隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，納米材料、超細(xì)粉體等概念越來越受到人們的關(guān)注和重視，超細(xì)物料的諸多優(yōu)良性能越來越為更多的人所認(rèn)識(shí)，用途也越來越廣。在陶瓷及其相關(guān)行業(yè)，超細(xì)粉體的制備離不開粉碎研磨工藝，其中，濕法超細(xì)研磨設(shè)備是制備高性能、高純度、低污染的超細(xì)陶瓷粉體的首選設(shè)備。正確選用研磨介質(zhì)和助磨劑是提高攪拌磨超細(xì)粉碎效率、降低綜合成本、質(zhì)量合格、成本合理的超細(xì)粉體的關(guān)鍵。

一、超細(xì)研磨設(shè)備工作原理

濕法超細(xì)磨設(shè)備主要分?jǐn)嚢枘ズ?a title="砂磨機(jī)" href="http://www.shpa18.com/device/dlist.html?id=130&s_id=147" target="_blank" style="color:blue">砂磨機(jī)：攪拌磨桶體較粗，主軸角速度較低，研磨介質(zhì)既可用φ4~12mm的圓球或圓柱，也可用φ0.2~3.0mm的微珠；砂磨機(jī)主軸角速度較高，研磨介質(zhì)多選用φ0.2~3.0mm的微珠。超細(xì)磨的攪拌槳依其形式的不同，大體可分為棒式、盤式、桶式、渦旋式等多種，基本上均由主機(jī)、循環(huán)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等三大部分組成。

常見的棒銷式砂磨機(jī)

通常認(rèn)為，由于研磨介質(zhì)在攪拌槳高速攪拌作用下，其相互碰撞次數(shù)迅速提高，小球之間被擠壓、剪切破碎的機(jī)率增加，從而提高粉碎效率。多數(shù)情況僅攪拌槳作轉(zhuǎn)動(dòng)，也有攪拌槳與容器做相向轉(zhuǎn)動(dòng)。在攪拌中，研磨介質(zhì)不是作整體運(yùn)動(dòng)，而是作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)被磨物料主要產(chǎn)生以下三種作用：

（1）研磨介質(zhì)被攪拌槳拋離時(shí)相互之間產(chǎn)生沖擊力；

（2）研磨介質(zhì)自身轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生剪切力和磨擦力；

（3）研磨介質(zhì)填入攪拌槳留下的空間產(chǎn)生撞擊力。

研磨示意圖

擴(kuò)展閱讀：

砂磨機(jī)到底哪種強(qiáng)：棒銷式or渦輪式？

二、研磨介質(zhì)對(duì)超細(xì)粉碎的影響

1.研磨介質(zhì)的硬度與密度影響

研磨介質(zhì)依其大小可分為研磨球（φ4~12mm）和研磨微珠（φ0.2~3.0mm）；依其材質(zhì)又可分為氧化鋯（TZP）質(zhì)、硅酸鋯質(zhì)、氧化鋁質(zhì)、高嶺土質(zhì)等多種。

研磨介質(zhì)的密度、硬度對(duì)研磨效率起重要作用：介質(zhì)密度愈大，研磨效率愈高；硬度越高，磨耗越小，產(chǎn)品的純度越易得到保證。但是在漿料比重和粘度一定的條件下，研磨介質(zhì)的密度和硬度也并非越高越好，追求過高的密度和硬度，不僅會(huì)帶來高成本，而且將產(chǎn)生如下不良作用：

（1）當(dāng)漿液濃度和粘度一定時(shí)，過高密度的研磨介質(zhì)將大部分沉于磨桶的底部，造成研磨介質(zhì)在桶內(nèi)分布不均，且密度差異越大，分布越不合理，最終影響產(chǎn)品粒徑分布；

（2）硬度大必然韌性差，耐沖擊性能也差。在研磨介質(zhì)高速?zèng)_擊（碰撞）被磨物料的同時(shí)，也容易造成自身的破碎，增加自身和與其它研磨介質(zhì)被擊碎的可能性。

2.研磨介質(zhì)大小的影響

研磨介質(zhì)的比表面積對(duì)粉碎效率影響很大，研磨介質(zhì)愈小，比表面積愈大，研磨介質(zhì)與物料的接觸面積愈大，粉碎效率愈高。

介質(zhì)粒徑的大小須視物料粒度和要求產(chǎn)品粒度而定。產(chǎn)品粒度越細(xì)，介質(zhì)的粒徑越小；通常介質(zhì)粒徑必須大于50~100倍的給料平均粒徑。對(duì)砂磨機(jī)而言，選用的最小微珠粒徑要大于砂磨機(jī)出口縫隙或?yàn)V網(wǎng)孔徑的2倍以上，以避免研磨介質(zhì)磨損太快，隨漿料流出；而最大粒徑應(yīng)該是分散盤外緣與砂磨機(jī)桶體內(nèi)壁之間的距離的1/3~1/5倍。

