有机添加剂对氧化铝造粒粉性能的影响

现代技+为公有机添加剂对氧化铝造粒粉性能的影响孟德安简本成段光福(中国铝业股份有限公司郑州研究院，郑州450041)摘要: 讨论了有机添加剂对氧化铝造粒粉性能的影响，实验结果表明:S分散剂对氧化铝陶瓷料浆的稳定分散作用最好,适宜的添加量为0.3% -0.5%; PVA添加量为1.2% -1.5%时,料浆的粘度适中,适合喷雾造粒;消泡剂BYK -603的适宜添加量为0.2% -0.4%。另外, PH值对料浆的稳定性也起到非常重要的作用,料浆偏弱酸性时稳定性较好。关键词:氧化铝;造粒粉;有机添加剂传统的陶瓷成型工艺如注浆、热压铸等日益改进,对提升整个造粒粉行业的技术水平具有十暴露出工艺复杂,效率低,成本高,产品缺陷多等分重要的意义[2]。缺点。而千压成型工艺具有效率高,成品率高，工序简单,产品性能好,适合大规模工业化生产实验等优点。随着机械装备性能的提高及模具设计水平的进步,许多陶瓷制品完全可以采用干压工1.1实验原料 .艺来生产,但其前提是必须有优良的干压造粒粉主要原料有a - Al2O3微粉和烧结助剂,a-作支撑。"1Al203微粉主要来源于中国铝业郑州研究院。烧在千压氧化铝陶瓷产品生产过程中,造粒是结助剂均是外购工业纯原料。有机添加剂也均最基础也是最重要的环节之一。喷雾干燥制备是外购工业纯原料。的粉料质量直接影响着后续成型工序的压制性1.2实验设备能及生坯的强度,进而对材料性能亦产生影响，实验过程中使用的主要设备见表1。所以对喷雾造粒制备的粉料的性能进行研究和表1实验设备序号设备名称型号厂家罐磨机QGM -8长沙无创化工工贸有限公司2粉体综合性能测定仪 BT- 1000丹东市百特仪器有限公司红外线水分测定计FD -610北京合信昌吉科技发展有限公司粘度计NDJ-1上海恒平科学仪器有限公司体视显微镜SE2200上海昊微光电科技有限公司激光粒度分析仪Helos - BF德国新帕泰克有限公司喷雾干燥试验塔Y-6无锡阳光干燥设备厂1.3实验过程泡剂和分散剂,再球磨2h,观察料浆是否絮凝;得称取一定量的a - Al2O,微粉和烧结助剂,适到的料浆进行喷雾干燥造粒。量氧化铝球,一定量的水和分散剂,在球磨罐中1.4性能检测球磨22h;在料浆中添加-定量的PVA溶液、消用粘度计检测料浆粘度,用激光粒度分析仪中国煤化工作者简介:盂德安(1972-),男,本科,工程师.主要从事氧化铝陶瓷及粉体的研究MHCNMH G13.到代技术和资检测料浆细度。采用粉体综合性能检测仪、红外原料粉碎是氧化铝陶瓷制备过程中的-一个线水分测定计和体式显微镜分别检测造粒粉的重要环节,而湿法球磨又是行之有效的方法之各项性能。一。当加入分散剂后,由于分散剂静电稳定及空间稳定机制,能有效消除浆料中出现的“弱团聚”2结果与讨论现象,这样就会获得粒度更细,甚至达到亚微米级的粉料,且粒度分布均匀,颗粒形状接近于球2.1分散剂形,可以提高研磨效率、节约能耗。分散剂在陶瓷浆料制备过程中,发挥着助实验过程中料浆固含为64. 5% ,分散剂添加磨减水、稳定分散等作用3]。分散剂在原料加量为0.4% ,所有实验原料采用同一批料。工、提高陶瓷制品性能方面起着至关重要的作为了更加便于分析比较,表2列出了实验料用。浆的粒度分布。2.1.1助磨作用表2分散剂比较试验粒度分布样品名称410d16d,dudg未磨样0.430.631.743.985.5822.69未加分散剂磨6h0.43.0.701. 804.095.1716.09 .未加分散剂磨22h0.450.661.663.444.119.45加S分散剂磨6h0.500.731.814.035.4521.23加s分散剂磨22h0.41 .0.601.523.003.485.16.加AlS分散剂磨6h0.520.761.864.055.3314.57加A15分散剂磨22h0.480. 