(咸阳非金属矿研究设计院有限公司/马亮，陈雄祝，王新江，陈媛媛）1、前言
无碱池窑拉丝玻璃纤维是高新技术项目，属国家产业政策重点鼓励发展的项目。我国玻纤产量逐年递增，2010年，我国玻纤产量将突破250万吨，在产池窑生产能力超过210万吨。无碱池窑玻纤原材料是以硅酸盐矿物中的SiO2、Al2O3为骨架材料，该骨架材料在无碱玻纤中的用量约80%，由此推算，我国目前池窑玻纤年需非金属矿硅酸盐矿物己近170万吨。所以，池窑玻纤拉丝的好坏，矿物骨架材料的成份稳定性是影响玻纤拉丝的重要指标之一。长期以来，玻纤的原料均采用浙江青田产叶蜡石，但由于我国叶蜡石资源有限，加之过度开采，青田叶蜡石资源已几乎殆尽，近些年，人们开始寻找新型玻纤用原料替代资源——高岭石，我院与多家单位合作已在该方面取得了突破性进展。
叶蜡石或高岭土矿通常含有许多其它矿物及杂质，同一矿床的不同产出地段其Al2O3的含量变化也较大，因此要保证玻纤用骨架材料的成份稳定性，必须要对非金属矿粉进行均化，使主成分Al2O3的含量保持稳定，确保玻纤拉丝稳定。
由于同一产地高岭土的成份差异较大，所以，要生产成份稳定的玻纤原料，必须要进行配矿、均化。国内较先进的气泡床和射流均化等均化方式，存在均化物料单一，均化时间长，且由于每种矿的不同，均化时间也不尽相同，而传统的通过采样、制样、化验室分析这样一漫长过程之后出来的结果已经远远滞后，不能满足连续生产，快速调整参数的需要等问题。
我院通过研究高效均化技术，开发专用均化装备，采用X荧光分析技术等手段，使池窑玻纤用非金属矿的均化时间缩短近1小时，均化后产品质量达到国际技术标准水平。
2、原料加工
池窑玻纤原料除了对如Fe2O3、TiO2 、K2O、Na2O、S、C及蓝晶石、红柱石、刚玉、明矾石、水铝石等要严格限制外，对Al2O3的含量要求也极为严格，每一批产品都必须将Al2O3的含量保证在规定值的±0.2%内波动，所以必须在生产加工过程中采用洗矿，配矿，多次预均化，均化，其中的关键是均化技术，均化的好坏直接影响物料各部位Al2O3的含量，对最终池窑玻纤拉丝有重要影响。
常用的均化方式有机械倒库、混合室连续均化或漏斗流均化库等方式，目前国内较先进的均化技术是气流均化技术。通常一个均化库至少100吨，要使仓内物料完全沸腾均化，需要相当大的能量，所以国内气流均化主要以气泡床和射流均化为主。在生产实践中，射流均化的效率和效果都不十分理想，经检测射流均化2小时后，在不同层面上取样分析，Al2O3仍相差较大，上下层最大相差可达0.8以上，有30-40%产品均化度平均相差超过了0.4%，无法保证Al2O3精度0.2%的严格要求，气泡床均化的效率更是不理想，因而目前市场上玻纤原料的均化度无法达到池窑玻纤原料的质量要求。
（1）工艺路线
我们通过从原料开发、气流均化技术创新、生产质量监控产品质量检测三方面进行了全方位的研究。采用加大风量，多管路同时进行几种物料的均化混合等技术，并将主均化控制在上部特定自由空间，同时在料仓中部增设多个喷嘴再次进行物料混合，料仓的下部增设内部构件，底部设有主风管，这样物料在仓内各个不同位置都可同时进行气流均化，从而大大缩短了均化的时间，提高了均化的效果，较传统均化方式节省时间近一个小时。
生产线工艺流程如图一。
图1 生产线工艺流程
图2 均化库示意图
1.均化器 2.床体 3.上料管 4.上料管 5.上弧形板 6.下弧形板 7.混料喷嘴 8.混料管9.均化辅助管 10.均化辅助喷嘴 11.导流环板 12.内部构件 13.引导管 14.主喷嘴 15.密封单向阀16.高效旋风组合分离器 17.辅助流化器 18.反吹系统 19.振动器
其原理是同时将另外二至三种需配搭的中间物料，按比例同时输送至床体上方自由区第一均化室上弧形板（5）上方区域，混合后经上弧形板漏孔进入第一均化室进行气流混合。由于第一均化室是在自由空间区域，物料在多个特殊环形气流混料喷嘴（7）形成的切向风力作用下进行高效混合，混合后经下弧形板（6）漏孔和四根混料管（8）分别将物料强行分配给密相区不同高度的区间进行混合。第二均化室即床体中间区布置有6个环形式风管，风管的末端装有数量多于12个的均化辅助喷嘴（10），每个喷嘴的角度和方向不近相同。在喷嘴的周边设有导流环板（11），使物料产生部分旋转和气泡得到进一步流化。床层下部密相区设一与床体外形相似的内部构件（12）和喷射床（14），为第三，第四均化室。构件的上部和周边开有无数个圆孔或方孔。构件的目的有三：第一是进一步合理分散与混合物料；第二是克服漏斗流，将密相区的物料按合理比例进行喷射均化；第三可以大大减小主喷嘴的压强。第四均化室在流化床均化作用中起着重要作用。
（2）均化试验
我们采用3种高岭土，1种叶蜡石进行配矿优化，并进行了工业试验，其均化后的产品我们通过在均化库中纵向不同5个部位取样进行检测，检测采用X荧光分析仪进行，检测结果见表1，产品质量达到国际池窑玻纤原料产品质量标准。
