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振动磨、搅拌磨、气流磨加工硅灰石超细粉体结果对比研究

1  硅灰石超细粉碎
       在硅灰石超细粉碎过程中,物料的受力方式有挤压、冲击、研磨、剪切、摩擦等形式,不同的受力方式粉碎产物的形貌各异。通常,剪切和摩擦作用始终具有使颗粒沿着与力作用方向平行的结晶解理面剥离的趋势,而解理面往往是颗粒内部强度弱的结合面。因此,适当大小的剪切力和摩擦力具有将晶体束剥离成单根纤维的作用,有利于高长径比超细硅灰石的制备。
1. 1 硅灰石介质搅拌磨粉碎
       湿法介质搅拌磨制备硅灰石超细粉的影响因素主要有磨矿时间、搅拌速度、矿浆浓度、磨矿介质、助磨剂等。试验采用ZJM - 20搅拌球磨机,磨矿条件为:球料比5∶1 (介质为Ф2 mm硅酸锆) ,磨矿浓度50% ,搅拌转速800 r/min,试验入料粒度为100目。按搅拌球磨机的设计原理,结合针状硅灰石的晶体特性,介质搅拌磨法应很难制备出针状超细硅灰石粉体,试验结果也证明了这一点。
       表1为介质搅拌磨湿法磨矿6h产品粒度分析结果,图2为介质搅拌磨湿法磨矿6h产品粒度分布曲线;图3 ( a、b)为介质搅拌磨湿法磨矿6h产品扫描电镜照片。





3. 2  硅灰石冲击式粉碎
       硅灰石试验原料经给料斗给入CM - 51型冲击式超细粉碎机的粉碎腔内,在粉碎腔内经过两级粉碎后由尾部安装的风扇式输送机送至涡轮分级机内,其中微细颗粒随气流一起通过高速旋转的分级机叶片间隙进入到收尘器中,通过固气分离,超细产品从收尘器底部排出,净化的空气经高压风机排入大气。在分级机中,达不到粒度要求的大颗粒物料被高速旋转的分级机叶轮打到分级筒的边缘,并在边缘沿螺旋线轨迹下落,经旋转阀门返回到粉碎腔进行再粉碎。表2 为冲击式粉碎产品粒度分析结果;图4为冲击式粉碎产品粒度分布曲线;图5为冲击式粉碎产品SEM照片。


3. 3  硅灰石振动磨粉碎

       振动磨机工作时,筒体内的物料随着研磨介质一起运动,它不断受到研磨介质强烈的冲击、剪切和研磨,物料在这些力的作用下不断细化。同时在振频和振幅的作用下产生自转和公转,不断沿圆周做螺旋运动使物料位移直到出料口。这个过程中物料不仅产生分布混合,还上下剪切产生分散混合。试验采用MZG-3型振动磨,入料粒度为0~5 mm,磨矿介质为组合型刚玉球形介质。表3为硅灰石振动磨粉碎产品粒度分析结果;图6为硅灰石振动磨粉碎产品粒  度分布曲线;图7为硅灰石振动磨粉碎产品SEM照片。

 


3. 4 硅灰石气流粉碎
       硅灰石气流粉碎实验室试验采用的是QLMⅠ型流化床式气流粉碎机。硅灰石入料粒度: 0~2mm;工作压力: 0.7MPa;分级电流频率: 100 Hz、150Hz、200 Hz、250 Hz、300 Hz,对应的分级轮转速分别为6 000 r /min、9 000 r/min、12 000 r/min、15 000 r /min和18 000 r /min。试验通过改变气流磨分级电流的频率,对分级轮转速进行调整,从而达到对粉碎产品粒度的控制。表4为分级电流频率200 Hz条件下粉碎产品粒度分析结果,图8为对应的粒度分布曲线;图9 ( a、b)为分级电流频率200 Hz条件下粉碎产品扫描电镜照片。


4 结语
       粉碎产品粒度分析结果表明,所选择的设备在相应工艺参数条件下,冲击粉碎产品平均粒径X50为4.93μm,振动磨粉碎产品平均粒径X50为4.11μm,介质搅拌磨(6h)粉碎产品平均粒径X50为1.54μm,流化床式气流磨粉碎( 200 Hz)产品平均粒径X50为4.16μm。不同粉碎方法粉碎产品的平均粒径均小于5μm,特别是介质搅拌磨粉碎可以制备出产品平均粒径1 μm左右的硅灰石超细粉体,在不需要特殊硅灰石晶体形貌的应用领域,这些硅灰石微粉的制备工艺将具备优势。
       从不同粉碎设备粉碎产品粒度分布曲线可以看出,粉体粒度分析测试技术还不能准确地表征异形矿物粉体的特征。图2介质搅拌磨( 6 h)粉碎产品粒度分布曲线呈明显的正态分布,是因为粉碎产品的形貌近似颗粒状;而其它方法粉碎的产品粒度分布曲线则呈明显的不规则分布,因为现代激光粒度仪的测试原理采用的是全米氏(Mei)理论,仪器的光学结构系统依据的是傅立叶光学原理;测试时假定颗粒是均匀、各向同性的圆球。所以,现代光粒度仪不能准确地测试异形矿物粉体(针状、片状)的形貌特征,但在粒度特征方面是可以借鉴的。
    流化床式气流粉碎( 200 Hz)产品平均粒径为4.16μm,按我国粉体分类方法已经成为超细粉体,针状晶体形貌完好,而其它几种方法的粉碎产品不同程度地出现过粉碎现象,不能很好地保护硅灰石的针状晶体形貌。
       试验结果表明,采用流化床式气流机粉碎硅灰石,均能得到矿物晶体形貌较好的针状硅灰石产品,关键是解决好分级电流频率和产品细度的关系,当分级轮转速太高时,粉碎产品中颗粒状和短柱状的比例明显增加。由于气流粉碎实验室试验采用的是QLM-型气流粉碎机,分级轮的直径较小而转速又相对较高,硅灰石针状晶体在经过分级轮进入旋风分离器收集系统时容易折断,而工业型气流粉碎机分级轮的直径较大而转速又相对较低,将会得到晶体形貌更好的针状硅灰石粉体。

作者:刘新海1 , 2 , 李一波1 , 2 , 郭敏1 , 2 , 郝小非1 , 2
(1. 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所,郑州, 450006; 2. 非金属矿资源综合利用工程技术研究


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