A7化铝微粉制备工艺的研究与改进-shuoshilunwen20100518.docx

声 明本人郑重声明我所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名： 日期：关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存学位论文。（保密的论文在论文解密后应遵守此规定）论文作者签名： 导师签名： 日期：.本人授权中国科学技术信息研究所、中国学术期刊（光盘版）杂志社等单位将本学位论文收录到有关“学位论文数据库”之中，并通过网络向社会公众提供信息服务。同意论文提交后滞后：半年；一年；二年发布。论文作者签名： 导师签名： 日期：注：请将此页附在论文首页。氢氧化铝微粉制备研究专 业：冶金工程姓 名：冯晓明导 师：宋永辉 副教授摘 要氢氧化铝微粉因其颗粒细，又具有阻燃自熄性能，在塑料、橡胶等复合材料中填加后使产品具有阻燃消烟效果，而且抗漏电、耐电弧、耐磨性能增强，因而被广泛用在电缆、绝缘子、热塑材料、电力电器设备、橡胶、塑料等行业中。本文在对国内外先进产品性能的综合分析的基础上，开展了对微粉氢氧化铝性能优化系统的研究。研究表明利用气流分级技术能有效的去除氢氧化铝微粉填料中的粗颗粒，微粉填料2m的牛顿分级效率是82.72%。生产工艺容易控制，成本低，产品-500目粒度为99.5%。采用低电导率的蒸馏水作为产品的洗涤用水，在洗涤流程中引入立式压滤机降低滤饼水份，使微粉产品尽可能少吸附可溶性电解质，能有效地降低产品电导率，由大于100us/cm降低到34.3us/cm。用磷酸作为改性剂溶质的干法改性工艺可提高微粉的热稳定性。通过对氢氧化铝微粉合成、深加工工艺的研究，形成H-WF-1、H-WF-2、H-WF-3三个品种，产品的质量档次达到了国外先进水平。研究成果在工业生产应用推广后，提高了产品质量，增加了产品品种，并使之系列化，从而使产品的销售量大增，国内外市场占有份额得以提高，为企业带来良好的经济收益。关 键 词：氢氧化铝；粒度；电导率；改性 论文类型：应用研究Production Technology of Fine Aluminum Trihydroxide Specialty：Metallurgical EngineeringName：Feng XiaomingInstructor：Song YonghuiAbstractSuperfine aluminum hydroxide is applied to making electronic material.its character，usage，and technologic flow was introduced in this paperAs its wonderful virtue,it was widely used in many fields,such as cable, insulator, thermoplastic, wiring, rubber, plastic,etc.According to the general analysis about the capability of oversea advanced product and the feedback from user,the optimized system of Superfine aluminum hydroxide was studied. 