(咸陽非金屬礦研究設(shè)計院有限公司/馬亮，陳雄祝，王新江，陳媛媛）1、前言
無堿池窯拉絲玻璃纖維是高新技術(shù)項目，屬國家產(chǎn)業(yè)政策重點鼓勵發(fā)展的項目。我國玻纖產(chǎn)量逐年遞增，2010年，我國玻纖產(chǎn)量將突破250萬噸，在產(chǎn)池窯生產(chǎn)能力超過210萬噸。無堿池窯玻纖原材料是以硅酸鹽礦物中的SiO2、Al2O3為骨架材料，該骨架材料在無堿玻纖中的用量約80%，由此推算，我國目前池窯玻纖年需非金屬礦硅酸鹽礦物己近170萬噸。所以，池窯玻纖拉絲的好壞，礦物骨架材料的成份穩(wěn)定性是影響玻纖拉絲的重要指標之一。長期以來，玻纖的原料均采用浙江青田產(chǎn)葉蠟石，但由于我國葉蠟石資源有限，加之過度開采，青田葉蠟石資源已幾乎殆盡，近些年，人們開始尋找新型玻纖用原料替代資源——高嶺石，我院與多家單位合作已在該方面取得了突破性進展。
葉蠟石或高嶺土礦通常含有許多其它礦物及雜質(zhì)，同一礦床的不同產(chǎn)出地段其Al2O3的含量變化也較大，因此要保證玻纖用骨架材料的成份穩(wěn)定性，必須要對非金屬礦粉進行均化，使主成分Al2O3的含量保持穩(wěn)定，確保玻纖拉絲穩(wěn)定。
由于同一產(chǎn)地高嶺土的成份差異較大，所以，要生產(chǎn)成份穩(wěn)定的玻纖原料，必須要進行配礦、均化。國內(nèi)較先進的氣泡床和射流均化等均化方式，存在均化物料單一，均化時間長，且由于每種礦的不同，均化時間也不盡相同，而傳統(tǒng)的通過采樣、制樣、化驗室分析這樣一漫長過程之后出來的結(jié)果已經(jīng)遠遠滯后，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)，快速調(diào)整參數(shù)的需要等問題。
我院通過研究高效均化技術(shù)，開發(fā)專用均化裝備，采用X熒光分析技術(shù)等手段，使池窯玻纖用非金屬礦的均化時間縮短近1小時，均化后產(chǎn)品質(zhì)量達到國際技術(shù)標準水平。
2、原料加工
池窯玻纖原料除了對如Fe2O3、TiO2 、K2O、Na2O、S、C及藍晶石、紅柱石、剛玉、明礬石、水鋁石等要嚴格限制外，對Al2O3的含量要求也極為嚴格，每一批產(chǎn)品都必須將Al2O3的含量保證在規(guī)定值的±0.2%內(nèi)波動，所以必須在生產(chǎn)加工過程中采用洗礦，配礦，多次預(yù)均化，均化，其中的關(guān)鍵是均化技術(shù)，均化的好壞直接影響物料各部位Al2O3的含量，對最終池窯玻纖拉絲有重要影響。
常用的均化方式有機械倒庫、混合室連續(xù)均化或漏斗流均化庫等方式，目前國內(nèi)較先進的均化技術(shù)是氣流均化技術(shù)。通常一個均化庫至少100噸，要使倉內(nèi)物料完全沸騰均化，需要相當大的能量，所以國內(nèi)氣流均化主要以氣泡床和射流均化為主。在生產(chǎn)實踐中，射流均化的效率和效果都不十分理想，經(jīng)檢測射流均化2小時后，在不同層面上取樣分析，Al2O3仍相差較大，上下層最大相差可達0.8以上，有30-40%產(chǎn)品均化度平均相差超過了0.4%，無法保證Al2O3精度0.2%的嚴格要求，氣泡床均化的效率更是不理想，因而目前市場上玻纖原料的均化度無法達到池窯玻纖原料的質(zhì)量要求。
（1）工藝路線
我們通過從原料開發(fā)、氣流均化技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量檢測三方面進行了全方位的研究。采用加大風量，多管路同時進行幾種物料的均化混合等技術(shù)，并將主均化控制在上部特定自由空間，同時在料倉中部增設(shè)多個噴嘴再次進行物料混合，料倉的下部增設(shè)內(nèi)部構(gòu)件，底部設(shè)有主風管，這樣物料在倉內(nèi)各個不同位置都可同時進行氣流均化，從而大大縮短了均化的時間，提高了均化的效果，較傳統(tǒng)均化方式節(jié)省時間近一個小時。
生產(chǎn)線工藝流程如圖一。
圖1 生產(chǎn)線工藝流程
圖2 均化庫示意圖
1.均化器 2.床體 3.上料管 4.上料管 5.上弧形板 6.下弧形板 7.混料噴嘴 8.混料管9.均化輔助管 10.均化輔助噴嘴 11.導(dǎo)流環(huán)板 12.內(nèi)部構(gòu)件 13.引導(dǎo)管 14.主噴嘴 15.密封單向閥16.高效旋風組合分離器 17.輔助流化器 18.反吹系統(tǒng) 19.振動器
