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国内粉体工程行业技术现状与发展

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  • 发布时间:2020-02-14
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【概要描述】1 超细粉体  一般将粒径为0.1~10μm的粉体称为超细粉体,超细粉体的制备主要有机械粉碎法和化学合成法。化学合成法包括共沉淀法、水解法、溶胶-凝胶法、水热合成法、气相反应法和溶剂法等,目前又开发了激光法(如合成BaTiO3 粉体)。由于化学合成法成本高,生产规模小,工艺复杂,除了少数超细粉体外,大多采用机械粉碎法,机械粉碎法生产成本低、产量高、工艺简单,而且会发生机械化学反应,有可能改善物料的

国内粉体工程行业技术现状与发展

【概要描述】1 超细粉体  一般将粒径为0.1~10μm的粉体称为超细粉体,超细粉体的制备主要有机械粉碎法和化学合成法。化学合成法包括共沉淀法、水解法、溶胶-凝胶法、水热合成法、气相反应法和溶剂法等,目前又开发了激光法(如合成BaTiO3 粉体)。由于化学合成法成本高,生产规模小,工艺复杂,除了少数超细粉体外,大多采用机械粉碎法,机械粉碎法生产成本低、产量高、工艺简单,而且会发生机械化学反应,有可能改善物料的

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超细粉体

    一般将粒径为0.110μm的粉体称为超细粉体,超细粉体的制备主要有机械粉碎法和化学合成法。化学合成法包括共沉淀法、水解法、溶胶- 凝胶法、水热合成法、气相反应法和溶剂法等,目前又开发了激光法(如合成BaTiO3 粉体)。由于化学合成法成本高,生产规模小,工艺复杂,除了少数超细粉体外,大多采用机械粉碎法,机械粉碎法生产成本低、产量高、工艺简单,而且会发生机械化学反应,有可能改善物料的性能,易实现大规模生产。机械粉碎设备主要有气流磨、球磨机、振动磨、高压辊磨、离心磨、搅拌磨等,由于粉碎方式和工作原理的不同,各种设备存在着一定的差距。

    国外从40 年代起,以超细粉碎、分级、改性为基础的深加工技术就引起人们的关注,到60年代该技术得到了迅速发展。目前美国、德国、日本、英国等国家超细粉碎技术和设备的研制具备了较高的水平,推出了干法和湿法各类型和规格的超细粉碎及分级设备,可加工细度0.510μm 任意窄级别的超细产品。国内超细粉碎技术和设备研究工作始于60年代,且发展缓慢,到80年代才得到迅猛发展,目前为止,已能生产各种类型的气流磨、振动磨、搅拌磨、冲击磨,性能基本上可与世界上已成型的机种相媲美。长沙矿冶研究院等开发的各类型搅拌磨,经过不断地改进,在非金属矿、化工、涂料和粉末冶金行业得到应用。

纳米粉体材料

    纳米粉体的粒径在0.0010.1μm 之间,纳米粉体材料表面积大,其表面原子占很大比例并是无序的类气状结构,粒子内部则为有序- 无序结构,导致纳米粉体材料具有常规块体材料所不具有的声、光、电、磁、热、力学等许多特殊性质。如光吸收显著增加,金属熔点降低,微波吸收增强等。我国纳米粉体的研究始于20 世纪80 年代,已有近20 多年的历程。目前国内有约80 多家单位从事纳米粉体的研究,研究领域以无机非金属纳米粉体为主,研究项目主要集中在纳米粉体的合成和制备、扫描探针显微学、分析电子学和一些纳米粉体的应用等方面。

    我国纳米企业已经形成以北京(包括北京、天津、东北等地区)、上海(上海、浙江、山东、江苏、安徽等地区)、深圳(包括深圳、广州、福建等地区)为中心的三大纳米材料及纳米技术产业带。纳米粉体的年产量一般在百吨左右,大多数纳米企业尚属初创期。这些企业具备了多种纳米粉体小批量生产能力,主要产品包括纳米碳酸钙、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化铁、纳米氧化锌、纳米钛酸钡、铁酸镧、铁酸锌等,还有包括纳米光催化剂、载银抗菌剂、抗静电粉体、远红外粉体、负离子粉体等应用功能突出的纳米粉材料,产品主要应用于橡胶、塑料、涂料、化妆品、造纸、陶瓷、胶结剂和油墨等领域。 

粉体的表面改性

    粉体表面改性是根据需要,对粉体的表面特性进行物理、化学、机械等深加工处理,使粉体的表面物理化学性质,诸如晶体结构和官能团、表面能、表面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等发生变化,能够满足新材料,新工艺和新技术发展的要求。粉体表面改性的方法主要包括:包袱处理改性、沉淀反应法、表面化学改性、机械力化学改性、外膜层(胶囊化)法、高能处理改性。用于改性的设备主要包括高速搅拌机和低速搅拌机组,高速气流冲击表面改性机,三筒连续表面改性机。

