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摘 要：通過向磨機(jī)添加研磨助劑提高干法超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)效率。改善重質(zhì)碳酸鈣粉末的分散性、流動(dòng)性等性能，提高產(chǎn)品附加值及末端產(chǎn)品品質(zhì)。
關(guān)鍵詞：重質(zhì)碳酸鈣；研磨助劑；磨機(jī)；生產(chǎn)效率
1．引言
粉體的制備，尤其是超細(xì)粉體的制備，在現(xiàn)代材料產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。而材料的破碎對能源的消耗非常大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代工業(yè)中，約80%的能源被用于材料的破碎和粉磨。實(shí)踐證明：在對材料進(jìn)行粉碎和破碎時(shí)，采用適當(dāng)?shù)闹┛梢蕴岣哐心ギa(chǎn)量、降低能耗。前人已對助磨劑在粉體粉碎中的作用效果、作用機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，但是，由于助磨劑的作用效果具有明顯的選擇性，不同種類的物料，所需要的助磨劑的種類、用量和用法均有所不同。本文通過查閱大量的文獻(xiàn)，并實(shí)績工作中上機(jī)評價(jià)結(jié)果，對助磨劑在粉體制備中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。
2．助磨劑作用機(jī)理
助磨劑是在磨碎過程中向磨機(jī)系統(tǒng)添加的化學(xué)藥劑的總稱。其作用主要是提高磨礦效率、加快礦石顆粒的破碎速度，并由于藥劑的分散作用，而改變礦漿的流變學(xué)特征，有的還可以對鋼球和襯板起緩蝕作用，最終達(dá)到降低能耗、鋼耗和進(jìn)行選擇性磨碎的目的。
在物料粉碎過程中，物料通常受到不同種類應(yīng)力的作用，導(dǎo)致物料形成裂紋并擴(kuò)展，然后被粉碎。根據(jù)格里菲定律，脆性斷裂所需的最小應(yīng)力與物料的比表面能成正比。顯然，降低顆粒的表面能，可以減少使其斷裂所需的應(yīng)力。從顆粒斷裂的過程來看，助磨劑分子在新生表面的吸附可以減小裂紋擴(kuò)展所需的外應(yīng)力，促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展。所以，從這一點(diǎn)上說，能夠降低固體表面能的化學(xué)物質(zhì)可以降低顆粒的強(qiáng)度，因而可以提高粉碎效率或降低粉碎能耗。列賓捷爾首先研究了在有機(jī)和無機(jī)化學(xué)添加劑兩種情況下液體對固體物料斷裂的影響。他認(rèn)為，液體，將在很大程度上影響碎裂，添加表面活性劑可以擴(kuò)大這一影響。原因是固體表面吸附表面活性劑分子后表能降低，導(dǎo)致鍵合力減弱。
除了上述顆粒的強(qiáng)度和硬度外，從粉碎工藝考慮，影響研磨效率和能耗的主要因素還有礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粘度以及物料的分散狀態(tài)、物料與研磨介質(zhì)及磨機(jī)襯板之間的作用等等。這些因素都影響磨機(jī)內(nèi)物料的流動(dòng)性。因此，在一定程度上改善磨機(jī)內(nèi)物料的流動(dòng)性可以提高粉碎效率。克蘭帕爾等人通過大量的研究認(rèn)為，助磨劑改善了干粉或料漿的可流動(dòng)性，明顯改善了物料連續(xù)通過磨機(jī)的速度，因而影響物料粉碎工藝過程；此外，流動(dòng)性的改善還影響顆粒在磨機(jī)中的分布及研磨介質(zhì)的研磨作用；助磨劑的存在通過其保持顆粒之間良好的分散性阻止顆粒之間的相互團(tuán)聚或粘結(jié)。從這個(gè)意義上講，助磨劑是能夠降低礦漿粘度并提高礦漿流動(dòng)性的物質(zhì)。
從化學(xué)結(jié)構(gòu)來說，助磨劑應(yīng)具有良好的分散作用，能夠調(diào)節(jié)礦漿的粘度，具有較強(qiáng)的抗鈣離子、鎂離子能力，受PH值的影響較小等特性。
