(咸陽(yáng)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(wú)堿池窯拉絲玻璃纖維是高新技術(shù)項目，屬?lài)耶a(chǎn)業(yè)政策重點(diǎn)鼓勵發(fā)展的項目。我國玻纖產(chǎn)量逐年遞增，2010年，我國玻纖產(chǎn)量將突破250萬(wàn)噸，在產(chǎn)池窯生產(chǎn)能力超過(guò)210萬(wàn)噸。無(wú)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(wú)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(wàn)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(cháng)期以來(lái)，玻纖的原料均采用浙江青田產(chǎn)葉蠟石，但由于我國葉蠟石資源有限，加之過(guò)度開(kāi)采，青田葉蠟石資源已幾乎殆盡，近些年，人們開(kāi)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(jìn)展。
葉蠟石或高嶺土礦通常含有許多其它礦物及雜質(zhì)，同一礦床的不同產(chǎn)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(jìn)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(chǎn)地高嶺土的成份差異較大，所以，要生產(chǎn)成份穩定的玻纖原料，必須要進(jìn)行配礦、均化。國內較先進(jìn)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(shí)間長(cháng)，且由于每種礦的不同，均化時(shí)間也不盡相同，而傳統的通過(guò)采樣、制樣、化驗室分析這樣一漫長(cháng)過(guò)程之后出來(lái)的結果已經(jīng)遠遠滯后，不能滿(mǎn)足連續生產(chǎn)，快速調整參數的需要等問(wèn)題。
我院通過(guò)研究高效均化技術(shù)，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用均化裝備，采用X熒光分析技術(shù)等手段，使池窯玻纖用非金屬礦的均化時(shí)間縮短近1小時(shí)，均化后產(chǎn)品質(zhì)量達到國際技術(shù)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(chǎn)品都必須將Al2O3的含量保證在規定值的±0.2%內波動(dòng)，所以必須在生產(chǎn)加工過(guò)程中采用洗礦，配礦，多次預均化，均化，其中的關(guān)鍵是均化技術(shù)，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(jìn)的均化技術(shù)是氣流均化技術(shù)。通常一個(gè)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(chǎn)實(shí)踐中，射流均化的效率和效果都不十分理想，經(jīng)檢測射流均化2小時(shí)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(chǎn)品均化度平均相差超過(guò)了0.4%，無(wú)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(chǎng)上玻纖原料的均化度無(wú)法達到池窯玻纖原料的質(zhì)量要求。
（1）工藝路線(xiàn)
我們通過(guò)從原料開(kāi)發(fā)、氣流均化技術(shù)創(chuàng )新、生產(chǎn)質(zhì)量監控產(chǎn)品質(zhì)量檢測三方面進(jìn)行了全方位的研究。采用加大風(fēng)量，多管路同時(shí)進(jìn)行幾種物料的均化混合等技術(shù)，并將主均化控制在上部特定自由空間，同時(shí)在料倉中部增設多個(gè)噴嘴再次進(jìn)行物料混合，料倉的下部增設內部構件，底部設有主風(fēng)管，這樣物料在倉內各個(gè)不同位置都可同時(shí)進(jìn)行氣流均化，從而大大縮短了均化的時(shí)間，提高了均化的效果，較傳統均化方式節省時(shí)間近一個(gè)小時(shí)。
生產(chǎn)線(xiàn)工藝流程如圖一。
圖1 生產(chǎn)線(xiàn)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(huán)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(fēng)組合分離器 17.輔助流化器 18.反吹系統 19.振動(dòng)器
其原理是同時(shí)將另外二至三種需配搭的中間物料，按比例同時(shí)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(jīng)上弧形板漏孔進(jìn)入第一均化室進(jìn)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(gè)特殊環(huán)形氣流混料噴嘴（7）形成的切向風(fēng)力作用下進(jìn)行高效混合，混合后經(jīng)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(jìn)行混合。第二均化室即床體中間區布置有6個(gè)環(huán)形式風(fēng)管，風(fēng)管的末端裝有數量多于12個(gè)的均化輔助噴嘴（10），每個(gè)噴嘴的角度和方向不近相同。在噴嘴的周邊設有導流環(huán)板（11），使物料產(chǎn)生部分旋轉和氣泡得到進(jìn)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(kāi)有無(wú)數個(gè)圓孔或方孔。構件的目的有三：第一是進(jìn)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(jìn)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(zhù)重要作用。
