|
| |
| 超細(xì)濕法攪拌磨研究現(xiàn)狀與展望 |
| 來源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2013-09-20 09:37:39 瀏覽次數(shù)： |
|
| |
（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，北京/吳翠平，紀(jì)鴻，管大元，李慧）粒徑為10~0.1μm的粉體稱為超細(xì)粉體，具有快速的化學(xué)反應(yīng)性、溶解度大、高吸附性、低溫?zé)Y(jié)性及高填充補(bǔ)強(qiáng)性等等優(yōu)良性能。非金屬礦物超細(xì)粉體廣泛應(yīng)用在高尖端陶瓷及陶瓷釉料、塑料、化妝品、強(qiáng)耐火材料、醫(yī)藥、微電子及石油化工等行業(yè)。
攪拌磨因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)得名，由一個(gè)靜置內(nèi)填研磨介質(zhì)的筒體和一個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器構(gòu)成，是一種高效率的超細(xì)粉磨設(shè)備。由于干法研磨有相應(yīng)的干法分級(jí)粒度要求存在不可克服的障礙、磨機(jī)無法利用很細(xì)小的研磨介質(zhì)、干法環(huán)境使磨機(jī)無法突破小顆粒的高強(qiáng)度、礦物細(xì)磨后團(tuán)聚、研磨時(shí)有熱散失等自身限制，而利用液體（大多為水）作為研磨背景的濕法研磨可完全克服以上缺點(diǎn)，所以濕法研磨較干法研磨更有優(yōu)勢(shì)。我國(guó)超細(xì)攪拌研磨技術(shù)開始于1990年，之后的二十多年，超細(xì)濕法攪拌技術(shù)迅速發(fā)展，單機(jī)處理能力不斷提高，目前，d97≤2μm單機(jī)生產(chǎn)能力達(dá)到2000kg/h以上。新研制超細(xì)濕法攪拌磨機(jī)的粉碎極限逐漸降低，例如DCP型和SC型超細(xì)濕法攪拌磨可以生產(chǎn)d50=0.3μm的超細(xì)粉。
本文以塔式磨機(jī)，立式砂磨機(jī)，臥式砂磨機(jī)和Isa攪拌磨（IsaMill，因由澳大利亞Mount Isa鉛鋅礦與德國(guó)Netzsch-Feinmahltechnik公司共同研制而命名）四種典型的濕法攪拌磨為例，綜述超細(xì)濕法攪拌磨近年來的研究進(jìn)展，并對(duì)大處理量納米級(jí)濕法攪拌磨的研制前景進(jìn)行展望。
1 濕法攪拌磨的優(yōu)勢(shì)
亞微米、微米級(jí)粉體制備技術(shù)已非常成熟，國(guó)內(nèi)外也大量應(yīng)用相應(yīng)技術(shù)設(shè)備，而納米級(jí)粉體生產(chǎn)制備技術(shù)開發(fā)是近幾年研究熱點(diǎn)。粉體物料顆粒粒徑的降低導(dǎo)致顆粒粉體材料自身缺陷減少，使得其強(qiáng)度增大，難以粉碎和分級(jí)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，干法氣流粉碎和分級(jí)無法完成亞微米級(jí)粉體材料的制備，只有濕法超細(xì)粉碎才能完成亞微米級(jí)乃至納米級(jí)粉體材料的制備。濕法振動(dòng)磨可以完成亞微米級(jí)粉體的制備，但由于無法采用更小粒徑的研磨介質(zhì)，所以不再能完成更細(xì)粒度材料制備。濕法攪拌磨能夠利用攪拌器帶動(dòng)研磨腔內(nèi)研磨介質(zhì)高速不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，使腔內(nèi)研磨顆粒與顆粒、顆粒與物料、物料與攪拌器、物料與腔壁以及攪拌器與物料和顆粒三者間產(chǎn)生劇烈碰撞從而制得納米級(jí)粉體顆粒材料。所以，在制備納米級(jí)粉體方面，濕法攪拌磨具有巨大優(yōu)勢(shì)。
2 立式濕法攪拌磨
