СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОГО ИЛИ МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО ЧЕШУЙЧАТОГО ПОРОШКА ИЗ МЕДНОГО ИЛИ МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО ПОРОШКА С ЧАСТИЦАМИ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B22F9/04 C09C1/62 

Изобретение относится к порошковой металлургии в частности к способам и устройствам изготовления металлических порошков чешуйчатой формы.

Цель изобретения повышение дисперсности порошка и гидрофобизирующих свойств поверхности его частиц.

Указанный технический результат необходим при использовании получаемого порошка в качестве компонента так называемого металлического пигмента на основе медного или медьсодержащего порошка, покрытого гидрофобизирующей смазкой, для приготовления лаков и красок, для конструкционных материалов, окраски электро- и радиоаппаратуры, машин, судов, кузовов автомобилей; водных красок для окрашивания бумаги и пластмасс, а также электростатических и декоративных покрытий изделий из металла, пластмасс, бумаги. Лакокрасочные материалы, содержащие металлический пигмент, должны обладать высокой укрывающей способностью, которая достигается, если металлический пигмент является высокодисперсным, т.е. частицы порошка должны иметь размер от 30 до 80 мкм и толщину не более 0,5-0,7 км. Но и этого мало. В связи с тем, что металлический пигмент в своей основе содержит медь, химически активную по отношению к воде, то необходимо подумать о защите каждой частицы медного или медьсодержащего порошка от воздействия воды, т.е. обеспечить обволакивание частиц веществом, обладающим гидрофобизиpующим свойством. Не будет такого обеспечения не будет высококачественного покрытия лакокрасочными материалами поверхности изделий, так как нарушится структура лака или краски из-за окисления меди.

Кроме того важным условием, обеспечивающим высокую укрывающую способность лакокрасочных материалов, является форма частиц металлического пигмента. Она должна быть чешуйчатой. Такая форма обеспечит высокие адгезионные свойства пигмента, а значит и лакокрасочных материалов в целом, по отношению к поверхности покрываемого изделия.

Отсюда следует, что для достижения высокого качества покрытия изделий лакокрасочными материалами металлический пигмент, а именно медный или медьсодержащий порошок, должен обладать несколькими свойствами: чешуйчатостью, высокой дисперсностью и гидрофобией.

Известен способ получения металлического порошка чешуйчатой формы [1] в соответствии с которым исходный порошок и смазку в виде поверхностно-активного вещества подают на измельчение в барабан мельницы и обработку в ней осуществляют в течение 7-20 ч.

Данным способом будет достигнут желаемый технический результат только в отношении получения частиц чешуйчатой формы, защищенных гидрофобизирующим веществом, но необходимой дисперсности чешуек не может быть достигнуто, хотя и столь длительное время они будут находиться в барабане мельницы. За это время будет происходить увеличение размера по плоскости чешуек и уменьшение их толщины. И можно утверждать, что соотношение максимального размера по плоскости чешуйки к ее толщине будет более 400, что не обеспечит высокой дисперсности. Для получения высокодисперсного металлического пигмента чешуйчатой формы необходимо, чтобы отношение максимального размера по плоскости чешуйки к ее толщине было менее 400.

Следовательно этот способ не обеспечит получения металлического пигмента, который бы обусловил высокую укрывающую способность лакокрасочных материалов.

Известен способ получения чешуйчатого металлического порошка, осуществляемый в сфере инертного газа [2] который включает подачу гетерогенной жидкой системы, состоящей из неактивной жидкости, смазки (гидрофобизирующей) и мелких частиц металла в резервуар с мешалкой и мелющими телами (на расплющивание частиц металла до образования чешуек, покрытых смазкой). Судя по времени, в течение которого происходит расплющивание металла до чешуек (5-120 мин), и по описанию конструкции резервуара, в котором этот процесс осуществляется, можно однозначно утверждать, что получение чешуек осуществляется в центробежной шаровой мельнице. Центробежные шаровые мельницы с вертикальным валом называют аттриторами. Измельчение в аттриторах производится в жидких средах или защитных атмосферах со скоростью вращения шаров примерно 8,5 с^-1 (около 500 об/мин). Затем после расплющивания порошка и смазки смесь поступает на классификацию для предварительного отсева, где происходит отделение самой крупной фракции, которую возвращают на дополнительное расплющивание. Полученный мелкий порошок превращают в суспензию, из которой выделяют порошок узкого гранулометрического состава, который и используют в качестве металлического пигмента.

