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不同类型研磨介质的制备与研究概况

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楼主 发表于:2020-12-02 17:23:00
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前言


球磨机工作时是靠介质对物料的冲击和研磨作用来完成对物料的磨碎处理工作的,在介质对物料的破碎过程中,介质作为能量的媒介体将外界能量转变为对物料的破碎功而对物料起到破碎的作用。由于搅拌磨主要是通过磨腔中央的搅拌器将能量传给研磨介质球来使物料粉碎,其粉碎效果的好坏,取决于研磨介质球能量的转化利用率及能量在磨腔内的消耗情况。因此制备高密度、高硬度、低磨耗值的研磨介质球成了关键。[1]


01

不同介质的陶瓷研磨球


在超细粉碎设备的使用中,研磨介质的选择是一个非常重要的问题,它决定了粉碎过程中的成本和粉碎效率的高低以及粉碎后产品的品质。市面上常见的研磨介质有玻璃球、硅酸锆球、钢珠、氧化铝球、氧化锆球等。正确选用研磨介质和助磨剂是提高搅拌磨超细粉碎效率、降低综合成本、提升产品质量的关键。


1.1 天然球石研磨球


天然球石研磨介质主要是指硅石、海卵石和鹅卵石等天然形成的物质。这是陶瓷工业最早使用的陶瓷研磨介质,是一种以二氧化硅为主要成分的火成岩,属低密度磨介,质地致密,抗冲击能力较好,磨耗稳定,表面光滑,无需表面抛光处理,价格低廉。缺点是磨耗较大,研磨效率低,容易造成瓷胎中的游离石英增多,使莫来石含量下降,从而降低瓷体的热性能和强度,对镁和铝质强化瓷影响尤甚。


近年来,随着高品位的天然球石正日益枯竭和陶瓷工业的迅速发展,天然球石研磨介质己基本被人造研磨介质所取代。


1.2 SiO2研磨介质球


SiO2研磨球有天然的玛瑙球和石英制成的玻璃小球。天然玛瑙研磨球价格昂贵,难以用于陶瓷生产行业,仅用于实验和一些特别行业,用量非常少。用于研磨用的石英玻璃球,密度小,磨耗高,研磨效率低,易脆碎,除用于石英粉体的研磨和一些特殊粉体研磨外,其它陶瓷粉体的研磨均不使用石英玻璃磨球。[2]


1.3 Al2O3研磨介质球


Al2O3研磨介质球是以Al2O3为主要成份的陶瓷球,也叫Al2O3瓷球。由于Al2O3陶瓷具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、耐冲击等优良性能,因此Al2O3瓷球被广泛用于白色水泥、选矿、陶瓷、电子材料、磁性材料、以及涂料、油漆等行业的原材料的粉磨加工,是一种优质的研磨介质。


Al2O3瓷球根据其氧化铝含量可以分为99瓷、95瓷和75瓷,其Al2O3的质量分数分别为99%、90%和75%。Al2O3含量越高,其瓷球的硬度越大,耐磨性越好。随着我国陶瓷行业的发展和技术进步,Al2O3瓷球以其优异的性能、优良的性价比和显著的节能效果,已替代天然球石得到了广泛应用。[3]


1.4 ZrSiO4研磨介质球


ZrSiO4研磨介质球是以ZrSiO4为主要原料制备的ZrSiO4瓷球,其ZrO2的质量分数在65%~68%或更低。ZrSiO4瓷球主要用于ZrSiO4原料的超细研磨,可提高ZrSiO4含量,有适宜的性价比,是ZrSiO4(锆英砂)超细研磨的首选磨介。


但由于其磨耗大、强度低,因而缺乏良好的市场推广前景。取而代之的是性能更加优良的ZrO2研磨介质。


1.5 ZrO2研磨介质球


ZrO2研磨介质球指添加稳定剂、ZrO2含量达到90%以上的ZrO2陶瓷球(以下简称为ZrO2瓷球),不同于上面提到的ZrSiO4研磨介质。相比于Al2O3瓷球,ZrO2瓷球具有更高的耐磨性和研磨效率。


ZrO2瓷球是一类用量很大、应用面很广的产品,被广泛用于陶瓷、建材、化工、涂料、电子、机械、食品、医药、化妆品等许多行业。由于ZrO2材质本身具有优异的高硬度、高强度、高韧性、高耐磨、高耐腐蚀以及体积密度大、研磨效率高等特性,因此ZrO2瓷球除了在ZrO2类陶瓷粉体研磨中大量使用外,在其他电子陶瓷粉料,磁性材料粉料、高技术结构和功能陶瓷粉料、日用陶瓷色料和釉料,化工和各类涂料,机械抛光用粉料,医药和食品粉剂,以及在特种无机材料粉体的超细研磨中也发挥了极为重要的作用。