其原理是同時將另外二至三種需配搭的中間物料，按比例同時輸送至床體上方自由區(qū)第一均化室上弧形板（5）上方區(qū)域，混合后經(jīng)上弧形板漏孔進入第一均化室進行氣流混合。由于第一均化室是在自由空間區(qū)域，物料在多個特殊環(huán)形氣流混料噴嘴（7）形成的切向風力作用下進行高效混合，混合后經(jīng)下弧形板（6）漏孔和四根混料管（8）分別將物料強行分配給密相區(qū)不同高度的區(qū)間進行混合。第二均化室即床體中間區(qū)布置有6個環(huán)形式風管，風管的末端裝有數(shù)量多于12個的均化輔助噴嘴（10），每個噴嘴的角度和方向不近相同。在噴嘴的周邊設(shè)有導(dǎo)流環(huán)板（11），使物料產(chǎn)生部分旋轉(zhuǎn)和氣泡得到進一步流化。床層下部密相區(qū)設(shè)一與床體外形相似的內(nèi)部構(gòu)件（12）和噴射床（14），為第三，第四均化室。構(gòu)件的上部和周邊開有無數(shù)個圓孔或方孔。構(gòu)件的目的有三：第一是進一步合理分散與混合物料；第二是克服漏斗流，將密相區(qū)的物料按合理比例進行噴射均化；第三可以大大減小主噴嘴的壓強。第四均化室在流化床均化作用中起著重要作用。
（2）均化試驗
我們采用3種高嶺土，1種葉蠟石進行配礦優(yōu)化，并進行了工業(yè)試驗，其均化后的產(chǎn)品我們通過在均化庫中縱向不同5個部位取樣進行檢測，檢測采用X熒光分析儀進行，檢測結(jié)果見表1，產(chǎn)品質(zhì)量達到國際池窯玻纖原料產(chǎn)品質(zhì)量標準。
表1 均化試驗檢測結(jié)果
| 編號 |
檢測項目(%) |
| Al2O3 |
Fe2O3 |
TiO2 |
K2O |
Na2O |
SO3 |
| 1 |
17.63 |
0.20 |
0.23 |
0.16 |
0.10 |
0.43 |
| 2 |
17.72 |
0.20 |
0.23 |
0.15 |
0.10 |
0.42 |
| 3 |
17.60 |
0.20 |
0.23 |
0.15 |
0.10 |
0.40 |
| 4 |
17.61 |
0.20 |
0.23 |
0.14 |
0.10 |
0.39 |
| 5 |
17.60 |
0.20 |
0.23 |
0.14 |
0.10 |
0.39 |
3. 產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測
準確地測定原料中Al 2O 3的含量，現(xiàn)有絕大部分玻纖廠均采用傳統(tǒng)的EDTA絡(luò)合滴定法，測出鋁、鈦的合量，再從合量中差減法求得含鋁量，該方法需經(jīng)過堿熔分解、稀堿，分離，絡(luò)合，回滴等多到工序，每批次測定至少需3～4小時方可完成。不但操作復(fù)雜，且溶解，測定中需接觸到化學(xué)試劑，對操作人員有所影響。
由于玻纖用非金屬礦原料的均化過程需要實時監(jiān)控，并依據(jù)均化情況以不斷調(diào)整均化參數(shù)及時間，所以傳統(tǒng)的化學(xué)方法就難以適應(yīng)這種快速檢測的要求，所以隨著自動化技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展，具有分析準確、方便、快速的X熒光分析儀就被應(yīng)用于池窯玻纖用非金屬礦原料生產(chǎn)中解決這一難題。
（1）組成及工作原理
X射線熒光分析儀由X射線發(fā)生裝置(包括高壓發(fā)生器、X射線管、控制器)及防護裝置、樣品室、Si(Li)半導(dǎo)體探測器及計算機多道裝置、控制單元及儀器附屬部分、應(yīng)用軟件等各部分組成，系統(tǒng)方框圖見下圖3。
熒光儀采用X射線激發(fā)被分析元素的原子，從而產(chǎn)生元素的特征X射線，具有特征波長的X射線被Si(Li)探測器(在液氮條件下工作)接收，產(chǎn)生電流脈沖，經(jīng)前置放大器、主放大器、AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被多道譜儀采集，根據(jù)譜峰信息鑒定出樣品中存在的元素及其峰強度，經(jīng)計算機處理得到樣品中各元素的含量。
圖3 熒光分析儀硬件系統(tǒng)方框圖
（2）試驗準備及標準曲線的制作
此次實驗首先采用國產(chǎn)FJ-2810G型能量色散X射線熒光分析儀，Rh銠靶X射線管，電壓50kV；并結(jié)合在某一玻纖廠的應(yīng)用情況。
樣品制備采用粉末壓片技術(shù)，根據(jù)實際玻纖廠要求原料細度為+325目≤0.2%，本次實驗中，我們也將標準樣品及測試樣品粉磨達到+325目≤0.2%同一細度，以降低其礦物效驗，同樣粒度，使得產(chǎn)生粒度效應(yīng)趨于一致，因此，粒度效應(yīng)的影響基本可以忽略；然后以硼酸為背景粘合劑，加壓成型。
