CN104945959B

CN104945959B - 一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法

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Publication number: CN104945959B
Application number: CN201510333996.2A
Authority: CN
Inventors: 王跃军; 王冠
Original assignee: Taian Sheng Yuan Powder Co Ltd
Current assignee: Taian Sheng Yuan Powder Co Ltd
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: CN104945959A

Abstract

本发明涉及一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法，包括以下步骤：氧化铝粉和添加剂混合后，熔融、精炼；将熔融冷却后的混合物擂碎、粉磨成设定粒级，然后经过酸洗、水洗以及沉淀除杂后，静止烘干；去除烘干过程中因团聚而形成的假颗粒后，再按照粒度分布标准，将不同粒度段的氧化铝按检验比例，均匀混料，即得到绝缘用高纯填料氧化铝。本发明制得的电工级填料氧化铝高纯低钠，球形度高并且流动性好，在绝缘浇注中填加量增加，使浇铸件的强度更好，韧性提高。本申请的熔融温度为添加剂与氧化铝的充分反应及氧化铝粉中杂质的挥发创造了条件，有利于杂质偏铝酸钠的偏析，提高氧化铝纯度并且由于添加剂的存在，提高了氧化铝的抗侵蚀性。

Description

一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法

技术领域

本发明属于绝缘用氧化铝填料的生产领域，具体涉及一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法。

背景技术

在上个世纪80年代，我国高压电器，特别是封闭式组合电器GIS的发展很快，为满足SF6高压开关，特别是GIS引进国产化配套的要求，迫切需要大量高性能的环氧树脂浇注成型的绝缘件，但是国产环氧浇注专用三氧化二铝填料的物理、化学性能同国外同类产品相比有较大的差距，如，现有阶段的窑烧结温度一般为1500℃，但是在该温度下生产的氧化铝存在晶型针状体多、流动性差以及钠等杂质含量高等技术问题，直接影响了浇注的技术性能和成型工艺。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的技术问题，而提出的一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法，包括以下步骤：氧化铝粉和添加剂混合后，熔融、精炼；将熔融冷却后的混合物擂碎、粉磨成设定粒级，然后经过酸洗、水洗以及沉淀除杂后，静止烘干；去除烘干过程中因团聚而形成的假颗粒后，再按照粒度分布标准，将不同粒度段的氧化铝按检验比例，均匀混料，即得到绝缘用高纯填料氧化铝。

优选的，所述熔融的温度为1900-2050℃。

优选的，所述熔融的速率为每小时熔融氧化铝0.7-1.15吨。

优选的，所述精炼的温度为2000-2050℃。

优选的，所述精炼的时间为30-60min。

优选的，所述添加剂为煅后焦、氧化镁、金属铝粉、石英砂、硼酸和氯化铵中的若干种的混合物。

优选的，所述添加剂占混合物总量的质量分数为0.75-2.25％。

优选的，所述添加剂的组分组成为：硼酸25wt％，氧化镁20wt％，煅后焦50wt％，石英砂5wt％。

进一步优选的，所述添加剂的量为氧化铝粉的1.5wt％。

优选的，所述添加剂的组分组成为：硼酸30wt％，煅后焦20wt％，金属铝粉40wt％，氯化铵10wt％；所述添加剂的量为氧化铝粉的1wt％。

优选的，所述添加剂的组分组成为：煅后焦30wt％，硼酸40wt％，金属铝粉20wt％，氯化铵10wt％；所述添加剂的量为氧化铝粉质量的1.2wt％。

优选的，所述设定粒级为不大于100μm。

进一步优选的，所述设定粒级为6-20μm。

优选的，所述水洗为用去离子水进行洗涤。

优选的，使用超声波振动筛去除假颗粒。

所述添加剂在高温熔融过程中，起助熔、除杂以及改性的作用，但添加剂剂本身相较于氧化铝来说也是杂质成分的存在，必须反应彻底或除去。

擂碎的原因：在熔融炉中熔融后，冷却过程中，因杂质生成物使偏铝酸钠等熔点较低，随着冷却时温度从四周向内逐渐降低，偏铝酸钠偏析主要集中在降温最慢的炉心区域，在擂碎成小块时，只选结晶好、纯度高的块料生产，剔除结晶不好，含有杂质的块料，保证氧化铝的高纯度。