1)By using the technique of airflow grading, removing coarse particles in Superfine aluminum hydroxide,which can improving granularity distributing. Test proved，Using jet Classification technology can effectively remove the aluminum hydroxide powder packing of coarse particles, Newton grade efficiency of 2m packing powder was 82.72%. By this，it was easy to control the production process, reduce costs, and granularity of 500 mesh product can reach 99.5%.2）Studied optimization of product performance, low electrical conductivity of distilled water as a product of the washing water in the washing process into vertical filter press down, low cake moisture, so products with minimal powder soluble electrolyte absorption, can effectively reduce product conductivity, there is more than 100us/cm reduced to 34.3us/cm. Solute with phosphoric acid as a modifier of dry powder modification process can increase the thermal stability. With the modified dry powder by wet than dry modification technology is not only simple equipment, low investment, low cost modification, and there is no waste water treatment; dry practicality and economy are better than wet .3）Researching new product development test according to market. Through synthesis, deep processing technology, formed H-WF-1, H-WF-2, H-WF-3 three varieties, the quality of products have reached international advanced grade level.After the popularization of this research result in industrial production, it can improving the product quality, increasing product variety, and making the series, which greatly increased sales and market share of our products both in domestic and abroad,and bring economic benefits for company.Key Words ：fine aluminum trihydroxide； grain size；specific conductivity coated；flame retardantClassification of the paper: Application research目 录1文献综述11.1 引言11.2氢氧化铝微粉的性质与用途21.2.1 物理化学性质21.2.2阻燃机理41.2.3用途51.2氢氧化铝微粉的制备工艺61.2.1 微乳液法61.2.2溶胶-凝胶法71.2.3有机铝水解法71.2.4 均匀沉淀法71.2.5 机械粉碎法71.2.6铝酸钠溶液分解制备氢氧化铝微粉81.3 课题来源和主要内容82 实验原料、设备及方法92.1实验原料92. 