Данный способ принят в качестве прототипа заявляемого способа. Он по сравнению с описанным выше способом имеет больше достоинств: расплющивание осуществляют в высокоскоростном центробежном поле (5-120 мин обработки против 7-20 ч); возможно, что обволакивание смазкой чешуек происходит по всей поверхности за счет высокоскоростного перемешивания в центробежной шаровой мельнице; возврат крупной фракции на расплющивание в центробежном поле также обеспечивает получение тонких чешуек.

Однако одного расплющивания, даже и многократного, в центробежном поле без измельчения чешуек по их плоскости явно недостаточно для получения высокодисперсного чешуйчатого порошка, т.е. этим способом также не может быть получен порошок с отношением максимального размера по плоскости чешуйки к ее толщине менее 400.

Для этого необходимо осуществить разбивание самих чешуек, чтобы указанное соотношение было не более 400.

А если не достигается высокая дисперсность, хотя и выполняются условия получения чешуйчатой формы порошка и обеспечения его гидрофобизирующих свойств, то не может быть достигнуто то качество металлического пигмента, которое обусловливает высокую укрывающую способность лакокрасочных материалов, а следовательно, и качественное покрытие ими изделий.

При реализации этого способа полученный чешуйчатый порошок обладает высокой дисперсностью и высокими гидрофобизирующими свойствами.

Достигается этот результат благодаря тому, что способ получения медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медного или медьсодержащего порошка с частицами сферической формы, включающий подачу инертного газа, исходного порошка и гидрофобизирующей смазки, например стеарата цинка, на расплющивание сферических частиц и гидрофобизирующей смазки в центробежном поле до образования смеси в виде чешуек порошка с расположенной по границам чешуек гидрофобизирующей смазкой и классификацию чешуйчатой смеси, отличается от способа-прототипа тем, что перед классификацией чешуйчатую смесь измельчают ударным воздействием в центробежном поле в направлении, перпендикулярном плоскости чешуйки.

Известно устройство для измельчения окислов редкоземельных металлов [3] содержащее питатель исходного материала (подвод для измельчаемых окислов), патрубок для подвода инертного газа, патрубок подвода гексана, шаровую мельницу (измельчающее приспособление с шаровыми измельчающими телами и мешалкой), устройство для классификации (сито в выпускном приспособлении) и систему трубопроводов.

В описанной установке можно получить с помощью шаровой мельницы из медных или медьсодержащих порошков с частицами сферической формы чешуйчатый порошок и даже придать ему гидрофобизирующие свойства, подав через патрубок для подвода гексана смазку из стеарата цинка. Однако она не обеспечит высокой дисперсности чешуйчатого порошка, так как не предусмотрено никакого устройства для измельчения чешуйчатой смеси из металлического порошка и смазки. В одной шаровой мельнице не осуществить одновременно и расплющивания порошка до образования чешуек и их измельчения.

