NO152116B - Fremgangsmaate og apparat for fremstilling av aluminiumflak fra aluminiumpartikler - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og et apparat for fremstilling av aluminiumflak fra aluminiumpartikler.

Ifølge den k<*>jente teknikk fremstilles metallflak, såsom aluminiumflak i en kulemølle eller lignende, hvor kulene eller malemediene holdes i møllen og råmaterialene tilsettes og det ferdige produkt fjernes. Råmaterialene kan tilsettes periodisk eller kan tilsettes i det vesentlige kontinuerlig. I førstnevn-te tilfelle blir det ferdige produkt, dvs. det utmålte materiale, vanligvis fjernet i porsjoner. I det tilfelle hvor råmaterialene tilsettes kontinuerlig kan det ferdige produkt fjernes kontinuerlig ved operasjoner som innbefatter ristutløp, tapp-overstrømning og luftblåsing eller lignende som vist i Ball tube and Rod Mills, H.E. Rose and R.M.E. Sullivan, 1958, pp. 22 - 23. Disse kontinuerlige målesystemer har imidlertid alvorlige mang-ler. F.eks. har en gjennom årene funnet at den mest effektive målemetode for fremstilling av metallflak, særlig ved våtmaling, krever at metallpartiklene eller pulveret skal omfatte 45 til 55 vektprosent av råmaterialene som tilsettes møllen. Tilsetting av en slik mengde metall medfører imidlertid som regel store problemer ved utpumping eller annen form for fjerning av det utmålte materiale fra møllen. Med henblikk på utpumping eller fall-strømning, blir derfor tilsatsen fortynnet til bare å inneholde ca. 25 til 35 vektprosent av metallpartikler. Denne fortynnings-effekt reduserer imidlertid maleoperasjonen eller den metallflak-produserende operasjon. Det vil således være klart at ved anvendelse av metoder basert på ristutløp eller tapp-overstrømning oppnår man et kompromiss mellom effektiv maling og transport av materialer gjennom møllen. Som annet eksempel på teknikkens stilling vises til tysk utlegningsskrift nr. 23 14 874 hvorfra det er kjent en fremgangsmåte til fremstilling av aluminiumflak fra aluminiumpulver. I et væskeformig miljø bestående av et løs-ningsmiddel og et smøremiddel i form av en fettsyre males aluminiumpulveret til flak ved hjelp av malekuler i en roterende trommel.

Foreliggende oppfinnelse løser problemet forbundet med anvendelse av møller av kjent type, ved å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat som nærmere angitt i de etterfølgende krav. Oppfinnelsen muliggjør m.a.o. flakfremstilling ved opti-male aluminiumkonsentrasjoner.

I en foretrukket utføringsform blir malematerialet, f.eks. metallkuler, resirkulert og innført i møllen i regulert mengde pr. tidsenhet. Apparatet kan dessuten innbefatte organer for å skille aluminiumflakene fra malematerialet, samt organer for resirkulering av malematerialet til møllen.

Smøremiddel som er egnet i foreliggende oppfinnelse innbefatter langkjedede fettsyrer såsom stearinsyre, laurinsyre, oleinsyre, behensyre, med stearinsyre som foretrukket middel av hensyn til økonomi og effektivitet under malingen. Andre smøre-midlef, innbefattende talkum, kan anvendes stort sett avhengig av hvilken type flak som ønskes. Smøremidlets hovedoppgave er å danne et belegg på partiklene som males for å skille partiklene fra hverandre og hindre at de kleber til hverandre.

Når aluminiumflak fremstilles av aluminiumpulver kan en oksygenkilde såsom luft tilføres møllen for regulering av alu-miniumf lakoverf latens reaksjonsevne. Dvs. at luft tilført møl-len reagerer med aluminiumflakoverflaten for å danne aluminium-oksyd, hvorved flakenes reaksjonsevne senkes. Hvis det derimot er ønskelig å danne en aluminiumflakoverflate med høy reaksjonsevne, kan oksygen eller luft utelukkes fra møllen ved anvendelse av en inert gass såsom nitrogen, argon, helium og lignende.