2仪器、设备92. 3实验方法及程序92.3.1气流分级实验92.3.2 洗涤实验92.3.3 表面改性实验102.3.4 粉碎实验102.4分析方法102.4.1粒度测试102.4.2 电导率测试102.4.3 SEM测试112.4.4 DSC-DTA测试112. 5 分级效率计算113 气流分级改善产品粒度分布133.1 L8(27) 正交实验133. 2 L9(34)正交实验143.3 验证实验153.4 工业应用163.5 小结174 产品性能优化研究194.1 绝缘性能优化实验194.1.1与国外产品对比分析194.1.2 降低产品电导率194.2 提高微粉氢氧化铝热稳定性研究224.2.1微粉氢氧化铝的湿法改性224.2.2 氢氧化铝微粉（H-WF-1）的干法改性274.3小结305 新产品开发实验研究335.1 不同粒度产品的开发335.1.1研磨时间对粒度分布影响335.1. 2助磨剂用量对种子粒度的影响335.1. 3 球料比对研磨效率的影响345.1. 4 浓度对研磨效果的影响355.1.5 不同种类助磨剂的研磨实验355.1.2 工业应用实验365.2 表面改性产品的研究385.3 工业应用和产品性能对比405.4 小结426 结 论43致 谢45参考文献47攻读学位期间的研究成果511文献综述1.1 引言人类最早使用明矾为原料生产化学制品和医药制品的历史可以追溯到古希腊和罗马时代。1875年随着李.查特里烧结法的发明，纯氢氧化铝工业品开始用于生产高质量的硫酸铝和明矾，从此开始了多品种氢氧化铝的应用历史。1888年拜耳发明了以自己的名字命名的铝土矿制取氧化铝工艺，由于其工艺经济可行，产品很快被生产纯氢氧化铝的化学工业和生产冶金及氧化铝的铝工业选中。直到今天拜耳法和烧结法仍是最主要的生产方法。氢氧化铝是无机阻燃填料中最主要的一种，因其抑烟、低腐蚀、价廉等特点，使其消耗量在所有阻燃剂中稳居首位1、2。氢氧化铝在200左右是稳定的，但高于这一温度，它将分解为氧化铝和水，并大量吸收热量，显示出良好的抑烟特性，而作为阻燃剂得到广泛应用。目前市场供应的氢氧化铝阻燃剂，根据其颗粒粒度大小分为粗粒（平均粒径>40m）、细粒（平均粒径340m）、微粒或称超细粒（平均粒径1m左右）的产品3-5。国内氢氧化铝微粉阻燃填料主要应用到无氯电缆料、复合绝缘子、覆铜板等行业。1) 电缆料行业：当前我国国内电缆工业(电力电缆、装备线、通讯电缆)消耗塑料总量约为22万t/a，到2005年总量可能增加到27万t，年增长率在5%以上，而交联料和低烟无卤阻燃材料会有较大的增长，达到15%以上。2) 复合(合成)绝缘子行业：由于电能利用日益广泛，电力行业在能源体系中的比重将有所增加，用电量增速仍将高于GDP增速，从而使相关的玻璃绝缘子、有机复合绝缘子在输电线路建设中得到广泛应用，改变了过去瓷绝缘子垄断电力市场的格局。市场的快速增长，加之产品的价格优势，使产品的出口量亦得到快速增长。预计20052007年，合成绝缘子每年将以高于15%的速度增长，从而快速拉动氢氧化铝微粉的增长。3) 覆铜板行业：由于国外电子工业正向我国的战略转移以及国内通信与电子产业的迅猛发展，使得国内覆铜板需求一直保持强劲增长。据全国覆铜板行业协会预计，覆铜板在近十年内将会随同中国的信息产业一样保持持续高速发展。以上三个行业的快速发展，将刺激对氢氧化铝微粉阻燃填料的需求。6-121.2氢氧化铝微粉的性质与用途13-361.2.1 物理化学性质氢氧化铝由于结构不同，因此具有不同的物理性质。常见的几种氧化铝及其水合物的硬度、比重和折光率是按下列的次序递增的：三水铝石一水软铝石一水硬铝石。不同形态的氢氧化铝在酸和碱溶液中的溶解度及溶解速率是不同的。