(中國粉體技術網/班建偉)硅灰石是自然界中一種具有纖維狀晶簇結構的天然無機礦物材料(圖1),在我國的江西、廣西、黑龍江等省有較豐富的礦產分布。硅灰石具有穩定的物理和化學性質,其白度較高,耐酸堿且無毒環保,硅灰石經過加工后可以在造紙行業、新材料行業中作為一種優質的填料使用。
工業上常用的無機礦物的加工設備有雷蒙磨和球磨機,由于設備結構、研磨機理等方面的差異,必然也導致同一種礦物經過不同設備研磨后的產品性能存在差異。為了研究哪種設備更加適用于硅灰石填料的制備,本文采用雷蒙磨、球磨機對硅灰石進行加工處理,將加工后的產品用作造紙填料,研究不同設備生產的硅灰石填料在造紙加填性能的差別。
圖1 硅灰石原礦晶簇形態
1、試驗
1.1 試驗內容
硅灰石礦選用某采礦企業同一批礦料并經過充分混合,按照雷蒙磨、球磨機設備的生產要求制得符合造紙要求目數的填料粉末,通過顯微鏡對樣品形態觀察,判斷不同設備加工方式對硅灰石纖維形態的破壞程度。以雷蒙磨、球磨機兩種設備制得的硅灰石填料作為試驗用填料,采用不同漿料模擬造紙填料填加試驗,通過對抄造紙頁進行檢測對比,對不同設備加工的硅灰石礦粉樣品紙張添加性能進行評估對比。
1.2 試驗設備及方法
試驗原料:漿料1( 機械木漿)、漿料2(化學木漿)。
試驗設備:槽式打漿機、紙頁成形器、油壓機等。
檢測儀器:稱量天平(0.01g)、電腦壓縮式厚度測定儀、抗張強度試驗儀、耐破度試驗儀、挺度試驗儀、耐折度試驗儀等。
1.3 試驗檢測方法
添加一定比例(5%)的不同設備制備的硅灰石填料于樣品漿中,充分混合均勻進行手抄片抄制。
通過檢測抄片松厚度、抗張強度、耐破度、挺度和灰分留著等綜合指標進行評估。
2 試驗結果及評價
2.1 雷蒙磨、球磨機生產制備的硅灰石礦粉形態
采用雷蒙磨、球磨機對同一批硅灰石加工,首先要了解的就是不同設備生產的硅灰石填
料形態,試驗中采用光學顯微鏡對不同設備生產的樣品進行不同倍率的觀察,雷蒙磨樣品(PALZ)如圖2 所示,球磨機生產的樣品(PAQZ)如圖 3 所示。
圖2 PALZ填料形態×100 圖3 PAQZ填料形態×100
從光學顯微鏡對不同設備加工的硅灰石填料形態的觀察可以看出:雷蒙磨、球磨機兩種設備對硅灰石礦天然纖維狀結構都有破壞;但雷蒙磨對礦物纖維形態破壞相對較小,礦粉基本呈纖維形態;球磨機對礦物纖維結構破壞較大,制備的硅灰石礦粉填料基本呈不規則的顆粒狀,間雜零星的纖維狀物。
2.2 雷蒙磨、球磨機制備的硅灰石填料紙張添加試驗結果分析
國內生產的紙張一般采用機械漿或化學漿兩大類,本試驗將兩種不同設備加工的硅灰石
填料添加在機械漿、化學漿中進行抄片,研究其對紙頁各種性能的影響和在不同紙漿中的留著率方面的差異(如下表1、表2)。
從表1 數據可知,對于機械漿而言,成紙在松厚度方面,與未添加填料的紙頁相比,球磨及雷蒙磨加工的產品松厚度都較低,但雷蒙磨加工的填料優于球磨機。在挺度方面,兩種填料的成紙挺度均比未添加紙頁低,但雷蒙磨優于球磨機。從強度方面比較,雷蒙磨加工的樣品成紙耐破強度優于球磨機;但在抗張強度方面,球磨機加工填料較好,在灰分及保留方面,雷蒙磨生產的樣品保留較好。
