硅酸鋯濕法球磨工藝中磨介的影響

于非 鄒水林 黃岑立 張果戈 李文芳

摘 要：本文對用于生產(chǎn)超細(xì)硅酸鋯的常用研磨介質(zhì)進(jìn)行了分析對比，測定了其研磨損耗，研究了研磨介質(zhì)的不同材質(zhì)、不同粒徑和粒徑配比等因素對硅酸鋯產(chǎn)品的平均粒度的影響。結(jié)果表明：市售的不同材質(zhì)的研磨介質(zhì)在實驗條件下的損耗在0.1%～1.15%之間，均可用于濕法超細(xì)硅酸鋯的生產(chǎn)。對于相同材質(zhì)的磨介，較小直徑的磨介有助于得到更細(xì)的產(chǎn)品，對罐體的沖擊也較小。不同直徑的磨介其本身磨損率相當(dāng)，大小配比的效果介于大、小直徑磨介之間。

關(guān)鍵詞：鋯英砂；超細(xì)硅酸鋯；濕法球磨工藝；研磨介質(zhì)

1 引言

硅酸鋯是指鋯英砂經(jīng)過超細(xì)粉磨工藝加工而成的超細(xì)粉體。我國硅酸鋯的生產(chǎn)和應(yīng)用，開始在20世紀(jì)80年代末90年代初[1]。目前，硅酸鋯最主要的應(yīng)用是作為陶瓷乳白釉的乳濁劑，用于日用陶瓷以及建筑衛(wèi)生陶瓷的釉面上[2，3]。硅酸鋯產(chǎn)品的粒度是影響其質(zhì)量的一個重要因素。

國內(nèi)外的超細(xì)硅酸鋯粉末的生產(chǎn)可以分為干法和濕法兩種。濕法工藝制造是將鋯英砂與水、助磨劑、研磨介質(zhì)按一定比例加入球磨機(jī)，隨著磨筒的轉(zhuǎn)動，處于磨介之間的鋯英砂受沖擊、研磨和剪切等作用而被粉碎制備而成，在國內(nèi)應(yīng)用較多[4]。

在硅酸鋯濕法生產(chǎn)中使用的研磨介質(zhì)主要有氧化鋯球、硅酸鋯球、氧化鋁球[5]。氧化鋯球具有強(qiáng)度高、韌性好和耐磨性好的特點，并能增加超細(xì)硅酸鋯產(chǎn)品的鋯含量，其中應(yīng)用較多的是釔穩(wěn)定氧化鋯球。硅酸鋯球以硅酸鋯為原料，與超細(xì)硅酸鋯產(chǎn)品材質(zhì)相同，具有不增加雜質(zhì)的優(yōu)點。氧化鋁球大多用α-Al2O3作原料，也有些企業(yè)采用品質(zhì)優(yōu)良、貯量豐富、價格低廉的鋁釩土為主要原料生產(chǎn)氧化鋁球。氧化鋁球根據(jù)氧化鋁含量不同，可以分為中鋁球、中高鋁球和高鋁球。高鋁球由于其具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、耐高溫、耐腐蝕、無污染等優(yōu)異特性，且密度大、體積小，被廣泛運用于不同類型的陶瓷、瓷釉、玻璃、化工等工廠的厚硬材質(zhì)精加工和深加工，其中尤以Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%的高鋁球使用最為普遍[6]。

磨介的成型方法有擠壓法、團(tuán)球法、液壓硬模成型法及等靜壓成型法[7]，不同工藝條件下以及不同材質(zhì)的研磨介質(zhì)的化學(xué)成份和物理性質(zhì)都不相同，研磨效果和研磨損耗也有差異。同時，研磨過程中磨損的磨介材料也對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。因此，在超細(xì)硅酸鋯濕法生產(chǎn)中研磨介質(zhì)的選取至關(guān)重要。

本文是在實驗室條件下，對濕法球磨加工中的常用研磨介質(zhì)進(jìn)行了分析對比，測定了其研磨損耗，研究了研磨介質(zhì)的不同材質(zhì)、不同粒徑和粒徑配比等因素對硅酸鋯產(chǎn)品的平均粒度的影響，為實際生產(chǎn)提供依據(jù)和指導(dǎo)。

2 實驗內(nèi)容

本實驗原料采用澳大利亞ILUKA公司優(yōu)級鋯英砂，化學(xué)成分如表1所示；研磨介質(zhì)采用市售的氧化鋯球、硅酸鋯球和高鋁球，直徑為0.6～10 mm；粒度測試采用歐美克LS-POP（6）型激光粒度儀；球磨機(jī)采用南京科析實驗儀器研究所的XQM-2L變頻行星式球磨機(jī)，球磨工藝：料漿濃度為2/3，球料比為2：1，研磨時間為10 h，轉(zhuǎn)速為250 r/min。在上述工藝的基礎(chǔ)上，選取不同材質(zhì)、不同粒徑和粒徑配比的磨介進(jìn)行研磨實驗，然后對磨介、球罐研磨前后的質(zhì)量以及所得硅酸鋯的平均粒徑進(jìn)行測試。快速磨采用淄博雷德YMJ1型快速研磨機(jī)，轉(zhuǎn)速520 r/min，時間為2 h，并在此條件下對不同廠家生產(chǎn)的不同材質(zhì)的磨介的磨損進(jìn)行測試。