立式攪拌磨意指筒體垂直于水平面安置的攪拌磨。其基本部件包括筒體、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置和機(jī)架。傳動(dòng)裝置將電機(jī)動(dòng)能傳遞給攪拌裝置使其旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的攪拌裝置帶動(dòng)筒體內(nèi)的研磨介質(zhì)與物料做多層次的旋轉(zhuǎn)和位移運(yùn)動(dòng)，使研磨介質(zhì)和物料進(jìn)行研磨、擠壓、撞擊、揉搓和剪切等作用，達(dá)到磨碎和剝離礦物的效果。國(guó)內(nèi)外研究者在對(duì)新式立式濕法攪拌磨的研制方面成果頗豐。張國(guó)旺等結(jié)合攪拌磨中針對(duì)能量利用率的提高和不同工業(yè)礦物的研磨最佳工藝研究較少的狀況，經(jīng)過分析塔式磨、砂磨機(jī)、棒式攪拌磨和環(huán)隙式攪拌磨等四種超細(xì)攪拌磨的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種稱為立式螺旋棒式攪拌磨機(jī)的超細(xì)攪拌研磨裝置，該裝置筒體的材質(zhì)采用合金鋼、聚氨酯、不銹鋼，外形設(shè)計(jì)為異形結(jié)構(gòu)，研磨過程采用直徑為Ф1~10mm或更細(xì)的研磨介質(zhì)，適宜工作速度為3~6m/s，具有能量利用率高和操作維護(hù)方便的特點(diǎn)。
當(dāng)前應(yīng)用最廣、最典型的立式濕法攪拌磨是塔式磨機(jī)和立式砂磨機(jī)。
2.1 塔式磨機(jī)
20世紀(jì)中葉由Kubota公司最初制造的塔式磨機(jī)具有研磨介質(zhì)球小、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪音小、產(chǎn)品粒度分布均勻和能量利用率高等特點(diǎn)，被廣泛用于石墨、金礦石和氧化鐵粉的細(xì)磨。其攪拌器呈螺旋狀，可以進(jìn)行高速回轉(zhuǎn)，并可以在20~5000μm的寬粒度范圍接受給礦。正由于其良好性能特點(diǎn)，近年來，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)其原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和過程模擬等工作始終在積極進(jìn)行。
母福生等針對(duì)螺旋直徑、導(dǎo)程與直徑比和轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)塔式磨機(jī)進(jìn)行鋁土礦三水平正交研磨試驗(yàn)。研究認(rèn)為，在研磨機(jī)理上，塔式磨機(jī)的磨礦過程符合Charles定律；在磨機(jī)結(jié)構(gòu)上，較大的攪拌器直徑與筒內(nèi)徑比可以使介質(zhì)球獲得較高動(dòng)能，合理選擇螺旋升角有利于將能量轉(zhuǎn)化為剪切能，同時(shí)適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速有利于磨礦效率的改善，但過高轉(zhuǎn)速會(huì)降低能量利用率，較為適宜的線速度為6~8m/s。該文建立了用于描述筒內(nèi)環(huán)形區(qū)域間研磨介質(zhì)球速度的數(shù)學(xué)模型。
Matt Sinnott等利用三維離散單元法（DEM，Discrete Element Method）對(duì)塔式磨機(jī)進(jìn)行了裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)、筒內(nèi)顆粒流作用形式和研磨機(jī)內(nèi)能量消耗等方面的模擬分析。在額定功率1.5kW、角速度100rpm、筒內(nèi)容量39L的設(shè)定環(huán)境下模擬，模擬結(jié)果表明塔式磨機(jī)攪拌器的螺旋結(jié)構(gòu)可使磨機(jī)內(nèi)環(huán)境獲得螺旋軸向的一股能量強(qiáng)大的漩渦流和一股強(qiáng)烈的螺旋軸向介質(zhì)回流，使介質(zhì)流在軸向中心方向先沿軸向上移動(dòng)，后再由螺旋與研磨筒壁之間的環(huán)形區(qū)域向下回流。這種圓柱形對(duì)稱的整體回流不依賴于軸線在筒內(nèi)的位置，可以使筒內(nèi)30%的介質(zhì)球參與強(qiáng)烈剪切研磨過程，提高了能量利用率。模擬中發(fā)現(xiàn)，大約每0.1J的能量對(duì)應(yīng)不小于0.01的碰撞頻率。筒內(nèi)速度、壓力和介質(zhì)能量吸收率最高值出現(xiàn)在直徑為14cm螺旋攪拌器的邊緣。
