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我國粉碎設備的現狀及發展方向
2014年11月22日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:5094
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      1、概述 


      超細粉碎機及超細分級機的發展及使用與非金屬礦物工業的發展是密不可分的,尤其是近來,我國非金屬礦物工業的發展以及破碎機行業的發展使得超細粉碎及超細分級技術也得到了進一步提高。因此,以非金屬礦物工業的發展為背景,來分析我國超細粉碎機及超細分級機的現狀及其發展的市場空間。 


      2、我國非金屬礦物工業粉碎設備的現狀及其制備問題 


      目前中國的非金屬礦物工業已具有相當大的規模,產量和出口量都呈現增長趨勢。但國產的產品質量和檔次不高,不能滿足現代的高新技術和新材料產業發展的要求,許多非金屬礦物深加工產品還要依賴進口,如國內高中檔玻璃原料及電子級球形硅微粉完全依賴進口。非金屬礦物許多都是白色礦物,對其進行非金屬礦物深加工作業的第一基本要求就是提高其白度,其次就是保護石墨類鱗片和帶有纖維類礦物的礦物纖維。了解礦物的特性和對其深加工的要求,可以巧妙地組合工藝流程,達到節能、環保、簡易,且得到最好的精礦品位和最好的回收率的目的。對非金屬礦物進行超細加工的目的主要是開發非金屬礦物在超微(細)粉體狀態的特殊性能。 


        2.1充分發展小顆粒的各種效應 


      發展小顆粒粒子的各種效應是我們研究超細粉體的基本目的。由于超微(細)粉體將會帶來量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應及宏觀量子隧道效應,這對開發非金屬天然納米材料(如石墨、沸石、高嶺土、硅藻土、珍珠巖等)和合成的非金屬礦物納米材料(如碳酸鈣、鈦白粉、二氧化硅、炭黑等)的用途都是十分重要的。 


        2.2先有高純化,再有超細化 


       高純化是為防止外來雜質的干擾,進而充分體現物質本身的特性。許多產品沒有高純化就沒法體現其價值,例如W(SiO2)為99.99%的超細粉目前我國僅限于試驗室成果,還沒有工業化實踐,而進口的高檔產品價格可達15萬噸,W(ZrO)為99.999%的超細粉價格為普通耐火材料用ZrO粉的300多倍。有了純度,才有可能談超細化,否則有了細度但是純度不夠要求,這等于是浪費人力、物力及財力。20年以前超微細粉體的研究對象是粒徑3m以上的粉體,十年以前則是粒徑1m以上的材料,而近幾年來已進展到研究納米級的。隨著顆粒粒徑的變小,材料本身更多的特性也將被開發。 


       2.3功能化與復合化的可能


      功能化與復合化是人們對材料性能追求的結果,也是高新技術發展對材料的需求。人們對超微細粉體在某些方面的獨特功能進行研究并加以利用,同時人為地賦予它新功能,使其更好地為人們服務。 


       2.4精細化與特殊要求的關系


       粉體材料的精細化涉及到它的粒徑、粒度分布、顆粒形狀、比表面積、孔容、孔徑、晶相、導電率、磁性、光吸收率、光導率等一系列的特性。不同特性的粉體在應用方面具有不同的效果。例如我們通常所用的用于封裝材料的SiO粉,顆粒形狀不同(角形粉和球形粉)其封裝結果則完全兩樣;產品粒度分布不同,其結果也相差許多。 


      3、我國超細粉碎機與超細分級機的研發 


      同時,在其開發利用及其深加工過程中還必須考慮人類的生存和可持續發展,注意環境保護。未來非金屬礦物原料或材料總的發展趨勢是高純、超細和功能化。以高純超細非金屬礦物深加工原料為龍頭,綜合開發利用各種非金屬礦產。雖然可以通過化學合成法制備高純超細粉體,但成本過高,至今未能用于工業化生產。獲得超細粉體的主要手段仍然是機械粉碎方式,用機械方式制取超細粉體所依賴的超細粉碎與分級技術的難度不斷增大,其研究深度永無止境。超細粉碎技術是多方面技術的綜合,其發展也有賴于相關技術的進步,如高硬高韌耐磨構件的加工、高速軸承、亞微米級顆粒粒度分布測定等。因此,超細粉碎技術的發展應集中在以下幾個方面。 


