双向球磨超细粉碎技术及设备研究

添加人：admin 发布时间：2016/1/11 16:47:27 来源：中国破碎机网

　　根据目前我国超细粉体技术的现状及国情把粒径100%小于30的粉体称之为超细粉体111.随着物质的超细化，其表面分子排列、电子分布结构和晶体结构均发生了变化，产生了奇特的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，从而使得超细粉体与常规材料相比具有一系列优异的物理、化学及表面与界面性质。因此，具有超常的特性和使用效果。例如火炸药中的固体成分，经超细化后，由于表面能提高，表面活性增大，因此，它们的燃烧和爆炸性能提高121.又如超细金属粉，颗粒尺寸小，比表面积大，具有不同于常规金属材料优良的力学性能，特殊的磁性能，高的扩散性和导电性，高的反应活性和催化性能，很强的吸收电磁波的性能等。这些特殊性能使得超细金属粉材料在航空、航天、舰船、汽车、冶金、化工领域得到了越来越广泛的应用131.而粒径小于3且成片状的金属粉由于其特殊的二维平面结构，更具良好的附着力，显著的屏蔽效应，反射光线的能力以及优良的导电性能14.因此，片状金属粉在颜料、涂料、以及导电浆料等应用领域显示出优于其它形状粉体的性能，被广泛米用。
　　制备金属粉的方法多种多样，主要有机械法、物理法、化学法等。机械法有球磨法、超声波粉碎法等。物理法有低压气体蒸发法，溅射法，物化法。化学法主要有溶胶凝胶法，化学气相沉积法，水热法，液相化学还原法151.在这几种方法中目前使用最多的是机械法。机械法由于产量大，工艺简单且能制备一些常规方法难以获得的高熔点金属或合金材料的粉末，还可以制备不参与化学反应的一些材料的粉末而被广泛采用16.在机械法中球磨法是使用最多的1种方法，其优点是适应性强，对大多数物料都能粉碎。然而要想得到3以下的片状金属粉，用一般的球磨粉碎是很难达到要求的17.因此必须对球磨机进行改进，使其达到理想的产品要求。
　　1球磨机粉碎原理分析1.1普通球磨及搅拌球磨机粉碎原理分析普通球磨机的主要工作部件是靠1个旋转的筒体带动筒体内装入的各种物料和形状不同的研磨介质（如棒、球等）的相互冲击和研磨作用把物料粉碎，对于较粗物料的粉体能起到良好的粉碎作用，对于极细的物料作用不明显，而对于某些特殊物料，即使延长研磨时间也不能达到理想效果。当物质粉碎得较细时，粉体易互相联结成小块或小饼，使颗粒增大，形成“反粉碎”现象。研究还表明：在粉碎粒径ds> 10时随着的减小，相对比功耗的增加相对缓慢；当d>< 10Mm时，随着ds.的减小，相对比功耗急剧增加，这表明用普通球磨机进行超细粉碎时，粉碎效率将会急剧降低。
　　多年来，围绕普通球磨机电耗高，钢耗高，能量利用率低的问题，有关专家及专业工作者作了大量研究工作，如在筒体内增设各种不同形状的衬板，改变球磨筒体直径与长度之比，改变筒体内料、球的比例，但问题一直没有从根本上得到解决。
　　搅拌球磨机是依靠磨腔中的机械搅拌棒、齿或片等旋转动件带动研磨介质运动，利用研磨介质之间的挤压力使物料粉碎，但外筒体是静止的，它实质上是1种内部有动件的球磨机，靠内部旋转动件带动研磨介质运动来对物料进行粉碎，因而粉碎效率不高。
　　品沉表面进行惰性气体或分散剂的表面包覆处理，既提高了物料粉体的分散性，又防止了粉体被空气氧化产生燃烧或爆炸的可能性。
　　要拌洞率们体使另目前国内外湿式搅拌球磨机种类较多，有卧式、式2大类，都可以使物质粉碎到办< 3Pm，但产干燥后粒度又会增大。另外，粉碎过程中，粉体易于底层（卧式）或浮于上层（立式）。
　　目前，最典型的干式搅拌球磨机设备是德国的pine公司研制的立式干式搅拌磨及行星搅拌磨。
　　上述设备都可使物质粉碎很细，但粉碎效率低，往需要十几到几十小时的粉碎才能达到要求，产片状化程度差，往往为球形。另外，粉碎过程中，粉碎物质会沉底，粉碎均匀性差，系统中还往往缺安全保护措施及防氧化措施。
　　2双向旋转球磨超细设备原理研究我们通过对普通球磨机的粉碎原理研究，认为提高这类球磨机的粉碎效果，关键是要提高磨球的有效粉碎区域面积、磨体的转速和磨球间的研作用力。
　　搅拌球磨机与普通球磨机的不同之处在于其搅器以转动的形式将动能传递给研磨介质；而普通球磨机是靠球磨机筒体旋转带动研磨介质运动，动能传递给研磨介质。普通球磨机的致命弱点是磨介质间的研磨效果差，而且腔体中心易形成空，被研磨的物料易从中心逃出，未受到介质的冲击研磨作用，因而产品粒度较粗，分散性较大。而搅球磨机正是克服了普通球磨机的上述缺点，因而碎效果好，产品粒度细，分布范围窄，但生产效低。
　　综合分析球磨机与搅拌球磨机的粉碎原理，我设计出1种双向旋转球磨粉碎设备。其原理见图为双向旋转球磨粉碎机内部结构示意图。