Ved foreliggende oppfinnelse foretrekkes tilsetning av et løsningsmiddel såsom mineralterpentin. Mineralterpentinløsnin-gen bidrar til å regulere støvdannelsen og eliminerer vesentlig de problemer som skyldes støv. Løsningsmidlet bidrar også til å utjevne temperaturen over møllen ved forbedret varmeoverføring. Ved fremstilling av aluminiumflak for bruk i fargemalinger, frembringer bruken av løsningsmidler dessuten prefuktede flak som lettere dispergeres i fargemalingen.

Når det gjelder malematerialet foretrekkes bruk av stort sett sfæriske metallkuler da slike virker til å frembringe en meget effektiv utmåling. Videre foretrekkes at metallet i slike kuler er stål. Kuler som er anvendbare i foreliggende oppfinnelse har fortrinnsvis en diameter mellom 5 og 10 mm, selv om mindre eller større kuler i visse tilfeller kan benyt-tes, i en viss grad avhengig av startmaterialet.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan aluminiumpartiklene, smøremidlet og løsningsmidlet innføres separat i møllen. Det foretrekkes imidlertid at aluminiumpartiklene og smøremidlet blandes før de innføres i møllen. Disse materialer innføres for å danne en blanding i møllen omfattende 3 5 til 6 5 vektprosent aluminiumpartikler, 0,4 til 7 vektprosent smøremiddel, og resten løsningsmiddel. Blandingen omfatter fortrinnsvis 45 til 55 vektprosent metall, 1,0 til 4,5 vektprosent smøremiddel, resten løsningsmiddel. Denne konsistens er viktig for at blandingen skal få den ønskede viskositet når den strømmer gjennom møllen for å oppta maksimal effektivitet ved utmålingen som ovenfor nevnt. Det skal således bemerkes at selv om det ved den fore-trukne utføringsform ifølge oppfinnelsen arbeides med en blanding på 4 5 til 55 vektprosent aluminium, for den mest effektive flakproduksjon, ligger det også innenfor foreliggende oppfinnelse å arbeide ved lavere eller høyere metallkonsentrasjoner.

Et annet viktig aspekt ved foreliggende oppfinnelse er vektforholdet mellom malematerialet, dvs. metallkulene, og aluminiumpartiklene i kulemøllen. Ifølge foreliggende oppfinnelse kan dette vektforhold varieres mellom 18:1 og 60:1 med et foretrukket område på 20:1 til 40:1. Selv om det således, som tidligere nevnt, er viktig å kontrollere aluminiumpartikkelinnholdet i møllen, er det også viktig å tilsette en kontrollert mengde malemateriale til den kontrollerte partikkelkonsentra-sjon, for å oppnå de maksimale fordeler ved oppfinnelsen.

Med råmaterialer såsom aluminiumpulver, smøremiddel, løs-ningsmidler og malemateriale kontrollert i det vesentlige som ovenfor nevnt, muliggjør fremstilling av fin-, medium- eller grovkornede flak ved å variere oppholdstiden i kulemøllen. I

en kontinuerlig kulemølle bestemmes oppholdstiden av den tid som materialene trenger for å beveges fra mølleinnløpet til mølleutløpet. Fordi blandingen i foreliggende kulemølle er temmelig viskøs sammenlignet med konvensjonelle kontinuerlige maleoperasjoner, vil materialenes bevegelse gjennom møllen nær-me seg pluggstrømning. Dvs. at en gitt masse av de bestanddeler som trengs for å produsere flak beveges fra møllens innløp til dens utløp uten vesentlig tilbakeblanding eller kortslutning med tilhørende problem på grunn av for stor eller for liten ned-malihgsgrad, dvs. fremstilling av altfor finkornede partikler eller for store mengder grove partikler. Med andre ord oppnås at partiklene beveger seg jevnt og ensartet fra møllens inn-gangsende til dens utgangsende. Ved foreliggende mølle er det

således vesentlig kontrollert bevegelse fra møllens innløp til dens utløp. Det skal forståes at den tid som medgår for å be-vege materialene fra innløpet til utløpet, dvs. oppholdstiden, kan varieres fra noen få timer til noen få dager, til en viss grad avhengig av aluminiumpartikkelstørrelsen og utmalingsgra-den som ønskes.

