嚴海錦 徐旭華

江蘇科創(chuàng)金屬新材料有限公司 江蘇科成有色金屬新材料有限公司 泰州華民鋅品有限公司（江蘇泰州 225300）

超薄超細鱗片狀鋅粉（鋅片）為磁性金屬材料[1]，主要用于制備水溶性無機鹽涂料、無機富鋅涂料、非電解性金屬防腐涂料(鋅鉻涂料，也稱達克羅），涂層致密、耐腐蝕性較好。達克羅涂層技術是將片狀鋅、鉻酐等配制成的涂料覆在鋼材等基體表面,經(jīng)300℃左右固化后獲得厚約6～8μm、有金屬光澤的銀灰色鋅鉻涂層。它無污染、無氫脆[2]、耐腐蝕性高，成為綠色環(huán)保型高防腐表面處理技術。以超薄超細鱗片狀鋅粉為主要原料的達克羅涂層的防腐蝕效果一般比電鍍鋅和熱鍍鋅的防腐蝕效果高4倍以上[3]。用于金屬閃光面漆時，片狀結構的超薄超細鱗片狀鋅粉在涂膜中定向排列，鋅粉粒徑大、粒度分布廣，純度高、活性強，金屬閃光效果好。目前許多發(fā)達國家已采用達克羅涂覆、交美特涂覆等工藝取代電鍍和熱鍍鋅。

國內(nèi)外制備鱗片狀鋅粉的方法有很多，包括爆炸法、球磨法、電解法、蒸餾法、冷軋法；但所制備的鱗片狀鋅粉粒徑分布窄，平均粒徑為10～14μm，金屬鋅和微量元素等化學指標與GB/T 26035—2010《片狀鋅粉》存在一定差距。粉體材料最主要和最重要的衡量指標之一是粒度[4]，本研究介紹的技術與產(chǎn)品性能達到國際先進水平，產(chǎn)品可實現(xiàn)超薄超細化，純度、粒度分布范圍超過國際同類產(chǎn)品指標，且符合制備防腐材料的理化指標要求。

1 鋅粉制備工藝技術路線和主要技術參數(shù)

1.1 制備工藝路線

將鋅錠原料在熔化爐中恒定溫度下熔析去雜，通過控制鋅液流速，使其穩(wěn)定、恒速流入蒸發(fā)密閉蒸發(fā)池內(nèi)，通過控制蒸發(fā)池內(nèi)的溫度，使鋅液以設定的蒸發(fā)速率形成鋅蒸汽；當鋅蒸汽進入冷凝器時，控制好冷凝溫度及冷凝器內(nèi)循環(huán)氣氛（惰性氣體）流動速率，使鋅蒸汽能夠在微米級水平冷凝球化成核，然后在惰性氣體保護下進行氣流分級，獲得制備超薄超細鱗片狀鋅粉的原材料——超細超純高活性鋅粉。在后續(xù)的深加工過程中，通過球磨、出漿、脫油、甩干處理實現(xiàn)干態(tài)片狀轉化，通過分散和拋光、分級，實現(xiàn)超薄超細鱗片狀鋅粉的制備。

1.2 制片設備的工作原理

研磨制片在臥式研磨機內(nèi)進行，在研磨前利用攪拌機對物料進行預分散及潤濕處理。預加工物料由固態(tài)和液態(tài)物料相混合而成，通過電動隔膜泵將分散好的物料輸入臥式研磨機，物料進入筒體后，由于受到分散器的攪動作用，與其中的研磨介質(zhì)一起進行高速旋轉運動。這就使得物料中的固體和一些微粒與研磨介質(zhì)之間產(chǎn)生了非常強烈的碰撞、摩擦和剪切作用，使物料實現(xiàn)片狀化。在研磨過程中，研磨介質(zhì)的運動速度以及球與球之間相互運動的方式、碰撞沖量決定了研磨機的能量水平或效率。而球形粉末變形及撕裂所需的能量主要靠球的沖撞而獲得。若球的運動速度低，相互運動以磨擦為主，沖撞的幾率低，則研磨效率低。提高球的運動速度可增大沖撞幾率,從而提高研磨效率。磨球動能Ekin=1/2mv2。其中：Ekin為球的動能，m為球的質(zhì)量，v為球的運動速度?？梢?，提高球動能的最有效方式是提高其運動速度?？赏ㄟ^調(diào)整臥式研磨機的轉速，控制高能研磨過程中研磨介質(zhì)的碰撞速度，制備不同粒徑分布的超薄超細鱗片狀鋅粉。

1.3 工藝參數(shù)

根據(jù)技術要求GB/T 26035—2010、企業(yè)標準Q/321202 HKC001—2019及客戶需求，確定了最佳工藝參數(shù)。

（1）研磨工藝

以3～7μm高純低雜質(zhì)球形鋅粉為原料，200#溶劑油為溶劑（料、液質(zhì)量比為2∶3），加入物料總量1%的硬脂酸作為復合助磨劑，配以直徑為2，3及10 mm的氧化鋯球（各類型氧化鋯的質(zhì)量比為3∶4∶1）。球形鋅粉與研磨介質(zhì)氧化鋯（料、球質(zhì)量比為3∶5）在臥式研磨機內(nèi)研磨3 h左右，研磨機主軸轉速為500 r/min，停機后取樣化驗，此時制得的料漿平均粒徑為18～22μm，顆粒厚度為0.3～0.15μm。研磨過程中，根據(jù)料漿的黏度適當調(diào)整料球比例。

