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超细粉碎技术的应用和发展
2012-04-24
介绍了超细粉体的特征、用途和制备方法。重点对超细粉碎设备、工艺及应 用领域作了详细述评。
矿业快报 Serial No. 379  EXPRESS IN FORMA T ION 总 第 379 期 2002年 1 月 第 1 期 January. 2002 O F M IN IN G INDU STRY 粉 综 合 述 评 粉 超 细 粉 碎 技 术 的 应 用 和 发 展 张 国 旺 长 沙 矿 冶 研 究 院 ) 黄 圣 生     (中 南 大 学 ) (   摘 要 介 绍 了 超 细 粉 体 的 特 征 、用 途 和 制 备 方 法 。 重 点 对 超 细 粉 碎 设 备 、工 艺 及 应 用 领 域 作 了 详 细 述 评 。 关 键 词超 细 粉 体超 细 磨分 级搅 拌 磨   超 细 粉 体 技 术 是 20 世 纪 80 年 代 中 期 发 展 上 述 方 法 有 些 尚 不 成 熟 , 有 些 难 于 实 用 化 和 工 业 化 , 目 前 在 工 业 上 应 用 较 多 的 是 机 械 粉 碎 法 、液 相 化 学 沉 淀 法 和 气 相 反 应 法 等 。 表 1  超 细 粉 体 的 主 要 用 途 起 来 的 新 兴 学 科 , 超 细 粉 体 几 乎 应 用 于 国 民 经 济 的 所 有 行 业 , 它 是 改 造 和 促 进 油 漆 涂 料 、信 息 记 录 介 质 、 精 细 陶 瓷 、 电 子 技 术 、 新 材 料 和 生 物 技 术 等 新 兴 产 业 发 展 的 基 础 , 是 现 代 高 新 技 术 的 起 点 。 应 用 领 域 用 途 ① 用 作 橡 胶 、塑 料 填 料 , 降 低 成 本 , 改 善 制 品 性 能 (补 强 性 能 )。 化 工 ② 可 使 油 漆 、油 墨 悬 浮 体 稳 定 , 不 沉 降 , 产 品 优 良 。 ③ 提 高 反 应 速 率 。 目 前 对 于 超 细 粉 体 尚 无 一 个 严 格 的 定 义 , WWW.KY114.CN 从 几 纳 米 至 几 十 微 米 的 粉 体 统 称 为 超 细 粉 体 。 各 行 业 由 于 超 细 粉 体 的 用 途 和 制 备 方 法 等 不 同 , 而 对 超 细 粉 体 作 出 不 同 的 划 分 。较 为 合 理 的 划 分 如 下 : ① 微 粉 : 粒 径 为 3~ 20Λm; ② 超 细 粉 : 粒 径 为 012~ 3Λm; ③ 超 微 细 粉 : 粒 径 为 微 电 子 电 子 浆 料 、磁 记 录 材 料 和 电 子 陶 瓷 浆 料 等 。 农 药 药 剂 、粉 状 药 剂 。 超 细 粉 药 可 提 高 药 效 , 降 低 药 耗 。 医 药 、农 药 食 品 天 然 花 粉 作 保 健 品 , 各 种 天 然 超 细 营 养 品 。 磁 性 材 料 、 粉 末 冶 金 、 精 细 陶 瓷 和 电 子 材 料 等 。 材 料 0 12Λm 以 下 至 纳 米 级 。 对 于 金 属 或 非 金 属 矿 物 表 2  超 细 粉 体 的 制 备 方 法 加 工 而 言 , 一 般 认 为 粒 径 小 于 10Λm 的 粉 体 为 超 细 粉 体 。 