關(guān)鍵詞：納米陶瓷球；重質(zhì)碳酸鈣；研磨介質(zhì)；立式攪拌磨機
1、前言
目前市場中存在的研磨介質(zhì)有球介質(zhì)和棒介質(zhì)，以及柱狀珠、圓臺珠等不規(guī)則的異形介質(zhì)，在重鈣市場中使用的研磨介質(zhì)主要是球介質(zhì)，球介質(zhì)的類型主要有金屬球、硅酸鋯珠、氧化鋯珠、氧化鋁珠。在重鈣領(lǐng)域生產(chǎn)中，因氧化鋯珠價格非常昂貴使用者鮮有，因金屬球會污染重鈣，故不會使用該類型珠，但使用硅酸鋯珠，鋯鋁復(fù)合珠和氧化鋁珠較多，其中又以體積密度為3.2g/cm3的硅酸鋯珠居多，市場中現(xiàn)有的硅酸鋯珠價格中等，產(chǎn)量中等且性價比一般，而使用普通氧化鋁珠雖然價格低，但因磨耗高，強度低，導(dǎo)致其性價比低，并且影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和市場競爭力，因此如何提高市場競爭力和節(jié)能降耗擺在了企業(yè)面前，此時，一種新的納米陶瓷球應(yīng)運而生。
2、試驗材料及設(shè)備
2.1試驗材料
納米陶瓷球；硅酸鋯珠；陶瓷微珠；水；氧化鋁粉
2.2試驗設(shè)備
快速磨；電熱鼓風(fēng)干燥箱WD-841-3型；YAW-10型壓力試驗機；游標卡尺；MH-300A型密度計；
3、納米陶瓷球的生產(chǎn)工藝及特點
納米陶瓷球生產(chǎn)工藝：配料→珠磨→造粒→團球→干燥→燒結(jié)→（拋光）→分選→除雜→檢驗→包裝→入庫等。該產(chǎn)品具有以下特點：
1）磨耗低：該產(chǎn)品為高科技氧化鋁陶瓷珠，當量磨耗為0.0054‰，耐磨性最高可達國標的30倍。同時自磨耗與氧化鋯珠相當，比密度為3.2g/cm3的鋯鋁復(fù)合珠低3倍，比密度為4.0g/cm3的硅酸鋯珠低2倍，比密度為2.7g/cm3的普通陶瓷珠更是低5~6倍。磨耗測試方法：量取約200g樣品，加入100g氧化鋁粉，300g水，快速磨1小時后取出洗凈，采用干燥箱烘干1小時后，準確稱量重量，計算磨耗。
2）強度高：該產(chǎn)品壓碎強度是同行業(yè)氧化鋁珠的2~4倍，可與鋯珠相媲美，同時抗壓強度也很高，保證了該球可以應(yīng)用在更多的領(lǐng)域。強度測試方法：采用壓力機測球的破碎壓力F(KN)，游標卡尺測直徑D(mm)，得到強度(MPa)=4×1000×F/(πD2)
3）莫氏硬度高：莫氏硬度達到了9，比鋯鋁復(fù)合珠、陶瓷微珠、硅酸鋯珠的莫氏硬度高0.5~2。
4）化學(xué)穩(wěn)定好：該產(chǎn)品主要是剛玉相，剛玉晶型具有最穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此本產(chǎn)品的化學(xué)穩(wěn)定性好。
5）耐酸耐堿性強：該產(chǎn)品的主要成份是α-Al2O3，α-Al2O3是惰性氧化物，幾乎不和酸堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故應(yīng)用領(lǐng)域得到擴大，在重鈣領(lǐng)域更是適用性強。
6）耐腐蝕：該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)為剛玉晶型，然而剛玉結(jié)構(gòu)緊密，內(nèi)部離子鍵強度大且鍵力分布均勻，因此導(dǎo)致其具有耐化學(xué)腐蝕等性能。
7）珠形度高：單個珠的珠形度低于4%。
8） 密度較大：體積密度達到了3.7±0.05g/cm3，比同種類的氧化鋁珠密度高0.05~0.2g/cm3左右。測試方法：將干燥的球放在密度計中測量3次，取平均值。
9）白度高：產(chǎn)品主要成分為優(yōu)質(zhì)氧化鋁，其白度高，在重鈣領(lǐng)域應(yīng)用對被研磨物料品質(zhì)沒有影響。
4、重鈣濕磨工藝
重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方法，根據(jù)細度的不同，有干法研磨和濕法研磨兩種生產(chǎn)工藝，用到研磨介質(zhì)的生產(chǎn)工藝為濕法研磨，使用該方法生產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣的主要工藝流程有：
濕法分級機→過篩→干燥→活化→裝袋
濕法攪拌磨或剝片機 （涂布級重鈣）
原礦→顎破→雷蒙磨 （造紙涂布級重鈣漿料）
濕法攪拌磨→過篩→干燥→活化→裝袋（填料級重鈣）
5、研磨介質(zhì)對研磨效率的影響
上述濕法攪拌磨工序，是整個工藝流程中的重點，是提高產(chǎn)量和市場競爭力的關(guān)鍵步驟，影響該工序的因素也比較多，比如濕磨設(shè)備、進料漿的細度、礦粉的優(yōu)劣、研磨介質(zhì)的材質(zhì)、分散劑的分散能力、工人的操作能力等等。企業(yè)要提高競爭力，就需要提高該工序的研磨效率，影響研磨效率的因素很多，但是僅從研磨介質(zhì)考慮，主要有：
1、比重。研磨介質(zhì)品種較多，它們的比重各不相同。從動力學(xué)角度來說，研磨介質(zhì)的比重越大，它所獲得的動能就越大，對物料的撞擊力和剪切力也越大，研磨效率就得到提高，此外，考慮到物料的比重，研磨介質(zhì)與物料的比重差值越大，研磨效果就越好。
2、硬度。研磨介質(zhì)的硬度對于研磨效率有直接的影響，一般來說，研磨介質(zhì)的硬度越高，研磨效率越好。氧化鋯珠的莫氏硬度為9，硅酸鋯珠的莫氏硬度在7-8之間，普通陶瓷珠的莫氏硬度為7-8，本公司生產(chǎn)的納米陶瓷球莫氏硬度為9。
3、直徑。研磨介質(zhì)直徑大小與原料最大粒徑有關(guān)。原料中最大粒徑越大，要求使用的研磨介質(zhì)直徑越大，使其有足夠的分散研磨能力，但研磨介質(zhì)粒徑越大，產(chǎn)品粒徑就越大，不利于超細研磨。研磨介質(zhì)直徑越小，介質(zhì)接觸點越多，總表面積增加，研磨物料的機會增加，從而提高分散研磨效率，但是對于大小不一的物料中偏大的顆粒起始階段則不易磨細，為了能夠達到理想狀態(tài)，一般情況下需對大小球按配比混合使用。
