【原創】牛！超細粉體材料研磨領域的多面手：臥式砂磨機

2020-03-05
來源：中國粉體網平安

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[導讀] 本文概述了目前在濕法研磨技術中應用非常廣泛的臥式砂磨機的一些典型的應用領域。

中國粉體網訊 近年來，隨著我國材料科技的飛速發展，各行業對精細材料需求日益增加。砂磨機作為精細材料制備的關鍵設備之一，屬于濕法超細研磨設備，是從球磨機發展而來的物料適應性廣、效率高的研磨設備，廣泛應用于冶金、礦業、非金屬礦物材料、化工、陶瓷和新材料領域。

砂磨機主要分為立式砂磨機和臥式砂磨機兩種。臥式砂磨機是可連續操作的全密閉式的濕法研磨分散機械。送料泵將經過預分散處理的液固混合物由筒體進料端進入筒體內和預先裝入分布均勻的研磨介質一起被高速旋轉的分散葉片所切，使物料中的固體顆粒及聚集體與研磨介質產生劇烈的碰撞和剪切，迅速將物料顆粒磨細并將聚集體分散，在短時間內達到極小的細度和很窄的粒度分布范圍。本文概述了目前在濕法研磨技術中應用非常廣泛的臥式砂磨機的一些典型的應用領域。

臥式砂磨機結構簡圖
（來源：王佳慶等.臥式砂磨機的結構優化設計）

在特種陶瓷粉體制備中的應用

納米粉體在高技術陶瓷材料中應用廣泛，但是納米粉體的團聚現象嚴重，影響了其應用效果。為了解決粉體團聚問題，工業上通常采用機械方式解聚，常用的研磨設備主要有臥式砂磨機、立式珠磨機和球磨機等。臥式砂磨機對物料適應性最廣，是最為先進、效率最高的研磨設備之一，配合高性能的冷卻系統和自動控制系統可實現物料連續加工、連續出料，極大地提高了生產效率。

為了研究不同研磨設備及研磨工藝參數對粉體團聚體的解聚效果，龍蟒佰利等多家企業的工程師以d50＝1.355μm的氧化鋯粉為研究對象，首先分別采用立式球磨機、立式珠磨機和臥式砂磨機在相同研磨條件下進行研磨試驗，以確定最佳研磨設備；然后采用最優研磨設備，選擇介質物料比、料漿固含量、線速度和研磨時間作為試驗因素，進行四因素三水平正交試驗，以確定最佳研磨工藝參數。

不同設備研磨后氧化鋯料漿的粒度分布
（來源：甘學賢等.研磨設備和工藝參數對氧化鋯粉體粒度的影響）

上述試驗得出的結論是：（1）臥式砂磨機的研磨效果最優，研磨后氧化鋯料漿的d50為0.303μm。（2）采用臥式砂磨機為研磨設備時，在介質物料比（m介質∶m物料）為4∶1，料漿固含量（w）為45％，線速度為10m·s－1，研磨時間為25h的條件下，研磨效果最佳，研磨后氧化鋯料漿的d50為0.3μm左右。

在電子元器件原料加工中的應用

ZnO壓敏電阻的性能主要取決于它的材料組成和微觀結構，而其微觀結構在很大程度上由粉體的特性決定。ZnO壓敏電阻中原料粒徑尺寸越小，越有利于其混合的均勻性，成分均勻是壓敏電阻燒結過程中各成分之間反應均一的基礎。現有ZnO壓敏電阻生產所用原料中，主原料ZnO為超細粉體，而添加劑氧化物的粒徑相對較粗且各自粒徑差異較大，不利于制備過程中各原料均勻分布。

上海大學的研究人員用臥式砂磨機對混合添加劑氧化物進行微納化，探究添加劑粒徑對ZnO壓敏電阻性能的影響。借助粘度、Zeta電位、SEM、XRD和電測設備等分析方法對所制得的ZnO壓敏電阻進行綜合分析。

結果表明，通過臥式砂磨機細化的添加劑粒徑達到微納米級，制得的壓敏電阻ZnO晶粒尺寸減小，微觀結構更加均勻。相比于其他機械研磨設備，臥式砂磨機不僅效率更高，且細化物料的粒徑分布范圍更窄，可達微納米級。添加劑經過臥式砂磨機細化后，粒徑減小，與ZnO混合更均勻，在燒結成瓷過程中形成了更多的尖晶石相，抑制了ZnO晶粒的生長，增加了單位厚度晶界層的數量，改善了微觀結構的均勻性，提高了壓敏電阻的綜合電學性能。

在電子陶瓷漿料生產中的應用

多層片式陶瓷電容器（MLCC）的制造工藝技術發展非常迅速，其中陶瓷漿料的制備技術與方法對于制造性能優良的制品具有重要的意義。良好的瓷漿分散技術可避免瓷粉顆粒團聚，減少膜片氣孔率，提高電容器瓷體致密性，最終可達到提高電容器電性能和可靠性的目的。

在陶瓷漿料分散的發展過程中，球磨罐和籃式砂磨機等一些機械研磨設備都曾廣泛地應用在MLCC瓷漿的分散上，近年來日本和韓國等大型MLCC廠家逐步使用臥式砂磨機。由于臥式砂磨機具有效率高并適用于粒度小的漿料且漿料粒度分布集中、再現性好和操作簡單的優點，越來越多的MLCC廠家開始使用臥式砂磨機。

