如何采用陶瓷平板膜提高球形氧化铝的提纯效果?

发布时间 | 2024-03-11 16:01 分类 | 粉体加工技术 点击量 | 161
氧化铝
导读:随着5G时代和新能源汽车的爆发,电子设备朝着高性能、高密度的方向发展。与此同时,产品运行过程中产生的高热流密度对电子设备的热管理也提出了巨大挑战。为使电子元器件能够持续、稳定地正常工...

随着5G时代和新能源汽车的爆发,电子设备朝着高性能、高密度的方向发展。与此同时,产品运行过程中产生的高热流密度对电子设备的热管理也提出了巨大挑战。为使电子元器件能够持续、稳定地正常工作,具有高散热性能的导热绝缘材料成为电子设备热设计中必不可少的关键环节。在各类导热粉体材料中,球形氧化铝粉体是一种高纯度的无机粉末材料,具有优异的物理和化学性质,以高导热、低填充粘度和价格适中的优势,被业界视为性价比较高的导热绝缘材料。


通常,球形氧化铝是由普通无规则的Al2O3经高温熔融喷射法煅烧而成,再进行筛分、提纯等工序得到最终产品,其在烧球过程中,由于粒径的变化一般具有较高的电导率和磁性,会发生一定的团聚现象,在材料制备过程中,需消除这些不利的特性。

在实际应用中,球形氧化铝的常用规格为50μm以下,提纯工序环境条件比较苛刻,提纯水温65~80℃,其产品粒径小,硬度高且耐磨,粉体在水中自然沉降非常快,沉降后会迅速板结,板结块坚硬清除困难,所以物料在提纯过程中必须全程处于流动状态。

针对球形氧化铝粉体的提纯工序特点,有研究者提出采用“预处理筛分+陶瓷平板膜超滤”工艺,该工艺提供了一种高强度,高耐磨性,低成本,抗污染性能稳定,效率高的提纯方法。膜池内穿孔曝气替代传统机械搅拌,池底曝气有效解决了球形氧化铝在水中快速沉降的问题,大量气泡带动浆液与纯水有效的摩擦清洗,进一步提高球化率,混合浆液在膜池内形成纵向环流,在陶瓷平板膜表面形成水流剪切力,提高了陶瓷平板膜的抗污染能力,再通过陶瓷膜的分离过滤技术,不断将摩擦清洗置换出的高电导率废水从浆液中分离出来,再加入新的纯水继续置换,达到降低球形氧化铝电导率和调节pH的作用。


陶瓷平板膜

市场上的常用陶瓷陶瓷平板膜是以无机陶瓷材料Al2O3经高温煅烧制备而成的板状陶瓷膜,膜片分为支撑层和分离层两部分,过滤精度0.1μm。陶瓷平板膜过滤机理主要是筛分机理,膜的物理结构起决定性作用。陶瓷平板膜的运行方式为浸没式负压抽吸,膜片的内部有若干集水通道,膜片上下两端有集水封端,集水封端上有出水嘴,自吸泵与出水嘴连接,将陶瓷平板膜置于混合液中,在泵的负压作用下,膜池内的清水从膜表面进入膜内部集水通道,清水从泵出水口产出,混合液中的固体被截留在膜片的表面,从而达到过滤筛分的效果。陶瓷平板膜因结构简单、分离过滤效率高、通量大、机械强度高、耐磨、耐高温、耐强酸强碱等各种特性,被广泛应用于自来水预处理、市政污水处理、工业废水处理及各种条件苛刻的特殊处理工艺环境中。


陶瓷平板膜结构示意图

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根据球形氧化铝粉体的原料特性及企业质量要求,设计的提纯工序工艺流程如下:

提纯工序工艺流程

将烧球后的球形氧化铝粉体与纯水在反应釜中搅拌混合,混合后的浆料进入预处理筛分系统,去除浆料中除金属粉末以外的所有杂质。筛分后的浆液继续进入膜池,膜池内加入65~80℃高温纯水,膜池底部和中部分别设计两级穿孔曝气管,大量曝气气泡从底部上升,带动膜池内的浆料与纯水混合摩擦清洗,摩擦产生高电导率废水;陶瓷平板膜置于膜池浆料中,利用陶瓷膜的过滤筛分技术,通过自吸泵负压抽吸,将高电导率废水从浆料中分离出来,再不断加入高温纯水进行摩擦清洗,降低电导率;物料相互摩擦使粉体表面更光滑,球形率更高。同时,膜池底部设计有物料循环管道和电磁除铁器,主要防止底部出现沉降积料的现象,底部浆料通过泵循环至膜池水面,浆料循环过程中经过电磁除铁器的高磁腔体,去除浆料中的金属残渣及金属粉末。浆料提纯合格后,停止纯水补充,陶瓷平板膜继续工作,对浆料进行浓缩,浓缩完成后从膜池底部的循环管排至下工序脱水烘干,得到最终产品。

经过“预处理筛分+陶瓷平板膜超滤”工艺后的球形氧化铝纯度高、电导率低、球化率高,无任何杂质,提纯效果显著。

综上所述,采用陶瓷平板板膜用于球形氧化铝提纯工序的优点如下:

(1)陶瓷平板膜用于提纯工序处理能力是普通反应釜机械搅拌摩擦清洗和人工筛分能力的3倍,清洗时间比普通清洗更少,提高了提纯工序效率;

(2)陶瓷平板膜的结构在泥水分离过程中不易堵膜,过滤分离面在膜表面,负压抽吸,清水穿膜表面进入内部集水通道,固体颗粒物被截留在膜表面,曝气气泡在上升过程与膜表面形成剪切力作用,定时执行反洗,带走污染物,有效防止膜表面污堵,使陶瓷平板膜可长期稳定运行,寿命更长;

(3)球形氧化铝提纯过程温度高、材料硬度高、摩擦频繁等特殊条件,陶瓷平板膜的独有的特性非常适合该产品的使用,具有过滤通量大,耐高温、机械强度高,耐磨,摩擦清洗过程无损耗,抗污染能力强等特性在提纯工序中表现出众,相比其他提纯方法有很大的优势;

(4)曝气摩擦清洗替代了传统机械搅拌摩擦清洗。优化了传统机械搅拌流线型,物料在搅拌过程中一直处于规律状态,摩擦清洗效果差,时间长。曝气气泡上升带动浆料不断摩擦,效率高、效果好,电导率降低速度快,球化率更高;

(5)陶瓷平板膜超滤工艺自动化程度高,节省人力,人工只需进行反应釜粉体投加和提纯合格后取样质检即可。

陶瓷平板膜独有的特性可适应各种苛刻的生产环境,在各行业中的提纯、物料分离方面具有很大的意义,值得各行业参考和借鉴。

 

参考来源:

1.陶瓷平板膜在球形氧化铝提纯工序中的应用,陈洪贵(佛山陶瓷);

2.陶瓷膜在饮用水处理中的应用与膜污染控制,杨文建、郭庆、刘景霞(陶瓷);

3.高纯氧化铝提取技术研究及应用,刘瑞平、张一雯、杨春明(世界有色金属)。


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