1 硅灰石的性質(zhì)
（中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）硅灰石屬三斜晶系，晶體常沿b軸延伸成板狀、柱狀和針狀；集合體為放射狀、纖維狀塊體，較純凈的硅灰石呈白色和乳白色，具有玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤。硬度4.5～5.5，密度2. 75～3. 1，熔點(diǎn)1540℃。遇濃鹽酸可分解并形成絮狀物。
硅灰石具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性能，在25℃的中性水溶液中溶解度為0. 0095g/100ml；熱膨脹系數(shù)較小(25～800℃時(shí)約為6. 5×10- 6mm /℃) ；吸濕性( <4 % )和吸油率低；電導(dǎo)率低。另外，硅灰石能在相對(duì)較低溫度下( 1060～1149℃)與氧化鋁、氧化硅等相熔，起到降低混合物熔融溫度的作用。
2 硅灰石的晶體結(jié)構(gòu)
 硅灰石晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以三個(gè)[SiO4 ]四面體為一重復(fù)單位[ Si3O9 ]的單鏈，且平行b軸延伸。鏈與鏈平行排列，鏈間的空隙僅由Ca 離子充填,形成[CaO6 ]八面體。[CaO6 ]八面體共棱聯(lián)結(jié)成平行b軸的鏈[(圖1) 。所以，即使微小硅灰石顆粒也保持其針狀晶體結(jié)構(gòu)，單束纖維的長(zhǎng)度約1～4 mm，由于晶體中普遍存在有橫向裂紋，則完整晶體的長(zhǎng)度均小于1 mm。β晶型硅灰石纖維長(zhǎng)徑比通常達(dá)到20∶1，最高可達(dá)30∶1。在粉碎過(guò)程中，不可能保持原有的長(zhǎng)徑比，或多或少地會(huì)使長(zhǎng)徑比減小，并且隨粉碎方式的不同會(huì)有很大的差異。
3 硅灰石超細(xì)粉碎
在硅灰石超細(xì)粉碎過(guò)程中，物料的受力方式有擠壓、沖擊、研磨、剪切、摩擦等形式，不同的受力方式粉碎產(chǎn)物的形貌各異。通常，剪切和摩擦作用始終具有使顆粒沿著與力作用方向平行的結(jié)晶解理面剝離的趨勢(shì)，而解理面往往是顆粒內(nèi)部強(qiáng)度最弱的結(jié)合面。因此，適當(dāng)大小的剪切力和摩擦力具有將晶體束剝離成單根纖維的作用，有利于高長(zhǎng)徑比超細(xì)硅灰石的制備。
3. 1 硅灰石介質(zhì)攪拌磨粉碎
濕法介質(zhì)攪拌磨制備硅灰石超細(xì)粉的影響因素主要有磨礦時(shí)間、攪拌速度、礦漿濃度、磨礦介質(zhì)、助磨劑等。試驗(yàn)采用ZJM - 20攪拌球磨機(jī)，磨礦條件為:球料比5∶1 (介質(zhì)為Ф2 mm硅酸鋯) ，磨礦濃度50% ，攪拌轉(zhuǎn)速800 r/min，試驗(yàn)入料粒度為100目。按攪拌球磨機(jī)的設(shè)計(jì)原理，結(jié)合針狀硅灰石的晶體特性，介質(zhì)攪拌磨法應(yīng)很難制備出針狀超細(xì)硅灰石粉體，試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。
 表1為介質(zhì)攪拌磨濕法磨礦6 h產(chǎn)品粒度分析結(jié)果，圖2為介質(zhì)攪拌磨濕法磨礦6h產(chǎn)品粒度分布曲線；圖3 ( a、b)為介質(zhì)攪拌磨濕法磨礦6 h產(chǎn)品掃描電鏡照片。
3. 2 硅灰石沖擊式粉碎
硅灰石試驗(yàn)原料經(jīng)給料斗給入CM- 51型沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)的粉碎腔內(nèi)，在粉碎腔內(nèi)經(jīng)過(guò)兩級(jí)粉碎后由尾部安裝的風(fēng)扇式輸送機(jī)送至渦輪分級(jí)機(jī)內(nèi)，其中微細(xì)顆粒隨氣流一起通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的分級(jí)機(jī)葉片間隙進(jìn)入到收塵器中，通過(guò)固氣分離,超細(xì)產(chǎn)品從收塵器底部排出，凈化的空氣經(jīng)高壓風(fēng)機(jī)排入大氣。在分級(jí)機(jī)中，達(dá)不到粒度要求的大顆粒物料被高速旋轉(zhuǎn)的分級(jí)機(jī)葉輪打到分級(jí)筒的邊緣，并在邊緣沿螺旋線軌跡下落，經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥門返回到粉碎腔進(jìn)行再粉碎。表2 為沖擊式粉碎產(chǎn)品粒度分析結(jié)果；圖4為沖擊式粉碎產(chǎn)品粒度分布曲線；圖5為沖擊式粉碎產(chǎn)品SEM照片。
 3. 3 硅灰石振動(dòng)磨粉碎
