第三章生產(chǎn)工藝過程坯料制備

材料科學(xué)與工程學(xué)院第一節(jié)原料的加工過程一、原料的精選陶瓷工業(yè)中所使用的天然原料中，一般都或多或少的含有一些雜質(zhì)。如粘土礦物中，常含有一些未風(fēng)化完全的母巖、游離石英、云母類礦物、長(zhǎng)石碎榍、鐵和鈦的氧化物及化合物，以及樹皮、草根等一些有機(jī)雜質(zhì)。長(zhǎng)石、石英原料中，除表面的污泥、水銹等雜質(zhì)外，還常有一些云母類礦物。這些雜質(zhì)的存在，降低了原料的品位，直接影響制品的性能及外觀質(zhì)量。故在使用之前，一般要進(jìn)行精選處理。材料科學(xué)與工程學(xué)院精選的方法主要有下列幾類：1.物理方法：是指利用機(jī)械的方法使原料均勻、分級(jí)或除去雜質(zhì)，如：淘洗、過篩、攪拌、磁選等。

2.化學(xué)方法：是指利用化學(xué)方法對(duì)原料對(duì)原料進(jìn)行處理。如：融解法、升華法等。

3.物理化學(xué)方法：如：浮選法、電解法等。浮選法是利用各種礦物對(duì)水的潤(rùn)濕性不同，從浮選液中將憎水顆粒粘附在氣泡上浮游分離的方法。電解法是基于電化學(xué)原理除去混雜在原料顆粒中含鐵雜質(zhì)的一種方法。材料科學(xué)與工程學(xué)院二、原料的預(yù)燒和風(fēng)化㈠原料的預(yù)燒1.穩(wěn)定晶型工業(yè)氧化鋁的主晶相是γ-Al2O3。要得到性能良好、高溫穩(wěn)定的α-Al2O3通常在進(jìn)行預(yù)燒，為促進(jìn)晶型轉(zhuǎn)變，常加入0.3～3%的H3BO3。在生產(chǎn)電子陶瓷時(shí)，TiO2要進(jìn)行預(yù)燒，使其全部轉(zhuǎn)變成金紅石相。氧化鋯有三個(gè)晶型，其中單斜相和四方相之間的轉(zhuǎn)變是可逆的并伴有7％～9％的體積轉(zhuǎn)變，用其作原料時(shí)，要進(jìn)行預(yù)燒，防止制品開裂。材料科學(xué)與工程學(xué)院2.改變物性滑石具有片狀結(jié)構(gòu)，成形時(shí)易造成泥料分層和顆粒的定向排列，引起產(chǎn)品的變形和開裂。大量使用時(shí)要預(yù)燒，使其轉(zhuǎn)變?yōu)槠杷徭V，破壞原有的片狀結(jié)構(gòu)。大塊石英巖質(zhì)地堅(jiān)硬，粉碎困難。利用石英573℃晶型轉(zhuǎn)變所發(fā)生的體積效應(yīng)，將石英粉碎前預(yù)燒，然后急冷，使之產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，原料變脆，可大大提高粉碎效率。材料科學(xué)與工程學(xué)院㈡原料的風(fēng)化風(fēng)化是將開采出來的粘土原料堆放在露天，經(jīng)過長(zhǎng)期（一般為4～6個(gè)月）陽(yáng)光的照射、雨雪的溶解和冰凍的作用后原料內(nèi)部即發(fā)生分散、崩裂變化。材料科學(xué)與工程學(xué)院對(duì)于某些原料，如硬質(zhì)頁(yè)巖和具有中下等可塑性的粘土，風(fēng)化可起到如下作用：

1.能使原料中的水分均勻；

2.能增加耐火度——可溶鹽被洗去一部分；

3.能增加原料的可塑性——提高顆粒細(xì)度；

4.促進(jìn)原料分裂，利于粉碎處理，便于選料。材料科學(xué)與工程學(xué)院㈢原料的合成有固相法、液相法和氣相法三大類。

其它課程已講述。材料科學(xué)與工程學(xué)院第二節(jié)坯料的制備一、破碎㈠破碎是對(duì)塊狀固體物料施加外力，使之克服內(nèi)聚力，分裂為若干碎塊的作業(yè)過程。材料科學(xué)與工程學(xué)院㈡破碎的方法：材料科學(xué)與工程學(xué)院㈢破碎比破碎比是原料和破碎產(chǎn)品的粒度之比，表征破碎作業(yè)前后粒度的變化程度。材料科學(xué)與工程學(xué)院㈣破碎設(shè)備序種類

