铝粉(英文名:Aluminum Powder)是一种银白色有光泽的金属粉末,别名“银粉”,化学式是Al,相对原子质量是26.98 g/mol,密度是2.702 g/cm 3 , 不溶于水。溶于 盐酸 、 硫酸 和碱 。
铝粉的生产过程主要可以分为铝粉的制备和深加工,铝粉的制备过程主要是以纯铝箔加入少量润滑剂,经捣击压碎为鳞状粉末,再经抛光而成。 它主要应用是用作铝颜料 ,还可以应用于涂料、印刷油墨等产品的应用 ,除此以外它还可以直接应用于工业、航空、军工弹药、民用烟火、化工、耐火材料、食品等领域。
铝粉本身无毒,但长期或反复暴露会使肺组织产生纤维化,发生铝尘肺,症状包括:咳嗽、呼吸急促、食欲减退、昏睡,且类似气喘病的症状曾出现过。 苏联 标准规定,铝粉的最高容许浓度:4mg/ 立方米 。 此外,铝粉易燃,遇水会发生燃烧爆炸,空气中铝粉尘含量较多时也会发生燃烧爆炸现象,会对环境造成一定的危害 。因此铝粉在存储和运输过程中应注意干燥、远离火源。
历史发展
在历史发展中,鳞片状的铝粉有良好的金属光泽和屏蔽功能,其作为颜料使用具有很大的市场价值,因此将铝粉用作颜料的发展已有100多年的历史。早期人们使用捣冲法获得合乎要求的铝粉,但该工艺生产效率很低,产品质量不易掌握,生产过程中粉尘很多,且危险系数高。
1892年,德国舒伦克公司开始生产铝粉。 随后在1894年, 德国 Hamtag研究出来新的生产工艺,他将钢球、铝屑和润滑剂加入球磨机中,利用飞动的钢球击碎铝屑之后成为鳞片状铝粉,在球磨机内和管道里充满惰性气体,然后开始生产铝粉,该干法制铝粉的工艺方法一直延续至今,被称之为“干法生产”。
20世纪初,铝粉的雾化加工技术进一步得到优化,并自成体系。1910年,美国 哥伦比亚大学 的J.Hall在球磨机内加入石油 溶剂 代替惰性气体,生产的铝粉与溶剂混合形成浆状铝粉颜料,该方法是湿法制铝粉,也是现代大多数的生产方法。 20世纪20~30年代,因为战争中武器弹药的使用,铝粉的需求量迅速上升,粉末的加工规模迅速扩大,更进一步促进加工技术走向成熟。 1945年,美国星铂联公司(Silberline)开始生产类银圆状涂料,并将其应用于汽车漆等闪烁度较高的产品上。
理化性质
物理性质
铝粉一般是具有银白色光泽的轻金属粉末,其有银白色到银灰色和黑灰色两种颜色,它不溶于水,溶于碱、 盐酸 、 硫酸 。铝粉的密度是2.702 g/cm 3 , 熔点 660℃, 沸点 2056℃,燃点温度645℃ 。其粉末在空气中的发火点约大于800℃,最小点燃能量是20mJ,其燃烧热值是3.056X10 4 J/g,熔化 潜热 是2.554X10 5 J/ 摩尔 , 爆炸极限 25~40 g/m,最大 爆炸压力 59.82 N/cm 2 。
铝粉具有燃烧热值高、活性大、 比表面积 大、 颗粒度 高、杂质少且可改性等优良特性 ,使铝粉可以直接应用工业、航天等领域。铝粉还具有质量轻、漂浮 力高 、遮盖力强、耐水性、彩色、高闪光性以及对光和热的反射性能优良等特性,然后因为 片状铝粉 对光的反射性能优良这一特性,使其具有良好的金属光泽,若铝粉平行分布于基底表面就会使其物体具有“随角异色”效应即人们观察到的光泽和颜色会随着视角的变化而变化 ,而且其除了遮盖力强以外还具有良好的屏蔽特性,能有效阻挡外界气体、水分等浸入基底,起到很好的屏蔽保护作用 。
化学性质
铝粉易燃,燃烧时呈炫目的白色火焰 。铝粉还是两性金属 ,他既能和酸发生化学反应,又能与碱溶液发生反应,两种反应都能置换出 氢气 。而且铝粉易与碱和 无机酸 发生反应作用放出氢,遇水或潮气会发生 放热反应 。铝粉与其他金属氧化物的混合物遇火会发生激烈反应或起火。与卤元素混合会起火。与卤化碳氢化合物加热或摩擦会发生爆炸性反应。铝粉具有还原性,能还原大多数金属 。其还能与空气形成爆炸性 混合物 ,大量粉尘遇湿气能自行燃烧。粉尘愈细愈易失火。能与酸类或 强碱 猛烈反应,放出氢气。
