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重质碳酸钙超细粉干法加工设备及其系统分析

作者:clirik 浏览量: 来源:www.fenmoji.net 时间:2012-04-11 10:11

   本文综合比较了我国超细重钙干法加工工艺中常见设备的应用状况。从设备性能与实际生产技术参数的角度对常见的系统工艺进行比较分析,结果表明高细球磨机分级系统工艺在超细重钙生产中具有明显的优越性。
关键词:超细重质碳酸钙  球磨机 分级机  
1 前言[1~5]
重质碳酸钙粉(以下简称重钙粉)是以天然方解石、大理石、白云石或白垩为原料,经机械设备粉磨和分级后达到一定细度的产品。一般将400目以下的产品归为粗粉,400-600目称为普通粉,600-800目称为细粉,800-1250目称为超细粉,1250目以上称为超细微粉。我们所说的超细重钙是指经过英国Malvern公司或美国Coulter公司激光粒度分析仪检测,D97≤17um(800目以上)的重钙粉。
目前,国内2500目以下的产品以干法生产为主,2500~6500目以湿法生产为主。2000年,上已出现了干法生产2500~6500目的重钙粉的分级机设备,我国在2003年已有引进。
目前重钙干法加工设备主要由研磨和分级设备组成。成熟的研磨设备主要有雷蒙磨、冲击式粉碎机、干式搅拌磨、气流磨、立式辊轮磨、振动磨和球磨机等;分级设备主要是采用强制涡流原理制造的叶轮式超细分级机。研磨设备与分级机配合,组成超细加工系统,即可实现超细重钙微粉的生产。统观各种加工工艺及设备,一般都可以达到一定的超细效果。但是采用哪种生产工艺和设备加科学合理呢?
重钙的生产原则上要达到:技术成熟,设备运行可靠;吨产品投资少,产品能耗低;投资相同时产量越大越好。
2、常用设备的系统性能比较分析[3~6]
以生产1250目重钙为例,我们分别从生产不同设备生产性能的角度,对不同干法加工设备系统的实际运行参数进行比较,比较结果如表1所示:
表1 常用重钙加工工艺的设备比较
设备类型
给料粒度D90(mm)
佳生产细度范围
(D97目数)
粉碎机理
1250目吨产品
电耗kwh/t
1250目吨产品单机
生产规模,t/h
4R雷蒙磨(自带分析机)机)
< 20
100-400
碾压与冲击
200
0.2-0.4
冲击磨(配分级机)
< 8
600-1000
高速冲击
280
0.2-0.3
立式磨(自带分级机)
< 30
200-1250
碾压
150
1.0-4.0
振动磨(配分级机)
< 100目
1250-6000
冲击与研磨
160
0.5-1.0
干式搅拌磨(配分级机)
< 325目
1250-6000
低速研磨
150
0.3-0.6
球磨机(配分级机)
< 6
600-6000
冲击与研磨
160
1.0-10.0
由表1数据对比,常用设备生产性能的评价如下:
从佳生产细度范围(D97目数)角度来说,依次为:球磨机、振动磨、干式搅拌磨、立式磨、冲击磨、雷蒙磨;
从1250目吨产品电耗角度来说,依次为:干式搅拌磨、立式磨、球磨机、振动磨、雷蒙磨、冲击磨;
从1250目吨产品单机生产规模角度来说,依次为:球磨机、立式磨、振动磨、干式搅拌磨、雷蒙磨、冲击磨。
根据上述生产性能对比,结合重钙生产实际,对不同设备的运行情况进行进一步的具体分析。
(1)雷蒙磨
在重钙的加工中,雷蒙磨的应用为广泛。从粉磨机理来讲,雷蒙磨属于碾压粉碎,主要靠磨辊施压后,物料自身在低速状态下相互挤压、摩擦和剪切粉碎,伴有间断冲击粉碎作用。生产400目以下的产品,无论在投资还是能耗方面,雷蒙磨都有对优势。但是,碾压粉碎原理决定了雷蒙磨产生的微粉量相对较少,例如,在400目的细粉中,10微米以下的微粉只占到35%左右,而5微米以下的微粉仅占5%左右,远远低于其它设备研磨出的微粉含量。
