第一節(jié) 產(chǎn)品定義、性能及應(yīng)用特點(diǎn)
1、定義
微細(xì)球型鋁粉是指將金屬鋁采用霧化法等手段制造成球狀的超細(xì)粉末。
2、性能
為活潑金屬，危險(xiǎn)性類別為第4.3類，遇濕易燃。爆炸極限為25-40％，引燃溫度為645°C。大量粉塵遇潮濕、水蒸氣能自燃，與氧化劑混合能形成爆炸性混合物，與氟、氯等接觸會發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，與酸類或強(qiáng)堿接觸能產(chǎn)生氫氣，引起燃燒爆炸。粉體與空氣也可形成爆炸性混合物。當(dāng)達(dá)到一定的濃度時(shí)，遇火星會發(fā)生爆炸。
3、用途
主要用于化工原料、金屬涂料、金屬顏料、固體火箭推進(jìn)劑、油漆、煙花等，也用于冶金工業(yè)。
第二節(jié) 發(fā)展歷程
金屬鋁粉工業(yè)化生產(chǎn)很久以前就有，早期的生產(chǎn)方式是搗沖法，把鋁碎屑放在搗沖機(jī)的凹槽內(nèi)，搗杵在機(jī)械帶動下連續(xù)沖打凹槽內(nèi)的鋁屑，具有延展性的鋁在沖擊下逐漸變成薄片并且破碎，在鋁變得非常微薄細(xì)小后進(jìn)行篩選，取出合乎要求的鋁粉作為產(chǎn)品。搗沖法的生產(chǎn)效率很低，產(chǎn)品質(zhì)量不易掌握，而且生產(chǎn)過程中粉塵很多，非常容易起火和爆炸。1894年，德國Hamtag用求磨機(jī)生產(chǎn)鋁粉，在球磨機(jī)內(nèi)放入鋼球、鋁屑和潤滑劑，利用飛動的鋼球擊碎鋁屑之后成為鱗片狀鋁粉，在球磨機(jī)內(nèi)和管道里充滿惰性氣體，這種方法仍然沿用，被稱之為“干法生產(chǎn)”。1910年，美國J.Hall發(fā)明了在球磨機(jī)內(nèi)加入石油溶劑代替惰性氣體，生產(chǎn)的鋁粉與溶劑混成漿狀，成為漿狀鋁粉顏料。這種方法設(shè)備簡單，工藝安全，產(chǎn)品使用起來非常方便，很快為世界各國所采用?，F(xiàn)代絕大多數(shù)鋁粉顏料都采用這種方法，這種方法也稱之為“濕法”。
中國鋁粉工業(yè)自20世紀(jì)50年代起步，至今已有五十年的歷史。霧化鋁粉的亞音速空氣霧化法均有采用，壓水霧化法也開始進(jìn)入生產(chǎn)序列，產(chǎn)品既有非規(guī)則形狀的，也有正球形的。在球磨法制造鋁粉及鋁粉漿方面，干法工藝和濕法工藝都有廠家采用。生產(chǎn)的產(chǎn)品有漂浮型鋁粉及鋁粉漿、非漂浮型鋁粉及鋁粉漿。適合于水性涂料的水分散鋁漿早已面世，以合金形式的鋁粉漿如鋅鋁漿也有生產(chǎn)。
第三節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
金屬鋁粉主要用于導(dǎo)電漿料、導(dǎo)電膠、電接觸材料、催化和抗菌材料等領(lǐng)域，是應(yīng)用廣泛的功能性粉體材料。制備出球形度好、結(jié)晶度高、表面光潔、呈窄粒度分布的微米或亞微米級鋁粉，是現(xiàn)代有關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)要求。納米鋁粉的制備、性能表征及其在催化、抗菌及導(dǎo)電等材料領(lǐng)域的應(yīng)用，近年來已成為 研究 熱點(diǎn)。
液相還原是制備金屬鋁粉的主要方法，通過對前驅(qū)體、還原劑、制備工藝與設(shè)備的調(diào)控，可制備出尺度從納米級至微米級，形貌為球形或多面體形的金屬鋁粉。目前，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的鋁粉，大部分采用此方法制備。液相還原法的不足在于工藝過程較長，制備的鋁粉結(jié)晶度、球形度偏低，表面欠光潔，難以滿足電子漿料等應(yīng)用領(lǐng)域的要求。此外，工業(yè)化制備鋁粉的方法還有電解法、熔體霧化法等。電解法只能制備顆粒粗大的枝晶狀粉末，產(chǎn)品主要用于粉末冶金制備銀基電接觸材料。熔體霧化法過程簡單、生產(chǎn)效率高、成本低，但即使采用特殊的霧化技術(shù)，目前也只能制備粒徑細(xì)到10μm左右的球形或類球形鋁粉，因此其應(yīng)用受到限制。水熱還原法、多元醇法、微波等離子法、電子束蒸發(fā)法和噴霧熱分解法等屬于還在 研究 探索中的鋁粉制備方法。在這些方法中，噴霧熱分解法由于設(shè)備及過程簡單，制備的粉末結(jié)晶度高、球形度好、表面光潔，特別適用于電子領(lǐng)域的微細(xì)鋁粉的制備，最具廣泛應(yīng)用前景。
第四節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程
目前世界的鋁粉大多是采用亞音速空氣霧化法生產(chǎn)的。球形鋁粉的霧化介質(zhì)是具有超音速（Supersonic）或超聲（Ultrasonic）的惰性氣體。國外對霧化技術(shù)的一般問題有所報(bào)道。
采用霧化法獲得供試驗(yàn) 研究 用少量球形鋁粉，目前在國內(nèi)外都達(dá)到了成熟階段。霧化微細(xì)球型鋁粉，特別是把試驗(yàn)室的技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)條件下實(shí)現(xiàn)工程化大批量連續(xù)生產(chǎn)卻很少有公開報(bào)導(dǎo)，工程化需要成熟的主體技術(shù)，同時(shí)更需要綜合技術(shù)予以保證實(shí)施，工程化是綜合技術(shù)水平的體現(xiàn)。
下面介紹超音速氣體霧化微細(xì)球型鋁粉生產(chǎn)線的組成、特點(diǎn)、生產(chǎn)能力、工藝水平和微細(xì)化、球化、連續(xù)化等有關(guān)工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。
1、超音速氣體霧化微細(xì)球型鋁粉生產(chǎn)線概況
1）組成及技術(shù)指標(biāo)
生產(chǎn)線主要由以下幾部分組成：
（一）霧化系統(tǒng)，包括霧化器和霧化室。霧化室直徑1.5m，高5m，全水冷，內(nèi)壁為不銹鋼；
（二）鋁液連續(xù)供應(yīng)系統(tǒng)，它是由熔鋁爐、加熱流槽和保溫爐組成。熔鋁爐和保溫爐的容量各為450kg和l0kg，功率各是l20kw和6kw，最高使用溫度分別為l200℃和920℃，連續(xù)供鋁量30～90kg／h。
微細(xì)球型鋁粉生產(chǎn)線組成示意圖
（三）N2氣密閉循環(huán)系統(tǒng)，其組成和氣體循環(huán)如下：
（四）真空系統(tǒng)，真空機(jī)組由一臺機(jī)械泵和兩臺羅次泵組成，霧化及管路系統(tǒng)真空度達(dá)2～l0Pa。
（五）連續(xù)脈沖出料系統(tǒng)，其組成見圖l，送料能力200～300kg／h。
2）特點(diǎn)
（一）連續(xù)投料，連續(xù)自動提供鋁液，勞動強(qiáng)度低，同時(shí)可保持恒定的液體壓頭，使霧化過程穩(wěn)定。
（二）霧化事容量大，會循環(huán)水冷卻，霧化時(shí)鋁液溫度為800～860℃，霧化5～6h以后，霧化室下端收集器內(nèi)鋁粉僅為60℃左右，這說明設(shè)備散熱效果好，可避免出現(xiàn)液滴結(jié)餅現(xiàn)象，保證霧化正常連續(xù)進(jìn)行。
