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砂磨机和球磨机研磨效率对比

作者:admin日期:2021-04-05阅读
砂磨机的工作原理是在固定的筒体中研磨介质和物料一起被高速旋转的分散盘所搅动,使物料中的固体颗粒和研磨介质产生强烈的剪切、冲刷、碰撞,达到粉碎研磨和分散的目的,砂磨机按结构可分为立式砂磨机和卧式砂磨机。与其它超细粉碎设备相比,砂磨机有什么优势?
 
许多研究者对于球磨机和砂磨机的研磨效率已经做了大量的实验,结果说明砂磨机不论从研磨效率还是制备成本上都远远优于球磨机。而且,实验还证明了砂磨机可制备出平均粒径小于0.5μm的粉料,这比球磨机制得的产品粒度要小得多。
 
实验一:压电陶瓷材料粉碎加工
 
在球磨罐、振磨料斗和砂磨机料桶中分别放入3kg压电陶瓷合成料进行粉碎加工,全部采用湿法加工,每隔一段时间取样,测其粒径及其分布,对比粉料粒径D50达到0.5μm左右时三种设备加工所需的时间和加工后粉料的粒径分布情况。

不同粉碎工艺的加工效率及其对粉体粒径的影响
由实验结果可知,从粉碎效率和粒径分布来看,振磨工艺要好于球磨工艺,砂磨工艺要明显好于球磨和振磨工艺。这与粉碎所用的磨球尺寸和磨球的运动速度和有关。通常,磨球越小,研磨作用越大,粉碎越细,粒径分布也越窄。
 
实验中,砂磨所用的氧化锆球径为1.5mm(1.5Kg),球磨和振磨所用氧化锆球径为20mm、15mm和8mm混配(7.5Kg),砂磨的研磨工作表面积要远大于球磨和振磨。砂磨时磨球运转速度为1800rpm,振磨时磨球的振动速度为600次/min,球磨时磨球运转速度为65rpm。因此,砂磨工艺粉碎效率高,粉体颗粒细,粒径分布窄,粉碎质量好。
 
基于以上粉碎试验效果,得出结论:压电陶瓷合成料采用砂磨机粉碎,更有利于改善压电陶瓷的微观组织结构,提高压电陶瓷材料的机械性能和压电介电性能,对超声波雾化换能元件而言,可降性能衰减速度达50%,明显延长其使用寿命,由5000h延长至8000h。

实验二:锂电材料粉碎加工
 
通过对传统高能球磨法与砂磨-喷雾干燥法合成LiFePO4的形貌进行对比,发现,经过高能球磨法合成的LiFePO4前驱体经过烧结后的尺寸为300~400nm,颗粒尺寸分布范围较宽,且颗粒形貌各异,无明显相似性。而经过砂磨-喷雾干燥法合成的LiFePO4前驱体,在未经过喷雾干燥与烧结时其颗粒粒径为100nm以下,尺寸分布较窄。对产物进行喷雾干燥及烧结后,团聚为直径约为10μm的微米球,通过对微米球的放大可以明显的观察到该微米球由大量的纺锤形颗粒组成,且该颗粒尺寸分布较窄,均为300nm左右。
 
砂磨-喷雾干燥法合成的LiFePO4前驱体峰型突出且尖锐,说明用此种方法合成的LiFePO4结晶度较高。这是由于在研磨混合的过程中砂磨机的转速可达到2800r/min,而高能球磨机的转速有1200r/min,此外砂磨机内部的氧化锆陶瓷珠直径为0.3mm,而高能球磨机内部钢珠的直径为2mm,因此相比于高能球磨机,砂磨机可以将物料研磨至更细的尺寸,并且使其更充分混合,故提高了反应程度从而提高了结晶度。
 
通过与高能球磨法和砂磨-喷雾干燥法合成的LiFePO4/C材料的对比,得出砂磨-喷雾干燥法合成的材料不性能较好,还大地简化了该材料的合成工艺。

砂磨机与其他研磨设备相比,如气流磨机,具有细度化高、连续性强、效率高等优点。对细度的要求可以通过适量的加减研磨介质或用不同介质研磨进行调整。砂磨机的研磨介质在高速下运转,研磨作用以撞击和剪切力为主。其在实验中使用的氧化锆珠研磨介质对原料实现零污染,而且粒径小接触点多,能进行超细研磨以及分散。
 
原材料于研磨机中高速研磨,液相均匀混合充分反应后得到浆料;然后通过喷雾干燥机,浆料经过雾化后,在与热空气的接触中,水分迅速汽化,在这一过程中浆料进行造粒、干燥,得到锂电池电材料。
 
虽然砂磨机在分散研磨方面有其它类型设备的一些优势,但是砂磨机也有其自身应用的局限性,比如:砂磨机对入磨原料的细度有要求,一般要求小于80目(<0.18mm),另外,现在用于涂料行业的砂磨机规格较小,单台设备产量不大,较难满足陶瓷行业生产的产量要求。
 
在很多材料的加工过程中,包括本文涉及的多个实验当中,通常都能看到球磨机、气流磨、砂磨机联合使用的情况,有研究者采用球磨机和搅拌式砂磨机相结合的研磨方式时,显著缩短了研磨的时间,提高了研磨效率,并且还可以节约研磨电耗。有的工序是先交给球磨机去搅拌混合,再用砂磨机研磨;有的工序是先用砂磨机研磨,然后烧结之后的材料再用气流磨粉碎。三者相互配合,各司其职,以实现材料的优化加工和佳性能。

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