電氣石粉的超細(xì)研磨工藝研究
電氣石是電氣石族礦物的總稱(chēng), 化學(xué)成分比較復(fù)雜, 其組成一般可表示為:(Na,Ca)(Mg,Fe,Li,Al)3Al6[Si6O18](BO3)3(OH)4，是以含硼為主的鋰、鈉、鐵、鎂、鋁的環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物?它基本上由以下三種端員組成: 鋰電氣石: Na (Li, Al)3Al6[Si6O18] (BO3) 3(OH) 4，黑電氣石: NaFe3Al6[ Si6O18](BO3) 3(OH) 4，鎂電氣石: NaMg3Al6[ Si6O18] ( BO3)3(OH)4，三者之間均可以成類(lèi)質(zhì)同象置換?
電氣石通常以黑色的常見(jiàn)，也有呈褐色、綠色、藍(lán)色、紅色、玫瑰色等，玻璃光澤，硬度7~ 7. 5，比重2. 9~ 3. 25。具有熱電性與壓電性?電氣石由于產(chǎn)地稀少，能形成開(kāi)采規(guī)模的為數(shù)甚少，除作為寶石及磨料對(duì)待外，其工業(yè)應(yīng)用至今仍是一個(gè)空白點(diǎn)。國(guó)內(nèi)也很少有人從事電氣石工業(yè)加工、應(yīng)用的研究探索?
最近，有一項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)是把電氣石應(yīng)用于人造纖維絲中，即人造纖維絲中含有0. 5% ~ 2. 0%的電氣石粉體，其顆粒以不超過(guò)1~ 2m 為宜。該纖維具有優(yōu)異的保暖性能，并可有效地促進(jìn)人體的血液循環(huán)從而達(dá)到增強(qiáng)人體生理機(jī)能的目的，因此已被應(yīng)用于保暖和保健內(nèi)衣的生產(chǎn)中。根據(jù)某廠家的委托，我們對(duì)電氣石進(jìn)行了超細(xì)研磨加工試驗(yàn)，結(jié)果表明，采用干法超細(xì)粉碎，產(chǎn)品細(xì)度雖可滿(mǎn)足要求，但生產(chǎn)成本過(guò)高，不適合于工業(yè)化生產(chǎn)。而采用低速攪拌磨+高速攪拌磨的聯(lián)合磨礦工藝， 則產(chǎn)品完全可以達(dá)到工業(yè)利用的技術(shù)要求, 且在經(jīng)濟(jì)上也是可行的?
1 試驗(yàn)設(shè)備
1.1 試驗(yàn)樣品
試驗(yàn)用樣品為委托方提供的電氣石粉，呈深灰色，密度3.0 ~ 3.1g/ cm3，硬度7~7.5，中位粒徑(d50) 22. 95μm。其粒度分布見(jiàn)表1。
主要為濕式低速攪拌磨、濕式高速攪拌磨(帶冷卻夾套)和JL- 1155 型激光粒度分布測(cè)試儀。其它有隔膜泵、循環(huán)桶、制漿桶等。
2 電氣石超細(xì)研磨原理及工藝流程
根據(jù)我們的初步試驗(yàn)表明, 單獨(dú)采用低速攪拌磨時(shí)，產(chǎn)品的細(xì)度不能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求( 中位徑d50 0. 70μm, d95 2μm)，在技術(shù)上不可行；而采用高速攪拌磨時(shí)產(chǎn)品細(xì)度可以滿(mǎn)足要求，但由于磨礦介質(zhì)損耗很大, 成本過(guò)高, 在經(jīng)濟(jì)上不可行。經(jīng)過(guò)多次探索試驗(yàn)，最后采用了低速攪拌磨循環(huán)磨礦+高速攪拌磨循環(huán)磨礦的聯(lián)合工藝，即將電氣石調(diào)漿后先在低速攪拌磨機(jī)上循環(huán)磨礦，直至粉體的細(xì)度達(dá)到d80 2μm，然后把漿料轉(zhuǎn)入高速攪拌磨機(jī)循環(huán)磨礦，直至產(chǎn)品細(xì)度合格。這樣即可保持較高的磨礦效率，又可把成本控制在合理的范圍內(nèi)。
