содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

Обработка сырьевых материалов в производстве керамических изделий

Мокрый тонкий помол в производстве керамических изделий


Независимо от способа тонкого помола разрушение материала начинается в его наиболее ослабленных местах — стыках между частицами материала, порах, трещинах и др. Помол материала в водной среде ускоряет этот процесс.

Высокая гидрофильность размалываемых материалов способствует тому, что молекулы воды размером 0,14 нм, быстро смачивают вновь образующиеся при разрушении поверхности частицы, способствуя помолу. Добавление 0,5—1% ПАВ усиливает расклинивающее диспергирующее действие воды, так как молекулы ПАВ более подвижны, чем молекулы воды. Это улучшает смачивание поверхности частиц и приводит к более быстрому накапливанию воды в устьях у начала трещин. В микротрещинах создается двухмерное давление, направленное в глубь частицы, которое, действуя одновременно с понижением свободной поверхностной энергии частиц, ускоряет их разрушение (образование зоны предразрушения). Образуя полимолекулярный слой на поверхности микротрещин толщиной от сотен до тысяч молекул (до 0,1 мкм), вода действует как поверхностноактивная добавка, развивая в самых узких участках трещин давление до 245 МПа. Этим объясняется большая интенсивность мокрого измельчения каменистых материалов в шаровой мельнице по сравнению с сухим (на 35—45%). Это также объясняется и тем, что наряду с адсорбционным понижением прочности, насыщением свободных связей измельченного материала и дезагрегирующим действием воды, повышается удельная энергия удара шаров ввиду меньшего демпфирующего (амортизирующего) действия водной суспензии по сравнению с действием порошков в слое при сухом помоле материалов.

Тонкий помол повышает реакционную активность относительно инертных при нормальной температуре каменистых компонентов массы, создает условий для дополнительной очистки их от вредных примесей, ускоряет протекание сложных процессов формирования черепка при высоких температурах обжига и физико-технических свойств изделий. Тонкий помол сырьевых материалов способствует разрушению структуры материала, частичной деформации кристаллической решетки и, следовательно, ее активизации. Изменяются и поверхностные свойства материала. Электрический заряд, возникающий на поверхности частиц при их измельчении, повышается по мере их измельчения до определенного предела, а затем уменьшается и может служить характеристикой поверхностной активности материала.

Высвобождение энергии вызывает качественные изменения материала. Так, при весьма тонком (меньше

2 мкм) сухом помоле каолина в вибромельнице наблюдается аморфизация кристаллической решетки каолинита, связанная с возникновением дефектов, сдвигом пакетов, разрывом связей между слоями (до 97% при продолжительности помола 30 ч). С повышением тонины помола уменьшается число частиц каолина, имеющих гексагональную форму, и увеличивается количество частиц ромбической модификации. При более длительном помоле происходит агломерация( слипание) частиц вследствие значительного увеличения поверхностной энергии. Длительный помол отрицательно влияет на технологические свойства массы и процессы фарфо-рообразования при обжиге. Использование в фарфоровой массе каолина с размером частиц менее 2 мкм способствует повышению пластичности массы, прочность на изгиб в сухом состоянии возрастает почти в 2 раза, повышается плотность сырца и улучшается его механическая обработка.

Помол кварца происходит селективно по кристаллографической ориентации с одновременным повышением анизометрии. При этом изменяется не только размер частиц, но и их форма. При измельчении песка в шаровой мельнице окатанную форму имеют только зерна размером более 230 мкм. С уменьшением размера частиц их форма становится угловатой. У фракций размером зерен менее 200 мкм не наблюдается резких различий в форме при измельчении в различных помольных агрегатах. Тонкий помол способствует отделению отдельных примесей, например слюды, при последующем пропуске

суспензии через сито, повышает однородность структуры изделий, увеличивает ее реакционную способность, в том числе образование стекломуллитовой фазы при обжиге, снижает количество остаточного (нерастворившегося) кварца, улучшая тем самым термическую и механическую прочность изделий. Тонкий помол кварца повышает белизну и просвечиваемость фарфоровых изделий и снижает их пористость. Учитывая высокую активность кварца в процессах фазообразования при обжиге, его подвергают более тонкому (до 25 мкм) помолу, чем полевой шпат. Помол кварца до 3—60 мкм приводит к значительному повышению модуля упругости материала. Использование тонкодисперсных исходных материалов способствует образованию большего количества расплава, насыщенного кварцем, и позволяет существенно сгладить кривую, характеризующую модификационные изменения кварца при 500—600° С, а также снижению содержания полевого шпата в массе и перерождению кварца в кристобалит.

