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鋁粉
來源:互聯網

鋁粉(英文名:Aluminum Powder)是一種銀白色有光澤的金屬粉末,別名“銀粉”,化學式是Al,相對原子質量是26.98 g/mol,密度是2.702 g/cm3,不溶于水。溶于鹽酸硫酸和堿。

鋁粉的生產過程主要可以分為鋁粉的制備和深加工,鋁粉的制備過程主要是以純鋁箔加入少量潤滑劑,經搗擊壓碎為鱗狀粉末,再經拋光而成。它主要應用是用作鋁顏料,還可以應用于涂料、印刷油墨等產品的應用,除此以外它還可以直接應用于工業、航空、軍工彈藥、民用煙火、化工、耐火材料、食品等領域。

鋁粉本身無毒,但長期或反復暴露會使肺組織產生纖維化,發生鋁塵肺,癥狀包括:咳嗽、呼吸急促、食欲減退、昏睡。蘇聯標準規定,鋁粉的最高容許濃度:4mg/立方米。此外,鋁粉易燃,遇水會發生燃燒爆炸,空氣中鋁粉塵含量較多時也會發生燃燒爆炸現象,會對環境造成一定的危害。因此鋁粉在存儲和運輸過程中應注意干燥、遠離火源。

歷史發展

在歷史發展中,鱗片狀的鋁粉有良好的金屬光澤和屏蔽功能,其作為顏料使用具有很大的市場價值,因此將鋁粉用作顏料的發展已有100多年的歷史。早期人們使用搗沖法獲得合乎要求的鋁粉,但該工藝生產效率很低,產品質量不易掌握,生產過程中粉塵很多,且危險系數高。

1892年,德國舒倫克公司開始生產鋁粉。隨后在1894年,德國Hamtag研究出來新的生產工藝,他將鋼球、鋁屑和潤滑劑加入球磨機中,利用飛動的鋼球擊碎鋁屑之后成為鱗片狀鋁粉,在球磨機內和管道里充滿惰性氣體,然后開始生產鋁粉,該干法制鋁粉的工藝方法一直延續至今。

20世紀初,鋁粉的霧化加工技術進一步得到優化,并自成體系。1910年,美國哥倫比亞大學的J.Hall在球磨機內加入石油溶劑代替惰性氣體,生產的鋁粉與溶劑混合形成漿狀鋁粉顏料,該方法是濕法制鋁粉,也是現代大多數的生產方法。20世紀20~30年代,因為戰爭中武器彈藥的使用,鋁粉的需求量迅速上升,粉末的加工規模迅速擴大,更進一步促進加工技術走向成熟。1945年,美國星鉑聯公司(Silberline)開始生產類銀圓狀涂料,并將其應用于汽車漆等閃爍度較高的產品上。

理化性質

物理性質

鋁粉一般是具有銀白色光澤的輕金屬粉末,其有銀白色到銀灰色和黑灰色兩種顏色,它不溶于水,溶于堿、鹽酸硫酸。鋁粉的密度是2.702 g/cm3,熔點660℃,沸點2056℃,燃點溫度645℃。其粉末在空氣中的發火點約大于800℃,最小點燃能量是20mJ,其燃燒熱值是3.056X104 J/g,熔化潛熱是2.554X105 J/摩爾,爆炸極限25~40 g/m,最大爆炸壓力59.82 N/cm2。

鋁粉具有燃燒熱值高、活性大、比表面積大、顆粒度高、雜質少且可改性等優良特性,使鋁粉可以直接應用工業、航天等領域。鋁粉還具有質量輕、漂浮力高、遮蓋力強、耐水性、彩色、高閃光性以及對光和熱的反射性能優良等特性,然后因為片狀鋁粉對光的反射性能優良這一特性,使其具有良好的金屬光澤,若鋁粉平行分布于基底表面就會使其物體具有“隨角異色”效應即人們觀察到的光澤和顏色會隨著視角的變化而變化,而且其除了遮蓋力強以外還具有良好的屏蔽特性,能有效阻擋外界氣體、水分等浸入基底,起到很好的屏蔽保護作用。

化學性質

鋁粉易燃,燃燒時呈炫目的白色火焰。鋁粉還是兩性金屬,他既能和酸發生化學反應,又能與堿溶液發生反應,兩種反應都能置換出氫氣。而且鋁粉易與堿和無機酸發生反應作用放出氫,遇水或潮氣會發生放熱反應。鋁粉與其他金屬氧化物的混合物遇火會發生激烈反應或起火。與鹵元素混合會起火。與鹵化碳氫化合物加熱或摩擦會發生爆炸性反應。鋁粉具有還原性,能還原大多數金屬。其還能與空氣形成爆炸性混合物,大量粉塵遇濕氣能自行燃燒。粉塵愈細愈易失火。能與酸類或強堿猛烈反應,放出氫氣。