3．干法重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)
碳酸鈣通常分為重質(zhì)碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鈣。重質(zhì)碳酸鈣又稱研磨碳酸鈣，簡稱重鈣，是用物理方法加工制得的；輕質(zhì)碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣，簡稱輕鈣，是用化學(xué)加工方法制得的。
重鈣由于具有眾多優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，而重鈣應(yīng)用的真正價(jià)值是它的深加工產(chǎn)品，即超細(xì)、高純、表面改性產(chǎn)品。因此，制備高附加值超細(xì)、高純重鈣產(chǎn)品具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
主要工藝如下：
原石→一次破碎→二次破碎→磨機(jī)（雷蒙磨、球磨、輥磨等）→分級機(jī)分級→裝袋
特點(diǎn)：
1）投資低，且能大量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品；
2）可以針對不同使用要求，靈活地控制生產(chǎn)條件，用較低的成本生產(chǎn)不同要求的產(chǎn)品；
3）可以對產(chǎn)品進(jìn)行表面改性處理，提高產(chǎn)品的使用性能。
4）生產(chǎn)超細(xì)、微細(xì)產(chǎn)品時(shí)，效率低、能耗大。
4．實(shí)驗(yàn)部分－600目重質(zhì)碳酸鈣
4.1原料與設(shè)備
原石：湖南某礦山大方解石；白度92％以上；
設(shè)備：國產(chǎn)雷蒙磨機(jī)及分級系統(tǒng)；
助磨劑：HS-CGA 50;圣諾普科（韓國）有限公司提供；
產(chǎn)品用途：建筑涂料及造紙用填料
用雷蒙磨機(jī)生產(chǎn)600目重質(zhì)碳酸鈣
4.2實(shí)驗(yàn)方法
在原石二次破碎后磨機(jī)入口處以不同添加量原液添加。
4.3結(jié)果與討論
4.3.1雷蒙磨機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
|
|
白度 (%) |
400目 篩余物(%） |
粒徑分布(um) |
水份(%) |
電能耗 （度／小時(shí)） |
產(chǎn)量?。▏崳r(shí)） |
助劑添加量（%） |
添加助劑 名稱 |
|||
|
D10 |
D50 |
D97 |
平均粒徑 |
||||||||
|
空白試驗(yàn)平均值 |
92.27 |
0.22 |
2.98 |
12.46 |
27.57 |
12.72 |
0.049 |
76 |
1.45 |
|
|
|
取樣時(shí)間間隔： 1次/小時(shí) |
93.14 |
0.2 |
2.78 |
10.98 |
26.62 |
11.85 |
0.056 |
78 |
1.75 |
0.05 |
HS-CGA-50 |
|
92.97 |
0.09 |
2.93 |
10.42 |
25.45 |
11.31 |
0.04 |
74 |
1.90 |
0.075 |
HS-CGA-50 |
|
|
93.32 |
0.23 |
2.78 |
11.48 |
27.87 |
12.27 |
0.058 |
74 |
1.80 |
0.075 |
HS-CGA-50 |
|
|
93.10 |
0.15 |
3.07 |
12.16 |
28.36 |
12.83 |
0.049 |
78 |
1.80 |
0.075 |
HS-CGA-50 |
|
|
93.39 |
0.09 |
2.89 |
11.45 |
27.46 |
12.07 |
0.063 |
78 |
1.85 |
0.075 |
HS-CGA-50 |
|
|
93.11 |
0.10 |
3.01 |
10.71 |
26.19 |
11.61 |
0.056 |
78 |
1.80 |