Известна установка для получения чешуйчатого металлического порошка [2] которая содержит питатель исходного порошка, питатель смазки, расположенную на горизонтальном валу центробежную шаровую мельницу (резервуар, оснащенный мешалкой, крыльчаткой мелющими шарами А), устройство для классификации измельченного порошка (сито для предварительного отсева), узел подачи инертной среды и систему сообщающих трубопроводов,
В шаровую мельницу загружают неактивную жидкость, смазку и мелкие частицы порошка, который предварительно измельчают в трубчатой мельнице. В качестве металлического порошка выбирают один из металлов группы медь, алюминий, латунь, бронза и т. д. Порошок и смазку расплющивают в инертной среде в центробежной шаровой мельнице в течение 5-120 мин, до образования чешуйчатой смеси порошка и смазки, затем направляют с помощью насоса на сито для предварительного отсева, где осуществляется отделение самой крупной фракции смеси, и возвращают ее в центробежную шаровую мельницу. Порошок, полученный в результате обработки в мельнице, превращают в суспензию, из которой выделяют порошок узкого гранулометрического состава. Порошок обладает равномерной крупностью, причем содержание в нем фракции +325 меш ≅ 0,1% т.е. фракций в 30-80 мкм менее 0,1%
Достоинством данной установки является то, что расплющивание ведется в центробежной шаровой мельнице (т.е. скорость вращения высока), смазка располагается по границам чешуек порошка. Однако нельзя быть уверенным, что указанное соотношение будет менее 400 и чешуйчатая смесь будет высокодисперсной.

Выполнение устройства для классификации в виде сита не обеспечит получения чешуйчатого порошка с максимальным процентом частиц размером 30-80 мкм по плоскости чешуйки. Сито пропустит только 0,1% чешуек такого размера, на сите же остаются чешуйки большего, чем 30-80 мкм, размера.

Невыполнение условия высокодисперсности чешуйчатой смеси ухудшит и адгезионную способность металлического пигмента, а значит и лакокрасочного материала по отношению к поверхности изделия, обрабатываемого лакокрасочным материалом, т. е. в конечном счете укрывающая способность материала не будет отвечать техническим условиям, предъявляемым к покрытиям.

Цель будет достигнута в заявляемой установке, содержащей питатель исходного порошка, питатель смазки, расположенную на горизонтальном валу, центробежную шаровую мельницу с мелющими шарами, устройство для классификации измельченного порошка, узел подачи инертного газа в полости установки и систему сообщающих трубопроводов, благодаря тому, что она в отличие от установки-прототипа снабжена ударно-центробежной мельницей на горизонтальном валу, расположенной между шаровой мельницей и устройством для классификации порошка, выполненным в виде линейно-инерционного и центробежного сепараторов, полости которых сообщены между собой и с полостью питателя исходного порошка, и циклоном, при этом патрубок выхода газа из циклона сообщен с полостью ударно-центробежной мельницы, ее разгрузочное отверстие сообщено с патрубком ввода чешуйчатой смеси в линейно-инерционный сепаратор, а патрубок вывода тонкодисперсной фракции чешуйчатой смеси из центробежного сепаратора сообщен с патрубком ее ввода в циклон.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки для получения чешуйчатых медных или медьсодержащих порошков из медных или медьсодержащих порошков с частицами сферической формы; на фиг.2 исходный порошок с частицами сферической формы; на фиг.3 чешуйчатый порошок после обработки в центробежной шаровой мельнице; на фиг.4 чешуйчатый порошок после обработки в ударно-центробежной мельнице и разделения в устройстве для классификации. Масштаб увеличения 500:1.

Установка содержит питатель 1 (винтовой) исходного медного или медьсодержащего порошка с частицами сферической формы с бункером 2, питатель 3 (вибрационный) гидрофобизирующей смазки с бункером 4, расположенную на горизонтальном валу 5 центробежную шаровую мельницу 6 с мелющими шарами 7, шнеком 8 и дисками 9, имеющими лопатки, устройство для классификации измельченного порошка, выполненное в виде линейно-инерционного сепаратора 10 и центробежного сепаратора 11, полости которых сообщены между собой патрубком 12 и с полостью питателя 1 через бункер 2, узел 13 подачи инертного газа в полости установки и систему сообщающих трубопроводов 14, 15, 16 и 17.