（2）均化試驗
我們采用3種高嶺土，1種葉蠟石進(jìn)行配礦優(yōu)化，并進(jìn)行了工業(yè)試驗，其均化后的產(chǎn)品我們通過(guò)在均化庫中縱向不同5個(gè)部位取樣進(jìn)行檢測，檢測采用X熒光分析儀進(jìn)行，檢測結果見(jiàn)表1，產(chǎn)品質(zhì)量達到國際池窯玻纖原料產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)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(chǎng)均采用傳統的EDTA絡(luò )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(jīng)過(guò)堿熔分解、稀堿，分離，絡(luò )合，回滴等多到工序，每批次測定至少需3～4小時(shí)方可完成。不但操作復雜，且溶解，測定中需接觸到化學(xué)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(guò)程需要實(shí)時(shí)監控，并依據均化情況以不斷調整均化參數及時(shí)間，所以傳統的化學(xué)方法就難以適應這種快速檢測的要求，所以隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)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(chǎn)中解決這一難題。
（1）組成及工作原理
X射線(xiàn)熒光分析儀由X射線(xiàn)發(fā)生裝置(包括高壓發(fā)生器、X射線(xiàn)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(jiàn)下圖3。
熒光儀采用X射線(xiàn)激發(fā)被分析元素的原子，從而產(chǎn)生元素的特征X射線(xiàn)，具有特征波長(cháng)的X射線(xiàn)被Si(Li)探測器(在液氮條件下工作)接收，產(chǎn)生電流脈沖，經(jīng)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(jīng)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(xiàn)的制作
此次實(shí)驗首先采用國產(chǎn)FJ-2810G型能量色散X射線(xiàn)熒光分析儀，Rh銠靶X射線(xiàn)管，電壓50kV；并結合在某一玻纖廠(chǎng)的應用情況。
樣品制備采用粉末壓片技術(shù)，根據實(shí)際玻纖廠(chǎng)要求原料細度為+325目≤0.2%，本次實(shí)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(chǎn)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(guò)對樣品產(chǎn)生的X射線(xiàn)的計數強度進(jìn)行測定，再通過(guò)預先建立的計數強度與元素百分含量的曲線(xiàn)關(guān)系來(lái)間接測定元素的含量。因此標準曲線(xiàn)的精確是分析準確的前提，本次測試中我們選用經(jīng)化學(xué)分析多次測定得出的Al 2O 3及Fe 2O 3準確結果的產(chǎn)地不同高嶺土樣品16個(gè)。標準樣品各元素百分含量梯度的變化方向與實(shí)際試樣的變化方向相一致，根據實(shí)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(chǎn)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(gè)樣品對儀器進(jìn)行了測試，測試主要針對Al 2O 3和Fe 2O 3兩種元素，化學(xué)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 |
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備注：C-化學(xué)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?xún)?，Fe2O3的偏差值在±0.03%以?xún)?，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(jìn)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(chuàng )新工藝技術(shù)及均化裝備，將多物料通過(guò)多管路同時(shí)送入腔體，并在腔體形成多個(gè)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(zhì)量指標要求，且較傳統均化方式節省時(shí)間近1h，在節能降耗的同時(shí)大大降低了產(chǎn)品成本。
（2）X熒光分析法可以替代傳統化學(xué)方法用于均化工藝中的產(chǎn)品質(zhì)量檢測。
均化中采用X熒光分析儀進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量監測，準確度及重復性均可達到生產(chǎn)要求，無(wú)化學(xué)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(chǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中具有廣闊的應用前景。
(廈門(mén)非金屬礦加工與應用技術(shù)交流會(huì ),發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志）
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