0.075 |
HS-CGA-50 |
|
|
93.03 |
0.12 |
3.05 |
12.15 |
28.39 |
12.81 |
0.04 |
78 |
1.80 |
0.075 |
HS-CGA-50 |
|
|
92.02 |
0.10 |
2.79 |
11.01 |
28.05 |
11.96 |
0.059 |
78 |
1.80 |
0.075 |
HS-CGA-50 |
|
|
92.39 |
0.12 |
3.00 |
11.36 |
26.98 |
11.98 |
0.042 |
78 |
1.80 |
0.075 |
HS-CGA-50 |
|
|
添加助劑平均值 |
92.94 |
0.13 |
2.92 |
11.30 |
27.26 |
12.08 |
0.05 |
77 |
1.81 |
|
|
以上數(shù)據(jù)是在其磨機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)電流、風(fēng)機(jī)電流、給料電流、電壓均無明顯變化情況下取得數(shù)據(jù)。
4.3.2對于重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)及品質(zhì)有以下影響：
白度：無不良影響，同時(shí)有一定程度提高；
400目篩余物：篩余物殘留減少4.1％，產(chǎn)品粗顆粒數(shù)量減少；
粒徑：產(chǎn)品粒徑更細(xì)，提高附加值；
水分：由于該研磨助劑為液體產(chǎn)品，水分含量略有上升，在可控范圍以內(nèi)；
能耗：能耗上升1.3％；
產(chǎn)量：研磨助劑添加量在0.075％時(shí)，產(chǎn)量提高24.8%；
5．實(shí)驗(yàn)部分－1500目重質(zhì)碳酸鈣
5.1原料與設(shè)備
原石：安徽青陽某礦山大方解石；白度93％以上；
設(shè)備：國產(chǎn)球磨機(jī)及進(jìn)口分級系統(tǒng)；
助磨劑：HS-CGA 50;圣諾普科（韓國）有限公司提供；
用球磨磨機(jī)生產(chǎn)1500目以上重質(zhì)碳酸鈣
5.2實(shí)驗(yàn)方法
在原石二次破碎后磨機(jī)入口處以不同添加量原液添加。
5.3結(jié)果與討論
5.3.1球磨磨機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
|
|
白度 |
粒徑 |
主機(jī) 電流(A) |
風(fēng)機(jī) 電流(A) |
風(fēng)機(jī) 電壓(V) |
分級電流(A) |
每小時(shí)產(chǎn)量（噸/小時(shí)) |
助劑添加量（％） |
助劑名稱 |
|
D97 |
|||||||||
|
空白試驗(yàn)平均值 |
95.0 |
7.921 |
196 |
194 |
370 |
60 |
3.5 |
0 |
無 |
|
取樣時(shí)間間隔： 1次/小時(shí) |
94.0 |
7.951 |
198 |
192 |
370 |
62 |
4 |
0.078 |
HS-CGA50 |
|
94.0 |
7.982 |
197 |
190 |
370 |
60 |
5 |
0.062 |
HS-CGA50 |
|
|
93.4 |
7.842 |
193 |
183 |
372 |
58 |
5 |
0.062 |
HS-CGA50 |
|
|
93.9 |
7.813 |
199 |
178 |
374 |
66 |
5.2 |
0.060 |
HS-CGA50 |
|
|
94.5 |
8.415 |
191 |
190 |
377 |
63 |
5.5 |
0.057 |
HS-CGA50 |
|
|
95.0 |
8.433 |
189 |
181 |
385 |
66 |
5.5 |
0.057 |
HS-CGA50 |
|
|
94.6 |
8.003 |
198 |
180 |
372 |
66 |
5.5 |
0.057 |
HS-CGA50 |
以上數(shù)據(jù)是在其磨機(jī)轉(zhuǎn)速、主機(jī)電流、風(fēng)機(jī)電流、分級電流、電壓均無明顯變化情況下取得數(shù)據(jù)。