與水反應

鋁粉會與水發生反應生成氫氣,其作為發泡劑就是利用該原理,在堿性條件下與水反應。以在泡沫混凝土料漿為例,堿性物是Ca(OH)2,具體反應方程如下所示:

氧化反應

鋁粉在空氣中會被氧氣氧化,在鋁表面形成一層致密的氧化鋁薄保護膜。

分類

鋁粉按加工方式不同可分為霧化鋁粉、球磨鋁粉和鋁屑粉,球磨鋁粉按加工方式的不同又可分為干磨鋁粉和濕磨鋁粉(又被稱為鋁膏和鋁粉漿);按表面改性的不同可分為漂浮型、非浮型、水分散型;按照粒度和形狀的區別又可分為球形鋁粉和片狀鋁粉;按用途不同分為工業鋁粉、涂料鋁粉、發氣鋁粉、農藥鋁粉等。

鋁粉

霧化鋁粉

霧化鋁粉中主要介紹的是工業鋁粉、特細鋁粉、易燃鋁粉。工業鋁粉,它也稱煉鋼鋁粉,其主要用途是煉鋼除氣,它還可以作鋁熱劑還原劑和鑄造翻沙用的脫模劑以及滲鋁用的鋁合劑等。特細鋁粉的粒度不大于0.37mm,主要用于航天工業火箭推進的燃料以及一級原料軍工炸藥等。而易燃鋁粉又稱噴鋁粉,其粒度小于630微米。主要是用于制造軍工的各種發射藥與炸藥,也常被用于當做化學工業的還原劑、催化劑、煙火劑以及耐火材料的添加劑。

球磨鋁粉

球磨鋁粉中最重要的一類就是涂料鋁粉,它主要用于工業用防腐、防銹的涂料,生產煙花爆竹等,可以利用檔次高的廢導線生產普通涂料鋁粉。

其他.

除了以上介紹的霧化鋁粉和球磨鋁粉這兩大類以外,以下是對其余主要的鋁粉產品即發氣鋁粉、親水發氣鋁粉、易燃細鋁粉、農藥鋁粉、燒結鋁粉、煙花鋁銀粉和焰火黑鋁粉進行介紹。

根據生產中所采用的不同的分散助磨劑可分為發氣鋁粉和親水發氣鋁粉,其中發氣鋁粉主要用于做加氣混凝土的發泡劑,也可做煙火劑。因生產中采用的是高級飽和脂肪酸硬脂酸作分散助磨劑,在用于發泡劑時必須用肥皂或洗滌劑等進行脫脂;而親水發氣鋁粉的生產工藝中使用的是合成脂肪酸做分散助磨劑,所以使用時無需脫脂,它主要用于做發泡劑。

易燃細鋁粉的外觀為銀白色,形狀為鱗片狀,其粒度小于355微米。其主要是用于制造軍工的各種發射藥與炸藥,也常用于耐火材料,還原劑、催化劑以及礦山的水膠炸藥等。而農藥鋁粉的松裝密度要求在0.4~0.55g/cm3之間,主要用于制作糧食的高效殺蟲劑(磷化鋁)。還有燒結鋁粉的主要用途是用粉末冶金的方法制造燒結鋁。而煙火專用鋁粉主要是煙花鋁銀粉和焰火黑鋁粉,兩者可根據外觀區分,煙花鋁銀粉的外觀呈銀灰色片狀,焰火黑鋁粉的外觀呈黑灰色片狀。

應用

涂料領域

鋁粉因其質量輕、遮蓋力好,色彩漂亮而且具有優良的防腐功能和耐水性,可以用于配制顏料,還有錘紋漆、底面兩用漆及美術漆等,除此以外還可用于管道的復合陶瓷涂層。

然后涂料的性能是與涂料的應用密切相關。海洋涂料、屋面涂料和防腐蝕涂料要求鋁粉顏料具有熱、光反射性和防腐蝕性;罐頭涂料則要求鋁粉符合同食品接觸的條件;粉末涂料要求鋁粉可以一起被擠出;卷鋼涂料和一般工業涂料要求鋁粉具有較強的閃光效果,良好的“隨角異色”性和耐酸性。

鋁粉顏料還可以應用于汽車新車的在線涂裝涂料中,零部件的表面裝飾以及汽車的修補漆中,一般要采用耐酸級鋁粉,以及還會使用具有正視明亮 、側視變暗的“隨角異色”效應涂料,這類鋁顏料還可應用于飛機表層裝飾上。鋁粉顏料還應用于照相凹版印刷和照相凸版印刷、膠版印刷和絲網印刷。某些鋁顏料還可以直接應用于母料產品,使塑料制品、塑料加工品以及色母料生產商生產出具有最明亮金屬效果的產品。