從表2 實驗數據可知,對于化學漿來說,雷蒙磨制備的樣品在松厚度、挺度方面同樣強于球磨機。強度方面,雷蒙磨樣品表現出稍好的耐破度,而球磨機制備樣品在抗張強度方面占有優勢,但數據相差不大且均小于未填加紙頁的強度;從灰分及保留上看,用球磨機生產的樣品留著低于雷蒙磨生產的樣品。
3 不同設備加工原理及對產品性能影響分析
雷蒙磨整套結構主要由主機、分析機、鼓風機、成品旋風分離器、管道裝置、電機等組成。其中主機由機架、進風蝸殼、鏟刀、磨輥、磨環、罩殼及電機組成。輔助設備有顎式破碎機、斗式提升機、電磁振動給料機、電控柜等。雷蒙磨工作原理為:將大塊狀原礦石用破碎機破碎到所需的進料粒度,然后由斗式提升機將物料輸送到儲料倉儲存,生產時由電磁振動給料機均勻地送到主機的磨室內,進入到磨室內的物料被鏟刀鏟起進入磨輥與磨環之間,被磨輥施加的機械研磨力研碎,礦物顆粒粉碎的大小、形狀首先由磨輥施加壓力的大小來控制;其次,也受磨輥、磨輥磨損狀態的影響,生產過程中,鼓風機將空氣從分流盤吹入研磨室,把粉碎后的礦石粉末送到分析室,由旋轉的分析葉輪分選,大顆粒物料落回磨室重新研磨,合乎規格要求的細粉末隨氣流進入成品旋風集粉器,與空氣分離后,從卸料口排出為成品。主機工作過程中,鏟刀系統起到了非常重要的作用,位于磨輥下端,鏟刀與磨輥同轉過程中把物料鏟起拋喂入磨輥輥環之間,形成墊料層,該料層受磨輥旋轉產生向外的擠壓力將物料碾碎,由此達到制粉目的。
球磨機一般為臥式筒形旋轉裝置,物料由進料裝置經入料中空軸螺旋均勻地進入磨機第一倉,該倉內有階梯襯板或波紋襯板,內裝不同規格鋼球,筒體轉動產生離心力將鋼球帶到一定高度后落下,對物料產生重擊和研磨作用。物料在第一倉達到粗磨后,經單層隔倉板進入第二倉,該倉內鑲有平襯板,內有鋼球,將物料進一步研磨。粉狀物通過卸料箅板排出,完成粉磨作業。由兩種不同設備的工作原理可知:造成硅灰石礦粉形態差異的主要原因是設備破碎機理不同所導致,雷蒙磨磨輥與磨環之間研磨加壓破碎方式相對比較溫和,對硅灰石礦物的晶簇狀結構破壞較小,磨后填料形態仍然以短纖維狀或針狀為主;而球磨機鋼球或其他硬介質撞擊破碎方式對硅灰石礦物晶簇狀結構破壞較大,磨后的礦粉形態已經看不到明顯的纖維狀形態,從保留原礦基本性能來說,雷蒙磨無疑較為優越。
兩種設備加工的硅灰石填料在加填與成紙性能方面存在著明顯的差異,就填料留著率而言,雷蒙磨加工的硅灰石填料在紙張中的留著較好且對紙張的耐破度表現優越;球磨機加工的硅灰石填料在紙張抗張強度方面優于雷蒙磨;在紙張松厚度、挺度方面,雷蒙磨制備的硅灰石填料無論對于什么漿種,較之于球磨機都具備一定的優勢。
4 小結
對于硅灰石礦來說,雷蒙磨、球磨對硅灰石晶簇都有破壞,但雷蒙磨較球磨來說對礦物晶簇的破壞較小,填料形態總體仍然呈纖維狀,球磨機樣品則總體呈顆粒狀,這主要是兩種設備不同的研磨機理所導致。兩種不同設備生產的硅灰石填料紙張加填性能表明:球磨機制備的填料留著性較差,而雷蒙磨制備樣品的留著性較好;在加填后紙張強度方面,雷蒙磨制備的硅灰石填料對紙張的耐破度較好,而球磨機制備的填料對紙張的抗張強度較優;在紙張松厚度、挺度方面,雷蒙磨則要優于球磨機。
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