在鈦白粉生產中的應用

砂磨作為鈦白企業中鈦白初品粉碎的一個關鍵工序，只有經過粉碎工序，才能使得鈦白初品位于一定粒度范圍，從而進行無機及有機包膜處理，體現出其良好的顏料性能。

攀鋼集團的研究人員以濕球磨鈦白初品為原料，利用臥式砂磨機研究了不同砂磨工藝對漿料粒度的影響，并考察了漿料不同粒度對其白度和水分散性的影響。實驗結果表明：較優的砂磨工藝為砂磨轉速3000r/min，鋯珠粒徑1.8mm，進料濃度410 g/L，進料泵轉速1，填充率80%；在較優條件下實驗室一級砂磨后的漿料中值粒徑相對現場兩級砂磨漿料降低了36nm；粒度越小，漿料水分散性越好，當漿料中值粒徑為231nm時，水分散性達到99.3%，漿料不同粒度對白度基本沒有影響。

中國礦業大學（北京）的鄭水林教授等以臥式砂磨機為超細研磨設備，研究研磨介質填充率、磨機轉速、礦漿中粉體含量、助磨劑添加量、研磨時間對金紅石型鈦白粉超細研磨效果的影響。結果表明，在介質填充率為70％，磨機轉速為2250r/min，礦漿中粉體質量分數為50％，添加助磨劑質量分數為0.4％的條件下，金紅石型鈦白粉超細研磨20min制得鈦白粉的粒徑d50、d97分別可達0.48、1.07μm。

在涂料生產中的應用

涂料的性能除了與組成材料種類和配比有關外，還與制備方法密切相關。涂料生產過程中，顏料的分散十分重要，好的分散過程能夠使顏料粒子充分分散，發揮其特性。顏料粒徑對涂膜光澤、著色性、透明度有著很大的影響。臥式砂磨機是實現涂料生產中分散聚集體的關鍵設備。20世紀90年代我國引進了濕法研磨技術，應用到涂料等多個領域，顯著提高了超微細分散效果，產品品質和工藝水平均得到改善。

在新能源材料加工中的應用

磷酸鐵鋰等鋰離子電池正極材料，在其前期粉體制備過程當中，由于配方工藝和特性要求的不同，選擇的設備形式也不相同。根據磷酸鐵鋰中配料成分的物理特點選擇準確的稱量、混合設備，目前這一過程就實際要求和設備成熟度而言已較為成熟可行；但在研磨和均質化處理的過程中，就會有相應的影響因素出現，綜合而言，臥式砂磨機比較適合這一工序。

另外，在制備固體電解質Ta-LLZO粉體的方法中，固相反應法是最實用的可大規模生產預燒粉的方法，在壓制成型和燒結之前，一般會將預燒粉研磨至亞微米級以提高其燒結活性。固態電解質的制備工藝更加精細化，對粉體粒度的要求也更高，傳統的球磨設備已不足以滿足其要求，其生產依賴臥式砂磨機。

在礦物粉體中的應用

工業礦物粉體的加工價格相對低廉，因此需要處理量大的加工設備。研制產品粒度細且分布均勻、處理量大的大型超細攪拌磨機對于工業礦物粉體的深加工是當務之急。超大型臥式砂磨機是金銀礦、鉬礦、銅礦、鎳礦、鉛鋅礦、鐵礦再磨或細磨極具發展前景、能量利用率高、產品粒度細的一種細磨設備，另外，由于該設備結構簡單、操作維護方便，從而被廣泛應用于黃金礦、有色金屬礦、金屬礦和磁性材料等工業生產中。

在懸浮體系生產中的應用

懸浮體系生產中存在著分散不均勻、沉降快、懸浮性差等諸多問題，除了分散劑等助劑的因素影響外，顆粒細度和粒度分布是影響懸浮體系物理穩定性的主要因素，也是懸浮體系研究中的關鍵問題，而解決細度問題的主要手段是提高加工過程的研磨效率。

水懸浮體系的制備過程中，立式砂磨機和臥式砂磨機是目前普遍使用的關鍵設備，其加工過程對產品的儲存物理穩定性影響很大。為了研究了這兩類砂磨機和研磨時間對懸浮體系研磨效率及貯存物理穩定性的影響，廣東某生物技術公司進行了一系列實驗對比，結果表明，通過延長研磨時間，可以降低懸浮體系中顆粒的平均粒徑和粒徑分布(粒徑<3μm的百分比)，提高懸浮體系粘度，從而改善懸浮體系的物理穩定性。在相同條件下，臥式砂磨機的研磨效率比立式砂磨機的要高。

在農藥生產中的應用

懸浮種衣劑作為目前農藥應用最廣泛的種類之一，在農作物中起到殺蟲、殺菌、植物營養的作用，但是懸浮種衣劑生產中存在懸浮穩定性差的現象，如分散不均勻、沉降快，其中顆粒細度和粒度分布是影響懸浮體系物理穩定性的主要因素，也是懸浮種衣劑研究中的關鍵問題。

從目前的文獻資料來看，對懸浮種衣劑生產工藝中采用機械化研究的較少，主要憑借經驗進行實際操作，沒有系統的研究、分析。新疆農業科學院的科研人員通過多年來懸浮種衣劑機械化生產實踐，經過多次的篩選試驗、研究、分析，結果表明，從目前的發展趨勢看，臥式砂磨機是解決懸浮種衣劑機械化生產工藝中必不可少的手段和途徑，是農藥機械化作業中必不可少的生產設備。

臥式砂磨機知名品牌

（注：以下僅為部分合作企業，排名不分先后）