粉体颗粒的测量与表征

    粉体颗粒的测量主要针对颗粒的粒度,比表面积,形貌,颗粒表面成分,晶相、晶体结构分析,分散性测量,表面润湿性,包覆量和包覆率等特性。其中粉体颗粒粒度的测量占据重要位置,也是粉体测定与表征的主要内容。目前,传统的筛洗法、水力沉降法、显微镜分析法仍被普遍应用,同时,一些新的技术设备受到人们越来越多的重视,诸如激光衍射法测试技术和电子传感法测试技术。比表面积测定的标准方法是利用气体的低温吸附法,即以气体分子占据颗粒表面,测量气体吸附量计算粒子比表面积,常用的吸附气体为氮气。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜可以对颗粒表面微观特征进行很好的观测。此外,光电子能谱、红外光谱、X 射线衍射等测试技术也广泛应用于粉体颗粒的测量和表征。

国内粉体工程行业市场现状

    近年来,我国粉体工业发展势头迅猛,已经成为一个跨行业、跨学科的大产业,全国粉体业的产值已经占到第一、二产业产值总和的一半以上,在整个国民经济中具有十分重要的战略地位。据专家预测,21世纪中国超细粉体产品的市场需求量将以平均每年8.5%左右的速度增长,2010 年将达到158万吨以上。国内粉体工程行业市场优势主要体现在以下三个方面:

    首先,我国拥有丰富的粉体工业原料和市场, 随着国内产业结构的调整, 各类新产品在新技术的支持下不断出现, 原料的精细化使国内对超细粉体产品的需求增加, 仅仅在涂料行业, 涂料用铁白粉2000年达18t, 涂布高岭土45t, 橡塑填料、绘料、染料、医药、日化等行业对粉体产品的需求增加较快。

    其二是国内对粉体装备的需求有增无减, 仅就以下行业为例,1998年我国生产农药21 万吨,染料16 万吨,涂料186万吨,聚乙烯264万吨,即使这些产品超细加工的量仅为10%,则每年将需要上千套粉体生产系统, 可见其技术装备的市场是十分广阔的。

    其三是某些产品出口创汇需要深加工技术,这其中很关键的是超微粉碎和提纯精制技术。仅以非金属矿为例,我国有非金属矿80余种,已开发的有50余种,滑石、萤石、石墨的出口量占世界总贸易量的4050%,但是我国每年非金属矿产品出口创汇仅为25 亿美元,平均每吨不到100 美元。1998 年我国出口108 万吨滑石,其中66%为滑石块。滑石块的出口为日本滑石加工业提供了80%的原料。虽然不同矿物粉碎的增值不同,但是有一定的粒度范围的粉体产品比原矿粗品的创汇值要高35倍以上, 因此,出口矿物粉体创汇潜力是相当大的。

国内粉体工程行业存在的问题和发展趋势

    随着高新技术和新材料产业的发展, 对粉体产品粒度、纯度及粒度分布等各项精度要求也相应提高, 今天的粉体工程就像上世纪四五十年代的晶体管一样, 其技术发展和工业化应用将进一步促进经济发展, 同时又面临着节约能源、保护自然环境等资源可持续发展战略的严峻挑战, 粉体工程面临的问题也越来越大。下面即对粉体工程的发展动向作简单介绍。

(1)现有技术的改进和多种工艺的复合

    对现有工艺和设备进行改进,用更经济的手段生产出高附加值的产品,是粉体技术发展的一个重要方向。目前,这种改进大都以经验为基础,逐渐使其达到最佳,要想取得突破性的进展,还需对粉体技术的基本原理有更深的认识。尽管人们已经认识到了这一点,但目前对传统工艺基础研究的投人仍十分有限,在我国就显得更为薄弱了。将两个或两个以上现有工艺过程进行巧妙地复合,产生一种新的经济有效的工艺过程,是粉体技术发展的一个重要趋势。例如,粉碎与干燥过程的复合,粉碎与分级过程的复合以及各种分离过程之间的复合等。

2)高效检测和表征技术的升级和应用

    粉体颗粒的测量和表征是粉体研究和生产中过程控制的基本方法和手段,传统的测量和表征方法因为数据获得缓慢、结果偏差大、操作麻烦等缺点限制了粉体行业向高、精、尖的发展。那么,怎样提高测量和表征手段的效率、稳定性及准确性,如何完成数据自动检测和分析将受到越来越多的关注,而且伴随自动化和智能化的发展,这些问题将得到很好的解决。

(3)功能粉体加工技术的发展

    高新技术对功能粉体材料的性能和加工工艺的要求是高纯度和超微细,具体表现在优越的声、光、电、磁性能,良好的分散性、吸附性和反应活性,优良的补强性能和晶体结构稳定性。例如,用胶体化学方法,在粉体表面形成具有特定结构和功能的包覆层,从而改变粉体的表面性能。这些性能包括粉体的流动特性、溶解特性、电磁性能、色泽、味觉等等。用这种方式生产的具有缓释功能的粉体产品,成为医药、农药、化肥等领域的“功能”材料。它们会根据需要,在各个适当的时机,按照适当剂量和效果发挥作用。

4)粉体材料应用领域的拓展

    经济规律表明任何行业发展的根本动力在于市场的需求,粉体工程行业的发展也不例外。与粉体生产规模的迅速扩大相比,粉体材料的应用领域的拓展却相对缓慢,长期下去,必然导致供需失衡,从而对行业本身带来损伤。基于此,粉体工业应加强产品应用的研究,拓宽市场范围,进而推动粉体工程行业健康发展!

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