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纳米高岭土系列材料的生产

发布时间: 2020-04-16

来源: 科创中国_资源共享平台

基本信息

合作方式:
成果类型: 新技术
行业领域:
文化、体育和娱乐业
成果介绍
技术投资分析: 煅烧高岭土及纳米高岭土具有高白度、高纯度,超微细、颗粒分佈均匀,分散性优良、绝缘性好。适用于电线电缆、PVC、塑胶、造纸、涂佈、涂料、油漆、橡胶、化妆品、化工等各种行业。 1、橡胶中的应用 该产品可用于各种橡胶制品,显著提高其机械物理性能,同时降低其生产成本。特别是在弹性、抗屈挠、阻隔性能和扯断伸长率方面具有优势。在顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶和丁腈橡胶中优于白碳黑的补强性能,在丁苯橡胶中接近于白碳黑的补强性能。适用在轮胎胎侧胶,、内胎、高尔夫球橡胶、胶丝、丁腈密封橡胶、鞋底橡胶、胶辊、胶棒、输送带橡胶等产品应用。 2、塑料中的应用: 以纳米高岭土为增强剂,以新型聚烯烃弹性体POE为增韧方法和新型的纳米粒子弹韧增强手段相结合,采用合金化技术和填充复合工艺,制得高性能的聚丙烯复合材料。研究结果表明,纳米高岭土和弹性体POE对PP增韧具有协同作用,呈现的并不是二者独立增韧作用的简单加和,纳米无机粒子对复合体系PP/POE还有增强作用并大大减缓了因POE的加入而导致复合体系强度的降低。美国通用汽车公司和蒙特北美公司成功地利用纳米高岭土生产出聚烯烃热塑性弹性体复合材料,使其刚性和韧性提高,他们还将含有纳米高岭土的复合材料用于汽车其它零部件。 在工程塑料中的应用 纳米高岭土用于聚丙烯、聚乙烯、尼龙等工程塑料中,可赋予塑料良好耐热性和力学性能。可用作汽车零部件、储油罐、燃油管道系统、电子接插件、导管、电话机壳体、工具手柄、栏杆、调理器具手把、高润滑低流阻管道;由于其刚性高,可以做薄壁复杂结构制品,减少质量和成本。纳米高岭土还可以赋予塑料制品良好的阻燃性能和阻隔性能。 在发泡聚苯乙烯中的应用 美国俄亥俄州立大学的研究人员发现,仅用1%-2%的纳米粘土就能提高发泡聚苯乙烯(EPS)的压缩模量25%。纳米粘土有两个作用,一是作为EPS的增强剂,另一个作用是作为成核剂。 在塑料薄膜中的应用 由于纳米高岭土具有良好的阻隔性能,因此可用于食品保鲜包装,延长食品保质期:用于农用薄膜中,不仅增加薄膜力学性能、降低生产成本,而且还不影响其透明性,其优良的此外线阻隔性能有利于提高棚内温度。用于包装印刷材料中,使其具有优异的力学性能和强度,并赋予良好的感官性能。 3、纸中的应用 作为纸张的涂层材料,可赋予印刷制品和包装纸品高光泽、高白度、高强度、有助于结构化的涂布设计,实现更为优质的视觉效果,光泽效果和印刷效果,可替代价格昂贵的二氧化钛。是高级纸张和特殊纸张的优质涂层材料。 4、在油墨中的应用 印刷油墨市场要求高性能的超细粉体作为功能性填料。纳米高岭土在油墨中表现出优异的分散性、极好的光泽和遮盖力、优异的油墨吸收性和干燥性。 5、在涂料中应用 涂料工业中,纳米高岭土作为增白的体质颜料,具有优异的悬浮稳定性能,长期放置,也不易沉淀。其微细的颗粒可以提高涂料油漆的光泽、增强产品的光泽度干燥性和遮盖力,同时还具有补强作用,用其取代价格较贵的钛白粉,可以达到相同的效果。 6、在胶粘剂中的应用 近年来,胶粘剂正向低粘度、高强度、耐冲击、阻燃等特殊用途方向发展,随着社会对水下胶粘剂更高性能的需求,在环氧树脂胶粘剂中加入纳米填料,以大大提高胶粘涂层的强度、耐度、耐蚀和其他性能,并降低胶粘剂的成本。 7、在催化剂中的应用 纳米高岭土由于巨大的比表面积和吸附性能,因此可用作石油化工合成行业催化剂的载体,具有良好的稳定性。 8、用作农药载体 由于纳米高岭土具有比表面积大、吸附力强、以及较强的离子交换能力、可塑性等特点,使其可作为颗粒农药、粉剂农药和液体表面的载体,用他做农药载体不但可以使农药充分分散开,而且能够使农药长期缓慢地释放,使药期延长,同时还能改善土壤的结构,有利于植物的生长。 