Materialenes bevegelse gjennom møllen kontrolleres av mate-rialstrømmen til eller fra møllen. Dvs. materialenes oppholdstid i møllen kan økes ved å minske tilstrømnings- eller mate-hastigheten til møllen og minske hastigheten hvormed materialer fjernes fra møllen. Det vil således forståes at flakenes par-tikkelstørrelse lett kan kontrolleres ved å regulere disse strømningshastigheter. Dvs. flakstørrelsen kan minskes ved å øke oppholdstiden.

Ved møllens utløp fjernes aluminiumflak, smøremiddel, løs-ningsmiddel og malemateriale med kontrollert hastighet (mengde pr. tidsenhet). Idet materialene fjernes fra møllen skilles malematerialet fra de andre materialer. Dette kan utføres ved å fortynne blandingen til ca. 5 til 20 vektprosent aluminium, og la flakene, smøremidlet og løsningsmidlet strømme gjennom en sikt som tilbakeholder malematerialet. Etter fraskilling kan malematerialet tilbakeføres eller resirkuleres til mølleinnløpet for videre bruk. Aluminiumflakene kan føres til en holdetank for videre sikting og filtrering.

På tegningen viser figur 1 skjematisk et møllesystem ifølge oppfinnelsen, og figur 2 viser et lengdesnitt gjennom møllens utløpsrenne.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse illustreres av figur 1 som skjematisk viser en anordning omfattende en kule-mølle 10 med stort sett sylinder- eller rørform, en matetrakt 20, og en utløpsrenne 30. En separator 40 er anordnet for å skille aluminiumflak fra kulene slik det best fremgår av figur 2. En rørledning 50 virker til å føre kulene tilbake til trak-ten 20 for resirkulering gjennom møllen 10. Rørledningen 42 fører aluminiumflak og løsningsmiddel til en holdetank 60 fra hvilken flakene kan dispergeres for sikting og filtrering. Det fremgår således at etter oppstarting av møllen 10 kan råmateri-ale, f.eks. aluminiumpulver, smøre- og løsningsmiddel sammen med stålkuler innføres ved møllens innløpsende 12 og aluminiumflak og stålkuler fjernes ved utløpsenden 14 til møllen 10 mer eller mindre kontinuerlig. Dvs. aluminiumflak og malemateriale kan fjernes i mengder pr. tidsenhet som svarer til de materialmeng-der som innføres pr. tidsenhet.

Utløpsrennen 30 er et vesentlig trekk ved systemet ettersom den muliggjør kontrollert fjerning av aluminiumflak, smøre- og løsningsmiddel samt malekuler. Utløpsrennen 30 kan utgjøres av et sirkulært rør eller lignende utformet med en langsgående sliss 31. Det slissede rør som fortrinnsvis skråner nedover fra horisontalplanet i en vinkel på mellom 15 og 35°, bør være slik opplagret at det kan dreie om sin lengdeakse, slik at slissåpningen, slik den møter de fallende flak og kuler under mølleomdreiningen, kan reguleres. Dvs. at slissåpningen kan reguleres ved å dreie rennen 30 om dens lengdeakse for å øke eller minske mengden av flak og kuler som innfanges eller fal-ler ned i møllen, hvorved materialstrømmen fra møllen reguleres. Det skal bemerkes at når møllen ifølge foreliggende oppfinnelse arbeider ved en bestemt omdreiningshastighet vil materialene løftes av mølleveggen. Ved denne bestemte hastighet vil kulene og aluminiumpartiklene eller aluminiumflakene omveltes og styrte ned på kuler og flak på motsatt side av møllen, hvorved aluminiumflak tildannes på kjent måte. Det er under denne omveltings-og styrtningsprosess at kulene, flak og væske fortrinnsvis innfanges i rennen 30 og fjernes med kontrollert hastighet.

Som det fremgår av figur 2 er en overrislingsinnretning 32 anordnet i utløpsrennen 30 for å vaske bort aluminiumflak fra stålkulene. Under denne vaskeoperasjonen tilsettes løsnings-middel i tilstrekkelig mengde til at flakene lett kan pumpes eller bringes til å strømme. Fortrinnsvis tilsettes tilstrekkelig løsningsmiddel under overrislingsoperasjonen til at alumi-niuminnholdet senkes til mellom 5 og 25 vektprosent. Det skal bemerkes at overrislingen letter flakenes og metallkulenes strømning nedover den skråstilte utløpsrenne 30 til sikten 40 hvor flakene skilles fra kulene. Flakene og løsningsmidlet strømmer gjennom rørledningen 42 til holdetanken 60. Etter fraskilling kan stålkulene kontinuerlig tilbakeføres ved hjelp av hensiktsmessige organer, såsom en elevator av skruetypen.

