霧化鋁粉的三種制備工藝，孰強(qiáng)孰弱？

鋁粉，俗稱“銀粉”，其用途廣、需求量大、品種多，是金屬顏料中的一大類。鋁粉生產(chǎn)工藝有多種，包括球磨法、霧化法、沖擊粉碎法等。根據(jù)制備工藝不同，鋁粉可分為球磨鋁粉、霧化鋁粉和鋁屑粉等。

最初，鋁粉生產(chǎn)采用搗沖法生產(chǎn)，即將鋁碎屑加工成細(xì)小的片狀鋁粉。二戰(zhàn)期間，由于武器彈藥的大量使用，球形鋁粉需求量迅速增長(zhǎng)，霧化法的出現(xiàn)，不僅有效滿足了市場(chǎng)對(duì)鋁粉功能材料的需求，同時(shí)為球磨法生產(chǎn)鋁顏料提供了優(yōu)質(zhì)的原材料。霧化法由于霧化介質(zhì)的不同，分為空氣霧化法、氮?dú)忪F化法和水霧化法，三種生產(chǎn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。接下來，我們將具體分析三種霧化方法的異同。

三種霧化方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

空氣霧化法是通過噴嘴以壓縮空氣將熔化的鋁液噴成霧狀，霧狀鋁冷凝成粉，然后將鋁粉篩分及分級(jí)，形成霧化鋁粉產(chǎn)品。圖2為氣體霧化的兩種方式。

惰性氣體霧化法是新近發(fā)展起來的鋁粉霧化生產(chǎn)方式。它與空氣霧化法不同，在于它的生產(chǎn)設(shè)備完全密封并充滿情性氣體。加壓的惰性氣體通過霧化器將熔融的鋁噴成霧狀，惰性氣體迅速吸收鋁中的熱量，呈霧珠狀的液態(tài)鋁則急劇冷凝收縮為球形狀。已凝固的鋁粉在分級(jí)器內(nèi)被分離成各種粒度等級(jí)。惰性氣體則通過除塵、凈化后重復(fù)使用。圖3為氮?dú)忪F化法鋁粉制備流程圖。

水霧化法是用高壓水在霧化器內(nèi)將熔融的鋁粉碎成細(xì)粉，在水中鋁粉通過旋流器分成各種粒度的品級(jí)，然后脫去水分成為干燥的鋁粉。

綜合來看空氣霧化法和惰性氣體霧化法均屬于氣體霧化法，其不同，是霧化氣體的選擇不同。霧化介質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱容、密度以及氧化的能力，將影響著不同兩種氣霧化法產(chǎn)品的品質(zhì)。首先，來看空氣霧化法。

空氣霧化法具有生產(chǎn)能力大，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是該方法生產(chǎn)安全性差，在生產(chǎn)過程中鋁粉懸浮在空氣氣流中，運(yùn)動(dòng)形成塵霧并伴生靜電，當(dāng)鋁塵霧達(dá)到相當(dāng)濃度時(shí)遇到火花可能引起爆燃。生產(chǎn)過程中，必須嚴(yán)格控制粉塵，盡可能減少粉塵的產(chǎn)生量，防止粉塵達(dá)到爆炸濃度，此外，還必須控制氧氣的含量以及引燃粉塵的熱源，工業(yè)生產(chǎn)還可以通過提高環(huán)境濕度來進(jìn)行控制。

除了安全性差外，空氣霧化法還存在著制備鋁粉純度不夠的問題，高溫的鋁液容易被空氣氧化為氧化鋁，細(xì)粉收率低，因此難以生產(chǎn)出高質(zhì)量的球形鋁粉。

在惰性氣體中，He分子量小，熱傳導(dǎo)系數(shù)大，比熱高，密度小，是惰性氣體霧化的理想氣體，所制得的粉末最細(xì)。且N2在高溫條件下，會(huì)與鋁發(fā)生反應(yīng)生成氮化鋁。但是實(shí)際生產(chǎn)中，其相較N2價(jià)格高，故目前氣霧廠仍多采用N2。

惰性氣體霧化法較空氣霧化法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.鋁粉在生產(chǎn)過程中沒有氧化以及爆炸燃燒的條件，因此整個(gè)霧化過程非常安全。

2.惰性氣體霧化由于有氮?dú)獾榷栊詺怏w保護(hù)，氧化量極少，粉材活性較空氣霧化高。

3.惰性氣體生產(chǎn)的鋁粉粒度細(xì)，形狀接近于球形，應(yīng)用價(jià)值高。

不過，由于惰性氣體霧化法是在高氣密性的環(huán)境下進(jìn)行，因此其對(duì)于設(shè)備的要求較高，此外，惰性氣體也是生產(chǎn)工藝中不可忽視的成本。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，惰性氣體霧化法生產(chǎn)霧化鋁粉的工藝，無疑是替代空氣霧化法的新工藝，尤其以碳分子篩吸附法制取氮?dú)獾墓I(yè)技術(shù)的推廣，使氮?dú)獬杀敬鬄榻档?，為惰性氣體霧化法工藝的推廣提供了有利條件。

?三．水霧化與氣霧化的比較?

不論是空氣霧化還是惰性氣體霧化，綜合來看，其原理相近，所不同也僅是介質(zhì)和其它一些微小差別，所生產(chǎn)粉體的粒度也主要在幾微米到幾千微米之間。氣霧化仍存在的缺點(diǎn)有：

1.冷卻速度較低，一般氣體霧化的冷卻速度102-103K/s；

2.氣霧化難以制備超細(xì)粉末，采用氣霧化制備的鋁粉粒度一般較粗，難以制備5um以下的超細(xì)鋁粉。

通常，水霧化技術(shù)應(yīng)用于制備鐵粉等活性較低的粉末，很少用于制備鋁粉。這主要是因?yàn)殇X粉的活性較高，易于和水反應(yīng)生成氫氣，容易產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)。同時(shí)水霧化過程中，鋁粉與水的反應(yīng)難以控制，鋁若發(fā)生劇烈氧化，會(huì)影響制備出的鋁粉的活性。

針對(duì)以上問題，科研領(lǐng)域的解決方案是通過抑制劑控制鋁和水的反應(yīng)。例如，北京科技大學(xué)的郭志猛等提出采用添加抑制劑控制鋁粉的活性，使得霧化介質(zhì)的pH為4.0，減少氫氣產(chǎn)生，并且，pH為4時(shí)，鋁表面生成的致密氧化膜會(huì)起到阻止進(jìn)一步氧化的作用，以此保證生產(chǎn)安全。目前，相關(guān)的研究仍在進(jìn)行中。

根據(jù)以上三種霧化方式的比較，可以從霧化介質(zhì)、粒狀形態(tài)、液滴冷卻速度、用途、成品含氧量幾個(gè)角度，總結(jié)出三種霧化方式的特點(diǎn)，得表2。簡(jiǎn)言之，霧化方式差別的關(guān)鍵仍是由于霧化介質(zhì)的不同，引起粒狀形態(tài)、冷卻速度的不同，進(jìn)而導(dǎo)致鋁粉品質(zhì)的優(yōu)劣差別。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，氮?dú)忪F化法將逐步替代危險(xiǎn)性更高的空氣霧化法，而隨著鋁水反應(yīng)抑制劑的進(jìn)一步研究，水霧化鋁粉的工業(yè)化生產(chǎn)也將擁有可期的空間。