三、助磨劑對(duì)超細(xì)粉碎的影響

1.助磨劑的作用機(jī)理

超細(xì)磨是借助介質(zhì)球在料漿中的高速運(yùn)動(dòng)對(duì)物料進(jìn)行粉碎的，料漿粘度是影響粉碎效能的重要參數(shù)。隨著粘度提高，介質(zhì)之間的碰撞強(qiáng)度及頻率均會(huì)減少。料漿粘度一般與被磨物料的粒度、料漿溫度及濃度有關(guān)。當(dāng)被超細(xì)粉碎物料顆粒粒徑達(dá)到1.0~10μm以下時(shí)，隨著物料顆粒比表面積增大，表面電荷增多，料漿粘度提高，易發(fā)生粘附和團(tuán)聚現(xiàn)象，影響粉碎效果。

加入助磨劑（表面活性物質(zhì)）可以改善固體表面的性能，降低料漿的粘度，提高漿液的流動(dòng)性，使被粉碎物料的表面能減少，從而強(qiáng)化粉碎過程。

助磨劑作用原理

2.常用助磨劑及其種類

在粉體超細(xì)加工中，常用的助磨劑有聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽、三乙醇胺、油酸、硬脂酸鹽等，主要分為醇胺類、醇類、糖類及衍生物、無機(jī)鹽類。

助磨劑分類及常用材料

（1）醇及醇胺類助磨劑

醇及醇胺類有摻加量小、質(zhì)量穩(wěn)定、易于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，是目前使用較為廣泛的助磨劑。

在醇類有機(jī)物中，多羥基醇在羥基數(shù)相同的情況下，隨著碳鏈的增加，助磨效果 變差；隨著羥基數(shù)目的增加，助磨效果越來越好。醇胺類助磨劑研究表明，隨著羥乙基增多，粉體比表面積增加、休止角下降，助磨效果也會(huì)降低。

（2）無機(jī)鹽類助磨劑

無機(jī)鹽類化合物來源廣泛，價(jià)格相對(duì)醇及醇胺類低，具有較大的市場(chǎng)競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉等具有提高膠溶、乳化和分散的作用，是較為常見的無機(jī)助磨劑。

（3）高分子助磨劑

高分子助磨劑具有穩(wěn)定性好、表面活性較強(qiáng)和環(huán)保作用顯著等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)使用的高分子助磨劑大多通過化學(xué)合成和聚合反應(yīng)得到，在一定程度上克服了傳統(tǒng)助磨劑的摻量大、成本高等問題。

用于超細(xì)粉碎的助磨劑種類繁多，功能各異，即使是同一類型的助磨劑也有系列化的產(chǎn)品。在選擇添加劑的過程中，首先必須熟悉添加劑的特性、作用機(jī)理、加入方法和適用范圍等，然后進(jìn)行系統(tǒng)的適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)，摸索出最佳加入量。實(shí)際生產(chǎn)中往往需要幾種添加劑復(fù)合使用才能達(dá)到理想的效果。

總結(jié)

粉體的超細(xì)研磨是個(gè)屢見不鮮的話題，但其內(nèi)部機(jī)理仍有許多值得探究之處，隨著下游應(yīng)用對(duì)材料性能要求的提升，粉體的品質(zhì)無疑越來越起到?jīng)Q定性的作用，其粒徑大小、粒徑分布及微觀結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵性質(zhì)的控制是粉體邁向高端應(yīng)用的必經(jīng)之路，在前期制備的各個(gè)環(huán)節(jié)都不能馬虎。綜上所述，粉體的研磨主要有以下幾點(diǎn)需要注意：（1）研磨介質(zhì)的選取對(duì)提高研磨效率，降低生產(chǎn)成本非常重要；（2）要注重研磨介質(zhì)密度與漿液比重、粘度的適配性，盡可能保持研磨介質(zhì)在整個(gè)磨筒內(nèi)的合理分布；（3）在選用助磨劑時(shí)不僅要考慮助磨劑的助磨效果，還要考慮助磨劑的價(jià)格成本，確保用最小的投入產(chǎn)出最大的效益。

參考來源：

1. 研磨介質(zhì)和助磨劑對(duì)超細(xì)粉碎的影響，錢效林（佛山陶瓷）；

2. 助磨劑應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展，龔志輝、李海蘭、王增軍（四川冶金）。

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