硬脂酸包覆铝粉的生产装置及生产方法与流程

本发明涉及铝粉表面处理技术领域，特别地，涉及一种硬脂酸包覆铝粉的生产装置，还涉及一种硬脂酸包覆铝粉的生产方法。

背景技术：

铝粉是常见的金属颜料之一，其具有表面活性高的性质，无包覆的铝粉在贮存和使用过程中粉体表面容易被氧化而失活，在表层形成一层氧化物，导致活度下降，影响其使用性能。另外，铝粉由于其质量轻，在调配、处理、包装、保管、运输和使用过程中都有可能产生扬尘，且铝粉遇水会发生反应，铝粉自身及反应所产生的氢气都有爆炸的可能性，存在重大的安全隐患。因此，对铝粉表面进行安全化处理非常重要。

目前，国内外对铝粉表面的安全化处理，主要是采用包覆法，包覆法是在铝粉表面包覆一层或多层有机/无机纳米粒子，隔绝铝粉与空气、水的接触，减少氧化层的形成，以此满足常温下的安全性、稳定性以及不扬尘等等。当前在烟花爆竹行业，对铝粉的安全化处理有使用硬脂酸包覆，但由于其采用的是在铝粉的干法球磨过程中添加硬脂酸，边磨边包覆，受硬脂酸用量、球磨钢球数量、旋转方式及传输方式的影响，不可避免地会存在一些包覆不到位甚至是根本没有被包覆的铝粉，这在之后的应用中，仍然存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

针对以上缺陷，本发明提供了一种硬脂酸包覆铝粉的生产装置及生产方法，以解决硬脂酸包覆铝粉的表面包覆不完全、运输和使用时容易产生扬尘、存在爆炸安全隐患的技术问题。

根据本发明的一方面，提供一种硬脂酸包覆铝粉的生产装置，包括带搅拌装置的混合罐、冷凝器、溶剂储存罐、抽负压装置、尾气排放管和供氮装置，所述混合罐、冷凝器、溶剂储存罐以及抽负压装置依次连接，所述混合罐设有夹套，所述夹套内通导热油用于加热或冷却混合罐，所述尾气排放管连接所述抽负压装置，所述供氮装置连接所述混合罐的氮气进口。

本发明的混合罐设有夹套，采用夹套内通加热油的加热蒸发方式，有利于保证混合溶液的各部位受热均匀，平衡蒸发，同时干燥，保证产品的包覆层相对均匀。同时，在溶剂蒸发即将干燥的瞬间，尚为液态的硬脂酸可以从铝粉的表面流失，导致包覆不完整，而此时在夹套内引入冷油进行急冷，可保证硬脂酸完全地固化在铝粉表面。

在铝粉倾倒入硬脂酸-溶剂混合溶液时，极易产生化学反应，产生具有爆炸危险的氢气，构成生产安全隐患，本发明设置有供氮装置，在反应开始前，先对生产装置进行空气与氮气强制交换，待尾气排放口的氮气检测含量符合要求后再进料，能够避免铝粉与空气的接触，消除爆炸安全隐患，且能避免铝粉表面被空气中的氧气氧化。

本发明设置抽负压装置，蒸发时为负压蒸发，可以保证溶剂在较低的温度下蒸发，防止硬脂酸结构受到破坏，且对溶剂进行回收，可大幅降低生产成本。

本发明设置尾气排放管，反应开始前对整个生产装置构成的生产系统进行氮气与空气的强制交换，将反应体系的空气排出，隔绝铝粉与氧气的接触，并且蒸发冷凝时，那些未冷凝的杂质气体也能通过尾气排放管被排出系统外。

进一步地，所述夹套内的混合罐壳体层设置有导热层涂层。所述导热层涂层用于均匀导热，以使得罐体内的物料受热更均匀。优选地，所述导热层涂层为陶瓷涂层。

进一步地，所述硬脂酸包覆铝粉的生产装置，还包括导热介质循环装置，所述导热介质循环装置包括储油箱和输油泵，所述储油箱分别与所述夹套的进口和出口相连形成循环回路，所述输油泵设置在导热油输油管道上。