电工级填料氧化铝，是作为绝缘件浇注的填充料使用的，因此对能导电的铁杂质等杂质的控制就十分重要，在原材料工业氧化铝中及在制备电工级填料氧化铝过程中，不可比避免会有一些含铁杂质，在经高效磁选除铁后，还会有微量的、粒径很小的弱磁性铁金属杂质，对浇注后绝缘件的电气性能的影响十分巨大。经加酸反应，使其溶解，生成盐溶液在排水过程中将其排出除去，并且酸洗时，酸能将晶体颗粒表面及氧化铝晶体孔道中原存的一些杂质溶解，使得孔道得以畅通，增加了氧化铝表面的吸附点，增进了电工氧化铝颗粒与树脂等基本的界面的相容性，进而提高绝缘件的力学性能。

酸洗后进行纯净水洗涤，减少因用生产工业用水而使氧化铝中增加的导电离子。作为高压开关绝缘件填充料，导电率高是致命伤。生产工业用水中含Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺，Cl^-，SO₄ ^2-等多种离子，其导电率一般在900-1100μs/cm，用其洗涤后的氧化铝在除水烘干中，会有一部分不能随蒸汽蒸发，而在干燥过程中形成水垢，存在于氧化铝粉体中，造成填料氧化铝成品的纯度降低，且电导率高，填料氧化铝成品的电导率一般在150-200μs/cm，而用去离子水对氧化铝进行洗涤，去离子水的电导率极低(<5μs/cm)，且去离子水中没有Mg²⁺，Ca²⁺，Na⁺，Cl^-以及SO₄ ^2-，使生产的氧化铝粉成分相对纯度高，电导率低，一般在50μs/cm以下。

经超声波振动筛去除假颗粒，并将不同粒径氧化铝混料，制备出粒度大小及粒度分布均匀的电工填料氧化铝。电工级填料氧化铝作为环氧浇注的填充料，其粒度大小及粒度分布对环氧浇注有着较大的影响，直接影响其环氧浇注件的力学强度。随着氧化铝填料粒径的增大，其浇注件的弯曲强度和冲击强度均增大，当氧化铝填料中直径增大到一定值时，环氧浇注件的弯曲强度和冲击强度达到最大值，再继续增大氧化铝粒径，其浇注件的弯曲强度及冲击强度会下降。若粒径太大，在浇注时，易在凝胶过程中产生沉淀现象，若粒径太小，则可能产生团聚，易悬浮于上部，若粒度分布不均匀，大小粒径太多，则氧化铝在浇注中有可能出现分层，这些都会造成浇注件的内应力不平均，降低浇注件强度。

因此，在电工填料氧化铝生产工艺中，粒径制备和混合物料，调整粒度分布的工艺(因各厂家使用的树脂体系不同，对填料氧化铝的粘度及粒度要求也不相同，所以对填料氧化铝粒度分布，从磨机磨料的出磨粒度到后期成品粒度都要控制。在磨机粉磨阶段，调整进料与出料速度，控制氧化铝在磨机中粉磨时间，粉磨时间的长短，直接影响着氧化铝的粒度组成，随着时间的延长，氧化铝的粒度下降很快，但到一定时间以后，即便继续延长氧化铝的粉磨时间产品的粒度值变化也不大，并且时间越长，造成对氧化铝的污染越严重，影响氧化铝的纯度；调整磨机中研磨介质，使用适当纯度、密度及直径的瓷球，以便使对氧化铝产生足够的冲击及研磨力，改变介质的容积比和介质与氧化铝的比例，因为它决定了单位时间内介质球与氧化铝的有效碰撞次数和碰撞频率，通过这些因素的改变制得所需填料氧化铝的粒度及粒度分布。在混料阶段，对成品粒度分布进一步控制，根据化验室对各厂家环氧树脂体系下对填料氧化铝粒度分布的要求，对粒度分布不同的氧化铝按一定比例在混料机中搅拌混合，并要控制混料机的转速、搅拌速度与混料时间，使氧化铝充分混合均匀，又不出现密度偏析)就十分重要，这也是区别于其他特种氧化铝的重要部分。