将传统的雷蒙磨进行改造,或外加超细分级系统,也可以生产600~1250目的微细产品。但是,因为微粉含量低,用雷蒙磨生产超细粉就面临生产能力小,电耗高的问题,而这些问题又是由设备本身性能决定的,难以得到根本解决。所以,我们认为采用改造的方式,或外配分级机系统的方式,利用雷蒙磨来生产600目以上超细重钙粉,是不经济的。
(2)振动磨
振动磨从分类上可以称为振动球磨机,它是利用高频小振幅机械振动并旋转,使研磨介质与物料之间产生强烈冲击与研磨,从而粉碎物料。将振动磨用于重钙类矿物的粉碎研磨,其优缺点比较如下:
从粉碎细度来看,因振动磨的研磨效率高、研磨时间长,所以振动磨的出磨粉体中细粉含量较高,适合研磨生产1250目以上的超微方解石细粉产品;
从适应物料来说,振动磨适用于硬质物料(莫氏硬度大于5)的粉碎,用于方解石类矿物(莫氏硬度小于3.5)的粉碎,其粉碎能力不能得以充分发挥;
从振动磨结构来看,振动磨的长径比大,研磨低硬度的方解石,将导致过研磨现象严重,使系统能耗显著增加;
从生产运行的操作性能看,振动磨生产过程中运行噪音大,对物料的湿度较敏感;从超细产品的单机生产规模看,振动磨的单机生产能力不大。
由上可见,振动磨用于重钙生产并不是很好的选择。
(3)冲击磨
冲击磨的工作原理是,利用锤头的高速旋转,打击方解石物料,产生细粉。因为主要是冲击粉碎,所以在单位时间内产生的细粉很少。从目前的使用情况看,冲击磨生产方解石粉,能耗较高、设备磨损大;单机生产能力较小。
(4)干式搅拌磨
干式搅拌磨也称为搅拌式球磨机,其研磨效率较高,与分级机配套使用,所生产的产品粒度一般都较细,比较适合进行1250目以上的超细重钙的生产;其主要的缺点是,单机生产能力较小。
(5)立式磨
立式辊轮磨机(简称立式磨)的粉磨机理与雷蒙磨类似,都属于碾压粉碎,这就注定它在单位时间内产生的细粉量也偏少。由于磨辊的施压是采用液压方式进行,磨辊对物料的碾压压力大,所以其粉碎效率要远远好于雷蒙磨。起初,立式磨都为二辊结构,主要用于生产400目以下的粗粉。
为提高单位时间细粉含量,后来又开发了三辊立式磨,细粉含量得到了较大改善,但一般仍以生产1000目以下的产品为主。后来有人对上部的分级机进行了改造,可直接生产1250目以下的微粉。利用出磨的600目-1000目产品,另配超细分级机进行二次分级,也可以生产1250目以上的产品。同时该设备系统投资成本过高。
(6)球磨机
球磨机,也称为回转式球磨机,其粉碎原理是,物料与研磨介质一起,在球磨机的回转过程中相互冲击和研磨,从而产生细粉,其细粉含量低于干式搅拌磨和振动磨,但高于其它的粉碎设备。在经过磨内改造后,因而其研磨能力得到大大改善,就成为高细球磨机,其细粉含量接近振动磨,而过研磨现象又大大低于振动磨。
高细球磨机配分级机工艺是当今世界粉体技术公司强力推荐、欧美著名粉体公司普遍采纳的工艺方案。广泛应用于方解石、重晶石、滑石及高岭土等非矿产品的加工。以生产重钙微粉为例,可以生产600~6000目之间的任一品种,特别适宜于800~2500目之间的产品,单机生产规模可以从1万吨/年到10万吨/年。这一生产工艺完全符合生产重钙类低附加值的产品,要求投资少、技术成熟、工艺设备简单、能耗低而产量则越大越好的原则。该方案的优越性,已经得到实践证明。
综上所述,球磨机、立式磨设备与分级机合理配置,较为适宜于超细重钙粉体的加工。那么哪种设备配置系统为适宜于超细重钙粉体的生产加工呢?
3、球磨机与立式磨系统工艺对比分析[3] [6]
下面结合重钙实际生产,分别从两种工艺系统的性能和加工产品的品质角度,进一步分析球磨机与立式磨的加工系统。两种工艺系统在重钙生产的应用比较如表2所示。
表2   立式磨与球磨机系统比较
 
