[00097170]粒度可控型气相结晶设备研制及氧化锑粉体改性的研究与应用

课题来源与背景：锑是中国十大稀有战略金属中最为稀缺的品种，是中国采取保护性开采的战略金属之一。中国的锑矿资源占世界总储量的70%以上，锑品产量占世界总产量的80%以上。广西的锑储量占全国的34%以上，居全国第一，是广西的优势特色金属资源。该区锑资源主要以锑精矿、锑锭和普通氧化锑为主。气相结晶机理是氧化锑生产的理论基础，特别是对氧化锑粉体的色度、粒度及粒度分布的影响至关重要。然而国内在氧化锑气相结晶机理方面的研究很少，致使该区在高端氧化锑产品的生产缺乏理论指导，导致产品品种、质量等与国外产品相差悬殊，售价偏低。因此，为丰富该区锑产品精深加工种类、提高锑产品的市场竞争力和生产企业的经济效益，促进该区锑业的健康和可持续发展，有必要对氧化锑气相结晶和设备进行攻关。氧化锑是最重要的无机阻燃剂之一，可大大提高卤系阻燃剂的效能，它是几乎所有卤系阻燃剂不可缺少的协効剂。在阻燃增效方面，氧化锑粒度的减小可以有效提高基材的阻燃性能，但随着氧化锑粒度的减小，粉末物质的比表面积会越来越大。容易在基材内分散不均，发生团聚，影响阻燃效果；而且会带来大量的粉尘污染，恶化工作环境。表面有机化改性是解决团聚问题的有效方法。经过表面改性的氧化锑粉体增强了界面的相互作用，使得氧化锑粉体可以均匀地分散在高分子基体中，起到刚性粒子增塑增强的作用，不仅加工性能得以改善，同时充分发挥复合材料的阻燃效果，减少氧化锑用量，降低生产成本。氧化锑本身并无阻燃性能，但与其他阻燃剂复配使用，可以起到助阻燃的效果，国内使用最多的是十溴二苯乙醚-氧化锑复合阻燃剂。但是由于多溴二苯醚在燃烧时会产生致癌的二恶英物质，开始被多个国家所禁用。研究更为高效、环保、安全的溴系阻燃剂以及其他无机阻燃剂与氧化锑复配成为国内外研究的热点问题。技术原理及性能指标：该研究采用的生产工艺为火法间接法，依据广西华锑科技有限公司先进且成熟的火法间接法生产工艺，结合生产的具体情况，通过对影响氧化锑平均粒度工业化生产控制因素的研究，总结这些控制影响因素：反应温度、结晶器、反应器、冷却风量、抽风负压，以及其控制技术在工业化生产过程的影响作用程度，进而研制出适合生产不同平均粒度规格氧化锑、性能独特、专一性用途的Sb2O3产品的结晶器、反应器、冷却风量、反应温度及抽风负压，以及其生产控制技术及控制参数，生产出的氧化锑产品平均粒度波动范围小，粒度分布呈单峰正态分布，立方晶型及色度佳，满足当今高新技术飞速发展，及其对高新科技对性能独特、专一性用途氧化锑产品的需要。氧化锑是一种晶型无机粉体，具有较高的表面电荷和表面活化能，难与树脂有效融合，且混合时容易发生团聚。将氧化锑与铝酸酯、钛酸酯(含焦磷酸基团)、硅烷等偶联剂在一定的条件下通过化学反应方式，将其接枝到氧化锑颗粒表面，形成近似单分子层的有机化包覆层，降低其表面电荷和表面能，使其表面由亲水性转为疏水性，从而改善Sb2O3在树脂中的相容性与分散性。采用活化指数、黏度、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜等多种手段对改性Sb2O3进行表征。同时采用无毒环保的十溴二苯乙烷与氧化锑组成卤锑复合阻燃剂，并研究碱性钙基膨润土、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、水滑石、硼酸锌、蒙脱土等几种阻燃抑烟剂与卤锑阻燃剂复配，通过极限氧指数、水平燃烧等级、烟密度、热失重率、热变形温度、拉伸性能、弯曲性能、邵氏硬度、缺口抗冲击强度等测试，考察改性氧化锑与几种不同阻燃抑烟剂的复配能力，制备出几种高效、环保、安全的复合阻燃剂。技术的创造性与先进性：国内首次对氧化锑的气相结晶进行研究。国内首创氧化锑力度可控型气相结晶设备，可以根据需要生产粒度范围在0.1μm-8.0μm之间，粒度分布呈单峰且重现性好的高效能氧化锑产品。首创氧化锑的表面有机化改性技术，改善氧化锑的分散性及高聚物的相容性。国内首次研究铝酸酯微波预处理干法改性Sb2O3。国内首次采用碱性钙基膨润土协同卤锑阻燃剂阻燃高分子材料。技术的成熟程度，适用范围和安全性：粒度可控气相结晶设备已研制成功并投入生产，可规模化生产粒度0.1μm～8.0μm粒度范围的氧化锑产品，生产过程稳定，粒度大小可以随需要调节，实现粒度可控。铝酸酯、钛酸酯、硅烷偶联剂改性氧化锑，活化指数均高于90%，将改性Sb2O3加入PP中，从切面扫描电镜观察到改性氧化锑在PP中分散均匀，表现出良好的相容性。已经开始对改性氧化锑进行规模生产。应用情况及存在的问题：两项技术均已运用到工业生产，并接受客户订单，完成试销。在中试试验前期改性氧化锑的性能不稳定，部分产品活化指数达不到90%，主要是磁力搅拌器搅拌速度未调试好，经过工艺优化，产品性能稳定。截至2014年12月，广西大学联合广西华锑科技有限公司采用研制的粒度可控型气象结晶器生产各类超细、超大颗粒氧化锑共计约30000吨，并通过改性技术生产出改性氧化锑复合阻燃材料802吨，新增产值21885万元，新增销售收入21885万元，所得税265.77万元，税后利润1388.96万元，出口创汇9848万元，取得了较好的经济效益。