Matt Sinnott等還利用DEM、SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics，光滑粒子流體力學(xué)）和DEM/SPH單向耦合的方法對(duì)塔式磨機(jī)的礦漿流流動(dòng)速度分布和動(dòng)態(tài)多孔隙介質(zhì)中礦漿黏性效應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)模擬分析。由于兼顧固體顆粒粉碎，模擬實(shí)驗(yàn)中觀察到顆粒的粉碎增強(qiáng)了礦漿的滲透性和流動(dòng)性。礦漿依靠黏性而隨著研磨顆粒被螺旋攪拌器提升并達(dá)到研磨效果，這使得低黏度礦漿的提升效率降低。礦漿被提升的比率影響著礦漿在筒內(nèi)的駐留時(shí)間，所以應(yīng)結(jié)合不同材料特性適當(dāng)控制礦漿黏度以得到最佳駐留時(shí)間，提高研磨速度并防止過磨。研究采用的SPH技術(shù)及DEM/SPH耦合技術(shù)手段非常值得借鑒。
2.2 立式砂磨機(jī)
近年來，國(guó)產(chǎn)立式砂磨機(jī)發(fā)展迅速，設(shè)備整體設(shè)計(jì)趨于先進(jìn)化、模塊化，其設(shè)備大型化也逐漸成熟，可應(yīng)用于粒度要求d97≤5μm的萬噸級(jí)碳酸鈣生產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)學(xué)者主要對(duì)立式砂磨機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進(jìn)展開工作。
夏紅波在分析了砂磨機(jī)中攪拌器功率、攪拌磨轉(zhuǎn)速、物料填充系數(shù)合研磨介質(zhì)等運(yùn)行參數(shù)后，針對(duì)國(guó)產(chǎn)SB260-A立式砂磨機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體包括反向裝配焊接有犁刀螺旋片的定距套管兩兩相對(duì)反向安裝以防止流體軸向單向流動(dòng)；為降低分散盤徑向速度梯度改善漿料運(yùn)動(dòng)狀況，改進(jìn)了分散盤表面為上下加工有均勻凸起且螺旋相反的螺旋線；將中軸改良為內(nèi)徑58mm中空軸，并在內(nèi)孔中通入冷卻循環(huán)水，以冷卻物料及設(shè)備；為延長(zhǎng)筒體使用壽命將筒內(nèi)襯換為10mm厚的氧化鋁陶瓷層。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的砂磨機(jī)最低調(diào)頻37Hz，電機(jī)功耗降至17kW，選配40kW電機(jī)，可以節(jié)電58.55%。
砂磨機(jī)在研磨氫氧化鋁制備優(yōu)質(zhì)晶種工藝中，在將團(tuán)聚的大顆粒分開的同時(shí)還可以把氫氧化鋁顆粒研磨為呈球形、沒有棱角而且分布在1μm窄粒級(jí)的產(chǎn)品，非常適合作為結(jié)晶的種子，于是李健等結(jié)合應(yīng)用于制備微粉氫氧化鋁的國(guó)產(chǎn)ssb型立式砂磨機(jī)結(jié)構(gòu)及使用中存在的研磨效率低、制備適用性較差、磨損大、故障率高等問題進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。重新設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸為研磨筒外部傳動(dòng)軸，改變研磨桶密封方式為機(jī)械密封，變傳動(dòng)連接為聯(lián)軸器連接。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)裝置的改進(jìn)減輕了原來密封軸套易磨損現(xiàn)象。
3 臥式濕法攪拌磨
臥式濕法攪拌磨的優(yōu)點(diǎn)較為突出，其能量利用率高，功能多（具有研磨、攪拌和分散作用，通過攪拌器推動(dòng)，研磨介質(zhì)和物料進(jìn)行多為循環(huán)運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），能耗也比普通球磨機(jī)和振動(dòng)磨都低。所以，近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)臥式濕法攪拌磨的研磨機(jī)理、各種影響研磨效果和能量利用率的因素進(jìn)行了模擬、實(shí)驗(yàn)探究和優(yōu)化，開展了新式臥式濕法攪拌磨的研制開發(fā)和設(shè)備大型化等研究工作。王新文等系統(tǒng)分析研究了WJM-80新型臥式濕法攪拌磨的工況功率，把磨機(jī)的工況功率分成轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)功率和研磨介質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)功率兩部分，通過先分別研究、再加和的方法進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際功率相比較。研究中用到多種求解功率的方法，認(rèn)為所用方法適用于臥式攪拌磨機(jī)功率分析與計(jì)算。
