超细粉体制备工艺设计与实验研究..doc

第25卷第5期非金属矿Vol125No152002年9月Non2MetallicMinesSep,2002超细粉体制备工艺设计与实验研究方莹陈传文张少明(南京工业大学材料科学与工程学院,南京210009摘要在综合分析超细粉制备工艺、粉磨设备及超细分级技术现状的基础上,确定了新的制备工艺,设计研制了离心涡轮式超细分级机,并进行了实验研究。结果表明:工艺设计合理,设备性能优越,可制备出不同粒度等级的超细粉体。关键词制备工艺超细粉粉磨设备分级机1超细粉制备工艺比较超细粉体的制备途径,有机械粉碎法和化学法(即造粒法两种。前者成本低、产量高,已实现工业化生产,制备工艺也较为简单,但同时也存在能耗高、效率低、所得粉体不够细、易混入杂质等缺点;后者所得粉末粒度细、纯度高,但制备工艺复杂、成本高、产量低,很难达到工业化生产的规模。在采用机械粉碎法时,同时存在干法与湿法两种工艺。在干法粉碎过程中,随着被粉碎物料粒子的变小,其表面能明显增加,粒子相互间容易团聚或附着在器壁上,形成一缓冲层,致使能量无法集中在单粒子上,使粉碎效率下降,因此必须配合超细分级。而在湿法粉碎过程中,通过水或添加某些药剂降低粒子的表面能,可防止或抑制粉料的团聚,同时也可使粒子的破碎强度降低,有利于粉碎过程的进行。所以,对于超细加工,湿法粉碎要比干法优越。但在实际生产中,湿法加工的产品需固液分离和干燥,对干燥过程引起的结块需解聚或二次粉碎,工艺复杂、固定资产投资及生产成本较高[1]。鉴于上述两方面的考虑,当对超细粉的粒度、纯度要求不高(产品粒度在微米级,产量较大,需达到工业化应用要求时,通常采用干法机械粉碎加超细分级工艺制备超细粉体。2超细粉碎设备种类及选配随着超细粉碎设备的新型化、高效化和对超细粉体需求的增长以及产业化发展的需要,机械法制备超细粉体在材料及矿物加工工业中已显示出更大优越性。至今,国内外已开发出雷蒙磨、气流磨、高压辊磨、离心磨、球磨、胶体磨、振动磨、搅拌磨等超细粉碎设备,以及与之相配套的精细分级、输送、包装、计量、检测、控制等工艺设备。超细粉碎设备是机械法制备超细粉体的基础,在设计上应具有以下两个条件:¹粉碎能量高度集中;º对物料要施以强烈的剪切和磨剥作用。下面就几种常用超细粉碎设备的性能作一简单介绍。211搅拌磨[2、3]是目前能量利用率最高、也是目前获得亚微米级产品唯一可行的超细粉碎设备。在搅拌磨中设有搅拌装置,它使球介质与物料在整个筒体内不规则翻滚,使球介质与物料间产生相互撞击和研磨的双重作用,致使产品磨得更细,并达到均匀分散的效果。搅拌磨起步较晚,但发展迅速,国产湿法搅拌磨在非金属矿的超细粉碎中得到广泛应用,并取得良好效果。搅拌磨多用于湿法粉磨工艺,干法工艺因涉及到搅拌器与研磨介质的磨损严重,材质要求较高,而较少应用。212气流磨[4、5]气流磨种类繁多,广泛应用于中等硬度以下物料的超细粉碎,产品细度d97可达到5~10Lm左右。气流磨具有产量大、产品细度细、粒度分布窄、产品受污染程度低等优点;但同时也有入料粒度小、配套设备多、流程相对复杂、一次性投资大、单位产品能耗高及产品成本高等不足之处。因此,气流磨适用于物料硬度较低、对产品质量要求高、产品增值大的高档物料的超细粉体的生产。213振动磨[6]振动磨是一种高效节能的粉磨设备,可用于各种硬度物料的超细粉碎,产品粒度d50可达到1Lm以下,且具有较强的机械力化学效应,能耗较低,易于工业化生产,现国内有多家厂家生产不同规格、型号的振动磨应用于非金属矿深加工。近年来,由于国内对超细粉体技术的要求不断提高,在超细粉碎设备的开发研制方面,几乎涉及了目前世界上所有的机种,如高速冲击式超细粉碎机、高速行星式辊轮磨机等。在工艺设计选型时,必须考虑被粉碎物料的物性、产品纯度和细度的要求、各种超细粉碎设备的性能及适用范围等因素。在实验研究中,我们采用振动磨作为超细粉碎设备;而在工业化应用中,超细粉碎设备可根据所需产品的细度要求进行选择,当产品细度d97大于10Lm时,可采用球磨机;小于10Lm时,采用振动磨。为对以后的工业化应用提供必要的设计依据,我们还对实验研究用振动磨工艺参数进行了以下几方面的研究:¹在设备性能方面,对机械的振动强度与物料平均滞留时间及产品细度之间的关系、比功耗与产品细度之间的关系等进行了研究;º对配套设备的选型设计进行了考虑,主要解决设备的连续、均匀供料及降低粉尘污染问题;»在磨介的选择方面,主要考虑磨介的材质、耐磨性及合理级配等问题;¼在强化工艺过程方面,主要考虑了磨介、物料量、水份的关系以及能降低颗粒硬度、促进裂纹扩展的助磨剂的合理选用等问题。3超细分级设备种类与设计超细粉碎是一概率过程,其产物具有一定的粒度分布,将合格细度的产品取出或将不能满足要求的大颗粒去除,是获得指定细度产品的重要环节。随