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粉体百科:精细材料研磨制备的重要装备之砂磨机

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[导读] 砂磨机是精细材料制备的重要机械,但你知道吗?砂磨机最初的研发是从球磨机所得到的启发,是属于湿法超细研磨设备。其特点在于物料的加工效率高,而且物料的实用性广。

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砂磨机是一种水平湿式连续性生产研磨分散机。将预先搅拌好的原料送入主机的研磨槽,研磨槽内填充适量的研磨介质,经由分散叶片高速转动,赋予研磨介质以足够的动能,与被分散的物料颗粒撞击产生剪切破碎力和挤压破碎力,达到分散的效果,再经特殊分离装置,将被分散物与研磨媒体分离排出。

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卧式砂磨机结构简图

 
砂磨机的研磨工艺
 

砂磨机的研磨工艺流程主要有四种,分别是连续研磨工艺,串联研磨工艺、组合循环研磨工艺和单桶循环研磨工艺。单桶循环研磨工艺前提是循环次数大于5,循环桶上配有搅拌器,以保证物料充分混合,避免循环桶中的死角。该工艺操作简单,设备投资小,一般用于陶瓷原料,如碳化硅、氮化硅、碳化硼等的研磨。

 

应用

◆陶瓷墨水
 

陶瓷墨水是陶瓷喷墨打印技术的核心。它的组成和性能以满足装饰效果和适应打印机的工作原理而进行调节,同时需要满足物理、化学性质稳定和存放稳定等性质。

陶瓷墨水研磨过程时依靠研磨介质之间的剪切力和挤压力将物料颗粒粉碎至一定粒径,达到分散的效果。砂磨机的搅拌轴通过旋转物料和研磨介质,避免研磨死角,使物料混合得更均匀。

◆钛白粉
 

砂磨作为钛白企业中钛白初品粉碎的一个关键工序,只有经过粉碎工序,才能使得钛白初品位于一定粒度范围,从而进行无机及有机包膜处理,体现出其良好的颜料性能。砂磨机要达到最佳的砂磨效果,需根据具体物料情况进行工艺参数调整。工艺参数主要包括砂磨转速、进料速度、锆珠粒径、介质填充率和进料浓度等。白度和水分散性作为钛白颜料性能关键指标,因此研究浆料不同粒度对其白度及水分散性的影响具有极其重要的意义。

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◆涂料
 

涂料行业用砂磨机可以追溯到上个世纪70年代,国内开始引进立式密闭砂磨机,80年代国产机型研制成功,然后逐渐形成系列产品。对于当时涂料行业来说是一项重大突破。同时在涂料企业中广泛使用,成为了当时涂料行业生产研磨分散的主要设备。

近期又随着砂磨机的应用面逐渐扩大,对设备的技术改进工作逐渐增多,大力推广二级能效节能电机和变频技术应用在砂磨机中,将PLC自动控制系统运用到涂料生产环节,极大地提高了生产效率,降低能耗,节约了人工成本,减少了污染物的排放,为中国涂料企业走向世界提供了新的发展契机。1952年起在颜料和油漆行业得到广泛应用,在国内约70%~80%涂料产品是由砂磨机完成的。

◆油墨
 

分散研磨是涂料和油墨生产过程的重要环节。油墨由树脂、颜料、溶剂和助剂组成,按是否含有颜料分为色墨含颜料的色墨(也包括白色、黑色),不含颜料的冲淡剂、调金油、上光油。配方一定的油墨,其应用和储存性能与生产工艺有直接的关系。所以油墨生产的目的,就是尽量将配方中的种成分有效、持久地均匀分散,其中颜料是最难均匀分散的,颜料分散、研磨是油墨生产的核心。

◆农药及悬浮剂的生产
 

国内外普遍使用卧式砂磨机生产农药悬浮剂产品;密闭卧式砂磨机比立式砂磨机能力可提高近2倍,起劲功率低,消耗能量小,更深受用户青睐。

在悬浮剂加工中,砂磨机是分散工序中最重要的设备,其主要功能是将农药固态粒子分散于液体介质(水)中。一般砂磨功能实际上包括三个阶段:

(1)湿润(wetting),即将农药固态粒子表面所吸附的气体被液体所取代。

(2)研磨(grinding),将大粒子研磨成小粒子,同时将凝集的颗粒粒子利用机械力碎裂成原始粒子。

(3)分散(dispersion),将已湿润过的原始粒子移入液体介质(悬浮在液体内)而产生持久的粒子分离。

通过实践和经验表明,通常需要经过2~3 次研磨,物料平均粒径可以达到2~3μm。具体操作方法是采用多台砂磨机串联使用,每台砂磨机筒体中使用的研磨介质粒径可以是相同的或者不同的;倘若是不同的,通常排列顺序是研磨介质粒径是由粗到细。

◆锆钛酸铅湿法粉碎
 

童元丰等在《砂磨机法在锆钛酸铅湿法粉碎中的应用》一文中介绍了一种新型砂磨机的设备结构和砂磨机粉碎法的工作原理。将砂磨机粉碎法应用于锆钛酸铅粉料的湿法粉碎中,制得了颗粒平均粒径d50小于0.45μm的超细粉料。锆钛酸铅粉料的超细粉碎工业化生产试验证明,砂磨机粉碎法可以应用于陶瓷材料行业的颗粒超细粉碎工序中。

◆电池正极材料
 

在制备固态电池中的石榴石结构固体电解质(如Ta-LLZO粉体)的众多方法中,固相反应法是较实用的可大规模生产预烧粉的方法,在压制成型和烧结之前,一般可运用砂磨机将预烧粉研磨至亚微米级以提高其烧结活性。

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另外,砂磨机在电子陶瓷浆料、新能源材料加工、矿物粉体等领域应用也有很多。

 
 
砂磨机的研磨效果,在某种意义上来说具有一定的不可替代性。在粉体市场竞争日益激烈和面对国外高性能粉体产品挑战的压力,采用先进技术与先进设备,提高国产产品质量,提升我国粉体工业水平,砂磨机的应用将会在其中起到更加积极的作用。
 

 

参考文献:

王晓波.浅谈化工机械中卧式砂磨机结构优化研究

王佳庆等.卧式砂磨机的结构优化设计

彭晔.陶瓷墨水研磨制备工艺的探讨

中国粉体网.先进陶瓷生产设备之砂磨机

刘草生等.砂磨机在溶剂和水基油墨分散研磨中的应用

张卫中等.中国涂料装备行业发展40年

华乃震.农药悬浮剂加工方法和砂磨技术

王海波等.钛白卧式砂磨研究

童元丰等.砂磨机法在锆钛酸铅湿法粉碎中的应用

 

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