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搅拌磨:选择研磨介质时需考虑哪些因素?


来源:中国粉体网   茜茜

[导读]  随着材料科学和技术的不断发展,新型材料和高功能材料的生产和开发对有关粉体的微细化或超细化提出了越来越高的要求。所谓超细粉体是指尺度介于分子、原子与块状材料之间,通常泛指1~100nm范围内的微小固体颗粒。包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种材料颗粒。

中国粉体网讯  随着材料科学和技术的不断发展,新型材料和高功能材料的生产和开发对有关粉体的微细化或超细化提出了越来越高的要求。所谓超细粉体是指尺度介于分子、原子与块状材料之间,通常泛指1~100nm范围内的微小固体颗粒。包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种材料颗粒。超细粉体具有表面积比大、活性好、熔点低、磁性强、光吸收好、导热性能好等特性而受到众多领域的追捧。例如陶瓷、高岭土、钛白粉等领域。


制备超细粉体常用的手段是机械粉碎法。随着金属及非金属加工的需求,超细粉体技术飞速发展,超细粉碎设备也是层出不穷。按照不同的粉碎原理可分为振动磨机、气流磨机、搅拌磨机、离心辊磨机、胶体磨体、高速冲击粉碎机和筒辊磨机等。其中,搅拌磨机因具有占地面积小,产品粒度分布均匀、噪音低、高效节能的优点,是目前发展前景较好的超细粉碎设备。


搅拌磨是湿法超细粉碎的主要设备,通过输入功率推动研磨介质,依靠研磨介质冲击和摩擦研磨来粉碎物料。在制备超细粉体时,尤其是一微米左右的粉体颗粒的生产过程中,不使用研磨介质很难使粉体颗粒达到这个数量级。那么,搅拌磨在制备超细粉体时,研磨介质的影响因素到底有多重要?


搅拌磨分类及构造


搅拌磨是20世纪60年代开始逐渐应用的粉磨设备,早期称为砂磨机,主要用于染料、涂料行业的料浆分散,而且是迄今为止能量利用率较高的一种超细粉磨设备。搅拌磨的种类很多,按搅拌器的结构形式可分为盘式、棒式、环式和螺旋式搅拌磨;按工作方式可分为间歇式、连续式和循环式搅拌磨;按工作环境可分为干式和湿式(一般以湿法搅拌为多);按安放方式可分为立式和卧式搅拌磨;按密封方式可以分为敞开式和密闭式搅拌磨等。



 JM螺旋搅拌磨机图

1-筒体;2-搅拌器;3-转动装置;4-机架

         

 

研磨介质对粉磨效果的影响


对于如何提高磨机的粉磨效率,同时降低磨机功耗,是众多学者一直致力的一个研究方向。搅拌磨在制备超细粉体时,需要加入研磨介质对物料进行粉碎,以求达到更细的产品粒度。由于物料的不同,选择的研磨介质也会不同。研磨材质的不同会导致最后的产品粒度不同,但材质的影响并不是导致粉磨效果不同的唯一因素,粉磨效果同时还受到介质直径、密度、硬度、装填量、介质配比、介质化学稳定性等多方面的影响。下面我们具体来看看研磨介质对粉磨效果的影响。


研磨材质对粉磨效果的影响


研磨材质决定了粉碎的成本高低和粉碎效率。研磨材质主要可分为金属介质、岩矿类材质和非金属材质三类,选择研磨材质是除了考虑生产成本以外,就是要考虑物料与介质是否会造成污染的问题,这对于精细陶瓷、非金属矿和化学产品的粉碎起到关键作用。


常用的研磨介质有天然砂、玻璃珠、氧化铝球、钢球、氧化锆球等。


 

1-氧化铝球;2-钢球;3-玻璃珠;4-氧化锆球


介质形状、直径对粉磨效果的影响


工业生产中,研磨介质一般多用球形,这是因为其他不规则形状的介质会进行自身磨损,引起不必要的污染。另外,球形的研磨介质其平均直径小于6mm,用于超细粉碎时,一般小于1mm,能更好地达到研磨效果。介质大小直接影响粉磨效率和产品细度,直径越大,产品粒径也越大,产量越高;反之,介质粒径越小,产品粒度越小,产量越低。当然,在具体的研磨中,一般视给料粒度和要求产品细度而定。为提高粉磨效率,研磨介质的直径须大于给料粒度的10倍。另外,研磨介质的粒度分布越均匀越好。


研磨介质密度、硬度、尺寸对粉磨效果的影响


研磨介质的密度对粉磨效率也有重要作用,介质密度越大,研磨时间越短。为了增加研磨效果,研磨介质的硬度须大于被磨物料的硬度。根据长期以来的经验总结,介质的莫氏硬度最好比被磨物料的硬度大3级以上。另外,研磨介质还受到尺寸的影响,介质尺寸小,介质球接触点就越多,研磨物料的机会也就多。


搅拌磨常用的研磨介质的密度和直径

研磨介质玻璃珠(含铅)玻璃珠(不含铅)氧化铝球锆砂氧化锆球钢球
密度(g/cm3)2.52.93.43.85.47.8
直径(/mm)0.3~3.50.3~3.50.3~3.50.3~1.50.5~3.50.2~1.5


常用的研磨珠及其他材料的硬度

 


研磨介质装填量对粉磨效果的影响


研磨介质的装填量对研磨效率有直接影响,研磨介质的粒径大小决定了研磨介质的装填量。必须保证研磨介质在分散器内运动时,介质的空隙率不小于40%。由于搅拌磨有低速和高速之分,装填量也要相应的发生改变。一般低速搅拌磨的填充率在70%,高速搅拌磨的填充量在50%左右。对于超细粉碎过程中,需要调整研磨介质破碎和研磨的能力分配,这时可以采用高填充率来强化研磨。


研磨介质配比对粉磨效果的影响


由于在连续的粉磨过程中,研磨介质的大小是成一定规律分布,为了降低成本,多采用补充大球的办法来恢复系统的研磨,而且磨机在工作过程中,不会一直保持固定的介质配比。搅拌磨的介质大小配比直接关系到粉磨能力能否发挥和如何减少介质磨耗的大问题。所以,我们要在粉磨过程中根据物料、介质配比总结经验,降低无效研磨、损耗功率以及降低成本的可能。


研磨介质的耐磨性和化学稳定性


耐磨性是衡量研磨介质质量的重要条件,不耐磨的介质因磨耗需要进行进行补充,这样不但会增加成本,更为重要的是影响生产。


研磨介质在具体的研磨过程中需要具有一定的化学稳定性,PH值稳定。这是为了防止研磨介质在研磨中与物料发生化学反应,会对物料造成污染,若造成的污染可以被挽回,则需要耗费外力将其分离,但会造成企业的生产成本;若不能被挽回,则会造成物料的浪费,影响企业效率。


总结


搅拌磨具有高效、节能的特点,是制备高性能、高纯度、零污染超细粉体的设备,正确选用研磨介质是提高搅拌磨研磨效率的关键,在搅拌磨制备超细粉体的的过程中,研磨介质的选择至关重要。由于在研磨过程中,研磨介质要受到材质、装填量、介质形状、粒径等多因素影响,但只要我们了解了不同因素对粉磨效果的差异,在粉磨过程中针对不同物料、机型、设备,采用不同的研磨介质,就可以降低生产成本,提高生产效率。

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