Установка снабжена ударно-центробежной мельницей 18 на горизонтальном валу 19 с лопатками 20, расположенной между мельницей 6 и линейно-инерционным сепаратором 10, причем мельницы 6 и 18 сообщены между собой патрубком 21 и циклоном 22. При этом патрубок 23 выхода газа из циклона 22 сообщен трубопроводом 16 с полостью мельницы 18, ее разгрузочные отверстия 24 трубопроводом 15 сообщено с патрубком 25 ввода чешуйчатой смеси в линейно-инерционный сепаратор 10, а патрубок 26 вывода высокодисперсной фракции чешуйчатой смеси из центробежного сепаратора 11 сообщен трубопроводом 17 с патрубком 27 ввода высокодисперсной чешуйчатой смеси в циклон 22. В целом установка представляет собой замкнутый аэродинамический контур.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Исходный медный или медьсодержащий порошок с частицами сферической формы загружается в бункер 2. Благодаря тому, что винтовой питатель 1 соединен непосредственно с выпускным отверстием бункера 2, и в месте их соединения находится сыпучий порошок, то создается затвор из него, который препятствует выходу запыленного газа.

В бункере 4 находится гидрофобизирующая смазка, например стеарат цинка. Оба питателя 1 и 3 дозируют из бункеров 2 и 4 по трубопроводу 14 порошок и гидрофобизирующую смазку в центробежную шаровую мельницу 6, где шнеком 8 порошок и смазка транспортируются на расплющивание. С помощью мелющих шаров 7 осуществляется расплющивание частиц сферической формы в чешуйки благодаря тому, что мелющие шары 7 за счет центробежной силы при высокоскоростном вращении ротора мельницы 6 и с помощью дисков 9 с лопатками приводятся во вращение по корпусу мельницы 6. Порошок и смазка под действием сил центробежного поля находятся между шарами и корпусом мельницы, где претерпевают расплющивание и перемешивание. За время пребывания в шаровой мельнице 6 (от ввода порошка и смазки в нее и вывода смеси из нее) осуществляется образование чешуек из исходного медного или медьсодержащего порошка с расположенной на границах чешуек гидрофобизирующей смазки. Полученная в шаровой мельнице 6 смесь через патрубок 21 поступает в ударно-центробежную мельницу 18, куда подается через узел 13 и инертный газ и где осуществляется измельчение чешуйчатой смеси ударным воздействием в центробежном поле мельницы 18 ее лопатками 20 в направлении, перпендикулярном плоскости чешуек. Обеспечение именно такого воздействия обусловлено следующим; Ударно-центробежная мельница представляет собой мельницу-вентилятор, при работе которой возникает вентиляционный эффект, т.е. струи, закручиваемые лопатками 20 мельницы 18, движутся вдоль ее корпуса. В этой струе находятся и чешуйки смеси, которые представляют неизометрические частицы с размерами, превышающими 150 мкм. Такие частицы подвержены поперечной миграции из струи, поэтому, выходя из струи, чешуйки тут же попадают на лопасти плоскостью и разрезаются ими на части.

Далее под действием того же вентиляционного эффекта поток газа с измельченными чешуйками поступает через разгрузочное отверстие 24 по трубопроводу 15 в патрубок 25 линейно-инерционного сепаратора 10, где происходит грубое разделение чешуек (неизометрических частиц) на кpупные и мелкие. Крупные попадают в бункер 2 питателя 1 и снова поступают на измельчение в мельницах 6 и 18, а мелкие частицы по патрубку 12 переходят в центробежный сепаратор 11, где осуществляется тонкое разделение измельченных чешуек на частицы заданной дисперсности и частицы, которые опять же через бункеp 2 и питатель 1 поступают на повторное измельчение. Классификация проведена, теперь чешуйчатая смесь с частицами заданной дисперсности с потоком газа через патрубок 26 центробежного сепаратора 11 по трубопроводу 17 поступает в патрубок 27, в циклон 22, в котором готовый порошок улавливается, после чего осаждается в бункере-накопителе 28, а газ, очищенный от порошка, направляется через патрубок 23 по трубопроводу 16 в полость ударно-центробежной мельницы 18.