平均細(xì)度常用設(shè)備1粗碎4～5mm顎式破碎機(jī)2中碎

0.3～0.5mm輪碾機(jī)3碎

細(xì)10～100μm球磨機(jī)、雷蒙機(jī)4

超細(xì)1～10μm震動(dòng)磨（干法）0.1～1μm震動(dòng)磨（濕法）0.01～0.1μm氣流粉碎機(jī)材料科學(xué)與工程學(xué)院顎式破碎機(jī)，屬粗碎設(shè)備，是利用其顎板對(duì)物料進(jìn)行擠壓而破碎的一種設(shè)備。進(jìn)料出料口定顎動(dòng)顎往復(fù)擺動(dòng)1.顎式破碎機(jī)顎式破碎機(jī)固定點(diǎn)材料科學(xué)與工程學(xué)院2.輪碾機(jī)利用碾輪和碾盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使碾盤上的物料碾碎的機(jī)械。材料科學(xué)與工程學(xué)院利用筒體內(nèi)的研磨體與物料反復(fù)撞擊、研磨，將各種物料混合均勻并達(dá)到一定細(xì)度的機(jī)械。

3.球磨機(jī)

材料科學(xué)與工程學(xué)院筒體出料口加料口球磨子內(nèi)襯球磨機(jī)的構(gòu)造材料科學(xué)與工程學(xué)院轉(zhuǎn)速太慢球磨子在筒中滑動(dòng)轉(zhuǎn)速適中球磨子在筒中做拋物運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速太快球磨子貼筒壁做離心運(yùn)動(dòng)材料科學(xué)與工程學(xué)院當(dāng)球磨機(jī)內(nèi)徑小于1.25m時(shí)：當(dāng)球磨機(jī)內(nèi)徑大于1.25～1.75時(shí)：當(dāng)球磨機(jī)內(nèi)徑大于1.7m時(shí)：怎樣確定球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速呢？根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速與筒體的直徑有如下關(guān)系：式中：D—球磨機(jī)筒體的有效內(nèi)徑,

n—球磨機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。材料科學(xué)與工程學(xué)院料、球、水的比例怎樣確定？如加水過少，則料漿太濃，磨球粘上一層原料，或者磨球自身粘在一起，減弱了研磨和沖擊作用；如加水過多，料漿太稀，球料易“打滑”，也降低研磨效率。加水時(shí)，除要求填滿磨球及原料之間的空隙外，還應(yīng)考慮原料的吸水性能。

球磨普通坯料時(shí)，料、球、水的比例約為1：（1.5～2）：（0.8～1.2）。

在固定的容積中，料多了，球就少了，反之亦然。經(jīng)驗(yàn)表明：球磨機(jī)最適宜的裝料量以達(dá)到全容積的80%為佳。材料科學(xué)與工程學(xué)院

經(jīng)過本工序，各種具有一定配比的原料，加水后，充分混合均勻并磨細(xì)，獲得含水分約45%～60%的陶瓷原料混合體——泥漿。材料科學(xué)與工程學(xué)院4.環(huán)輥磨機(jī)（俗稱雷蒙機(jī)）工作時(shí)，將需要粉碎的物料從主機(jī)罩殼側(cè)面的進(jìn)料口中加入機(jī)內(nèi)，依靠懸掛在主機(jī)梅花架上的磨輥裝置，繞著垂直軸線公轉(zhuǎn)，同時(shí)本身自轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用，磨輥向外擺動(dòng)，緊壓于磨環(huán)，使鏟刀鏟起物料，送到磨輥與磨環(huán)之間，加磨輥的滾轉(zhuǎn)而達(dá)到粉碎物料之目的。材料科學(xué)與工程學(xué)院風(fēng)選過程：物料研磨后，風(fēng)機(jī)將吹入主機(jī)殼內(nèi)，吹起粉末，經(jīng)置于研磨室上方的分析器進(jìn)行分選，細(xì)度過粗的物料又落入研磨室重磨，細(xì)度合乎規(guī)格的，隨風(fēng)流通進(jìn)入大旋風(fēng)收集器，收集后經(jīng)出粉管排出，即為成品。風(fēng)流通由大旋風(fēng)器上端的回風(fēng)管回入風(fēng)機(jī)，風(fēng)路是循環(huán)的并且在負(fù)壓狀態(tài)下流動(dòng)，由于物料中所含水份在研磨室蒸發(fā)，產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致循環(huán)風(fēng)路的風(fēng)量增加，多余的風(fēng)量經(jīng)風(fēng)機(jī)與主機(jī)中間的廢氣箱排出，進(jìn)入小旋風(fēng)收集器，進(jìn)行凈化處理。材料科學(xué)與工程學(xué)院雷蒙機(jī)構(gòu)造圖材料科學(xué)與工程學(xué)院雷蒙機(jī)工作原理示意圖材料科學(xué)與工程學(xué)院雷蒙機(jī)安裝圖材料科學(xué)與工程學(xué)院流化床式氣流粉碎機(jī)的粉碎室四周設(shè)有相向排列的經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的高壓進(jìn)氣噴嘴，經(jīng)過凈化和干燥的壓縮空氣自噴嘴射出，形成超聲速氣流。物料在高速氣流交點(diǎn)中心發(fā)生碰撞，瞬間內(nèi)被粉碎。經(jīng)粉碎的粒子隨氣流上升至分級(jí)室，合格的粒子隨氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離器，最終獲得所需產(chǎn)品，尾氣進(jìn)入除塵器排出。

