中國(guó)粉體網(wǎng)訊 砂磨機(jī)的工作原理是在固定的筒體中研磨介質(zhì)和物料一起被高速旋轉(zhuǎn)的分散盤所攪動(dòng)，使物料中的固體顆粒和研磨介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切、沖刷、碰撞，達(dá)到粉碎研磨和分散的目的，砂磨機(jī)按結(jié)構(gòu)可分為立式砂磨機(jī)和臥室砂磨機(jī)。與其它超細(xì)粉碎設(shè)備相比，砂磨機(jī)有什么優(yōu)勢(shì)？中國(guó)粉體網(wǎng)編輯試通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)來(lái)找到該問(wèn)題的答案。
砂磨機(jī)PK球磨機(jī)
許多研究者對(duì)于球磨機(jī)和砂磨機(jī)的研磨效率已經(jīng)做了大量的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果說(shuō)明砂磨機(jī)不論從研磨效率還是制備成本上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于球磨機(jī)。而且，實(shí)驗(yàn)還證明了砂磨機(jī)可制備出平均粒徑小于0.5μm的粉料，這比球磨機(jī)制得的產(chǎn)品粒度要小得多。
實(shí)驗(yàn)一：壓電陶瓷材料粉碎加工
蔡曉峰高工研究了不同粉碎設(shè)備對(duì)粉料粒徑及其分布的影響。實(shí)驗(yàn)中，研究人員在球磨罐、振磨料斗和砂磨機(jī)料桶中分別放入3kg壓電陶瓷合成料進(jìn)行粉碎加工，全部采用濕法加工，每隔一段時(shí)間取樣，測(cè)其粒徑及其分布，對(duì)比粉料粒徑D50達(dá)到0.5μm左右時(shí)三種設(shè)備加工所需的時(shí)間和加工后粉料的粒徑分布情況。
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，從粉碎效率和粒徑分布來(lái)看，振磨工藝要好于球磨工藝，砂磨工藝要明顯好于球磨和振磨工藝。這與粉碎所用的磨球尺寸和磨球的運(yùn)動(dòng)速度和能量有關(guān)。通常，磨球越小，研磨作用越大，粉碎越細(xì)，粒徑分布也越窄。
實(shí)驗(yàn)中，砂磨所用的氧化鋯球徑為1.5mm(1.5Kg)，球磨和振磨所用氧化鋯球徑為20mm、15mm和8mm混配(7.5Kg)，砂磨的研磨工作表面積要遠(yuǎn)大于球磨和振磨。砂磨時(shí)磨球運(yùn)轉(zhuǎn)速度為1800rpm，振磨時(shí)磨球的振動(dòng)速度為600次/min，球磨時(shí)磨球運(yùn)轉(zhuǎn)速度為65rpm。因此，砂磨工藝粉碎效率最高，粉體顆粒最細(xì)，粒徑分布最窄，粉碎質(zhì)量最好。
基于以上粉碎試驗(yàn)效果，蔡高工得出結(jié)論：壓電陶瓷合成料采用砂磨機(jī)粉碎，更有利于改善壓電陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)，提高壓電陶瓷材料的機(jī)械性能和壓電介電性能，對(duì)超聲波霧化換能元件而言，可降低性能衰減速度達(dá)50％，明顯延長(zhǎng)其使用壽命，由5000h延長(zhǎng)至8000h。
實(shí)驗(yàn)二：鋰電材料粉碎加工
康拓通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)高能球磨法與砂磨-噴霧干燥法合成LiFePO4的形貌進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)高能球磨法合成的LiFePO4前驅(qū)體經(jīng)過(guò)燒結(jié)后的尺寸為300~400nm，顆粒尺寸分布范圍較寬，且顆粒形貌各異，無(wú)明顯相似性。而經(jīng)過(guò)砂磨-噴霧干燥法合成的LiFePO4前驅(qū)體，在未經(jīng)過(guò)噴霧干燥與燒結(jié)時(shí)其顆粒粒徑為100nm以下，尺寸分布較窄。對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行噴霧干燥及燒結(jié)后，團(tuán)聚為直徑約為10μm的微米球，通過(guò)對(duì)微米球的放大可以明顯的觀察到該微米球由大量的紡錘形顆粒組成，且該顆粒尺寸分布較窄，均為300nm左右。