进一步地，所述储油箱包括热油储油箱和冷油储油箱，所述输油泵包括热油输油泵和冷油输油泵。热油用于反应时对混合罐进行加热，冷油用于在溶剂蒸发即将干燥的瞬间，在夹套内引入冷油进行急冷，以保证硬脂酸完全地固化在铝粉表面。

进一步地，所述溶剂储存罐通过管道与所述混合罐的溶剂进口相连。

进一步地，所述溶剂储存罐与所述混合罐的溶剂输送管上还设置有溶剂输送泵。

进一步地，所述混合罐的投料口、出料口、氮气进气口均设有阀门，尾气排放管设有尾气排放阀，排气口设有气体检测装置，所述混合罐设有测温热电偶和液位计。

进一步地，所述混合罐的搅拌装置为螺旋搅拌器。

进一步地，所述混合罐设有观察窗。

进一步地，所述所述硬脂酸包覆铝粉的生产装置还包括铝粉下料斗和硬脂酸投料斗，所述铝粉下料斗和硬脂酸投料斗分别连接于所述混合罐的铝粉进料口和硬脂酸进料口。

进一步地，所述硬脂酸包覆铝粉的生产装置还包括氮气回收装置，用于将生产系统内的氮气进行回收循环利用。

进一步地，还包括plc控制器，所述混合罐、冷凝器、抽负压装置、尾气排放管和供氮装置、导热介质循环装置均与所述plc控制单元电连接，用于实现生产过程的自动控制。整个生产系统的所有阀门全部为电磁气动蝶阀，所有泵及电机也是通过程序控制进行启动和关停。除原料铝粉和硬脂酸转运、及产品包装、运送需要人工操作外，其余过程全部通过在中控室内的plc控制器的显示屏输入命令进行操控，并可通过电脑实现远程操作。凡需要监控的参数如温度、液位高度等，均通过程序设定范围上下限值，一旦达到限定值，系统程序会自动控制开启和关停，有需要的如生产系统内氮气浓度等，一旦超出限定值，还会进行自动报警。

根据本发明的另一方面，还提供了一种采用上述硬脂酸包覆铝粉生产装置生产硬脂酸包覆铝粉的生产方法，包括如下步骤：

1)向混合罐内输入氮气，使混合罐内空气与氮气强制交换，待尾气排放口氮气检测含量符合要求后，停止气体交换；

2)将溶剂、铝粉和硬脂酸加入到带夹套的混合罐内，搅拌混合；

3)保持搅拌，加热混合罐内的物料，使硬脂酸全部溶剂，打开抽负压装置，保持混合罐内为负压，促使溶剂蒸发，蒸发的溶剂经冷凝后进入溶剂储存罐内储存；

4)当混合罐内溶剂即将蒸发完全时，停止加热，通冷介质到夹套内，并不断循环冷介质，使混合罐内的物料降至常温，卸料，包装，即得硬脂酸包覆铝粉产品。

随着溶剂的不断蒸发、排走，罐体内最终余下的就是干燥后的硬脂酸包覆铝粉。因一直保持搅拌装置搅动状态，所得产品呈全分散状，而硬脂酸对铝粉的包覆相当全面、均匀，无游离硬脂酸，也无包覆不到位铝粉。

进一步地，所述步骤1)中尾气排放口氮气检测含量要求为：氮气含量大于92％。

进一步地，所述步骤2)中，所述将溶剂、铝粉和硬脂酸加入到带夹套的混合罐内具体操作为：先加入部分溶剂，然后加入铝粉和硬脂酸，然后加入剩余的溶剂。

进一步地，所述步骤2)中，所述将溶剂、铝粉和硬脂酸加入到带夹套的混合罐内具体操作为：先将部分溶剂和铝粉混合在球磨机中将铝粉磨成片状，然后将铝粉连同溶剂一起加入到带夹套的混合罐，然后加入硬脂酸和剩余的溶剂。先将铝粉在球磨机中磨成片状，再对片状铝粉进行表面硬脂酸包覆，即制得片状硬脂酸包覆铝粉产品。