振動(dòng)磨機(jī)工作時(shí),筒體內(nèi)的物料隨著研磨介質(zhì)一起運(yùn)動(dòng)，它不斷受到研磨介質(zhì)強(qiáng)烈的沖擊、剪切和研磨，物料在這些力的作用下不斷細(xì)化。同時(shí)在振頻和振幅的作用下產(chǎn)生自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，不斷沿圓周做螺旋運(yùn)動(dòng)使物料位移直到出料口。這個(gè)過(guò)程中物料不僅產(chǎn)生分布混合，還上下剪切產(chǎn)生分散混合。試驗(yàn)采用MZG - 3型振動(dòng)磨，入料粒度為0～5 mm，磨礦介質(zhì)為組合型剛玉球形介質(zhì)。表3為硅灰石振動(dòng)磨粉碎產(chǎn)品粒度分析結(jié)果；圖6為硅灰石振動(dòng)磨粉碎產(chǎn)品粒度分布曲線；圖7為硅灰石振動(dòng)磨粉碎產(chǎn)品SEM照片。
3. 4 硅灰石氣流粉碎
硅灰石氣流粉碎實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)采用的是QLM-Ⅰ型流化床式氣流粉碎機(jī)。硅灰石入料粒度： 0～2mm；工作壓力0. 7MPa；分級(jí)電流頻率 100 Hz、150Hz、200 Hz、250 Hz、300 Hz，對(duì)應(yīng)的分級(jí)輪轉(zhuǎn)速分別為6 000 r /min、9 000 r/min、12 000 r/min、15 000 r /min和18 000 r /min。試驗(yàn)通過(guò)改變氣流磨分級(jí)電流的頻率，對(duì)分級(jí)輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)粉碎產(chǎn)品粒度的控制。表4為分級(jí)電流頻率200 Hz條件下粉碎產(chǎn)品粒度分析結(jié)果，圖8為對(duì)應(yīng)的粒度分布曲線；圖9 ( a、b)為分級(jí)電流頻率200 Hz條件下粉碎產(chǎn)品掃描電鏡照片。
4 結(jié)語(yǔ)
粉碎產(chǎn)品粒度分析結(jié)果表明，所選擇的設(shè)備在相應(yīng)工藝參數(shù)條件下，沖擊粉碎產(chǎn)品平均粒徑X50為4. 93μm，振動(dòng)磨粉碎產(chǎn)品平均粒徑X50為4. 11μm，介質(zhì)攪拌磨(6 h)粉碎產(chǎn)品平均粒徑X50為1. 54μm，流化床式氣流磨粉碎( 200 Hz)產(chǎn)品平均粒徑X50為4. 16μm。不同粉碎方法粉碎產(chǎn)品的平均粒徑均小于5μm，特別是介質(zhì)攪拌磨粉碎可以制備出產(chǎn)品平均粒徑1 μm左右的硅灰石超細(xì)粉體，在不需要特殊硅灰石晶體形貌的應(yīng)用領(lǐng)域,這些硅灰石微粉的制備工藝將具備優(yōu)勢(shì)。
從不同粉碎設(shè)備粉碎產(chǎn)品粒度分布曲線可以看出，粉體粒度分析測(cè)試技術(shù)還不能準(zhǔn)確地表征異形礦物粉體的特征。圖2介質(zhì)攪拌磨( 6 h)粉碎產(chǎn)品粒度分布曲線呈明顯的正態(tài)分布，是因?yàn)榉鬯楫a(chǎn)品的形貌近似顆粒狀；而其它方法粉碎的產(chǎn)品粒度分布曲線則呈明顯的不規(guī)則分，,因?yàn)楝F(xiàn)代激光粒度儀的測(cè)試原理采用的是全米氏(Mei)理論，儀器的光學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)依據(jù)的是傅立葉光學(xué)原理；測(cè)試時(shí)假定顆粒是均勻、各向同性的圓球。所以,現(xiàn)代激光粒度儀不能準(zhǔn)確地測(cè)試異形礦物粉體(針狀、片狀)的形貌特征，但在粒度特征方面是可以借鑒的。
流化床式氣流粉碎( 200 Hz)產(chǎn)品平均粒徑為4.16μm，按我國(guó)粉體分類方法已經(jīng)成為超細(xì)粉體，針狀晶體形貌完好，而其它幾種方法的粉碎產(chǎn)品不同程度地出現(xiàn)過(guò)粉碎現(xiàn)象，不能很好地保護(hù)硅灰石的針狀晶體形貌。
試驗(yàn)結(jié)果表明，采用流化床式氣流機(jī)粉碎硅灰石，均能得到礦物晶體形貌較好的針狀硅灰石產(chǎn)品，關(guān)鍵是解決好分級(jí)電流頻率和產(chǎn)品細(xì)度的關(guān)系，當(dāng)分級(jí)輪轉(zhuǎn)速太高時(shí)，粉碎產(chǎn)品中顆粒狀和短柱狀的比例明顯增加。由于氣流粉碎實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)采用的是QLM-Ⅰ型氣流粉碎機(jī)，分級(jí)輪的直徑較小而轉(zhuǎn)速又相對(duì)較高，硅灰石針狀晶體在經(jīng)過(guò)分級(jí)輪進(jìn)入旋風(fēng)分離器收集系統(tǒng)時(shí)容易折斷，而工業(yè)型氣流粉碎機(jī)分級(jí)輪的直徑較大而轉(zhuǎn)速又相對(duì)較低，將會(huì)得到晶體形貌更好的針狀硅灰石粉體。
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