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片状物料的湿法筛分与设备研制

时间:2010-01-15      阅读:1338

       随着科技的发展与进步,在新产品的开发中,越来越多地应用片状物料作原料,如塑料工业中应用云母、玻璃片、硼化铝薄片、氧化铝薄片、碳化硅薄片、圆钢片和小钢片等作为填充剂,起二维增强作用,增强与改善塑料的模塑件尺寸之稳定性、翘曲性、加工磨损性、耐热性、耐老化及耐酸碱性等;在涂料工业中,采用它们作为珠光颜料的基材,如目前已视片状氧化铝为云母薄片的替代物,生产出第二代效应颜料。
    同样,在新产品的开发中,对片状物料的加工质量,除提出了纯和细的要求外,同时还要求产品有高的径厚比及粒度上的窄分级。如云母钛的制造,主要用10-60um粒级云母粉。因为粒度均匀,可减少光的散射,增强珠光效应。要达到上述要求,只有采用湿法研磨及合理的辅助设备与工艺(脱水、分级与干燥)。产品的窄分级,意味着某粒级产品中,含粗率(大于粒级上限含量)与含粉率(小于粒级下限含量)受限定。产品生产中,对原材料的含粗率的限定比含粉率的限定要严格得多。但是,含粉率高不但影响到zui终产品的质量指标,而且还因微细粉的价格高,微细粉的流失影响整个产品的经济效益。
1.片状物料的特性
    (1)片状物料,如云母,不管加工至多细,其单个粒子的直径总是大于厚度许多倍,而且表面光滑。这种物料,不管粗细,遇水后,都很容易引起片间粘附,桥联成大而厚的团块,只有在足够水量的稀释下、经外力作用下团块才能分散开。片状矿物一旦桥联成块后,层间又会夹杂泥、砂及水份,导致除砂、脱泥、脱水与干燥困难。生产中,对于粗片物料(如云母)的除砂与脱泥,只有用带喷水的圆筒筛代替平面热运动筛,才能改善其效果。因为,圆筒筛内的提升板与喷水的协同作用促使团块松散并释放所夹杂的泥砂。
    (2)片状矿物,如云母,经湿法加工后,其径厚比可达50-100以上,其形状系数(等体积之球的表面积/等体积之矿粒的表面积)则由0.28-0.3左右降至0.1-0.025左右。形状系数的降低,导致它在水中的沉降速度急剧降低。而且,由于同一原料各片间的分剥性存在着差异,导致加工出的粉体之径厚比与形状系数存在差异。因而,如果利用沉降原理(如水力分级、旋流器等)进行分级,径厚比大的粒子将进入径厚比较小的细粒级产品,使细粒级产品含粗率增加。反之,径厚比小的粒子将进入径厚比较小的粗级别,增加粗级别产品的含粉率。因此,对于片状物料,水力分级机和旋流器都难于有效达到窄分级的目的。
2.卧式湿法筛分的缺陷
    当今小于100目的微细物料多采用空气分级机分级。物料在气流的带动下通过高速旋转的转子(叶片)进行分级。在这里,片状粒子不可避免地受到转子的冲击,使径厚比和表面积性能均遭到破坏,这点已为电镜下对颗粒的观察所证明。因此,为保证片状物料的径厚比及表面性能,必须采用湿法筛分进行分级。
    湿法筛分不但可以保护产品中粒子的棱角不受二次冲击破坏,从而保护产品径厚比与表面性能。而且,其筛分效率高于干法筛分。*,小于0.5mm的物料进行干筛时,其效率已很低,工业上已不能采用。但是,常规用于微细物料进行湿法分的设备亦存在如下缺陷。
    (1)随着筛孔的减小,水膜的影响加剧。微细物料的质量已很小,水动阻力的影响显得更大。片状粒子的桥联作用,使处于卧式(筛网呈水平或倾斜安装的)筛分机筛面上的物料,在有限的水量下来不及松散;在过量的喷水下,松散开的粒子又悬浮于水膜之中,大大降低与筛孔的碰撞率,自然也就降低了筛分效率。
    (2)当今广泛用于粒状微细物料筛分的卧式高频热运动筛,如美国的德瑞克(derrick)筛,其振频3000r/min,分级粒度0.1-0.4mm;长沙矿冶院与东北大学等单位研制的GPS型高频细筛,频率为2850r/min,分级粒度0.1-0.4mm物料,它们都是采用2-3层筛网,各层网孔不同,因而存在着5%-10%的含粗率,而且对小于150-200目的金属矿物的筛分,已显得无能为力。因此,对密度小、含粗率要求严的非金属微细矿物进行筛分则更为困难。