研磨過(guò)程是: 攪拌磨的攪拌棒攪動(dòng)研磨礦介質(zhì)，使介質(zhì)作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而沖擊、剪切、摩擦，對(duì)物料進(jìn)行粉碎。研磨前，先按比例將電氣石粉和水、分散劑在調(diào)漿桶中配成一定濃度的漿料, 然后泵送到裝有研磨礦介質(zhì)的攪拌磨內(nèi)，邊輸入漿料邊啟動(dòng)攪拌軸。研磨后的漿料從溢流口流出至循環(huán)桶后，啟動(dòng)攪拌器，調(diào)節(jié)隔膜泵的轉(zhuǎn)速，將桶內(nèi)漿料通過(guò)磨機(jī)底部入口, 再輸回機(jī)內(nèi), 如此往復(fù)循環(huán)進(jìn)行超細(xì)研磨，在研磨過(guò)程中每隔30min 取一次樣，進(jìn)行粒度測(cè)定。直至粒度達(dá)到d80 2μm 后， 再按上述方法把漿料轉(zhuǎn)入高速攪拌磨中進(jìn)行循環(huán)研磨，直至粒度合格，見(jiàn)圖1。
3.1 研磨礦介質(zhì)的選擇
研磨礦介質(zhì)的密度及硬度對(duì)物料研磨效果起著重要作用, 一般情況下, 介質(zhì)密度及硬度越大, 對(duì)物料的沖擊力也越大, 研磨效果也就越好。但由于電氣石是一種十分難磨的物料, 在長(zhǎng)時(shí)間的研磨過(guò)程中, 磨礦介質(zhì)損耗很大, 且大部分損耗是由于磨礦介質(zhì)自身的碰撞而引起的, 特別是在高速攪拌磨中更加明顯。
在本研究過(guò)程中, 對(duì)氧化鋯和陶瓷磨礦介質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn), 試驗(yàn)條件: 介質(zhì)填充率67%，磨礦濃度67. 5%, 磨礦時(shí)間5h；試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可見(jiàn), 氧化鋯介質(zhì)由于密度比氧化鋁介質(zhì)大, 其研磨效率明顯好于氧化鋁介質(zhì), 損耗率也明顯低于氧化鋁介質(zhì), 但由于二者的價(jià)格相差6 倍以上(氧化鋯磨礦介質(zhì)125 元/kg, 陶瓷磨礦介質(zhì)20 元/kg )，因而采用氧化鋯磨礦介質(zhì)的綜合成本反而大大高于氧化鋁磨礦介質(zhì)。故在實(shí)際生產(chǎn)中, 選用了氧化鋁作為磨礦介質(zhì), 其配比如表3 所示。
不同物料，其研磨的漿料濃度也有所不同，實(shí)踐中曾將電氣石的漿料濃度控制在70 %，此時(shí), 在初始階段物料的流動(dòng)性良好, 但當(dāng)電氣石的細(xì)度達(dá)到80% ~ 85%小于2μm時(shí), 漿料的粘度迅速增加,物料的流動(dòng)性變得極差, 磨機(jī)的研磨效率會(huì)明顯降低; 同時(shí)磨機(jī)進(jìn)出口阻力急劇增加, 易造成篩網(wǎng)堵塞, 影響生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定, 必須加入適量的分散劑方可使研磨繼續(xù)進(jìn)行。為降低生產(chǎn)成本, 同時(shí)保持在較高的濃度下磨機(jī)具有較高的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性,經(jīng)多次試驗(yàn), 將電氣石的漿料濃度控制在65 % ,此時(shí), 隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng), 漿料濃度雖有所增加,但不影響磨機(jī)的磨效和生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性。試驗(yàn)條件: 陶瓷磨礦介質(zhì), 介質(zhì)填充率67. 5%，研磨時(shí)間5h；結(jié)果見(jiàn)圖2。
3.3 介質(zhì)填充率
在電氣石的超細(xì)研磨中, 介質(zhì)填充率對(duì)物料的研磨效果也是一個(gè)重要的影響因素, 若介質(zhì)填充過(guò)多, 則磨機(jī)內(nèi)的物料相應(yīng)減少, 反而引起研磨效率的下降, 同時(shí)由于介質(zhì)自身碰撞等引起的損耗急劇增加; 若介質(zhì)填充過(guò)少, 由于機(jī)內(nèi)物料過(guò)多, 磨礦介質(zhì)對(duì)電氣石的沖擊、剪切、摩擦相應(yīng)減少, 同樣會(huì)引起研磨效率的下降。由圖3和圖4(試驗(yàn)條件: 陶瓷磨礦介質(zhì), 礦漿濃度65%, 研磨時(shí)間5h)可見(jiàn), 最佳的介質(zhì)填充率為65% ~ 70% 。在此范圍內(nèi), 介質(zhì)損耗適中, 研磨效率卻仍保持較高水平, 綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最高。同時(shí), 在研磨過(guò)程中, 要始終保持介質(zhì)填充率的相對(duì)穩(wěn)定, 隨著介質(zhì)的損耗, 需及時(shí)補(bǔ)加。根據(jù)本試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn), 在低速攪拌磨中, 可以每8h 添加一次, 而在高速攪拌磨中則需每4h 補(bǔ)加一次。