3 結(jié)果與分析

3.1 濕法球磨工藝中不同磨介的磨損結(jié)果及分析

選取不同廠家生產(chǎn)的不同材質(zhì)的磨介進(jìn)行測試，采用快速磨，研磨時間為2 h，轉(zhuǎn)速520 r/min，研磨介質(zhì)的損耗結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，測試的各種磨介的磨損結(jié)果總體在0.1%～1.15%范圍內(nèi)，不同材質(zhì)磨介的磨損結(jié)果則缺少規(guī)律性。即使同一材料的磨球，由于生產(chǎn)方法及工藝控制的不同，耐磨程度有較大的差別。如采用等靜壓成型的磨介球與注漿成型的磨介球磨耗相差很多[8]。此外，原料純度、粒度、粉體流動性等方面的差別，也會對研磨介質(zhì)的耐磨性產(chǎn)生影響。

3.2 不同磨介材質(zhì)情況下的硅酸鋯平均粒度

考慮到3.1的情況，選取磨損率接近的同一直徑相同重量的三種不同材質(zhì)的磨介，對鋯英砂進(jìn)行研磨，考察其對硅酸鋯平均粒度的影響，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，不同材質(zhì)磨介得到了大致相近的結(jié)果。分析其原因，一方面，同樣直徑的情況下氧化鋯珠擁有最大的密度，硅酸鋯珠次之，氧化鋁珠最低，實測結(jié)果分別為5.36 g/cm3，4.28 g/cm3，3.81 g/cm3。較大質(zhì)量的磨介在同等運動速度的條件下?lián)碛懈叩难心_力，有助于得到更細(xì)的微粒，但另一方面，在同等質(zhì)量的前提下，較大密度的磨介卻也擁有最少的單體數(shù)量，相應(yīng)具有較小的比表面積以及較低的沖擊頻率，從而可能抵消了單個球體密度較大所帶來的優(yōu)勢。

3.3 磨介直徑大小不同情況下的磨介磨損結(jié)果

選取同一生產(chǎn)廠家的直徑分別為4 mm、6 mm、8 mm、10 mm的高鋁球進(jìn)行研磨，考察其磨損情況，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，不同直徑的磨介其磨損率基本保持同一數(shù)值。

3.4 磨介直徑大小不同情況下的罐體磨損結(jié)果

磨介直徑大小不同情況下的罐體磨損結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見，與球的磨損情況相比，球罐的磨損出現(xiàn)了隨球徑增大而逐漸增大的趨勢。分析其原因，可能是在罐體受沖擊表面大致相同的情況下，大粒徑磨介球由于質(zhì)量較大所造成的更強(qiáng)的沖擊作用在球罐的磨損中扮演了主要的角色。

3.5 磨介直徑大小不同情況下的硅酸鋯平均粒度

在3.3的實驗條件下，所得的硅酸鋯的平均粒度如圖3所示。

由圖3可見，在同樣的研磨條件下，采用較小直徑的磨介球得到的硅酸鋯的平均粒度要小于采用較大粒度的磨介球所得到的硅酸鋯的平均直徑。

3.6 磨介直徑配比對硅酸鋯平均粒度的影響

實際生產(chǎn)中，磨介初裝時往往采用不同直徑的磨介配成一定比例加入。選取直徑4 mm和10 mm的磨介，按重量配比（g）：200：0 、150：50 、100：100 、50：150 、0：200 進(jìn)行測試，所得硅酸鋯的平均粒度結(jié)果見圖4。

由圖4可見，采用不同直徑磨介配比的結(jié)果介于大直徑磨介和小直徑磨介之間，并基本呈線性關(guān)系，并無突出優(yōu)勢。實際生產(chǎn)中，由于磨損，往往采取定期補(bǔ)加大直徑磨介的辦法補(bǔ)充磨介。在初裝和補(bǔ)加皆為單一直徑磨介的情況下，由于磨介的磨損率在一定范圍內(nèi)隨直徑大小的變化不大，故球磨罐中的磨介直徑在一定區(qū)間內(nèi)基本是均勻分布的。

3.7 磨介損耗對硅酸鋯中氧化鋯含量的影響

超細(xì)硅酸鋯粉的加工是一種簡單的物理加工過程，其化學(xué)成份理論上應(yīng)和原材料化學(xué)成份一致。硅酸鋯球的主要成份與鋯英砂相近，對超細(xì)硅酸鋯化學(xué)成份無明顯影響。氧化鋯球可以提高超細(xì)硅酸鋯產(chǎn)品中氧化鋯的度數(shù)，以其磨損率為0.5%，球料比2：1，原料含氧化鋯66.6%計算，成品的度數(shù)大約為66.9，提高約0.3度。相反，氧化鋁球的主要成份為A12O3，會引起產(chǎn)品中氧化鋯的度數(shù)降低。實際生產(chǎn)中，測得的結(jié)果約為降低1～1.5度。當(dāng)采用氧化鋁球作為磨介時，如損耗過大，將影響到硅酸鋯的質(zhì)量和應(yīng)用。

4 結(jié)論

在采用濕法球磨工藝制取硅酸鋯的情況下，各類研磨介質(zhì)均能用于超細(xì)硅酸鋯的生產(chǎn)，不同廠家和材質(zhì)的磨介的選擇應(yīng)以實際效果和成本劃算為準(zhǔn)，并結(jié)合產(chǎn)品的應(yīng)用要求考慮。對于相同材質(zhì)的磨介，較小直徑的磨介有助于得到更細(xì)的產(chǎn)品，對罐體的沖擊也較小。不同直徑的磨介其本身磨損率相當(dāng)，大小配比的效果介于大、小直徑磨介之間。

參考文獻(xiàn)

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