[科普中國]-攪磨

攪磨技術(shù)，即超細(xì)粉碎技術(shù)。

超細(xì)粉碎技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一門新興技術(shù),它在化工、冶金、建材、電子、輕工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,隨著超細(xì)粉碎技術(shù)的發(fā)展,超細(xì)粉碎的設(shè)備也在不斷地創(chuàng)新。至今國內(nèi)外已開發(fā)出氣流磨、雷蒙磨、高壓輥磨、離心磨、膠體磨、振動磨、攪拌磨等超細(xì)粉碎設(shè)備,與其他粉碎設(shè)備相比,攪拌磨因其具有的超細(xì)、高效、節(jié)能、低污染、操作簡便等諸多優(yōu)越性能,受到了越來越多的關(guān)注。

攪拌磨的工作原理攪拌磨主要是由一個充填了研磨介質(zhì)的研磨筒和一個旋轉(zhuǎn)攪拌器(攪拌裝置)構(gòu)成。依其工藝布置的不同,又可分為間歇式、連續(xù)式和循環(huán)式等3種。其中間歇式攪拌磨主要由帶冷卻套的研磨筒、攪拌裝置和循環(huán)卸料裝置等組成;連續(xù)式攪拌磨的研磨筒的孔徑比較大,筒體上下裝有隔柵,產(chǎn)品的最終細(xì)度是通過調(diào)節(jié)進(jìn)料流量控制物料在研磨筒內(nèi)的滯留時間來保證的;循環(huán)式攪拌磨是由一臺攪拌磨和一個大容積循環(huán)罐組成。攪拌磨的類型按其攪拌器的不同又可分為棒式攪拌磨、圓盤式攪拌磨、螺旋(塔式)攪拌磨、棒盤式攪拌磨、環(huán)隙式攪拌磨等。

攪拌磨通過攪拌器的旋轉(zhuǎn),攪動研磨介質(zhì)產(chǎn)生沖擊(研磨介質(zhì)間相互沖擊力、攪拌裝置對介質(zhì)的撞擊力)、剪切(研磨介質(zhì)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的剪切力)和摩檫(研磨介質(zhì)和物料間的摩檫力)作用,使物料進(jìn)行超細(xì)粉碎。攪拌磨的轉(zhuǎn)速受離心力和旋轉(zhuǎn)半徑的限制,一般情況下,攪拌器的圓周速度約為4～20m/s。磨中的介質(zhì)一般為球形介質(zhì),直徑通常小于3mm,莫式硬度最好比被磨物料大3以上,以增大研磨強度,提高粉碎效率。1

超細(xì)粉碎技術(shù)超細(xì)粉碎技術(shù)進(jìn)展超細(xì)粉碎技術(shù)是非金屬礦深加工的基礎(chǔ)工藝。它不但要求加工的粉體粒度細(xì),粒度分布范圍窄,而且顆粒要有一定的規(guī)則外形,從而使超細(xì)粉體的應(yīng)用范圍不斷拓寬。我國規(guī)?；蚬I(yè)化的超細(xì)粉體加工及超細(xì)粉碎與精細(xì)分級設(shè)備的制造始于上世紀(jì)的70年代末和80年代初。迄今為止,我國超細(xì)粉碎技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展大體上經(jīng)過了三個階段:(1)從上世紀(jì)80年代初至80年代中期以引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備為主。非金屬礦行業(yè)最早引進(jìn)的超細(xì)粉碎設(shè)備是意大利生產(chǎn)的氣流磨,用于在遼寧海城滑石礦生產(chǎn)微細(xì)滑石粉,其間國內(nèi)的超細(xì)粉碎技術(shù)、設(shè)備制造和工藝剛剛起步,許多方面還是空白。(2)上世紀(jì)80年代中期至90年代中期是引進(jìn)國外技術(shù)、設(shè)備與國內(nèi)仿制開發(fā)同步進(jìn)行的時期,我國的超細(xì)粉碎設(shè)備體系和超細(xì)粉碎技術(shù)大體上是在這一階段形成和發(fā)展起來的,現(xiàn)今主要的超細(xì)粉碎設(shè)備制造廠商也基本是在這一時期建立起來的。(3)上世紀(jì)90年代中期以后,進(jìn)入了自主開發(fā)和制造為主、引進(jìn)為輔的階段,期間建立的超細(xì)粉體加工廠大多采用國產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備。從1995年至今,具有自主知識產(chǎn)權(quán)或發(fā)明專利的超細(xì)粉碎技術(shù)和設(shè)備的數(shù)量較前十年顯著增加,設(shè)備的處理能力、單位產(chǎn)品能耗、耐磨性、工藝配套和自動控制等綜合性能顯著提高,與國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備綜合性能的差距逐漸縮小,國產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備已基本能滿足國內(nèi)非金屬礦及其它原材料超細(xì)粉碎加工的需要。

