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超細粉碎技術探討---逆研磨現象及應對方法
2014年12月19日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:5488
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      粉體的制備過程,特別是研磨,是一項既耗時又耗能的工作。因此研磨效率的高低就成了粉體制備的關鍵因素。為此,人們投入了大量的人力、財力和物力進行研究。隨著超細粉碎技術的發展,目前,不僅有新型高效的粉碎設備如沖擊式粉碎機、攪拌磨、氣流磨、分級機等不斷研制應用,而且還對傳統的研磨技術進行改進,如調整工藝參數、選擇球磨轉速、適宜的料、球、水比等來提高研磨效率。以下主要針對傳統生產中經常遇到的逆研磨現象進行了探討。通過合理選擇研磨條件,即加入不同的分散介質和分散劑,觀察研磨平衡和研磨極限的變化來推遲逆研磨的出現,從而提高研磨效率。


      逆研磨現象:在粉碎過程中,人們經常發現當物料的粒度達到一定細度時,如果繼續研磨下去,就會出現粒度不但不會越來越細,反而越磨越粗,且這種現象隨著超細粉碎的進展而越來越普遍。要深入探討這一問題,可以從微觀機械力化學基本理論角度分析:固體物料的粉碎首先主要是依靠機械作用的碰撞、研磨導致物料顆粒的粒度變小, 粉體的比表面積增大。但在粒度逐漸細化的過程中,如果物料得不到充分分散,那么又會在同一個機械作用(當然還有其它作用,如范德華作用、雙電層靜電作用等)下,促使物料顆粒的團聚,從而增大表觀粒度,減小比表面積。因此,可以認為超細粉碎過程到一定程度后,伴隨著一系列顆粒微觀上理化特性的質變,就會出現一個粉碎——團聚的循環可逆過程。當這正反兩個過程的速度相等時,便達到了粉碎過程中的動態平衡,則顆粒尺寸達到極限值。此時,進一步延長粉碎時間是徒勞的。因為這時的機械力已不足以抗衡物料更高的斷裂強度,只能用于維持粉碎平衡,并促進小顆粒的重聚,于是,所謂的逆研磨現象就會出現。為了探討逆研磨現象發生的機理、條件,以便控制和推遲逆研磨的發生,我們做了如下實驗。實驗室用行星球磨機,型號QM- ISP立式四筒型,瑪瑙球磨罐,研磨介質為瑪瑙球。 

  

      實驗方法:將過100~ 160目篩的干燥石英粉,按表2的配比裝入4個球磨罐中(試樣編號見表2),同時研磨。磨轉機速為150r/min,然后按一定時間依次取樣進行測試。

 

     實驗結果及分析:

      1、實驗結果

      用偏光顯微鏡大致觀察后,采用激光粒度儀進行測試。各試樣的中位粒徑測試結果見表3.,各試樣中位粒徑與研磨時間的關系見圖1。


2、分析

從表3及圖1的分析可看出,粉石英的超細粉碎經歷了一個細化與團聚的復雜過程。實驗總結見表4。

       對表4的分析結果如下:   


       (1)關于研磨工藝的選擇


       無論干磨還是濕磨,在粗顆粒時研磨效率都很高。而在2微米以下時,研磨效率都很低。當干磨時,進入研磨平衡的時間和逆研磨開始的時間都相當早。,且達到研磨極限的粒徑粗。而在有分散介質的濕磨條件下,研磨平衡的時間推遲了至少10h,研磨極限的粒徑也比干磨時細得多。尤其是在有分散劑存在的4#試樣中,結果更為明顯。4# 試樣的逆研磨現象尚未發生。


      (2)關于分散介質和分散劑(表面活性劑)的作用及機理


      在濕磨條件下,由于有分散介質的存在,因而介質的吸附作用可以有效地防止顆粒的直接接觸,從而減小顆粒間范德華力的作用。而當研磨到一定程度后,在機械力作用下,顆粒晶體破碎而又不能完全分離時,由于晶體顆粒對水的親和力小而重新凝聚,所以2# 試樣在濕磨條件下最早開始逆研磨。當有分散劑加入時,分散劑可滲入晶體的裂縫,加速顆粒的細化。而已被粉碎的晶體由于分散劑的加入而保持一定的距離,不至于碰撞凝聚。分散劑既具有水的親和作用,還可防止雙電層靜電作用及熔劑化膜的大量產生。所以,4#試樣達到研磨平衡的時間明顯推遲且粒徑細于其他試樣。3# 試樣以酒精作為由于酒精具有懸浮及分散劑的雙重作用,所以它的研磨效率是比較高的。但它作為分散劑使研磨介質不能撞擊到晶體本身,只能在膜上滑動,致使研磨效率下降,故逆研磨開始時間比4#試樣早。

 

      結論


      (1)超細粉碎是一種高能耗作業。故在生產中,要根據實際需要,適當選擇粉碎設備和工藝條件,以便降低生產成本和能耗。當對粉體的粒度要求很細的情況下(小于2微米),則一定要選擇濕磨。因為濕法工藝在超細研磨時效率高,且能達到干式研磨達不到的粒度。


      (2)從實驗可見,逆研磨發生的時間、研磨平衡和極限粒徑不是絕對的,它隨實驗條件的變化而變化。因而為了推遲逆研磨發生的時間和提高研磨效率,在實際生產中,可多做實驗,以便找到恰當的生產條件。這樣既提高了效率,又降低了生產成本。


      ( 3)分散劑(表面活性劑)在研磨過程中起著非常重要的作用,這是不言而喻的。如果被磨細的物料都能夠得到充分分散的話,團聚就不存在,那么所謂的逆研磨,現象就不會發生。因而可以說,分散劑的恰當選擇是解決逆研磨問題行之有效的途徑。

(粉體圈 作者:梧桐)

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