由于X熒光分析儀是通過對樣品產(chǎn)生的X射線的計數(shù)強度進行測定，再通過預(yù)先建立的計數(shù)強度與元素百分含量的曲線關(guān)系來間接測定元素的含量。因此標準曲線的精確是分析準確的前提，本次測試中我們選用經(jīng)化學(xué)分析多次測定得出的Al 2O 3及Fe 2O 3準確結(jié)果的產(chǎn)地不同高嶺土樣品16個。標準樣品各元素百分含量梯度的變化方向與實際試樣的變化方向相一致，根據(jù)實際測試各樣品含量范圍，標樣選取含量范圍：Al 2O 318%～22%之間，F(xiàn)e 2O 30.3～0.5%，確保涵蓋生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的所有含量。
（3） 樣品的測定
①準確性測試
為了考核儀器的準確性，我們選取了多個樣品對儀器進行了測試，測試主要針對Al 2O 3和Fe 2O 3兩種元素，化學(xué)分析及X熒光分析儀測定結(jié)果對比如下表2：
表2 X熒光分析儀樣品準確性測試結(jié)果（%）
| 樣品編號 |
內(nèi)容 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
| 1 |
C |
20.8 |
0.39 |
| XRFX |
20.62 |
0.41 |
| 偏差 |
0.18 |
-0.02 |
| 2 |
C |
19.75 |
0.38 |
| XRFX |
19.74 |
0.4 |
| 偏差 |
0.01 |
-0.02 |
| 3 |
C |
19.6 |
0.37 |
| XRFX |
19.69 |
0.39 |
| 偏差 |
-0.09 |
-0.02 |
| 4 |
C |
20.04 |
0.39 |
| XRFX |
19.9 |
0.4 |
| 偏差 |
0.14 |
-0.01 |
| 5 |
CA |
20.02 |
0.39 |
| XRFX |
19.92 |
0.4 |
| 偏差 |
0.10 |
-0.01 |
| 6 |
CA |
19.97 |
0.42 |
| XRFX |
19.98 |
0.39 |
| 偏差 |
-0.01 |
0.03 |
| 7 |
CA |
19.71 |
0.38 |
| XRFX |
19.73 |
0.39 |
| 偏差 |
-0.02 |
-0.01 |
| 8 |
CA |
19.73 |
0.37 |
| XRFX |
19.8 |
0.39 |
| 偏差 |
-0.07 |
-0.02 |
| A |
CA |
17.64 |
|
| XRFX |
17.50 |
|
| 偏差 |
0.14 |
|
| B |
CA |
17.59 |
|
| XRFX |
17.65 |
|
| 偏差 |
-0.06 |
|
備注：C-化學(xué)分析 XRFX-熒光分析
由上表測試結(jié)果可看出，Al2O3的偏差值均在±0.18%以內(nèi)，F(xiàn)e2O3的偏差值在±0.03%以內(nèi)，準確度較高。
②重復(fù)性測試
為了測試重復(fù)性，還將同一樣品反復(fù)5次進行了Al 2O 3含量值測定，計算其極差為0.12。測試結(jié)果如表3：
表3 X熒光分析儀樣品重復(fù)性測試結(jié)果
| 樣品編號 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
極差 |
| Al2O3（%） |
17.64 |
17. 76 |
17. 54 |
17.59 |
17.61 |
0.12 |
4. 結(jié)論
（1）高嶺土完全可以替代葉蠟石作為池窯玻纖原料。
高嶺土采用創(chuàng)新工藝技術(shù)及均化裝備，將多物料通過多管路同時送入腔體，并在腔體形成多個強力均化區(qū)域，均化后腔體各部位Al2O3含量差≤0.2%，各項指標均達到池窯玻纖用原料質(zhì)量指標要求，且較傳統(tǒng)均化方式節(jié)省時間近1h，在節(jié)能降耗的同時大大降低了產(chǎn)品成本。
（2）X熒光分析法可以替代傳統(tǒng)化學(xué)方法用于均化工藝中的產(chǎn)品質(zhì)量檢測。
均化中采用X熒光分析儀進行產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測，準確度及重復(fù)性均可達到生產(chǎn)要求，無化學(xué)藥劑污染，工作周期僅為10min，可根據(jù)測試結(jié)果迅速調(diào)整工藝參數(shù)，適合大批量連續(xù)生產(chǎn)，在生產(chǎn)實踐中具有廣闊的應(yīng)用前景。
(廈門非金屬礦加工與應(yīng)用技術(shù)交流會,發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志）
|
