由于非金屬礦品種繁多,加工工藝更是五花八門,在此僅就幾種非金屬礦物的加工設(shè)備與工藝的現(xiàn)狀加以簡(jiǎn)述[1][2][3][4][17]。3 1 加工設(shè)備的選擇 (1)高嶺土。高嶺土的超細(xì)與剝片是相關(guān)連的,剝片的目的是超細(xì)。反之,超細(xì)又能達(dá)到剝片的目的。在粉碎工藝上應(yīng)盡量選擇剝片原理的粉碎方式和設(shè)備,從粉碎機(jī)理上來說強(qiáng)化外力對(duì)高嶺土顆粒的強(qiáng)力剪切,在超細(xì)粉碎的同時(shí)保持片狀礦物的特性。高嶺土超細(xì)是為了改變顆粒表面的物理和光學(xué)性能,借助物理的、化學(xué)的和機(jī)械學(xué)的方法,使其剝裂為50～1μｍ或更小的顆粒,并使<5μｍ的占絕大多數(shù)。超微細(xì)高嶺土既是一種優(yōu)良的造紙涂料,又為改性復(fù)合提供了合格原料。能生產(chǎn)微細(xì)粒級(jí)的粉碎設(shè)備主要有:各類球磨機(jī)、機(jī)械高速旋轉(zhuǎn)沖擊剪切式粉碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)、攪拌磨。 (2)重質(zhì)碳酸鈣。它的硬度較低,加工過程中要求有較高的白度。在眾多的粉碎設(shè)備中,幾乎都可以用于重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)。由于其用量大、單位重量的售價(jià)偏低,如何無污染、低成本地達(dá)到加工目的是設(shè)備和工藝選擇的重要問題。目前被大家所接受的是雷蒙磨和球磨機(jī)或振動(dòng)磨與分級(jí)機(jī)結(jié)合的沖擊加超細(xì)研磨的方式。這種方式得到的粉體中細(xì)粉含量較高,有利于用做橡膠和塑料的填料。用于造紙涂布級(jí)的超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣,其原始結(jié)晶多為立方多面體,為了達(dá)到超細(xì)粉碎的目的。則需要強(qiáng)化礦物顆粒的體積粉碎和表面的研磨。近年來,采用剝片機(jī)進(jìn)行濕式超細(xì)粉碎的較多,發(fā)展較快。 (3)鋯英砂。它的主要成分為硅酸鋯,原料中常含有鐵、鈦等雜質(zhì)。它的性質(zhì)穩(wěn)定,耐磨,其微粉作為陶瓷行業(yè)釉料的乳濁劑,具有遮蓋力強(qiáng)、乳濁效果好等特點(diǎn),應(yīng)用愈來愈廣。然而,鋯英砂的超細(xì)粉碎是一個(gè)耗能大、設(shè)備磨損嚴(yán)重、產(chǎn)品易污染的復(fù)雜過程。為實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn),必須綜合分析加工工藝,優(yōu)化設(shè)備組合,在能耗和其他消耗盡可能低的條件下產(chǎn)出高質(zhì)量硅酸鋯微粉。 目前用于鋯英砂超細(xì)粉碎的設(shè)備有氣流粉碎機(jī)、球磨機(jī)和攪拌磨,各類設(shè)備的性能差別較大。從多年的使用經(jīng)驗(yàn)來看,氣流粉碎機(jī)能耗太大,投資也高,從粉碎機(jī)理來說不太適合微米級(jí)超細(xì)粉碎過程。球磨機(jī)借助于球介質(zhì)的沖擊作用將大顆粒粉碎,適合于產(chǎn)品平均粒度在10μｍ左右的粗粉碎生產(chǎn)過程。為了高細(xì)度,對(duì)于平均粒徑1～2μｍ左右的超細(xì)粉生產(chǎn),盡量采用攪拌研磨的方式,以達(dá)到產(chǎn)品最細(xì)、能耗最小。為了保證產(chǎn)品的純度,還需要配合酸洗等提純工藝措施。針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)鋯英砂微粉的氣流粉碎系統(tǒng),可以進(jìn)行工藝改造,達(dá)到提高細(xì)度和純度、降低成本的目的。 針對(duì)鋯英砂的粉碎特性和對(duì)產(chǎn)品的要求,采用濕式粗研磨機(jī)生產(chǎn)平均粒度在5～10μｍ的產(chǎn)品;然后用超細(xì)研磨機(jī)將其磨細(xì)到平均粒徑1～2μｍ左右,這樣能較好地發(fā)揮各類型設(shè)備的不同特點(diǎn)和長(zhǎng)處,以較小的能耗獲得最細(xì)的產(chǎn)品。