球磨机湿法制备超细硅酸锆生产线的设计

球磨机湿法制备超细硅酸锆生产线的设计

硅酸锆超细粉的粒度影响因素分析作为一种陶瓷乳浊剂，其特点是低价格、良好的乳化效果，许多陶瓷生产厂家都采用了这种优质硅酸锆。硅酸锆微粉作为陶瓷行业釉料的乳浊剂具有遮盖力强、乳浊效果好等特点。作为釉料的乳浊剂,主要考虑2个因素,一个是遮盖率,另一个是白度,遮盖率与很多因素有关,其主要是乳浊剂和基础釉的折射率差和硅酸锆超细粉的粒度。从理论上分析,硅酸锆超细粉的粒度越细,比表面积越大,对光的散射力越强,因而遮盖能力就越强。另外粒度越均匀、粒度分布愈窄,都有利于提高釉料的乳浊度。与国内大量用于建筑卫生陶瓷中的外资企业生产的超细硅酸锆相比,国内企业此类产品成本高、质量低,主要原因在于缺乏成熟的针对硅酸锆的超细磨技术。超细磨是高能耗过程,关键是如何缩短磨矿时间、降低磨矿能耗、提高磨矿效率。目前,硅酸锆超细粉的生产加工,广泛采用的粉磨设备主要是搅拌磨、气流磨和振动磨等,而球磨机一直被认为是一种效率低、能耗大的生产设备,难以将物料粉碎到微米级,故在超细粉磨行业很少使用。但是通过了解几家外资企业,比如ATO、红B、庄信等企业知道他们全是采用球磨技术。这给了我们一个提示,不是球磨技术在超细粉加工方面不适用,而是我们没有找到合适的参数。广东佛山顺德盈信超细锆微粉有限公司1998年在国内首先进行硅酸锆球磨超细技术的研发,研究成果显著,使生产规模快速提升,成本大幅下降,现产量可达6000吨/年,从而使我国的超细硅酸锆市场占有份额大幅增加,这是可喜的进步。1采用球磨机的湿生产工艺1.1沉砂分级研磨法当球磨机按规定的转速运转时,研磨介质与物料一起在离心力和摩擦力的作用下被提升到一定高度后,由于重力的作用而脱离筒壁沿抛物线轨迹下落,然后,它们又被提升一定高度,再沿抛物线轨迹下落,如此周而复始,使处于研磨介质之间的物料受冲击作用而被粉碎,同时,由于研磨介质的滚动和滑动,使物料颗粒受研磨、剪切等作用而被粉碎。等物料被粉碎到一定粒度时,用不锈钢泵将其抽到搅拌筒,然后分级,分级溢流送往浓密机絮凝沉淀脱水,脱水物料送喷雾塔干燥,干燥产品被气流送至储料仓,最后称重包装,分级沉砂返回球磨机再磨。其工艺流程见图1。1.2球磨转速率的影响试验证明,球磨机结构尺寸与转速率、研磨介质球径与材质、料浆的浓度与温度、研磨介质充填率与研磨介质和磨料比值等工艺参数是直接影响产品粒度、产率和能耗的关键因素。(1)球磨机结构尺寸与转速率。我们研究的结果是长度与直径的比例在1.9∶1左右,是球磨机超细粉磨较为合理的长度、直径比。对超细粉磨来讲,除考虑产量外,更应考虑产品的最终粒度及粒度分布范围,即要求颗粒有一个较窄的分布区域。第二,要考虑出料的方便。因此要考虑直径不要太大,但直径太小,形不成抛落差,影响磨矿效率和产率。因此,参照有关文献资料,确定为直径1.8m,长度为3.4m。球磨机的转速率是影响磨矿效率的重要参数之一,参考资料表明,转速率76%时,介质抛落差最大,作功最大,对物料的冲击作用最强。在球磨初期阶段,这种冲击作用占主要,随着物料粒度的变细,则研磨作用占主要,考虑两方面的影响,因此,将球磨转速率定为70%,试验证明,采用此转速率球磨运行稳定,磨矿效率最高。