(中國粉體技術網/班建偉)金紅石鈦白粉是一種高檔次的鈦白粉,被認為是目前世界上性能最好的一種白色無機顏料和重要的精細化工材料,主要應用于涂料、油漆、油墨、造紙和高檔化妝品等行業。近十年來,隨著我國國民經濟的持續發展,人民生活水平的不斷提高,高檔次的金紅石鈦白粉需求量急劇增加,年平均增長率達 18.1%。
為了生產出具有較強市場競爭力的鈦白粉產品,各化工企業開展了一系列的研發和技術引進工作。高壓輥磨就是在這種情況下應運而生的。它作為一種鈦白粉的超細粉碎設備,其破碎后的物料還具有一定的微裂紋,有利于進一步的研磨及浸出,可以降低能耗,提高金紅石鈦白粉的產量。
1 高壓輥磨超細粉碎原理
鈦白粉顆粒通過料倉進入輥壓磨進料裝置內,形成一定的料壓,兩個相向旋轉的擠壓輥之間的輥縫遠遠小于鈦白粉的最大粒徑。在料壓的作用以及輥面與鈦白粉的摩擦力的作用下,單顆粒鈦白粉在通過兩個擠壓輥間時受到輥面的擠壓而破碎。破碎后的鈦白粉顆粒分成許多更小的細碎粉狀顆粒,通過調節壓力的大小,可以改變破碎后粒度的大小及級配。破碎原理如圖 1 所示。
與傳統的高壓輥磨層壓破碎原理相比,這種單顆粒破碎是一種最為節能的破碎方式。在單顆粒上施加壓力,破壞物料結構,可使以熱和噪聲形式損失的能量降到最低。這種物料破碎后的粒度與使用層壓破碎后的粒度相同,且破碎后的物料顆粒同樣產生了細微裂紋。這種超細粉碎的優勢在于降低能耗,減少物料在磨機中的過粉碎現象,同時還具有增加產量和產能及提高物料的可磨性等特點。
2 高壓輥磨的工作和結構特點
2.1 采用高耐磨精加工的光滑輥面
根據破碎物料的硬度及耐磨性的不同,高壓輥磨有不同的輥面。粉碎易磨的脆性物料,如水泥熟料、石灰石、煤炭和化工原料等,常用網狀、條狀焊接堆焊輥面;輥壓硬度較高的金屬礦石,如鐵精礦等,則采用柱釘堆焊輥面。以上輥面結構在運行時,對輥面的耐磨性要求較高。兩輥間距較大時,輥面形狀對破碎物料的粒度影響幾乎可以忽略。在超細粉碎時,尤其是在一次性全部破碎及對破碎粒度要求較高的時候,兩輥間距較小,此時輥面結構就會對破碎粒度有較大影響。光滑
的輥面有利于使擠壓物料均勻受力,破碎后的物料粒度較為均勻。
2.2 進料裝置具有耐腐蝕的特點
鈦白粉由于在高溫破碎時具有一定的腐蝕特性,因此與鈦白粉接觸的進料裝置及側擋板全部采用不銹鋼耐磨鋼板焊接后精加工而成,具有很好的抗腐蝕及耐磨性能。
2.3 能有效防止邊緣效應
側擋板與輥面保持極小間距,且側擋板深入輥面,有利于減少擠壓邊緣效應的發生。輥壓機及高壓輥磨在不同程度上均具有一定的邊緣效應。邊緣效應是指在輥子端面與側擋板中間有物料不經輥壓而直接通過,以及在輥子兩端面附近擠壓效果明顯減弱。超細粉碎的特點在于側擋板和輥子端面的間距極小 (只有 0.25 mm),而且側擋板具有明顯的阻止物料從輥子端面脫離的效果,可有效阻止物料不經輥壓直接從輥子端面離開。物料在輥子表面均勻受壓,各處受力幾乎一致,所以輥子端面及中間擠壓效果相同,不存在所謂的邊緣效應。
2.4 具有單顆粒破碎的特征
高壓輥磨在剛開始啟動時,初始輥縫很小 (0.5mm),而鈦白粉的顆粒大于初始輥縫。當高壓輥磨運行,輥縫沒有超出鈦白粉顆粒的直徑時,鈦白粉顆粒在受到輥面擠壓、重力及別的顆粒擠壓等多重擠壓作用下,具有單顆粒破碎的特征。
2.5 電控系統采用 PLC 控制
具有自動卸荷的高壓保護功能,自動化程度較高。采用變頻電動機,在負荷狀態下能完全實現無極變速啟動。采用西門子操作面板,可以顯示輥磨機的工作狀況,以及輥縫壓力和各點溫度測量值。工作人員可以根據物料情況隨時修改高壓輥磨的各種參數,并且通過網絡與中控聯系在一起,實行聯鎖控制。
3 高壓輥磨輥壓鈦白粉工藝流程