工業領域

鋁粉可添加到復合材料中,提高涂料的附著力、抗沖擊強度以及黏結性能。鋁粉還可以添加到涂料中提高涂料的陰極保護時間,加強鍍層的電化學性能,降低鋅這類金屬的氧化率。除此以外,鋁粉在化工領域中可作為脫氧劑、還原劑或催化劑用于化工生產中,其還可以作為輕質混凝土的金屬發泡劑;而且在制作耐火材料方面可以用來制作耐火纖維、鋁鎂碳磚等,本身也可用于制作合金。不僅如此,工業中鋁粉還可用來加工各種功能的輕質零部件及耐磨管道的復合陶瓷涂層。

鋁粉可用作塑料、橡膠、油氣、密封膠的填充劑,加入epPF聚酰胺、聚等中,不僅可以獲得導熱、導電性能良好的塑料制品,還可以提高制品的耐磨性。

航天航空領域

鋁粉添加進固體復合推進劑,提高推進劑的能量密度從而增加火箭推動劑的燃燒能量、減少火箭發動的不穩定性。

炸藥領域

鋁粉在制作工業炸藥中添加可增加炸藥的密度,起到敏化作用和增加炸藥的威力;在軍工方面,可用于導彈戰斗部,裝藥制成燃料空氣炸藥;鋁粉被用來與高氯酸鉀、硫磺混合制作火花閃光炮。

食品領域

鋁粉因其與水反應會產生熱量,所以可添加于食品加熱包中,可用于自熱食物中。鋁粉不僅可以用來包裝冷凍水果、肉類、高點等食物,還可以充當食用色素或是表面裝飾色素,以表面裝飾為主因此應當適度。

制備方法

鋁粉的制備過程按照工藝可分為鋁粉的制備和鋁粉深加工兩大類。

鋁粉的制備

主要是機械法,它主要是通過不同的操作將金屬鋁和其他合金材料粉碎成細小顆粒,該制備過程不發生化學變化。其可分為霧化法、研磨法、沖擊粉碎法等。

霧化法

將熔體鋁通過霧化器,熔體鋁會在高壓氣流下將被撕裂以及粉碎成小霧滴,然后快速凝固成粉。其典型工藝流程如下所示:

首先借助熔化設備使鋁錠在一定溫度下熔融而形成熔體,再將熔體鋁通過霧化器快速凝固成粉。其次是將霧化的原粉在沉降器內冷卻沉降,在進入活底漏斗或直接通過管路由風力輸送進入料倉。然后把收集到的原粉按粒度的不同分布進行分選。最后將分級后的產品,用適當容器包裝收斂。

研磨法

其操作原理是將原料輸送至球磨機進行磨細。根據原料狀態的不同,可將其分為干法磨粉和濕法磨粉。其中濕法磨粉可根據分散劑的不同分為油磨工藝和水油磨工藝。其中油磨工藝流程如下所示:

將霧化鋁粉或者廢鋁箔邊屑等為原料,以煤油、200號有機汽油或乙醇等為分散介質,并加入一定的油脂在磨粉機器中進行研磨,然后分級、壓濾、干燥。

沖擊粉碎法

主要選用沖擊式粉碎機作為加工機械,沖擊粉碎機又可分為錘式破碎機和渦流粉碎機。錘式粉碎機的工作原理是利用高速運動的錘子來將原料粉碎成粉末,并設有篩板來篩選合適的粒度。渦流粉碎機是綜合利用沖擊力、剪切力和葉片產生的超聲波渦流和高頻振動來將鋁屑粉碎成粉末狀。

鋁粉的深加工

按照不同的用途進行進一步處理,可分為分級、改性、固液分離、干燥、拋光等。

分級

分級就是根據不同的工藝要求,將鋁粉顆粒按不同粒度大小來進行分選,將其劃分為多個粒度范圍的粒群。按照不同分級方法可分為篩分分級、重力分級、離心分級、組合式分級等。

改性

改性是指利用物理、化學、機械等方法、按照應用需求對鋁粉表面進行有目的地改性處理。通常改性可通過在粉碎階段加入表面改性劑來實現,常見的表面改性劑有脂肪烴、芳香烴、脂肪酸、醇類、酯類等。其中硬脂酸和油酸等有機物作為分散劑和助磨劑使用,烴類用于增加鋁粉漿的漂浮性能,醇類用于幫助鋁粉更好溶于混凝土料漿中。

