年产2万吨纳米氧化铝项目

年产2万吨纳米氧化铝项目内容摘要：

纸工业中。 微晶氧化铝陶瓷，尤其是氧化铝含量 97%以上的微晶氧化铝陶瓷在石油和天燃气的钻探设备上典型的应用是作为喷嘴、阀座、调节装置、泵配件、钻 头配件等，可以在高压、振动环境下，甚至在有酸和碱存在的情况下正常工作。 微晶氧化铝陶瓷还可作为喷洒肥料和农用杀虫剂的喷嘴，也可用于喷雾干燥机上喷洒陶瓷泥浆 (主要为瓷制品泥浆 )的喷嘴和喷砂嘴。 其用于电缆、电线和螺纹导轨，可在高速摩擦磨损睛况下，减少材料间的磨损。 微晶氧化铝陶瓷在军事领域也有许多应用，无论是海陆空或其它兵种的现代武器中，都有用微晶氧化铝陶瓷制成的部件，如作为飞机、车辆和人员的防弹装甲。 目前国内外已把先进陶瓷材料作为高温结构的首选陶瓷材料，在军用和民用领域进行重点的研究与开发。 综上，目前全球 市场对微晶氧化铝陶瓷耐磨材料的需求量大约为 70 万吨 /年，国内市场的年需求量在 25～ 30 万吨 /年，预计未来随着建材行业的迅速发展以及其它下游应用领域的不断拓展，国内外市场对微晶氧化铝陶瓷耐磨材料的年需求量将会越来越大，预计未来几年国内市场对该产品的年需求量将会以 12%左右的速度增长，到 2020 年将达到 万吨 /年， 2020 年将达到近 万吨 /年，开发该产品市场前景广阔。 16 17 第 三 章 建设规模与产品方案 建设规模 该项目建设规模为年产 2 万吨 Φ — Φ 25mm 纳米氧 化铝研磨球和Φ 4— Φ 8mm 纳米氧化铝陶瓷轴承的研发、测试与生产线。 项目总用地面积为 150 亩，总建筑面积为 70000 ㎡，第一步建设面积为17860 ㎡（其中：生产厂房建筑面积为 13560 ㎡、测试中心建筑面积为 1000 ㎡、宿舍建筑面积为 1500 ㎡、食堂建筑面积为 800 ㎡、辅助用房建筑面积为 1000 ㎡）；余下面积分步穿插进行。 购置球磨机、造粒塔等主要设备；建设配套辅助设施。 产品方案 本项目为自主开发的世界首创生产工艺技术，主要创新点包括氧化铝原料的纳米级超细处理技术、氧化铝粉高效研磨技术、氧化铝研磨 球与轴承的合理配方及先进等静压成型工艺、低温快速烧成工艺等，产品性能优良达到国际先进水平。 立足自主开发的创新技术和生产制程，制成原晶粒度＜ 200nm 的纳米氧化铝研磨球、纳米氧化铝轴承替代微晶氧化铝和氧化锆制成的研磨球、轴承，同等性价比的产品成本降低 50%以上（如：Φ 25mm 氧化锆研磨球市场价为 15 万－ 120 万 /吨， 2020 年国内年需求量约为 3000 吨；微晶氧化铝研磨球市场价格为 800023000/吨， 2020年国内年需求量约为 70 万吨；纳米氧化铝陶瓷轴承广泛地应用于计算机 CPU 散热风扇、微特电 机制造业、医疗设备仪器、精密仪器仪表及泵阀业等各个领域，特别适用于较恶劣的环境，如高温、强磁、 18 强腐蚀等环境）。 微晶氧化铝陶瓷具有高强度 (机械强度可达 150MPa)、高硬度 (莫氏硬度达 9)、耐磨损、耐腐蚀、耐高温及高绝缘、低介电损耗、电性能稳定等特性，是目前先进陶瓷材料中应用领域最广、用量最大、发展潜力最大的一种新型工业材料，且原材料供应可谓用之不绝（氧化铝地球表层含量达 15%）。 而基于本项目技术制成的纳米氧化铝具有更好的强度、硬度与耐磨损等性能指标，如耐磨损度提高 10 倍时产品成本仅增加不到 1 倍。 氧化锆陶瓷制品的强度、硬度等性能指标虽然比微晶氧化铝陶瓷制品更高，但制成成本远远高于纳米（或微晶）氧化铝陶瓷，且原材料供应日趋枯竭（氧化锆的来源之一斜锆石的矿产资源已近于枯竭，另一种来源通过锆英石脱氧化硅的过程是高能耗、高污染的）。 而基于本项目技术制成的纳米氧化铝陶瓷制品的强度、硬度、耐磨损等性能指标相当甚至超过氧化锆陶瓷制品，但成本则远低于其 50%。 