氣流粉碎機(jī)工作原理5.氣流粉碎機(jī)材料科學(xué)與工程學(xué)院

1、加料5、粉碎區(qū)2、分級(jí)區(qū)6、進(jìn)氣3、出料7、細(xì)料4、傳輸區(qū)8、粗料氣流粉碎機(jī)工作原理示意圖材料科學(xué)與工程學(xué)院氣流粉碎機(jī)安裝圖材料科學(xué)與工程學(xué)院過篩篩分就是把固體顆粒分成大小相等的不同粒子組。二、過篩和除鐵一般采用震動(dòng)篩過篩，振幅1～3mm，振動(dòng)頻率1200～2000轉(zhuǎn)/分，其特點(diǎn)是產(chǎn)量高，不易堵塞。陶瓷粉料的粒度（萬孔篩，250目，61μm）一般控制在0.1～61μm之間。材料科學(xué)與工程學(xué)院除鐵是減少產(chǎn)品的色斑，增加白度的重要措施。一般采用磁選機(jī)和恒磁鐵塊除鐵。濕式除鐵比在粉料狀態(tài)下的干式除鐵效果好。泥漿進(jìn)口泥漿出口材料科學(xué)與工程學(xué)院三、泥漿的儲(chǔ)存、攪拌和運(yùn)輸泥漿儲(chǔ)存有利于改善泥漿的性能并均化泥漿。1.儲(chǔ)存陶瓷泥漿一般在六角形漿池中儲(chǔ)存2～3天后再使用。漿池D為攪拌器葉片直徑的4倍，d為葉片直徑的1.52倍，D＝1.5H，池底角一般為45°。材料科學(xué)與工程學(xué)院攪拌是防止泥漿分層和沉淀。攪拌是利用攪拌器對(duì)泥漿不停地?cái)噭?dòng)。2.攪拌材料科學(xué)與工程學(xué)院輸送是對(duì)泥漿的運(yùn)輸。利用泥漿泵（隔膜泵或注塞泵）對(duì)泥漿進(jìn)行輸送。3.輸送材料科學(xué)與工程學(xué)院三、泥漿的脫水和造粒脫水是脫除泥漿中的水分。一般泥漿中含45～60%的水，除注漿成形外，不能直接用于其它方法成形，需要進(jìn)行脫水處理。生產(chǎn)中，泥漿的脫水方法主要有兩種：一種是機(jī)械脫水，可得到含水量為20～25％的坯料；一種是熱風(fēng)脫水，可得到含水量在8％以下的坯料。材料科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械脫水（壓濾法）壓濾可使泥漿變?yōu)槟嗔稀C(jī)械脫水的設(shè)備為間歇式室式壓濾機(jī)，又稱榨泥機(jī)，是利用高壓泥漿泵送入壓濾機(jī)的腔室，通過濾布脫水的一種設(shè)備。泥漿用低壓(0.3～0.4MPa)輸送，隨著壓濾的進(jìn)行，壓力逐漸升高至0.8～1.5MPa壓濾周期為1～2小時(shí)，泥餅水分為20～25％。材料科學(xué)與工程學(xué)院泥漿輸送泵壓濾機(jī)材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力濾布排水槽排水排水壓濾機(jī)示意圖濾板材料科學(xué)與工程學(xué)院