三水铝石和拜耳石的化学活性最好，也最容易溶解，一水软铝石次之，一水硬铝石最难溶解。表1-1 氢氧化铝的矿物学性质矿物相折光率（nD）解理面脆性莫氏硬度光泽度平均三水铝石1.5681.5681.587(001)良好硬2.5-3.5珍珠玻璃光泽拜耳石-1.583-一水软铝石1.6491.6591.665-(010)-3.5-4-一水硬铝石1.7021.7221.750-(010)脆6.5-7亮珍珠表1-2 氧化铝结构参数矿物相化学式晶系空间群晶胞中分子数晶轴长度（nm）夹角比重（g/cm3）abc三水铝石Al(OH)3单斜晶系C2n540.86840.50780.913694°342.42拜耳石Al(OH)3单斜晶系C2n520.50620.86710.471394°272.53诺耳石Al(OH)3三斜晶系C1120.51140.50820.512770°1674°058°28一水软铝石Al(OH)3正交晶系D2n1720.28680.12230.36923.01一水硬铝石Al(OH)3正交晶系C2n1620.43960.94260.28443.44拜耳石是由AB-AB形式堆积的八面体层状Al(OH)6组成，接近于于六面体紧密堆积形，层与层之间通过氢氧键来连接。矿物学性质见表1-1、1-2。拜耳石径向上基本为纺锤形或沙漏形（见图1.1），聚合体长度为几个微米。迄今为止还没有发现拜耳石单晶。拜耳石商业上主要用作催化剂，感光底片或吸附剂等的前驱体，这些均要求氧化铝含有较低的钠含量。 图1.1 拜耳石的透射电镜照片 （×75000） 图1.2 三水铝石的结构示意图表1-3 热力学数据 (298.15K, 0.1MPa)矿物相分子量状 态摩尔体积（cm3/mol）自由焓（KJ/mol）自由能（KJ/mol）熵（J/mol·K）热容，（J/mol·K）三水铝石78.004晶 体31.956-1293.2-1155.068.4491.7拜耳石78.004晶 体30.832-1288.2-1153.0一水软铝石59.989晶 体19.55-990.4-915.948.4365.6一水硬铝石59.989晶 体17.76-999.8-921.035.3353.3三水铝石在自然界中很少发现天然的拜耳石，但在铝土矿、热带地区土壤中和粘土中却存在大量的三水铝石。和拜耳石的结构类似，三水铝石格子结构也是由双层氢氧离子，与铝离子形成八面体的配合物。立方体结构序列是AB-BA-AB-BA（见图1.2）。三水铝石是单斜晶系，氢氧化铝(三水铝石)是白色的晶体，其硬度适中，莫氏硬度为2.5，具有一定的耐磨性、容易加工，化学稳定性好，无味，无毒、不挥发，在加热至200左右脱水，并吸收大量热，具有良好的消烟阻燃性能。三水铝石属于两性化合物，既能溶于酸，又能溶于碱液。Al(OH)3主要用作聚酯、环氧树脂、聚氯乙烯以及其他塑料和聚合物的无烟阻燃填料，合成橡胶制品阻燃填料、人造地毯的填充料、造纸的增白剂和增光剂、生产硫酸铝、明矾、氟化铝、水合氯化铝、铝酸钠等多种化工产品、合成分子筛、生产牙膏的填料、抗胃酸药物、玻璃的配料，合成莫来石的原料等。诺耳石与拜耳石的结构类似，并具有拜耳石的晶体形貌，人们称它为拜耳石。这种三羟基的化合物后来被称为诺耳石。后来又有多位作者证实这种新结构晶体的存在。Salfeld和Jarchow在1968年、Bosmans在1970年公布了这种晶体结构的最新测定数据。其结构为可变的AB-AB和AB-BA层堆叠，或者是一种介于拜耳石和三水铝石中间的一种结构。在位于热带地区的沙捞越(马来西亚的一邦)西部和关岛有天然的诺耳石。根据Hauschild的研究，非常纯的诺耳石可通过铝、氢氧化铝凝胶或可水解的含铝化合物与烷基二氨胺的水溶液反应而制得。还报导有其它几种制备方式。一水硬铝石是中生代和较古老的沉积型矿物的主要组成部分，在一些富含铝的腐植质岩石和高铝粘土中也大量存在。Deflandre和Takane在二十世纪三十年代首先检测了一水硬铝石的结构。