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粉体粉碎研磨工艺中研磨介质与助磨剂的作用

发布时间：

2022-09-16 09:49

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随着工业技术的发展，纳米材料、超细粉体等概念越来越受到人们的关注和重视，超细物料的诸多优良性能越来越为更多的人所认识，用途也越来越广。在陶瓷及其相关行业，超细粉体的制备离不开粉碎研磨工艺，其中，湿法超细研磨设备是制备高性能、高纯度、低污染的超细陶瓷粉体的首选设备。正确选用研磨介质和助磨剂是提高搅拌磨超细粉碎效率、降低综合成本、质量合格、成本合理的超细粉体的关键。

一、超细研磨设备工作原理

湿法超细磨设备主要分搅拌磨和砂磨机：搅拌磨桶体较粗，主轴角速度较低，研磨介质既可用φ4~12mm的圆球或圆柱，也可用φ0.2~3.0mm的微珠；砂磨机主轴角速度较高，研磨介质多选用φ0.2~3.0mm的微珠。超细磨的搅拌桨依其形式的不同，大体可分为棒式、盘式、桶式、涡旋式等多种，基本上均由主机、循环系统、冷却系统等三大部分组成。

常见的棒销式砂磨机

通常认为，由于研磨介质在搅拌桨高速搅拌作用下，其相互碰撞次数迅速提高，小球之间被挤压、剪切破碎的机率增加，从而提高粉碎效率。多数情况仅搅拌桨作转动，也有搅拌桨与容器做相向转动。在搅拌中，研磨介质不是作整体运动，而是作不规则运动，这种不规则运动对被磨物料主要产生以下三种作用：

（1）研磨介质被搅拌桨抛离时相互之间产生冲击力；

（2）研磨介质自身转动时产生剪切力和磨擦力；

（3）研磨介质填入搅拌桨留下的空间产生撞击力。

研磨示意图

二、研磨介质对超细粉碎的影响

1.研磨介质的硬度与密度影响

研磨介质依其大小可分为研磨球（φ4~12mm）和研磨微珠（φ0.2~3.0mm）；依其材质又可分为氧化锆（TZP）质、硅酸锆质、氧化铝质、高岭土质等多种。

研磨介质的密度、硬度对研磨效率起重要作用：介质密度愈大，研磨效率愈高；硬度越高，磨耗越小，产品的纯度越易得到保证。但是在浆料比重和粘度一定的条件下，研磨介质的密度和硬度也并非越高越好，追求过高的密度和硬度，不仅会带来高成本，而且将产生如下不良作用：

（1）当浆液浓度和粘度一定时，过高密度的研磨介质将大部分沉于磨桶的底部，造成研磨介质在桶内分布不均，且密度差异越大，分布越不合理，最终影响产品粒径分布；

（2）硬度大必然韧性差，耐冲击性能也差。在研磨介质高速冲击（碰撞）被磨物料的同时，也容易造成自身的破碎，增加自身和与其它研磨介质被击碎的可能性。

2.研磨介质大小的影响

研磨介质的比表面积对粉碎效率影响很大，研磨介质愈小，比表面积愈大，研磨介质与物料的接触面积愈大，粉碎效率愈高。

介质粒径的大小须视物料粒度和要求产品粒度而定。产品粒度越细，介质的粒径越小；通常介质粒径必须大于50~100倍的给料平均粒径。对砂磨机而言，选用的最小微珠粒径要大于砂磨机出口缝隙或滤网孔径的2倍以上，以避免研磨介质磨损太快，随浆料流出；而最大粒径应该是分散盘外缘与砂磨机桶体内壁之间的距离的1/3~1/5倍。

三、助磨剂对超细粉碎的影响

1.助磨剂的作用机理

超细磨是借助介质球在料浆中的高速运动对物料进行粉碎的，料浆粘度是影响粉碎效能的重要参数。随着粘度提高，介质之间的碰撞强度及频率均会减少。料浆粘度一般与被磨物料的粒度、料浆温度及浓度有关。当被超细粉碎物料颗粒粒径达到1.0~10μm以下时，随着物料颗粒比表面积增大，表面电荷增多，料浆粘度提高，易发生粘附和团聚现象，影响粉碎效果。

加入助磨剂（表面活性物质）可以改善固体表面的性能，降低料浆的粘度，提高浆液的流动性，使被粉碎物料的表面能减少，从而强化粉碎过程。