研磨助剂在超细重钙加工中的应用

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罗爱新 陈贵生 潘智 刘端生 陈敏杰

(炬兴复合材料有限公司 江西 331500)

摘要:在D97<10μm的超细重钙加工过程中,能耗和产量以及产品的分散性等问题一直研究的重点,如何高效的加工出高品质超细重钙是市场十分关注的方向。研磨助剂在超细粉体加工中一直扮演者十分重要的角色,合理的工艺配合合适的加工助剂往往能取得理想的效果。本文就重钙超细加工中的分散剂和助磨剂的分类以及作用机理进行介绍,同时结合实际应用情况分享了公司分散剂AB-1及助磨改性剂AB-2在超细重钙加工的积极作用,实际应用表明AB-1型分散剂在湿法研磨工艺中具有用量小,浆料粘度低,分散性好等特点,AB-2型干法助磨改性剂能有效提高研磨效率,增加产量,降低能耗,改善产品的分散性和流动性。

关键词:超细重钙  分散剂 助磨剂 湿法研磨  球磨

 

目前,碳酸钙已经发展成为一种极其重要的无机化工产品,是用量最为广泛的无机填料之一[1],在整个碳酸钙总量中重质碳酸钙的体量达70%以上,且随着现代新材料产业的快速发展,超细重钙的需求量越来越大,超细重钙的加工技术越来越受到人们的重视[2]。环辊磨、立磨+二次分级、球磨+分级、湿法研磨是目前超细重钙加工的主流工艺,由于重钙超细后其表面能急剧升高,表面张力变大,颗粒的分散性恶化,团聚严重,对研磨效率产生不利影响,导致能耗增大,产量降低,对产品最终应用性能也会有不利影响。在重钙的加工过程中添加合适的助剂,可以有效提高研磨效率,提升产品细度,降低能耗,增加产量,同时改善颗粒的分散性[3-4]。

1、研磨助剂的分类及作用机理

重钙的研磨工艺虽然多种多样,但是根据分散介质的不同可统分为干法研磨和湿法研磨两大类,一般干法研磨用助剂称之为助磨剂,而湿法研磨用助剂称之为分散剂。

对于研磨助剂的作用机理,目前主要有两种观点,一个Rehbinder “吸附降低硬度”学说,认为研磨助剂分子在颗粒上的吸附降低了颗粒的表面能或者引起近表面层晶格的位置迁移,产生点或线的缺陷,同时组织颗粒裂纹的闭合,从而降低颗粒的强度和硬度,提高可磨性,如图1所示;另一个是Klimpel的“矿浆流变学调节”学说,助磨剂通过调节矿浆的流变学性质和矿粒的可流动性等,降低矿浆的粘度,促进颗粒的分散,从而提高矿浆的可流动性,阻止矿粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附以及颗粒之间的团聚。

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图1助磨剂在颗粒表面吸附作用示意图

2、AB-1型分散剂在湿法研磨中的应用

在重钙的湿法研磨工艺中,重钙浆料的分散稳定性取决于颗粒间相互作用的总作用能Vt,即取决于颗粒间的范德华作用能、静电排斥作用能、吸附层的空间位阻作用及溶剂化作用能的相互关系。AB-1是一种低分子量的阴离子型分散剂,其主要成分为聚丙烯酸钠盐,具有其分子量分布窄,稳定性好等特点。

2.1分子量对分散剂性能的影响

聚丙烯酸钠根据相对分子质量大小的差异而具有不同的用途,分子量1 000~5000的低相对分子质量聚丙烯酸钠主要起分散作用;而104-106中高相对分子质量的则主要起增稠作用;106以上高相对分子质量主要起絮凝作用。

聚丙烯酸钠的相对分子质量是影响产品分散性能的主要因素,当聚丙烯酸钠分子量太低时,吸附在颗粒表面的聚合物没有足够的链长形成空间位阻,同时过短的电解质链也没有足够的阴离子密度,难以形成稳定的双电层,从而分散效果降低;而当相对分子质量太大,过长的分子链会在颗粒间产生架桥作用使颗粒变大,产生沉淀,同时密集于分子链上的负电荷对水中微粒产生吸附性结合,使粒子之间产生聚集而导致絮凝,也影响分散效果。故在产品制备过程中应对反应温度、反应浓度、引发剂及链转移剂的种类及添加量进行有效调控,已得到合适且相对分子质量稳定的产品,才能得到理想的分散效果。

