(中國粉體技術網/班建偉)硅灰石是自然界中一種天然具有纖維狀晶簇結構的無機礦物材料(圖1) ,該礦物具有穩定的物理化學性質,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中作為一種填料使用。工業上常用的無機礦物加工設備有雷蒙磨、球磨機,這些設備由于研磨結構、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。
采用雷蒙磨、球磨機,對硅灰石進行加工處理,加工后的產品作為造紙填料,研究不同設備生產的硅灰石填料在造紙加填性能的差別,希望為硅灰石填料加工企業和造紙企業提供生產上的參考。
1 試驗內容及檢測
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進行觀察,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、紙頁成型器、油壓機等;檢測儀器:稱量天平(0. 01g),電腦壓縮試驗儀(測厚度),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,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、球磨機不同設備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4 所示,球磨機生產的樣品( PAQZ) 如圖5 所示。
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的纖維狀結構都有破壞。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; 而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和化學漿兩大類,本試驗將兩種不同設備加工的硅灰石填料分別添加在機械漿、化學漿中,并進行抄片,研究添加后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。結合如表1、表2。
從表1 數據可知,對于機械漿而言,在松厚度方面,與未添加填料的紙頁相比,球磨機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,用球磨機及雷蒙磨加工的樣品挺度均比未添加紙頁偏低,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保留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
雷蒙磨整套結構是由主機、分析機、管道裝置、鼓風機、成品旋風分離器、顎式破碎機、畚斗提升機、電磁振動給料機、電控電機等組成。雷蒙磨工作過程為: 大塊狀物料經顎式破碎機破碎到所需要粒度后,由提升機將物料送至儲料斗,再經振動給料機均勻定量連續地送入主機磨室內進行研磨。粉磨后的礦粉被風機氣流帶走,經分析機進行分級,符合細度的礦粉隨氣流經管道進入大旋風收集器內進行分離收集,再經粉管排出即為成品礦粉。氣流再由大旋風收集器上端回風管吸入鼓風機。
本機整個氣流系統是密閉循環的,并且是在正負壓狀態下循環流動的。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。
由上述兩種不同設備的工作原理可知: 造成硅灰石礦粉成品形態差異的主要原因是設備破碎機理不同所導致。相對而言,雷蒙磨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; 球磨機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紙張加填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 結論
(1) 雷蒙磨、球磨機對硅灰石晶簇都有破壞,雷蒙磨較之于球磨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。
(2) 在紙張加填過程中,球磨機制備樣品留著較差,雷蒙磨制備樣品留著較好。
(3) 在紙張加填中,雷蒙磨制備的硅灰石填料對紙張的耐破度方面較好,球磨機制備的填料在紙張抗張強度方面優于雷蒙磨。
(4) 對紙張松厚度、挺度的影響方面,雷蒙磨要優于球磨機。
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