流化床氣流磨粉碎硅灰石針狀粉的形狀分析

1.引言
    硅灰石是一種鈣的偏硅酸鹽類礦物，屬三斜晶系，理論化學成分CaO48.3%，SiO2 51.7%。天然的硅灰石通常呈針狀、放射狀、纖維狀集合體等。硅灰石元毒、吸油性低、價格低廉，具有針狀形態(tài)，常作為玻璃纖維、纖維狀*和石棉的代用品或并用品，有效地實現(xiàn)對塑料增強增韌。
    我國的硅灰石在世界市場上起著重要作用，但高長徑比超細硅灰石粉體的制備技術卻落后于其他國家。國內對硅灰石所開展的研究基本都是偏重于硅灰石超細粉體的制備工藝，目前硅灰石產品的粒度達到超細水平在技術上已經具備，研究證明超音速氣流磨在制備高長徑比硅灰石粉體時具有優(yōu)勢。由于硅灰石粉體具有針狀結構，在表征粒度分布時激光粒度儀不能給出長徑比，只能提供粒度特征方面的借鑒，同時氣流磨粉碎的能耗很大，而有關硅灰石針狀粉顆粒形貌分析的研究報道很少。因此建立硅灰石針狀粉長徑比與等體積直徑的關系就十分必要。
    本文通過對流化床氣流磨粉碎硅灰石所得到超細粉體顆粒進行大量統(tǒng)計計算，初步得到硅灰石針狀粉長徑比與等體積直徑的關系，以期能對高長徑比超細硅灰石粉體的制備起到一定的積極作用。
2.分析實驗
    實驗原料為青海硅灰石，硅灰石經粗碎（粒度<1mm）后，用FJM200型流化床氣流磨（粉碎壓力0.7MPa；分級輪轉速6800r/min）進行超細粉碎。
    超細粉碎后所得到的粉體在JX-2000圖像分析儀上進行分析，通過統(tǒng)計大量的顆粒（>1000）的長度和直徑并計算出顆粒的等體積直徑。由于針狀顆粒在相同長徑比的條件下可以有不同的等體和直徑，因此在本實驗中統(tǒng)計硅灰石顆粒時，將硅灰石針狀粉的長徑L分為0-10um；40-50um；50-60um6個區(qū)間進行統(tǒng)計（每個區(qū)間統(tǒng)計顆粒個數(shù)>=200）。
3.結果與討論
    硅灰石粉平均長徑比隨平均等體積直徑的增大先迅速增大，平均等體積直徑為4.15um時，平均長徑比增大趨勢轉為平緩。當平均等體積直徑達到6.64um后再增大時，平均長徑比變化趨于平緩，而平均等體積增加較大。實驗觀察可知超細粉碎后的顆粒90%短徑D都是1um，短徑大的顆粒很少，而長徑變化非常大。由于粉碎進程中利用了類似流化床原理（壓縮空氣通過粉碎噴嘴膨脹加速后產生的超音速噴射流在磨內下部形成對心逆噴射流場，在壓差的作用下使磨底物料流態(tài)化），使物料在粉碎腔內產生激烈的相互碰撞、摩擦、剪切，從而達到微細化。而剪切和摩擦作用具有使顆粒沿著與力作用方向平行的結晶解理而剝離的趨勢。因此，適當大小的剪切力和摩擦力具有將晶體束剝離成纖維狀作用，有利于高長徑比超細硅灰石的制備。硅灰石顆粒較大時，該氣流磨粉碎施力方式，使硅灰石以解理為主碎裂；但隨著顆粒尺寸的減小，易于解理的缺陷減少，且小顆粒獲得的粉碎動能也隨之減少，粉碎需要經過的碰撞次數(shù)急劇增加，因此，硅灰石纖維折斷的可能性大大增加。所以，當顆粒等體積直徑接近1um時，顆粒形貌的纖維特征已不明顯。
4.結語
    通過本實驗可以得到以下結論：
    （1）流化床氣流磨來粉碎硅灰石可以獲得比較好纖維狀顆粒。
    （2）流化床氣流磨粉碎硅灰石，硅灰石顆粒平均長徑比在粒徑4-6um時可達17：1-20：1，平均等體積超過6um后，平均長徑比變化不大而平均等體積直徑增加很大，平均等體積直徑小于4um則平均長徑比急劇下降?？紤]到粒徑大小同樣是填料的一項主要指標，粉碎時將粒徑控制在4-7um比較適宜。