（三）氣密性好，N2氣耗損量3～6l／kg。氣密性好的另一個優(yōu)點(diǎn)是N2氣循環(huán)時(shí)問愈長，與鋁液反應(yīng)消耗的氧愈多，N2氣純度不斷提高，粉末球形度愈來愈好。
（四）霧化器結(jié)構(gòu)合理，氣流能量損失少，用不太高的壓力就可噴出很細(xì)的粉末。同時(shí)粉末的粒度分布可以根據(jù)需要加以調(diào)整。
（五）生產(chǎn)線布局合理，出粉、分級和除塵部分與主機(jī)隔開，有利于安全防護(hù)。
3）生產(chǎn)能力和工藝水平
連續(xù)試生產(chǎn)112天，每天一爐平均噴粉3.5h統(tǒng)計(jì)，其生產(chǎn)能力和工藝水平：
生產(chǎn)線試生產(chǎn)情況，生產(chǎn)能力和工藝水平
*不代表噴嘴真實(shí)壽命，人為安排投鋁量噴完為止。
**中位徑：重鼉?yōu)?0時(shí)的粉末顆粒直徑。
粉末中位徑（D50）分布圖
112個爐次鋁粉粒度分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是90%中位徑分布在30μm～40μm之間，平均值為35μm（表l，圖2），最大粉末直徑一般都小于70μm，其生產(chǎn)率為82kg／h，據(jù)此估算該生產(chǎn)線的年產(chǎn)量約為320t。
該生產(chǎn)線已經(jīng)投產(chǎn)，運(yùn)行正常。產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)使用鑒定完全符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
2、霧化技術(shù)
微細(xì)球型鋁粉生產(chǎn)線采用超音速氣體（N2）霧化技術(shù)，霧化工藝流程如下：
霧化原理是高壓氣流通過霧化器被加速到超音速水平，這種超音速氣流將從輸液管流出的金屬液流擊碎成小液滴，隨后被大面積的氣體迅速冷卻凝成金屬粉末。
霧化原理示意圖
霧化氣流和液流問的動力學(xué)關(guān)系很復(fù)雜，粉末形貌、粒度分布以及霧化過程的連續(xù)性是這種關(guān)系的宏觀反應(yīng)，也是微細(xì)球型鋁粉生產(chǎn)中的重要技術(shù)問題。
1）粒度分布
表明粉末粒度隨霧化壓力呈倒拋物線變化，低谷B是粒度最小的點(diǎn)，與其對應(yīng)的霧化壓力為臨界壓力，霧化壓力小于臨界值時(shí)，粒度隨壓力增加而變細(xì)，霧化壓力大于臨界值時(shí)，粒度隨之變粗。
霧化壓力和粉末粒度的關(guān)系
上述關(guān)系可用于生產(chǎn)中調(diào)整粒度分布的理論依據(jù)。試生產(chǎn)中選用的霧化壓力是2.0～4.0MPa。
粉末粒度大小還與鋁液溫度有關(guān)，溫度高則粒度細(xì)，這已被證明。但溫度過高有很多不利之處，一般規(guī)定過熱150～200℃，試生產(chǎn)采用800℃～860℃。
按上述霧化工藝獲得的粉末平均中位徑D50=35μm（表1），還可根據(jù)需要改變霧化J：藝調(diào)整粉末粒度分布，目前獲得的最小中位徑D50=22μm。
2）霧化過程的連續(xù)性（噴嘴壽命）
霧化過程的連續(xù)性是由噴嘴壽命決定的，噴嘴壽命指霧化開始到輸液管端口被堵死的時(shí)間。造成堵塞的原因是霧化時(shí)輸液管端口下部形成負(fù)壓紊流區(qū)，造成部分液滴濺反到輸液管口上，同時(shí)從霧化器沖出的N2氣膨脹后溫度急劇下降，使濺反回的液滴凝固并堆積在輸液管口，最終堵死液流通道，中斷霧化過程。通常采用加熱輸液管，預(yù)熱霧化氣體或二次給氣減輕負(fù)壓等措施來延長噴嘴壽命。試生產(chǎn)主要采用預(yù)熱霧化氣體和動態(tài)剝落的辦法延長噴嘴壽命，霧化過程能連續(xù)進(jìn)行6～9h。