球磨机
立式磨
单机生产规模
325目以下
不合适
合适
325-600目生产
合适
很合适
产品比表面积高
电耗低
600-1000目生产
合适
很合适
产品比表面积高
电耗低
1000目以上生产
很合适
需二次分级
产品质量稳定,比表面积高
二次分级下的粉体(下品)产品质量有波动
电耗
1250目以下高
1250目以下低
1250目以上持平
1250目以上持平
产品适用范围
适合造纸和涂料行业
适合塑料行业
系统投资
运行与维护
简单
较复杂
纵观球磨机和立式磨在重钙中的使用,二者各有优缺点。但是目前还是使用球磨机的比较多,为什么?在此,我们就立式磨的加工再次深入讨论一个问题,即为什么二次分级下的粉体(下品)质量(细度)存在波动?
我们知道,在立式磨生产重钙的过程中,出立式磨的产品细度一般在1000目以下,如果想生产1250目以上的产品,就必须用立式磨出来的粉进行二次分级,分选出的细粉为1250目以上产品,分级下的粉体称为下品,请看下面的试验举例,同样用立式磨出品的800目粉进行二次分级:

 

 
图1  1250目产品和下品1                         图2  1500目产品和下品2

 

从上面的图可见,分级母料都是立式磨出品的800目粉,因要求生产的超细产品不同,导致下品1和下品2的粒度分布肯定不一样,这样下品的质量就很难界定。
再者我们结合粉体的比表面积、中位径(D50)、粒度平均值、大切割粒径(D100)四个主要性能指标,对两种设备生产出的同一1250目产品品质进行检测分析对比,以美国Coulter粒度分析仪为检测手段,结果如表3所示。
表3   两种工艺的1250目产品品质对比
 
球磨机工艺
立式磨工艺
中位径(D50),um
1.898~2.090
2.305~2.972
大切割粒径(D100),um
17~18
18~20
产品比表面积,m2/kg
1603~1556
1476~1421
平均值,um
2.683~2.988
3.315~3.762
由表3可见,球磨机工艺生产的产品,其中位径、粒度平均值明显小于立式磨工艺,由此反映出球磨机工艺生产出的粉体比表面积明显好于立式磨工艺。再者球磨机配超细分级机工艺的大切割粒径也好于立式磨工艺。
4、国内外干法加工系统的应用情况
目前,欧洲、美国及由他们提供技术和设备的其它和地区,基本上都是球磨机配大型分级机的加工工艺及设备。而由日本和我国的台湾省提供技术及设备的地方,主要是三辊立式磨配分级机的工艺,但也有球磨配分级机的工艺。国内外重钙干法工艺系统的应用情况总结如表4所示[5~7]
表4  国内外重钙干法工艺系统应用情况表
系统名称
欧美等
日本及台湾等
国内
特点
球磨+分级机
广泛使用
使用
广泛使用
可生产产品品种多、较大规模
立式磨
很少使用
广泛使用
使用
(台商)
1500目以下产品、大规模
雷蒙磨、冲击磨、振动磨等
 
 
使用
生产规模小
5、结论
综上所述,在生产超细重钙的常用设备中,球磨机系统表现出高的优越性和普遍性。这也是由球磨机本身具有较高的研磨能力决定的[6]
(1)从粉体的重要技术指标——比表面积的角度来说,球磨机具有高的优越性。因为球磨机具有较高的研磨能力,生产实践证实其出磨细粉含量D50≈10um。因此球磨机的高效研磨能力是产品比表面积的重要保证。
(2)从生产规模来说,球磨机系统的生产规模远大于其它设备。而且其生产产品的品种可以在600~6500目任意调整。在重钙生产中,球磨机的高粉磨效率也是实现规模化主要因素之一,在确保较高的分级效率条件下,也可以使系统能耗大为降低。同时,规模化有利于运行成本的摊薄,显著降低了企业的运行成本,企业的竞争力大大增强
(3)从系统设备配置的角度来说,球磨机是超细重钙加工的关键前提之一。
(4)球磨机配分级机的重钙生产路线也是一条符合我国国情的工艺路线。工艺流程简单、操作方便、维护量少。