与水反应
铝粉会与水发生反应生成氢气,其作为 发泡剂 就是利用该原理,在碱性条件下与水反应。以在泡沫混凝土料浆为例,碱性物是Ca(OH) 2 ,具体反应 方程 如下所示 :
氧化反应
铝粉在空气中会被 氧气 氧化,在铝表面形成一层致密的 氧化铝 薄保护膜 。
分类
铝粉按加工方式不同可分为雾化铝粉、球磨铝粉和铝屑粉,球磨铝粉按加工方式的不同又可分为干磨铝粉和湿磨铝粉(又被称为铝膏和 铝粉浆 );按表面改性的不同可分为漂浮型、非浮型、水分散型;按照粒度和形状的区别又可分为球形铝粉和 片状铝粉 ;按用途不同分为工业铝粉、涂料铝粉、 发气铝粉 、农药铝粉等。
铝粉
雾化铝粉
雾化铝粉中主要介绍的是工业铝粉、特细铝粉、易燃铝粉。工业铝粉,它也称炼钢铝粉,其主要用途是炼钢除气,它还可以作 铝热剂 、 还原剂 和铸造 翻沙 用的 脱模剂 以及渗铝用的铝合剂等。 特细铝粉的粒度不大于0.37mm,主要用于航天工业火箭推进的燃料以及一级原料军工炸药等 。而易燃铝粉又称喷铝粉,其粒度小于630微米。主要是用于制造军工的各种 发射药 与炸药,也常被用于当做 化学工业 的还原剂、 催化剂 、烟火剂以及 耐火材料 的添加剂 。
球磨铝粉
球磨铝粉中最重要的一类就是涂料铝粉,它主要用于工业用防腐、防锈的涂料,生产 烟花爆竹 等,可以利用档次高的废 导线 生产普通涂料铝粉 。
其他.
除了以上介绍的雾化铝粉和球磨铝粉这两大类以外,以下是对其余主要的铝粉产品即 发气铝粉 、亲水发气铝粉、易燃细铝粉、农药铝粉、 烧结 铝粉、烟花铝银粉和焰火黑铝粉进行介绍。
根据生产中所采用的不同的分散 助磨剂 可分为发气铝粉和亲水发气铝粉,其中发气铝粉主要用于做 加气混凝土 的 发泡剂 ,也可做烟火剂。因生产中采用的是 高级饱和脂肪酸 硬脂酸 作分散 助磨剂 ,在用于发泡剂时必须用肥皂或 洗涤剂 等进行脱脂 ;而亲水 发气铝粉 的生产工艺中使用的是 合成脂肪酸 做分散助磨剂,所以使用时无需脱脂,它主要用于做 发泡剂 。
易燃细铝粉的外观为银白色,形状为鳞片状,其粒度小于355微米。其主要是用于制造军工的各种 发射药 与炸药,也常用于 耐火材料 , 还原剂 、 催化剂 以及矿山的水胶炸药等 。而农药铝粉的松装密度要求在0.4~0.55g/cm 3 之间,主要用于制作粮食的高效杀虫剂( 磷化铝 )。 还有 烧结 铝粉的主要用途是用 粉末冶金 的方法制造烧结铝 。而烟火专用铝粉主要是烟花铝银粉和 焰火 黑铝粉,两者可根据外观区分,烟花铝银粉的外观呈银灰色片状,焰火黑铝粉的外观呈黑灰色片状 。
应用
涂料领域
铝粉因其质量轻、遮盖力好,色彩漂亮而且具有优良的防腐功能和耐水性 ,可以用于配制颜料 ,还有锤纹漆、 底面 两用漆及美术漆等 ,除此以外还可用于管道的复合陶瓷 涂层 。
然后涂料的性能是与涂料的应用密切相关。海洋涂料、屋面涂料和防腐蚀涂料要求铝粉颜料具有热、光反射性和防腐蚀性; 罐头涂料 则要求铝粉符合同食品接触的条件; 粉末涂料 要求铝粉可以一起被挤出;卷钢涂料和一般工业涂料要求铝粉具有较强的闪光效果,良好的“随角异色”性和耐酸性。
铝粉颜料还可以应用于汽车新车的在线涂装涂料中,零部件的表面装饰以及汽车的修补漆中,一般要采用耐酸级铝粉,以及还会使用具有正视明亮 、侧视变暗的“随角异色”效应涂料,这类铝颜料还可应用于飞机表层装饰上。铝粉颜料还应用于照相 凹版印刷 和照相 凸版印刷 、 胶版印刷 和 丝网印刷 。某些铝颜料还可以直接应用于母料产品,使塑料制品、塑料加工品以及色母料生产商生产出具有最明亮金属效果的产品。
工业领域