后面又有更精确的研究结果公布，一水硬铝石为斜方晶系，结构基元是AlOOH双链，它们组成了一个六边形的圆环（图1.3）。矿物学和晶格参数数据汇总于表1-1和表1-2。 图1.3 一水硬铝石的结构示意图 图1.4一水软铝石的结构示意图一水软铝石，这种变体AlOOH在许多第三纪和上白垩纪时代的铝土矿中占有主导地位，但在新生成的铝土矿中也很丰富。经过处理三羟基氢氧化铝或在375K以上水热处理金属铝均可制得一水软铝石。大颗粒的氢氧化铝在380-575K的温度、并在压力氛围下也可发生固相转化而成一水软铝石。构成一水软铝石的基元也是AlOOH双链。这些链形成双层，并排列成立方堆积，见图1.4。一水软铝石晶体属于斜方晶系，经常可以得到条状的晶体，根据制备晶体条件的不同，也出现针状等晶体。1.2.2阻燃机理作为阻燃剂用的超细氢氧化铝，主要是-三水铝石，粒度D50（体积中位径）由0.5m到3m不等，是塑料和有机聚合物一种理想的阻燃剂填充料。它是结晶或无定形的白色粉末，晶体结构是由紧密堆积的羟基离子以2双层的方式构成，而铝离子处于上述堆积的羟基离子之中，在所形成的八面体空隙中，有2/3的空隙被铝离子所占据，其余的空隙是空着的，这种紧密堆积的羟基离子就构成一种层状结构，相邻两层间以羟基离子所形成的氢键相连接。当塑料或聚合物与外部热源接触而燃烧时，可分为如下几个阶段：加热，分解，起火，燃烧，蔓延。即在外部热源的作用下，被加热的物体不断升温；当达到一定温度时，高分子化合物进入分解阶段，并释放出低分子量的可燃气体及水蒸气和氯化氢之类的不燃气体；当其中的可燃气体达到一定浓度，并且溅上火花或靠近高温起火时，便燃烧起来；燃烧时，由于气体所产生的热使周围物体温度升高，火焰便蔓延开来。氢氧化铝受热分解成Al2O3和H2O,在240500范围内测得的数据表明，本反应的吸热量为1967.2KJ/Kg，吸收这样大的热量是使其具有阻燃作用的最主要原因。氢氧化铝受热脱水和相变非常复杂，根据差热曲线可推断，其结晶水的失去初始温度为195215，在300左右，释放量达到高峰。其阻燃机理在20纪80年代末至90年代初，国内外学者对此进行了较深入的探讨。一般观点认为：1）吸热作用，在300脱水吸热，抑制聚合物的温升。2）稀释作用，填充后，使可燃性高聚物的浓度下降，脱水放出的水汽稀释可燃性气体和氧气的浓度，可阻止燃烧。3）覆盖作用，脱水后在可燃物表面生成Al2O3保护膜，隔绝氧气，可阻止继续燃烧。4）碳化作用。阻燃剂在燃烧条件下产生强烈脱水性物质，使塑料碳化而不易产生可燃性挥发物，从而阻止火焰蔓延。正是基于氢氧化铝分解时大量吸热，因此，当含氢氧化铝的聚合物加热时，氢氧化铝因分解吸热，从而抑制聚合物温度的升高，降低其分解率；其次氢氧化铝在受热分解时放出水蒸汽，不会产生有毒、可燃或有腐蚀性的气体，同时稀释了聚合物分解所产生的各种可燃气体，使起火更加困难，具有填充、阻燃、消烟三大功能。1.2.3用途自20世纪60年代以来，阻燃剂的生产和应用经历了70年代初至80年代初的蓬勃发展及80年代中至90年代末的稳步发展阶段，1998年全球阻燃剂总耗量估计在1100Kt以上，其中85%为添加型阻燃剂，15%为反应型阻燃剂，而在添加型阻燃剂中45%左右为氢氧化铝。美国、西欧及日本是世界三大阻燃剂市场，据估计到2003年全球阻燃剂用量将增加至1300Kt左右。氢氧化铝是无机阻燃剂中最主要的一种，就其消耗量而言，在所有阻燃剂中稳居首位，由于氢氧化铝低毒，目前全球的耗量约为450Kt，占阻燃剂总耗量的45%，占无机阻燃剂耗量的70%。因其无毒、抑烟、低腐蚀，预计在今后其年平均增长速度可达5%，高于其他类型阻燃剂。全世界超细氢氧化铝的用量每年约为150 Kt左右，其中北美约为55 Kt，欧洲约为75 Kt，日本约为22 Kt。