選用批次粉磨作業(yè),采用相應(yīng)的工藝制度來保證產(chǎn)品粒度分布的均勻性和粉磨熱量的散發(fā);考慮到將粉磨過程對(duì)產(chǎn)品的污染降低到最低限度,選用聚氨酯彈性體為攪拌桶和攪拌棒的保護(hù)層,保證物料與金屬物不接觸;為了提高粉磨效率和降低產(chǎn)品漿料的粘度,適當(dāng)添加有機(jī)外加劑(在干燥的高溫中揮發(fā),對(duì)產(chǎn)品無影響)。 為保證產(chǎn)品的質(zhì)量,采用化學(xué)提純的方式,來除掉原料加工過程帶入的鐵類雜質(zhì),使產(chǎn)品的純度和白度提高。這意味著可用低檔的鋯英砂,生產(chǎn)高檔的鋯英砂微粉。無論那個(gè)國(guó)家的資源都是日益貧乏、品位低下,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行提純處理,是生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品的必由之路。因此選用此工藝條件,就可以用鋼球來進(jìn)行研磨,降低成本。 (4)硅灰石。用復(fù)合材料增強(qiáng),在粉碎時(shí)應(yīng)盡量保持它原始的針狀結(jié)晶狀態(tài),使產(chǎn)品成為天然的短纖維增強(qiáng)材料。強(qiáng)力沖擊式粉碎能夠在礦物顆粒內(nèi)部短時(shí)間形成較強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力,使顆粒內(nèi)部沿著解理面形成裂紋最后分離成細(xì)小的針狀顆粒。在選擇粉碎設(shè)備時(shí)必須考慮到這一因素。 (5)云母。由于它的多層結(jié)構(gòu)多被用做電介材料和珠光顏料,粉碎加工過程中應(yīng)盡可能地保證所得顆粒的徑厚比。作珠光顏料的云母粉體,其表面不能有太多的劃傷,否則會(huì)影響它的光學(xué)效果。在粉碎設(shè)備的選擇上應(yīng)該盡量選用高壓射流式粉碎機(jī),利用顆粒內(nèi)部層間的膨脹壓力將顆粒剝離,達(dá)到預(yù)期的粉碎效果。 3 2 加工工藝的選擇 (1)磨料微粉生產(chǎn)工藝�？捎糜诩庸の⒎勰チ系脑系V物主要有碳化硅、白剛玉、棕剛玉及石榴子石等。隨著各行業(yè)加工技術(shù)精細(xì)化的發(fā)展和國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,廣泛應(yīng)用于拋光行業(yè)的微粉磨料用量越來越大,出口量也逐年增加,微粉磨料的精細(xì)加工有廣闊的發(fā)展前景。磨料加工的特點(diǎn)是物料堅(jiān)硬、設(shè)備磨損大、粒度分布很窄。為防止將被拋光工件表面劃傷,應(yīng)嚴(yán)格控制成品中大顆粒的存在。 (2)濕法分級(jí)工藝。傳統(tǒng)的微粉磨料生產(chǎn)主要采用球磨機(jī)粉磨和濕法分級(jí)工藝。這種工藝特點(diǎn)是投資小,工藝流程簡(jiǎn)單。粉碎過程一般采用批次研磨的方式。用控制時(shí)間的方法來控制粒度和粒度分布。分級(jí)的方法有旋流器方式、溢流沖洗法和沉降法。較大的顆粒的沉降速度較大,分級(jí)多采用溢流沖洗的方法。對(duì)于較細(xì)小的顆粒,沉降速度較低,分級(jí)多采用大容器自由沉降的方式。這一工藝過程中需要對(duì)顆粒進(jìn)行良好的分散處理,才能保證其精度。這種做法的生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)能力難于擴(kuò)大、占地面積大、耗時(shí)耗水嚴(yán)重。然而,由于濕法分級(jí)可以在水中加入分散劑,液固界面的分散能力要比氣固界面的分散能力強(qiáng),濕法分級(jí)的分級(jí)效果一般優(yōu)于干式分級(jí)。 (3)干式分級(jí)工藝。干式分級(jí)系統(tǒng)是由粉碎機(jī)和2臺(tái)以上的分級(jí)機(jī)、收塵器和風(fēng)機(jī)組成。