С повышением дисперсности кварца увеличиваются линейная усадка и плотность, снижаются пористость и водопоглощение фаянсовых изделий. Коэффициент линейного термического расширения при 200—600° С, а также возможность растрескивания изделий при резком повышении температуры и их деформаций при обжиге возрастают.

Чем тоньше помол и равномернее гранулометрический состав массы, тем выше реакционная способность плавней. Исключение из массы крупных частиц плавней повышает равномерность распределения стеклофазы в черепке, снижает его пористость, предохраняет от снижения флюсующего воздействия крупных частиц полевого шпата, уменьшает размер железосодержащих минералов; облегчает литье и способствует получению отливок с более гладкой поверхностью. Крупнозернистый полевой шпат плохо распределяется в массе, поэтому в черепке возникают участки с низкой вязкостью расплава при обжиге. С повышением тонины помола полевого шпата образуются мелкие кристаллы муллита, а стекловидная фаза становится более однородной. Кристаллы муллита в этом случае распределяются по черепку более равномерно, чем при менее тонком помоле, что улучшает физико-технические свойства изделий. Оптимальная тонкость помола массы, мкм: для фарфоровых изделий, санитарно-строительной керамики и фарфоровой посуды, а также других видов тонкой керамики (скульптуры) — до 60, глазурованных стеновых облицовочных плиток — около 60, плиток для пола, мозаичных плиток, химически стойких изделий — 60—200.

Тонкий помол каменистых материалов осуществляют обычно мокрым способом в шаровых мельницах и реже сухим способом. В производстве тонкокерамических изделий наиболее широко применяются шаровые мельницы мокрого помола периодического действия с загрузкой и разгрузкой через люк. Максимальный размер кусков загружаемого материала не должен превышать 20— 40 мм. Чем меньше куски загружаемого материала, тем эффективнее работа шаровой мельницы. Шаровые мельницы вместимостью 0,2—8,2 м3 футеруют кремневыми, стеатитовыми, высокоглиноземистыми, фарфоровыми брусками и реже резиновыми плитами. Толщина брусков 75—100 мм, срок службы кремневой футеровки до 6 тыс. ч, фарфоровой — до 20 тыс. ч работы мельницы. Мелющие тела (кремневая галька, фарфоровые, стеатитовые или уралитовые) имеют размер 30—90 мм в поперечнике. Износ кремневых мелющих тел составляет 0,-5—2% массы размалываемых материалов (кремневой гальки 0,05—0,08%, уралита 0,025% за 1 ч работы мельницы). Содержание мелющих тел размером 30—50 мм в общем объеме загрузки шаровой мельницы составляет 25—50%, 50—70 мм — 30—60%; 70—90 мм —20—25% и зависит от состава массы, глазури и фритты. Преобладание шаров большого диаметра способствует более быстрому первичному дроблению каменистых материалов, более тонкий помол осуществляется трением телами меньшего диаметра.

При снижении размера частиц, загружаемых в мельницу, до 3 мм и предварительном помоле кварца производительность мельницы увеличивается на 25%. Материалы, загружаемые в шаровую мельницу, должны предварительно просеиваться через сито № 1,25 (34,6 отв/см2). Мелющие тела размером менее 30 мм в поперечнике удаляют из мельницы. Для этого периодически (один раз в месяц) мелющие тела выгружают из мельницы, сортируют, удаляя изношенные шары. Текущий износ мелющих тел компенсируют согласно расчету добавкой их при каждой загрузке материала в барабан мельницы. Оптимальный коэффициент загрузки

мельницы мелющими телами равен 46—55% (0,4—0,45 т на 1 м3). Количество материала, загружаемого в шаровые мельницы, колеблется от 0,4 до 0,45 т на 1 м3. Барабан мельницы заполняется на 85—90% объема.