固液分離

即對已經分級的鋁粉漿進行進一步濃縮的步驟。按照分離過程可分為濃密和過濾兩種加工方式。濃密是將較稀的料漿濃縮成較濃的料漿,可利用重力沉降、離心沉降的方法來實現,代表設備有水力旋流器。過濾是利用多孔隙介質來進行固液分離。過濾常用的方法有重力過濾、真空過濾、加壓過濾、離心過濾這四種,常用設備有離心分離機、加壓過濾機等。

干燥

即除去濕物料中的水分或其他溶劑的操作。干燥方法根據干燥方法中熱量的供應方式分為四種類型。首先是對流干燥,它是使熱空氣或煙道氣與濕物料直接接觸,依靠對流傳熱除去水汽。其次是傳導干燥,它是讓濕物料與加熱壁面直接接觸,熱量靠熱傳導進行。然后是輻射干燥,熱量以輻射傳熱方式投射到濕物料表面。最后是介電加熱干燥,將濕物料置于高頻電場內,依靠電能加熱。常見的干燥設備有箱式干燥機、雙錐回轉真空干燥機等。

拋光

拋光主要是為了提高產品的表面光亮性能、附著率;拋光可以讓油脂充分分散在顆粒表面從而利于分散和保存。按照原理可將其分為三類:漸細擦刮原理即用越來越小的刮擦處理外表面的擦痕直至肉眼看不見;流體原理即利用外表面變形并流動來填充;化學拋光原理就是利用化學反應處理表面離子。

安全事項

危害

環境危害:本產品易燃。粉塵越細越易燃。大量粉塵遇水、水蒸氣或受潮會緩慢發生反應產生熱量和氫,一旦熱量積聚極易引起自燃甚至爆炸。該品與空氣混合達到一定比例后,遇到火星就會發生燃燒爆炸。與金屬氧化物氧化劑混合也會形成爆炸混合物。鋁粉與酸、堿接觸會生成氫氣,同樣易引起燃燒爆炸。

人體危害:鋁粉塵能刺激眼、皮膚和呼吸系統。長期吸入鋁粉會導致鋁塵肺,不僅會損傷人體肺臟,引起肝、腎臟的脂肪變性。鋁粉塵對人體的的鼻、口黏膜有刺激性、甚至會發生潰瘍,若吸入會出現呼吸困難、咳嗽等現象。進入眼睛會導致局部性壞死,角膜色素沉著,晶狀體被膜改變以及玻璃體混濁

處理措施

泄漏區處理措施

泄漏發生時,首先切斷所有火源,然后隔離泄漏污染區,限制出入,等待專業人員穿戴好防護衣物后進行處理。

小量泄露:盡量避免揚塵,專業人員用潔凈的鏟子收集于干燥、潔凈、有蓋的容器中。轉移回收。

大量泄露:用塑料布、帆布覆蓋泄漏區域。使用無火花工具轉移回收。

溢出物的處理:首先切斷火源,穿戴好防護衣物,然后將溢出物倒入稀鹽酸(可用1份濃鹽酸加2份水稀釋而成)中,放置24小時,稀釋后放入廢水系統。

急救措施

皮膚接觸:脫去被污染的衣物,先用大量流動清水沖洗,再用肥皂徹底洗滌。脫去的衣物徹底洗滌干凈后才可以再次使用。

眼睛接觸:提起眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗。嚴重的須就醫診治。

口腔攝入:立即漱口,飲溫水催吐,送入醫院就診。

鼻腔吸入:使吸入粉塵的患者脫離污染區,在新鮮空氣流通處安置休息保持溫暖。

滅火措施

滅火方法:用干沙、干石粉滅火,也可使用1211滅火器。在安全防爆距離以外,使用霧狀水冷卻暴露的容器。

滅火禁忌:禁止用水、二氧化碳四氯化碳滅火,禁止用泡沫滅火,也不能用壓力噴射的干粉滅火器撲救。

防護措施

呼吸系統防護:空氣中粉塵濃度超標時,應該佩戴自吸過濾式防塵口罩。必要時,建議佩戴空氣呼吸器。

眼睛防護:戴化學安全防護眼鏡

身體防護:穿防靜電工作服。

手防護:戴一般作業防護手套。

其他防護:實行就業前和定期的體檢。

儲存運輸

操作方法:裝卸搬運時應輕裝輕卸,防止包裝破損。

操作禁忌:禁止粉塵飛揚;不宜用易起火花的工具;不宜在雨天運輸,以免鋁粉受潮發熱,從而引起燃燒或爆炸。

儲存條件:用鐵皮罐盛裝,放置容器須防碰損;儲存于陰涼干燥、通風良好的庫房;遠離火種與熱源;儲存地相對濕度應在75%以下,防止受潮。

儲存禁忌:不能與氧化劑、金屬氧化物鹵族元素、酸類、堿類混合儲藏或混合運輸。

參考資料 >

Aluminum Powder.pubchem.2023-06-06

..2023-06-03

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