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氧化锆球在重质碳酸钙湿法超细粉碎的实验

作者:admin日期:2020-01-12阅读
文章优化行星磨粉碎重钙的工艺,研究了氧化锆球的直径、球的填充率、浆料浓度、球磨机自转速度及球磨时间对重钙粒径分布和中位径的影响。
实验结果表明,重钙湿法超细粉碎的工艺条件为:锆球直径0.7mm,浆料浓度50%,介质的填充率6O%,球磨机的自转速度425r/min,球磨时间84min。粉碎后重钙的粒径98%在1.2um以下,d50是0.36m。
碳酸钙被广泛地用作橡胶TAk、涂料业、造纸工业、塑料工业、油墨工业和其它工业的填料。超细重质碳酸钙主要采用有干法粉碎或法粉碎工艺牛产,干法适用于生产平均粒径大于3um的微细碳酸钙,湿法研磨t要用于生产平均粒径小于2um、大粒径小于10um的填料和涂布级碳酸钙,而干法研磨又是湿法超细研磨的前道粗磨工艺,重钙湿法研磨设备研究较多的是搅拌器。
以氧化锆球作为研磨介质,主要研究行星式球机湿法粉碎重钙的工艺条件对粒径分布及中位径50的影响,得到星形磨湿法粉碎制备超重钙的工艺条件,其研究结果可为行单磨湿法超细粉辟重质碳酸钙捉供础数据。
(一)实验部分 
实验原料选某公词所产200日重质碳睃钙,碳酸钙含量大于99%、白度大于94度,其原始粒度组成如1所示。
重钙的超细粉碎设备足QMs4星式高能球磨机,球磨罐为250m1玛瑙罐,研磨介质为氧化锆球,介质的密度为5.4g/cm,规格分别为0.Tram,1.9mm,3.0mm,5.Omm。
粉碎前后晕钙的粒粒分布用NSKC一1犁光透射式粒度分析仪进行分析测试。分散制是浓度为0.5%聚丙烯酸钠溶液,用量为0.O01%0.1%(重晕)。本实验对不同的实验条件下得到的粒度分布在测试之前分别进行分散剂用量的选择。

(二)实验结果与讨论
1.研磨介质尺寸的影响为了确定研磨介质尺寸的影响,同定浆料浓度50%,介质的填充率55%,球磨机转速425r/min,球磨时间24min,分别用直径为5mm、3mm、1.9mm和0.7mm的锆球进行实验。图2是不同锆球直径下重钙的粒径分布和中位径。

在球磨过程中粉碎,挤压,冲击足磨球对粉体的主要的施力方式,而不同的粉碎设备磨球主要的施力方式存在着差别。行星式球磨机主要是通过磨球对粉体的粉碎及搓擦等作用实现对粉体的细化在超细粉碎过程中。问一填充率下大球的数量少(在相同的填充率下球数量球直径的立方成反比)、比表面积小,球与球的碰撞点少。当粉料细化到一定程度时其捕捉粉料的几率变小,故大球有利于粒物料的迅速粉碎,却利于小颗粒的超细研磨。虽然小球携带的小,磨粗粉时的粉碎效率要比大球,但是填充率相同时,小球的表面积大和球的数量多,球与球之问的碰撞点多,捕捉细小粉料的几率较火,对细粉的研磨作用强于大球。即对小直径的研磨介质更有利研磨。因此,在图2中随着锆球直径的减小,粉碎后小粒径重钙的含量增加,中位径降。
2.浆料浓度对粉碎效果的影响
当锆球直径0.7mm、介质填充率55%、球磨机转速425r/min、球磨时间24min时,不同浆料浓度下重钙的粒径分布和中位径如图3所示。
由图3可以看到,在其它粉碎条什相同的清况下,浆料的浓度不同时,粉碎得到的重钙粒度分布不一样。可以看到随着浆料浓度的小粒径粉体含量先后下降,并在浓度为50%时达到一个大值:而重钙的中位径随着浆料浓度先减小然后,在浓度为50%时d,o.44um。主要是由于桨料浓度时,浆料流变性好,有利于提高粉碎效率,但随着浓度的继续降,颗粒与研磨介质的碰撞机会变小,又不利于粉碎效率的提高。但是随着浆料浓度的,虽然粉体和水组成的悬浮液的密度,有利于粉碎效率的提高,但是浆料的粘度也,流动性变差,从而使粉碎效率降。