表1-4 1998年全球主要国家和地区各类阻燃剂消耗量及比例阻燃剂美国西欧日本其它地区总计用量（kt）比例（%）用量（kt）比例（%）用量（kt）比例（%）用量（kt）比例（%）用量（kt）比例（%）溴系68.314.451.514.347.833.29758.8264.423.1有机磷57.112.17119.726181911.5173.115.2氯系18.53.924.76.92.11.52012.165.35.7氢氧化铝25954.716044.44229.295.547041.1氧化锑285.9236.415.510.82012.186.57.6其他42.7929.88.310.57.3837.3总计473.6100360100143.91001651001142.5100市场上微粉氢氧化铝阻燃填料因其颗粒极细，又具有阻燃、消烟、填充三大功能，因而燃烧时无二次污染，在聚烯烃中分散性好，又易于与其它物质产生阻燃协同效应。在塑料、橡胶等高级复合材料中填加该产品，不仅使产品具有阻燃消烟效果，而且抗漏电、耐电弧、耐磨性能增强，被广泛用在热塑材料、橡胶、纸张、涂料等行业中作填加剂。国内市场主要集中在无氯低烟电缆料、复合绝缘子、覆铜板的生产；国外市场，因其白度高，并且其表面具有与涂层表面平行排列的趋势。因此，它可以使镀膜纸具有及其光滑的表面、高光泽度和白度。同时，对油墨具有良好的吸收性，它还适用于高速印刷，在纸张、涂料中应用也较广泛。2008年国际市场上对氢氧化铝微粉阻燃填料的需求约180 Kt，无卤电缆料等电子、电力设施方面的需求近150 Kt，其中欧美市场需求120 Kt，亚洲市场16 Kt（不包括中国），其它地区市场10 Kt；纸张和涂料的需求近40 Kt，这主要集中在欧美市场。1.3氢氧化铝微粉的制备工艺37-52由于本身的结构和特殊的性质，氢氧化铝尤其是其超细粉的制备比较困难，已知的制备方法有：微乳液法，溶胶-凝胶法，有机铝水解法，均匀沉淀法等。现在商品超细氢氧化铝阻燃填料的生产工艺主要有两种：铝酸钠溶液种分法（化学法）和工业氢氧化铝机械粉磨（物理法）。世界知名公司的主流产品都利用化学法生产工艺，该工艺生产的产品质量稳定，纯度高，粒度细，粒度分布窄，产品的配伍使用性能好。物理法生产的产品加工性能好，成本低，吸油率低。1.3.1 微乳液法W/O型微乳液是由水、与水不相溶的有机溶剂、表面活性剂和助表面活性剂组成的透明或半透明的热力学稳定体系。陈龙武等研究了水、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚、正己醇、环己烷微乳液体系的组成和性质，当正己醇和辛烷基苯酚聚氧乙烯醚的重量比为2：3时，该微乳液体系有较宽且稳定的微乳液相区,是一种制备超细微粒的理想体系。在该体系中，通过氨沉淀制得的氢氧化铝超细微粒，平均粒径为6nm，有较好的分散性。1.3.2溶胶-凝胶法溶胶凝胶法是目前在超细粉制备中研究和应用较多的一种方法。Nguyen 等以硫酸铝为原料，在pH为3.5、溶胶浓度为0.4mol/L、加入0.3%水溶性高分子分散剂、反应温度为80的反应条件下进行胶溶，得到稳定溶胶，后经5h的100150热处理，制得超细氢氧化铝粒子,平均粒度为70nm，分散性好，粒径分布均匀。1.3.3有机铝水解法在适当催化剂的作用下，异丙基铝在NH3·H2O体系中进行水解，生成的沉淀经过滤、干燥即得氢氧化铝超细微粒，平均粒径为90nm。此方法优点是操作简单，制得的样品粒径小；缺点是样品团聚严重，使用的有机原料成本高。1.3.4 均匀沉淀法此方法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来。此时，加入的沉淀剂不是立刻与被沉淀组份发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地生成。将铝灰等同硫酸作用制成硫酸铝溶液，净化除杂后加入均匀沉淀剂尿素(以尿素为例)，搅拌、加热、水解、过滤、洗涤从而制得产品。