當(dāng)前，在眾多超細(xì)臥式攪拌磨中，國(guó)內(nèi)外研究最多、應(yīng)用最廣并且應(yīng)用效果和應(yīng)用前景最好的是臥式砂磨機(jī)與Isa攪拌磨。
3.1 臥式砂磨機(jī)
目前，無論實(shí)驗(yàn)室還是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用臥式砂磨機(jī)，多是密閉式臥式砂磨機(jī)。其密閉的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使臥式砂磨機(jī)較敞開式磨機(jī)具有研磨介質(zhì)填充率高、研磨介質(zhì)能量密度大、可加壓操作、避免易揮發(fā)溶劑揮發(fā)、溶劑不易發(fā)泡和容器不易結(jié)皮等許多優(yōu)點(diǎn)。臥式砂磨機(jī)的另一重要優(yōu)點(diǎn)即可以穩(wěn)定生產(chǎn)細(xì)度為d97≤2~20μm乃至更細(xì)的產(chǎn)品成為近些年臥式砂磨機(jī)被重點(diǎn)研究的關(guān)鍵原因。
Seiya Goto研究了臥式砂磨機(jī)物料平均粒徑與時(shí)間的關(guān)系，并通過對(duì)RMH-03型砂磨機(jī)的碳酸鈣研磨試驗(yàn)的分析建立了描述顆粒粒徑的時(shí)間相關(guān)回歸函數(shù)模型。試驗(yàn)條件設(shè)置為流量0.03和0.06l/min的兩組試驗(yàn)，攪拌器速度6~9m/s（對(duì)應(yīng)2293~3439rmp的轉(zhuǎn)速）。模型中用研磨速率常數(shù)作為時(shí)間變量的系數(shù)，分析了影響研磨速率常數(shù)的攪拌槳葉尖端速度和磨機(jī)尺寸等因素，提出時(shí)間變量的系數(shù)為臥式砂磨機(jī)的放大提供了信息基礎(chǔ)的觀點(diǎn)。結(jié)果證明，建立的回歸數(shù)學(xué)模型能夠準(zhǔn)確描述磨機(jī)中瞬時(shí)平均粒徑并預(yù)測(cè)研磨結(jié)果，按模型實(shí)際得出的系數(shù)值進(jìn)行系數(shù)比例放大即能得到放大后磨機(jī)的數(shù)學(xué)模型。這種在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的探究，對(duì)磨機(jī)設(shè)備改進(jìn)和磨礦工藝優(yōu)化都有著重要的啟示作用。
砂磨機(jī)因其具有高效分散和強(qiáng)粉碎作用被應(yīng)用到較難進(jìn)行的鈦白粉制備實(shí)踐中。喻暉等利用德國(guó)產(chǎn)LME1000K型砂磨機(jī)進(jìn)行了鈦白粉生產(chǎn)研磨實(shí)驗(yàn)。在對(duì)砂磨機(jī)工作原理和性能參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)，系統(tǒng)地將砂磨機(jī)總能量分配劃分為五個(gè)部分：輸入能量；主軸、分散盤運(yùn)動(dòng)能量；研磨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)能量；研磨漿料運(yùn)動(dòng)能量；熱量。針對(duì)其能量的劃分，分別研究了電流、介質(zhì)填充率、進(jìn)料量和漿料黏度的變化率對(duì)能量需求的影響，得出鈦白粉研磨加工下上述參考量的最優(yōu)值。這種能量分析法不僅適用于該實(shí)驗(yàn)研究，更可以應(yīng)用于磨機(jī)實(shí)際生產(chǎn)分析中的因素參數(shù)優(yōu)化。