3.湿式立式高频振动细筛的特点
    笔者依据国内外资料,研制出500*1000mm湿式立式高频振动细筛,并已在生产中成功地应用于100-500目湿法云母粉的分级。该设备的工作示意图如下图所示(略)。高频振动电机1,经弹簧2和弹簧板3带动悬挂在下面的筛筒4,在固定筒体7内作不瞅上下往复振动。筛筒外周固定筛网,下面与沉降室用软件6连接。补给水经水管8给入沉降12内,经返水盘9的周边环形孔上升至筛筒的上端,并充满整个筒体7内,筒体7固定在机架上或楼板上。矿浆经配料斗13给在筛筒内,在恒速水流的连续带动下,径厚比大、粒度细的粒子首先被带出筛网;径厚比大的细粒是从上部被带出筛网,经沉淀后从管11排出。只要调节好管10、11及12的阀门,即可稳定筛筒内的矿浆面并进行稳定地工作。筛筒上筛网的孔径可以根据需要更换。
    该设备的特点是:1)筛分过程是处在稀矿浆中完成的,小于筛孔的细颗粒靠一定流速的水流携带穿过筛孔,成为筛下产品。片状颗粒在上升流的连续作用下,不会产生桥联作用,因而消除了不利于筛分的因素;2)筛筒4内设有内圆筒,待分物料处在内筒与筛网之间的环形区内,既防止片状物料长时间悬浮在筛框内,发生物料富集,阻碍分选过程;又迫使物料对筛网作反复碰撞,增加碰撞次数,有利于筛分效率的提高;3)筛筒带筛网一道作上下高频振动(频率2850r/min),有效地防止了筛网堵塞,为筛分的提供了保证;4)筛框外部与固定筒体7之间的间距较大,为过筛的细料沉降及随下降流排出提供了有利条件。
    此种立式细筛,能否应用于小于600目(25um)物料的筛分尚有待研究。因笔者在国内所见到的600目不锈钢筛网,其透光度已很差,不适于筛分。笔者以为,研制高强筛网材料,提高筛孔有效率;或者,矿浆在离心力或一定压力下进行筛分,有可能向下扩大筛分粒度范围。
    笔者确信,湿式立式高频振动细筛在湿法云母粉分级中成功的运用,必将能推广到其他片状物料的筛分分级。但笔者在此提醒:水质中的钙、镁等离子容易吸附于筛网上,堵塞筛孔,降低得分效率;酸性水质,会使硅酸盐矿物发生凝聚,破坏物料的分散与分级,因此必须时刻注意生产用水质。
    随着科技的发展与进步,在新产品的开发中,越来越多地应用片状物料作原料,如塑料工业中应用云母、玻璃片、硼化铝薄片、氧化铝薄片、碳化硅薄片、圆钢片和小钢片等作为填充剂,起二维增强作用,增强与改善塑料的模塑件尺寸之稳定性、翘曲性、加工磨损性、耐热性、耐老化及耐酸碱性等;在涂料工业中,采用它们作为珠光颜料的基材,如目前已视片状氧化铝为云母薄片的替代物,生产出第二代效应颜料。
    同样,在新产品的开发中,对片状物料的加工质量,除提出了纯和细的要求外,同时还要求产品有高的径厚比及粒度上的窄分级。如云母钛的制造,主要用10-60um粒级云母粉。因为粒度均匀,可减少光的散射,增强珠光效应。要达到上述要求,只有采用湿法研磨及合理的辅助设备与工艺(脱水、分级与干燥)。产品的窄分级,意味着某粒级产品中,含粗率(大于粒级上限含量)与含粉率(小于粒级下限含量)受限定。产品生产中,对原材料的含粗率的限定比含粉率的限定要严格得多。但是,含粉率高不但影响到zui终产品的质量指标,而且还因微细粉的价格高,微细粉的流失影响整个产品的经济效益。
1.片状物料的特性
    (1)片状物料,如云母,不管加工至多细,其单个粒子的直径总是大于厚度许多倍,而且表面光滑。这种物料,不管粗细,遇水后,都很容易引起片间粘附,桥联成大而厚的团块,只有在足够水量的稀释下、经外力作用下团块才能分散开。片状矿物一旦桥联成块后,层间又会夹杂泥、砂及水份,导致除砂、脱泥、脱水与干燥困难。生产中,对于粗片物料(如云母)的除砂与脱泥,只有用带喷水的圆筒筛代替平面热运动筛,才能改善其效果。因为,圆筒筛内的提升板与喷水的协同作用促使团块松散并释放所夹杂的泥砂。