（2）脫液工藝

將研磨合格的料漿通入平板式沉降離心機（轉速為1 000 r/min），利用離心力的作用將液體和固體分離，得到膏狀鱗片狀鋅粉。脫液過程中，可以通過調(diào)整沉降離心機轉速，得到不同含固量的膏狀鱗片狀鋅粉。值得注意的是，需確保脫液過程無雜質(zhì)、雜物介入。

（3）烘干工藝

將膏狀鱗片狀鋅粉放置在真空干燥箱內(nèi)，保持干燥箱真空度不大于-0.095 MPa（從設備的安全及產(chǎn)品的純度等方面考慮，真空干燥箱的真空度務必達到此要求），溫度為60～70℃，所得產(chǎn)品干燥8 h，得到含濕量不大于3%的鱗片狀鋅粉。所得產(chǎn)品符合GB/T 26035—2010的技術要求。

（4）拋光工藝

將干燥后的鱗片狀鋅粉按比例投入自制拋光設備中，加入物料量0.5%的復合改性劑，拋光2 h。

（5）分級工藝

該工藝有著舉足輕重的作用。將拋光后的鱗片狀鋅粉投入已設置固定頻率的分級機內(nèi)進行分級，得到平均粒徑為18～22μm的鱗片狀鋅粉。

（6）包裝

將檢驗合格的鱗片狀鋅粉按GB/T 26035—2010中的包裝要求進行包裝，包裝桶及包裝袋務必密封到位。

2 超薄超細鱗片狀鋅粉的理化分析

2.1 主要儀器

用X-射線衍射儀測定粉末的物相組成，用馬爾文激光粒度分析儀測粒徑分布，用進口描掃電鏡觀察粉末形貌，用原子吸收光譜儀檢測雜質(zhì)元素，用化學分析法分析粉體氧化情況。

2.2 產(chǎn)品主要物理指標

在原料平均粒徑為3～7μm，金屬鋅質(zhì)量分數(shù)為97%～98%的條件下，所制得產(chǎn)品的粒度分布如表1所示。

表1 鋅粉產(chǎn)品粒度分析結果

2.3 產(chǎn)品主要化學指標

在原料平均粒徑為3～7μm，金屬鋅質(zhì)量分數(shù)為97%～98%的條件下，所制得產(chǎn)品的化學指標如表2所示。

表2 超薄超細鱗片狀鋅粉組成 %

2.4 原料對超薄超細鱗片狀鋅粉的影響

不同粒徑和金屬活性的原料在相同工藝條件下的研磨結果如表3所示。由表3可知，不同粒徑分布和金屬活性的球形鋅粉直接影響超薄超細鱗片狀鋅粉的性能。原料球形鋅粉平均粒徑小于3μm時，其流動性差，研磨過程中氧化速率高，導致在研磨過程中延展不充分。原料平均粒徑大于7μm時，研磨過程中氧化速率變小，但研磨受力不均勻，所得產(chǎn)品平均粒徑不符合GB/T 26035—2010的技術要求。原料平均粒徑為3～7μm，金屬鋅質(zhì)量分數(shù)在97%～98%之間時，制得的超薄超細鱗片狀鋅粉平均粒徑符合GB/T 26035—2010、Q/321202 HKC001—2019的技術要求，且金屬光澤明顯。

表3 不同原料所得產(chǎn)品的性能

2.5 表面改性劑對超薄超細鱗片狀鋅粉的影響

在球形鋅粉向片狀轉化的研磨制片工藝中，拋光工段以表面活性劑為助劑，通過化學反應、物理吸附來對鱗片狀鋅粉的表面包裹成膜。因此，選擇合適的表面改性劑對粉體表面進行改性至關重要。采用平均粒徑在3～7μm之間的球形鋅粉為原料，在設備和工藝等條件相同的前提下，不同表面改性劑對產(chǎn)品性能的影響見表4、圖1。

表4 不同表面改性劑改性產(chǎn)品的性能

圖1 產(chǎn)品形貌

根據(jù)表4可知，表面改性劑對產(chǎn)品片徑、片厚和成片效果影響較大，單一表面改性劑的效果沒有復合表面改性劑好。這是因為：原料鋅粉表面能較大，制片過程中極易氧化和團聚；復合表面改性劑利用范德華力吸附在原料表面，并通過化學反應與原料形成穩(wěn)定的化學鍵，使原料在研磨過程中均勻受力，抑制了原料在制片過程中的氧化和團聚程度。通過掃描電鏡觀察產(chǎn)品形貌并進行對比分析，復合表面改性劑所制得的超薄超細鱗片狀鋅粉片徑、片厚均勻，效果最為明顯，符合GB/T 26035—2010、Q/321202 HKC001—2019的技術要求。因此，鋅粉制備時選擇復合表面改性劑。

3 結論

選擇平均粒徑為3～7μm，金屬鋅質(zhì)量分數(shù)在97%～98%之間的原料，配以復合表面改性劑促進產(chǎn)品片狀化、抑制氧化。按本研究生產(chǎn)工藝流程可以制備出性能優(yōu)異的超薄超細鱗片狀鋅粉，產(chǎn)品性能達到國際先進水平，且符合制備防腐材料的理化指標要求。