經(jīng)過本工序后，使含水分約45%～60%的泥漿變成了含水量為20～25％的泥料，但水分分布不均勻，需經(jīng)過練泥工序方可使用。材料科學(xué)與工程學(xué)院熱風(fēng)脫水（噴霧干燥）

噴霧干燥的設(shè)備是噴霧干燥器（塔），它將泥漿經(jīng)一定裝置分散成霧狀的細(xì)滴，然后在塔內(nèi)與熱空氣進(jìn)行熱交換，將霧狀細(xì)滴中的水分蒸發(fā)，最后得到含水量在8％以下，具有一定粒度的球形粉料。噴霧干燥器其關(guān)鍵是霧化（分散）、干燥（熱交換）、造粒六個(gè)字。材料科學(xué)與工程學(xué)院熱風(fēng)進(jìn)口霧化出料口回風(fēng)口離心力重力分體顆粒噴霧干燥器工作示意圖材料科學(xué)與工程學(xué)院

經(jīng)過本工序后，得到含水量在8％以下，具有一定粒度的球形粉料。也就是說，噴霧干燥可使泥漿變?yōu)榉哿?。材料科學(xué)與工程學(xué)院四、練泥練泥可以排除泥餅中的殘留空氣、使泥料組織結(jié)構(gòu)均勻，從而提高泥料的致密度和可塑性，改善成形性能，進(jìn)而提高坯體的干燥強(qiáng)度和瓷器的機(jī)械強(qiáng)度。泥料出口泥料進(jìn)口真空練泥機(jī)材料科學(xué)與工程學(xué)院真空練泥機(jī)剖面圖材料科學(xué)與工程學(xué)院泥團(tuán)泥團(tuán)泥團(tuán)氣泡切開排氣攪合成團(tuán)練泥機(jī)練泥過程示意圖材料科學(xué)與工程學(xué)院

經(jīng)過上述工序，可獲得含水量為20～25％的可塑泥料。真空練泥的目的：增加可塑性；水分均勻；減少氣孔。材料科學(xué)與工程學(xué)院綜上所述，原料經(jīng)過加工可獲得：粘土+水泥漿泥料粉料含水約20～25％含水量≤8％含水約45%～60%物料的三種形態(tài)配其它輔料材料科學(xué)與工程學(xué)院

為什么要將陶瓷物料加工后變成上述三種形態(tài)呢？

當(dāng)然是為了后續(xù)工序的需要?！沾傻某尚胃戒涃Y料：不需要的可以自行刪除2023/3/14甲醇合成工藝介紹一、課題的研究背景和意義甲醇是一種具有多種用途的基本有機(jī)化工產(chǎn)品，除了在化工方面的多種應(yīng)用外，它還可以作為清潔燃料在汽車中代替汽油或與汽油摻混使用，以甲醇為燃料的燃料電池也即將投入商業(yè)運(yùn)行。另外，甲醇在變壓吸附制氫中作為裂解原料也得到了初步利用。另一方面，用甲醇制取微生物蛋白(SCP)作為飼料乃至食品添加劑有著巨大的市場(chǎng)潛力。二、甲醇的合成方法及流程

（1）木材干餾法

在1924年以前，甲醇幾乎全部是用木材分解干餾來生產(chǎn)的。甲醇的世界產(chǎn)量當(dāng)時(shí)只有4500t。用60－100kg木材干餾只能獲得約1kg的甲醇，1m3白樺木只能制得5－6kg的甲醇，而1m3的針葉樹木只能得到2－3kg的甲醇。這種“森林化學(xué)”的甲醇含有丙酮和其他雜質(zhì)，要從甲醇中除去這些雜質(zhì)比較困難。由于甲醇的需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。因此人們開始采用化學(xué)合成的方法生產(chǎn)甲醇。（2）氣相合成甲醇法氣相合成甲醇的主要反應(yīng)式為：CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol①當(dāng)有CO2存在時(shí)，CO2按下列反應(yīng)生成甲醇：CO2+H2＝CO+H2O(g) △H=+41.3kJ/mol ②CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol ③上述②、③兩步的總反應(yīng)式為：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol副反應(yīng)產(chǎn)物：成烴、高碳醇、醚、醛、酸、酯及單質(zhì)碳等；反應(yīng)特點(diǎn)：強(qiáng)放熱反應(yīng)；