高壓輥磨輥壓鈦白粉工藝流程如圖 2 所示。
在輥壓鈦白粉的工藝系統中,-2 mm 的鈦白粉經高壓輥磨輥壓后,-325 目的物料占 55% ~ 60%,而且輥壓后物料顆粒形成了微裂紋,方便砂磨機進一步研磨及浸出,同時可以避免過粉碎現象的發生。輥壓后的物料進入砂磨機,將原礦細磨至 -325 目占 70% 以上,然后進入分解槽浸出,進行制粒-晶型轉變,最終得到高品位的人造金紅石。
4 工業試驗
在實驗室用 500 kg 的鈦白粉進行輥壓試驗,得到高壓輥磨在不同轉速下的頻率、電流及物料輥壓情況。
試驗機型號為 GM52-25,輥子直徑為 520 mm,寬度為 250 mm,電動機功率為 90 kW,額定電流為 160 A。由于鈦白粉有限,在實驗室只做了 5 組試驗,如表 1 所列。從表 1 可以看出:
(1) 電流的大小與轉速、下料口、壓力及鈦白粉顆粒的大小均有關系。下料口越大,電流越高;壓力越高,電流越大。
(2) 當鈦白粉粒度較大時 (90% > 0.25 mm),單次破碎具有明顯的效果;當鈦白粉粒度小于 0.25 mm 時,電流會急劇升高。由此說明在物料粒度達到一定時,高壓輥磨的破碎效果會減弱,耗電量會急劇增加。
(3) 為了達到最佳破碎效果,高壓輥磨電動機的實際電流應控制在額定電流的 0.8 倍左右。從表 1 可以看出,在 7 ~ 8 MPa 壓力作用下,適當改變下料口的大小,完全有可能使高壓輥磨工作電流控制在 130A 左右,使之保持正常工作狀態。
(4) 當壓力超過 10 MPa 時,設備運行將會變得極不穩定,所以該試驗機最大壓力將會控制在 10 MPa以內。
為了進一步驗證該設備的整體性能以及今后的應用推廣,在廣西金龍鈦業有限責任公司進行了設備的工業化生產。在設備運行過程中,對不同壓力下鈦白粉的 325 目篩余進行分析,最終確定了高壓輥磨的最佳生產工藝參數,如表 2 所列。
由表 2 可知,高壓輥磨輥壓鈦白粉的最佳運行參數為:壓力為 8 MPa,轉速在 1 200 r/ min,電流在130 A 時趨于穩定,325 目干法篩余量達到 42.7%。當壓力大于 8 MPa 時,隨著壓力的繼續升高,篩余比率不減反增。這說明鈦白粉顆粒在 8 MPa 壓力下,顆粒分離效果較好;隨著壓力的升高,鈦白粉顆粒有聚合的趨勢。壓力與輥壓后 325 目篩余比率的關系如圖 3所示。
高壓輥磨工業化生產運行時,液壓壓力為 7.5 ~ 7.8MPa,輥子間隙為 3 ~ 4 mm,其他具體數據如表 3 所列。
由表 3 數據可以看出,高壓輥磨電動機的實際轉速為 1 200 r/ min 時,電流為 130 A,產量為 5.5-6.0t,干法篩余量比率 42.5%,與砂磨機配合粉磨,能夠滿足實際生產金紅石鈦白粉的需要。
5 結語
(1) 當鈦白粉進料粒度小于 2 mm 時,經高壓輥磨輥壓后,鈦白粉粒度達到 -325 目 占 55% ~ 60%,減少了砂磨機的工作量和鋼耗,可提高鈦白粉生產率30% ~ 50%,有利于降低生產成本和提高企業的經濟效益。
(2) 在粉碎工藝方面,當高壓輥磨進行一次壓碎后,其比表面積平均增加約 300 cm2/ g (Blaine 值)。但重復多次輥壓后,其擠壓效果將會明顯下降,耗電量也會有所上升,不利于節能降耗。但是當高壓輥磨與砂磨機等磨碎機配套使用時,可有效提高細磨物料的比表面積,從而達到節能降耗的目的。
(3) 由試驗機輥壓鈦白粉得到的運行參數,可為設備重新設計提供可靠的依據,對高壓輥磨的選型以及工藝流程的設計具有重要的指導意義。
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