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超细硅酸锆磨矿工艺优化与节能
发布时间：2013-10-13 08:22 来源：未知
超细硅酸锆(ZrSi04)是由天然锆英砂经超细粉碎等工艺加工而成的一种外观呈白色粉末状的超细粉体，其特点是折射率高，具有良好的化学稳定性和耐高温性能，因此能作为乳浊剂广泛应用于建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷等，在釉料中或坯体中起增白作用。
生产超细硅酸锆关键在于如何控制其粒径大小及粒度分布，现阶段国内外的超细硅酸锆磨矿工艺大多单独采用球磨机或搅拌磨进行湿法研磨。在众多粉碎设备中，球磨机产量大，但效率低、能耗高、产品粒度分布宽；搅拌磨能效利用率高，产品粒度分布窄，但产量低，不宜规�；�。用搅拌磨生产超细硅酸锆时，在入磨锆英砂粒径为180um的情况下，研磨5-6h能生产出合格的产品，但产量仅为50—60kg/h。用球磨机生产超细硅酸锆时，采用分级沉砂小直径研磨介质二段磨工艺与分级沉砂返回再磨工艺相比，球磨效率明显提高，物料中位粒径从3.65um降低为2.73um，球磨时间缩短了1h，生产成本大幅下降l2|。上述球磨机分段研磨的方法有效提高了研磨效率，但中位粒径大于2um的产品还不能满足生产高档卫生陶瓷的要求。由于超细硅酸锆作为陶瓷釉料乳浊剂，其粒径越小乳浊效果越好，要满足生产高档建筑卫生陶瓷的要求，其中位粒径应在1um左右，富通新能源生产销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
本文中针对原材料的物理特性，对超细硅酸锆生产工艺中的磨矿工段进行创新设计，采用球磨机与搅拌磨分段研磨、优化组合的方式，充分发挥两种设备的最佳粉碎比，规模化的生产出中位粒径为1um的超细硅酸锆粉。
1、磨矿工艺优化设计
在各种超细粉磨设备中，搅拌磨凭借其介质充填率高、研磨体尺寸小、搅拌器转速高等特点而成为一种新型高效的超细粉碎设备，它具有效率高、能耗低、工艺简单、产品粒度均匀、污染低、产品粒径小等特点。
而球磨机从外界获得的能量，除少部分用于对物料的粉碎上以外，其余绝大部分能量被消耗在生产振动、噪音、发热、磨损、摩擦及提升研磨体和物料上了，做了无用功，对细磨物料作用不大。据有关资料介绍，一般球磨机，能量的有效利用率只有1%—3%，其余97%—99%的能量都被白白浪费掉了。
球磨机内的研磨体对物料同时具有冲击作用和挤压、剪切作用。在研磨的前一阶段，物料颗粒较大，冲击作用较强；后一阶段，当大颗粒物料被细化后，冲击作用明显减弱。当颗粒细化至一定细度后，冲击研磨对进一步的细化作用显得很小。为获取更多小于1um的粒子，须选用挤压、剪切作用较强的设备以提高粉碎效率。由于搅拌磨主要用于物料的超细粉碎，一般进料粒径较小，所以搅拌磨机内，起主要作用的粉碎力是剪切力和挤压力。挤压、剪切的作用方式是微粉碎的较好方式，在同一粉碎能条件下，挤压、研磨的能量利用率几乎是冲击粉碎的两倍Il。
在粉磨物料的过程中，物料颗粒刚开始粉碎时，
2、结果与讨论
2.1球磨机粗磨阶段
在最佳的生产条件下，使用QM5型球磨机对5t锆英砂进行连续研磨。在不同时间点，用BT-9300S型激光粒度仪对物料粒度进行检测。从多次实验中找出有代表性的中位粒径数据，中位粒径随研磨时间的变化曲线见图2。从图可见：在粉磨10 h之前，曲线下降趋势明显，表面大颗粒物料中位粒径下降较快，球磨机的研磨效率较高；14 h之后，曲线走势平滑，表明物料粒度减小的很慢，研磨效率低；到16 h左右，物料的团聚作用和磨机的粉碎作用趋于平衡，随时间的增加，粒度减小的速度不是十分缓慢，甚至没有变化，这时就必须转入下一到工序，以便充分利用不同磨机的效率，节约能源。
2.2搅拌磨细磨阶段
在最佳的生产条件下，将表1中球磨机加工6～14 h的矿浆1 t（固相质量分数约60%），编号为K6-K14，冲击粉碎原理起一定作用，但随着颗粒变细，该原理粉碎施力方式越来越不适应超细粉碎，特别是微米级、亚微米级乃至纳米物料颗粒的粉碎。因为颗粒越细，裂纹越少，缺陷越少，越难磨，这就需要摩擦、剪切施力方式粉碎。
根据以上原理，将超细硅酸锆磨矿工艺分为两段：前一阶段用球磨机对大颗粒物料进行研磨，达到一定的粒度后，用搅拌磨对物料进一步超细化（图1）。分别加入JM90型搅拌磨进行连续研磨。每隔th取样，用激光粒度仪对物料粒度进行检测并记录。从多次实验中找出有代表性的中位粒径数据，见表l。
将球磨机研磨19 h生产的中位粒径为1.51um的超细硅酸锫产品粒度分布图与分段磨14 hK12，球磨12 h．搅拌磨2h）生产的中位粒径为1.01um的产品粒度分布图对比可见(图5-6)，球磨机加工的产品，粒径较大，粒度分布较宽，经搅拌磨进一步超细化后，粒度分布范围明显变窄，质量指标达到了高档产品的要求。
可以看出：搅拌磨同球磨机一样，在前一阶段研磨效率较高，能够迅速将物料磨细，后一阶段仍然能将物料进一步超细化，但研磨效率缓慢降低，最后磨机的粉碎用于与物料的团聚作用趋于平衡。因此，合理控制搅拌磨的加工时间也是控制成本、节约能源的关键手段。为了在最节省能源的条件下生产出合格的产品，必须综合分析两种设备的能耗情况，确定物料细磨时最佳人磨粒径，即寻找最佳的研磨时问分段点。
2.3分段点的确定
由于设备的容量、产能不同，该球磨机一次研磨的5t超细硅酸锆需要搅拌磨分8次再加工完成。现已知球磨机功率为90 kW，搅拌磨功率为37 kW，测算出在不同分段点，生产5t中位粒径为1um的超细硅酸锆所消耗的电能见表2。
从电耗测算的结果可以看出：在不同的时间点进行分段研磨会消耗不同的电能，F12消耗最少，为1 672 kW-h。因此，生产出中位粒径约为lum的超细硅酸锆产品，在12 h左右分段比较理想，即粗磨阶段用球磨机研磨12 h，细磨阶段用搅拌磨研磨2h。据估算，使用该技术，仅1台球磨机配合1台搅拌磨，生产超细硅酸锆产品的产量可达7 t/d。
3、结论
球磨机适用于大颗粒物料的前期粉碎，搅拌磨适用于微小粒子的超细化。在生产超细硅酸锆过程中采用分段研磨方式，能充分利用不同设备的粉碎比，提高研磨效率，节约能源，符合国家节能减排政策。同时合理利用分段研磨的方式，能根据客户需求规�；纳鏊韪髦至６鹊某腹杷犸贰�
