(咸陽非金屬礦研究設計院有限公司/馬亮，陳雄祝，王新江，陳媛媛）1、前言
無堿池窯拉絲玻璃纖維是高新技術項目，屬國家產業政策重點鼓勵發展的項目。我國玻纖產量逐年遞增，2010年，我國玻纖產量將突破250萬噸，在產池窯生產能力超過210萬噸。無堿池窯玻纖原材料是以硅酸鹽礦物中的SiO2、Al2O3為骨架材料，該骨架材料在無堿玻纖中的用量約80%，由此推算，我國目前池窯玻纖年需非金屬礦硅酸鹽礦物己近170萬噸。所以，池窯玻纖拉絲的好壞，礦物骨架材料的成份穩定性是影響玻纖拉絲的重要指標之一。長期以來，玻纖的原料均采用浙江青田產葉蠟石，但由于我國葉蠟石資源有限，加之過度開采，青田葉蠟石資源已幾乎殆盡，近些年，人們開始尋找新型玻纖用原料替代資源——高嶺石，我院與多家單位合作已在該方面取得了突破性進展。
葉蠟石或高嶺土礦通常含有許多其它礦物及雜質，同一礦床的不同產出地段其Al2O3的含量變化也較大，因此要保證玻纖用骨架材料的成份穩定性，必須要對非金屬礦粉進行均化，使主成分Al2O3的含量保持穩定，確保玻纖拉絲穩定。
由于同一產地高嶺土的成份差異較大，所以，要生產成份穩定的玻纖原料，必須要進行配礦、均化。國內較先進的氣泡床和射流均化等均化方式，存在均化物料單一，均化時間長，且由于每種礦的不同，均化時間也不盡相同，而傳統的通過采樣、制樣、化驗室分析這樣一漫長過程之后出來的結果已經遠遠滯后，不能滿足連續生產，快速調整參數的需要等問題。
我院通過研究高效均化技術，開發專用均化裝備，采用X熒光分析技術等手段，使池窯玻纖用非金屬礦的均化時間縮短近1小時，均化后產品質量達到國際技術標準水平。
2、原料加工
池窯玻纖原料除了對如Fe2O3、TiO2 、K2O、Na2O、S、C及藍晶石、紅柱石、剛玉、明礬石、水鋁石等要嚴格限制外，對Al2O3的含量要求也極為嚴格，每一批產品都必須將Al2O3的含量保證在規定值的±0.2%內波動，所以必須在生產加工過程中采用洗礦，配礦，多次預均化，均化，其中的關鍵是均化技術，均化的好壞直接影響物料各部位Al2O3的含量，對最終池窯玻纖拉絲有重要影響。
常用的均化方式有機械倒庫、混合室連續均化或漏斗流均化庫等方式，目前國內較先進的均化技術是氣流均化技術。通常一個均化庫至少100噸，要使倉內物料完全沸騰均化，需要相當大的能量，所以國內氣流均化主要以氣泡床和射流均化為主。在生產實踐中，射流均化的效率和效果都不十分理想，經檢測射流均化2小時后，在不同層面上取樣分析，Al2O3仍相差較大，上下層最大相差可達0.8以上，有30-40%產品均化度平均相差超過了0.4%，無法保證Al2O3精度0.2%的嚴格要求，氣泡床均化的效率更是不理想，因而目前市場上玻纖原料的均化度無法達到池窯玻纖原料的質量要求。
（1）工藝路線
我們通過從原料開發、氣流均化技術創新、生產質量監控產品質量檢測三方面進行了全方位的研究。采用加大風量，多管路同時進行幾種物料的均化混合等技術，并將主均化控制在上部特定自由空間，同時在料倉中部增設多個噴嘴再次進行物料混合，料倉的下部增設內部構件，底部設有主風管，這樣物料在倉內各個不同位置都可同時進行氣流均化，從而大大縮短了均化的時間，提高了均化的效果，較傳統均化方式節省時間近一個小時。
生產線工藝流程如圖一。
圖1 生產線工藝流程
圖2 均化庫示意圖
1.均化器 2.床體 3.上料管 4.上料管 5.上弧形板 6.下弧形板 7.混料噴嘴 8.混料管9.均化輔助管 10.均化輔助噴嘴 11.導流環板 12.內部構件 13.引導管 14.主噴嘴 15.密封單向閥16.高效旋風組合分離器 17.輔助流化器 18.反吹系統 19.振動器