粉碎機(jī)的產(chǎn)品在氣流的挾帶下進(jìn)入第1臺(tái)分級(jí)機(jī)進(jìn)行分級(jí)處理,控制一定的上限粒級(jí)后,大于這一粒級(jí)的粗粉返回粉碎機(jī)再次進(jìn)行粉碎;小于這一粒級(jí)的細(xì)小粉體進(jìn)入第2臺(tái)分級(jí)機(jī)分級(jí)控制一定的下限粒級(jí)。經(jīng)過處理后的產(chǎn)品1和產(chǎn)品2即為窄粒級(jí)的磨料,過細(xì)的產(chǎn)品3由收塵器搜集。在這樣的系統(tǒng)中,調(diào)整好粉碎機(jī)的粉碎能力、產(chǎn)品的粒度分布和分級(jí)后產(chǎn)品的粒度分布,減少過細(xì)粉體的生成量是很關(guān)鍵的,它決定了整個(gè)系統(tǒng)的效率。該工藝的特點(diǎn)是加工現(xiàn)代化程度高、處理量大、分級(jí)精度高等特點(diǎn),適合于干法大批量生產(chǎn)微粉磨料。該工藝的缺點(diǎn)是當(dāng)產(chǎn)品太細(xì)的情況下,由于氣體的分散能力所限,分級(jí)效果明顯變差。 4 非金屬礦超細(xì)粉碎技術(shù)的發(fā)展方向 現(xiàn)代工程技術(shù)將需要越來越多的高純超細(xì)粉體,超細(xì)粉碎技術(shù)在高新技術(shù)研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與非金屬礦物有著密切的聯(lián)系,在未來非金屬礦深加工技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中要考慮高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[18][5];現(xiàn)代非金屬深加工技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加工技術(shù)相互滲透,其發(fā)展必須考慮傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和進(jìn)步;為了更好地應(yīng)用有限的非金屬礦資源,必須考慮其綜合利用問題。同時(shí),在其開發(fā)利用及其深加工過程中還必須考慮人類的生存和可持續(xù)發(fā)展,注意環(huán)境保護(hù)。 未來非金屬礦物原料或材料總的發(fā)展趨勢(shì)是高純、超細(xì)和功能化。以高純超細(xì)非金屬礦物深加工原料為龍頭,綜合開發(fā)利用各種非金屬礦產(chǎn)[1]。雖然可以通過化學(xué)合成法制備高純超細(xì)粉體,但成本過高,至今未能用于工業(yè)化生產(chǎn)。獲得超細(xì)粉體的主要手段仍然是機(jī)械粉碎方式,用機(jī)械方式制取超細(xì)粉體所依賴的超細(xì)粉碎與分級(jí)技術(shù)的難度不斷增大,其研究深度永無止境。超細(xì)粉碎技術(shù)是多方面技術(shù)的綜合,其發(fā)展也有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,如高硬高韌耐磨構(gòu)件的加工、高速軸承、亞微米級(jí)顆粒粒度分布測(cè)定等。因此,超細(xì)粉碎技術(shù)的發(fā)展應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面。 (1)開發(fā)與超細(xì)粉碎設(shè)備相配套的精細(xì)分級(jí)設(shè)備及其它配套設(shè)備。超細(xì)粉碎與分級(jí)設(shè)備相結(jié)合的閉路工藝,可以提高生產(chǎn)效率,降低能耗,保證合格產(chǎn)品粒度�？梢哉f,大處理量、高精度分級(jí)設(shè)備是超細(xì)粉碎技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。