02

研磨介质球的成形方法


目前国内外球形陶瓷研磨体的生产成型技术主要有模压成型、等静压成型和滚制法成型。


2.1 模压成型


模压成型是指将经过造粒的粉料,装入模具内,通过施加压力,使粉料压制成一定形状的坯体的方法。模压成型法的工艺简单,操作方便,周期短,工效高,易于大批量生产,容易实现生产机械化和自动化。


由于坯料中水份(一般为5%~6%)或其他黏合剂比较少,模压成型的坯体致密度高,尺寸比较精确,烧成收缩小,瓷件的力学性能好。模压成型大量的用于圆形,薄片状的各种功能陶瓷和电子原件等的生产,尤其为0.3~60mm、直径5~50mm的形状简单的制品。


2.2 等静压成型


等静压成型是利用液体介质不可压缩和均匀传递压力的性质,而产生的一种成型方法。液体介质能均匀的传递压力所以压制成的坯体密度大且均匀。陶瓷工业生产中已采用这种方法成型氧化物陶瓷、高压电瓷、氮化物陶瓷及石墨制品等。在室温下操作的等静压称为常温(冷)等静压。近年来陶瓷及粉末冶金工业中已采用高温条件下操作的热等静压。


等静压法不需要高的操作技能,不需要严格控制浆料的性能,坯体不必干燥,不会产生干后裂纹。和干法成型比较,等静压成型模具磨损小且制作容易。特别适合长度与直径比较大的产品。[4]


2.3 滚制成型法


滚制成型法是借鉴中成药丸或成型汤圆的生产工艺,属于一种半干湿法成型方法,它是通过喷洒液体润湿球核、润湿的球核外部粘上加入的干粉、滚动致密三步骤的循环而成型,借助于球坯间或球坯与成球机内壁之间的相互碰撞、挤压作用以及滚动作用,得到致密、均匀、球形较好的球坯。


这种成型工艺,成型设备简单,可实现自动化操作,生产小粒径瓷球的效率高。[5]


03

研磨介质对粉碎效果的影响


3.1 研磨介质的硬度、密度的影响


研磨介质的密度、硬度对研磨效率起重要作用:介质密度愈大,研磨效率愈高;硬度越高,磨耗越小,产品的纯度越易得到保证;但是在浆料比重和粘度一定的条件下,研磨介质的密度和硬度也并非越高越好。


过高密度的研磨介质将造成研磨介质在桶内分布不均,且密度差异越大,分布越不合理,研磨介质相互间挤压的几率增大。硬度大必然韧性差,耐冲击性能也差。在研磨介质高速冲击(碰撞)被磨物料的同时,也容易造成自身的破碎,增加自身和与其它研磨介质被击碎的可能性。[6]


3.2 研磨介质的形状、尺寸对粉碎效果的影响


研磨介质球的大小直接影响粉磨的效果和产品细度,它决定了研磨介质与物料的接触点的多少,粒径小的研磨介质球在相同体积下接触点越多,理论上粉碎效率愈高。


在工业中,不规则介质趋于受到较大的自身磨损,会引起明显的污染。所以在实际应用较多的是球形介质,圆柱形介质也有应用,不规则介质应用极少。介质粒径的大小须视物料粒度和要求产品粒度而定。产品粒度越细,介质的粒径越小。如果给料粒度比较大,需要研磨介质有较大的冲击破碎作用,那么配球就要大一些。[7]


3.3 研磨介质球的生产方法对粉碎效果的影响


据研究,同一材料的磨球,由于生产方法及控制工艺的不同,耐磨程度有较大的差别。最典型的就是氧化铝球,氧化铝球的成型方法有挤压法、团粒法、液压硬模成型法及等静压成型法,采用等静压成型法与注浆成型磨耗差十几倍。其原因可能是前者的密实度及均匀性高于后者,烧结后能成型较坚实的整体。


另外,可能二者使用的氧化铝原料也不同,原料纯度、粒度、粉体流动性等方面的差别,也会对研磨介质的耐磨性产生很大的影响,最终会影响粉碎的效果。


3.4 研磨介质的级配对粉碎效果的影响


当研磨介质总质量相同时,不同的研磨介质配比对粉碎效果的影响也不同。一般来说,在连续粉磨的过程中介质的大小分布是成一定的规律的。为了降低成本,多采用补充大球的方法来恢复系统的研磨能力,磨机很难在长时间的工作中保持固定的介质配比不变。介质直径差别太大的情况下,会加剧介质间的无效研磨,即大介质对小介质进行了研磨,使研磨过程成本加大。


因此为了使研磨设备的磨介球能够满足冲击和研磨这两方面的要求,就需要进行“级配”,选用不同粒径的研磨介质进行混合来达到更好的研磨效果。[8]


结语


搅拌磨粉碎是依靠磨腔中机械搅拌棒、齿或片带动研磨介质球运动,利用研磨介质球之间的挤压力和剪切力使物料粉碎。它实际上是一种内部有动件的球磨机,靠内部动件带动研磨介质球运动来对物料进行粉碎。由于搅拌磨主要是通过磨腔中央的搅拌器将能量传给研磨介质球来使物料粉碎,其粉碎效果的好坏,取决于研磨介质球能量的转化利用率及能量在磨腔内的消耗情况。因此制备高密度、高硬度、低磨耗值的研磨介质球成了关键。


参考文献

[1]刘银波. 碳化硅陶瓷的固相烧结与研磨介质球的制备[D].西安科技大学,2015.