4、填充率。研磨介質(zhì)填充率越大，研磨介質(zhì)接觸頻率就越大，分散研磨能力也在增大，在相同研磨時間內(nèi)產(chǎn)品粒徑就越小。另外，研磨介質(zhì)的填充率與物料的粘度，研磨時和物料的溫度有關(guān)。若填充率過大，設(shè)備啟動時將會導(dǎo)致電機不能使攪拌片轉(zhuǎn)動，從而燒壞電機。
5、球形度。研磨介質(zhì)在隨葉片公轉(zhuǎn)的同時，球本身也會自轉(zhuǎn)，其總的動能為：T=1/2mv2+1/2Jω2，T-球的總動能，m-球的的質(zhì)量，v-球的運動速度，J-球的轉(zhuǎn)動慣量；ω-球平面運動的角速度。上式中的1/2Jω2是球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加能，對粒子形成剪切和摩擦粉碎作用。當自轉(zhuǎn)角速度ω越大，產(chǎn)生的附加能也越大，當球形度拙劣時，自轉(zhuǎn)運動就會受阻，附加能就會降低，從而不利于研磨，所以球形度的高低影響研磨效率。
6、強度。研磨介質(zhì)強度小，介質(zhì)易發(fā)生破碎，球的壽命減短，碎球的棱角或不規(guī)則的形狀，容易損壞正在研磨的其它介質(zhì)，惡性循環(huán)導(dǎo)致有效參與研磨介質(zhì)數(shù)量減少，因此強度低會導(dǎo)致研磨效率低。
7、磨耗。若研磨介質(zhì)磨耗過高，球本身的研磨壽命就變的更短，配比很不穩(wěn)定，并且增加了添球的頻率，若不及時添加將影響研磨效率，同時增強了工人的勞動強度，提高了企業(yè)成本。
6、應(yīng)用實例
產(chǎn)品納米陶瓷球在江西某公司進行了成功應(yīng)用，該公司主要生產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣，研磨的物料為：江西礦產(chǎn)的325目重鈣粉體，使用該球的設(shè)備為3600L的萬華粉體立式攪拌磨機，該設(shè)備功率為250KW，通過與體積密度為3.2g/cm3硅酸鋯研磨介質(zhì)在同一條件下進行對比，分別記錄下各自生產(chǎn)數(shù)據(jù)，具體對比數(shù)據(jù)如下表所示。
研磨介質(zhì)應(yīng)用重鈣對比數(shù)據(jù)表
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硅酸鋯珠 |
納米陶瓷球 |
備注 |
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體積密度（g/cm3） |
3.2 |
3.7 |
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磨機大小/型號 |
3600L/立式 |
3600L/立式 |
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首次裝珠量 (kg) |
4000 |
4000 |
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每小時平均產(chǎn)量（t） |
1.6 |
2.1 |
提高30% |
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每月平均添珠量（kg） |
576 |
150 |
節(jié)約70% |
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漿料平均固含量（%） |
72 |
72 |
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平均電流(A)/電機功率(KW) |
310(A)/250(KW) |
350(A)/250(KW) |
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每噸產(chǎn)品所耗電費(元) |
96 |
79.3 |
節(jié)約17.4% |
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轉(zhuǎn)速(RPM) |
130-200 |
130-200 |
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產(chǎn)品細度 |
85級 |
85級 |
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從上述表格中我們發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用納米陶瓷球之后每小時生產(chǎn)85級細度的重鈣產(chǎn)量提高了30%，每月添球量節(jié)約了70%，每噸產(chǎn)品所消耗的電費節(jié)約了17.4%，因此納米陶瓷球在該企業(yè)之得到了成功應(yīng)用，給企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟效益。
7、結(jié)論
1、納米陶瓷球的磨耗低、強度大、密度較大等優(yōu)點，實際使用后研磨效率較高。
2、納米陶瓷球在3600L的立式攪拌磨設(shè)備上研磨重鈣，相比體積密度為3.2g/cm3的硅酸鋯珠，生產(chǎn)每噸重鈣節(jié)約了大量研磨介質(zhì)，總體產(chǎn)量也可得到提高。
3、使用納米陶瓷球，可降低企業(yè)生產(chǎn)成本，增強市場競爭力。
