搅磨

搅磨技术，即超细粉碎技术。

超细粉碎技术是近年来发展起来的一门新兴技术,它在化工、冶金、建材、电子、轻工、医药、农业等许多领域有着广泛的应用,随着超细粉碎技术的发展,超细粉碎的设备也在不断地创新。至今国内外已开发出气流磨、雷蒙磨、高压辊磨、离心磨、胶体磨、振动磨、搅拌磨等超细粉碎设备,与其他粉碎设备相比,搅拌磨因其具有的超细、高效、节能、低污染、操作简便等诸多优越性能,受到了越来越多的关注。

搅拌磨的工作原理搅拌磨主要是由一个充填了研磨介质的研磨筒和一个旋转搅拌器(搅拌装置)构成。依其工艺布置的不同,又可分为间歇式、连续式和循环式等3种。其中间歇式搅拌磨主要由带冷却套的研磨筒、搅拌装置和循环卸料装置等组成;连续式搅拌磨的研磨筒的孔径比较大,筒体上下装有隔栅,产品的最终细度是通过调节进料流量控制物料在研磨筒内的滞留时间来保证的;循环式搅拌磨是由一台搅拌磨和一个大容积循环罐组成。搅拌磨的类型按其搅拌器的不同又可分为棒式搅拌磨、圆盘式搅拌磨、螺旋(塔式)搅拌磨、棒盘式搅拌磨、环隙式搅拌磨等。

搅拌磨通过搅拌器的旋转,搅动研磨介质产生冲击(研磨介质间相互冲击力、搅拌装置对介质的撞击力)、剪切(研磨介质转动产生的剪切力)和摩檫(研磨介质和物料间的摩檫力)作用,使物料进行超细粉碎。搅拌磨的转速受离心力和旋转半径的限制,一般情况下,搅拌器的圆周速度约为4～20m/s。磨中的介质一般为球形介质,直径通常小于3mm,莫式硬度最好比被磨物料大3以上,以增大研磨强度,提高粉碎效率。1

超细粉碎技术超细粉碎技术进展超细粉碎技术是非金属矿深加工的基础工艺。它不但要求加工的粉体粒度细,粒度分布范围窄,而且颗粒要有一定的规则外形,从而使超细粉体的应用范围不断拓宽。我国规模或工业化的超细粉体加工及超细粉碎与精细分级设备的制造始于上世纪的70年代末和80年代初。迄今为止,我国超细粉碎技术与设备的发展大体上经过了三个阶段:(1)从上世纪80年代初至80年代中期以引进国外技术和设备为主。非金属矿行业最早引进的超细粉碎设备是意大利生产的气流磨,用于在辽宁海城滑石矿生产微细滑石粉,其间国内的超细粉碎技术、设备制造和工艺刚刚起步,许多方面还是空白。(2)上世纪80年代中期至90年代中期是引进国外技术、设备与国内仿制开发同步进行的时期,我国的超细粉碎设备体系和超细粉碎技术大体上是在这一阶段形成和发展起来的,现今主要的超细粉碎设备制造厂商也基本是在这一时期建立起来的。(3)上世纪90年代中期以后,进入了自主开发和制造为主、引进为辅的阶段,期间建立的超细粉体加工厂大多采用国产技术和设备。从1995年至今,具有自主知识产权或发明专利的超细粉碎技术和设备的数量较前十年显著增加,设备的处理能力、单位产品能耗、耐磨性、工艺配套和自动控制等综合性能显著提高,与国外先进技术和设备综合性能的差距逐渐缩小,国产技术和设备已基本能满足国内非金属矿及其它原材料超细粉碎加工的需要。

超细粉碎已成为最重要的工业矿物及其它原材料深加工技术之一,对现代高新技术产业的发展具有重要意义。超细粉体由于粒度细、分布窄、质量均匀、缺陷少,因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解度大、烧结温度低且烧结体强度高、填充补强性能好等特性以及独特的电性、磁性、光学性能等,广泛应用于高技术陶瓷、陶瓷釉料、微电子及信息材料、塑料、橡胶及复合材料填料、润滑剂及高温润滑材料、精细磨料及研磨抛光剂、造纸填料及涂料、高级耐火材料及保温隔热材料等高技术和新材料产业。

超细粉碎技术因现代高技术新材料产业的崛起而发展,反过来又促进相关高技术新材料产业的更大进步,以至在全球范围内,自20世纪80年代初以来各种超细粉体原料的需求量呈快速增长。现代工程将需要越来越多的高纯超细粉碎,超细粉碎技术在高技术研究开发中将起着越来越重要的作用。虽然可以通过化学合成法制备高纯超细粉体,但成本过高,至今未能用于工业化生产。获得超细粉体的主要手段仍然是机械粉碎方法。用机械方式获得超细粉体所依赖的超细粉碎与分级技术的难度不断增大,研究深度也越来越深入。

超细粉碎机理研究粉碎与单个材料的破坏不同,它是指对于集团的作用,即被粉碎的物料是粒度和形状不同的颗粒体的集团。诚然,该颗粒集团的粉碎总量与作用于它的能量大小有关。但是,粉碎还是以单个颗粒体的破碎为基础,其破碎的总和就是粉碎的总量。由于各个颗粒体在粉碎时所处的状态不同,要一一追求其各自的状态几乎是不可能的,因此,只能确定其近似的状态,这也就是确定粉碎理论困难的原因。由于物料粉碎至微米及亚微米级,与粗粉或细粉相比,超细粉碎产品的比表面积和比表面能显著增大,因而在超细粉碎过程中,随着粒度减小至微米级,微细颗粒之间互相团聚(形成二次颗粒或三次颗粒)的趋势增加,在一定的粉碎条件和粉碎环境下,经过一定的粉碎时间后,超细粉碎作业处于粉碎—团聚的动态平衡过程,在这种情况下,微细物料的粉碎速度趋于缓慢,即使延长粉碎时间(继续施加机械应力),物料的粒度也不再减小,甚至出现“变粗”的趋势。这是超细粉碎过程最主要的特点之一。超细粉碎过程出现这种粉碎—团聚平衡时的物料粒度称之为物料的“粉碎极限”。当然,物料的粉碎极限是相对的,它与机械力的施加方式(或粉碎机械的种类)和效率、粉碎方式、粉碎工艺、粉碎环境等因素有关。在相同的粉碎工艺条件下,不同种类物料的粉碎极限一般来说也是各不相同的。

超细粉碎过程不仅仅是粒度减小的过程,同时还伴随着被粉碎物料晶体结构和物理化学性质程度不同的变化。这种变化对相对较粗的粉碎过程来说是微不足道的,但对于超细粉碎过程来说,由于粉碎时间较长,粉碎强度较大以及物料被粉碎至微米级或亚微米级,这些变化在某些粉碎工艺和条件下显著出现。这种因机械超细粉碎作用导致的被粉碎物料晶体结构和物理化学性质的变化称为粉碎过程机械化学效应。这种机械化学效应对被粉碎物料的应用性能产生一定程度的影响,目前,有关专家正在有目的地将其应用于粉体物料进行表面活化处理。2

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学