其原理是同時將另外二至三種需配搭的中間物料，按比例同時輸送至床體上方自由區第一均化室上弧形板（5）上方區域，混合后經上弧形板漏孔進入第一均化室進行氣流混合。由于第一均化室是在自由空間區域，物料在多個特殊環形氣流混料噴嘴（7）形成的切向風力作用下進行高效混合，混合后經下弧形板（6）漏孔和四根混料管（8）分別將物料強行分配給密相區不同高度的區間進行混合。第二均化室即床體中間區布置有6個環形式風管，風管的末端裝有數量多于12個的均化輔助噴嘴（10），每個噴嘴的角度和方向不近相同。在噴嘴的周邊設有導流環板（11），使物料產生部分旋轉和氣泡得到進一步流化。床層下部密相區設一與床體外形相似的內部構件（12）和噴射床（14），為第三，第四均化室。構件的上部和周邊開有無數個圓孔或方孔。構件的目的有三：第一是進一步合理分散與混合物料；第二是克服漏斗流，將密相區的物料按合理比例進行噴射均化；第三可以大大減小主噴嘴的壓強。第四均化室在流化床均化作用中起著重要作用。
（2）均化試驗
我們采用3種高嶺土，1種葉蠟石進行配礦優化，并進行了工業試驗，其均化后的產品我們通過在均化庫中縱向不同5個部位取樣進行檢測，檢測采用X熒光分析儀進行，檢測結果見表1，產品質量達到國際池窯玻纖原料產品質量標準。
表1 均化試驗檢測結果
| 編號 |
檢測項目(%) |
| Al2O3 |
Fe2O3 |
TiO2 |
K2O |
Na2O |
SO3 |
| 1 |
17.63 |
0.20 |
0.23 |
0.16 |
0.10 |
0.43 |
| 2 |
17.72 |
0.20 |
0.23 |
0.15 |
0.10 |
0.42 |
| 3 |
17.60 |
0.20 |
0.23 |
0.15 |
0.10 |
0.40 |
| 4 |
17.61 |
0.20 |
0.23 |
0.14 |
0.10 |
0.39 |
| 5 |
17.60 |
0.20 |
0.23 |
0.14 |
0.10 |
0.39 |
3. 產品質量監測
準確地測定原料中Al 2O 3的含量，現有絕大部分玻纖廠均采用傳統的EDTA絡合滴定法，測出鋁、鈦的合量，再從合量中差減法求得含鋁量，該方法需經過堿熔分解、稀堿，分離，絡合，回滴等多到工序，每批次測定至少需3～4小時方可完成。不但操作復雜，且溶解，測定中需接觸到化學試劑，對操作人員有所影響。
由于玻纖用非金屬礦原料的均化過程需要實時監控，并依據均化情況以不斷調整均化參數及時間，所以傳統的化學方法就難以適應這種快速檢測的要求，所以隨著自動化技術和檢測技術的發展，具有分析準確、方便、快速的X熒光分析儀就被應用于池窯玻纖用非金屬礦原料生產中解決這一難題。
（1）組成及工作原理
X射線熒光分析儀由X射線發生裝置(包括高壓發生器、X射線管、控制器)及防護裝置、樣品室、Si(Li)半導體探測器及計算機多道裝置、控制單元及儀器附屬部分、應用軟件等各部分組成，系統方框圖見下圖3。
熒光儀采用X射線激發被分析元素的原子，從而產生元素的特征X射線，具有特征波長的X射線被Si(Li)探測器(在液氮條件下工作)接收，產生電流脈沖，經前置放大器、主放大器、AD轉換器轉換成數字量被多道譜儀采集，根據譜峰信息鑒定出樣品中存在的元素及其峰強度，經計算機處理得到樣品中各元素的含量。
圖3 熒光分析儀硬件系統方框圖
（2）試驗準備及標準曲線的制作
此次實驗首先采用國產FJ-2810G型能量色散X射線熒光分析儀，Rh銠靶X射線管，電壓50kV；并結合在某一玻纖廠的應用情況。
樣品制備采用粉末壓片技術，根據實際玻纖廠要求原料細度為+325目≤0.2%，本次實驗中，我們也將標準樣品及測試樣品粉磨達到+325目≤0.2%同一細度，以降低其礦物效驗，同樣粒度，使得產生粒度效應趨于一致，因此，粒度效應的影響基本可以忽略；然后以硼酸為背景粘合劑，加壓成型。
