книги из ГПНТБ / Технология электрокерамики

Работа шаровой мельницы основана на дробящем действии падающих шаров, а также на истирании зерен материала между мелющими телами. В начальной ста­ дии измельчения, 'когда отношение размеров мелющего тела и частицы сравнительно мало, время их взаимо­ действия и площадь контакта относительно велики, а ско­ рость возрастания напряжения в частице соответственно низка, измельчение ближе к статическому виду. В этот же период происходит разрушение зерен исходного ма­ териала по слабым местам. Начальный период характе­ ризуется наиболее интенсивным ростом удельной поверх­ ности и снижением однородности зернового состава. В дальнейшем в связи с уменьшением на несколько порядков размеров частиц сохраняется время их взаи­

разрушаются на меньшее число осколков, степень из­ мельчения уменьшается, помол замедляется и однород­

56

При увеличении скорости движения шаров возраста­ ют число и энергия единичных соударений и одновре­ менно снижается продолжительность контактов мелю­ щих тел с частицами разрушаемого материала и уменьшается степень измельчения. В свою очередь увеличение скорости движения мелющих тел в вязкой среде происходит при увеличении массы каждого из них за счет повышения плотности или при подъеме шаров на большую высоту при использовании ребристой футе­ ровки. В табл. 3-1 приведены данные, характеризующие скорость помола некоторых материалов в шаровой мельнице в зависимости от вида мелющих тел и соот­

3-3. ПОМОЛ В ВИБРАЦИОННЫХ МЕЛЬНИЦАХ

В изоляторной промышленности получили распрост­ ранение вибрационные мельницы, используемые для тон­ кого измельчения сырьевых материалов сухим или мок­ рым способом [Л. 3-1]. Внедрение вибропомола в про­ мышленность позволило значительно сократить длитель­ ность цикла производства и получить измельченный ма­ териал повышенной и стабильной дисперсности. Эффект измельчения в вибромельницах достигается за счет того, что отдельные зерна порошка испытывают раздавлива­ ющие усилия дробящего импульса. Так как частота колебаний мельницы очень велика, зерна измельчаемого порошка пребывают в так называемом усталостном ре­ жиме, при котором не успевает произойти релаксация деформаций. Поскольку при вибрационном помоле основную роль играет усталостный режим измельчения, а не истирание, как в шаровых мельницах, то поэтому загрязнение получаемого продукта от намола мелющих тел и футеровки значительно меньше, чем при мокром помоле в шаровых мельницах.

Основными показателями процесса вибрационного измельчения являются частота и амплитуда колебаний, форма, размеры и материал мелющих тел, степень за-

57

полпенни мельницы и соотношение между мелющими телами и измельчаемым материалом. В зависимости от физических свойств измельчаемого материала подбира­ ют наиболее рациональные режимы работы мельницы. При этом учитывают, что интенсивность вибрационного воздействия на измельчаемый материал определяется в первую очередь частотой и амплитудой колебаний виб­ ромельницы. Они определяют также потребляемую при работе мощность. В производстве величины частоты и амплитуды определяются конструкцией вибромельницы

ииспользуемым электродвигателем.

Вкачестве мелющих тел при помоле в впбромельницах используют мелкие металлические или керамиче­ ские мелющие тела диаметром 5—8 мм. При примене­ нии стальных шаров происходит намол железа вследст­ вие истирания металла абразивными керамическими порошками. Для удаления намолотого железа и образо­ вавшегося при его взаимодействии с водой гидрата сус­ пензию обрабатывают соляной кислотой. Этот процесс проводят при нагревании и перемешивании. Раствор хлорного железа декантируют до исчезновения реакции на ион железа. Вибромельницы с керамическими мелю­ щими телами эффективны при начальном размере ча­

стиц не более 0,5—1 мм, с металлическими — при раз­ мере не более 1—2 мм.

3-4. ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ПОМОЛЕ

Для интенсификации помола используют добавки поверхностно-активных веществ [Л. 3-14—3-21]. Поверх­ ностно-активные вещества, адсорбирующиеся на поверх­ ности раздела соприкасающихся тел, образуют тончай­ шие слои, резко изменяющие молекулярную природу и свойства поверхностей измельчаемых частиц. Такие ад­ сорбционные слои могут вызывать значительные измене­ ния кинетики процессов перехода веществ через поверх­ ности раздела фаз и условий их молекулярного взаи­ модействия. Так, поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхности глинистых частиц, могут гидрофобизировать и диспергировать их.

При взаимодействии сырьевых материалов с поверх­ ностно-активными веществами возможно образование

58

органокомплексов, соединений включения, развитие Не­ совершенств (дефектов) кристаллической структуры - исходных минералов вплоть до потери упорядоченности дальнего порядка. В качестве поверхностно-активных добавок используют органические вещества, молекулы которых построены ассиметрично и содержат полярные и неполярные органические радикалы. Выбор поверхно­ стно-активного вещества определяется химической при­ родой диспергируемого материала.

При помоле керамических материалов кислого ха­ рактера, таких как кремнезем, двуокись циркония, дву­ окись титана, применяют поверхностно-активные веще­ ства с основной активной группой (гндроксильной, аминной), например фосфатиды, состоящие главным образом из лицетина. Они ускоряют процесс помола и предотвра­ щают агрегирование мельчайших частиц. При измель­ чении материалов основного характера типа титанатов бария, кальция или магния, магниевых алюмосиликатов и др. применяют кислые поверхностно-активные вещест­ ва (нафтеновые и жирные кислоты, окисленный парафин).