Drift av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse kan baseres på en åpen krets, i hvilket tilfelle store partikler som fjernes fra møllen sammen med aluminiumflakene siktes ut fra systemet. Dessuten kan drift av apparatet baseres på en lukket krets, i hvilket tilfelle de store partikler som fjernes fra møllen siktes ut og kontinuerlig tilbakeføres til møllen ved dens utløpsende. De store partikler kan mates til møllen ved hjelp av organer såsom en skruemater.

Den tidligere nevnte gass tilføres fortrinnsvis parallelt med materialstrømmen gjennom møllen. Dvs. at gassen fortrinnsvis tilsettes ved møllens innløpsende og fjernes ved utløpsen-den. Gassen kan tilsettes og fjernes på hvilken som helst kjent måte.

Aluminiumflak fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes i et stort antall maling-, belegg- og blekkformu-leringer, hvor deres verdi som et pigment lenge har vært aner-kjent. Som også kjent har slike produkter i den senere tid i stor utstrekning vært brukt i forskjellige eksplosiv- og spreng-stoff -formuleringer , hvor de har stor verdi som et overdrager-brennstoff og virker til å frembringe den nødvendige følsomhet for antenning.

Foreliggende oppfinnelse er fordelaktig ved at den vesentlig øker både maleeffektiviteten og den totale produktivitet.

En annen fordel ligger i den omstendighet at flakstørrelsen kan reguleres ved å endre innførings- og utføringshastighetene. Videre kan flakstørrelsen kontrolleres på grunn av den kontrollerte strømning gjennom møllen, slik at man unngår at flakene på et for tidlig stadium når en grensestørrelse. Den kontrollerte strømning gjennom møllen bidrar dessuten til at tilbakeblanding, som er uønsket da den fører til for finkornede flak, holdes på et minimum. Foreliggende system er også fordelaktig ved at det ikke krever stort innhold av løsningsmiddel for å kunne pumpes. Det vil si at aluminiumpartikkelinnholdet, som tidligere nevnt, kan ha en maksimal verdi for oppnåelse av optimal utmåling.

Følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen ytterligere: Eksempel 1

Aluminiumflak ble produsert i henhold til oppfinnelsen i en kulemølle med diameter ca. 0,9 m og lengde 2,6 m. I oppstar-tingsøyemed ble møllen innledningsvis tilført 2,46 kg stålkuler med ca. 8 mm diameter. Driften av møllen ble innstilt slik at stålkulene ble fjernet og resirkulert ved ca. 5,13 kg/min. Atomisert aluminiumpulver av type "Alcoa grade 120" inneholdende 5 vektprosent stearinsyre ble tilsatt med en matehastig-het på 13 kg/h. Mineralterpentin ble tilsatt møllen i en mengde på 17 l/h og luft ble ført gjennom møllen med en hastighet av 0,14 standard m^/min. Møllen arbeidet med en omdreiningshastighet på 44 r/min. Etter at stabile tilstander var oppnådd ble en oppholdstid på 8 timer benyttet for utmåling, idet stabil tilstand ble oppnådd etter 3 oppholdsperioder. Matehastighétene etablerte en aluminiumpartikkelkonsentrasjon på ca. 50 vektprosent og et vektforhold mellom kuler og aluminiumpartikler på 23,4 til 1. Ferdig fremstilte aluminiumflak, kuler og løsningsmiddel ble fjernet fra malevirkningen og over-sprøytet med mineralterpentin i det vesentlige som vist i figur 2 for å vaske aluminiumflakene av kulene og for å bidra til å skille kulene fra flakene. Dvs. at overrislingen vasket flakene fra kulene og gjennom en 10 mesh sikt (2 mm åpninger) hvilken sikt hindret kulene fra å passere. Etter fraskilling ble kulene resirkulert til innløpsenden og innført i møllen. Etter at de frembragte aluminiumflak hadde passert gjennom en 60 mesh sikt (0,25 mm åpninger) for å sikre fravær av store partikler, hadde de en gjennomsnitlig partikkelstørrelse på 13,6 ym, som målt ved hjelp av en Coulter-teller.