表1 均化试验检测结果
| 编号 |
检测项目(%) |
| 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. 产品质量监测
准确地测定原料中Al 2O 3的含量，现有绝大部分玻纤厂均采用传统的EDTA络合滴定法，测出铝、钛的合量，再从合量中差减法求得含铝量，该方法需经过碱熔分解、稀碱，分离，络合，回滴等多到工序，每批次测定至少需3～4小时方可完成。不但操作复杂，且溶解，测定中需接触到化学试剂，对操作人员有所影响。
由于玻纤用非金属矿原料的均化过程需要实时监控，并依据均化情况以不断调整均化参数及时间，所以传统的化学方法就难以适应这种快速检测的要求，所以随着自动化技术和检测技术的发展，具有分析准确、方便、快速的X荧光分析仪就被应用于池窑玻纤用非金属矿原料生产中解决这一难题。
（1）组成及工作原理
X射线荧光分析仪由X射线发生装置(包括高压发生器、X射线管、控制器)及防护装置、样品室、Si(Li)半导体探测器及计算机多道装置、控制单元及仪器附属部分、应用软件等各部分组成，系统方框图见下图3。
荧光仪采用X射线激发被分析元素的原子，从而产生元素的特征X射线，具有特征波长的X射线被Si(Li)探测器(在液氮条件下工作)接收，产生电流脉冲，经前置放大器、主放大器、AD转换器转换成数字量被多道谱仪采集，根据谱峰信息鉴定出样品中存在的元素及其峰强度，经计算机处理得到样品中各元素的含量。
图3 荧光分析仪硬件系统方框图
（2）试验准备及标准曲线的制作
此次实验首先采用国产FJ-2810G型能量色散X射线荧光分析仪，Rh铑靶X射线管，电压50kV；并结合在某一玻纤厂的应用情况。
样品制备采用粉末压片技术，根据实际玻纤厂要求原料细度为+325目≤0.2%，本次实验中，我们也将标准样品及测试样品粉磨达到+325目≤0.2%同一细度，以降低其矿物效验，同样粒度，使得产生粒度效应趋于一致，因此，粒度效应的影响基本可以忽略；然后以硼酸为背景粘合剂，加压成型。
由于X荧光分析仪是通过对样品产生的X射线的计数强度进行测定，再通过预先建立的计数强度与元素百分含量的曲线关系来间接测定元素的含量。因此标准曲线的精确是分析准确的前提，本次测试中我们选用经化学分析多次测定得出的Al 2O 3及Fe 2O 3准确结果的产地不同高岭土样品16个。标准样品各元素百分含量梯度的变化方向与实际试样的变化方向相一致，根据实际测试各样品含量范围，标样选取含量范围：Al 2O 318%～22%之间，Fe 2O 30.3～0.5%，确保涵盖生产中可能出现的所有含量。
（3） 样品的测定
①准确性测试
为了考核仪器的准确性，我们选取了多个样品对仪器进行了测试，测试主要针对Al 2O 3和Fe 2O 3两种元素，化学分析及X荧光分析仪测定结果对比如下表2：
表2 X荧光分析仪样品准确性测试结果（%）
| 样品编号 |
内容 |
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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备注：C-化学分析 XRFX-荧光分析
由上表测试结果可看出，Al2O3的偏差值均在±0.18%以内，Fe2O3的偏差值在±0.03%以内，准确度较高。
②重复性测试
为了测试重复性，还将同一样品反复5次进行了Al 2O 3含量值测定，计算其极差为0.12。测试结果如表3：
表3 X荧光分析仪样品重复性测试结果
| 样品编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
极差 |
| Al2O3（%） |
17.64 |
17. 76 |
17. 54 |
17.59 |
17.61 |
0.12 |
4. 结论
（1）高岭土完全可以替代叶蜡石作为池窑玻纤原料。
高岭土采用创新工艺技术及均化装备，将多物料通过多管路同时送入腔体，并在腔体形成多个强力均化区域，均化后腔体各部位Al2O3含量差≤0.2%，各项指标均达到池窑玻纤用原料质量指标要求，且较传统均化方式节省时间近1h，在节能降耗的同时大大降低了产品成本。
（2）X荧光分析法可以替代传统化学方法用于均化工艺中的产品质量检测。
均化中采用X荧光分析仪进行产品质量监测，准确度及重复性均可达到生产要求，无化学药剂污染，工作周期仅为10min，可根据测试结果迅速调整工艺参数，适合大批量连续生产，在生产实践中具有广阔的应用前景。
(厦门非金属矿加工与应用技术交流会,发表于中国粉体技术杂志）
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