      (1)開發與超細粉碎設備相配套的精細分級設備及其它配套設備。


      超細粉碎與分級設備相結合的閉路工藝,可以提高生產效率,降低能耗,保證合格產品粒度。可以說,大處理量、高精度分級設備是超細粉碎技術發展的關鍵。要更多地從整個工藝系統的角度來進行研究與開發,在現有粉碎設備的基礎上改進、配套和完善分級設備、產品輸送設備等其它輔助工藝設備。 


       (2)提高效率,降低能耗,不斷提高和改進超細粉碎設備。

超細粉碎技術的關鍵是設備,因此,首先要開發新型超細粉碎設備及其相應的分級設備,后者似乎更為迫切。助磨劑和表面活性分散劑將應用于超細粉碎工藝中。 


       (3)設備與工藝研究開發一體化。

      超細粉碎與分級設備必須適應具體物料特性和產品指標,規格型號多樣化,而不存在對任何物料都是高效萬能的超細粉碎與分級設備。 


       (4)開發多功能超細粉碎和表面改性設備。

       如將超細粉碎和干燥等工序結合、超細粉碎與表面改性相結合、機械力化學原理與超細粉碎技術相結合,可以擴大超細粉碎技術的應用范圍。借助于表面包覆、固態互溶現象,可制備一些具有獨特性能的新材料。 


      (5)開發研究與超細粉碎技術相關粒度檢測和控制技術。

      超細粉碎的粒度檢測和控制技術,是實現超細粉體工業化連續生產的重要條件之一。粒度測試儀器與測定的控制技術,是與超細粉碎技術密切相關的,必須與這些領域的專家聯合攻關。 


      超細粉碎在朝著納米級方向進軍,與此相關的低污染耐磨材料和納米級粉體的分散及評價將成為巨大的技術障礙,在這方面的研究將會受到重視。 


      (6)重視超細粉碎基礎理論的研究。


      基礎理論的研究對于超細粉碎技術的開發和應用極為重要,它的最終目的是指導實踐,生產出合乎要求的超細粉體。其內容包括微細粉體粒子的粒度與表面物理化學等特性;粉碎過程的描述;超細顆粒的粉碎特性和破壞過程;超細粉碎機最優工作參數和粉碎機理的研究;不同超細粉碎方法(或機械應力的施加方式),如沖擊、研磨、摩擦、剪切、壓碎、剝蝕等在不同粉碎環境中的能耗規律、粉碎效率、產品細度與能量利用率以及對粉碎物料的晶體結構和物理化學性能等的影響;粉碎物理化學環境以及助磨劑、分散劑等對產品細度、物化性能和粉碎效率的影響等。如,根據不同超細粉碎方法對物料晶體結構及物化性能的不同影響,結合物料的用途,選擇合適的超細粉碎工藝和設備,避免因超細粉碎加工給物料的使用性能帶來不利的影響,或利用超細粉碎加工技術對粉體物料進行選擇性的機械激活;通過適度地添加助磨劑,有目的地改善超細粉碎的物理化學環境,以提高粉碎效率并降低能耗等。


