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湿法球磨制备超细钴蓝粉体的研究
作者：admin日期：2020-09-04阅读
钴蓝颜料是重要的无机颜料之一。超细研磨是钴蓝生产中不可缺少的重要环节。本文就钴蓝颜料的湿法超细研磨进行了研究，对影响研磨效果的助磨剂品种及用量、介料比、料浆浓度、研磨时间等因素分别作了探讨，结果表明在1．0％六偏磷酸钠，介料比3：1，料浆浓度25％，研磨时间24h的研磨条件下，能制得d50=0．78m并且均匀分布的超细钴蓝粉体.
1引言
用物理方法制备超细粉体⋯是一种通过机械力作用进行粉碎的方法，在工业化生产中广泛应用。因而提高粉碎效率、以小的能耗达到细磨和超细磨具有很重要的意义。钴蓝颜料具有优异的耐光性、耐侯性、耐热性和耐化学品性，因此被广泛应用于耐高温涂料、陶瓷、搪瓷、玻璃、塑料等着色以及美术颜料等领域。颜料研磨处理的目的是，颜料颗粒的表面积，使其具有大着色能力。本文研究了钴蓝颜料的湿法超细研磨，得出了一套比较有效的研磨条件。
2实验
2．1实验原料、试剂
钴蓝粉料为实验室自制，经干法高温烧成，粒度分布见表1。
实验中选用的助磨剂如下：六偏磷酸钠，Tween-60，聚乙二醇(分子量20000)，聚丙烯酰胺。
2．2实验仪器与设备
本实验采用湿法球磨，设备为卧式球磨机。研磨介质为氧化锆珠，平均粒径为0．5～4．0mm。粒度检测：BT-9300H型激光粒度分布仪。
2．3实法
将钻蓝粉料、去离子水、锆珠和助磨剂按照一定比例加入到球磨罐中，球磨一定时间后，取样进行粒度分析。
3结果与讨论
3．1助磨剂品种
在超细粉碎中，助磨剂的品种和用量对提高粉碎效率和降能耗非常重要⋯。关于助磨剂的作用机理，有两种主要观点：(1)“吸附降硬度”学说，认为助磨剂能够吸附在颗粒上，使其表面能降，或者使近表面层晶格发生位错迁移，产生点或线的缺陷，以使颗粒强度和硬度降，并且阻止裂纹闭合，促进裂纹扩展。(2)“矿浆流变学调节”学说，认为助磨剂可以改变矿浆的流变学性质和矿粒的表面电性等，使矿浆粘度降，促使颗粒分散，从而提高矿浆的可流动性，颗粒间团聚。
由于料浆浓度太高或太都不利于研磨，所以实验中料浆浓度定为25％(质量浓度)。用于无机粉体研磨的助磨剂，添加量约为粉体质量的0．5％～2．O％，因此，试验中各助磨剂的添加量都为钴蓝粉料质量的1．0％。
保持介料比3：1，研磨时间24h，实验结果见图1。
由图1可见，助磨剂的作用效果为：聚丙烯酰胺<聚乙二醇<Tween-60<六偏磷酸钠。六偏磷酸钠助磨效果好是因为六偏磷酸钠(NaPO)从结构上看【3j，是长链状聚合物，在水溶液中很容易电离。由于电离产生的阴离子带有很多单位的负电荷。带有负电荷的六偏磷酸钠吸附在钴蓝表面，使钴蓝表面的负动电位，从而静电排斥力增加。另一方面，由于大分子间的相互排斥作用，使钻蓝粒子间的排斥力进一步提高。
因此，超细钴蓝颜料粒子得以充分分散，达到佳助磨效果。
3．2助磨剂用量
助磨剂的用量会对研磨效果产生很大影响：用量太少，不能实现佳助磨效果；太多，既不能发挥佳助磨作用，又增加成本。保持介料比3：1，浆料浓度25％，六偏磷酸钠用量分别为0．50％，0．75％，1．00％，1．25％，1．50％，1．75％，2．00％(相对钴蓝粉料的质量百分比)，研磨24h后取样测粒度分布，结果见图2。从图2可以看出，相同时间研磨后，钴蓝粉料的粒度随六偏磷酸钠的添加量不同而不同。添加1．O％六偏磷酸钠时，研磨钴蓝粉料的粒径小，当助磨剂用量大于或小于1．O％时，研磨的终粒度都趋。这表明六偏磷酸钠的用量为钴蓝粉料质量的1．0％时，具有佳的研磨效果。
