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(lái)又在高純海綿鈦精整除釩以及薄膜太陽(yáng)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(guò)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(guò)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(huì)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(chǔ)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(guò)鋁液輸送管輸送到霧化室內(nèi)，鋁液通過(guò)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(jí)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(jí):霧化室中的鋁粉通過(guò)氣力輸送進(jìn)入分級(jí)器進(jìn)行分級(jí)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?；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。上述分級(jí)步驟中的氣力輸送是由霧化室與分級(jí)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(jí)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(guò)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(guò)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(jí)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(jí)分級(jí)； 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(gè)，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(guò)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(guò)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?yè)P(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(jiǎn)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(duì)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(gè)圓形的爐氣場(chǎng)，使?fàn)t內(nèi)的溫度分布和氣氛都比較均勻，同時(shí)爐內(nèi)的爐氣循環(huán)強(qiáng)烈、爐溫均勻，防止了爐溫局部過(guò)熱形成過(guò)燒現(xiàn)象的發(fā)生，一方面延長(zhǎng)了爐子使用壽命，另一方面延長(zhǎng)了熱量在爐內(nèi)的滯留時(shí)間，增加了熱交換機(jī)會(huì)，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(guò)豎式爐體上的加料口進(jìn)行加料，同時(shí)鋁錠在豎式爐體內(nèi)經(jīng)過(guò)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(shí)，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(guò)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(shí)經(jīng)過(guò)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(chǔ)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(guò)鋁液輸送管輸送到霧化室內(nèi)，通過(guò)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(guò)程中迅速凝固成微米級(jí)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(guò)程中，會(huì)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(guò)氣體壓縮機(jī)提供；
3)分級(jí):霧化室中的微米級(jí)鋁粉通過(guò)氣力輸送進(jìn)入分級(jí)器進(jìn)行分級(jí)處理，由分級(jí)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(jí)純度。步驟3中分級(jí)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(guò)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(guò)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(dòng)力。分級(jí)后的混合氣體通過(guò)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(dòng)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(guò)程中的損耗，可通過(guò)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(chǔ)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(guò)鋁液輸送管輸送到霧化室內(nèi)，鋁液通過(guò)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(jí)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(jí):霧化室中的鋁粉通過(guò)氣力輸送進(jìn)入分級(jí)器進(jìn)行分級(jí)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(jí)步驟中的氣力輸送是由霧化室與分級(jí)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(jí)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(guò)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(guò)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(jí)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(jí)分級(jí)； 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(gè)，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(guò)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(guò)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?yè)P(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(jí)；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(jiǎn)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(hào)B22F9/08GK103223492SQ20131011993
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)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(qǐng)人:寧夏新和新材科技有限公司