【中久新材料】如何让你的磨机走向“研磨巅峰”
2023-09-05
1、研磨介质的分类
搅拌磨和砂磨机是湿法超细粉碎的主要设备，而两者都是通过输入功率推动研磨介质，依靠研磨介质冲击和摩擦研磨来粉碎物料。
图1 研磨介质的分类及应用
研磨介质按材料的不同可分为塑料、石英砂、玻璃珠（含铅或不含铅）、陶瓷珠（包括硅酸锆珠、二氧化锆珠，二氧化铝珠、稀土金属稳定的二氧化锆珠等）和钢珠等。
图2 研磨介质的分类
2、研磨介质对搅拌磨和砂磨机研磨效果的影响
在实际生产过程中，研磨介质的物化性质、直径和配比等对研磨效果有着重要影响。
（1）研磨介质的密度
在研磨初期，以研磨介质对物料的冲击破碎为主，颗粒粒径减小相对较快，故当球径相似、填充率相同时，研磨介质的密度越大，其对物料的冲击力越强，初期破碎效果越好。大密度研磨介质能够提高研磨效果，但同时密度大，消耗的能量也大，研磨介质间的机械能转化为大量的热能使浆料温度升高，从而加剧了微粒子的布朗运动，容易造成已磨碎的颗粒重新凝聚，又会使研磨效率降低。
在介质体积相同时，磨矿效率是介质密度6.0g/cm3＞4.0g/cm3＞2.6g/cm3，即介质密度越大，磨矿效率越高；在介质质量相同时，磨矿效率是介质密度2.6g/cm3＞4.0g/cm3＞6.0g/cm3，即介质密度越小，研磨效率越高。
一般物料选用理想的密度为2.5-6.0g/cm3的玻璃珠或氧化珠即可。如果粉碎黏度大的硬质物料，可选用钢珠（密度7.8g/cm3）。
（2）研磨介质的直径
在研磨的中后期，细颗粒物料慢慢积累，此时的研磨方式以摩擦破碎为主，摩擦破碎的作用力主要作用在颗粒表面，所以研磨介质的直径越小，与颗粒的接触面越大，作用在颗粒表面的摩擦作用力越大，得到的产品粒径越小，同时研磨时间也相对较短。
当然，研磨介质的直径也不能过小，否则它具有的动能太小，不足以分离物料聚集体，还容易堵塞筛网等出料装置。一般建议研磨介质的最小粒径要大于出口缝隙宽度的2.5倍。
在磨机串联或多筒磨机生产工艺中，研磨介质可采用大粗后小的方案，逐台减小粒径，以提高研磨效果。
（3）介质球径配比
介质球径配比是指不同直径的介质球之间在数量上的占有比例，一般有单一规格和多种规格按比例混合两者配比方式。
多种规格的研磨介质按比例混合，球径较小的球体可填充在大球体的空隙，并增多介质间的接触点，提高接触几率和摩擦作用，故从整个研磨过程来看，混合介质的研磨效果要优于单一介质。
在选择研磨介质球径配比时，需要考虑研磨物料的粒度组成、对产品的粒度要求以及已粉碎物料在研磨过程中的再团聚现象等。
（4）介质物料比
磨矿介质与装入物料量（干基）的重量比称为介质物料比。介质物料比对研磨效果的影响实际是介质之间接触机会并与物料有效作用程度的反映，若包括物料和磨矿介质在内的载荷能够被搅拌装置有效驱动，则研磨效果与效率与介质物料比成正比。介质物料比小，介质间撞击、研磨并作用于物料的机会就少，磨矿效果差；反之介质物料比大，磨矿效果好。但当介质物料比增大到因介质量过多，同体积磨矿体系的负荷不足以被搅拌器有效驱动时，介质间有效接触机会也会下降，并由此导致磨矿效率降低。
因此磨矿实践中，介质物料比的选择应同时考虑磨机容积、物料浆体流态、搅拌速度及输入电机功率等因素，并依据试验确定。徐荣声等采用砂磨机研磨煅烧高岭土，其氧化铝陶瓷介质与高岭土的最佳介质物料比为5:1。
（5）研磨介质的填充率
研磨介质的填充率与物料的黏度、分散盘（或棒销）的圆周速度及机器结构等因素有关。研磨介质的填充率计算方法有容积计量法和质量计量法两种。实践表明：研磨介质在分散器内运动时，介质的空隙率不应小于40%。一般的经验是物料黏度高，分散盘（或棒销）的圆周速度高，填充率应稍低，反之则取较高值。
通常立式开启式砂磨机的填充率可取65%-75%；立式密闭式砂磨机因没有“冒顶”问题，装填率可取80%-85%；卧式砂磨机启动容易，装填率可比立式砂磨机大些，一般可取80%-85%。
一般情况下低速搅拌磨的填充率在70%，高速搅拌磨的填充率仅50%左右，研磨介质粒径大装填量也大。对于敞开式搅拌磨装填量为研磨容器有效容积的50-60%；对于密闭型搅拌磨（包括双冷式、双轴式）为研磨容器有效容积的70-90%。
（6）研磨介质的耐磨性和化学稳定性
耐磨性是衡量研磨介质质量的重要条件。不耐磨的介质因磨耗而需经常进行补充，不仅增加成本，而且影响正常生产。另外，磨耗的介质材料进入浆料后，则会影响产品质量，这是生产者所不希望的。如研磨磁带粉或其他电子元件浆料，金属Fe、Cu等元素应避免，含有Fe2O3 或CuSO4等成份的研磨珠就不在选择之列，故选择锆珠往往是此行业的普遍选择；如研磨农药、医药和生化方面，重金属为顾忌元素，而PbO为最常见的成分。
研磨介质对物料要有一定的化学稳定性，防止研磨过程中介质与物料间发生化学反应，造成产品污染和加速介质磨损，一般非金属介质优于金属介质。研磨介质的pH值应尽可能接近中性。
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