5.3.2對于重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)及品質(zhì)有以下影響：
白度：白度有所下降；
原因分析：1）由于研磨助劑的添加，提高研磨效率，對白度可能有一定影響；
2）由于研磨助劑的添加，對研磨介質(zhì)（鋼球）有一定清洗作用，如果長時(shí)間使用，對白度影響有可能降低；
粒徑：隨著供料量的不斷增加，粒徑有一定程度變粗；
產(chǎn)量：隨著供料量的增加，產(chǎn)量也不斷增加；當(dāng)供料量增加到5.8t/h時(shí)，產(chǎn)量無法增加。因此以5.5t/h穩(wěn)定生產(chǎn)，研磨助劑添加量是0.057％。
6.重質(zhì)碳酸鈣在塑料色母粒子(MB)中應(yīng)用
6.1原料與設(shè)備
重質(zhì)碳酸鈣：1# 1500目（HS-CGA 50、添加量0.057％）
2# 1500目（二乙二醇、添加量0.06％）
3# 900目（無添加研磨助劑）
4# 900目（HS-CGA 50、、添加量0.094％）
樹脂：LDPE
擠出設(shè)備：國產(chǎn)雙螺桿擠出機(jī)
6.2實(shí)驗(yàn)方法
將LDPE與GCC按照1:1混合，用國產(chǎn)雙螺桿擠出機(jī)以150～160℃擠出，過120目篩網(wǎng)擠出。
6.3結(jié)果與討論
6.3.1分散性、流動(dòng)性評價(jià)(模頭溫度:200℃,400目過篩)
|
GCC產(chǎn)品 |
P1(MP) |
P2(MP) |
△P(MP) |
|
1# |
17.5 |
51 |
33.5 |
|
2# |
15.0 |
>150 |
>135 |
|
3# |
15.0 |
>250 |
>235 |
|
4# |
16.0 |
>200 |
>184 |
P1：LDPE擠出壓力
P2：LDPE：GCC（1：1）混合擠出壓力
△P：P2－P1
添加研磨助劑HS-CGA 50的GCC的分散性、流動(dòng)性與無添加及添加二乙二醇的GCC相比，具有更好的分散性、流動(dòng)性?？梢蕴岣呱a(chǎn)效率及GCC可以在樹脂中更好的分散。
6.3.2色差評價(jià)(將MB與LDPE按4:100混合,200℃25秒壓片)
|
GCC產(chǎn)品 |
L |
a |
b |
|
1# |
86.32 |
2.04 |
-10.64 |
|
2# |
86.21 |
2.09 |
-10.72 |
|
3# |
85.76 |
2.08 |
-10.20 |
|
4# |
85.97 |
1.98 |
-10.29 |
6.3.3色差評價(jià)(將上面的壓片取相同尺寸兩片,200℃25秒壓片)
|
GCC產(chǎn)品 |
L |
a |
b |
|
1# |
87.60 |
2.17 |
-11.03 |
|
2# |
87.55 |
2.25 |
-11.17 |
|
3# |
87.23 |
2.20 |
-10.77 |
|
4# |
87.22 |
2.27 |
-11.02 |
以上兩個(gè)色差評價(jià)結(jié)果看出，GCC粒徑越細(xì)且分散越好的情況下，所得產(chǎn)品的外觀越好，有利于得到良好品質(zhì)的塑料產(chǎn)品。
7.結(jié)論：
7.1通過在重質(zhì)碳酸鈣研磨過程中添加研磨助劑（HS-CGA 50），可以在相同能耗的情況下提高重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)效率，可以提高產(chǎn)能在20％以上，并且GCC粒徑越細(xì)效果越明顯。
7.2添加研磨助劑（HS-CGA 50）后碳酸鈣粉末裝袋后有蓬松感、手感滑爽；
7.3通過擠出實(shí)驗(yàn)，可以看出與未添加及添加其他助劑相比，具有更好的分散性及流動(dòng)性；有利于得到高品質(zhì)塑料產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)
[1]楊華明.王淀佐.邱冠周 攪拌磨超細(xì)粉碎工藝的研究1999(4)
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