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上海矽諾國際貿(mào)易有限公司 2020-05-15 點(diǎn)擊1601次
白云石的化學(xué)式為CaMg(CO ) ，屬于三方晶系，主要應(yīng)用于冶金、化工、建材、農(nóng)業(yè)和環(huán)保等領(lǐng)域¨ 。采用不同的物理化學(xué)工藝處理，可以改變白云石的晶形、顆粒形貌和尺寸，影響白云石的物理化學(xué)性質(zhì)，提高其作為顏料、分散劑或者充填材料的使用性能 J。對(duì)自云石礦進(jìn)行揀選、破碎、磨細(xì)后可制得白云石粉。白云石粉可在一定程度上取代橡膠、涂料、塑料等行業(yè)中的輕鈣粉或重鈣粉，具有廣闊的發(fā)展前景 J。
國內(nèi)造紙用填料主要有碳酸鈣、滑石粉和高嶺土等。隨著廢紙回用量的增加及中、堿性造紙的發(fā)展，碳酸鈣填料(尤其是重質(zhì)碳酸鈣)因其良好的抄造性能、較好的施膠效果以及對(duì)紙張強(qiáng)度影響低等優(yōu)點(diǎn)，正逐步替代其他填料。我國白云石資源分布廣泛、蘊(yùn)藏豐富、品質(zhì)優(yōu)、易開采。白云石的晶體結(jié)構(gòu)與方解石類似，價(jià)格低廉，擁有較高的不透明度，經(jīng)濕法研磨后可以部分代替重質(zhì)碳酸鈣作為造紙?zhí)盍匣蛴糜谥苽鋸?fù)合材料，改善紙張性能，進(jìn)而更加合理有效地利用資源，降低成本。因此，對(duì)填料級(jí)白云石濕法研磨工藝的研究具有一定意義。
目前用作造紙?zhí)盍系奶妓徕}大多為55級(jí)至65級(jí)。本研究利用SK立式砂磨機(jī)，研究了分散劑用量、研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比、研磨時(shí)問等條件對(duì)濕法研磨白云石的影響。通過粒徑分析探討了白云石用作造紙?zhí)盍系倪m宜研磨工藝。
1 實(shí)驗(yàn)
1．1 原料與試劑
實(shí)驗(yàn)原料為工業(yè)級(jí)白云石，純度94．68％ ，粒徑小于2 m的微粒占10％ ， 由青島某公司提供，主要化學(xué)成分分析見表1。
分散劑采用六偏磷酸鈉，AR級(jí)，山東某公司提供。研磨介質(zhì)為直徑1．2～2 mm氧化鋯球
SK立式砂磨機(jī)，常州自力化工機(jī)械有限公司制造；SediGraph m型全自動(dòng)x光透射沉降粒度分析儀，美國Micromeritics公司制造。
1．3 研究方法
1．3．1 礦粉的研磨與分析
取200 g白云石，按照研究方案設(shè)定的比例加入水和分散劑，攪拌均勻，與一定量的研磨介質(zhì)一起加入砂磨機(jī)中，在3000 r／min轉(zhuǎn)速下進(jìn)行研磨。按照設(shè)定的研磨時(shí)間取樣，經(jīng)100目篩篩分之后，通過粒度儀檢測粒徑分布情況。然后，根據(jù)不同條件下樣品的粒徑分布，分析各因素對(duì)研磨效果的影響。最終采
用正交實(shí)驗(yàn)法確定合理的研磨工藝。
1．3．2 研磨時(shí)問的確定
當(dāng)?shù)V漿濃度為60％ 、分散劑用量為0．5％ 、研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比為5：1時(shí)，按照上述實(shí)驗(yàn)方法，每隔10 min取樣，篩分后通過粒度儀檢測粒徑分布情況，測得2 m以下微粒所占比例達(dá)到55％ ～65％即為所需研磨時(shí)間。
1．3．3 分散劑用量的確定
以礦漿濃度為60％ ，研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比為5：1，分散劑用量分別為0、0．3％ 、0．5％ 、0．7％ 、0．9％ 的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。按照1．3．1所述方法，研磨40 min后取樣，篩分后測其粒徑分布情況，選取2 Ixm以下微粒所占比例較高的分散劑用量進(jìn)行
正交實(shí)驗(yàn)。
1．3．4 礦漿濃度的確定
設(shè)定分散劑用量為0．5％ 、研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比為5：1，參照同類礦物的礦漿參數(shù) ，將礦漿中物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別選定為50％ 、55％ 、60％ 和65％，按照1．3．1所述方法，研磨40 rain后取樣，篩分后測其粒徑分布情況，選取2 m以下微粒所占比例高的礦漿濃度進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
1．3．5 研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比的確定
設(shè)定分散劑用量為0．5％ ，礦漿濃度為60％，參照同類實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ]，分別選取研磨介質(zhì)與白云石的質(zhì)量比為3：1、4：1、5-1、6：1、7：1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研磨40 min后取樣，篩分后測其粒徑分布情況，選取2 Ixm以下微粒所占比例高的研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。
2 結(jié)果與分析
2．1 研磨效果的影響因素
2．1．1 研磨時(shí)間對(duì)微粒粒徑的影響
濕法研磨過程中，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下研磨介質(zhì)對(duì)白云石微粒產(chǎn)生了撞擊、擠壓和破碎作用，達(dá)到了研磨的目的 J。隨研磨時(shí)間的延長，白云石微粒的粒徑不斷減小。研磨后白云石微粒粒徑與研磨時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。
