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超细粉碎技术探讨---逆研磨现象及应对方法
2014年12月19日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:5335
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      粉体的制备过程,特别是研磨,是一项既耗时又耗能的工作。因此研磨效率的高低就成了粉体制备的关键因素。为此,人们投入了大量的人力、财力和物力进行研究。随着超细粉碎技术的发展,目前,不仅有新型高效的粉碎设备如冲击式粉碎机、搅拌磨、气流磨、分级机等不断研制应用,而且还对传统的研磨技术进行改进,如调整工艺参数、选择球磨转速、适宜的料、球、水比等来提高研磨效率。以下主要针对传统生产中经常遇到的逆研磨现象进行了探讨。通过合理选择研磨条件,即加入不同的分散介质和分散剂,观察研磨平衡和研磨极限的变化来推迟逆研磨的出现,从而提高研磨效率。


      逆研磨现象:在粉碎过程中,人们经常发现当物料的粒度达到一定细度时,如果继续研磨下去,就会出现粒度不但不会越来越细,反而越磨越粗,且这种现象随着超细粉碎的进展而越来越普遍。要深入探讨这一问题,可以从微观机械力化学基本理论角度分析:固体物料的粉碎首先主要是依靠机械作用的碰撞、研磨导致物料颗粒的粒度变小, 粉体的比表面积增大。但在粒度逐渐细化的过程中,如果物料得不到充分分散,那么又会在同一个机械作用(当然还有其它作用,如范德华作用、双电层静电作用等)下,促使物料颗粒的团聚,从而增大表观粒度,减小比表面积。因此,可以认为超细粉碎过程到一定程度后,伴随着一系列颗粒微观上理化特性的质变,就会出现一个粉碎——团聚的循环可逆过程。当这正反两个过程的速度相等时,便达到了粉碎过程中的动态平衡,则颗粒尺寸达到极限值。此时,进一步延长粉碎时间是徒劳的。因为这时的机械力已不足以抗衡物料更高的断裂强度,只能用于维持粉碎平衡,并促进小颗粒的重聚,于是,所谓的逆研磨现象就会出现。为了探讨逆研磨现象发生的机理、条件,以便控制和推迟逆研磨的发生,我们做了如下实验。实验室用行星球磨机,型号QM- ISP立式四筒型,玛瑙球磨罐,研磨介质为玛瑙球。 

  

      实验方法:将过100~ 160目筛的干燥石英粉,按表2的配比装入4个球磨罐中(试样编号见表2),同时研磨。磨转机速为150r/min,然后按一定时间依次取样进行测试。

 

     实验结果及分析:

      1、实验结果

      用偏光显微镜大致观察后,采用激光粒度仪进行测试。各试样的中位粒径测试结果见表3.,各试样中位粒径与研磨时间的关系见图1。


2、分析

从表3及图1的分析可看出,粉石英的超细粉碎经历了一个细化与团聚的复杂过程。实验总结见表4。

       对表4的分析结果如下:   


       (1)关于研磨工艺的选择


       无论干磨还是湿磨,在粗颗粒时研磨效率都很高。而在2微米以下时,研磨效率都很低。当干磨时,进入研磨平衡的时间和逆研磨开始的时间都相当早。,且达到研磨极限的粒径粗。而在有分散介质的湿磨条件下,研磨平衡的时间推迟了至少10h,研磨极限的粒径也比干磨时细得多。尤其是在有分散剂存在的4#试样中,结果更为明显。4# 试样的逆研磨现象尚未发生。


      (2)关于分散介质和分散剂(表面活性剂)的作用及机理


      在湿磨条件下,由于有分散介质的存在,因而介质的吸附作用可以有效地防止颗粒的直接接触,从而减小颗粒间范德华力的作用。而当研磨到一定程度后,在机械力作用下,颗粒晶体破碎而又不能完全分离时,由于晶体颗粒对水的亲和力小而重新凝聚,所以2# 试样在湿磨条件下最早开始逆研磨。当有分散剂加入时,分散剂可渗入晶体的裂缝,加速颗粒的细化。而已被粉碎的晶体由于分散剂的加入而保持一定的距离,不至于碰撞凝聚。分散剂既具有水的亲和作用,还可防止双电层静电作用及熔剂化膜的大量产生。所以,4#试样达到研磨平衡的时间明显推迟且粒径细于其他试样。3# 试样以酒精作为由于酒精具有悬浮及分散剂的双重作用,所以它的研磨效率是比较高的。但它作为分散剂使研磨介质不能撞击到晶体本身,只能在膜上滑动,致使研磨效率下降,故逆研磨开始时间比4#试样早。

 

      结论


      (1)超细粉碎是一种高能耗作业。故在生产中,要根据实际需要,适当选择粉碎设备和工艺条件,以便降低生产成本和能耗。当对粉体的粒度要求很细的情况下(小于2微米),则一定要选择湿磨。因为湿法工艺在超细研磨时效率高,且能达到干式研磨达不到的粒度。


      (2)从实验可见,逆研磨发生的时间、研磨平衡和极限粒径不是绝对的,它随实验条件的变化而变化。因而为了推迟逆研磨发生的时间和提高研磨效率,在实际生产中,可多做实验,以便找到恰当的生产条件。这样既提高了效率,又降低了生产成本。


      ( 3)分散剂(表面活性剂)在研磨过程中起着非常重要的作用,这是不言而喻的。如果被磨细的物料都能够得到充分分散的话,团聚就不存在,那么所谓的逆研磨,现象就不会发生。因而可以说,分散剂的恰当选择是解决逆研磨问题行之有效的途径。

(粉体圈 作者:梧桐)

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