓縮機(jī)上的進(jìn)氣口進(jìn)行氧氣的補(bǔ)充。實(shí)施例2—5:
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，改變保溫區(qū)的鋁液溫度、混合氣體的壓力、流速和混合氣體中氮?dú)夂脱鯕獾谋?，得鋁粉成品見下表:
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝，該工藝包括以下步驟: 1)熔化:鋁錠在熔鋁爐內(nèi)熔化后，儲存于熔鋁爐內(nèi)的保溫區(qū)內(nèi)，保溫區(qū)的鋁液溫度保持在 760°C~ 840°C之間； 2)霧化:將熔鋁爐內(nèi)保溫區(qū)的鋁液通過鋁液輸送管輸送到霧化室內(nèi)，鋁液通過安裝在霧化室內(nèi)的氣體霧化噴嘴進(jìn)行霧化造粒，形成微米級鋁粉；其中氣體霧化噴嘴的氣體為以惰性氣體為主的混合氣體； 3)分級:霧化室中的鋁粉通過氣力輸送進(jìn)入分級器進(jìn)行分級處理，得不同粒徑的鋁粉成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝，其特征在于上述氣體霧化噴嘴的鋁液噴射方向?yàn)樗絿娚?；氣體霧化噴嘴用的混合氣體為體積比為99一99.999%惰性氣體和I一0.001%氧氣；混合氣體的壓力在6 12MPa之間，流速為4 6M/S。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝，其特征在于上述分級步驟中的氣力輸送是由霧化室與分級器相連通的輸送管組成，氣力輸送用的氣體為霧化使用的惰性氣體和氧氣的混合氣體； 分級器的出風(fēng)口連接有高壓風(fēng)機(jī)，高壓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口通過管路與氣體壓縮機(jī)進(jìn)氣口和霧化室相連，氣體壓縮機(jī)的出氣口通過管路與氣體霧化噴嘴相連通； 上述混合氣體中的惰性氣體為氮?dú)?；混合氣體中的氮?dú)夂脱鯕鉃楣I(yè)純度； 分級器采用旋風(fēng)除塵器或布袋除塵器或旋風(fēng)除塵器與布袋除塵器串聯(lián)的兩級分級； 旋風(fēng)除塵器優(yōu)選旋風(fēng)式多管陶瓷除塵器，布袋除塵器優(yōu)選脈沖反吹布袋除塵器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝，其特征在于上述鋁粉成品的平均粒徑小于10 μ m，表面Al2O3膜的厚度為0.8 1.5nm，水面覆蓋分散性> 10000cm2/g，活性鋁大于99%。
5.一種生產(chǎn)超細(xì)高活性鋁粉的熔鋁爐，包括圓形爐底的熔鋁爐體和安裝在熔鋁爐體內(nèi)的燃燒器噴嘴及安裝在熔鋁爐體上的爐門，在熔鋁爐體上端安裝有豎式爐體，在豎式爐體上端面安裝有加料口，其特征在于圓形爐底的熔鋁爐體(13)內(nèi)的一側(cè)設(shè)有鋁液保溫區(qū)(14)，在鋁液保溫區(qū)內(nèi)安裝有鋁液吸管(12)，在爐門(I)的上端安裝有煙氣回收罩(3)，空氣預(yù)熱器(11)與煙氣回收罩、豎式爐體(9)相連通，燃燒器噴嘴(18)的空氣進(jìn)口(2)與空氣預(yù)熱器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)超細(xì)高活性鋁粉的熔鋁爐，其特征在于上述燃燒器噴嘴為兩個，兩燃燒器噴嘴安裝在圓形爐底的熔鋁爐體(13)的上部，兩燃燒器噴嘴(18)的軸線夾角為70—100度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)超細(xì)高活性鋁粉的熔鋁爐，其特征在于在上述圓形爐底的熔鋁爐體(13)的外部安裝有風(fēng)道(17)，風(fēng)道是由安裝在熔鋁爐體外部上、下端的上、下風(fēng)道和安裝在熔鋁爐體外部與上、下風(fēng)道相連通的爐殼夾層風(fēng)道組成，風(fēng)機(jī)(16)的排風(fēng)口與下風(fēng)道相連通，風(fēng)道上端的排風(fēng)口通過管路與空氣預(yù)熱器(11)相連通；在上述煙氣回收罩(3 )與空氣預(yù)熱器(11)之間的連接管路上安裝有閥門(4 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生產(chǎn)超細(xì)高活性鋁粉的熔鋁爐，其特征在于在上述加料口(5)上相配安裝有加料口密封蓋(19)，加料口密封蓋通過鉸鏈與豎式爐體(9)的上端面相連，在鉸鏈一側(cè)的豎式爐體上端面上固定有立柱(7)，立柱頂端安裝有滑輪，鋼絲繩(6) —端與加料口密封蓋相連，鋼絲繩另一端與卷揚(yáng)機(jī)相連。
9.一種生產(chǎn)超細(xì)高活性鋁粉的氣體霧化噴嘴，其特征在于霧化噴嘴(21)是由噴嘴(22)和環(huán)形導(dǎo)流套(24)組成，環(huán)形導(dǎo)流套套裝在噴嘴外圓上，環(huán)形導(dǎo)流套的內(nèi)圓與噴嘴外圓形成與噴嘴同心的環(huán)形噴氣腔(23)，環(huán)形噴氣腔與氣體輸送管(25)相連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)超細(xì)高活性鋁粉的氣體霧化噴嘴，其特征在于上述噴嘴(22)的外圓面和環(huán)形導(dǎo) 流套(24)的內(nèi)圓面為相配的圓錐面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超細(xì)高活性鋁粉的制備工藝及裝置，該工藝步驟為熔化、霧化、分級；該裝置涉及專用的熔鋁爐和氣體霧化噴嘴。熔鋁爐包括圓形爐底的熔鋁爐體和安裝在熔鋁爐體內(nèi)的燃燒器噴嘴及安裝在熔鋁爐體上的爐門，在熔鋁爐體上端安裝有豎式爐體，在豎式爐體上端面安裝有加料口，其特征在于圓形爐底的熔鋁爐體內(nèi)的一側(cè)設(shè)有鋁液保溫區(qū)，鋁液吸管一端與鋁液保溫區(qū)相連通，鋁液吸管另一端與鋁粉末生產(chǎn)設(shè)備相連，在爐門的上端安裝有煙氣回收罩，空氣預(yù)熱器與煙氣回收罩、豎式爐體相連通，燃燒器噴嘴的空氣進(jìn)口與空氣預(yù)熱器相連。本發(fā)明具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低、混合氣體可循環(huán)使用、熔鋁爐和氣體霧化噴嘴具有結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。
文檔編號B22F9/08GK103223492SQ20131011993
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者舒永春, 趙皓 申請人:寧夏新和新材科技有限公司