　　这种粉碎机外筒体的旋转方向与内搅拌装置的动方向相反，在粉碎过程中，外筒体带动磨球随筒作旋转运动，内搅拌装置带动磨球作反向运动，破了中心空洞区，避免了“短路”现象，并使磨球在筒内作不规则运动，因而大大提高了粉碎效果。另，筒体内搅拌器作高速反向搅拌，使沉积于底部并互联结、结块的粉体被打散，因而大大提高了对粉的分散效果，有效的防止了粉体的团聚与反粉碎，颗粒粉碎得更细，从而获得分散性良好的干粉体。
　　外，环状粉碎室经密封处理，设有抽真空、充保护体及喷入保护气氛气体的装置，对新生超细粉体21与普通球磨机及搅拌球磨机的性能比较bookmark4用双向旋转球磨机与上述2种球磨机的粉碎效果与效率进行了对比试验。试验时，控制外筒体的转速与普通球磨机的转速相同，控制内搅拌器的转速与搅拌球磨机的转速相同，粉碎物质相同，试验结果见表1.表1与普通球磨机及搅拌磨的粉碎效果比较粉碎机种类普通球磨机搅拌球磨机双向旋转球磨机Al粒度注：铝粉原料如=30Pm；粉碎时间5h；内搅拌器和外筒转速均为170r/min.我们还进行了以下试验，采用普通球磨机将原料为d50=30Pm的铝粉，粉碎30h细度只能达到d5=5Pm，无法达到d50〈2Pm，而且许多细微的铝粉互相黏连在一起，“反粉碎”现象十分严重。用搅拌球磨机干式粉碎办）=30Pm铝粉时，当粒度达到3Pm后，再延长粉碎时间已无粉碎效果，也出现了细微的铝粉互相黏连的“反粉碎”现象（均未加助磨剂）。
　　多次试验结果均表明，在相同条件下，双向旋转球磨机的粉碎效果均高于上述2种球磨机，通常普通球磨机需要30h（包括行星磨）达到的结果，双向旋转球磨机只要5~7h就可以达到。
　　22与高效振动磨、行星磨粉碎及气流粉碎相比较我们将研制成功的双向旋转球磨机与高效振动磨、气流粉碎磨和行星磨的粉碎效果进行比较试验。
　　试验时，各种设备的粉碎时间与次数及条件不受限制，都是干法粉碎，不加助磨剂，为防止粉碎时燃爆，气流粉碎只粉碎了少量样品。每种设备都使其效率充分发挥，对比各种设备所获得最细产品的细度，试验选用Ni作为粉碎对象，试验结果见表2.表2各种设备粉碎产品的细度比较设备类型气流磨（园盘）振动磨行星磨双向球磨Ni粒度注：Ni原料试验表明，行星磨虽然获得的产品较细，但其生产效率较低，粉碎过程中物料易沉底，且设备生产能力较小，不能满足工业化生产要求，而双向旋转球磨机则可满足工业化生产需求。
　　3双向旋转球磨机试验项目和结果玉1机械合金化与片状化试验双向旋转球磨机最大的特点是可以使多种金属进行机械合金化，而且还可使金属颗粒片状化。我们将（以）1（人1）1（%）按1：1：1进行合金化试验，为CuAl，Ni球磨5h的合金照片；将Cu或Al单独进行片状化研磨试验，为Al颗粒球磨4h的片状化照片。
　　产线。平均粒径在5Pm以内，可用于高档涂料、高档化妆品、纺织品，医用、食品、环境净化等领域（可防霉、防腐、防虫、防紫外线）。
　　环形粉碎室内抽真空和充填惰性气体或喷入表面包覆剂，可以对易燃易爆材料进行超细粉碎。另外，还可以对多种粉体进行混合与均化及表面改性与复合处理。
　　4结语双向球磨超细粉碎设备及技术广泛应用于化工、冶金、涂料、化妆品、保健品、中药材以及车工易燃易爆材料领域。设备结构简单，占地面积小，能耗低，生产率高，完全可以工业化生产。可对多种粉体进行混合与均化及表面改性与复合处理，可对易燃易爆材料进行超细粉碎，当采用湿法粉碎时，产品粒度更细，可达纳米级粉体。
　　李凤生，等。超细粉体技术。北京：国防工业出版社2000.刘伯元。中国粉体表面改性设备的进展。中国粉体技术，2003，9（3）：3235.李凤生，刘宏英，刘雪东，等。微纳米粉体制备与改性设备。北京：国防工业出版社，2004.叶红齐，苏周，等。片状金属粉体在颜料及电子浆料中的应用。中国粉体技术，2⑴4张少明，等。粉体工程。北京：中国建材工业出版社1994.罗付生，顾志明，邓国栋等。超细粉碎及表面改性。新技术新工艺，2001（郑水林。超细粉碎。北京：中国建材工业出版社，1999.32充惰性气体保护试验为了制备无氧化或氧化层极少的超细金属粉（片）或合金粉（片），可采用双向旋转超细球磨机。
　　粉碎时，先将磨球及粉料装入环状粉碎室内，然后抽真空至102~103Pa，排出粉碎腔内空气，继续抽真空30min，使粉料表面吸附的空气排除，再充入惰性气体（N2或Ar），就可开始进行粉碎。
　　采用该技术设备与在空气中粉碎相比，超细金属粉的表面氧化值仅为在空气中粉碎时（不抽真空、不充惰性气体）的0.1%~0.2%，氧化层极少。本技术设备已用于强氧化剂及可燃物生产，产品细度均匀，可达1Pm以下，完全可工业化生产。如已成