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淺談研磨介質(zhì)對介質(zhì)攪拌磨效率的影響

叁星飛榮 2018-06-09 | 閱讀：5119

隨著高新技術和新材料產(chǎn)業(yè)對粉體精細度的需求，制備超細顆粒技術發(fā)展迅速,。介質(zhì)攪拌磨具有的制備超細顆粒,、高效、節(jié)能、低污染,、操作簡便等諸多優(yōu)越性能,，廣泛應用于建材、涂料,、化工,、醫(yī)藥、食品,、農(nóng)藥,、電子、冶金,、陶瓷,、顏料等領域。根據(jù)工作時,，研磨腔的方向（垂直或水平）不同,，介質(zhì)攪拌磨可分為立式介質(zhì)攪拌磨（a）和臥式介質(zhì)攪拌磨（b）。介質(zhì)攪拌磨通過其研磨腔內(nèi)攪拌輪的高速轉(zhuǎn)動帶動微細研磨介質(zhì)與被研磨物料作多維運動和自轉(zhuǎn)運動,。研磨介質(zhì)和物料在磨腔內(nèi)不斷地上下,、左右相互置換位置產(chǎn)生激烈的運動，在此過程中,，通過研磨介質(zhì)對物料中顆粒的擠壓,、沖擊、剪切等作用達到粉碎效果,，最終制備的產(chǎn)物細度可達到亞微米粒級甚至納米粒級,。由于介質(zhì)攪拌磨的絕大部分能量用于直接高速攪動微細研磨介質(zhì)達到超細研磨效果，而非虛耗于轉(zhuǎn)動或振動笨重的磨筒,，因此,，其研磨效率高于其他顆粒粉碎設備,。

當進行超細研磨時,，介質(zhì)攪拌磨通過高速電機帶動攪拌器激烈攪動微細研磨介質(zhì)（磨珠）運動，并通過磨珠相互作用（如碰撞,、擠壓,、剪切等）粉碎顆粒。研磨介質(zhì)的種類,、密度,、直徑、介質(zhì)填充率,、攪拌轉(zhuǎn)子線速度,、料漿濃度、料漿流量、分散劑種類和用量等均會影響單位時間內(nèi)研磨介質(zhì)間的相互作用次數(shù)和介質(zhì)對顆粒的研磨強度（動量）, 進而影響最終產(chǎn)物細度,。其中,，選擇適宜的研磨介質(zhì)是影響超細研磨效率最主要的因素之一，下面著重介紹下研磨介質(zhì)性質(zhì)對超細研磨效率的影響,。

1.種類

研磨介質(zhì)按種類可分為玻璃珠,，陶瓷珠（包括硅酸鋯珠、氧化鋁珠,，純氧化鋯珠,，稀土金屬穩(wěn)定的氧化鋯珠、氮化硅珠等）,、鋼珠等,。由于磨珠的化學組成及制造工藝的差異決定了磨珠的晶體結構。致密的晶體結構保證了其高強度,，高耐磨性和低吸油性等,。各種成份的百分比含量的不同決定了磨珠的比重。高比重為研磨高效率提供了保證,；磨珠的化學組成在研磨過程中的自然磨損對漿料品質(zhì)會有一定的影響,，所以除了考慮低磨損率外，還要顧忌化學元素因素,，研磨介質(zhì)對物料要有一定的化學穩(wěn)定性,，防止研磨過程中磨珠與被研磨顆粒間發(fā)生化學反應，造成產(chǎn)品污染和加速磨珠磨損,，一般非金屬類(如陶瓷)磨珠優(yōu)于金屬類磨珠,，磨珠的pH值應盡可能接近中性。綜合考慮,，氧化釔穩(wěn)定氧化鋯珠是現(xiàn)代介質(zhì)攪拌磨的較為常用的磨珠,。

2.密度

密度在通常的真密度和堆積密度來表示，各種氧化物的分子量和百分組成決定了磨珠的密度,。堆積密度越大的磨珠,，動能越大，沖量越大,，研磨效率越高,，當然對介質(zhì)攪拌磨的接觸件磨損也相對較大。因此,，介質(zhì)攪拌磨的接觸件也要和磨珠介質(zhì)進行匹配設計才能保證在提高效率的前提下,，減小磨損。

3硬度

一般地,，莫氏硬度越大的磨珠,，其磨損率越低,。從磨珠對介質(zhì)攪拌磨的接觸件磨損情況來看，硬度大的磨珠對接觸件的磨耗雖大些,，但可通過調(diào)節(jié)磨珠的填充量,，漿料的粘度、流量等參數(shù)以達最佳點,。在正常情況下,，磨珠應研磨莫氏硬度小于或者等于其自身硬度的顆粒，但是,，若研磨超硬顆粒材料如SiC,、Si3N4、B4C,、BN等時,，可能應考慮同質(zhì)自磨（即，大顆粒磨小顆粒）或者用氮化硅珠作為磨介等,，金剛石則只能考慮同質(zhì)自磨（如,，采用金剛石大顆粒作為磨介研磨粒度約2μm左右的小顆粒）。