图3不同浆料浓度下重钙的中位径 
3.介质填充率对粉碎效果的影响
当锆球直径0.7mm,浆料浓度50%,球磨机转速为425r/min,球磨时间为24min时,图4给出了不同介质填充率下重钙的粒径分布和中位径。
介质填充率对粉碎效果的影响实质是介质之间接触机会并与物料有效作用程度的反映。介质填充率小,介质问撞击、粉碎并作用于物料的机会就少,粉碎效果差。反之,介质填充率大,粉碎效果好,但当介质物料比到因介质过多,超过了球磨机中球磨罐的有效负荷的时候,介质问有效接触机会也会下降,降粉碎效率。因此,重钙的中位径随着介质填充率的先减小后,在填充率达到60%时小值0.41um,而小粒径重质碳酸钙的含量也是先随锆球填充率的而先然后再下降,填充率为60%时到达一个大值。

图4不同介质填充率下重钙的粒径分布和中位径 
4.球磨机自转速度对粉碎效果的影响
固定锆球直径0.7mm,浆料浓度50%,介质填充率60%,
球磨时间24min,图5是不同球磨机转速下重钙的粒径分布和中位径。

粒径/[1m 球磨机自转i~t/rpmin
图5不同球磨机转速下重钙的粒径分布和中位径陈世柱和龚姚腾等对行星磨的粉碎机理进行研究得出在行星式高能球磨机中,介质与磨筒壁的脱离点与设计尺寸有关,而与球磨机转速无关,所以行星式球磨机不存在着临界转速,这也是行星式球磨机比其它形式的球磨机显示出来的性。提高球磨机转速可以提高球与物料之间的冲击频率和冲击次数,从而提高粉碎效率。因此,本实验中随球磨机自转速度的增加,小粒径下重钙的粒度累积分布值的,而中位径下降,在425r/min时达到0.41um。由于实验所用行星磨的自转速度限为530r/mi所以本实验选择的球磨机转速为425r/min。
5.球磨时间对粉碎效果的影响
球磨时间是超细粉碎过程中的一个很重要的影响因素。
当锆球直径0.7mm,浆料浓度50%,介质填充率60%,球磨机转速425r/min时,图6是重钙的粒径分布和中位径与球磨时间的关系。
由图6可知,随着时间的延长,小粒径粉体的含量逐渐,但是的趋势逐渐变缓,可以看到84min和120min时粒度分布的实验值相差很小:重钙的中位径随着时间的而减小,在84min时小,继续延长时问不再减小,84min时的中位径为0.36um。这是因为脆性断裂和晶体的劈裂需要两个过程,先是裂纹的产生,然后是裂纹的扩展直到后的断裂粉碎。材料中的裂纹能成为应力集中的地方且断裂过程中的表面的分离是逐渐发生的,而不是沿整个横截面同时断裂。所以在粉碎初始阶段,颗粒中存在着微小裂纹,这些裂纹又是应力比较集中的地方,实际颗粒的强度远小J晶体强度。随着粉碎时间延长,颗粒越来越小,其结构缺陷越来越少,本体强度不断提高,粉碎难度也急剧。此外随着粉碎时间的延长,研磨介质磨损,介质的充填率减少,粉体不能得到充分的粉碎,表现为粉碎细度增加缓慢。所以在锆球直径、浆料浓度、介质填充率、球磨机转速一定的条件下,随着时间的延长,粉体的粒径是逐渐减小的,细度增加越来越困难,过度的延长时间,一些小的粉体就是发生团聚现象,在粉体的超细粉碎中存在着粉碎团聚平衡。

(三)结论 
主要研究行星磨湿法超细粉碎工艺对重钙的中位径的影响,在实验范围内可得如下结论:
1.降锆球直径、提高球磨机的转速、增加球磨时间可以提高小粒径重钙的含量、降重钙的中位径;随着浆料浓度和介质填充率的增加,小粒径重钙的含量先增后下降,而中位径却先下降然后。
2.行星磨中重钙湿法超细粉碎的佳工艺条件是:锆球直径0.7mm,浆料浓度50%,介质的填充率60%,球磨机的自转速度425r/min,球磨时间84min。粉碎后重钙的粒径98%在1.2um以下,ds0=O.36um。