對于碳酸鈣、高嶺土、滑石、膨潤土、云母、硅灰石、石墨、凹凸棒石等非金屬礦粉體材料來說,機械法超細粉碎是最主要的精細加工技術之一。合理選擇超細粉碎工藝與設備對于提高加工效率,提高產品品質,節約成本至關重要。
1、如何選擇超細粉碎工藝?
機械法超細粉碎工藝一般是指制備粒度分布d97≤10μm的粉碎和分級工藝,可分為干法和濕法。
干法超細粉碎工藝是一種廣泛應用的硬脆性物料的超細粉碎工藝,生產流程較短,在生產干粉時無需設置后續過濾、干燥等脫水工藝設備,因此,具有操作簡便、容易控制、投資較省、運轉費用較低等特點。
濕法超細粉碎工藝由于水本身具有一定程度的助磨作用,加之濕法粉碎時粉料容易分散,而且水的密度比空氣的密度大有利于精細分級,因此具有粉碎作業效率高、產品粒度細、粒度分布窄等特點。但生產干粉時,需后續脫水設備(過濾和干燥),而且干燥后容易形成團聚顆粒,有時還要進行解聚,因此,配套設備較多,工藝較復雜。
?。?)對于前段不設置濕法提純和濕法加工工序或后續不設置濕法加工工序的物料,如方解石、滑石、硅灰石等的超細粉碎,在目前技術經濟條件下,一般當產品細度d97≥5μm時,采用干法加工工藝。
▲立磨超細粉碎工藝
(2)當需要設計生產d97<5μm的超細粉體產品,或者最終產品可以濾餅或漿料銷售時,應當優先選用濕法超細粉碎工藝和設備。
?。?)如果被粉碎物料是經過前置其他濕法工藝(如水洗、提純等)加工的,也即在超細粉碎作業之前設置有水洗、提純等濕法加工工序,則不管最終產品粒度要求如何,應當優先考慮濕法超細粉碎工藝和設備。
▲攪拌磨超細粉碎工藝
?。?)如果經超細粉碎后的粉料還是進行濕法加工,也應優先選用濕法超細粉碎工藝和設備。
?。?)還有一些特殊情況,如用做珠光云母原料的碎白云母的加工,為確保片狀顆粒形狀和表面光潔度,要選用濕法超細粉碎工藝和設備。
2、如何選擇超細粉碎設備?
對于超細粉碎來說,加工設備的選擇至關重要。而超細粉碎設備的選擇主要與所處理的物料的物理性質(硬度、密度、水分、給料粒度等)、處理量、粉碎產品細度和粒度分布、純度、粒形以及設備工藝配置等因素有關,并且所選設備必須滿足粉碎產品粒度、設計產量或處理量和適應給料中最大顆粒粒度的要求。
同時要在相同條件下比較各種不同類型超細粉碎設備的生產能力、單位產品電耗、磨耗、設備運轉穩定性、自動控制水平、維護和檢修性能以及工藝配套性能等。
對于大宗的工業礦物超細粉體的加工,如重質碳酸鈣、普通滑石粉、高嶺土、硅灰石等應當優先考慮干式超細粉碎設備,原因是這些工業礦物粉體的單位價值相對較低。濕法超細粉碎設備一般能用于各種硬度物料的超細研磨加工。
▼超細粉碎設備類型及其應用
?。?)氣流磨是最主要的超細粉碎設備之一,特別是粉碎產品粒度細、純度要求高和附加值較大的物料時,最細可加工d97=3~5μm的粉體產品,產量從每小時幾十公斤到幾噸,廣泛用于滑石、石墨、硅灰石、鋯英石、高嶺土、重晶石等非金屬礦物以及磨料(碳化硅、氮化硼、石榴子石、剛玉等)、化工原料、顏料、醫藥及保健品、金屬及稀土金屬等的超細粉碎加工。
?。?)機械沖擊式超細粉碎機是國內非金屬礦行業選用較多的超細粉碎設備,廣泛應用于煤系高嶺土、方解石、大理石、白堊、滑石、葉蠟石等中等硬度以下非金屬礦以及化工原料、農藥等的超細粉碎加工,產品細度一般可達到d97=10μm,即所謂的1250目,配以高性能的精細分級機后可以生產d97=5~7μm的超細粉體產品。