(2)研磨介质直径与材质。研磨介质的大小,直接影响球磨机加工产品的最终粒度和粒度分布。研磨介质的直径愈大,对大颗粒的作用愈明显,产品的最终粒度愈大。另外,大球径介质质量大,对硬质材料的冲击破碎作用力强,有利于物料粒度的细化和磨矿效率的提高。但是,当颗粒细化至20μm后,因大球径介质比表面积小,其冲击研磨作用对进一步的细化显得很小。为获取更多小于1μm的粒子,须选用较小的磨矿介质(大的比表面积)以增加冲击频率。但太小的介质其研磨冲击力因质量小而变得微弱。试验表明,由直径30mm介质球在研磨过程中所形成的自然球径级配较为适宜。粉碎锆英砂常用的研磨介质有钢球、氧化锆球和刚玉球。钢球密度大,冲击力大,价格成本低,但硬度小,磨损率大。不仅对产品产生铁质污染,影响产品质量稳定,而且增加酸洗作业工序,给生产带来不良后果。氧化锆球是最理想的磨矿介质,但价格成本太高。综合各方面的特性,以直径30mm刚玉球作为研磨介质较为理想。(3)料浆的浓度与温度。料浆的浓度是影响磨矿效率及能耗的重要因素。试验得知,料浆浓度太大,能耗增加,但产品粒度未必细化,磨矿效率较低;料浆浓度太低,磨矿效率同样较低,磨矿时间延长,能耗增加。料浆浓度有一个最佳的临界点,在这个临界点上,粉碎达到某一要求的粒度所需的时间最短,效率最高。经试验,料浆浓度的临界点为72%。研磨介质与物料由于相互冲击、研磨产生大量的热,使料浆的温度随着粉碎时间的延长而迅速上升。如不采取相应的措施,将加剧研磨介质磨损,导致磨矿效率降低。同时,温度过高会恶化刚玉衬板与筒体之间的粘合力,使衬板脱落。因此,设计了向球磨机筒体上喷冷却水的强制冷却控温装置,有效地控制了料浆温度。(4)研磨介质充填率与研磨介质和磨料比值。研磨介质充填率(指投入研磨介质的体积与磨筒体积的比率)对磨矿效率和产率有直接影响。充填率增大,介质球与物料之间的碰撞冲击和剪切研磨的频率增加,冲击作用减弱,研磨作用增强,磨矿效率提高,产率增大。但当充填率达到60%以上时,不仅功耗高,而且研磨介质本身及磨内衬板磨损加剧,磨矿效率明显降低,产率降低,造成产品加工成本增加。充填率小于40%时,冲击作用很强,研磨作用非常弱,磨矿效率明显降低,产率大幅下降。经试验,研磨介质充填率为45~50%时效果较好。研磨介质和磨料比值(指投入的研磨介质与磨料的重量比值)也是影响磨矿效率和产率的重要因素。比值大时,磨矿效率高,产率小;比值小时,则反之。经试验证实,研磨介质和磨料比值为3时效果较好。2助磨剂为5号产品,加磨锆英砂胶合料研磨法由广东佛山顺德盈信超细锆微粉有限公司研制的球磨湿法超细粉体生产线,自2000年投入正常生产以来,生产的超细硅酸锆粉超过15000t。在长时间连续运行过程中,设备工作正常可靠,产品质量稳定,粒度细,产率高,成本低。在不添加助磨剂,入磨锆英砂粒径为80目的情况下,研磨7h,其DV97可达17.02μm(BT9300激光粒度仪测量)。经分级所得5号产品(DV97<5μm)其磨矿直接生产成本只有300元/t,3号产品(DV97<3μm)其磨矿直接生产成本也仅有400元/t。经产品质量及化学指标检测,该生产线生产的产品已达到国外