反应式如下:CO (NH 2) 2+ 3H2O C O2 + 2N H3 ·H2O N H3 ·H2O N H4+OHAl3+ + 3OH Al(OH)3此工艺克服了直接加沉淀剂造成的局部浓度不均匀，反应速度不可控制等缺点:具有工艺简单、投资少、团聚少、产品综合成本低等优点，但同样存在着杂质离子洗脱费水耗时的问题。1.3.5 机械粉碎法机械粉碎法是将普通冶金级氢氧化铝经洗涤、烘干后采用气流磨或球磨将其加工成氢氧化铝微粉。机械法生产的氢氧化铝微粉粒度较粗，粒度分布宽，颗粒形貌不规则，最大颗粒可达1520m，产品使用性能差，在电线、电缆的生产过程中，加工性能差，抗折强度、延伸率较低，与化学法氢氧化铝同比其氧指数小，阻燃效果差。1.3.6铝酸钠溶液分解制备氢氧化铝微粉铝酸钠溶液强烈的过饱和现象不同于一般的无机盐溶液，所以铝酸钠溶液的晶种分解过程也不同于一般无机盐溶液的结晶析出过程。铝酸钠溶液与氢氧化铝晶体之间的界面张力高达1.25N/m因而在分解过程中氢氧化铝晶核难于自发生成，必须从外面加入现成的晶种，才能使氢氧化铝结晶析出，但在铝酸钠溶液的晶种分解过程中不只是单纯的晶种长大，同时还包括下面几个复杂的物理化学变化：1）氢氧化铝晶体的长大；2）氢氧化铝晶种的附聚；3）次生晶核的形成；4）氢氧化铝晶核的破裂和磨损。在种分过程中，这些现象往往同时发生，只是在不同的条件下发生的程度不同，有主次之分。晶体的长大与晶粒的附聚导致氢氧化铝结晶变粗，而二次成核和晶粒的破裂导致氢氧化铝结晶变细。化学法生产超细氢氧化铝生产工艺包括1）种子制备，精液经板式热交换器冷却至一定温度，通入二氧化碳气体，控制分解温度、通气速度及分解时间，制得种子浆液。种子浆液经一定时间老化后，成为合格种子浆液。2）分解，将老化种子浆液、冷精液以一定比例混合，控制分解温度、时间进行一段种子分解。分解结束后再按一定比例加入冷精液进行反应，进行二段种子分解，控制一定分解温度、分解时间、分解率，得到超细氢氧化化铝浆液。3）过滤烘干，超细氢氧化铝浆液经带式过滤机进行分离、过滤、洗涤后，进入打浆槽打浆。经喷雾干燥塔烘干后，进入旋风收尘及布袋收尘器，再粉碎后，进入成品仓进行包装。1.4 课题来源和主要内容我公司是国内最早用化学法产业化生产微粉氢氧化铝产品的厂家，随着产品用途的不断扩展，微粉氢氧化铝一些重要的技术指标，已不能满足用户的要求。根据对国外先进产品性能的综合分析以及用户反馈的意见，确定了影响产品质量和用户应用的原因，开展了系统的研究，本论文的工作内容是：1）气流分级改善产品粒度分布、除去产品大颗粒，确定了工业应用的工艺参数；2）产品性能优化研究，研究了影响产品绝缘性能、热稳定性能、热解温度的因素，找出了目前我公司装备条件下的生产工艺； 3）根据用户的不同需求，通过对合成工艺、深加工工艺的研究和改性处理，形成了系列化产品。2 实验原料、设备及方法2.1实验原料实验中所用的原料为铝酸钠溶液（本公司工业生产的中间产品）、氢氧化铝微粉（本公司产品，产品牌号H-WF-1）、氢氧化铝填料（本公司产品，产品牌号H-WF-1）、OL-104（德国马丁公司产品）、磷酸(AR)、十二烷基苯磺酸钠(AR)、聚丙烯酸（分子量800-1000，固含30%）等。2.2仪器、设备实验中所用的仪器、设备为：SLFJ-50A型射流分级机、恒温水浴锅、真空干燥箱、万能粉碎机、砂磨机（自制）、棒磨机（自制）、SDT Q600型差热测试仪、SevenEasy电导率仪、MASTERESIZER2000激光粒度仪、BI-XDC型离心粒度测量仪等。2.3实验方法及程序2.3.1气流分级实验氢氧化铝微粉经过料机系统定量给SLFJ-50A型射流分级机供料，进入引射喷嘴的粉料在接近声速的高速气流的冲击下，产生强烈的剪切作用和剧烈的湍动混合碰撞作用，把粉料分散成原始的单颗粒后，喷入分级机进行分级。微粉通过内置在旋浮分离器中的圆柱式多孔筛，进行分级分级，把分离出来的微细粉汇入到微细粉通道中，到袋式分离器中分离下来。工艺流程图见图2.1。