?。?)攪拌球磨機已廣泛用于高嶺土、重質碳酸鈣、云母、滑石、各種磨料、涂料顏料等的生產,其中濕式攪拌磨的產品細度可達d97=2μm左右。
?。?)超細研磨機等大型攪拌球磨機,已經在造紙顏料級重質碳酸鈣、煅燒高嶺土等的細磨或超細研磨加工中得到應用。
?。?)國產濕式振動球磨機的產品細度可達d97=5μm左右,干式振動磨(不帶分級機)可達d90=15~20μm左右,但粉碎產品的粒度分布范圍較寬。
?。?)用于超細粉碎的旋轉筒式球磨機的結構特點是磨機的徑長比較大,使用球或鋼段作研磨介質,研磨產品的粒度一般分布較寬,在生產中常與分級機構成閉路粉碎作業,這種球磨機—分級機干式閉路作業應用于超細重質碳酸鈣的生產,給料粒度≤5mm,產品細度可達d97=5~45μm。
?。?)國產研磨剝片機采用多級串聯配置、連續濕法研磨方式,產品細度可達d97=2μm左右。
?。?)塔式磨采用特殊的天然卵石做研磨介質,連續生產,這種配置分級機的塔式干磨機已經應用于水泥、滑石、膨潤土等的生產,產品細度可達d97=10μm左右。
?。?)砂磨機主要有臥式和立式兩種機型,產品細度可達d97=2μm左右,國產砂磨機主要用于顏料、染料以及重質碳酸鈣、高嶺土等的超細粉碎和分散。
?。?0)旋風自磨機或氣旋流粉碎機是我國自主研制開發的一種新型干式細粉碎和超細粉碎設備,適用于石灰石、方解石、大理巖、滑石、硅灰石、高嶺石、重晶石、石英、長石等物料的粉碎,給料粒度≤30mm,產品細度可在d97=40~10μm(400~1250目)之間進行調節。
?。?1)高壓射流式粉碎機或超細剝片均化機已在云母和高嶺土的細粉碎和超細粉碎以及二氧化鈦顏料的分散解聚中得到應用,依給料粒度的不同,一次粉碎的產品細度最細可達到d97=10~45μm。
總之,對主要工藝設備進行科學和實事求是的選型比較的前提是至少對超細粉碎設備的類型、性能特點、應用以及設備生產廠商有一定的了解,一般情況下應選擇成熟的性能較好的工業設備。
3、超細粉碎技術面臨的挑戰和發展趨勢
目前,超細粉體加工技術面臨的主要挑戰是:
小于1μm的超微粉體的需求量迅速增大;
超細粉體的大規?;a要求設備大型化和智能化以降低單位產品能耗和穩定產品質量;
大規模配套生產超細粉體和嚴格的產品粒徑分布要求處理能力大、分級效率高和能耗低的精細分級設備;
高硬超細粉體材料的加工和對產品純度要求的不斷提高,要求超細粉碎和精細分級設備的磨耗顯著降低;
特殊粒形(針狀和片狀)和韌性超細粉體的生產。
為適應這些挑戰,未來超細粉碎設備的主要發展趨勢是:
(1)提高產品細度、降低設備粉碎極限
目前市場1μm以下超微粉體(包括納米粉體)加工技術(包括制粉技術和表面處理技術)和設備的需求呈增長態勢。超微粉體(包括納米粉體)是未來超細粉體的主要發展趨勢之一。這是因為現代許多高技術和新材料的發展需要超微粉體,如航空航天隱身材料、(具有韌性的)高級陶瓷、吸波材料、功能纖維、環境保護材料、生物醫學材料等。因此,要求發展產品粒度小于1μm,粉碎極限低的工業化超細粉碎設備和分級極限粒度小的工業化精細分級設備以及配套的生產技術。
(2)提高單機產量、降低單位產品能耗