固 相 法   液 相 法 沉 淀 法 醇 盐 法 羰 基 法 喷 雾 热 干 燥 法 冷 冻 干 燥 法 电 解 法   气 相 法 真 空 蒸 发 法 (PVD) 气 相 反 应 法 (CVD) 油 面 蒸 发 法 (V ERO S) 等 离 子 体 法 : 1 超 细 粉 体 的 特 征 和 用 途 机 械 粉 碎 法 超 声 波 粉 碎 法 热 分 解 法 超 细 粉 体 有 许 多 独 特 性 能 , 比 表 面 积 大 ; 熔 高 温 等 离 子 体 法 蒸 发 法 爆 炸 法 点 低 ; 磁 性 强 ; 活 性 好 ; 光 吸 收 好 ; 热 导 性 能 好 。 超 细 粉 体 的 用 途 详 见 表 1。 汞 合 法 化 学 凝 聚 法 反 应 等 离 子 体 蒸 发 法 等 离 子 体 CVD 法   化 学 法 的 优 点 是 所 制 备 的 超 细 粉 体 粒 径 2 超 细 粉 体 的 制 备 方 法 小 、 粒 度 分 布 窄 、 粒 形 好 和 纯 度 高 等 , 缺 点 是 产 量 低 、成 本 高 和 工 艺 复 杂 等 。该 方 法 仅 限 于 制 备 某 些 特 殊 的 功 能 材 料 , 如 超 细 金 红 石 型 二 氧 化 钛 粉 体 、超 细 碎 性 氧 化 铁 粉 等 。 由 于 超 细 粉 体 具 有 上 述 优 良 的 特 性 和 广 泛 的 用 途 , 所 以 人 们 研 制 出 各 种 制 备 方 法 。主 要 制 备 方 法 见 表 2。 张 国 旺 , 长 沙 矿 冶 研 究 院 , 高 级 工 程 师 , 410012 湖 南 省 长 沙 市 机 械 粉 碎 法 的 优 点 是 产 量 大 、 成 本 低 和 工 艺 简 单 等 , 而 且 在 粉 碎 过 程 中 产 生 机 械 化 学 效 应 , 使 粉 体 活 性 提 高 。 缺 点 是 产 品 的 纯 度 、细 度 河 西 左 家 垅 。 黄 圣 生 , 中 南 大 学 矿 物 工 程 系 , 教 授 , 博 士 生 导 师 , 410083 湖 南 省 长 沙 市 。 1 总 第 379 期矿 业 快 报 2002 年 1 月 第 1 期 和 形 貌 均 不 及 化 学 法 制 备 的 超 细 粉 体 。 该 法 适 矿 石 。提 金 的 关 键 是 破 坏 黄 铁 矿 包 裹 , 使 金 充 分 解 离 。 M etp ro tech 公 司 在 南 非 用 超 细 磨 法 处 理 毒 砂 和 黄 铁 矿 浮 选 精 矿 经 二 段 沸 腾 焙 烧 后 的 焙 砂 。国 内 也 作 了 大 量 工 作 , 证 明 低 速 搅 拌 磨 特 别 是 立 式 螺 旋 搅 拌 磨 机 作 为 细 磨 设 备 更 显 优 越 , 能 耗 低 、磨 矿 效 率 高 和 金 回 收 率 高 。另 外 立 式 螺 应 于 大 批 量 工 业 生 产 , 如 矿 产 品 深 加 工 等 。 3 超 细 粉 碎 设 备 及 工 艺 3 11超 细 粉 碎 设 备 经 过 多 年 的 实 践 、改 进 , 大 多 数 设 备 已 日 益 完 善 , 湿 磨 设 备 主 要 是 球 磨 机 、振 动 磨 、搅 拌 磨 、 离 心 磨 和 胶 体 磨 等 ; 干 磨 设 备 主 要 是 球 磨 机 、气 流 磨 、辊 磨 机 (包 括 雷 蒙 磨 )、高 速 冲 击 磨 和 搅 拌 旋 搅 拌 磨 机 ( 塔 式 磨 ) 在 边 磨 边 浸 过 程 中 , 磨 矿 介 质 与 矿 料 之 间 强 烈 的 剥 磨 作 用 , 破 坏 了 物 料 颗 粒 表 面 的 扩 散 界 面 层 , 从 而 加 快 化 学 反 应 速 度 。边 磨 边 浸 过 程 中 , 被 磨 细 的 颗 粒 不 断 暴 露 出 新 鲜 、反 应 活 性 甚 高 的 表 面 , 来 不 及 钝 化 就 参 与 浸 出 反 应 , 这 不 仅 能 加 速 化 学 反 应 , 而 且 还 能 提 高 化 学 浸 率 。 磨 等 。 主 要 分 类 见 表 3。 