9、在纳米陶瓷中的应用 将纳米高岭土涂抹在普通陶瓷的釉面上,不仅使用陶瓷釉面更加平滑,而且还增强釉面活性,使之易于清洁和具备一定的杀菌功能。 10、在高强度混凝土中的应用 在高强度混凝土中,加入微量的纳米高岭土,可使其早期强度、抗渗和抗析能力提高20%-30%,同时还可作为减水剂,提高料浆的流动性。 11、在化纤中的应用 谋公司开发的聚酯切片和尼龙切片高岭土,由于其微细的粒度,用于聚酯纤维、尼龙纤维和其他纤维中,具有不断丝、可纺性好等优点。同时可以作为功能性的陶瓷粉末,代替价格高昂的纳米TiO2作为消光剂,同时还具有抗紫外线和远红外保温功能,纳米高岭土用于聚酯纤维中可提高显色性能,并改善其后期加工性能,纳米高岭土优异的悬浮性能和分散性能使其特别适合在湿纺工艺中应用。该专利发明人以编入《中国当代发明家大辞典》〔第二卷〕,编号:3356。 该专利技术融会于现代最新纳米科技的工业发展之中,集研究与生产相结合,聚科技与创新为一体,走出了一条具有高科技含量的制备纳米产品的新路子。无论是化学法还是机械法,该方法及其装置均是生产纳米材产品的最佳方法,生产出的纳米产品粒径小,粒径范围狭窄,白度、纯度高。经过本装置处理后的微米、纳米和煅烧纳米产品,其白度及光泽度不仅可以大大提高,而且可解决颗粒的团聚问题,更大范围的提高产品的特殊效应。该技术水平国内外领先,整套生产技术齐全,设备的选择与装置的制造及其价格已基本落实,在资金到位的前提下,可快速进行设备安装的调试生产和落实年产20000吨的生产计划。 12、为了赢得更多的市场客户,可根据用户要求生产不同类行的高岭土产品。滚动式的发展,做大做强。该项目可生产三类产品,第一类为接近纳米级的超细微米产品,其粒径小于2μm,平均厚度小于***μm;第二类为一维纳米级产品,厚度小于70nm,平均粒径小于500nm,并争取厚度达到更小,粒径更小,粒径范围最窄;第三类为煅烧纳米产品,平均粒径及厚度小于二类纳米产品。煅烧纳米高岭土的特殊性能大大优越于煅烧高岭土性能,目前国内尚未进入工业化生产。是一个用途广泛利润很高的科技项目。 一旦生产成功,就可以将该技术推广到其他领域,推进纳米事业的发展。由于纳米高岭土具有最佳绝缘效果,该项目已与重庆名牌电线的有关人士取得联系,只要材料效果如实,就需大量进货。 由于该项目有高科技的两个专利技术作支撑,国际领先水平,加之国内外销售市场巨大,因而可以断定该项目前景可观。 技术的应用领域前景分析: “高岭土”一词来源于中国江西景德镇高岭村产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。高岭土矿是高岭石亚族粘土矿物达到可利用含量的粘土或粘土岩。高岭土因具有许多优良的工艺性能,广泛用于造纸、陶瓷、涂料、橡胶、塑料、耐火材料、化 工、农药、医药、纺织、石油、建材及国防等部门。 随着工业技术的发展和科技水平的提高,陶瓷制品的 种类愈来愈多,它不仅与人们日常生活密切相关,而且在国防尖端技术方面的应用也很广泛,如电气、原 子能、喷气式飞机、火箭、人造卫星、半导体、微波技术、集成电路、广播、电视及雷达等方面几乎都需要 陶瓷制品。可见高岭土矿产在国民经济和国防建设中所占的重要地位。 目前世界上有 60 多个国家和地区拥有高岭土 资源,美国、英国、巴西、乌克兰、中国是世界最主要的高岭土生产国,其产量占世界总产量的 78 %。 2002 年全世界高岭土的探明储量大约在 320 亿 吨 左右,其中美国以 86 亿 吨 居第一位,主要是佐治亚州的一条绵延 800 km 矿带,其含矿量超过 70 % ~ 90 % ,资 源非常丰富。美国是全球最大的高岭土生产国, 2002 年生产高岭土 1 080 万 吨 ,占全球总产量的 25 . 6 % ;其中煅烧高岭土 240 万 吨 ,占全球总产量的 68 %。 