由圖1可以看到，在研磨0～35 min時(shí)，白云石微粒粒徑減小較快，2 m 以下微粒所占比例由
7．8％升至57．6％ ；在35～45 min時(shí)，2 Ixm 以下微粒增加速率逐漸降低，所占比例由57．6％ 增至64．7％ ，滿足了造紙?zhí)盍系囊螅划?dāng)繼續(xù)研磨至50 min時(shí)，2 Ixm以下微粒達(dá)到67．4％ 。隨研磨時(shí)間的延長，白云石粒徑不斷減小，比表面積相應(yīng)增大，礦漿黏度也提高。此時(shí)，微粒受到研磨介質(zhì)的沖擊力逐漸減弱，小顆粒增加速率減慢。因此，可以選擇35、40、45 rain這3個(gè)時(shí)問作為正交實(shí)驗(yàn)的時(shí)間水平。
2．1．2 分散劑用量對(duì)微粒粒徑的影響
濕法研磨過程中，隨顆粒尺寸的減小，其相互之間的引力增大，致使產(chǎn)生團(tuán)聚，礦漿黏度也隨之提高。因此，在研磨時(shí)，加入分散劑有助于改善粉體的分散穩(wěn)定性和流動(dòng)性，防止同質(zhì)顆粒之間出現(xiàn)團(tuán)聚，降低礦漿黏度，改善研磨效率¨ 。微粒粒徑與分散
劑用量的關(guān)系如圖2所示。
由圖2可知，隨分散劑用量的增加，2 m以下微粒所占的比例先是迅速增加，而后開始降低；在分散劑用量為0．5％ 時(shí)，其達(dá)到最大值(63．9％)。這是因?yàn)殡S六偏磷酸鈉用量的增加，微粒表面的電荷密度升高，粒子之問的斥力相應(yīng)增大，使得體系的分散
性得以改善。當(dāng)分散劑用量增至0．7％及0．9％時(shí)，研磨后的微粒粒徑在2 Ixm以下比例分別降至60．8％和61．0％ ；當(dāng)分散劑用量繼續(xù)增加時(shí)，過剩的六偏磷酸鈉分子會(huì)相互橋聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，限制了微粒之間的運(yùn)動(dòng)，致使流變性變差。因此，可以選擇分散劑用量為0．4％ 、0．5％ 、0．6％進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。
2．1．3 礦漿濃度對(duì)微粒粒徑的影響
礦漿濃度也是影響白云石研磨狀況的重要因素。隨礦漿濃度的升高，黏度變大而導(dǎo)致分散更為困難；而礦漿濃度如果過低，則會(huì)減弱介質(zhì)對(duì)白云石微粒的沖擊和磨剝作用，影響研磨效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
由圖3可知，在研磨時(shí)間相同的條件下，隨礦漿濃度的增加，粒徑在2 Ixm以下的微粒所占比例逐漸增加，而后趨于平緩；當(dāng)?shù)V漿濃度從50％增至60％時(shí)，2 m以下微粒由58．7％增至63．9％ ，此時(shí)，隨礦漿濃度的增加，礦粉與研磨介質(zhì)之間的碰撞次數(shù)增加，剪切和擠壓作用增強(qiáng)；當(dāng)?shù)V漿濃度繼續(xù)增至65％ 時(shí)，小于2 m的微粒緩慢增至64．6％ ，這是由于礦漿濃度升高引起礦漿黏度增加，流動(dòng)速度變慢，研磨介質(zhì)的沖擊作用減弱的緣故，這與文獻(xiàn)[11]中自云石在超細(xì)研磨時(shí)流變性的變化是相同的，即礦漿濃度達(dá)到65％ ～75％時(shí)，漿體黏度將有明顯增大，分散操作比較困難，不利于研磨的進(jìn)行。考慮到礦漿濃度的變化對(duì)2 t．zm以下微粒所占比例影響較小，因此，選擇礦漿濃度為60％進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。
2．1．4 研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比對(duì)微粒粒徑的影響研磨過程中，以球料作為研磨介質(zhì)對(duì)物料進(jìn)行沖擊、摩擦、剪切等作用，使得物料最終被粉碎至合適的粒度。球料的質(zhì)量比決定研磨過程中物料能否與研磨介質(zhì)進(jìn)行有效接觸，進(jìn)而影響研磨能耗和研磨效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
由圖4可以看出，粒徑小于2 m的微粒比例隨研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比的增加而快速增大；質(zhì)量比為3：1時(shí)，微粒粒徑在2 m以下所占比例比較低，僅為44．4％ ，表明轉(zhuǎn)子的能量不能有效地作用于白云石微粒上，造成“空研” 現(xiàn)象嚴(yán)重¨ ；隨研磨介
質(zhì)與白云石質(zhì)量比的升高，能夠有效轉(zhuǎn)化的能量逐漸增加，2 m 以下微粒所占比例不斷增大，在4：1、
5：1和6：1時(shí)分另0達(dá)到55．3％ 、62．9％ 和64-．8％ ；當(dāng)研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比為7：1時(shí)，白云石微粒粒徑的變化與6：1時(shí)的情況差異不大，并考慮當(dāng)?shù)V漿濃度和黏度一定時(shí)，過高密度的研磨介質(zhì)在重力和離心力的共同作用下，容易造成研磨介質(zhì)磨耗增大、粉碎降低等問題_】引，因此，選擇研磨介質(zhì)與白云石質(zhì)量比為4：1、5：1、6：1進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。
出自
車元?jiǎng)?景 宜 張鳳山
(1．南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京，210037；2．中國制漿造紙研究院，北京，100102；
3．天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457；4．華泰集團(tuán)有限公司，山東廣饒，257335)