表 3  超 细 粉 碎 设 备 类 型 类 型 球 磨 机 给 料 粒 度 ömm 产 品 粒 度 öΛm 粉 碎 方 式 < 12 1~ 100 干 、湿 式 干 、湿 式 干 式 振 动 磨 < 6 1~ 74 气 流 磨 < 1 1~ 30 搅 拌 磨 < 3 011~ 45 5~ 125 3~ 74 干 、湿 式 干 式 412非 金 属 矿 的 超 细 磨 矿 辊 压 磨 < 30 < 8 随 着 新 材 料 的 不 断 发 展 , 非 金 属 超 细 粉 体 在 国 民 经 济 中 占 有 相 当 重 要 的 位 置 。例 如 , 重 质 碳 酸 钙 粉 磨 至 - 2Λm 可 作 为 造 纸 工 业 的 涂 料 , 重 钙 、 滑 石 、 硅 灰 石 和 伊 利 石 等 粉 磨 至 - 10Λm 可 作 塑 料 、橡 胶 工 业 中 的 填 料 , 采 用 超 细 粉 碎 与 高 速 冲 击 磨 胶 体 磨 干 式 < 012 1~ 20 湿 式 3 12超 细 分 级 设 备 超 细 分 级 设 备 是 制 备 超 细 粉 体 非 常 关 键 的 WWW.KY114.CN 设 备 : 通 过 分 级 , 可 以 生 产 特 定 粒 度 分 布 的 超 细 粉 体 ; 通 过 分 级 , 能 耗 降 低 , 可 以 经 济 地 生 产 超 细 粉 体 。 超 细 分 级 设 备 分 干 式 和 湿 式 超 细 分 级 机 , 其 中 干 式 超 细 分 级 机 的 类 型 见 表 4, 湿 式 超 细 分 级 机 主 要 有 小 直 径 旋 流 器 、 卧 式 螺 旋 分 级 机 和 蝶 式 分 级 机 。 添 加 外 加 剂 改 性 的 技 术 制 备 改 性 填 料 , 是 最 近 几 年 细 粉 碎 技 术 应 用 的 主 要 领 域 之 一 。 5Λm 以 下 的 固 体 颗 粒 对 塑 料 的 增 韧 性 能 已 经 被 大 家 所 证 实 。 4 13精 细 陶 瓷 、耐 火 材 料 和 磨 料 近 几 年 来 , 随 着 我 国 建 筑 陶 瓷 、卫 生 陶 瓷 行 表 4  干 式 超 细 分 级 机 的 类 型 业 的 迅 速 发 展 , 高 档 陶 瓷 要 求 釉 料 乳 浊 剂 给 釉 层 带 来 较 高 的 遮 盖 力 和 陶 瓷 产 品 具 有 较 高 的 白 度 , 作 为 陶 瓷 釉 料 乳 浊 剂 的 锆 英 石 超 细 粉 , 理 想 粒 度 是 亚 微 米 粒 级 , 因 为 它 可 在 高 温 时 易 熔 于 釉 料 中 , 冷 却 时 形 成 具 有 很 强 遮 盖 力 的 细 小 结 晶 , 但 由 于 设 备 和 成 本 限 制 , 一 般 平 均 粒 度 为 3 分 级 粒 径 处 理 能 力 - 1 ökg粉 h 机 型 机 名 öΛm 碰 撞 式 Coanda 型 可 变 冲 击 式 附 壁 式 013~ 10 0145~ 20 015~ 30 10~ 2000 惯 性 分 级 DSX 式 N PK 式 1~ 100 3~ 20 10~ 500 10~ 1000 离     心     分     级 自 由 涡 流 型 分 级 室 TC 式 015~ 30 回 转 型 ACU CU T 式 015~ 65 10~ 50 015~ 2000 强 制 涡 流 型 ~ 5Λm。 精 细 陶 瓷 需 要 超 细 粉 体 , 刚 磨 料 行 业 对 粒 度 要 求 更 严 , 不 仅 要 求 粒 度 细 , 而 且 要 求 粒 度 分 布 窄 。 