本发明的有益技术效果为：

1、本发明制得的电工级填料氧化铝高纯低钠，球形度高并且流动性好，在绝缘浇注中填加量增加，使浇铸件的强度更好，韧性提高。

2、在本申请的熔融温度下，氧化铝粉在近似沸腾状态下完全熔融，流动性、透气性好，为添加剂与氧化铝的充分反应及氧化铝粉中杂质的挥发创造了条件，有利于杂质偏铝酸钠的偏析，提高氧化铝纯度，由此条件下制备的氧化铝，活性小，稳定性高，结晶度高，化学成分分布均匀，组织结构致密的优点。并且由于添加剂的存在，对氧化铝表面及内部结构进行了一定的改性，提高了氧化铝的抗侵蚀性。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为现有技术的填料氧化铝产品SEM像；

图3为本发明的填料氧化铝产品SEM像。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1所示，在氧化铝粉中加入硼酸25％，氧化镁20％，煅后焦50％以及石英砂5％的混合物作为添加剂，在搅拌机中搅拌7分钟，所述添加剂的添加量为1.5wt％，经罗茨风机上料至储料仓，每小时1吨(定时定量)添加至熔融炉中，在2000℃融熔10个小时、精炼30分钟后出炉，熔炼过程中全程用水冷却，出炉后再通过水冷却48小时，擂碎挑拣(因在2000℃熔融炉中熔融后，冷却过程中，因杂质生成物使偏铝酸钠等熔点较低，随着冷却时温度从四周向内逐渐降低，偏铝酸钠偏析主要集中在降温最慢的炉心区域，在擂碎成小块时，只选结晶好、纯度高的块料生产，剔除结晶不好，含有杂质的块料，保证氧化铝的高纯度)、连续球磨磨细(球：料＝7：2)、酸洗、水洗、包装。经检测，因使用熔融工艺及加入新型特殊添加剂，使新型产品晶型六方体含量增加16％，产品的流动性增加，填加量增加至350-400，钠含量降低至0.04％，浇注成的绝缘件的强度大大增加。

实施例二

如图1所示，在氧化铝粉中加入硼酸30wt％，煅后焦20wt％，金属铝粉40wt％，氯化铵10wt％的混合物作为添加剂在搅拌机中搅拌10分钟，所述添加剂的添加量为1wt％，经罗茨风机上料至储料仓，以每小时1吨(定时定量)的速度添加至熔融炉中，在2050℃融化10个小时、精炼30分钟后出炉，熔炼过程中全程用水冷却，出炉后再通过水冷却48小时，擂碎挑拣、连续球磨磨细(球：料＝7：2)、水洗、包装。经检测，因使用熔融工艺及加入新型特殊添加剂，使新型产品晶型六方体含量增加17％、使产品流动性增加，填加量增加至350-380，钠含量低至0.04％，浇注成绝缘件强度增加9％。

实施例三

如图1所示，在氧化铝粉中加入煅后焦30wt％，硼酸40wt％，金属铝粉20wt％，氯化铵10wt％的混合物作为添加剂，在搅拌机中搅拌10分钟，所述添加剂的添加量为1.2wt％，经罗茨风机上料至储料仓，以每小时1-1.3吨(定时定量)的速度添加至熔融炉中，在2000℃融化9个小时、精炼60分钟后出炉，熔炼过程中全程用水冷却，出炉后再通过水冷却48小时，擂碎挑拣、连续球磨磨细(球：料＝7：2)、水洗、包装。经检测，因使用熔融工艺及加入所述添加剂，使新型产品晶型六方体含量增加19％、使产品流动性增加，填加量增加至380-400，钠含量低至0.02％，浇注成绝缘件强度增加11％。