      我國從1995至2005年10年間擁有近160個超細粉碎機專利,由此可以看出,我國超細粉碎機及超細分級機的發展概況。 


       3.1超細粉碎理論及實踐 


       3.1.1超細粉碎理論研究 


      破碎理論是解決物料粉碎與能量消耗關系的理論基礎,探索物料粉碎狀態與能量消耗之間的內在聯系,對指導制造更有利于粉碎、更節能的粉碎設備,對降低能耗、節約能源有重要的理論研究價值和重大的現實意義。自19世紀,提出了破碎理論的新概念以來,到上個世紀80年代加巴洛夫從結構化學的角度研究了粉碎能耗問題。破碎理論經過100多年的發展與完善,在粉碎領域起著重要的指導作用。但這些理論都在一定程度上存在不足及其局限性,從實際使用出發,三大粉碎理論都有各自的適用范圍,具有一定的片面性。隨著科學技術的發展,現有的理論落后于實踐,傳統破碎理論的缺陷與不足日顯突出,在許多領域已不能起到指導作用。為此,尋求更合理、更準確、更能反映實際粉碎狀態的破碎理論已迫在眉睫。物料變形、破碎過程十分復雜、它不是一個孤立系統,而是一個與外界有物質和能量交換的開放系統,也是一個由穩態一漸變一突變的螺旋式演變過程,同時伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整建立系統,建立物料粉碎功耗方程,需要多學科的理論做基礎,在多學科交叉融合的前提下,來建立功耗方程才可能更完善和全面,才能揭示物料粉碎這一復雜系統的內在演變機理。基于流化床氣流磨粉碎機理,研究了粉碎腔內的工質壓強與噴嘴個數對SiC顆粒形貌的影響。提高粉碎腔內的工質壓強可增加粉碎強度;粉碎腔內采用兩個噴嘴以增加顆粒互相撞擊的機率是制備片狀SiC粉的有效方法。采用流化床式氣流磨加多級渦輪分級機的粉碎系統,可以制備產品質量較好的多級別超細SiC片晶微粉。用三維黏性流動計算軟件NUMECA對湍流粉碎機的吸人腔進行了定常三維紊流流場的數值模擬,得到了吸人腔內部流場的壓力分布和速度分布,直觀地顯示了吸人腔內部的流動現象,為后續階段的整機聯算奠定了基礎。用高壓輥磨與攪拌磨構成的復合粉碎系統進行了濕法超細研磨碳酸鈣物料的試驗,試驗結果表明:該系統能有效地提高物料細度并降低能耗,這可能與顆粒在高壓輥磨受壓后產生微裂隙有關;高壓輥磨預磨次數明顯地影響攪拌磨的最終產品粒度和節能效果;經模擬各種不規則形狀顆粒破壞行為表明,顆粒受壓時產生微裂隙的現象與其各向異性和應力分布有關。各種理論研究表明,超細粉碎理論應該與現行的三大粉碎理論有不同的表現方式,但如何能正確表現,還有待粉碎界人士共同努力去研究,期待早日出現一個完整的表達公式。做為破碎機的專業生產提示需注意:①開發粉碎細物料設備的思考方法不同于粉碎粗粒物料的;②超細粉碎機的開發應該是多力場的。 


       3.1.2超細粉碎機械 


      我國超細粉碎技術起于上世紀60年代;在引進、消化、吸收、研制一系列運作下,到上世紀80年代開始生產國產細碎顎式破碎機,如指狀粉碎機、塔式磨機、氣流磨等;到上世紀90年代中期,我國已基本形成自己的超細粉碎機的生產序列,但由于超細分級機要符合流體力學原理,研制難度大一些,因此研制者較少。超細攪拌磨始于1928年,1952年美國杜邦公司推出立式砂磨機,上世紀80年代Drais公司開發成功DCP環隙式攪拌磨,使粉碎分散效率大大提高。近年來,德國和日本正在研發亞微米、納米超細攪拌磨,如S型、C型和ZR120型離心式超細攪拌磨。 


     4、我國粉碎設備的發展方向 


      現代工程技術將需要越來越多的高純超細粉體,超細粉碎技術在高新技術研究開發中將起著越來越重要的作用。高新技術產業與非金屬礦物有著密切的聯系,在未來非金屬礦深加工技術開發和產業發展中要考慮高新技術及其產業的發展;現代非金屬深加工技術與傳統產業加工技術相互滲透,其發展必須考慮傳統產業的技術改造和進步;為了更好地應用有限的非金屬礦資源,必須考慮其綜合利用問題。


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