4.珠徑

介質(zhì)攪拌磨常用的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯珠直徑有Φ0.1~0.2 mm,，Φ0.3~0.4 mm,、Φ0.4~0.6 mm和Φ0.6~0.8 mm。在相同填充率下,，使用直徑小的珠子,，珠子與顆粒之間相互作用的次數(shù)更多，但是小珠子質(zhì)量小動量低,。當換成直徑大的珠子時,，珠子的動量提高，但與顆粒的相互作用次數(shù)降低,。因此,，在選擇磨珠尺寸的時候，需要考慮根據(jù)被研磨顆粒的尺寸以及其硬度,。另外,，在研磨過程中磨珠間相互作用，磨珠與攪拌器轉(zhuǎn)子,、定子的非彈性碰撞會導致能量損失,，降低研磨效率,。相比較而言,，磨珠直徑越大，相應的碰撞,、擠壓,、剪切、摩擦等相互作用導致的能量損失更高。同時,，當研磨的料漿黏度較大時,，小磨珠較易與料漿板結在一起并黏附在轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁上，降低研磨效率,。因此,，選擇磨珠直徑需要兼顧提高研磨效率和節(jié)能。一般采用“大磨珠研磨粗顆粒,、小磨珠研磨細顆粒,、分段研磨”的方式進行，這樣,，才能保證有效地研磨顆粒物料,，提高研磨效率。值得注意的是,，不同于其他研磨設備（如球磨機），介質(zhì)攪拌磨采用微細磨珠不宜采用不同珠徑磨珠配比進行超細研磨,，其因是在高速攪拌時粗珠極易磨碎細珠。

5.介質(zhì)填充率

研磨介質(zhì)的填充率會影響研磨介質(zhì)（珠子）之間的相互作用次數(shù),，進而影響最終產(chǎn)物的細度。若填充率過低,，則珠子之間相互作用的次數(shù)少，能量密度低,，研磨產(chǎn)物很難被破粉碎至目標產(chǎn)品細度或者需要長時間的研磨才能達到目標產(chǎn)品細度,。若填充率較高，則珠子之間的作用次數(shù)多,、能量密度大,，可對顆粒進行有效粉碎,。但是,，若過高填充率,，留給料漿的空間少,，造成珠子的流動困難,、珠子之間發(fā)生非彈性碰撞幾率大，能量損耗高,。一般地，介質(zhì)攪拌磨的磨珠體積填充率為70%~85%,，最高不超過90%。

總之,，選擇研磨介質(zhì)必須綜合考慮被研磨顆粒物料的基本性質(zhì),、原始粒度,、設備的匹配情況,、漿料固含量,、流量等諸多因素，找出適合研磨此種物料的最佳工藝參數(shù),。

介質(zhì)攪拌磨與研磨介質(zhì)是相輔相成、相互影響的,。隨之被研磨顆粒的細度提高及介質(zhì)攪拌磨的料珠分離裝置的改進，使微細磨珠用在介質(zhì)攪拌磨中得以有效利用,，必然驅(qū)使著研磨介質(zhì)朝著粒徑越來越小,、堆積密度越來越大、粒徑偏差愈來愈小的方向發(fā)展,。允許使用的最小研磨珠粒徑已成為評價介質(zhì)攪拌磨質(zhì)量檔次的一項重要指標,。分離裝置設計和制作材料的每一次改善，都帶來了使用更細磨珠研磨制備更細的顆粒產(chǎn)品,。如,，分離裝置從靜止傳統(tǒng)的扁平Nickel網(wǎng)到帶三角橫梁的Johnson網(wǎng)以及到動態(tài)的環(huán)式分離器和套筒式Cartridge網(wǎng)，能使用磨珠珠徑越來越小,，而同時又不明顯影響物料的流量。套筒式Cartridge網(wǎng)的代表（如美國Premier的速寶磨）所用的最小珠子達到0.2mm,；環(huán)式分離器的代表（如瑞士的Dyno-mill實驗室型）可用珠子粒徑也可達到0.2mm,；瑞士Buhler公司研制的離心式分離裝置，使分離原理從區(qū)分珠子粒徑大小轉(zhuǎn)為區(qū)分珠子密度大小,，使研磨珠的直徑更小,。但是，有篩網(wǎng)的存在最終必然存在堵網(wǎng)及漏珠的情況發(fā)生,。而深圳市叁星飛榮機械有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的具有獨立知識產(chǎn)權的無軸封無篩網(wǎng)立式介質(zhì)攪拌磨,，由于無軸封無篩網(wǎng)，不存在堵網(wǎng)及漏珠,，無需清理磨珠等情況發(fā)生,，因此，把磨珠的最小珠徑推向了新的極限（如,，0.05mm）,，同時，也使被研磨顆粒粒徑通過物理方法能夠達到納米粒級,。