高能球磨制备片状锌粉工艺研究.pdf

高能球磨制备片状锌粉工艺研究 * 尚青亮 1， 2，张 玮 1， 2，刘 捷 1， 2，周 林 1，方树铭1 ( 1 昆明冶金研究院，云南昆明650031; 2 共伴生有色金属资源加压湿法冶金技术国家重点实验室，云南昆明650503) 摘要:以 325 目球形锌粉为原料，采用高能球磨法对片状锌粉的制备方法进行研究，考察球料比、球磨 时间对片状锌粉性能的影响。结果表明:在球磨时间相同条件下，随着球料比的增大，锌粉粒度、松装密度也不 断降低;在球料比相同条件下，随着球磨时间的延长，片状化程度不断增大，球磨时间达到 16 20 h 之间，比表 面积不再增加而略有下降。 关键词:片状锌粉;高能球磨;球料比;球磨时间 中图分类号:TF813文献标识码:A 文章编号:10060308 ( 2017)02010507 Study on Flake Zinc Powder Preparation Process by High Energy Ball Milling SHANG Qingliang1， 2，ZHANG Wei1， 2，LIU Jie1， 2，ZHOU Lin1，FANG Shuming1 ( 1 Kunming Metallurgical esearch Institute，Kunming，Yunnan 650031，China; 2 The State Key Laboratory of Pressure Hydrometallurgical Technology of Associated Nonferrous Metal esources，Kunming，Yunnan 650503，China) ABSTACT:325 mesh spherical zinc powder is the raw material， high energy ball milling is adopted for preparation of flake zinc powder，for investigation of ball percentage，the effect of ball milling time on flake zinc powder performance The results show:under the same ballmilling time，the particle size，apparent density of zinc powder is decreasing constantly along with the ball percentage increasing; under the same ball percentage，the flake degree is increasing constantly along with the prolonged ball milling time，when the ball milling time reach to 16 20h，the specific surface area could not increased but has a little reducing KEY WODS:flake zinc powder;high energy ball milling;ball percentage;ball milling time 片状锌粉主要用于配制水溶性无机盐涂料、无 机富锌涂料、非电解性金属防腐涂料，广泛应用于 汽车、家电、冶金、化工等行业，特别是在钢铁防 腐方面有着极其重要的作用，片状锌粉因其具有较 大的遮盖力和漂浮性，是达克罗涂料 ( Dacromet- al)中重要的原料 1 3 。伴随着现代工业的发展， 对达克罗涂覆液的需求量呈上升的趋势，对片状锌 粉的需求量越来越大。在国外，其制备方法主要是 冷轧微小锌片法，所生产的锌粉平均粒径为 4 5m，厚度为 0. 1 0. 3m4 ，但由于该技术保密， 国内目前无法用这种方法生产片状锌粉，所以研究 片状锌粉的制备工艺具有重要的现实意义5 。 目前制备片状锌粉的工艺主要有干法和湿法两 种 。其中干法生产工艺流程短、成本低，但制备 的锌粉均匀性差、氧化锌的含量较高，且设备复 杂，危险性大;湿法生产片状锌粉虽然工艺流程 长，但设备简单、研磨效果好、产品合格率较高， 是我国比较流行的片状锌粉生产工艺6 8 。 本文以 325 目雾化锌粉为原料，用高能球磨 湿磨工艺制备片状锌粉，并研究球料比、球磨时间 501 2017 年 4 月 第 46 卷第 2 期 ( 总第 263 期) 云南冶金 YUNNAN METALLUGY Apr 2017 Vol. 46 No. 2 ( Sum263) *收稿日期:20161221 作者简介:尚青亮 ( 1981) ，男，山西运城人，工程师。主要研究方向:粉末冶金。 基金项目:昆明五华区富民强县科技示范工程 ( 2013 01 04 A G 02 2078) 对锌粉性能的影响，确定制备片状锌粉的最佳球磨 工艺。 1实验过程 试验所用为 325 目的雾化球形锌粉，其微观 形貌及粒度分布如图 1、图 2 所示。 图 1 325 目锌粉形貌 Fig. 1The morphology of 325 mesh zinc powder 图 2 325 目球形锌粉粒度分布 Fig. 2The particle size distribution of 325 mesh spherical zinc powder 按球料比为 5 20 1 的比例将钢球和锌粉放入 球磨罐中，并按锌粉的重量分别加入 2% 的助磨 剂，用乙醇做研磨介质进行湿磨，研究不同球料 比、球磨时间对锌粉性能的影响。 制备的片状锌粉经筛分后分别采用 TM3000 台 式电子显微镜、MS2000 激光粒度仪和粉体综合性 能测试仪进行微观组织、粒度及松装密度检测。 