以甲烷或者一氧化碳與氫氣的混合氣為原料氣合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓三種方法。高壓法：即用二氧化碳與氫在高溫（340－420℃）高壓（30.0－50.0MPa）下用鋅-鉻氧化物催化劑合成甲醇。用此法生產(chǎn)甲醇已有七十多年的歷史，這是八十年代以前世界各國(guó)生產(chǎn)甲醇的主要方法。高壓法合成甲醇由于操作壓力高，動(dòng)力消耗大，設(shè)備復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點(diǎn)正在逐漸淘汰。2023/3/14高壓法(25MPa~32MPa）甲醇合成工藝流程低壓法：

即用一氧化碳與氫氣為原料在低壓（5.0MPa）和275℃左右的溫度下，采用銅基催化劑（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。低壓法成功的關(guān)鍵是采用了銅基催化劑，它的活性和選擇性比鋅-鉻催化劑活性好得多，使甲醇合成反應(yīng)能在較低的壓力和溫度下進(jìn)行。因此，消耗在副反應(yīng)中原料氣和粗甲醇中的雜質(zhì)都比較少。低壓法合成工藝主要有英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司（ICI）和德國(guó)魯奇（Lurqi）的工藝

2023/3/14ICI法低壓甲醇合成工藝流程

工藝流程特點(diǎn)：相對(duì)低的溫度和壓力下操作，節(jié)省能耗，同時(shí)抑制甲烷化反應(yīng)及其他副反應(yīng)；采用多段冷激式合成塔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化劑裝卸方便，使用壽命長(zhǎng)。

2023/3/14第二章液體燃料及其添加劑56ICI多段冷激型甲醇合成反應(yīng)器ICI多段冷激塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：反應(yīng)床層由若干絕熱段組成，兩段之間通入冷的原料氣，使反應(yīng)氣體冷卻，以使各段的溫度維持在一定值；塔體是空筒，塔內(nèi)無催化劑筐，催化劑不分層，由惰性材料支撐，冷激氣體噴管直接插入床層，并有特殊設(shè)計(jì)的菱形冷卻氣體分布器；優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)嗡僮髂芰Υ?，控溫方便，冷激采用菱形分布器專利技術(shù)，催化劑層上下貫通，裝卸方便，易于放大，目前普通塔的容量為2300t/d，高空隙率塔的容量達(dá)7600t/d；缺點(diǎn)：催化劑床層溫差較大（軸向：～70℃，徑向：～23℃）、有部分氣體與未反應(yīng)氣體之間的返混、催化劑時(shí)空產(chǎn)率不高，用量較大、單程轉(zhuǎn)化率較低（僅為15%～20%）。ICI多段冷激型甲醇合成反應(yīng)器

2023/3/14Lurgi法低壓甲醇合成工藝流程

2023/3/14第二章液體燃料及其添加劑58Lurgi管殼型甲醇合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形似列管式換熱器，在塔內(nèi)，列管中裝填催化劑，管間為沸騰水；原料氣與出塔氣換熱至230℃左右進(jìn)入合成塔，反應(yīng)放出的熱經(jīng)管壁傳給管間的沸騰水，產(chǎn)生4MPa左右的飽和蒸汽，用來驅(qū)動(dòng)透平壓縮機(jī)。合成塔全系統(tǒng)的溫度條件用蒸汽壓來控制，從而保證催化劑床層大致為等溫。優(yōu)點(diǎn)：催化劑床層溫差較小、單程轉(zhuǎn)化率較高（可達(dá)50%）、催化劑使用壽命較長(zhǎng)（4年～5年）、熱能利用合理、設(shè)備緊湊，開停車方便，合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少，甲醇質(zhì)量高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作較困難、材料要求高、放大較困難。經(jīng)典管殼塔的最大生產(chǎn)能力（經(jīng)濟(jì)型塔）為1500t/d。全世界現(xiàn)有Lurgi裝置37套，甲醇總生產(chǎn)能力達(dá)1600萬t/a以上。中壓法：

中壓法是在低壓法研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的，由于低壓法操作壓力低，導(dǎo)致設(shè)備體積相當(dāng)龐大，不利于甲醇生產(chǎn)的大型化。因此發(fā)展了壓力為10MPa左右的甲醇中壓合成法。它能更有效的降低建廠費(fèi)用和甲醇生產(chǎn)成本。中壓法的操作壓力范圍為一般為10~27MPa，溫度為235~315℃。該法的關(guān)鍵在于使用了一種新型銅基催化劑（Cu-Zn-Al），綜合利用指標(biāo)要比低壓法更好。中壓法合成甲醇工藝流程