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研磨助剂在干法生产超细重质碳酸钙中的应用
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-08-13 11:34:57    浏览次数:
 
       粉体的制备,尤其是超细粉体的制备,在现代材料产业中发挥着越来越重要的作用。而材料的破碎对能源的消耗非常大,据统计,在现代工业中,约80 %的能源被用于材料的破碎和粉磨。实践证明:在对材料进行粉碎和破碎时,采用适当的助磨剂可以提高研磨产量、降低能耗。助磨剂在粉体粉碎中的作用效果、作用机理已有大量的研究,但是,由于助磨剂的作用效果具有明显的选择性,不同种类的物料,所需要的助磨剂的种类、用量和用法均有所不同。本文通过实际工作中的上机评价结果,对助磨剂在粉体制备中的应用研究现状进行了综述。
1  助磨剂作用机理
       助磨剂是在物料磨碎过程中向磨机系统添加的化学药剂的总称。其作用主要是提高研磨效率、加快矿石颗粒的破碎速度,并由于药剂的分散作用,而改变矿粉浆的流变学特征,有的还可以对钢球和衬板起缓蚀作用,最终达到降低能耗、钢球消耗和进行选择性磨碎的目的。
       在物料粉碎过程中,物料通常受到不同种类应力的作用,导致物料形成裂纹并扩展,然后被粉碎。根据格里菲定律,降低颗粒的表面能,可以减少使其断裂所需的应力。从颗粒断裂的过程来看,助磨剂分子在新生表面的吸附可以减小裂纹扩展所需的外应力,促进裂纹的扩展。所以,从这一点上说,能够降低固体表面能的化学物质可以降低颗粒的强度,因而可以提高粉碎效率或降低粉碎能耗。列宾捷尔首先研究了在有机和无机化学添加剂两种情况下液体对固体物料断裂的影响。
       他认为,液体将在很大程度上影响碎裂,添加表面活性剂可以扩大这一影响,原因是固体表面吸附表面活性剂分子后表面能降低,导致键合力减弱。除了上述颗粒的强度和硬度外,从粉碎工艺考虑,影响研磨效率和能耗的主要因素还有矿浆质量分数、黏度以及物料的分散状态、物料与研磨介质及磨机衬板之间的作用等等。这些因素都影响磨机内物料的流动性。因此,在一定程度上改善磨机内物料的流动性可以提高粉碎效率。
       通过大量的研究认为,助磨剂改善了干粉或料浆的可流动性,明显改善了物料连续通过磨机的速度,因而影响物料粉碎工艺过程;此外,流动性的改善还影响颗粒在磨机中的分布及研磨介质的研磨作用;助磨剂的存在通过其保持颗粒之间良好的分散性阻止颗粒之间的相互团聚或黏结。从这个意义上讲,助磨剂是能够降低矿浆黏度并提高矿浆流动性的物质。
 
2  干法重质碳酸钙的生产工艺及特点
       碳酸钙通常分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。重质碳酸钙又称研磨碳酸钙,简称重钙,是用物理方法加工制得的;轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙,简称轻钙,是用化学加工方法制得的。重钙由于具有众多优点而广泛应用于许多领域,而重钙应用的真正价值是它的深加工产品,即超细、高纯、表面改性产品。因此,制备高附加值超细、高纯重钙产品具有很好的工业应用前景。
      主要工艺如下:
      原石→一次破碎→二次破碎→磨机(雷蒙磨、球磨、辊磨等)→分级(分级机)→装袋特点:
      (1)投资低,且能大量生产质量稳定的产品;
      (2)可以针对不同使用要求,灵活地控制生产条件,用较低的成本生产不同要求的产品;
      (3)可以对产品进行表面改性处理,提高产品的使用性能;
      (4)生产超细、微细产品时,效率低、能耗大。
3  研磨6 0 0目重质碳酸钙的实验及评价
3.1  原料与设备
      原石:湖南某矿山大方解石;白度92%以上;设备:国产雷蒙磨机及分级系统;助磨剂:H S-C G A50,圣诺普科(韩国)有限公司提供;
      产品用途:建筑涂料及造纸用填料。
3.2  实验方法
      在原石二次破碎后磨机入口处以不同添加量原液添加。
3.3  结果与讨论
3.3.1雷蒙磨机实验数据(见表1)
3.3.2  实验评价
      白度:无不良影响,同时有一定程度提高;筛余物:残留减少4.1%,产品粗颗粒数量减少;粒径:产品粒径更细,附加值提高;水分:由于该研磨助剂为液体产品,水分含量略有上升,在可控范围以内;能耗:吨干粉能耗降低18.8%;产量:研磨助剂添加量在0.075%时,产量提高24.8%。
4     研磨1500目重质碳酸钙的实验及评价
4.1  原料与设备
      原石:安徽青阳某矿山大方解石,白度93%以上;设备:国产球磨机及进口分级系统;
      助磨剂:HS-CGA50,圣诺普科(韩国)有限公司提供。
4.2 实验方法
      在原石二次破碎后磨机入口处以不同添加量原液添加。
4.3  结果与讨论
4.3.1  球磨磨机实验数据(见表2)
4.3.2  实验评价
       白度:稍有下降(下降0.4%)。原因分析:(1)对于超细研磨的情况,由于研磨助剂的添加,提高了研磨效率,对白度可能有一定影响;(2)由于研磨助剂的添加,对研磨介质(钢球)有一定清洗作用,如果长时间使用,对白度影响有可能降低。粒径:随着供料量的不断增加,粒径有一定程度变粗,但在要求的范围内。
       产量:在研磨助剂添加量是0.057%时,每小时产量增加2.0t,月增长57%。
5  采用助磨剂前后的重质碳酸钙的质量品质评价
5.1 原料与设备
       重质碳酸钙:#1  1500目(HS -CGA50,添加量0.057%);#2 1500目(二乙二醇,添加量0.06%);#3   900目(无添加研磨助剂);#4   900目(HS-CGA50,添加量0.094%)
树脂:LDPE挤出设备:国产双螺杆挤出机
5.2实验方法
       将LDPE与GCC按照1∶1混合,用国产双螺杆挤出机以150~160℃挤出,过120目筛网挤出。
5.3  结果与讨论
5.3.1 分散性、流动性评价(见表3)
       P1:LDPE挤出压力
       P2:LDPE∶GCC(1∶1)混合挤出压力△P:P2-P1
       评价:添加研磨助剂H S-C G A50的GCC的分散性、流动性与无添加及添加二乙二醇的GCC相比,具有更好的分散性、流动性。可以提高生产效率及GCC可以在树脂中更好的分散。
5.3.2  色差评价(见表4)
5.3.3  色差评价(见表5)
       评价:从以上两个色差评价结果看出,G CC粒径越细且分散越好的情况下,所得产品的外观越好。
6  结论
6.1  通过在重质碳酸钙研磨过程中添加研磨助剂(HS-CGA50),可以在相同能耗的情况下提高重质碳酸钙的生产效率,可以提高产能在20%以上,并且GCC粒径越细效果越明显。
6.2  添加研磨助剂(HS-CGA50)后碳酸钙粉末装袋后有蓬松感,手感滑爽。
6.3  与未添加及添加其他助剂相比,具有更好的分散性及流动性;有利于得到高品质产品。


作者:李大强 [圣诺普科(上海)有限公司

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