重質(zhì)碳酸鈣顆粒氣流粉碎與表面改性的一體化處理

/重質(zhì)碳酸鈣顆粒氣流粉碎與表面改性的一體化處理氣流粉碎是目前制備超細(xì)粉體材料常用的一種的方法，其原理是利用高速氣流加速物料使其相互沖擊、碰撞、摩擦而實(shí)現(xiàn)物料的超細(xì)粉碎。而顆粒的表面改性處理就是在通過(guò)物理或化學(xué)的方法更改粉體材料表面的物理化學(xué)性質(zhì)。目前很多討論表明，在顆粒的氣流粉碎同時(shí)對(duì)顆粒進(jìn)行表面改性處理，可以獲得具有改性效果的粉體材料。本文中對(duì)通過(guò)試驗(yàn)的方法，討論了重質(zhì)碳酸鈣顆粒在氣流粉碎與表面改性處理一體化過(guò)程中改性劑溶液流量、改性劑溶液濃度、粉碎氣流溫度對(duì)重質(zhì)碳酸鈣顆粒性質(zhì)的影響，并同時(shí)討論這些參數(shù)對(duì)重質(zhì)碳酸鈣粉碎出料速率的影響。1試驗(yàn)1.1試驗(yàn)材料重質(zhì)碳酸鈣（以下簡(jiǎn)稱重鈣）顆粒（380～630m）購(gòu)自河北靈壽縣安鴻礦產(chǎn)品加工廠；鈦酸酯偶聯(lián)劑購(gòu)自南京曙光化工廠；改性劑溶液中所用的溶劑無(wú)水乙醇購(gòu)自北京化學(xué)試劑廠。1.2試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)在JFCM—5型氣流粉碎與表面改性一體機(jī)上進(jìn)行。超細(xì)重鈣粉—液體石蠟體系黏度使用上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的NDJ—1型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)量；重鈣粉體粒度分布采納馬爾文儀器有限公司生產(chǎn)的Mastersizer2000E型激光粒度儀進(jìn)行測(cè)量。1.3試驗(yàn)方法在試驗(yàn)過(guò)程如下：先將1.5kg的重鈣顆粒加入氣流粉碎腔中，然后采納蠕動(dòng)泵將改性劑溶液通過(guò)霧化噴嘴噴入改性腔中，同時(shí)開(kāi)啟超音速粉碎噴嘴用高壓空氣，對(duì)粉碎腔中的重鈣顆粒進(jìn)行粉碎，實(shí)現(xiàn)重鈣顆粒氣流粉碎同時(shí)表面改性處理的目的。每5min后對(duì)粉碎得到的超細(xì)重鈣粉進(jìn)行稱重，然后在粉碎腔中添加相同質(zhì)量的重鈣粉以保持粉碎腔中的重鈣粉質(zhì)量不變。30min后結(jié)束粉碎與改性一體化試驗(yàn)。在試驗(yàn)中采納粉碎出料速率來(lái)評(píng)價(jià)重鈣顆粒的氣流粉碎效果。在相同的分級(jí)輪轉(zhuǎn)速條件下，粉碎出料速率越快，表明重鈣顆粒粉碎能耗越低，粉碎效果越好。采納粉體的粒度分布來(lái)討論改性過(guò)程對(duì)重鈣超細(xì)粉粒度是否有影響。當(dāng)重鈣粉體的粒度變化不大的情況下，其出料速率越快，表明粉碎效果越好。在試驗(yàn)中采納超細(xì)重鈣—液體石蠟體系的黏度來(lái)評(píng)價(jià)重鈣粉表面改性的效果。黏度越低，表明超細(xì)重鈣粉與有機(jī)基體相容性更好，其在有機(jī)基體中更簡(jiǎn)單分散均勻，其表面改性效果也越好。2結(jié)果與分析2.1粉碎氣流溫度圖1所示為無(wú)改性劑溶液條件下粉碎氣流溫度對(duì)重鈣粉的出料速率影響。從圖中可以看到，隨著粉碎氣流溫度的上升，重鈣粉的出料速率減小。這是由于，當(dāng)粉碎氣流溫度上升后，氣體密度降低，粉碎時(shí)的氣體質(zhì)量削減，從而降低了氣流粉碎過(guò)程中的粉碎能量。在一體化過(guò)程試驗(yàn)中，首先討論了粉碎氣流溫度對(duì)重鈣粉碎與表面改性效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。試驗(yàn)過(guò)程中改性劑溶液流量為1.5mL/min，改性劑溶液中鈦酸酯偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，溶劑為無(wú)水乙醇。從圖2（a）中可以看到，隨著粉碎氣流溫度的上升，重鈣粉體的出料速率是先增大而后又有所減小。這表明，當(dāng)粉碎氣流溫度較低時(shí)，改性劑的助磨效果影響大于因粉碎氣流溫度上升引起粉碎能量降低的影響。而當(dāng)粉碎氣流溫度較高時(shí)，改性劑的助磨效果影響要小于因粉碎氣流溫度上升而引起粉碎能量降低的影響。