[2]陈亦可,刘培德.几种用于硅酸锆超细粉的陶瓷研磨介质的损耗的研究[J].中国粉体技术,2001(06):18-20.

[3]秦麟卿,吴伯麟,谢济仁,段兴龙.耐磨氧化铝研磨球的生产和应用[J].武汉理工大学学报,2001(03):12-14+18.

[4]刘惟,张合军,张文华.氧化锆陶瓷磨球的滚制成型法制备技术与性能研究[J].稀有金属材料与工程,2009,38(S2):198-201.

[5]冯平仓. 湿法超细研磨及分级设备最新发展和工艺优化选择[C]. 中国颗粒学会颗粒制备与处理专业委员会.颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集.中国颗粒学会颗粒制备与处理专业委员会:中国颗粒学会,2011:43-53.[6]钱效林.研磨介质对搅拌磨效率的影响[J].陶瓷科学与艺术,2004(01):25-27.

[7]钱效林.研磨介质和助磨剂对超细粉碎的影响[J].佛山陶瓷,2003(04):16-18.

[8]韩晖,苏宪君,王克根,宋在芝.研磨介质对超细硅酸锆粉体质量的影响[J].中国粉体技术,2011,17(06):71-73.


15097666564
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15097666564 发表于:2020-12-05 15:51:07
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gfgm2020
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gfgm2020 发表于:2021-01-20 15:27:06
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    超细粉设备磨矿介质装入制度的影响

    磨矿介质及装入制度是获得良好磨矿指标的先决条件,因此每个选矿厂都必须根据所磨矿石的特性和对磨矿产品质量的要求,通过工业生产试验找出最适宜的介质装入制度。

    (a)磨矿介质的形状和材质作为直接对物料产生磨碎作用的磨矿介质,它应满足和兼顾两方面的要求:一是具有尽可能大的表面积,以提供同被磨物料相接触的适当表面;二是具有尽可能大的质量,以具备磨碎物料所必需的能量。不言而喻,这两方面的要求必然与介质所具有的形状和使用的材质有关。

    (b)磨矿介质的尺寸和配比磨矿介质尺寸大小关系到它们在磨矿机中对物料产生冲击、挤压和研磨作用的强弱,直接影响着磨矿效果。在确定介质尺寸时,主要考虑的是被磨矿石的性质和粒度组成。以球磨机为例,在处理硬度大、粒度粗的矿石时,需要较大的冲击力,应装入尺寸较大的钢球;当矿石较软,给矿粒度较小,而要求的磨矿产品粒度又较细时,则应装入尺寸较小的钢球,以增大钢球同被磨物料的接触表面,增强研磨作用。选择介质尺寸还要考虑磨矿机的直径和转速。直径大,转速较高的磨矿机,传递给介质的能量较大,可使用尺寸较小的介质,以增加它的个数,提高磨矿效率。



gfgm2020
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gfgm2020 发表于:2021-01-20 15:30:20
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  工业生产磨矿机的给料都是由不同粒度的矿粒组成的,因此装入磨矿机的磨矿介质也应具有不同的尺寸。只有保持磨矿机各种尺寸的介质在质量方面的比例与被磨物料的粒度组成相适应,才能取得良好的磨矿效果。超细粉设备磨矿长期实践总结出来的经验是:粗矿粒要用大钢球来打碎,细矿粒要用小钢球来研磨。在磨矿机装入钢球的质量一定时,直径小的钢球个数多,每批钢球落下打击的次数也多,研磨面积也大,但每个球的打击力小;直径大的个数少,每批钢球落下打击的次数也少,研磨面积也小,但每个球的打击力大。装入磨矿机的各种直径钢球的配比,应做到既有足够的冲击力,能刚好打碎给料中的粗矿粒,又有较多的打击次数和较强的研磨作用,以细磨较细的矿粒。

    (c)磨矿介质的装入量

    当磨矿机的直径、长度及转速率一定时,在装球率不超过50%的范围内,磨矿机的有用功率随装球率的增加而增大,生产能力亦随之而提高。但不同的转速有不同的极限装球率,在临界转速以内操作时,球磨机的装球率通常为40%~50%。

    (d)磨矿介质的合理补加

    磨矿介质在磨碎物料的过程中,自身也不断地被磨损,尺寸较大的逐渐变成较小的,最后完全被磨耗掉或变成碎片从磨矿机中排出。为了使磨矿机在磨矿过程中保持不同尺寸介质始终有适宜的比例,并使介质充填率不变,必须每天都要给磨矿机补加一定尺寸和数量的新介质,以补偿磨耗掉的介质量。

    实践证明,按适当比例补加几种尺寸的钢球,磨矿效果可以提高。