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每周一问|球磨法制备超细石英粉的10个影响因素


来源:中国粉体网   平安

[导读]  高能球磨法制备超细石英粉所需的设备较少、工艺简单,但影响最终产品的组成和性能的因素却有很多。其中原料性质、球磨强度、球磨环境、球磨气氛、料球比、球磨时间和球磨温度等是主要因素。

中国粉体网讯  超细石英粉是一种优质的中性无机填料,由于具有强耐酸性、稳定的物理和化学性能、良好的透光性、高介电、高耐湿、抗辐射、优良的耐高温性能及高纯度低离子含量、低膨胀性、低应力等性能,广泛用于塑料、橡胶、油漆、涂料、陶瓷、油墨及催化和气体过滤材料等领域。而且超细石英粉还是一种功能性材料,与新的功能材料复合展现了广阔的应用前景,因此开发超细石英粉具有现实意义。

制备超细石英粉需要使用各种机械设备,包括:球磨机、振动磨、搅拌磨、气流磨、高速冲击式磨、胶体磨等及作为配套设备的精细分级设备。其中,高能球磨法制备超细石英粉所需的设备较少、工艺简单,但影响最终产品的组成和性能的因素却有很多。其中原料性质、球磨强度、球磨环境、球磨气氛、料球比、球磨时间和球磨温度等是主要因素。


球磨机结构图

(1)原料性质的影响。物料体系的组成和各组分的配比是决定最终产品组成的物质基础,不同的原料组成和组分配比即使在相同球磨条件下也会得到不同的球磨产品。

(2)球磨强度的影响。高能行星磨中研磨介质对物料的高速高频冲击碰撞有利于能量的转换和分子、原子及离子的输运和扩散。球磨强度对机械合金化非晶的形成具有重要的影响。强度低时,粉末形成非晶的时间较长,甚至无法形成非晶;强度较高时,形成非晶的时间大大缩短,且有助于非晶成分范围的扩大,当球磨能量高到一定程度时更宜形成稳定的化合物而不是非晶。对于硬度和强度较高的多组分氧化物体系,因其价键较牢固,键能较高,球磨强度较低时根本无法使之发生晶格扭曲、畸变等,也就谈不上机械力化学反应。

(3)球磨环境的影响。对无机非金属的粉磨通常有干法和湿法两种粉磨方法,干法操作简单,湿法往往可以得到更小的粉磨产物粒径。然而湿法粉磨产生相变的时间远远高于干法,这是由于湿法摩擦系数小,颗粒在水中的界面能小于在空气中的表面能,因而使粉体颗粒难以积聚起足够的能量以克服相变所需要的激活势垒的缘故。而干法粉磨至一定程度时,相变的发生几乎是必然的。机械能诱性的材料内部结构变化通常要求颗粒(晶粒)尺寸及自由能达到极限值,而在湿法粉磨环境下,碎裂表面的溶解和“重建”、良好的润滑和冷却环境都阻碍了颗粒尺寸和自由能达到极限值,从而阻碍了多晶转变的发生。

(4)料浆浓度的影响。在湿法球磨粉碎的过程中,浆料浓度也是一个重要的工艺参数,直接关系到粉体的粒度与球磨效率。由实验可知随着料浆浓度的增加,球磨效果越来越好,但是当料浆浓度达到一定值时,球磨时间对粉体粒径的影响变小。

(5)研磨介质尺寸的影响。高能球磨中多采用尺寸较小的硬质合金球或氧化锆球、氧化铝球等,这是因为小尺寸球有利于增大研磨介质与物料之间的摩擦面积。

(6)料球比的影响。为了获得较高的球磨能量,通常采用比普通球磨机小得多的料球比。当装料量和球径大小一定时,球运动的平均自由程取决于装球量。装球量过小即料球比过大时,物料受研磨的机会减少;反之,料球比过小时,球的平均自由程减小,不能充分利用其机械力,因而降低机械力化学反应的程度。

(7)球磨时间的影响。球磨时间的长短直接影响粉磨产物的组成和纯度。某些金属或合金的MA非晶化和晶型转变只在—定的时间范围内进行,粉磨时间过短时,材料内部能量聚集太少不足以破坏其结合价键;粉磨时间过长,又可能会发生其他的化学变化。对于无机非金属材料的机械力化学合成,通常需要较长时间的球磨。

(8)球磨速率的影响。球磨转速对产品粒度的影响与球磨时间的影响类似。

(9)助磨剂的影响。助磨剂是在粉体制备过程中能够显著提高粉碎效率和降低能耗的化学物质,主要是表面活性剂、分散剂等。在球磨过程中加入微量的助磨剂,可提高球磨效率。

(10)温度的影响。在研磨过程中,由于球磨对粉末的摩擦和撞击,粉末的温度会升高,局部温升有利于固相反应,但整体温度的升高会加剧物料间的团聚及其与磨球和筒壁的黏附,粉磨某些有机物时,温度过高还会导致其分解等现象。一般认为,研磨时粉末的温升不宜超过350K。


参考来源:

匡敬忠等.表面活性剂在制备超细石英粉体中的应用

龚莉.基于球磨法的超细石英粉体分形研究

谈高.天然脉石英制备高纯超细硅微粉及其应用研究

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