    (2)片状矿物,如云母,经湿法加工后,其径厚比可达50-100以上,其形状系数(等体积之球的表面积/等体积之矿粒的表面积)则由0.28-0.3左右降至0.1-0.025左右。形状系数的降低,导致它在水中的沉降速度急剧降低。而且,由于同一原料各片间的分剥性存在着差异,导致加工出的粉体之径厚比与形状系数存在差异。因而,如果利用沉降原理(如水力分级、旋流器等)进行分级,径厚比大的粒子将进入径厚比较小的细粒级产品,使细粒级产品含粗率增加。反之,径厚比小的粒子将进入径厚比较小的粗级别,增加粗级别产品的含粉率。因此,对于片状物料,水力分级机和旋流器都难于有效达到窄分级的目的。
2.卧式湿法筛分的缺陷
    当今小于100目的微细物料多采用空气分级机分级。物料在气流的带动下通过高速旋转的转子(叶片)进行分级。在这里,片状粒子不可避免地受到转子的冲击,使径厚比和表面积性能均遭到破坏,这点已为电镜下对颗粒的观察所证明。因此,为保证片状物料的径厚比及表面性能,必须采用湿法筛分进行分级。
    湿法筛分不但可以保护产品中粒子的棱角不受二次冲击破坏,从而保护产品径厚比与表面性能。而且,其筛分效率高于干法筛分。*,小于0.5mm的物料进行干筛时,其效率已很低,工业上已不能采用。但是,常规用于微细物料进行湿法分的设备亦存在如下缺陷。
    (1)随着筛孔的减小,水膜的影响加剧。微细物料的质量已很小,水动阻力的影响显得更大。片状粒子的桥联作用,使处于卧式(筛网呈水平或倾斜安装的)筛分机筛面上的物料,在有限的水量下来不及松散;在过量的喷水下,松散开的粒子又悬浮于水膜之中,大大降低与筛孔的碰撞率,自然也就降低了筛分效率。
    (2)当今广泛用于粒状微细物料筛分的卧式高频热运动筛,如美国的德瑞克(derrick)筛,其振频3000r/min,分级粒度0.1-0.4mm;长沙矿冶院与东北大学等单位研制的GPS型高频细筛,频率为2850r/min,分级粒度0.1-0.4mm物料,它们都是采用2-3层筛网,各层网孔不同,因而存在着5%-10%的含粗率,而且对小于150-200目的金属矿物的筛分,已显得无能为力。因此,对密度小、含粗率要求严的非金属微细矿物进行筛分则更为困难。
3.湿式立式高频振动细筛的特点
    笔者依据国内外资料,研制出500*1000mm湿式立式高频振动细筛,并已在生产中成功地应用于100-500目湿法云母粉的分级。该设备的工作示意图如下图所示(略)。高频振动电机1,经弹簧2和弹簧板3带动悬挂在下面的筛筒4,在固定筒体7内作不瞅上下往复振动。筛筒外周固定筛网,下面与沉降室用软件6连接。补给水经水管8给入沉降12内,经返水盘9的周边环形孔上升至筛筒的上端,并充满整个筒体7内,筒体7固定在机架上或楼板上。矿浆经配料斗13给在筛筒内,在恒速水流的连续带动下,径厚比大、粒度细的粒子首先被带出筛网;径厚比大的细粒是从上部被带出筛网,经沉淀后从管11排出。只要调节好管10、11及12的阀门,即可稳定筛筒内的矿浆面并进行稳定地工作。筛筒上筛网的孔径可以根据需要更换。
    该设备的特点是:1)筛分过程是处在稀矿浆中完成的,小于筛孔的细颗粒靠一定流速的水流携带穿过筛孔,成为筛下产品。片状颗粒在上升流的连续作用下,不会产生桥联作用,因而消除了不利于筛分的因素;2)筛筒4内设有内圆筒,待分物料处在内筒与筛网之间的环形区内,既防止片状物料长时间悬浮在筛框内,发生物料富集,阻碍分选过程;又迫使物料对筛网作反复碰撞,增加碰撞次数,有利于筛分效率的提高;3)筛筒带筛网一道作上下高频振动(频率2850r/min),有效地防止了筛网堵塞,为筛分的提供了保证;4)筛框外部与固定筒体7之间的间距较大,为过筛的细料沉降及随下降流排出提供了有利条件。
    此种立式细筛,能否应用于小于600目(25um)物料的筛分尚有待研究。因笔者在国内所见到的600目不锈钢筛网,其透光度已很差,不适于筛分。笔者以为,研制高强筛网材料,提高筛孔有效率;或者,矿浆在离心力或一定压力下进行筛分,有可能向下扩大筛分粒度范围。
    笔者确信,湿式立式高频振动细筛在湿法云母粉分级中成功的运用,必将能推广到其他片状物料的筛分分级。但笔者在此提醒:水质中的钙、镁等离子容易吸附于筛网上,堵塞筛孔,降低得分效率;酸性水质,会使硅酸盐矿物发生凝聚,破坏物料的分散与分级,因此必须时刻注意生产用水质。

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