铝粉可添加到 复合材料 中,提高涂料的附着力、抗冲击强度以及黏结性能 。铝粉还可以添加到涂料中提高涂料的 阴极 保护时间,加强镀层的 电化学 性能,降低锌这类金属的氧化率 。除此以外,铝粉在化工领域中可作为 脱氧剂 、 还原剂 或 催化剂 用于化工生产中 ,其还可以作为 轻质混凝土 的金属 发泡剂 ;而且在制作 耐火材料 方面可以用来制作 耐火纤维 、铝镁碳砖等,本身也可用于制作合金。 不仅如此,工业 中铝 粉还可用来加工各种功能的轻质零部件及耐磨管道的复合陶瓷 涂层 。
铝粉可用作塑料、橡胶、油气、 密封胶 的填充剂,加入 ep 、 PF 、 聚酰胺 、聚 等中,不仅可以获得导热、导电性能良好的塑料制品,还可以提高制品的耐磨性 。
航天航空领域
铝粉添加进固体 复合推进剂 ,提高推进剂的能量密度 从而增加火箭推动剂的燃烧能量、减少火箭发动的不稳定性 。
炸药领域
铝粉在制作工业炸药中添加可增加炸药的密度,起到 敏化作用 和增加炸药的威力;在军工方面,可用于导弹 战斗部 ,装药制成燃料空气炸药;铝粉被用来与 高氯酸钾 、 硫磺 混合制作火花闪光炮。
食品领域
铝粉因其与水反应会产生热量,所以可添加于食品加热包中,可用于自热食物中 。铝粉不仅可以用来包装冷冻水果、肉类、高点等食物 ,还可以充当食用色素或是表面装饰色素,以表面装饰为主因此应当适度 。
制备方法
铝粉的制备过程按照工艺可分为铝粉的制备和铝粉深加工两大类。
铝粉的制备
主要是机械法,它主要是通过不同的操作将金属铝和其他合金材料粉碎成细小颗粒,该制备过程不发生化学变化。其可分为雾化法、研磨法、冲击粉碎法等。
雾化法
将熔体铝通过 雾化器 ,熔体铝会在高压 气流 下将被撕裂以及粉碎成小雾滴,然后快速凝固成粉。其典型工艺流程如下所示:
首先借助熔化设备使 铝锭 在一定温度下熔融而形成熔体,再将熔体铝通过 雾化器 快速凝固成粉。其次是将雾化的原粉在 沉降 器内冷却沉降,在进入活底漏斗或直接通过 管路 由风力输送进入 料仓 。然后把收集到的原粉按粒度的不同分布进行分选。最后将分级后的产品,用适当容器包装收敛。
研磨法
其操作原理是将原料输送至 球磨机 进行磨细。 根据原料状态的不同,可将其分为干法磨粉和湿法磨粉。其中湿法磨粉可根据 分散剂 的不同分为油磨工艺和水油磨工艺。 其中油磨工艺流程如下所示:
将雾化铝粉或者废 铝箔 边屑等为原料,以 煤油 、200号有机汽油或 乙醇 等为分散介质,并加入一定的油脂在磨粉机器中进行研磨,然后分级、压滤、干燥。
冲击粉碎法
主要选用冲击式 粉碎机 作为加工机械,冲击粉碎机又可分为锤式 破碎机 和 涡流 粉碎机 。 锤式粉碎机的工作原理是利用高速运动的 锤子 来将原料粉碎成粉末,并设有 筛板 来筛选合适的粒度。涡流粉碎机是综合利用冲击力、剪切力和叶片产生的 超声波 涡流和高频振动来将 铝屑 粉碎成粉末状。
铝粉的深加工
按照不同的用途进行进一步处理,可分为分级、改性、固液分离、干燥、抛光等。
分级
分级就是根据不同的工艺要求,将铝粉颗粒按不同粒度大小来进行分选,将其划分为多个粒度范围的粒群。按照不同分级方法可分为筛分分级、重力分级、 离心 分级、组合式分级等。
改性
改性是指利用物理、 化学 、机械等方法、按照应用需求对铝粉表面进行有目的地改性处理。通常改性可通过在粉碎阶段加入 表面 改性剂 来实现,常见的 表面改性剂 有 脂肪烃 、 芳香烃 、 脂肪酸 、醇类、酯类等。其中 硬脂酸 和 油酸 等 有机物 作为 分散剂 和 助磨剂 使用, 烃类 用于增加 铝粉浆 的漂浮性能,醇类用于帮助铝粉更好溶于混凝土料浆中。
固液分离
