现代许多工业领域, 如精细化工、催化剂、高级磨料等, 都需要粒度极细、分布均匀、高纯度的粉体作原料。获得超细或微细粉体的途径主要有两种: 一种是物理或化学反应的方法, 由化工原料经蒸发冷凝、溶胶、气相沉淀、凝胶等过程制得。这类方法有纯度高、粒度细和粒度分布窄等优点,但产量低、能耗大、工序复杂, 无法直接利用天然原料。另一类是机械制备法, 主要是机械破碎, 包括高速冲击式磨机、气流磨、胶体磨、砂磨机等各种粉碎设备及作为配套设备的精细分级设备。
目前有多种粉碎方法可以使粉碎产品的平均粒度达到1μm以下, 但完全亚微米粒级产品的粉碎还是国际上近来尚需解决的技术难题。
石英是储量丰富的非金属矿, 莫氏硬度为7,具有强耐酸性, 极好的电绝缘性。而超细石英粉是一种优质的中性无机填料, 广泛用于塑料、橡胶、涂料、电子及高科技产品等行业, 其中高科技行业对超细石英粉的纯度、粒度和粒度分布有相当严格的要求。纳米SiO2 的应用领域十分广泛, 几乎涉及到原所有应用SiO2 粉体的行业。如原必须用SiO2 粉体材料作为填料的制品, 在不改变其原工艺流程的同时, 而改用纳米SiO2 作为填料, 其制品的各项功能、性能指标都会大幅度提高。由于石英硬度较大, 采用常规方法甚至难于达到完全亚微米粒级。
本项目专门设计制造了一种离心强制循环超细粉碎设备, 实验制备出的超细石英粉体样品, 经JL9200 激光粒度分析仪分析, 石英粉平均粒度D50达0. 33 μm, 100% 小于0. 84 μm; TEM 观察和XRD 分析表明, 石英粉体一次颗粒粒径已达到60nm 以下, 为纳米粒级超细粉体的制备开辟了新的途径.
1 原料及实验设备
石英原料及前处理:石英矿物原料为吉林大学地学院结晶石英矿物标本, 经挑选、颚式破碎机初破碎、振动碎样机细碎, 150 目方孔筛筛下料作为本次实验的原料,石英含量约为98% 。
磨矿设备:
( 1) 离心强制循环超细粉碎设备, 转速150 r/min, 研磨介质为直径1. 5 mm 热等静压烧结氧化锆球。
( 2) 行星式球磨机, 转速426 r/ min, 研磨介质为直径1. 5 mm 热等静压烧结氧化锆球。工作方式: 实验采用间歇式磨样。考虑到提高生产效率的要求, 样品矿浆质量分数定为原料与水比为30/70, 助磨剂为0. 5% 焦磷酸钠, 粉碎时间为3 h。
分析设备:
JL9200 型激光粒度分析仪; JEM- 2000FX型电子显微镜; D/ MAX2500PC 型X 射线衍射仪。
2 新型超细粉碎设备工作原理
任何形式的粉碎机械, 在粉碎的开始阶段都有着较高的粉碎速度。但随着粉碎程度的加深,粉碎速度越来越慢, 直至停止。此时就达到了粉碎-团聚的可逆动态平衡, 延长粉碎时间并不会使颗粒的平均粒度减小, 也不会增加小颗粒的数量。郝保红等利用行星式球磨机进行的实验表明, 湿磨石英30 h 后, 达到平衡时的D50为1. 01μm。
较高的作用频次( 单位时间内物料受到研磨的次数) 和较大的作用力, 对打破粉碎 |
