（中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）金紅石鈦白粉是一種高檔次的鈦白粉，被認(rèn)為是目前世界上性能最好的一種白色無機(jī)顏料和重要的精細(xì)化工材料，主要應(yīng)用于涂料、油漆、油墨、造紙和高檔化妝品等行業(yè)。近十年來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，高檔次的金紅石鈦白粉需求量急劇增加，年平均增長(zhǎng)率達(dá) 18.1%。
為了生產(chǎn)出具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的鈦白粉產(chǎn)品，各化工企業(yè)開展了一系列的研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)工作。高壓輥磨就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。它作為一種鈦白粉的超細(xì)粉碎設(shè)備，其破碎后的物料還具有一定的微裂紋，有利于進(jìn)一步的研磨及浸出，可以降低能耗，提高金紅石鈦白粉的產(chǎn)量。
1 高壓輥磨超細(xì)粉碎原理
鈦白粉顆粒通過料倉進(jìn)入輥壓磨進(jìn)料裝置內(nèi)，形成一定的料壓，兩個(gè)相向旋轉(zhuǎn)的擠壓輥之間的輥縫遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鈦白粉的最大粒徑。在料壓的作用以及輥面與鈦白粉的摩擦力的作用下，單顆粒鈦白粉在通過兩個(gè)擠壓輥間時(shí)受到輥面的擠壓而破碎。破碎后的鈦白粉顆粒分成許多更小的細(xì)碎粉狀顆粒，通過調(diào)節(jié)壓力的大小，可以改變破碎后粒度的大小及級(jí)配。破碎原理如圖 1 所示。
與傳統(tǒng)的高壓輥磨層壓破碎原理相比，這種單顆粒破碎是一種最為節(jié)能的破碎方式。在單顆粒上施加壓力，破壞物料結(jié)構(gòu)，可使以熱和噪聲形式損失的能量降到最低。這種物料破碎后的粒度與使用層壓破碎后的粒度相同，且破碎后的物料顆粒同樣產(chǎn)生了細(xì)微裂紋。這種超細(xì)粉碎的優(yōu)勢(shì)在于降低能耗，減少物料在磨機(jī)中的過粉碎現(xiàn)象，同時(shí)還具有增加產(chǎn)量和產(chǎn)能及提高物料的可磨性等特點(diǎn)。
2 高壓輥磨的工作和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1 采用高耐磨精加工的光滑輥面
根據(jù)破碎物料的硬度及耐磨性的不同，高壓輥磨有不同的輥面。粉碎易磨的脆性物料，如水泥熟料、石灰石、煤炭和化工原料等，常用網(wǎng)狀、條狀焊接堆焊輥面；輥壓硬度較高的金屬礦石，如鐵精礦等，則采用柱釘堆焊輥面。以上輥面結(jié)構(gòu)在運(yùn)行時(shí)，對(duì)輥面的耐磨性要求較高。兩輥間距較大時(shí)，輥面形狀對(duì)破碎物料的粒度影響幾乎可以忽略。在超細(xì)粉碎時(shí)，尤其是在一次性全部破碎及對(duì)破碎粒度要求較高的時(shí)候，兩輥間距較小，此時(shí)輥面結(jié)構(gòu)就會(huì)對(duì)破碎粒度有較大影響。光滑
的輥面有利于使擠壓物料均勻受力，破碎后的物料粒度較為均勻。
2.2 進(jìn)料裝置具有耐腐蝕的特點(diǎn)
鈦白粉由于在高溫破碎時(shí)具有一定的腐蝕特性，因此與鈦白粉接觸的進(jìn)料裝置及側(cè)擋板全部采用不銹鋼耐磨鋼板焊接后精加工而成，具有很好的抗腐蝕及耐磨性能。
2.3 能有效防止邊緣效應(yīng)
側(cè)擋板與輥面保持極小間距，且側(cè)擋板深入輥面，有利于減少擠壓邊緣效應(yīng)的發(fā)生。輥壓機(jī)及高壓輥磨在不同程度上均具有一定的邊緣效應(yīng)。邊緣效應(yīng)是指在輥?zhàn)佣嗣媾c側(cè)擋板中間有物料不經(jīng)輥壓而直接通過，以及在輥?zhàn)觾啥嗣娓浇鼣D壓效果明顯減弱。超細(xì)粉碎的特點(diǎn)在于側(cè)擋板和輥?zhàn)佣嗣娴拈g距極小 (只有 0.25 mm)，而且側(cè)擋板具有明顯的阻止物料從輥?zhàn)佣嗣婷撾x的效果，可有效阻止物料不經(jīng)輥壓直接從輥?zhàn)佣嗣骐x開。物料在輥?zhàn)颖砻婢鶆蚴軌海魈幨芰缀跻恢?，所以輥?zhàn)佣嗣婕爸虚g擠壓效果相同，不存在所謂的邊緣效應(yīng)。
2.4 具有單顆粒破碎的特征
高壓輥磨在剛開始啟動(dòng)時(shí)，初始輥縫很小 (0.5mm)，而鈦白粉的顆粒大于初始輥縫。當(dāng)高壓輥磨運(yùn)行，輥縫沒有超出鈦白粉顆粒的直徑時(shí)，鈦白粉顆粒在受到輥面擠壓、重力及別的顆粒擠壓等多重?cái)D壓作用下，具有單顆粒破碎的特征。
2.5 電控系統(tǒng)采用 PLC 控制
具有自動(dòng)卸荷的高壓保護(hù)功能，自動(dòng)化程度較高。采用變頻電動(dòng)機(jī)，在負(fù)荷狀態(tài)下能完全實(shí)現(xiàn)無極變速啟動(dòng)。采用西門子操作面板，可以顯示輥磨機(jī)的工作狀況，以及輥縫壓力和各點(diǎn)溫度測(cè)量值。工作人員可以根據(jù)物料情況隨時(shí)修改高壓輥磨的各種參數(shù)，并且通過網(wǎng)絡(luò)與中控聯(lián)系在一起，實(shí)行聯(lián)鎖控制。
3 高壓輥磨輥壓鈦白粉工藝流程
高壓輥磨輥壓鈦白粉工藝流程如圖 2 所示。