Обычно отношение материала (М), мелющих тел (Ш)

И воды (В) —М : Ш : В составляет 1 : (1,2—1,8) : 1. При помоле фарфоровой глазури кремниевыми шарами это соотношение равно 1 : 1,5 : (0,9—1), а керамических красок в фарфоровых барабанах вместимостью 10 л —

I : (1—1,2) : 0,5. Вместо воды при помоле красок может быть использован в том же количестве скипидар.

Порядок загрузки шаровой мельницы: сначала загружают мелющие тела (по массе), заливают воду через водомер и фильтр (сетка № 028—567 или № 045—252 отв/см2 с прокладкой из войлока или стеклянной ваты), далее загружают предварительно измельченный кварц, бой политых изделий и трошковскую глину (если она вводится в массу). Для предупреждения осаждения кварца при случайной остановке мельницы вводят 5—7% глины или 1—2% бентонита. После 2,5—3 ч помола в барабан догружают полевой шпат или пегматит и удельный черепок и перемалывают содержимое мельницы еще 4—5 ч.

При загрузке мельницы вводят поправку на влажность материала и на отклонения его состава, так как расчет загрузки дается с учетом сухой массы и определенного состава сырьевых материалов. При влажности материала W %, и массе материала по рецепту Р, кг, фактическая загрузка (с поправкой на влажность) составит (кг)

М= Р*100/(100 —W).

Если по рецепту в массу необходимо вводить 35%  пегматита, содержащего 74% полевого шпата и 26% кварца, а содержание этих компонентов в имеющемся пегматите составляет соответственно 72 и 28%, то количество полевого шпата, которое необходимо ввести в массу, равно 35*0,74 = 26%. При содержании в пегматите 72% полевого шпата для ввода 26% шпата необходимо ввести в массу (26 • 100)/72 = 36% пегматита. Количество кварца или кварцевого песка должно быть уменьшено на 10% в связи с вводом части его с пегматитом (36-26=10%).

Производительность шаровой мельницы зависит не только от правильности загрузки, но и от частоты вра-щения барабана и предварительной подготовки размалываемого материала. Так, при загрузке мельницы материалом, измельченным до размера частиц не более 1 мм, и тонкости помола, характеризуемой остатком на сите № 006 (10 000 отв/см2) не более 2%, производитель-

ность ее при вместимости барабана 1; 1,2; 1,4; 3,9; 7,2 м3 составит соответственно 110, 120, 130, 300 и 400—500 кг/ч.

Для загрузки в мельницу каменистых материалов, предварительно измельченных до зерен размером не более 2 мм, целесообразно использовать вакуум, а для разгрузки суспензии из мельницы — давление воздуха (0,2—0,3 МПа) или вакуум. Расход воздуха 0,66 мЗ/мин.
 

Ускорению размола материала способствует использование высокоглиноземистых (уралитовых) и других высокопрочных мелющих тел. Уралитовые мелющие тела (СТУ 48-28-13) цилиндрической (диаметр 30 мм и высота 35—40 мм) и шаровидной (диаметр 35—40 мм) формы (рис. 12) имеют плотность 3—3,4 г/м3, что увеличивает силу удара и ускоряет помол материала. Твердость их равна примерно 9 по шкале Мооса. Уралитовые мелющие тела изготовляют из спекшейся массы водо-поглощением 0,03% следующего состава, %: 30 глины, 62,8 глинозема, 7,2 доломита. Использование уралито-вых мелющих тел, особенно цилиндрической формы, имеющих большую суммарную поверхность соприкосновения с размалываемым материалом способствует ускорению размола в 1,5 раза по сравнению с кремниевыми

Шарами. Расход электроэнергии сокращается более чем в 2 раза.

Тонкий мокрый помол энергоемок (на него приходится до 60—65% общего расхода электроэнергии на приготовление массы), так как только 15% затрачиваемой энергии совершают полезную работу. Несмотря на значительный удельный расход энергии, а также малый КПД, шаровые мельницы мокрого помола высокопроизводительны (300—400 кг/ч), просты по конструкции и надежны в эксплуатации.

Тонина помола отощающих материалов и плавней определяется остатком на сите № 0056, который обычно составляет для фарфоровой массы 0,5—1%, фаянсовой 2—8%, глазури 0,02—0,05%- Влажность массы в шаровой мельнице 45—50%.

Добавка в шаровую мельницу ПАВ (до 1 % по массе) ускоряет помол материала за счет повышения диспергирующего действия воды в микротрещинах материала.

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..