因此，在一體化過(guò)程中需要合理選擇粉碎氣流的溫度，本試驗(yàn)范圍內(nèi)，其最佳的粉碎氣流溫度為60℃。從圖2（b）、（c）中可以看到，粉碎氣流溫度對(duì)重鈣的改性效果以及粒度特性影響不大。2.2改性劑溶液流量在一體化過(guò)程試驗(yàn)中，同時(shí)討論了改性劑溶液流量對(duì)重鈣粉碎與表面改性效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。試驗(yàn)過(guò)程中粉碎氣流溫度為60℃，改性劑溶液中偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，溶劑為無(wú)水乙醇。從圖3（a）中可以看到，隨著改性劑溶液流量的增大，重鈣粉的出料速率是先增大而后有所減小。這是由于肯定量的改性劑在重鈣粉表面吸附后，改善了重鈣粉的分散性和流動(dòng)性，防止其團(tuán)聚而過(guò)粉碎，因而重鈣粉的出料速率增大了。但隨著改性劑溶液流量的增大，過(guò)多的改性劑在重鈣粉表面吸附，會(huì)使其團(tuán)聚，降低重鈣粉體的流動(dòng)性，進(jìn)而降低重鈣粉的出料速率，因此，有一最佳的改性劑溶液流量。在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，其最佳的改性劑溶液流量為1.5mL/min，重鈣粉體的出料速率從21.0g/min加添到56.7g/min，出料速率增大了170%。從圖3（b）中可以看到，隨著改性劑溶液流量的加添，改性后重鈣—液體石蠟體系的黏度急劇下降，表明改性后的重鈣粉與液體石蠟的相容性得到了很好的改善。但隨著改性劑溶液流量的連續(xù)增大，重鈣—液體石蠟體系的黏度變化并不明顯，趨于一穩(wěn)定值，表明改性后的重鈣粉與液體石蠟的相容性變化也不明顯。這是由于隨著改性劑溶液流量的增大，吸附在重鈣粉表面的改性劑增多，從而改善了重鈣粉與液體石蠟的相容性，當(dāng)改性劑在重鈣粉表面形成了一層包覆后，其與液體石蠟的相容性達(dá)到最優(yōu)。假如連續(xù)加添改性劑，改性劑會(huì)在重鈣粉表面形成多層吸附，其改性的效果就不明顯了。從圖3（c）中可以看到，改性劑溶液流量對(duì)重鈣粉的粒度特性影響不大。2.3改性劑溶液濃度圖4所示為改性劑溶液濃度對(duì)重鈣粉碎與表面改性效果的影響。試驗(yàn)過(guò)程中粉碎氣流溫度為60℃，改性劑溶液流量為1.5mL/min，溶劑為無(wú)水乙醇。從圖4（a）中可以看到，當(dāng)無(wú)水乙醇噴入粉碎腔后，重鈣粉體的出料速率從21.0g/min增大到36.7g/min，出料速率加添了43%，表明無(wú)水乙醇具有肯定的助磨效果。隨著改性劑溶液濃度的加添，重鈣粉的出料速率是先增大而后有所減小。這可能是由于在同一改性劑溶液流量條件下，隨著改性劑溶液濃度的增大，肯定量的改性劑在重鈣粉表面吸附后，改善了重鈣粉的流動(dòng)性從而提高了重鈣粉的出料速率。但隨著改性劑溶液濃度的提高，過(guò)多的改性劑在重鈣顆粒表面吸附，會(huì)降低重鈣粉的流動(dòng)性，進(jìn)而降低重鈣粉的出料速率。因此，有一最佳的改性劑溶液濃度，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，其最佳值是改性劑溶液中偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。重鈣粉體的出料速率從36.7g/min增大到56.7g/min，出料速率加添了54%。從圖4（b）中可以看到，隨著改性劑溶液濃度的增大，改性后重鈣—液體石蠟體系的黏度急劇下降，表明改性后的重鈣粉與液體石蠟的相容性得到了很好的改善。但隨著改性劑溶液濃度的連續(xù)增大，重鈣—液體石蠟體系的黏度變化并不明顯，趨于一穩(wěn)定值，這表明當(dāng)改性劑在重鈣粉表面形成了一層包覆后，其與液體石蠟的相容性達(dá)到最優(yōu)。假如再連續(xù)加添改性劑，改性劑就會(huì)在重鈣顆粒表面形成多層吸附，其改性的效果就不明顯了。從圖4（c）中可以看到，改性劑溶液濃度對(duì)重鈣粉的粒度特性影響不大。3結(jié)論1）在氣流粉碎的同時(shí)進(jìn)行表面改性處理，可以提超群細(xì)重鈣粉的出料速率，當(dāng)粉碎氣流溫度為60℃，改性劑溶液中偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，改性劑溶液流量為1.5mL/min時(shí)，重鈣顆粒的粉碎出料速率由21.0g/min提高到56.7g/min，出料速率提高了170