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技术文章

物理研磨方法制备纳米氧化铝工业化实践



近年来,纳米Al2O3材料作为21世纪具有发展前途的功能材料和结构材料之一,备受相关产业关注。

纳米Al2O3因其表面原子与体相总原子数之比随粒径尺寸的减小而急剧增大,所以显示出强烈的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,进而在光、电、热力学和化学反应方面表现出一系列的优异性能。自上世纪80年代中期,Gleiter等制得纳米级Al2O3以来,人们对这一高新材料的认识不断加深也在探索更多高效的制备纳米Al2O3的工艺及方法。目前常用的制备方法主要包括水热法、沉淀法、溶胶凝胶法、反胶团微乳法、溶剂蒸发法、醇盐水解法及机械研磨法等。但化学法制备存在工艺复杂难以大规模生产、能耗高、易造成环境污染等缺点,产品质量也有待提高。而物理机械法制备则成功解决了化学法的缺点,使纳米Al2O3环保低能耗地大规模工业生产成为可能。

前通过物理机械法有效地工业化制备纳米材料的设备可能仅为砂磨机,而市场上绝大多数是卧式砂磨机,但是卧式机普遍存在四大问题难以解决机械密封容易泄漏及损坏、筛网容易堵塞、难以用超细珠实现纳米级研磨以及研磨产品粒度不均匀。

叁星飞荣公司针对卧式机四大难点,自主研发生产的具有独立知识产权的无轴封无筛网立式介质搅拌磨实现Al2O3的纳米的产业化制备。

该公司董事长--谢小飞先生在2018年全国氧化铝粉体制备与应用技术交流会”上作了“物理研磨方法制备氧化铝实践”的报告。报告中详细介绍了工业化制备纳米氧化铝的实践工作。

公司采用1.5L的实验机对α- Al2O3进行了穿晶破碎的实验,实验结果如下:



研磨前后粒度变化情况


采用30L生产机分别对α- Al2O3 、Al(OH)3γ-AlOOH进行了系统的研磨实验,结果如下:

有关α- Al2O3超细研磨实验(见图2和图3):



4α- Al2O3粒度随研磨时间的变化曲线



5 不同研磨时间α- Al2O3样品的SEM



6 不同研磨时间Al(OH) 3样品的SEM



7 γ-AlOOH粒度随研磨时间的变化曲线




8 不同研磨时间γ-AlOOH样品的SEM

从生产实验可知,立式无轴封无筛网砂磨机可以轻松制备得到亚微米粒级和纳米粒级α- Al2O3 、Al(OH)3、γ-AlOOH粉体,而且研磨效率高,产品颗粒分布窄,究其因主要为:

1整个实验采用的是φ0.2mm的微珠进行研磨,可实现有效的超细研磨。

2立式无轴封无筛网砂磨机具有离心分离及分级功能:离心分离的作用,细颗粒物料被排出磨腔,研磨次数少,可防止过磨;大颗粒物料不能排出,在磨腔内多磨几次甚至几十次,很快被磨细;最终产品颗粒非常均匀,分布很窄;

3)微细磨珠能量主要施加在对粗颗粒的有效研磨上,有用功比例增大,有效研磨效率增加。



9α- Al2O3 、Al(OH)3、γ-AlOOH研磨到不同粒度下的比能耗


另外,图9还给出α- Al2O3Al(OH)3γ-AlOOH研磨到不同粒度下大致的比能耗。但是,对具体的物料(如给料粒径、形貌、合成方法等)不同,加工工艺不同,其研磨所需的比能耗也有所不同。

综上所述,叁星公司独立自主研发生产的立式无轴封无筛网砂磨机让纳米氧化铝等产品的低能高效型工业化生产成为现实,大大提高产品的附加值,氧化铝产业向精方向发展给出有效的制备途径并提供有力的技术支持


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