Использование заявляемых способа и установки в производстве металлических пигментов на основе меди для получения лакокрасочных материалов позволяют повысить укрывающую способность этих материалов. В результате обработки медных или медьсодержащих порошков с частицами сферической формы, товарный порошок соответствовал требованиям, предъявляемым к металлическим пигментам: частицы порошка были чешуйчатыми с гидрофобизированными поверхностями и тонкодисперсными, отношение максимального размера по плоскости чешуйки к ее толщине находилось в интервале 400 7 (фиг.2-4). Лакокрасочные материалы, содержащие металлический пигмент с такими характеристиками, будут обладать высокой укрывающей способностью, а изделия, покрытые этими материалами, высококачественными.

Использование: порошковая металлургия, строительная и химическая отрасли промышленности. Цель - повышение дисперсности и гидрофобизирующих свойств поверхности частиц получаемого чешуйчатого порошка. Способ получения медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медного или медьсодержащего порошка с частицами сферической формы включает подачу инертного газа, исходного порошка и гидрофобизирующей смазки, например стеарата цинка, на расплющивание в центробежном поле до образования смеси в виде чешуек из исходного порошка с расположенной по границам чешуек гидрофобизирующей смазкой и классификацию чешуйчатой смеси. Способ отличается тем, что перед классификацией чешуйчатую смесь измельчают ударным воздействием в центробежном поле в направлении, перпендикулярном плоскости чешуек. Установка для осуществления способа содержит питатель исходного порошка, питатель смазки, расположенную на горизонтальном валу центробежную шаровую мельницу с мелющими шарами, устройство для классификации измельченного порошка, узел подачи инертного газа в полости установки и систему сообщающих трубопроводов, снабжена ударно-центробежной мельницей на горизонтальном валу, расположенной между шаровой мельницей, и устройством для классификации измельченного порошка, выполненным в виде линейно-инерционного и центробежного сепараторов, полости которых сообщены между собой и с полостью питателя исходного порошка, и циклоном, при этом патрубок выхода газа из циклона сообщен с полостью ударно-центробежной мельницы, ее разгрузочное отверстие сообщено с патрубком ввода чешуйчатой смеси в линейно-инерционный сепаратор, а патрубок вывода высокодисперсной фракции чешуйчатой смеси из центробежного сепаратора сообщен с патрубком ее ввода в циклон. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ получения медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медного или медьсодержащего порошка с частицами сферической формы, включающий подачу инертного газа, исходного порошка и гидрофобизирующей смазки, например стеарата цинка, на расплющивание сферических частиц и гидрофобизирующей смазки в центробежном поле до образования смеси в виде чешуек из исходного порошка с раположенной на границах чешуек гидрофобизирущей смазкой и классификацию чешуйчатой смеси, отличающийся тем, что перед классификацией чешуйчатую смесь измельчают ударным воздействием в центробежном поле в направлении, перпендикулярном плоскости чешуек. 2. Установка для получения медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медного или медьсодержащего порошка с частицами сферической формы, содержащая питатель исходного порошка, питатель смазки, расположенную на горизонтальном валу центробежную шаровую мельницу с мелющими шарами, устройство для классификации измельченного порошка, узел подачи инертного газа в полости установки и систему сообщающих трубопроводов, отличающаяся тем, что установка снабжена ударно-центробежной мельницей на горизонтальном валу, расположенной между шаровой мельницей и устройством для классификации измельченного порошка, выполненным в виде линейно-инерционного сепаратора и центробежного сепаратора, полости которых сообщены между собой и с полостью питателя исходного порошка, и циклоном, при этом патрубок выхода газа из циклона сообщен с полостью ударно-центробежной мельницы, ее разгрузочное отверстие сообщено с патрубком ввода чешуйчатой смеси в линейно-инерционный сепаратор, а патрубок вывода высокодисперсной фракции чешуйчатой смеси из центробежнгого сепаратора сообщен с патрубком ее ввода в циклон.