由于X熒光分析儀是通過對樣品產生的X射線的計數強度進行測定，再通過預先建立的計數強度與元素百分含量的曲線關系來間接測定元素的含量。因此標準曲線的精確是分析準確的前提，本次測試中我們選用經化學分析多次測定得出的Al 2O 3及Fe 2O 3準確結果的產地不同高嶺土樣品16個。標準樣品各元素百分含量梯度的變化方向與實際試樣的變化方向相一致，根據實際測試各樣品含量范圍，標樣選取含量范圍：Al 2O 318%～22%之間，Fe 2O 30.3～0.5%，確保涵蓋生產中可能出現的所有含量。
（3） 樣品的測定
①準確性測試
為了考核儀器的準確性，我們選取了多個樣品對儀器進行了測試，測試主要針對Al 2O 3和Fe 2O 3兩種元素，化學分析及X熒光分析儀測定結果對比如下表2：
表2 X熒光分析儀樣品準確性測試結果（%）
| 樣品編號 |
內容 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
| 1 |
C |
20.8 |
0.39 |
| XRFX |
20.62 |
0.41 |
| 偏差 |
0.18 |
-0.02 |
| 2 |
C |
19.75 |
0.38 |
| XRFX |
19.74 |
0.4 |
| 偏差 |
0.01 |
-0.02 |
| 3 |
C |
19.6 |
0.37 |
| XRFX |
19.69 |
0.39 |
| 偏差 |
-0.09 |
-0.02 |
| 4 |
C |
20.04 |
0.39 |
| XRFX |
19.9 |
0.4 |
| 偏差 |
0.14 |
-0.01 |
| 5 |
CA |
20.02 |
0.39 |
| XRFX |
19.92 |
0.4 |
| 偏差 |
0.10 |
-0.01 |
| 6 |
CA |
19.97 |
0.42 |
| XRFX |
19.98 |
0.39 |
| 偏差 |
-0.01 |
0.03 |
| 7 |
CA |
19.71 |
0.38 |
| XRFX |
19.73 |
0.39 |
| 偏差 |
-0.02 |
-0.01 |
| 8 |
CA |
19.73 |
0.37 |
| XRFX |
19.8 |
0.39 |
| 偏差 |
-0.07 |
-0.02 |
| A |
CA |
17.64 |
|
| XRFX |
17.50 |
|
| 偏差 |
0.14 |
|
| B |
CA |
17.59 |
|
| XRFX |
17.65 |
|
| 偏差 |
-0.06 |
|
備注：C-化學分析 XRFX-熒光分析
由上表測試結果可看出，Al2O3的偏差值均在±0.18%以內，Fe2O3的偏差值在±0.03%以內，準確度較高。
②重復性測試
為了測試重復性，還將同一樣品反復5次進行了Al 2O 3含量值測定，計算其極差為0.12。測試結果如表3：
表3 X熒光分析儀樣品重復性測試結果
| 樣品編號 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
極差 |
| Al2O3（%） |
17.64 |
17. 76 |
17. 54 |
17.59 |
17.61 |
0.12 |
4. 結論
（1）高嶺土完全可以替代葉蠟石作為池窯玻纖原料。
高嶺土采用創新工藝技術及均化裝備，將多物料通過多管路同時送入腔體，并在腔體形成多個強力均化區域，均化后腔體各部位Al2O3含量差≤0.2%，各項指標均達到池窯玻纖用原料質量指標要求，且較傳統均化方式節省時間近1h，在節能降耗的同時大大降低了產品成本。
（2）X熒光分析法可以替代傳統化學方法用于均化工藝中的產品質量檢測。
均化中采用X熒光分析儀進行產品質量監測，準確度及重復性均可達到生產要求，無化學藥劑污染，工作周期僅為10min，可根據測試結果迅速調整工藝參數，適合大批量連續生產，在生產實踐中具有廣闊的應用前景。
(廈門非金屬礦加工與應用技術交流會,發表于中國粉體技術雜志）
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