进一步地，所述硬脂酸的加入量是铝粉加入量的0.2％-2％。

进一步地，所述溶剂的加入量为使铝粉能够形成混悬浆料即可，具体加入量可根据混合罐的容量进行调整。

进一步地，所述溶剂为无水乙醇。

进一步地，所述步骤3)中的加热方式为将预先加热的导热油输入所述混合罐的夹套内，并不断循环，使所述混合罐内的混合物升温至70～85℃，保持温度5-20min，待所述混合罐内的硬脂酸全部溶解后，提高导热油的温度，继续加热。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的硬脂酸包覆铝粉的生产装置，设置有供氮装置，进料前先通入氮气置换掉整个生产装置构成的生产系统内的空气，能够避免铝粉与空气的接触，消除爆炸安全隐患，且能避免铝粉表面被空气中的氧气氧化；混合罐设有夹套，采用夹套内通加热油的加热蒸发方式，有利于保证混合溶液的各部位受热均匀，平衡蒸发，同时干燥，保证产品的包覆层相对均匀；同时，在加热蒸发即将完成时，在夹套内引入冷油进行急冷，可保证硬脂酸完全地固化在铝粉表面；溶剂回收单元包括抽负压装置，蒸发时为负压蒸发，可以保证溶剂在较低的温度下蒸发，防止硬脂酸结构受到破坏，且对溶剂进行回收循环使用，可大幅降低生产成本，易于实现工业化大规模生产。

本发明提供的硬脂酸包覆铝粉的生产方法，投入反应物料之前，先对生产系统进行空气与氮气的强制气体交换，将混合罐内的空气完全排出系统后再加入溶剂、铝粉和硬脂酸，进料结束后，采用夹套内通热油加热反应罐，使混合罐内的物料在负压状态下加热蒸发，蒸发的溶剂进入溶剂回收单元冷凝回收，蒸发即将结束的瞬间在夹套内通入冷油进行急冷，直至混合罐内的产品降至常温，卸料即得硬脂酸包覆铝粉产品。采用本发明的生产方法得到的铝粉产品硬脂酸对铝粉的包覆相当全面、均匀，无游离硬脂酸，也无包覆不到位铝粉。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的硬脂酸包覆铝粉的生产装置的结构示意图；

图例说明：

1、混合罐；2、夹套；3、铝粉下料斗；4、硬脂酸投料斗；5、搅拌装置；6、冷凝器；7、溶剂储存罐；8、抽负压装置；9、储油箱；10、输油泵；11、卸料闸阀；12、溶剂输送泵；13、尾气排放管；14、供氮装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的硬脂酸包覆铝粉的生产装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例的硬脂酸包覆铝粉的生产装置，包括带搅拌装置的混合罐1、冷凝器6、溶剂储存罐7、抽负压装置8、尾气排放管13和供氮装置14，混合罐1、冷凝器6、溶剂储存罐7以及抽负压装置8用管道依次连接，混合罐1设有夹套2，夹套2内通导热介质用于加热或冷却混合罐1，尾气排放管13连接抽负压装置8，供氮装置14连接混合罐1的氮气进口。

本实施例的硬脂酸包覆铝粉的生产装置，还包括导热介质循环装置，导热介质循环装置包括储油箱9和输油泵10，储油箱9通过管道分别与夹套2的进口和出口相连形成循环回路，输油泵10设置在导热油输油管道上。储油箱9包括热油储油箱和冷油储油箱，输油泵10包括热油输油泵和冷油输油泵。

本实施例的硬脂酸包覆铝粉的生产装置，包括铝粉下料斗3和硬脂酸投料斗4，所述铝粉下料斗3和硬脂酸投料斗4分别连接于所述混合罐的铝粉进料口和硬脂酸进料口。

本实施例中，在混合罐的投料口、出料口、氮气进气口均设有阀门，溶剂输送管路上设有溶剂输送泵12，尾气排放管设有尾气排放阀，排气口设有气体检测装置，混合罐内设有测温热电偶，混合罐罐体上设有观察窗(图中未示出)。