超細(xì)粉碎已成為最重要的工業(yè)礦物及其它原材料深加工技術(shù)之一,對現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。超細(xì)粉體由于粒度細(xì)、分布窄、質(zhì)量均勻、缺陷少,因而具有比表面積大、表面活性高、化學(xué)反應(yīng)速度快、溶解度大、燒結(jié)溫度低且燒結(jié)體強度高、填充補強性能好等特性以及獨特的電性、磁性、光學(xué)性能等,廣泛應(yīng)用于高技術(shù)陶瓷、陶瓷釉料、微電子及信息材料、塑料、橡膠及復(fù)合材料填料、潤滑劑及高溫潤滑材料、精細(xì)磨料及研磨拋光劑、造紙?zhí)盍霞巴苛稀⒏呒壞突鸩牧霞氨馗魺岵牧系雀呒夹g(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)。

超細(xì)粉碎技術(shù)因現(xiàn)代高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)的崛起而發(fā)展,反過來又促進(jìn)相關(guān)高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)的更大進(jìn)步,以至在全球范圍內(nèi),自20世紀(jì)80年代初以來各種超細(xì)粉體原料的需求量呈快速增長。現(xiàn)代工程將需要越來越多的高純超細(xì)粉碎,超細(xì)粉碎技術(shù)在高技術(shù)研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。雖然可以通過化學(xué)合成法制備高純超細(xì)粉體,但成本過高,至今未能用于工業(yè)化生產(chǎn)。獲得超細(xì)粉體的主要手段仍然是機(jī)械粉碎方法。用機(jī)械方式獲得超細(xì)粉體所依賴的超細(xì)粉碎與分級技術(shù)的難度不斷增大,研究深度也越來越深入。

超細(xì)粉碎機(jī)理研究粉碎與單個材料的破壞不同,它是指對于集團(tuán)的作用,即被粉碎的物料是粒度和形狀不同的顆粒體的集團(tuán)。誠然,該顆粒集團(tuán)的粉碎總量與作用于它的能量大小有關(guān)。但是,粉碎還是以單個顆粒體的破碎為基礎(chǔ),其破碎的總和就是粉碎的總量。由于各個顆粒體在粉碎時所處的狀態(tài)不同,要一一追求其各自的狀態(tài)幾乎是不可能的,因此,只能確定其近似的狀態(tài),這也就是確定粉碎理論困難的原因。由于物料粉碎至微米及亞微米級,與粗粉或細(xì)粉相比,超細(xì)粉碎產(chǎn)品的比表面積和比表面能顯著增大,因而在超細(xì)粉碎過程中,隨著粒度減小至微米級,微細(xì)顆粒之間互相團(tuán)聚(形成二次顆粒或三次顆粒)的趨勢增加,在一定的粉碎條件和粉碎環(huán)境下,經(jīng)過一定的粉碎時間后,超細(xì)粉碎作業(yè)處于粉碎—團(tuán)聚的動態(tài)平衡過程,在這種情況下,微細(xì)物料的粉碎速度趨于緩慢,即使延長粉碎時間(繼續(xù)施加機(jī)械應(yīng)力),物料的粒度也不再減小,甚至出現(xiàn)“變粗”的趨勢。這是超細(xì)粉碎過程最主要的特點之一。超細(xì)粉碎過程出現(xiàn)這種粉碎—團(tuán)聚平衡時的物料粒度稱之為物料的“粉碎極限”。當(dāng)然,物料的粉碎極限是相對的,它與機(jī)械力的施加方式(或粉碎機(jī)械的種類)和效率、粉碎方式、粉碎工藝、粉碎環(huán)境等因素有關(guān)。在相同的粉碎工藝條件下,不同種類物料的粉碎極限一般來說也是各不相同的。

超細(xì)粉碎過程不僅僅是粒度減小的過程,同時還伴隨著被粉碎物料晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)程度不同的變化。這種變化對相對較粗的粉碎過程來說是微不足道的,但對于超細(xì)粉碎過程來說,由于粉碎時間較長,粉碎強度較大以及物料被粉碎至微米級或亞微米級,這些變化在某些粉碎工藝和條件下顯著出現(xiàn)。這種因機(jī)械超細(xì)粉碎作用導(dǎo)致的被粉碎物料晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的變化稱為粉碎過程機(jī)械化學(xué)效應(yīng)。這種機(jī)械化學(xué)效應(yīng)對被粉碎物料的應(yīng)用性能產(chǎn)生一定程度的影響,目前,有關(guān)專家正在有目的地將其應(yīng)用于粉體物料進(jìn)行表面活化處理。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)