滑石粉加工用超細磨粉機工作機理

基於滑石粉的用途越來越廣泛,我廠為了研發滑石粉生產專用磨粉設備和生產線,因此和研究機構合作研究了超細磨粉機超細粉碎滑石粉過程中粉體表麵性質、晶體結構、化學鍵和元素位移的變化。研究表明,滑石粉經超細磨粉機後,晶體結構趨於無序化,矽、氧和鎂原子的結合能降低,各晶麵的衍射強度、官能團對應的紅外光譜的波峰及衍射斑點也發生波動;用XPS, XRD, TEM和IR等技術探討了發生機械化學變化的機理。

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滑石粉加工用超細磨粉機工作機理

超細粉碎技術是非金屬礦深加工的重要手段研究表明,超細粉碎過程並不隻是簡單的物料粒度的減小,還伴隨許多複雜的粉體物理化學性質和晶體結構的變化—— 機械化學變化。機械化學能賦予材料許多特的性能[1 ] ,利用超細磨粉機過程的機械能使原料發生晶型轉變,並誘發化學反應。

自20世紀60年代初提出“機械化學”以來,機械化學在磁性材料製備、複雜礦處理、粉體合成及機械合金化( M A) 等領域得到了廣泛的應用[ 2~ 4] ,作者曾利用超細磨粉機機械化學法製備了複合粉體,並應用於PP填料,取得了良好的效果[ 5] . 作者研究了滑石粉超細磨粉機過程的機械化學變化,為非金屬礦機械化學深加工技術的開發及超細磨粉機的機械化學理論提供新的思路。

滑石粉取自長沙礦石粉廠, - 44μm 100% ,平均粒徑為16. 5 μm, 化學成分(質量分數): SiO260. 9% , MgO 31. 3% , CaO 0. 04% , Fe2O3 0. 01% 。 實驗用立式超細磨粉機有效容積為4. 8 L,電機功率2. 2kW , 桶壁為聚胺酯內襯, 介質為dia 3mm的氧化鋯球, 磨礦濃度為55% , 取樣後經真空抽濾、烘幹,即可用於檢測。

滑石粉超細磨粉機

2. 1 超細磨粉機過程表麵性質的變化

超細粉體的表麵性質是粉體性質的重要參數,它直接影響到粉體的吸附、潤濕、表麵能及其它表麵行為.表麵性質是衡量超細粉體應用效果的比較重要指標.滑石粉經超細磨粉機後粒度不斷細化,如超細磨粉機1h後,超細粉體的平均粒徑為d= 1. 62 μm; 細磨8 h後,平均粒徑0. 71μm. 除了粒度變細以外,通過測試粉體的ζ電位,從圖1中可以看出,細磨後,滑石粉表現出與原礦不同的表麵性質,ζ電位負得更大,說明在同二pH值條件下,細磨的滑石粉表麵性質更活躍,表麵活性更強;用作陶瓷原料時,超細滑石粉在基體中的分散性和燒結性能更好。

2. 2 超細磨粉機過程晶體結構的變化

X和RD分析表明,滑石粉結晶程度隨細磨的進行而降低,而衍射強度的變化能反映出滑石粉晶體結構的變化; 表2是滑石粉中各晶麵X 射線衍射強度隨細磨時間的變化; 由於晶體結構中有序排列的晶麵隨細化過程不斷減少,有序程度下降. 從而引起( 004) , ( 006) , ( 010) , ( 028)和( 206)衍射強度的下降。 對於其它晶麵,由於細磨初期發生部分解理, 時間越長,晶格無序化作用發生變化,衍射強度也隨之變化.對比圖2的衍射花樣,細磨8 h後,衍射斑點減少,說明晶體無序化程度逐漸加強。

超細磨粉機過程化學鍵合的變化

滑石粉超細磨粉機後的紅外光譜見圖3。 在3675cm- 1處晶體的伸縮振動吸收光譜強度下降,而3430cm- 1 , 2523 cm- 1和1820 cm- 1處H2O分子振動光譜的強度增強,這說明超細磨粉機過程中機械力的作用排除了滑石粉中- O H, 形成的H2O 不斷增多。

Si O 鍵在1018 cm- 1處的伸縮振動和467 cm- 1處的晶格變形振動使吸收光譜的強度下降, Si O鍵逐漸斷裂,有序結構被破壞,產生晶格變形;而聯接各層之間的Si O Mg 鍵紅外吸收光譜的強度在880 cm- 1處加強,但在712 cm- 1處則下降,這表明滑石粉超細磨粉機過程中除了發生部分晶格變形外,其層狀結構的有序化和鍵合作用也受到二定的影響,這二點與XRD的分析相吻合。

對超細磨粉機後滑石粉的X PS能譜分析表明(見圖4) , 機械力的作用直接導致O1s , Si2p , Mg2p的電子結合能分別下降了0. 2, 0. 4和0. 4 eV ,說明該元素的電子發生了化學位移,從而鍵合作用受到破壞。

  • a. 超細磨粉機超細粉碎滑石粉,增強了滑石粉的表麵活性,除了發生晶格變形和鍵合作用減弱外,其層狀結構有序化程度也受到了二定的影響;
  • b. 超細磨粉機過程機械力的作用,使滑石粉晶體結構中O1s , Si2p , Mg2p的結合能降低,發生了化學位移;
  • c. 超細磨粉機後晶體鍵能的降低是引起滑石粉機械化學變化的主要原因。

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