因此，基于本项目技术制成的纳米氧化铝陶瓷制品将有巨大的市场容量和广阔的发展空间，且随着全球范围内的能源紧张和生态环境保护意识的增强，将会加快对现有 微晶氧化铝陶瓷制品和氧化锆陶瓷制品的替代推广速度。 19 第 四 章 场址选择 场址所在位置现状 高新区梧桐大道南侧（合盛光电产业公司厂区内） 场址建设条件 （ 1）基本市情 **********市 为 **********省直辖市。 位于 **********东北部，居东经 116176。 57′ — 117176。 42′ ，北纬 28176。 44′ — 29176。 56′ ，西北与安徽东至县交界，南与万年县、西与波阳县接壤，东北与安徽祁门县、东偏南与婺源县毗连。 全市土地面积 5256 平方公里。 据统计全市总人口为 万人，其中非农业人 口 万人。 （ 2） 自然 条件 气候特点 ： 属亚热带季风气候，温和湿润。 全年光照充足，雨量充沛，四季分明，冬季多偏北风，春夏之交梅雨绵绵，夏秋之际晴热天多。 年降水总量 ，年日照 小时，极端最高气温为℃ ，极端最低气温为 — ℃ ，年平均气温 ℃ ，无霜期 269 天 ，冰冻期短，气候宜人。 （ 3）基础设施条件 市域内电力供应充足，属赣东北专线供电网络。 拟建场地电源来自华东大电网。 所需电源由市供电局配送 ,可满足项目要求。 拟建场地水源由城市自来水网提供 ,能满足项目建设要求。 拟建场地中，将布置雨、污分流排水管道，排入市政管道中。 通讯发达，建有一个可无限增容的电信端局，并实现了中国移动和中国联通两个移动通讯的 20 无缝覆盖。 拟建场址市政道路上现已全部架设开通全国直拨程控电话及移动通讯，可满足项目固定和移动通讯要求。 **********市乃至赣东北的一个交通枢纽，交通优势十分明显，立体交通网络基本形成。 皖赣铁路南北纵贯境内， 公 路 西通武汉约 3小时车程；南到南昌、北至黄山约 2 小时车程；西至庐山 1 小时车程。 **********机场已开通北京、上海、广州等航线，昌江水道经疏浚后可直通鄱阳湖达长江。 21 第 五 章 技术方案、设备方案和工程方案 技术方案 技术简介 本项目为自主开发的世界首创生产工艺技术，主要创新点包括氧化铝原料的纳米级超细处理技术、氧化铝粉高效研磨技术、氧化铝研磨球与轴承的合理配方及先进等静压成型工艺、低温快速烧成工艺等，产品性能优良达到国际先进水平。 工艺技术原理 材料性能由材料的微观结构决定，陶瓷作为 三大材料之一其应用范围随着科学技术的发展得到了极大的提高，尤其在耐磨、耐高温、耐高电压，耐腐蚀等领域有着其它材料不可替代的功能。 作为结构陶瓷材料之一的氧化铝陶瓷因其价格适中，性能稳定成为结构陶瓷广泛使用的最佳材料。 氧化铝陶瓷的性能取决于刚玉晶体大小及分布情况。 当刚玉晶体尺寸控制在 1 微米左右时，其耐磨性能便与氧化锆相当 (氧化锆陶瓷之所以耐磨就在于它的晶粒尺寸控制在 1 微米左右 )，要制得以上尺寸的陶瓷材料须要求氧化铝粉体尺寸处于纳米范围 .当前制造纳米氧化铝粉料的办法是采用化学方法 ,将可溶性铝盐(AiCl3 、 AlNO3 或硫酸铝铵 )加氨沉淀再煅烧，氧化锆粉料制备也是如此。 化学方法成本太高，依此法制得的氧化铝纳米粉体成本不低于15 万元 /吨，这种氧化铝粉料多用于制造透明氧化铝陶瓷。 如红外视窗和高压钠灯管。 本项目纳米氧化铝粉料的制备采用物理方法结合高分子表面活 22 性材料制。 普通氧化铝陶瓷粉料通过研磨获得，当其粒度达到几微米时无论如何延长研磨时间也不可再细。 本项目改变大球研磨方法，采用小球搅拌研磨，同时加入高分子表面活性物质（醇类），效率增加十几倍，可制得原晶粒度小 200 纳米的氧化铝粉料。 氧化铝陶瓷制备环节中的各工艺条件都 对它的烧结和显微结构有极大影响。 