M PS 式 叶 片 回 转 型 M SS 式 A TP 式 215~ 60 1~ 50 2~ 150 20~ 6000 5~ 1500 2~ 5000 颗 粒 回 转 型 02Sepa 式 < 10 4 14磁 性 材 料 磁 性 材 料 发 展 很 快 , 铁 氧 体 在 制 成 制 品 前 4 超 细 粉 碎 技 术 在 工 业 部 门 的 应 用 4 11难 浸 金 矿 石 的 超 细 磨 矿 金 被 黄 铁 矿 包 裹 , 以 显 微 金 、次 显 微 金 或 固 需 要 把 原 料 混 合 磨 细 至 1Λm 以 下 , 为 了 获 得 性 能 更 好 的 制 品 , 甚 至 要 磨 到 更 细 , 平 均 粒 度 018Λm 以 下 。 磨 细 设 备 主 要 为 搅 拌 磨 、 球 磨 机 熔 体 存 在 的 含 金 矿 石 , 是 难 溶 浸 提 金 的 一 类 金 2   张 国 旺黄 圣 生 : 超 细 粉 碎 技 术 的 应 用 和 发 展 2002 年 1 月 第 1 期 和 气 流 磨 等 。 15化 工 行 业 涂 料 工 业 需 要 超 细 铝 粉 浆 、铁 红 等 颜 料 , 钛 心 用 气 流 粉 碎 机 超 细 粉 体 碎 花 粉 , 使 花 粉 的 破 壁 率 达 99% 以 上 , 生 产 出 了 高 附 加 值 和 营 养 保 健 花 粉 。 4 白 粉 的 生 产 也 需 要 超 细 粉 碎 , 油 漆 工 业 需 要 超 细 研 磨 , 常 用 设 备 为 研 磨 机 , 例 如 砂 磨 机 、 球 磨 机 。 催 化 剂 的 生 产 也 需 要 超 细 粉 碎 技 术 , 所 以 , 几 乎 所 有 的 化 学 工 业 均 需 要 超 细 制 粉 。 自 20 世 纪 80 年 代 初 重 组 DNA 技 术 得 到 广 泛 应 用 以 来 , 生 物 技 术 发 生 了 质 的 飞 跃 , 生 物 产 品 越 来 越 多 , 许 多 具 有 重 大 应 用 价 值 的 产 品 应 运 而 生 , 如 具 有 显 著 医 疗 作 用 的 胰 岛 素 、干 扰 素 、生 长 激 素 等 , 它 们 的 基 因 分 别 在 宿 主 细 胞 内 克 隆 表 达 成 为 基 因 工 程 产 物 , 从 而 提 高 了 产 量 , 降 低 了 成 本 。很 多 基 因 工 程 产 物 均 是 胞 内 物 质 , 分 离 提 取 这 类 产 物 时 , 必 须 将 细 胞 破 壁 , 使 产 物 得 以 释 放 , 才 能 进 一 步 提 取 。因 此 细 胞 破 碎 是 提 取 胞 内 产 物 的 关 键 性 手 段 , 破 碎 技 术 的 研 究 引 起 了 基 因 工 程 专 家 和 生 化 工 程 学 者 的 高 度 关 注 。 4 16机 械 合 金 化 固 体 颗 粒 在 被 粉 碎 的 过 程 中 新 生 的 界 面 具 有 可 逆 的 恢 复 能 力 , 伴 随 这 种 恢 复 , 界 面 上 发 生 原 子 和 分 子 量 级 的 结 合 和 转 移 。 将 两 种 以 上 的 固 体 物 料 进 行 超 细 研 磨 , 将 促 使 物 质 间 在 界 面 上 的 相 互 固 溶 , 形 成 亚 微 观 复 合 材 料 。微 观 上 各 自 保 持 原 有 的 物 化 特 性 , 宏 观 上 呈 现 新 复 合 功 能 。M A 是 利 用 高 冲 击 能 介 质 粉 碎 机 , 或 者 高 能 搅 拌 球 磨 机 , 振 动 磨 或 行 星 磨 将 合 金 各 组 分 粉 体 混 合 粉 碎 , 在 机 械 力 作 用 下 使 其 相 互 固 溶 。