針對(duì)臥式砂磨機(jī)的分散性能，李筱瑜等利用臥式砂磨機(jī)對(duì)MLCC（Multi-layer ceramic capacitors，片式多層陶瓷電容器）陶瓷漿料進(jìn)行分散實(shí)驗(yàn)研究，由于對(duì)漿料要避免瓷粉顆粒團(tuán)聚、膜片氣孔率減少、致密性的要求提高，陶瓷漿料的分散要求也隨之提高。實(shí)驗(yàn)以直徑為0.5mm氧化鋯球作為研磨介質(zhì)，在填充率70~80%條件下對(duì)MLCC研磨80~90min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)在1900r/min~2100r/min轉(zhuǎn)速的最優(yōu)條件下臥式砂磨機(jī)對(duì)MLCC陶瓷漿料分散效果顯著。
最初，國(guó)內(nèi)對(duì)砂磨機(jī)的研究和生產(chǎn)要早于攪拌磨，但當(dāng)時(shí)其應(yīng)用僅限于顏料工業(yè)的分散或濕式解聚，高硬度、高強(qiáng)度研磨介質(zhì)的出現(xiàn)使得砂磨機(jī)在濕法超細(xì)研磨中的應(yīng)用范圍變得廣泛。而廣泛的應(yīng)用也給磨機(jī)及磨機(jī)介質(zhì)提出特殊的要求，比如制備珠光顏料的云母粉，就要求產(chǎn)品表面光滑；制備硅灰石填料則要求產(chǎn)品具有高強(qiáng)度和韌性；制備陶瓷粉末需要產(chǎn)品超細(xì)、高純、高分散、窄粒級(jí)和等積形等等。當(dāng)前砂磨機(jī)廣泛用氧化鋯或硅酸鋯作為研磨介質(zhì)。高硬度研磨介質(zhì)的應(yīng)用也使砂磨機(jī)在制備非金屬礦物超細(xì)粉體方面獲得有效應(yīng)用。杜高翔等將水鎂石、電氣石和云母置于裝有直徑為0.8~1.4mm氧化鋯陶瓷珠的砂磨機(jī)中進(jìn)行研磨實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)觀察到利用氧化鋯陶瓷珠的砂磨機(jī)不僅可以穩(wěn)定制備d50<1μm和d97<2μm的非金屬超細(xì)粉體，而且對(duì)原有晶形也起到保護(hù)作用。
3.2 Isa攪拌磨
Isa攪拌磨由澳大利亞Mount Isa鉛鋅礦與德國(guó)Netzsch-Feinmahltechnik 公司于20世紀(jì)90年代共同研制開發(fā)，是目前國(guó)際大型超細(xì)研磨的主流設(shè)備。Isa攪拌磨的最大特點(diǎn)是設(shè)備大型化和高輸入能量密度，其最大規(guī)格設(shè)備容積可達(dá)10m3，電機(jī)功率高達(dá)2.6~3.0MW，能量密度為300kW/m3。盡管容積巨大，但I(xiàn)sa攪拌磨在使用開路工藝時(shí)仍可以得到微米級(jí)、窄粒級(jí)產(chǎn)品。目前Isa攪拌磨廣泛用于金屬礦浮選前的研磨作業(yè)。磨礦過程中，Isa攪拌磨主要利用攪拌器攪拌機(jī)殼內(nèi)填充的1~3mm河砂或熔煉爐渣等介質(zhì)運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行研磨，機(jī)殼在正常工作中靜止。
相比于砂磨機(jī)，盡管Isa攪拌磨有著設(shè)備大型化和理論基礎(chǔ)豐富等優(yōu)點(diǎn)，但不能穩(wěn)定生產(chǎn)出亞微米乃至納米級(jí)非金屬超細(xì)粉體。這也是Isa攪拌磨的一大缺點(diǎn)和需要改進(jìn)之處。
由于Isa攪拌磨興起于國(guó)外的時(shí)期較晚，國(guó)內(nèi)還未大范圍引進(jìn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此研究并不多。但國(guó)外關(guān)于Isa攪拌磨的研究論文較多。M·高等通過對(duì)銅反射爐渣和重介質(zhì)廠廢棄物兩種惰性介質(zhì)的研磨實(shí)驗(yàn)分析，得到與其他攪拌磨相同的結(jié)論：密度較高、細(xì)度較細(xì)的研磨介質(zhì)可以得到高效率的研磨效果。同時(shí)還通過對(duì)比1.5LIsa磨機(jī)和3000LIsa磨機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，指出Isa攪拌磨根據(jù)能量-P80粒度關(guān)系按比例放大的原理，可以對(duì)其他磨礦機(jī)械的放大提供原理理論參考。