砂磨-噴霧干燥法合成的LiFePO4前驅(qū)體峰型突出且尖銳，說(shuō)明用此種方法合成的LiFePO4結(jié)晶度較高。這是由于在研磨混合的過(guò)程中砂磨機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)到2800r/min，而高能球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速僅有1200r/min，此外砂磨機(jī)內(nèi)部的氧化鋯陶瓷珠直徑僅為0.3mm，而高能球磨機(jī)內(nèi)部鋼珠的直徑為2mm，因此相比于高能球磨機(jī)，砂磨機(jī)可以將物料研磨至更細(xì)的尺寸，并且使其更充分混合，故提高了反應(yīng)程度從而提高了結(jié)晶度。
通過(guò)與高能球磨法和砂磨-噴霧干燥法合成的LiFePO4/C材料的對(duì)比，得出砂磨-噴霧干燥法合成的材料不僅性能較好，還極大地簡(jiǎn)化了該材料的合成工藝。
砂磨機(jī)PK氣流磨
林文忠在研究中指出，砂磨機(jī)與其他研磨設(shè)備相比，如氣流磨機(jī)，具有細(xì)度化高、連續(xù)性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)細(xì)度的要求可以通過(guò)適量的加減研磨介質(zhì)或用不同介質(zhì)研磨進(jìn)行調(diào)整。砂磨機(jī)的研磨介質(zhì)在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，研磨作用以撞擊和剪切力為主。其在實(shí)驗(yàn)中使用的氧化鋯珠研磨介質(zhì)對(duì)原料實(shí)現(xiàn)零污染，而且粒徑小接觸點(diǎn)多，能進(jìn)行超細(xì)研磨以及分散。
原材料于研磨機(jī)中高速研磨，液相均勻混合充分反應(yīng)后得到漿料；然后通過(guò)噴霧干燥機(jī)，漿料經(jīng)過(guò)霧化后，在與熱空氣的接觸中，水分迅速汽化，在這一過(guò)程中漿料進(jìn)行造粒、干燥，得到鋰電池電極材料。
砂磨機(jī)+球磨機(jī)+氣流磨聯(lián)合
雖然砂磨機(jī)在分散研磨方面有其它類型設(shè)備無(wú)可比擬的一些優(yōu)勢(shì)，但是據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)編輯的了解，砂磨機(jī)也有其自身應(yīng)用的局限性，比如：砂磨機(jī)對(duì)入磨原料的細(xì)度有要求，一般要求小于80目（＜0.18mm），另外，現(xiàn)在用于涂料行業(yè)的砂磨機(jī)規(guī)格較小，單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)量不大，較難滿足陶瓷行業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量要求。
在很多材料的加工過(guò)程中，包括本文涉及的多個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，通常都能看到球磨機(jī)、氣流磨、砂磨機(jī)聯(lián)合使用的情況，有研究者采用球磨機(jī)和攪拌式砂磨機(jī)相結(jié)合的研磨方式時(shí)，顯著縮短了研磨的時(shí)間，提高了研磨效率，并且還可以節(jié)約研磨電耗。有的工序是先交給球磨機(jī)去攪拌混合，再用砂磨機(jī)研磨；有的工序是先用砂磨機(jī)研磨，然后燒結(jié)之后的材料再用氣流磨粉碎。三者相互配合，各司其職，以實(shí)現(xiàn)材料的最優(yōu)化加工和最佳性能。
參考來(lái)源：
蔡曉峰，等：超聲換能壓電陶瓷粉體加工研究，佛山陶瓷
林文忠：碳摻雜的磷酸錳鐵鋰鋰離子電池正極材料的制備和改性研究，深圳大學(xué)
郭雁：原料顆粒分布對(duì)電瓷材料可靠性的影響，湖南大學(xué)
康拓：分散劑對(duì)碳包覆磷酸鐵鋰正極材料性能影響的探索，深圳大學(xué)
盧誠(chéng)：磷酸亞鐵鋰正極材料的工業(yè)合成制備及性能研究，機(jī)械科學(xué)研究總院
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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