这 是 非 平 衡 过 程 , 可 在 原 子 水 平 上 形 成 高 浓 度 过 饱 和 非 晶 态 固 溶 体 , 应 用 于 制 取 各 种 新 型 功 能 参考文献 1 张 国 旺 1 搅 拌 型 球 磨 机 的 研 究 和 发 展 1 中 国 颗 粒 学 会 制 备 与 处 理 学 术 会 议 1 徐 州 : 1995 WWW.KY12段 1 波 1 4 超 细 粉 . 制 C 备 技 术 的 N 现 状 与 展 望 1 材 料 工 程 , 材 料 。 1 9941(6) 15 4 17超 细 高 炉 水 淬 渣 与 超 细 水 泥 3董 远 达 1 高 能 球 磨 法 制 备 纳 米 材 料 1 材 料 科 学 与 工 程 , 993111(1) 1 高 炉 矿 渣 是 一 种 工 业 废 料 , 经 过 高 温 烧 结 4 S1G1 马 尔 翰 1 非 金 属 矿 超 细 磨 与 分 选 1 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 , 1988 后 具 有 较 高 的 活 性 , 目 前 多 用 作 水 泥 混 合 材 。随 着 高 强 混 凝 土 (C80) 用 量 的 增 多 , 已 有 用 高 炉 矿 渣 微 粉 代 替 硅 灰 的 应 用 。 清 华 大 学 的 研 究 结 果 表 明 , 添 加 30% 改 性 矿 渣 后 的 混 凝 土 的 28d 强 度 均 达 到 和 超 过 无 矿 渣 混 凝 土 , 但 早 期 强 度 偏 低 。河 砂 是 普 通 的 硅 质 矿 物 原 料 , 经 过 球 磨 细 5 张 国 旺 1 搅 拌 磨 矿 机 细 磨 重 钙 的 前 景 1 非 金 属 矿 , 19971 增 刊 170~ 71162 6张 国 旺 1 破 碎 粉 磨 设 备 的 现 状 及 发 展 1 粉 体 技 术 , 199814 3) 137~ 42 ( 7 张 国 旺 1 立 式 螺 旋 搅 拌 磨 矿 机 在 工 业 中 的 应 用 1 金 属 矿 山 , 199819 2 化 到 比 表 面 积 4000cm ög 以 上 , 将 具 有 高 的 活 8 张 国 旺 1 重 质 碳 酸 钙 粉 磨 设 备 及 工 艺 1 无 机 盐 工 业 , 性 。与 高 炉 矿 渣 相 同 , 超 细 河 砂 在 加 入 高 强 混 凝 土 中 后 在 提 高 混 凝 土 强 度 的 同 时 , 降 低 了 水 化 热 , 改 善 了 泵 送 混 凝 土 的 流 动 性 。超 细 水 泥 具 有 很 好 的 补 强 性 和 流 动 性 , 例 如 水 坝 的 裂 缝 补 强 。 1 99912 9李冷 、曾 宪 滨 1 硅 灰 石 微 粉 碎 工 艺 试 用 搅 拌 磨 的 研 究 1 非 金 属 矿 , 1993 (1) 111~ 14 1 1 1 0李冷 1 粉 碎 机 械 力 化 学 理 论 及 实 验 方 法 1 国 外 金 属 矿 选 矿 , 1991128(9) 136~ 42 4 18生 物 技 术 、食 品 和 药 品 1修 志 龙 、 姜炜 等 1 细 胞 破 碎 技 术 的 研 究 进 展 和 发 展 方 向 1 化 工 进 展 , 199411115~ 21 药 品 的 细 度 提 高 , 比 表 面 积 增 大 , 有 助 于 其 生 物 或 生 理 活 性 的 提 高 , 并 改 进 临 床 应 用 效 果 , 2都 有 为 1 超 微 颗 粒 的 应 用 , 化 工 进 展 , 199314121~ 24 将 改 变 传 统 的 制 药 工 业 。 中 国 空 气 动 力 研 究 中 (收 稿 日 期 2001- 08- 28) 3
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