 在輥壓鈦白粉的工藝系統(tǒng)中，-2 mm 的鈦白粉經(jīng)高壓輥磨輥壓后，-325 目的物料占 55% ~ 60%，而且輥壓后物料顆粒形成了微裂紋，方便砂磨機(jī)進(jìn)一步研磨及浸出，同時(shí)可以避免過粉碎現(xiàn)象的發(fā)生。輥壓后的物料進(jìn)入砂磨機(jī)，將原礦細(xì)磨至 -325 目占 70% 以上，然后進(jìn)入分解槽浸出，進(jìn)行制粒-晶型轉(zhuǎn)變，最終得到高品位的人造金紅石。
4 工業(yè)試驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)室用 500 kg 的鈦白粉進(jìn)行輥壓試驗(yàn)，得到高壓輥磨在不同轉(zhuǎn)速下的頻率、電流及物料輥壓情況。
試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為 GM52-25，輥?zhàn)又睆綖?520 mm，寬度為 250 mm，電動(dòng)機(jī)功率為 90 kW，額定電流為 160 A。由于鈦白粉有限，在實(shí)驗(yàn)室只做了 5 組試驗(yàn)，如表 1 所列。從表 1 可以看出：
(1) 電流的大小與轉(zhuǎn)速、下料口、壓力及鈦白粉顆粒的大小均有關(guān)系。下料口越大，電流越高；壓力越高，電流越大。
(2) 當(dāng)鈦白粉粒度較大時(shí) (90% > 0.25 mm)，單次破碎具有明顯的效果；當(dāng)鈦白粉粒度小于 0.25 mm 時(shí)，電流會(huì)急劇升高。由此說明在物料粒度達(dá)到一定時(shí)，高壓輥磨的破碎效果會(huì)減弱，耗電量會(huì)急劇增加。
(3) 為了達(dá)到最佳破碎效果，高壓輥磨電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電流應(yīng)控制在額定電流的 0.8 倍左右。從表 1 可以看出，在 7 ~ 8 MPa 壓力作用下，適當(dāng)改變下料口的大小，完全有可能使高壓輥磨工作電流控制在 130A 左右，使之保持正常工作狀態(tài)。
(4) 當(dāng)壓力超過 10 MPa 時(shí)，設(shè)備運(yùn)行將會(huì)變得極不穩(wěn)定，所以該試驗(yàn)機(jī)最大壓力將會(huì)控制在 10 MPa以內(nèi)。
 為了進(jìn)一步驗(yàn)證該設(shè)備的整體性能以及今后的應(yīng)用推廣，在廣西金龍鈦業(yè)有限責(zé)任公司進(jìn)行了設(shè)備的工業(yè)化生產(chǎn)。在設(shè)備運(yùn)行過程中，對(duì)不同壓力下鈦白粉的 325 目篩余進(jìn)行分析，最終確定了高壓輥磨的最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)，如表 2 所列。
由表 2 可知，高壓輥磨輥壓鈦白粉的最佳運(yùn)行參數(shù)為：壓力為 8 MPa，轉(zhuǎn)速在 1 200 r/ min，電流在130 A 時(shí)趨于穩(wěn)定，325 目干法篩余量達(dá)到 42.7%。當(dāng)壓力大于 8 MPa 時(shí)，隨著壓力的繼續(xù)升高，篩余比率不減反增。這說明鈦白粉顆粒在 8 MPa 壓力下，顆粒分離效果較好；隨著壓力的升高，鈦白粉顆粒有聚合的趨勢(shì)。壓力與輥壓后 325 目篩余比率的關(guān)系如圖 3所示。
高壓輥磨工業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，液壓壓力為 7.5 ~ 7.8MPa，輥?zhàn)娱g隙為 3 ~ 4 mm，其他具體數(shù)據(jù)如表 3 所列。
由表 3 數(shù)據(jù)可以看出，高壓輥磨電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為 1 200 r/ min 時(shí)，電流為 130 A，產(chǎn)量為 5.5-6.0t，干法篩余量比率 42.5%，與砂磨機(jī)配合粉磨，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)金紅石鈦白粉的需要。
5 結(jié)語
(1) 當(dāng)鈦白粉進(jìn)料粒度小于 2 mm 時(shí)，經(jīng)高壓輥磨輥壓后，鈦白粉粒度達(dá)到 -325 目 占 55% ~ 60%，減少了砂磨機(jī)的工作量和鋼耗，可提高鈦白粉生產(chǎn)率30% ~ 50%，有利于降低生產(chǎn)成本和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
(2) 在粉碎工藝方面，當(dāng)高壓輥磨進(jìn)行一次壓碎后，其比表面積平均增加約 300 cm2/ g (Blaine 值)。但重復(fù)多次輥壓后，其擠壓效果將會(huì)明顯下降，耗電量也會(huì)有所上升，不利于節(jié)能降耗。但是當(dāng)高壓輥磨與砂磨機(jī)等磨碎機(jī)配套使用時(shí)，可有效提高細(xì)磨物料的比表面積，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
(3) 由試驗(yàn)機(jī)輥壓鈦白粉得到的運(yùn)行參數(shù)，可為設(shè)備重新設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)，對(duì)高壓輥磨的選型以及工藝流程的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
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