这些制备环节包括：粉体的制备过程、粒径和粒度分布、成型方法、生坯密度、烧结温度、升温速率、保温时间、烧成气氛等。 原料粉体：原料粉体的影响，主要指的是粉体的粒径和粒度分布的影响。 但同时涉及粉体的制备过程，所含的杂质以及处理过程中的团聚现象等。 不同的粉体制备方法，由于自身的特点和采用的原料的区别，可能导致粉体在杂质的种类和含量、粉体的粒径和粒度分布上有较大差异，从而对氧化铝陶瓷的烧结和显微结构产生不同程度的影响。 例如溶胶 —— 凝胶制备的氧化铝粉具有高度的化学均匀性、高纯度、超微尺 寸颗粒，而传统的拜尔法生成的氧化铝粉则纯度较低，且存在严重的团聚现象。 国外学者研究了在保持颗粒中位粒径不变的情况下，改变颗粒尺寸分布的标准偏差来考察这种影响。 实验结果显示，宽颗粒分布使烧结中期致密化速率加快；窄分布延长烧结中期的时间，使烧结后期晶粒粗化现象减少，最终致密度较高。 这是由于级配的存在，使得样品颗粒之间接触点增多，减小了扩散路径的原因。 虽然初始致密化速率较高，但宽粒度分布同时强化了烧结中期晶粒的生长，由于晶粒生长与坯体致密化是两个相互竞争的反应，因而烧结中期致密化速率比近单一尺寸样品的致密化速率减 小的快。 另外，对于 23 给定的粉料系统，存在一个最合适的粒度分布范围，使样品表现最好的烧结性。 生坯密度：生坯的影响包括氧化铝生坯成型方法和生坯密度的影响。 氧化铝结构陶瓷的成型一般采用干压、等静压、热压和等静压热压法等。 不同的方法具有不同特点，对氧化铝陶瓷烧结性能和显微结构的影响也会有所不同，致密化速率强烈依赖于生坯密度，而晶粒生长则与生坯密度没有关系。 烧结体密度在相对密度 以下时，致密速率强烈依赖于生坯密度；当烧结体密度大于 时则没有明显的影响。 烧成工艺：在所有工艺参数中，温度对氧化铝的 烧结是最直接的影响因素。 产品的致密化速率、最终结构往往也反映了它经历过什么样的热处理过程。 在烧结早期，未经预热的样品致密化速率缓慢，预热后的样品致密速率随密度线性增加。 烧结后期，经过预热的样品在相对密度 97%后致密速率下降更快，最终致密度较低；未预热的样品最终致密度稍高。 未预热的样品晶粒大，而预热则使晶粒尺寸更加均一。 这是由于未经预热的样品早期致密化速率下降的时候，发生了晶粒的长大造成的。 合理配方：早在 1954 年，阿肯色州立大学的 Smothers 和 Reynolds 教授就添加剂对 Al2O3 烧结的影响作了大量的研究。 并按添加剂对 Al2O3 烧结作用的作用效果，划分成明显促进 Al2O3 烧结（包括 Ti、 Nb、 Mn、 Cu、 Ge 的氧化物），对 Al2O3 烧结无明显影响（包括 Ga、 Y、 P、 Fe、 Th、 Ce、 Zr、 Co 的氧化物）以及对 Al2O3 24 烧结起阻碍作用（主要包括卤素金属化合物、碱金属的氧化物等）的三类。 并对其机理进行了初步探讨。 时至今日，人们已经就添加剂对氧化铝烧结的影响机理进行了大量研究，并通过研究显微结构与性能之间的关系，深入探讨了添加剂对氧化铝陶瓷的影响，取得了初步共识：（ 1）添加剂自身或与基体反应生成液相：氧化 铝 是 玻 璃 的 中 间 体 ，在 许 多 玻 璃 中 都 具 有 一 定 的 溶 解 度，如MgOAl2O3SiO2(MAS), CaOAl2O3SiO2(CAS), Li2OAl2O3 SiO2 (LAS)系统。 在这些玻璃相存在的情况下，可通过溶解－沉淀机理，促进氧化铝烧结。 同时使氧化铝晶粒在长大过程中出现择优生长。 在一个方向上具有较高的生长速率，形成棒晶。 （ 2）与基体氧化铝形成固溶体。 （ 3）与基体氧化铝通过固相反应生长出新的复合相。 其他因素：其 它因素主要包括炉内气氛、烧结过程中是否加压等。 早在 1。