从图2可以看出，现有技术中的填料氧化铝产品多为针状体，尖角较多。从图3可以看出，本发明生产的填料氧化铝产品的晶型化更充分，球形度较好。

本发明所得填料氧化铝产品与现有技术中的填料氧化铝产品的比较如下：

表1 成分比较(％)

从表1可以看出，本发明制得填料氧化铝产品与现有技术的填料氧化铝产品含量相比，Al₂O₃纯度增加0.5％，杂质SiO₂含量降低80％,Fe₂O₃含量降低80％，Na₂O含量降低50％，以上百分含量为质量百分数。

表2 浇注件(盆式绝缘子)性能比较

项目	破坏试验(MPa)	备注
			现有技术	4.45(破裂)	西安开关厂实验数据
本发明	≥5.0	平高东芝评价结果

由表2可知，本发明的填料氧化铝产品的浇注件的抗破坏性能显著优于现有技术中的填料氧化铝产品的浇注件的抗破坏性能。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：氧化铝粉和添加剂混合后，熔融、精炼；将熔融冷却后的混合物擂碎、粉磨成设定粒级，然后经过酸洗、水洗以及沉淀除杂后，静止烘干；去除烘干过程中因团聚而形成的假颗粒后，再按照粒度分布标准，将不同粒度段的氧化铝按检验比例，均匀混料，即得到绝缘用高纯填料氧化铝；

所述添加剂为煅后焦、氧化镁、金属铝粉、石英砂、硼酸和氯化铵中的若干种的混合物；

所述添加剂的组成为：硼酸25wt％，氧化镁20wt％，煅后焦50wt％，石英砂5wt％；所述添加剂的量为氧化铝粉的1.5wt％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述熔融的温度为1900-2050℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述精炼的温度为2000-2050℃；所述精炼的时间为30-60min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述设定粒级不大于100μm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水洗为用去离子水进行洗涤。

6.一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：氧化铝粉和添加剂混合后，熔融、精炼；将熔融冷却后的混合物擂碎、粉磨成设定粒级，然后经过酸洗、水洗以及沉淀除杂后，静止烘干；去除烘干过程中因团聚而形成的假颗粒后，再按照粒度分布标准，将不同粒度段的氧化铝按检验比例，均匀混料，即得到绝缘用高纯填料氧化铝；

所述添加剂为煅后焦、氧化镁、金属铝粉、石英砂、硼酸和氯化铵中的若干种的混合物；所述添加剂的组成为：硼酸30wt％，煅后焦20wt％，金属铝粉40wt％，氯化铵10wt％；所述添加剂的量为氧化铝粉的1wt％。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述熔融的温度为1900-2050℃。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述精炼的温度为2000-2050℃；所述精炼的时间为30-60min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述设定粒级不大于100μm。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述水洗为用去离子水进行洗涤。

11.一种绝缘用高纯电工填料氧化铝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：氧化铝粉和添加剂混合后，熔融、精炼；将熔融冷却后的混合物擂碎、粉磨成设定粒级，然后经过酸洗、水洗以及沉淀除杂后，静止烘干；去除烘干过程中因团聚而形成的假颗粒后，再按照粒度分布标准，将不同粒度段的氧化铝按检验比例，均匀混料，即得到绝缘用高纯填料氧化铝；

所述添加剂为煅后焦、氧化镁、金属铝粉、石英砂、硼酸和氯化铵中的若干种的混合物；所述添加剂的组成为：煅后焦30wt％，硼酸40wt％，金属铝粉20wt％，氯化铵10wt％；所述添加剂的量为氧化铝粉质量的1.2wt％。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述熔融的温度为1900-2050℃。

13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述精炼的温度为2000-2050℃；所述精炼的时间为30-60min。

14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述设定粒级不大于100μm。

15.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述水洗为用去离子水进行洗涤。