要更多地從整個(gè)工藝系統(tǒng)的角度來進(jìn)行研究與開發(fā),在現(xiàn)有粉碎設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)、配套和完善分級(jí)設(shè)備、產(chǎn)品輸送設(shè)備等其它輔助工藝設(shè)備。 (2)提高效率,降低能耗,不斷提高和改進(jìn)超細(xì)粉碎設(shè)備。超細(xì)粉碎技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)備,因此,首先要開發(fā)新型超細(xì)粉碎設(shè)備及其相應(yīng)的分級(jí)設(shè)備,后者似乎更為迫切。助磨劑和表面活性分散劑將應(yīng)用于超細(xì)粉碎工藝中。 (3)設(shè)備與工藝研究開發(fā)一體化。超細(xì)粉碎與分級(jí)設(shè)備必須適應(yīng)具體物料特性和產(chǎn)品指標(biāo),規(guī)格型號(hào)多樣化,而不存在對(duì)任何物料都是高效萬能的超細(xì)粉碎與分級(jí)設(shè)備。 (4)開發(fā)多功能超細(xì)粉碎和表面改性設(shè)備。如將超細(xì)粉碎和干燥等工序結(jié)合、超細(xì)粉碎與表面改性相結(jié)合、機(jī)械力化學(xué)原理與超細(xì)粉碎技術(shù)相結(jié)合,可以擴(kuò)大超細(xì)粉碎技術(shù)的應(yīng)用范圍。借助于表面包覆、固態(tài)互溶現(xiàn)象,可制備一些具有獨(dú)特性能的新材料。 (5)開發(fā)研究與超細(xì)粉碎技術(shù)相關(guān)粒度檢測(cè)和控制技術(shù)。超細(xì)粉碎的粒度檢測(cè)和控制技術(shù),是實(shí)現(xiàn)超細(xì)粉體工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的重要條件之一。粒度測(cè)試儀器與測(cè)定的控制技術(shù),是與超細(xì)粉碎技術(shù)密切相關(guān)的,必須與這些領(lǐng)域的專家聯(lián)合攻關(guān)。 超細(xì)粉碎在朝著納米級(jí)方向進(jìn)軍,與此相關(guān)的低污染耐磨材料和納米級(jí)粉體的分散及評(píng)價(jià)將成為巨大的技術(shù)障礙,在這方面的研究將會(huì)受到重視。 (6)重視超細(xì)粉碎基礎(chǔ)理論的研究。基礎(chǔ)理論的研究對(duì)于超細(xì)粉碎技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用極為重要,它的最終目的是指導(dǎo)實(shí)踐,生產(chǎn)出合乎要求的超細(xì)粉體。其內(nèi)容包括微細(xì)粉體粒子的粒度與表面物理化學(xué)等特性;粉碎過程的描述;超細(xì)顆粒的粉碎特性和破壞過程;超細(xì)粉碎機(jī)最優(yōu)工作參數(shù)和粉碎機(jī)理的研究;不同超細(xì)粉碎方法(或機(jī)械應(yīng)力的施加方式),如沖擊、研磨、摩擦、剪切、壓碎、剝蝕等在不同粉碎環(huán)境中的能耗規(guī)律、粉碎效率、產(chǎn)品細(xì)度與能量利用率以及對(duì)粉碎物料的晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能等的影響;粉碎物理化學(xué)環(huán)境以及助磨劑、分散劑等對(duì)產(chǎn)品細(xì)度、物化性能和粉碎效率的影響等。如,根據(jù)不同超細(xì)粉碎方法對(duì)物料晶體結(jié)構(gòu)及物化性能的不同影響,結(jié)合物料的用途,選擇合適的超細(xì)粉碎工藝和設(shè)備,避免因超細(xì)粉碎加工給物料的使用性能帶來不利的影響,或利用超細(xì)粉碎加工技術(shù)對(duì)粉體物料進(jìn)行選擇性的機(jī)械激活;通過適度地添加助磨劑,有目的地改善超細(xì)粉碎的物理化學(xué)環(huán)境,以提高粉碎效率并降低能耗等。 作者：中國(guó)塑料機(jī)械網(wǎng) 來源：中國(guó)塑料機(jī)械網(wǎng)信息中心
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