近几年来,巴西高岭土的发展势头十分迅猛,其 储量据报道为 23 亿 吨 。储量虽然不是很大,但因矿山集中,含矿量高,矿物天然品质好,享有“ 21 世纪的 佐治亚州”之称,在国际市场上渐有取代英国成为世 界第二号强国之势。 世界高岭土储量不小,但大多只适合于制造陶瓷或填料,真正适合用于纸和纸板涂布颜料的天然单片状高岭土资源并不多见。有资料表明,全世界目前造纸涂料用高岭土资源十分紧缺,原最著名的英国 ECC 公司在英国本土康沃尔郡已基本无矿可 采。 中国是世界上高岭土资源丰富的国家之一,截 止 2001 年底,保有高岭土矿产地 212 处,保有矿石 储量 143 169 万 吨 ,其中 B+C 级 34 497 万 吨 。矿石储 量大于 100 万 吨 的大、中型矿区有 97 处,保有储量为 134 410 . 2 万 吨(B+C 级 30 230 . 7 万 吨) , 占总储量的 94 %,小型矿区 111 处,保有储量为 8 759 万 吨(B+C 级 4 266 . 3 万 吨) ,占总储量的 6 %。 目前我国高岭土矿点有 700 多处,对 200 处矿点探明储量为 30 亿 吨 ,矿点较为分散。其中煤系高岭土 16 . 7 亿 吨 ,主要分布在我国东北、西北的石炭一二叠纪煤系中,以煤层中夹矸、顶底板或单独矿层形式 存在。 另据近期煤炭部门报道,对中国北方石炭纪一侏罗纪、第三纪煤系地层中沉积型高岭土的预测其远景资源可达 180 亿 吨 ,由此可见,中国高岭土的资源总量有可能超过 190 亿 吨 ,仅次于美国、原苏联、英 国,居世界第 4 位。 我国高岭土分布广泛,遍布全国六大区 21 个 省、市、区,但又相对集中,广东省是探明高岭土储量 最多的省, 2001 年底保有矿石储量为 44 215 万 吨(B+C 级 11 791 万 吨) ,占全国总量 30 . 9 %。其次为 陕西、福建、江西、广西和湖南等省.保有储量分别占总储量的 26 . 75 %、 11 % 、 7 . 7 % 、 7 . 64 %和 3 . 73 %。 1996 年,我国高岭土的总产量突破 200 万 吨 , 2000 年突破 300 万 吨 , 2002 年突破 350 万 吨 。其中水 洗、精选和煅烧高岭土的产量只有 70 万 吨 左右。 近年我国高岭土进出口呈现 4 个特征: 第一, 1999 年之前出口量大于进口量。从海关 统计资料分析来看,我国高岭土出口量一直保持在 40 万 吨 以上, 1995 年出口量为 43 . 94 万 吨 ,为当年进口量的 l4 . 27 倍; 1999 年出口量为 89 . 28 万 吨 ,为当 年进口量的 8 . 48 倍。高岭土出口大于进口并不是好兆,因为我们出口的高岭土主要是低价值的原始矿 产。 第二,近年出口逐年下降。由于中央多次下文要求控制滥采矿,高岭土出口量逐年下降。 1996 年出口为 77 . 99 万 吨 , 1997 年出口上升到 87 . 99 万 吨 ,增幅达 12 . 82 % ; 2000 年开始出口量逐年下降, 2000 年出口量为 87 . 10 万 吨 , 比上年下降 2 . 44 % ; 2001 年出口量为 77 . 70 万 吨 ,比上年下降 10 . 79 % ; 2002 年出口量为 70 . 81 万 吨 ,比上年下降 8 . 87 % 。 1998 ~ 2003 年间,高岭土出口量年均增长为 - 11 . 3l % 。 第三,进口逐年上扬。 1995 年进口量为 3 .08 万 吨 ,以后逐年上升, 1997 年进口 5 . 43 万 吨 , 1998 年进口 6 . 434 万 吨 ,比上年上升 l8 . 49 % ; 1999 年进口突破 10 万 吨 大关,达 10 . 52 万 吨 ,比上年上升 63 . 51 % ; 2000 年进口 l8 . 28 万 吨 ,比上年上升 73 . 