3.4 研磨時(shí)間的影響
電氣石中位粒徑(d50)變化與研磨時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖5?？梢?jiàn)隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng), 電氣石粒徑逐漸減小, 但難度也隨之增大。在研磨初始階段, 由于其存在大量結(jié)構(gòu)缺陷, 顆粒易粉碎, 但隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)和顆粒的細(xì)化, 顆粒結(jié)構(gòu)缺陷減少, 粉碎能耗增大, 研磨難度隨之提高, 最后, 當(dāng)研磨到一定細(xì)度時(shí), 隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng), 電氣石的粒徑就會(huì)維持在一個(gè)平衡范圍內(nèi), 這即為理論上所謂的逆粉碎狀態(tài)。
根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果, 選定的磨礦時(shí)間為: 先低速攪拌磨研磨6h, 然后在高速攪拌磨中研磨4h, 其它試驗(yàn)條件: 陶瓷磨礦介質(zhì), 介質(zhì)填充率67.5%, 礦漿濃度65%。此時(shí)電氣石的細(xì)度可以達(dá)到中位徑d50 0. 70μm、d95 2μm的技術(shù)要求。
3.5 其它影響因素
分散劑一般用聚丙烯酸鹽類(lèi)即可滿(mǎn)足要求, 其用量以保持研磨過(guò)程順暢為宜, 一般5~ 6kg/ t 干粉即可。采用高速攪拌磨生產(chǎn)時(shí)由于漿料溫度很高(可達(dá)70℃以上), 因此磨機(jī)和漿料循環(huán)桶必須加循環(huán)冷卻裝置。在研磨初始階段, 由于電氣石顆粒較粗, 易沉淀到磨機(jī)底部, 會(huì)卡死攪拌棒, 甚至燒毀電機(jī), 一次停機(jī)時(shí)間不可超過(guò)10min。
4 產(chǎn)品技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
4.1 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)
超細(xì)電氣石產(chǎn)品中位徑d50 0. 67μm，其粒度分布見(jiàn)表5。
4.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
原礦經(jīng)雷蒙磨機(jī)加工為325 目后的價(jià)格為2萬(wàn)元/噸, 按本試驗(yàn)確定的研磨工藝條件對(duì)1噸電氣石進(jìn)行的中試表明, 其加工成本(含烘干成本)為3500 元/噸, 而超細(xì)電氣石粉的市場(chǎng)售價(jià)則可達(dá)4~5 萬(wàn)元/噸, 因此具有較好的利潤(rùn)空間。
5 結(jié)語(yǔ)
電氣石是一種難磨的工業(yè)礦物原料, 若選用干法超細(xì)粉碎, 則能耗過(guò)高, 生產(chǎn)成本過(guò)大; 其超細(xì)研磨宜選用濕法低速攪拌磨和高速攪拌磨相結(jié)合的工藝, 其最經(jīng)濟(jì)合理的研磨工藝為: 采用陶瓷研磨介質(zhì), 礦漿濃度65%, 介質(zhì)填充率65%~ 70% 。電氣石的最終細(xì)度達(dá)到d50 0.70μm, d95 2μm，可以作為人造纖維絲的功能性填料, 具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)