701.733.534.22从表2结果可以看出,球磨6h,所有试验的重要的浆料参数,为了减少水分蒸发所需的热粉体粒度d16 dgo,da均有所增加，但是dgo,dgo在量、提高生坯的强度并增加效率，往往希望浆料减小,这是因为粗颗粒在开始磨细的比较快,导具有较高的固含量,这样可以减少生坯带中有机致dro.dso ,dg有所增加,但是球磨22h后,ds ,du，物的含量及水分并提高堆积密度。固含量的高.d2o ,doo均减小。相同球磨时间条件下,加s分散低还影响到喷雾造粒粉料的松装密度,提高浆料剂相对于未加分散剂的试验的粉体粒度较明显的固体物含量有利于提高粉体的松装密度。特的减小,而加A15分散剂不明显，说明s分散剂种陶瓷浆料要求兼备高固体含量(65%左右)和对a- Al2O3微粉的助磨效果要好于A15。良好的流动性,解决这一问题最佳途径是向浆料2.1.2减水和稳定 分散作用中添加一-定量的分散剂。在相同的原料和料浆喷雾造粒对浆料的性能要求很高,特别是浆固含条件下,表3列出了分散剂对料浆粘度的影料的固含量粘度、pH值等性能参数的要求。浆响。料中固体物含量是喷雾造粒过程中的一-个非常表3分散剂比较试验粘度无分散剂A15分散剂S分散剂球磨6h1820 MPa.s1060 MPa.s220 MPa.s球磨22h1700 MPa. s1260 MPa. s1300 MPa. s从表3可以看出加分散剂后,料浆粘度明显这主要是因为料浆磨细后,氧化铝粉体总表面积降低,S分散剂对料浆的稀释作用要好于Al5分增加,表面呕中国煤化工就越多,同散剂。随着球磨时间的延长,料浆粘度在增加，时在球磨过MYHCNMHG力作用下，14高分子链会发生降解,同时由于长时间研磨系统另外,球磨料浆在添加PVA后,料浆容易絮温度上升,分散剂也会部分从固体颗粒表面脱凝,造成絮凝的原因是多方面的,例如:氧化铝粉附,造成料浆的粘度增加,所以在球磨一定 的时料在煅烧过程中添加有硼酸,烧成后的粉料不可间后,需要再适量补充少量的分散剂以保证料浆避免的含有少量硼酸,硼酸与PVA形成不溶于水良好的分散性能。的络合物容易引起絮凝;PVA添加量过多,大于2.2 粘合剂2% ;料浆的固含太大,大于62%。为了避免料浆2.2.1粘合剂的选择絮凝,最好选用不含有硼酸的氧化铝粉料以及降氧化铝陶瓷造粒粉生产过程中所用的粘合低料浆的固含和PVA添加量。然而降低料浆的剂首先要有较好的粘合性,其次，要求该聚合物固含将会降低造粒粉的松装密度和生产效率,增应为易燃型,以便陶瓷生坯在烧结初期排胶过程加能耗;降低PVA的含量就会降低陶瓷坯体的强中,易于将生坯中的粘合剂燃烧分解。这些有机度。因此,要综合考虑这些因素,确定最佳的固成分分解得越完全,瓷片中残碳含量就越低,对含和PVA添加量。实验结果表明:PVA的最合陶瓷性能影响也就越小。另外-方面,由于氧化适的添加量应为1.2% -1.5%。铝陶瓷造粒粉生产过程中使用浆料是水基型的,2.2.3 PVA 添加量对造粒料粉含水率和粒所以要选择水基粘合剂。度分布的影响PVA(聚乙烯醇)除了具有很好的粘合性和实验发现,PVA含量越高，在同种喷雾条件高温下燃烧完全外,它还具有很好的水溶性,故下(出口/进口温度),造粒粉的含水率也就相应目前氧化铝陶瓷造粒粉生产所用的粘合剂都是增加，出现这种现象的原因是PVA带有大量的羟采用PVA。本实验所用的粘合剂PVA型号为17基,与水发生相似相溶,这样大量的水分子会吸- 88(聚合度约为1700,醇解度约为88% )。附在粘结剂PVA分子链上,当料浆进行喷雾造粒2.2.2 PVA 添加量对喷雾造粒料浆的影响时,这些吸附水难以在短时间内蒸发出去而保留在本质上,喷雾造粒所得氧化铝陶瓷造粒粉在造粒粉内。是通过PVA等有机添加剂把大量a - Al2O,微粉另外,随着PVA添加量的增加，料浆的粘度和烧结助剂浸渍结合而成近似球状的颗粒。图1也在增加,料浆粘度增加后,喷雾造粒所得造粒是料浆的粘度和PVA添加量的关系。粉的粒度增加。10002.3消泡剂00 t由于氧化铝陶瓷水基料浆中引入了有机高分子聚合物PVA,在球磨混料的过程中，料浆中一粘度MPa.s会出现较多的气泡,并且在喷雾造粒过程中,气.00 L泡可能包裹在雾化的料浆雾滴中或者气泡爆破,1.00% 1.20%1.40% 1.60%1.80% 2.00% 2.20%形成中空结构或者开口的造粒粉。粘结剂含量图2是实验的造粒粉,该粉的PVA含量达.围1 PVA添加北对料浆粘度影晌1.9% ,浆体有大量的气泡。从图1结果可以看出,随着PVA的添加量的增加,料浆的粘度显著增大。这是因为在料浆体系内,PVA分子之间相互桥联形成网络结构,当PVA含量越大,网络结构越密集,空间阻力也就越大,料浆粘度增加。而且从试验观察结果可以中国煤化工知道，随着PVA含量的增加,料浆气泡含量也有图2浆YHCNMHG得造粒粉所增加。15王宁技术自8从图2可以看出,当浆体中气泡比较多时,择BYK -603比较好,添加量为0.2% -0.3%。造粒粉存在大量开口的造粒粉。图2是从外观看比较圆整的造粒粉切开后的照片,很明显这是3结论一些中空的造粒粉。(1)S分散剂对氧化铝陶瓷料浆的稳定分散作用最好,适宜的添加量为0.3% -0. 5% ,另外,PH值对料浆的稳定性也起到非常重要的作用,料浆偏弱酸性时稳定性较好。(2)粘合剂PVA添加量为1.2% - 1.5%时，圈3中空造粒粉切开后圈片料浆的粘度适中,适合喷雾造粒。如图4所示,如果料浆中气泡含量少,喷雾(3)氧化铝陶瓷料浆中存在气泡,在喷雾造造粒所得造粒粉形貌--般呈较规则的圆形或者粒过程中,气泡可能包裹在雾化的料浆雾滴中或苹果形,中心密实。者气泡爆破,形成中空结构或者开口的造粒粉,所以需要在料浆中需要加人消泡剂。消泡剂BYK - 603的消泡效果较好,适宜添加量为0. 2%~0.4%。参考文献圈4密实造粒粉外观和切开后圈片因此,在料浆制备过程中，需要添加少量的1鲍小谷,千压成型工艺探讨,江苏陶瓷, 1998,31(2): 12-142李国栋,吴伯麟,张辉,粉体表面改性对a- Al20,陶瓷干压消泡剂。在试验过程中,我们添加了两种消泡成型性能及制品强度的影响，硅酸盐学报，2000, 28(6): 550剂,分别是BYK-603(有机硅乳液消泡剂)和磷-S54酸三丁酯。两种消泡剂消泡效果都不错,但是磷3焦芳,宋瑞萍,王文平,葛平安,高性能陶瓷用分散剂的研制及酸三丁酯由于挥发性大,有刺激性气味,所以选影响分散效果因素的探讨，电瓷避雷器, 199, 172(6):9-14Organic additives on the properties of alumina powder granulationMengMeng Dean Jian Bencheng Duan Guangfu(Research Institute of Chalco, Zhengzhou, Zhengzhou 450041)Abstract: This paper discusses the organic additives on the properties of alumina powder granulation, ex-perimental results show that: S dispersants on the stability of alumina slurry dispersion of the best, appropriateaddition level 0.3% -0.5%; PVA added 1.2% - 1. 5%，the amount of time, the viscosity of the slurymedium for spray granulation; Defoamer BYK -6038 0.2% -0. 4% suitable addition amount. In addition ,PH value on the stability of the slury also play a very important role in weak acidic slurry stability is good.Keywords: alumina; grain powder; organic additives中国煤化工MHCNMHG