即对已经分级的 铝粉浆 进行进一步浓缩的步骤。按照分离过程可分为浓密和过滤两种加工方式。浓密是将较稀的料浆浓缩成较浓的料浆,可利用重力 沉降 、 离心 沉降的方法来实现,代表设备有 水力旋流器 。过滤是利用多孔隙介质来进行固液分离。过滤常用的方法有重力过滤、 真空过滤 、 加压过滤 、 离心过滤 这四种,常用设备有 离心分离机 、加压 过滤机 等。
干燥
即除去湿物料中的水分或其他 溶剂 的操作。干燥方法根据干燥方法中热量的供应方式分为四种类型。首先是对流干燥,它是使热空气或 烟道气 与湿物料直接接触,依靠 对流传热 除去水汽。其次是传导干燥,它是让湿物料与加热壁面直接接触,热量靠 热传导 进行。然后是辐射干燥,热量以 辐射 传热 方式投射到湿物料表面。最后是介电加热干燥,将湿物料置于高频 电场 内,依靠 电能 加热。常见的干燥设备有 箱式 干燥机 、 双锥回转真空干燥机 等。
抛光
抛光主要是为了提高产品的表面光亮性能、附着率;抛光可以让油脂充分分散在颗粒表面从而利于分散和保存。按照原理可将其分为三类:渐细擦刮原理即用越来越小的刮擦处理外表面的擦痕直至肉眼看不见; 流体 原理即利用外表面变形并流动来填充; 化学 抛光原理就是利用化学反应处理表面离子。
安全事项
危害
环境危害:本产品易燃。粉尘越细越易燃。大量粉尘遇水、 水蒸气 或受潮会缓慢发生反应产生热量和氢,一旦热量积聚极易引起自燃甚至爆炸。该品与空气混合达到一定比例后,遇到 火星 就会发生燃烧爆炸。 与金属 氧化物 或 氧化剂 混合也会形成爆炸 混合物 。铝粉与酸、碱接触会生成 氢气 ,同样易引起燃烧爆炸 。
人体危害:铝粉尘能刺激眼、皮肤和 呼吸系统 。 长期吸入铝粉会导致 铝尘肺 ,不仅会损伤人体肺脏,引起肝、肾脏的脂肪 变性 。 铝粉尘对人体的的鼻、口黏膜有刺激性、甚至会发生 溃疡 ,若吸入会出现 呼吸困难 、咳嗽等现象。进入眼睛会导致局部性坏死,角膜色素沉着, 晶状体 被膜改变以及 玻璃体混浊 。
处理措施
泄漏区处理措施
泄漏发生时,首先切断所有火源,然后隔离泄漏污染区,限制出入 ,等待专业人员穿戴好防护衣物后进行处理。
小量泄露:尽量避免扬尘,专业人员用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。转移回收。
大量泄露:用塑料布、帆布覆盖泄漏区域。使用 无火花工具 转移回收。
溢出物的处理:首先切断火源,穿戴好防护衣物,然后将溢出物倒入 稀盐酸 (可用1份浓盐酸加2份水稀释而成)中,放置24小时,稀释后放入 废水 系统。
急救措施
皮肤接触:脱去被污染的衣物,先用大量流动清水冲洗 ,再用肥皂彻底洗涤。脱去的衣物彻底洗涤干净后才可以再次使用。
眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或 生理盐水 冲洗 。严重的须就医诊治。
口腔摄入:立即 漱口 ,饮温水催吐 ,送入医院就诊。
鼻腔 吸入:使吸入粉尘的患者脱离污染区,在新鲜空气流通处安置休息保持温暖。
灭火措施
灭火方法:用干沙、干 石粉 灭火,也可使用 1211灭火器 。 在安全防爆距离以外,使用雾状水冷却暴露的容器 。
灭火禁忌:禁止用水、 二氧化碳 、 四氯化碳 灭火,禁止用泡沫灭火 ,也不能用压力喷射的 干粉灭火器 扑救。
防护措施
呼吸系统防护:如粉尘浓度不明或空气中粉尘浓度超标时,应该佩戴Ⅰ级 自吸过滤式防尘口罩 。必要时,建议佩戴空气呼吸器。
身体防护:穿防静电工作服。
手防护:戴一般作业防护手套。
其他防护:实行就业前和定期的体检。
储存运输
操作方法:装卸搬运时应轻装轻卸,防止包装破损。
操作禁忌:禁止粉尘飞扬;不宜用易起火花的工具;不宜在雨天运输,以免铝粉受潮发热,从而引起燃烧或爆炸。
储存条件:用铁皮罐盛装,放置容器须防碰损 ;储存于阴凉干燥、通风良好的库房 ;远离火种与热源;储存地 相对湿度 应在75%以下,防止受潮 。