本实施例中，还包括plc控制器(图中未示出)，所述混合罐1、冷凝器6、抽负压装置8、尾气排放管13和供氮装置14、导热介质循环装置均与所述plc控制单元电连接，用于实现生产过程的自动控制。所有阀门全部为电磁气动蝶阀，所有泵及电机也是通过程序控制进行启动和关停。凡需要监控的参数如温度、液位高度等，均通过程序设定范围上下限值，一旦达到限定值，系统程序会自动控制开启和关停，有需要的如生产系统内氮气浓度等，一旦超出限定值，还会进行自动报警。

实施例1

采用上述的硬脂酸包覆铝粉的生产装置生产硬脂酸包覆铝粉的生产方法，包括如下步骤：

1)关闭生产装置各级与外界连通阀门，仅留尾气排放口打开，打开氮气供气阀，向混合罐内输入氮气，使生产装置内空气与氮气强制交换，待尾气排放口氮气检测含量符合要求(氮气含量大于92％)后，关闭氮气进口阀，停止气体交换；

2)打开无水乙醇输送泵，通过无水乙醇输送管道，向混合罐1内输送无水乙醇至罐体1/3高度，混合罐1设有玻璃液位计，可直接观察到罐体内液位情况，关闭乙醇输送泵，通过液压提升机将原料铝粉送至混合罐旁，打开混合罐搅拌装置5，使混合叶轮低速转动(每分钟30转至60转)，打开混合罐1顶部的铝粉加料口，边搅拌边向罐内加入铝粉40kg(注：混合罐设计为100l，约为100kg铝粉容量，为防止混合时，混合液溅上混合罐盖体，混合液总量不超过罐体的2/3，混合叶轮转速不超过180转/min)，按0.2％的比例从硬脂酸加料孔，加入硬脂酸0.08kg，通过液位计观察，打开乙醇输送泵，缓慢加入无水乙醇，控制罐内混合物至罐体高度的2/3。

3)关闭乙醇输送泵，打开尾气排放阀，打开热油输送泵，将预先加热至100℃的导热油输入混合罐体1的夹套2内，并不断循环，使罐体内的混合物升温至70℃，停止油循环，保持温度在70℃20min，确保罐内硬脂酸全部溶解后，继续油循环，并通过电加热提高导热油的温度至120℃，同时，打开生产装置的抽负压装置8，保持整个生产装置构成的反应系统内为负压，促使乙醇蒸发。全过程搅拌装置全开，并使转速保持在150-180转/min，保证溶解后的硬脂酸在罐内每个点的浓度保持一致并与铝粉充分混合均匀。

4)持续导热油对罐体加热，持续抽负压装置抽吸使生产系统内保持负压，蒸发的乙醇蒸汽在通过冷凝器6时，因受冷凝液的冷却而液化成液体滴落、回流至溶剂储存罐7中。其余气体在抽负压装置8作用下经尾气排放口，排放至空气中。当混合罐内溶剂即将蒸发完全时，关闭热油输送泵，停止热油循环，打开夹套下方排油管阀门，使夹套内的热油自动回流至热油储油箱。打开冷油输送泵，使保持环境温度的导热油进入夹套，并不断循环，加速罐内硬脂酸包覆好的产品降温至常温。停止冷油循环，打开混合罐下部卸料闸阀11，将产品装入带有包装袋的包装桶内，称量，扎紧袋口，即得产品。

随着无水乙醇的不断蒸发、排走，罐体内最终余下的就是干燥后的硬脂酸包覆铝粉。因一直保持搅拌机搅动状态，所得产品呈单颗粒、全分散状，而硬脂酸对铝粉的包覆相当全面、均匀，无游离硬脂酸，也无包覆不到位铝粉。

本实施例中，原料铝粉和硬脂酸投料阀门的开启、关停，需要人工触屏操作，氮气开始输送也需要人员控制，而一旦氮气达到设定要求后，自动停止供气。混合罐内液面高度、温度等均通过程序设定、自动控制，也即到达输入氮气阶段后，所有过程全部由程序自动控制，包括温度保持时间、负压抽吸程度等，直到产品成型、干燥并冷却后，卸料过程由人工按键开启、关停阀门，手动捆扎包装袋。

