制備超細石英粉需要使用各種機械設備,包括:球磨機、振動(dòng)磨、攪拌磨、氣流磨、高速沖擊式磨、膠體磨等及作為配套設備的精細分級設備。其中,高能球磨法制備超細石英粉所需的設備較少、工藝簡(jiǎn)單,但影響最終產(chǎn)品的組成和性能的因素卻有很多。其中原料性質(zhì)、球磨強度、球磨環(huán)境、球磨氣氛、料球比、球磨時(shí)間和球磨溫度等是主要因素。
球磨機結構圖
(1)原料性質(zhì)的影響。物料體系的組成和各組分的配比是決定最終產(chǎn)品組成的物質(zhì)基礎,不同的原料組成和組分配比即使在相同球磨條件下也會(huì )得到不同的球磨產(chǎn)品。
(2)球磨強度的影響。高能行星磨中研磨介質(zhì)對物料的高速高頻沖擊碰撞有利于能量的轉換和分子、原子及離子的輸運和擴散。球磨強度對機械合金化非晶的形成具有重要的影響。強度低時(shí),粉末形成非晶的時(shí)間較長(cháng),甚至無(wú)法形成非晶;強度較高時(shí),形成非晶的時(shí)間大大縮短,且有助于非晶成分范圍的擴大,當球磨能量高到一定程度時(shí)更宜形成穩定的化合物而不是非晶。對于硬度和強度較高的多組分氧化物體系,因其價(jià)鍵較牢固,鍵能較高,球磨強度較低時(shí)根本無(wú)法使之發(fā)生晶格扭曲、畸變等,也就談不上機械力化學(xué)反應。
(3)球磨環(huán)境的影響。對無(wú)機非金屬的粉磨通常有干法和濕法兩種粉磨方法,干法操作簡(jiǎn)單,濕法往往可以得到更小的粉磨產(chǎn)物粒徑。然而濕法粉磨產(chǎn)生相變的時(shí)間遠遠高于干法,這是由于濕法摩擦系數小,顆粒在水中的界面能小于在空氣中的表面能,因而使粉體顆粒難以積聚起足夠的能量以克服相變所需要的激活勢壘的緣故。而干法粉磨至一定程度時(shí),相變的發(fā)生幾乎是必然的。機械能誘性的材料內部結構變化通常要求顆粒(晶粒)尺寸及自由能達到極限值,而在濕法粉磨環(huán)境下,碎裂表面的溶解和“重建”、良好的潤滑和冷卻環(huán)境都阻礙了顆粒尺寸和自由能達到極限值,從而阻礙了多晶轉變的發(fā)生。
(4)料漿濃度的影響。在濕法球磨粉碎的過(guò)程中,漿料濃度也是一個(gè)重要的工藝參數,直接關(guān)系到粉體的粒度與球磨效率。由實(shí)驗可知隨著(zhù)料漿濃度的增加,球磨效果越來(lái)越好,但是當料漿濃度達到一定值時(shí),球磨時(shí)間對粉體粒徑的影響變小。
(5)研磨介質(zhì)尺寸的影響。高能球磨中多采用尺寸較小的硬質(zhì)合金球或氧化鋯球、氧化鋁球等,這是因為小尺寸球有利于增大研磨介質(zhì)與物料之間的摩擦面積。
(6)料球比的影響。為了獲得較高的球磨能量,通常采用比普通球磨機小得多的料球比。當裝料量和球徑大小一定時(shí),球運動(dòng)的平均自由程取決于裝球量。裝球量過(guò)小即料球比過(guò)大時(shí),物料受研磨的機會(huì )減少;反之,料球比過(guò)小時(shí),球的平均自由程減小,不能充分利用其機械力,因而降低機械力化學(xué)反應的程度。
(7)球磨時(shí)間的影響。球磨時(shí)間的長(cháng)短直接影響粉磨產(chǎn)物的組成和純度。某些金屬或合金的MA非晶化和晶型轉變只在—定的時(shí)間范圍內進(jìn)行,粉磨時(shí)間過(guò)短時(shí),材料內部能量聚集太少不足以破壞其結合價(jià)鍵;粉磨時(shí)間過(guò)長(cháng),又可能會(huì )發(fā)生其他的化學(xué)變化。對于無(wú)機非金屬材料的機械力化學(xué)合成,通常需要較長(cháng)時(shí)間的球磨。
(8)球磨速率的影響。球磨轉速對產(chǎn)品粒度的影響與球磨時(shí)間的影響類(lèi)似。
(9)助磨劑的影響。助磨劑是在粉體制備過(guò)程中能夠顯著(zhù)提高粉碎效率和降低能耗的化學(xué)物質(zhì),主要是表面活性劑、分散劑等。在球磨過(guò)程中加入微量的助磨劑,可提高球磨效率。
(10)溫度的影響。在研磨過(guò)程中,由于球磨對粉末的摩擦和撞擊,粉末的溫度會(huì )升高,局部溫升有利于固相反應,但整體溫度的升高會(huì )加劇物料間的團聚及其與磨球和筒壁的黏附,粉磨某些有機物時(shí),溫度過(guò)高還會(huì )導致其分解等現象。一般認為,研磨時(shí)粉末的溫升不宜超過(guò)350K。
參考來(lái)源:
匡敬忠等.表面活性劑在制備超細石英粉體中的應用
龔莉.基于球磨法的超細石英粉體分形研究
談高.天然脈石英制備高純超細硅微粉及其應用研究