图2.1 SLFJ-50A型射流分级机工艺流程1-供料斗 2-给料机 3-主气流 4、5控制气流 6-分级喷嘴 7-分级机 8-分离器 9、11-粗粉下料口10-2级分离器 12-中粉下料口 13-细粉通道 14-收尘器 15-细粉下料口 16-引风机2.3.2 洗涤实验把工业生产的氢氧化铝微粉的料浆用泵送到不同的分析洗涤设备，料浆中的液体通过设备的滤布，固体截留在滤布上形成滤饼，对滤布上的滤饼用水进行逆向洗涤，直至产品氧化钠含量达到要求。2.3.3 表面改性实验先将氢氧化铝微粉滤饼配成料浆，然后加入改性剂进行改性，改性后的滤饼进行烘干，氢氧化铝滤饼的烘干制度为：在120下烘干12h；氢氧化铝滤饼表面处理工艺流程如图2.2所示。ATH滤饼配成ATH浆液去离子水液表面包覆或表面化学改性真空抽滤分散剂改性剂性能表征干燥改性剂和分散剂加入量加热温度加热搅拌时间控制液固比L/S控制干燥温度和时间改性前后ATH微粉失水温度和失重率的坩埚分析TGA-DTA测试SEM测试XRD测试粒度分布测定图2.2氢氧化铝滤饼表面处理工艺流程2.3.4 粉碎实验实验室取氢氧化铝填料为原粉，用玻璃珠作研磨体，把氢氧化铝填料加入到180×200mm刚玉磨中，加适量水和不同助磨剂，进行磨制，取不同时间的样品分析粒度。工业上把氢氧化铝填料配制成不同浓度的料浆加入到砂磨机中，开启设备进行磨制，磨制好的料浆加入到分解槽中合成不同粒度的氢氧化铝微粉。2.4分析方法2.4.1粒度测试D50<3m的产品用BI-XDC型离心粒度测量仪测试，所用的分散溶剂为六偏磷酸钠；D50>3m用MASTERESIZER2000激光粒度仪来测试粉末的粒度分布。2.4.2 电导率测试电导率是不同电解质溶液导电能力的表现。在25下，用SevenEasy电导率仪测试各种溶液的电导率；氢氧化铝粉末的电导率测试，用100蒸馏水配制的30%氢氧化铝料浆，搅拌30min，冷却至25，用SevenEasy电导率仪测试清液的电导率，扣除蒸馏水的背景电导率。2.4.3 SEM测试ATH微粉的形貌检测所采用设备是用日本电子公司（JEOL）JSM5600型扫描仪。2.4.4 DSC-DTA测试用DSC-DTA测试技术分析微粉在不同温度下的失重情况，所采用设备为美国TA公司生产的SDT Q600型测试仪。将少量的微粉置于样品皿中，在100ml/min的氮气流量下升温至800，升温速度为5K/min 。2.5 分级效率计算分级效果的好坏，主要是根据其分级效率及与分级效率相关的一些参数来考察和分析评价。本文采用了牛顿分级效率、部分分级效率、切割粒经D50和分级锐度K等考察指标。1）牛顿分级效率牛顿分级效率的物理意义为：分级一定量的粉体（m总），分级后产品中的一部分（质量为m理）是按某一指定粒径（Dp）完全理想地分级成小于Dp的细粉和大于Dp的粗粉二个粒度级别的粉体群，而其余（m理/m总）完全不分级地进入粗粉和细粉中，则分级后的产物中完全理想分级的质量与分级的粉体质量之比称为粒径的牛顿分级效率（或理想分离率）。2）分级锐度K分级锐度表示了部分分级效率曲线的陡峭程度。一般采用25和75部分分级效率所对应的粒径D25与D75的比值来计算。 细粉：KD25/D75 粗粉：KD75/D25K值越小，曲线越陡，说明分级机分级的越完全，分级性能越好，分级后的产品粒度分布越窄。反之，说明分级机的分级性能差。理想分级时K1。3 气流分级改善产品粒度分布产品分级的目的是除去氢氧化铝微粉填料的粗颗粒，改善产品粒度分布。采用正交实验的方法，实验分三步进行，1）考察认为对分级有影响的因素；2）对第一轮正交实验得出的对分级影响较大的因素进行第二轮正交实验；3）对得出的最佳控制参数进行复验，以确认控制参数的可信度，进行工业推广。3.1 L8(27) 正交实验L8(27)正交实验考察的因素有：A主气流流量、B一次控制气流流量；C二次控制气流流量、D粗粉分级刀刃的偏转角度、E细粉分级刀刃的偏转角度、F排风阀开度、G供料速度共7个因素。取二水平数，选用L8(27)正交表，见表3-1。每组参数做4次重复实验，考察指标用1.5m以上颗粒的累积重量(W1.5)与1.2m以下颗粒的累积重量(W1.2)