采用本实施例的硬脂酸包覆铝粉的生产装置生产的硬脂酸包覆铝粉，硬脂酸的含量低至0.5％以下，基本不影响铝粉的使用性能，扬尘检测中，95％的铝粉都保持在合格范围内，不会产生悬浮性铝粉尘。在耐水煮实验中，水温达到90℃都不会产生气泡；在耐酸碱实验中，在ph2和ph8.5的溶液中，水温达70℃都不会产生气泡，水温70℃以上时会产生气泡，因为水温70℃之后硬脂酸开始溶化，不再起包覆作用所致。

实施例2

采用上述的硬脂酸包覆铝粉的生产装置生产硬脂酸包覆铝粉的生产方法，包括如下步骤：

1)关闭生产装置各级与外界连通阀门，仅留尾气排放口打开，打开氮气供气阀，向混合罐内输入氮气，使生产系统内空气与氮气强制交换，待尾气排放口氮气检测含量符合要求(氮气含量大于92％)后，关闭氮气进口阀，停止气体交换；

2)将适量无水乙醇和40kg铝粉加入到球磨机中，将铝粉磨成片状，通过管道将铝粉连同溶剂一起输入到混合罐1中，打开混合罐搅拌装置5，使混合叶轮低速转动(每分钟30转至60转)(注：混合罐设计为100l，约为100kg铝粉容量，为防止混合时，混合液溅上混合罐盖体，混合液总量不超过罐体的2/3，混合叶轮转速不超过180转/min)，按2％的比例从硬脂酸加料孔，加入硬脂酸0.8kg，通过液位计观察，打开乙醇输送泵，缓慢加入无水乙醇，控制罐内混合物至罐体高度的2/3。

3)关闭乙醇输送泵，打开尾气排放阀，打开热油输送泵，将预先加热至100℃的导热油输入混合罐体1的夹套2内，并不断循环，使罐体内的混合物升温至85℃，停止油循环，保持温度在85℃5min，确保罐内硬脂酸全部溶解后，继续油循环，并通过电加热提高导热油的温度至120℃，同时，打开生产装置的抽负压装置8，保持整个生产装置构成的生产系统内为负压，促使乙醇蒸发。全过程搅拌装置全开，并使转速保持在150-180转/min，保证溶解后的硬脂酸在罐内每个点的浓度保持一致并与铝粉充分混合均匀。

4)持续导热油对罐体加热，持续抽负压装置抽吸使生产系统内保持负压，蒸发的乙醇蒸汽在通过冷凝器6时，因受冷凝液的冷却而液化成液体滴落、回流至溶剂储存罐7中。其余气体在抽负压装置8作用下经尾气排放口，排放至空气中。当混合罐内溶剂即将蒸发完全时，关闭热油输送泵，停止热油循环，打开夹套下方排油管阀门，使夹套内的热油自动回流至热油储油箱。打开冷油输送泵，使保持环境温度的导热油进入夹套，并不断循环，加速罐内硬脂酸包覆好的产品降温至常温。停止冷油循环，打开混合罐下部卸料蝶阀，将产品装入带有包装袋的包装桶内，称量，扎紧袋口，即得产品。

随着无水乙醇的不断蒸发、排走，罐体内最终余下的就是干燥后的硬脂酸包覆铝粉。因一直保持搅拌机搅动状态，所得产品呈片状、全分散状，而硬脂酸对铝粉的包覆相当全面、均匀，无游离硬脂酸，也无包覆不到位铝粉。

本实施例中，原料铝粉和硬脂酸投料阀门的开启、关停，需要人工触屏操作，氮气开始输送也需要人员控制，而一旦氮气达到设定要求后，自动停止供气。混合罐内液面高度、温度等均通过程序设定、自动控制，也即到达输入氮气阶段后，所有过程全部由程序自动控制，包括温度保持时间、负压抽吸程度等，直到产品成型、干燥并冷却后，卸料过程由人工按键开启、关停阀门，手动捆扎包装袋。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。