Eksempel 2

Driftsbetingelsene var som i eksempel 1 bortsett fra inn-matningshastigheten for aluminiumpulveret som var 8,2 kg/h og vektforholdet mellom kuler og aluminiumpartikler var 27,4 til 1. De frembragte aluminiumflak hadde en gjennomsnitlig partikkel-størrelse på 11,3 ym.

Eksempel 3

Driftsbetingelsene var som i eksempel 2 bortsett fra at aluminiumpulverets innmatingshastighet var 15,3 kg/h og vektforholdet mellom kuler og aluminiumpartikler var 20:1. De frembragte aluminiumflak hadde en gjennomsnitlig partikkelstør-relse på 16,3 ym.

Eksempel 4

Aluminiumflak ble fremstilt i kulemøllen ifølge eksenpel 1. I dette tilfelle ble møllen tilført 3,29 kg stålkuler med ca. 8 mm diameter. Stålkulenes resirkulasjonshastighet var 11,0 kg/min. og "Alcoa grade 108" atomisert pulver inneholdende 3 vektprosent stearinsyre ble tilført med en hastighet på 25,7 kg/h. Mineralterpentin ble tilført med en hastighet på 26,8 l/h og lufthastigheten var 0,14 standard m 3/min. ved et trykk på 0,35 kg/cm 2. Den gjennomsnitlige oppholdstiden var 5,0 h.

I dette eksempel ble store partikler kontinuerlig fjernet og tilbakeført til møllen for videre utmåling. Aluminiumflak frembragt ved denne prosess hadde en gjennomsnitlig partikkel-størrelse på 15,6 pm.

Av ovennevnte eksempler fremgår at aluminiumflak kan fremstilles på kontinuerlig basis, under anvendelse av en aluminiumpartikkelkonsentrasjon på ca. 50 vektprosent. Konsentrasjonen kan imidlertid endres etter behov. Ovennevnte eksempler viser også at partikkelstørrelsen kan reguleres til ønsket størrelse ved å modifisere innmatingshastighetene.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av aluminiumflak fra aluminiumpartikler, hvor partikler, væske, innbefattende et smøre-middel og et løsningsmiddel, samt malelegemer kontinuerlig til-føres en kulemølle som er innrettet til å dreie om sin lengdeakse, hvilken mølle er i det vesentlige rørformet og innbefatter en innløps- og en utløpsende, hvor aluminiumflak tildannes og malemediet separeres fra væsken og metallflakene, karakterisert ved at aluminiumpartikler, smøre-middel og løsningsmiddel, i en blanding i møllen omfattende 35-65 vektprosent aluminiumpartikler, 0,4-7 vektprosent smøremiddel og resten løsningsmiddel/kontinuerlig tilføres kulemøllen, og at en del av aluminiumflakene, væske og malelegemer fjernes fra møllen gjennom en mottaker som rager inn i møllen fra dens utløpsende,i en mengde pr. tidsenhet som svarer til den tilførte mengde.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at løsningsmidlet tilsettes det fjernede materiale for å gi en separerbar blanding med et aluminiumflakinnhold i området 5-20 vektprosent.

3. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at vektforholdet mellom malelegemer og metallpartikler er i området 18:1 til 60:1.

4. Apparat for kontinuerlig fremstilling av aluminiumflak fra aluminiumpartikler ved fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende: (a) en kulemølle innrettet til å dreie om sin lengdeakse, hvilken mølle har vesentlig rørform og en innløpsende og en utløpsende, (b) organer for kontinuerlig tilføring av aluminiumpartikler, væske og malelegemer til møllen ved dens innløps-ende , karakterisert ved(c) en utløpsrenne (30) egnet for fjerning av aluminiumflak, væske og malelegemer fra møllen (10) i en kontrollert hastighet, hvilken utløpsrenne (30) rager inn i møllen (10) ved dens utløpsende (14) slik at ved omdreining av møllen (10) kan en del av aluminiumflakene, væsken og malelegemer fjernes ved å ledes inn i rennen (30).

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at utløpsrennen (30) har en overrislingsinnretning (32) hvorved malelegemer vaskes vesentlig fritt for aluminiumflak.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at utløpsrennen (30) har en sikt (40) for å skille aluminiumflak fra de vaskede malelegemer.