DEM等先進(jìn)模擬計(jì)算方法的引進(jìn)和相應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用為全面分析和優(yōu)化Isa攪拌磨提供了可有效執(zhí)行的工具和手段。R.Y. Yang等基于DEM模型對(duì)實(shí)驗(yàn)室用Isa攪拌磨進(jìn)行1:1模擬。模擬過程對(duì)攪拌磨內(nèi)流動(dòng)形式、混合模式、流動(dòng)速度、受力場(chǎng)和能耗進(jìn)行了考察。通過分析滑動(dòng)摩擦系數(shù)和阻尼系數(shù)等材料性質(zhì)，以及轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速和磨機(jī)固體填充量等操作因素對(duì)磨機(jī)工作的影響，發(fā)現(xiàn)在所考察范圍內(nèi)顆粒阻尼系數(shù)的影響可以忽略；提高滑動(dòng)摩擦系數(shù)會(huì)增加能量消耗而降低顆粒流的速度；轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速和固體填充量的提高不僅增加顆粒流速度，同時(shí)也會(huì)增加磨機(jī)的能量消耗。
C.T. Jayasundara等利用DEM方法分別對(duì)影響Isa攪拌磨工作過程和研磨效果的研磨介質(zhì)特性和磨機(jī)操作參數(shù)兩種因素進(jìn)行了專門研究。在對(duì)研磨介質(zhì)特性進(jìn)行研究時(shí)，從速度分布、空隙分布、碰撞頻率、碰撞能量和能量消耗五個(gè)方面進(jìn)行考察。經(jīng)過DEM的模擬仿真得到以下四個(gè)方面的結(jié)果：1）研磨顆粒之間滑動(dòng)摩擦系數(shù)的增加導(dǎo)致徑向速度梯度降低，同時(shí)存在一個(gè)值為0.2的閾值，當(dāng)滑動(dòng)摩擦系數(shù)小于閾值時(shí)，隨著滑動(dòng)摩擦系數(shù)的增加碰撞頻率減少但碰撞能量增加，而當(dāng)滑動(dòng)摩擦系數(shù)大于閾值時(shí)，碰撞頻率和碰撞能量同時(shí)增加從而研磨效果增強(qiáng)；2）在所考察范圍內(nèi)，盡管速度和空隙分布以及能量消耗對(duì)顆粒的硬度不敏感，但高硬度卻能導(dǎo)致高碰撞頻率和高碰撞能量，有利于研磨；3）比重較大顆粒的碰撞數(shù)量和碰撞能量都較高，所以要求有較高的能量輸入。對(duì)具體給定的Isa攪拌磨研磨工藝，存在一個(gè)研磨效果最好的顆粒最佳密度；4）由于顆粒大小直接影響碰撞數(shù)量和碰撞能量，有必要根據(jù)所需要產(chǎn)出研磨產(chǎn)品的粒度尋找較為合適的研磨顆粒粒度，同時(shí)能量的消耗隨著顆粒粒徑的增大而減少。在分析操作參數(shù)對(duì)Isa攪拌磨研磨效果影響時(shí)，著重研究了分散盤轉(zhuǎn)度和介質(zhì)顆粒填充率兩因素帶來的影響。模擬分析結(jié)果表明，隨著磨機(jī)固體填充率的增加能夠得到更活躍的顆粒運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)槟C(jī)固體填充率的增加可使總碰撞能量以線性增長(zhǎng)方式增加到90%，但能耗也隨之增加70%，需要找到一個(gè)合適的固體填充率以便更有效利用能量。研究還發(fā)現(xiàn)，增加轉(zhuǎn)速的同時(shí)，總碰撞能量和能耗也都增加，而且能耗速度的增長(zhǎng)更快些。
4 結(jié)論與展望
應(yīng)用在高尖端涂料、高檔裝飾品和高性能藥物等方面的非金屬超細(xì)粉體的需求越來越大，且其粒度要求越來越細(xì)。目前，可以滿足極細(xì)研磨粒度要求的設(shè)備主要有砂磨機(jī)但其處理量存在局限；而處理量能夠保證的設(shè)備Isa攪拌磨在粒度上又不能達(dá)到要求。所以，制備大處理量產(chǎn)出極細(xì)產(chǎn)品粒度的研磨設(shè)備是今后濕法攪拌磨的研制重點(diǎn)。研究開發(fā)時(shí)可以引進(jìn)并應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化模擬技術(shù)，例如本文提到的DEM/SPH耦合技術(shù)和能量-P80按比例放大技術(shù)等。隨著技術(shù)的改進(jìn)，新型超細(xì)攪拌磨的研制必將給我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力帶來重大效益。
(桂林非金屬礦加工與應(yīng)用技術(shù)交流會(huì),發(fā)表于中國(guó)粉體技術(shù)雜志）
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