由于市場對超細粉體產品需求量的增大,特別是用戶用量的增大(如大型造紙廠年造紙顏料需求量達10多萬t)及對產品質量穩定性要求的提高,大型設備的市場需求量呈增長趨勢。大型設備適應了超細粉體加工廠向大規模化發展的趨勢,而且具有單位產品能耗低、產品質量穩定性好以及管理方便等優點;國外發達國家早已發展大型的全過程自動調控的超細粉碎與精細分級設備,如年產5~10萬t超細重質碳酸鈣的超細粉碎和分級設備,5000L以上的大型立式攪拌磨,總體積10m3、處理量150m3/h的大型臥式攪拌球磨機(這種磨機加工d80=9.7μm漿料產品的能耗約為65kW·h/t)。設備大型化是提高單機產量、降低單位產品能耗的主要途徑之一。此外,應用現代科技研發新型的超細粉碎設備也是提高粉碎效率、產量和降低單位產品能耗的主要方向之一。
(3)降低磨耗
超細粉碎和精細分級設備一般是高速運轉設備,高速運轉器件在與被磨或被粉碎物料的作用過程中難免磨損(耗)。磨耗不僅污染被粉碎物料(這種污染往往用物理方法很難去除),而且影響設備與物料接觸部件的使用壽命,增加了生產成本。因此,降低磨耗是超細粉碎設備發展永恒的課題。
(4)高穩定性和可靠性
超細粉碎和精細分級設備的穩定性和可靠性是超細粉碎生產線所必須的要求,也是高性能設備的必然要求,它對生產成本、效率、生產安全以及產品質量等有重要影響。
(5)產品細度和粒度分布的在線調控
產品細度和粒度分布的在線調控是超細粉碎生產線實現智能化控制的前提條件之一?,F代化超細粉體加工廠追求根據市場需求調節產品品種和產品綱領,因此,要求加工設備有一定范圍的可調性和適應性,同時要求自動調節工況以避免人工調節的滯后性和不穩定性。
(6)高效精細和大型分級設備
目前市場對分級極限粒度小、產品粒度分布窄、分級效率高的精細分級設備的需求量穩定增長。粒度細和分布窄的超細粉體產品的生產主要依賴于精細分級設備,市場對超細粉體和粒度分布要求的提高以及與大型超細粉碎設備配套或集成的要求需要分級極限粒度小、產品粒度分布窄、分級效率高的大型精細分級設備。因此,高效精細和大型分級設備是未來精細分級設備的主要發展趨勢之一。
(7)特殊粒形和韌性物料的超細粉碎設備
特殊粒形超細粉體具有特殊功能,產品附加值高,需要專門的加工技術與設備,但是,目前這種超細粉體的高性能加工設備很少。另外,當今社會大量使用高聚物基復合材料,未來廢舊高聚物基復合材料的回收和再利用需要對這些韌性物料進行超細粉碎,這是一片前景廣闊的市場。
2018年第四期礦物精細加工與應用技術高級研修班
2018年12月2日-4日 廣州
培訓大綱:
1、非金屬礦粉體精細加工技術要點分析
2、非金屬礦粉體表面改性技術要點與應用解決方案
3、非金屬礦粉體在涂料中的應用技術解決方案
4、非金屬礦粉體如何打開涂料行業市場解決方案
5、2018涂料狼群工程師技術沙龍
6、聯誼晚宴
報名咨詢和交流:18701083278(微信同號)
部分資料來源:超細粉碎設備現狀與發展趨勢,作者:鄭水林;我國超細粉碎設備發展現狀及其存在問題,作者:孫成林等;非金屬礦超細粉碎技術的發展現狀與趨勢,作者:馬正先等
編輯整理:粉體技術網
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