3、結(jié)論
1）試生產(chǎn)證明實(shí)驗(yàn)室 研究 成功的微細(xì)球型鋁粉霧化技術(shù)已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了工程化，高技術(shù)轉(zhuǎn)化成了生產(chǎn)力。
2）超音速氣體霧化微細(xì)球型鋁粉生產(chǎn)線，試生產(chǎn)霧化工藝是采用N2氣作霧化介質(zhì)，純度下限為99.4%，霧化壓力是2～4MPa，鋁液霧化溫度為800～860℃。
3）霧化生產(chǎn)線試生產(chǎn)的鋁粉為球形，平均中位徑是35μm，生產(chǎn)率達(dá)82kg／h，N2氣損耗3～6l／kg。
第五節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析
隨著微細(xì)粉末在高新技術(shù)新材料中的應(yīng)用，需要大量粒徑小于20Ixm或10Ixm的鋁粉粉末，傳統(tǒng)的霧化方法在生產(chǎn)這類粉末時(shí)仍然存在不足：①細(xì)粉末的產(chǎn)出率低(小于20％)；②氣體消耗量大，生產(chǎn)成本高。為此，自20世紀(jì)90年代，人們對新型霧化技術(shù)進(jìn)行大量的 研究 ，并取得了可喜成果。這些新型霧化技術(shù)大大提高了微細(xì)粉末的收得率，并且正在進(jìn)入工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。新型霧化技術(shù)主要分為層流霧化技術(shù)、超聲緊耦合霧化技術(shù)和熱氣體霧化技術(shù)3類。
該技術(shù)對常規(guī)噴嘴進(jìn)行了重大改進(jìn)。改進(jìn)后的霧化噴嘴霧化效率高，粉末粒度分布窄，冷卻速度達(dá)10～107K／s。在2.0MPa的霧化壓力下，以Ar或N2為介質(zhì)霧化鋁，粉末平均粒度達(dá)到10μm。該工藝的另一個優(yōu)點(diǎn)是氣體消耗量低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，并且適用于大多數(shù)金屬粉末的生產(chǎn)。缺點(diǎn)是技術(shù)控制難度大，霧化過程不穩(wěn)定，產(chǎn)量小(金屬質(zhì)量流率小于1kg／min)，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。該技術(shù)對緊耦合環(huán)縫式噴嘴進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使氣流的出口速度超過聲速，并且增加金屬的質(zhì)量流率。在霧化高表面能的金屬如不銹鋼時(shí)，粉末平均粒度可達(dá)20μm左右，粉末的標(biāo)準(zhǔn)偏差最低可以降至15μm。該技術(shù)的另一大優(yōu)點(diǎn)是大大提高了粉末的冷卻速度，可以生產(chǎn)快冷或非晶結(jié)構(gòu)的粉末。從當(dāng)前的發(fā)展來看，該項(xiàng)技術(shù)設(shè)備代表了緊耦合霧化技術(shù)的新的發(fā)展方向，且具有工業(yè)實(shí)用意義，可以廣泛應(yīng)用于微細(xì)不銹鋼、鐵合金、鎳合金、銅合金、磁性材料、儲氫材料等合金粉末的生產(chǎn)。
免責(zé)申明：本文僅為中經(jīng)縱橫 市場 研究 觀點(diǎn)，不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)行為。如有其他問題，敬請來電垂詢：4008099707。特此說明。