76 % ; 2001 年进口 19 . 10 万 吨 ,比上年上升 4 . 49 % ; 2002 年进口突破 20 万 吨 大关,达 23 . 29 万 吨 ,比上年上升 21 . 94 % 。 1997 ~ 2003 年间,高岭土进口量年均增长 33 . 80 % 。我国进口的高岭土产品均为深加工后的高附加值产品,其进口量己超过国内同类产品,说明我国此类产品生产远远落后于欧美,落后于高岭土产品下游产品的需求,跟不上市场发展。 1998 ~ 2003 年我国高岭土进出口走势分别见图 图 1 1998 — 2003 年我国高岭土进口走势 图 2 1998 — 2003 年我国高岭土出口走势 第四,进口价大大高于出口价。从海关统计资料 分析来看,进口高岭土每吨价格是出口价格的 lO 倍左右,如 1997 年出口年均价仅为当年高岭土进口年 均价的 9 . 22 %; 1998 年出口年均价仅为当年进口年均价的 8 . 66 % ; 1999 年出口年均价仅为当年进口年均价的 8 . 39 % ; 2000 年出口年均价仅为当年进口年均价的 10 . 99 % ; 2001 年出口年均价仅为当年进口年均价的 11 . 71 % ; 2002 年出口年均价仅为当年进口年均价的 l4 . 49 % ( 表 1) 。 其原因是:进口的是深加工后的高附加值产品,而出口的是低价值的原始矿产。国内高岭土加工企 业必须加快产品深加工、精加工步伐,提升产品附加值,扩大应用领域。 表 1 高岭土进出口年均价统计表 高岭土的应用领域不同,对其质量要求截然不同。按工业用途可分为造纸工业、搪瓷工业、橡胶工业 和陶瓷工业用高岭土等。在化学成分方面,对用于造 纸、涂料、耐火坩埚的高岭土,其Al2O3 和 SiO2 含量接 近高岭石的理论值;日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、白水 泥原料、橡胶和塑料的填充剂对高岭土的Al2O3含量可适当放低,SiO2含量可酌情高些。对 Fe2O3 、 吨TiO2 、SO3等有害成分,亦有不同的允许含量。对 CaO 、 MgO 、 K2O 、 Na2O 含量的允许值,不同的用途中也不相同。在工艺性能方面,各应用领域要求的侧重 点更为明显。如造纸、涂料主要要求高的白度、低的粘度及细的粒度;陶瓷工业要求有良好的可塑性、成型性能和烧成白度;耐火材料要求有高的耐火度;搪瓷工业要求有良好的悬浮性等。这就决定了高岭土 产品规格、牌号的多样性。 效益分析: 本煅烧纳米产品最佳质量可达到平均值30纳米左右,估算价格为20万元/吨。本产品最低销售价格为10000元/吨。 副产品收入:氧化钾转化为氢氧化钾收入440万元,化工副产品收入460万元,尾矿(石英沙)收入20万元,合计920万元。 年销量:20000×1+920=20920万元 年利润收入:年销售量-年生产成本=***=***万元 年净利润:年利润-年税金=***=***万元 项目回收期:投资金额÷年净利润=2400÷***=***年,即1个月零26天就可全部收回投资成本。根据现金流量(10年)测算按***%折现率计算10年时间本项目将赚***万元以上现值。 厂房条件建议: 投资40—400万元建一条超细粉末生产线,形成年产量260T—2600T,产值260—2600万元的规模能力。 备注: 本项目发明人杜陵敏,自1990年起就致力于制备粉本材料及纳米粉末的潜心研创,先后参加过长安公司粉末冶金产品的研制,树脂玻璃钢汽车的试制生产工作。,先后又在重庆、四川、山西工作多年,进行纳米产品的开发生产。2000年自筹资金开展纳料产品的研究,其金额达10万元以上,历经艰辛,反复实验,克服重重障碍难关,熬过多少穷困日夜,遭受无数讽嘲白眼,终于在2004年、2005年发明了两个专利(专利号***,***)。
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