3．3料浆浓度
在超细研磨过程中J，料浆浓度直接影响到料浆的流变性。料浆浓度高，处理的粉料多，但料浆流变性降，研磨效果差；料浆浓度，处理量小，料浆粘度小，剪切力降，仍然得不到好的研磨效果。因此适宜的浓度很重要。本实验采用助磨剂六偏磷酸钠，用量1．0％，介料比3：1，料浆浓度分别为：20％，25％，30％，35％，40％，45％，研磨24h后，取样测粒度分布。实验结果见图3。
由图3可以看出，当料浆浓度为25％时，能获得的研磨粒径。浓度于25％，料浆粘度太，剪切力小，受力不理想，因此研磨效果差，而且生产效率；当浓度高于25％时，料浆太浓，颗粒密集，分散性不好，料浆流动性差，不利于超细研磨。
3．4介料比
超细研磨时，研磨介质和研磨粉料的比例(即介料比)直接影响研磨效率和产品粒径。实验中助磨剂六偏磷酸钠，用量1．O％，料浆浓度25％，改变料介比(质量比)分别为1：1，2：1，3：1，4：1，研磨24h后，取样测粒度分布，实验结果见图4。
从图4可以看出，当介料比为1：1时，球磨后粉体的粒度较大，是因为介料比较小时，研磨介质和粉体之间的碰撞频率和强度都较，从而研磨效率较差。随着介料比，研磨介质之间的碰撞频率增加，粉体受到了更大的冲击能从而使粒度减小。当介料比大于3：1后，球磨后的粉体粒度反而。因为介料比太大，研磨介质过多而没有足够空间充分运动，致使研磨介质的冲击效率降，研磨效果下降，粉体粒度HJ。本实验中，适宜的介料比为3：1。
3．5研磨时间的影响
在超细粉碎加工中J，延长粉碎时间，粉体粒度减小，比表面积，粉体的表面能，表面活性，因而粉体颗粒间相互团聚的趋势也增加。研磨一定时间后，超细粉体在粉碎和团聚之间达到了动态平衡。在此状态下，物料的粉碎速度越来越慢，粉体的粒度随粉碎时间的延长不再继续减小，甚至颗粒的表观粒度变大。
保持助磨剂六偏磷酸钠用量1．0％，介料比为3：1，料浆浓度为25％，分别研磨6h，12h，24h，36h，48h，60h后。取样测粒度分布，实验结果见图5。
由图5可知，在初期6—24h内，随研磨时间的延长，产品细度越来越小。但研磨24h后粉料的粒度基本不再变化，甚至有返粗的趋势，这可能是由于“逆研磨”导致粉体团聚。这表明，钴蓝粉料在超细研磨24h达到了小粒径。图6为助磨剂六偏磷酸钠用量1．O％，料浆浓度25％，介料比为3：1，球磨时间为24h研磨后的钴蓝颜料粒度分布图。可见佳条件下研磨后，得到d。=0．78m，d。=0．89m的超细钴蓝粉体，并且粒度分布均匀。
由图5可知，在初期6—24h内，随研磨时间的延长，产品细度越来越小。但研磨24h后粉料的粒度基本不再变化，甚至有返粗的趋势，这可能是由于“逆研磨”导致粉体团聚。这表明，钴蓝粉料在超细研磨24h达到了小粒径。图6为助磨剂六偏磷酸钠用量1．O％，料浆浓度25％，介料比为3：1，球磨时间为24h研磨后的钴蓝颜料粒度分布图。可见佳条件下研磨后，得到d。=0．78m，d。=0．89m的超细钴蓝粉体，并且粒度分布均匀。
4结论
(1)不同的助磨剂具有不同的助磨效果。在本实验选用的助磨剂中，六偏磷酸钠具有佳的助磨效果，并且佳用量为钴蓝粉料质量的1．0％；
(2)浆料浓度和料介比对超细研磨的效果会产生很大的影响，本实验中，采用25％的料浆浓度和3：1料介比，添加1．0％六偏磷酸钠，球磨24h后，可以获得d。=0．78m，d∞=0．89m并且均匀分布的超细钴蓝粉体。