2试验结果分析与讨论 2. 1球料比对锌粉性能的影响 表 1不同球料比对片状锌粉粒度分布及松装密度的影响 Tab. 1The effect of the different ball percentage on the particle size distribution and apparent density of flake zinc powder 序号球料比 球磨时间 /min 粒度/m D( 10) D( 50) D( 90) 松装密度 /( g/cm3) 151909. 3831. 9989. 493. 2980 21019012. 1444. 5697. 592. 0304 31519014. 7349. 2599. 621. 3780 42019014. 2045. 1389. 861. 1244 601 2017 年 4 月 第 46 卷第 2 期 ( 总第 263 期) 云南冶金 YUNNAN METALLUGY Apr 2017 Vol. 46 No. 2 ( Sum263) 表 1 不同球料比对片状锌粉粒度分布及松装密 度的影响，从表中可以看出，在相同球磨时间条件 下，随着球料比的增大，球磨出来的锌粉粒度逐渐 减小，片状化程度增高，松装密度也不断降低。图 3 为不同球料比制备片状锌粉的微观形貌，由图可 见，随着球料比的增加，球状颗粒逐渐被压缩为饼 状，厚度不断减小，直径增大，最终形成薄片状。 球料比低的样品中，片状化程度较小，很多颗粒还 保持球状，因此若要保证较高片状化程度，需提高 球料比，但也应兼顾球磨装填系数的要求以及生产 效率，确定最佳球料比为 15 1。 701 尚青亮，等高能球磨制备片状锌粉工艺研究 ( a)51;( b)101;( c)15 1;( d)201 图 3不同球料比制备的片状锌粉微观形貌 Fig. 3The microtopography of flake zinc powder which are prepared by the different ball percentage 2. 2球磨时间对锌粉性能的影响 表 2不同球磨时间对片状锌粉粒度分布及松装密度的影响 Tab. 2The effect of the different ball milling time on the particle size distribution and apparent density of flake zinc powder 序号球料比 球磨时间 /min 添加剂 /% 粒度/m D( 10)D( 50)D( 90) 松装密度 /( g/cm3) 比表面积 115 13027. 9931. 0378. 211. 89970. 0534 215 160211. 1538. 1481. 801. 4860. 0397 315 190214. 7349. 2599. 621. 3780. 0314 415 1120214. 9847. 5596. 771. 10710. 0311 515 148029. 4938. 48110. 161. 10420. 0418 615 196027. 8824. 3060. 671. 10550. 0717 715 120025. 3818. 7584. 841. 10590. 0548 表 2 为不同球磨时间对片状锌粉粒度分布及松 装密度的影响，从表中可以看出，在球磨过程中， 随着球磨时间的延长，锌粉在磨球反复的研磨作用 下，锌粉中位径增大，小颗粒被碾压为扁平片状， 表明片状化程度不断增大。图 4 为不同球磨时间对 片状锌粉围观形貌的影响。一般来说球磨时间越 长，粉末粒度越细，比表面积越大，但这种关系并 不一定是正比关系。如图所示，片状锌粉的比表面 积分3 个阶段变化:球磨至16 h，粉体粒度不断 减小，比表面积随着球磨时间的延长而增加，基本 呈现正比关系;球磨 16 20 h 之间，比表面积 达到 0. 0717 m2/g，不再增加而略有下降;球磨 20 h 以后，比表面积趋于稳定，不再变化。 从工艺的角度出发，增加球磨时间将引起磨球 的损耗，从而引入铁等杂质，污染片状锌粉，导致 锌的铁含量超高，且通过试验发现，片状锌粉的比 表面积不会随时间的延长一直增大，有的甚至出现 叠加、粘连等现象，影响片状锌粉的性能，因此， 球磨时间定为 16 h 是获得最优性能的工艺参数。 801 2017 年 4 月 第 46 卷第 2 期 ( 总第 263 期) 云南冶金 YUNNAN METALLUGY Apr 2017 Vol. 46 No. 2 ( Sum263) 901 尚青亮，等高能球磨制备片状锌粉工艺研究 ( a)120min;( b)480min;( c)960min;( d)1440min 图 4不同球磨时间对片状锌粉微观形貌的影响 Fig. 4The effect of the different ball milling time on the microtopography of flake zinc powder 2. 3工艺确定 通过探讨球料比、球磨介质的配比对片状锌粉 性能的影响，确定了最优的球磨工艺为球料比 15 1、球磨时间16 h，以满足生产效率、产品质量的 要求。 通过该工艺制备的片状锌粉，片状锌粉化学成 分见 表 3，粒 度 分 布 ( D ( 50) :21. 98m，D ( 90) :43. 97m)见图 5，微观形貌如图 6 所示， 符合 GB/T26035 2010 中 FZP 1 牌号要求。 表 3片状锌粉化学成分表 Tab. 3The chemical component list of flake zinc powder % 编号金属锌 杂质含量 FePbCd ZnP 194. 090. 0180. 00180. 0005 ZnP 291. 550. 0100. 00290. 0005 图 5片状锌粉的粒度分布 Fig. 5The p