2.2 AB-1型分散剂在超细重钙湿法研磨中的应用情况

公司生产的AB-1型分散剂通过合理的工艺调控,严格的工艺控制生产而得,其相对分子量稳定,耐热性好,可达到进口产品相同分散效果,在应用中,具有添加量少,浆料粘度低,分散稳定性好等特点,图2是江西某大型重钙企业湿法研磨工艺中添加AB-1型分散剂和其他厂家分散剂时添加量及粘度和产品细度数据对比。测试中分别对比了研磨2μm含量65%、85%的重钙浆料的粘度,试验中65级浆料研磨时矿浆的质量固含为72%,分散剂用量0.5%;85级浆料研磨时矿浆的质量固含为70%,分散剂用量均为0.9%;粘度采用斯脱默粘度剂测试。

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图2-a 65级重钙浆料浆料粘度        

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图2-b 85级重钙浆料浆料粘度

从图2-a和b中均可发现,不论是65级或者85级重钙浆料的研磨,采用相同的分散剂添加量,AB-1分散剂对浆料的粘度降低最明显,可以理解为,使用AB-1分散剂进行重钙浆料研磨时的研磨固含可以更高,或者分散剂的添加量更少。

2.3、AB-2型助磨剂在超细重钙加工中的应用

AB-2型助磨剂主要应用于重钙的干法超细研磨,集助磨和改性效果为一体,不仅能有效提高产量,降低磨耗,同时还能改善产品的分散性,降低吸油值,增加流动性,目前改产品广泛应用于立磨、球磨等超细研磨工艺中,并取得了良好的应用效果,表3中为AB-2型助磨改性剂在连州某重钙企业立磨以及南召某大型重钙企业球磨工艺上的应用效果,其中表3-b中对比了不同厂家助磨剂在立磨中的应用效果,添加量分别为0.12%和0.2%,比表SSA.采用美国康塔氮气吸附法测试,吸油值为亚麻油测试。

 表3-a AB-2助磨改性剂在球磨中的应用效果


产品

型号

助磨剂

添加量

吸油值

ml/100g

SSA.

m2/g

产量

/t

1500

0

28

3.6

4.6

0.12%

25

4.2

5.5

2500

0

32

5.1

3.2

0.2%

28

5.6

4.0

表3-b AB-2助磨改性剂在立磨中的应用效果

产品

型号

助磨剂

型号

吸油值

ml/100g

SSA.

m2/g

产量

/t

1250

AB-2

23

3.2

6.5

广东A

24

2.8

6.4

台湾B

23

3.0

6.5

2000

AB-2

28

4.6

4.0

广东A

29

4.4

3.8

台湾B

28

4.2

3.9

   


由表3-a可知,在球磨体系中添加助磨改性剂AB-2后,产品的吸油值得到降低,产量得到提高,分级机在相同转速下产品的比表面积增大,说明颗粒的可磨性改善,研磨效率得到提高。

由表3-b可知,对比了AB-2型助磨改性剂和广东及台湾某厂家生产的助磨剂在立磨中的应用效果,这几款助磨剂在降低吸油值方面效果相当,产量方面AB-2型更优,比表也更大,这有助于提高产品的表面光泽度和补强性能。

3、结论

1)随着高分子材料的不断发展,重钙的超细化是其主要发展方向之一,合理的加工工艺以及合适的加工助剂在重钙超细化高效加工中扮演这及其重要的作用;

2)AB-1型湿法研磨用分散剂具有较窄的相对分子质量分布和较高的稳定性,在重钙的湿法研磨中能更有效的降低浆料的粘度,提高研磨效率和浆料的储存稳定性;

3)AB-2型干法研磨用助磨改性剂采用高效助磨剂与偶联剂复配,不论在球磨体系还是在立磨体系中均能有效提升重钙研磨效率的,同时对降低超细重钙的吸油值,提升产品细度等方面效果更加明


参考文献:

[1]陈彦如,廉晓敏,牛保军,郑水林.助磨剂对重质碳酸钙超细粉碎效果及能耗的影响[J].非金属矿,2014(11):55-56.

[2]连永祥,刘倩等. 不同助磨剂助磨效果的实验研究[J]沈阳化工大学学报,2011(6)163-164.

[3] 陈涛,李珍 . 电气石湿法超细粉碎及分散机理研究 [J]. 非金属矿,2005,28(6) :40-42.

[4] Jankovic A. Variables affecting the fine grinding of minerals using stirred mills[J]. Minerals Engineering, 2003, 16(4): 337-345.