59

ных солей металлов в водном растворе добавляют избыток гидро­ окиси аммония или раствор щелочи. При этом для ионов, которые способны образовывать твердые растворы друг с другом, лучшим

в растворимости возникают затруднения, так как при выпаривании растворов начинают выпадать сравнительно крупные кристаллы. Хороших результатов можно достигнуть, помещая смешанные рас­ творы в промышленный распылитель. При этом распыление осу­ ществляется внутрь платинового тигля, нагретого до 300 °С. Мел­ кие брызги раствора образуют очень тонкие порошки с молекулярной

меняемый для получения порошков, в состав которых входят Si02 , АЦОз, ТЮ2 , Z r 0 2 . Стандартный этиловый ортосиликат растворяют в этиловом спирте, в полученный раствор добавляют спиртовой или водный растор нитратов других металлов. Затем раствор гидролп-

зуется. Таким методом были получены керамические порошки в си­ стемах: MgO — А1 2 0 3 — Si0 2 , MgO—А12 0з—Si02 —Н2О и др.

К недостаткам метода относится длительность процесса гидро­ лиза, что в известной мере устраняется добавлением щелочи или кислоты; к достоинствам — неограниченные возможности примене­ ния в области стеклообразующих систем и окислов.

Использование этого метода возможно и для синтеза керами­ ческих материалов в системах, содержащих ноны щелочных метал­ лов. Карбонаты :(нлн гидроокиси) добавляют в раствор перед гид­ ролизом, при выпаривании катионы хорошо адсорбируются на по­ верхности гелей (кроме щелочей высокой концентрации), что исклю­ чает тенденцию к раздельной кристаллизации солей.

Используют также метод, по которому SiCU и раствор аммония добавляют в предварительно хорошо перемешанный разбавленный раствор А1С1з. Основная трудность метода связана с необходимо­ стью точного контроля скорости введения двух реагентов и, следо­ вательно, контроля меняющегося во времени состава смеси. Послед­

SiCU и А1С1з. Этот метод может быть применен к материалам, ко­ торые содержат легкорастворпмые хлориды таких элементов, как Ti, Zr, Sn, Sb, Fe, Cr « т. д. 10%-иын раствор с соответствующим соотношением Si : А1 приготовляют в днэтиловом эфире; небольшое количество раствора набирают в шприц и медленно впрыскивают через резиновую диафрагму в интенсивно перемешиваемый раствор NH4OH при температуре 50 "С. Раствор аммония наливают в вер­ тикальную трубку, нижний конец которой заключен в резиновую диафрагму. Эфир сгорает, обусловливая гидролиз хлоридов в усло­ виях перемешивания, что уменьшает' возможность преимуществен­ ного гидролиза одного из компонентов. После окончания реакции почти коллоидные осадки центрифугируют и высушивают.

Рентгеновские исследования показали аморфную структуру по­ рошков, полученных этим методом. Однако при нагревании смеси до температуры 800 °С происходит кристаллизация у-А12 0з. Повы­

61

лита. В процессе двухчасовой термической обработки при темпера­

цию при 800 и 1 000°С, но в а-форме кристаллизуется только в ре­

[Л. 3-24]. Надо отметить, что равномерное распределение порошко­

С уменьшением количества одного из них по отношению к другому возрастают трудности достижения равномерного усредненного со­ става смеси.

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

ПРИМЕНЕНИЕ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ СУШИЛОК В КЕРАМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Изготовление керамических изделий из порошкооб­

снятия давления. Для устранения этого недостатка кера­ мическую массу перед прессованием подвергают грану­ лированию. Эффективность прессования изделий из гранулированного порошка зависит от многих факторов: влажности порошка,, формы, размеров и прочности ча­ стиц порошка и его гранулометрического состава.

Значительное ускорение процесса сушки технических материалов достигается при увеличении поверхности испарения влаги в сушилках, работающих по принципу распыления жидких суспензий.

62

иия из пресс-порошков влажностью 6—12% при давле­

ит. д.

Внекоторых случаях применяют безводные органи­ ческие связки как жидкие (различные нефтяные и ра­ стительные масла, их смеси), так и твердые при ком­ натной температуре (термопластичные и термореактив­ ные). Наибольшее применение нашли термопластичные связки на основе технических парафинов. Несмотря на довольно большой диапазон влажности и разнообразие связок, пресс-порошки до недавнего времени приготов­ ляли по следующей схеме: мокрый помол компонентов шихты, обезвоживание в фильтр-прессах, усреднение коржей в вакуум-прессах, сушка вытянутых заготовок, дробление заготовок, добавление связки и перемешива­ ние, брикетирование, измельчение, просеивание и прес­ сование. При такой громоздкой и довольно сложной технологической схеме достаточно трудно получить пресс-порошок с постоянными основными характеристи­ ками: по зерновому составу, форме и строению зерен, сыпучести, текучести и т. п.

в распылительных сушилках, позволяющих изготовлять пресс-порошок стабильной гранулометрии и влажности непосредственно из жидкой массы (шликера) по сле­

Способ сушки распылением обладает рядом преиму­ ществ по сравнению с другими методами сушки [Л. 4-1 — 4-6]:

1. Процесс протекает чрезвычайно быстро (5—30 сек).

64