一种可控矿物纤维晶型微细结构的装置及利用其可控方法与流程

本发明涉及一种可控矿物纤维晶型微细结构的装置及利用其可控方法，属于超细功能材料的制备及应用领域。

背景技术：

硅灰石系变质作用成因的链状硅酸盐矿物，作为倍受关注的工业新兴原料源于它特殊的纤维状、放射状、针状集合体。材料的超细制备技术是近年来高新技术发展的必然产物，现代工业要求很多固体的物料以粉末状作为工业原料，它们不仅要具有极细的粒径，严格的粒度分布，较高的纯度，而且还需要具有特定的颗粒形貌。硅灰石矿物纤维除与其他矿物粉体一样应具备细粒化和表面活性化，还需尽可能保持其长径比。获得高长径比的硅灰石超细粉，是进行硅灰石深加工与利用的前提。硅灰石矿物晶型微细结构的可控改造以及微纳米纤维的研发是行业发展目标，随着物质的超微细化，表面的电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具备的表面效应、小尺寸效应、体积效应、量子效应等，使超微细纤维与常规颗粒材料相比，具有一系列优异的光、电、声、磁、热、力学、催化等方面诸多特殊性质。

超微细粉的制备方法很多，但多数机械法都有一定的局限性，存在许多需要解决和完善的问题，如有的方法超微细粉的收得率不高，能耗相对较大；有的方法适合大批量工业化生产，但对原料选择性较强；有的制取超微细粉后分级困难。另如传统结构的高压辊磨机存在结构上的欠缺，导致边缘出料粒度粗，循环负荷大，辊面磨损不均，液压系统响应速度慢等问题，严重制约了其先进粉碎原理的发挥。又如中国专利cn201410256850.8公开了“超微气流分级磨”，它是一种以冲击锤进行粉碎的机械粉碎机，包括同时连通气源以供气流进入的物料入口端，以及供细粉排出的物料出口端，粉碎区与分级区直接连通形成粉碎室，气流带着喂料从物料入口端通过转盘底部进入到超微气流分级磨的粉碎室，转盘由转盘马达驱动旋转，通过与转盘上的冲击锤以及转盘边缘设于磨腔内壁上的衬板之间的数次碰撞使物料结团被打散和粉碎。为了提高粉碎效果，冲击锤的形状、数量、高度及其位置可被优化设计为增加与物料的接触区域，包括具有斜角的梯形，或者具有一定高度的柱形。另外，还可考虑减小冲击锤和衬板之间的间隙。通常，衬板为带有内齿的齿圈，减小上述间隙有利地增加了冲击锤和衬板之间的冲击力度，促进粉体粉碎。被粉碎过的细粉在气流提送作用下旋升到分级轮所在的分级区。此时，由分级轮马达驱动旋转的分级轮利用其叶片所产生的离心力场对细粉进行分级，足够细的细粉粒会跟随气流穿过分级轮进入涡形区并从物料出口端排出，粗颗粒则会被分级轮挡住并在其外围回旋。但由于其采用冲击锤进行粉碎，缺点为成品的粒度分布不十分集中，且过细粉比例较高。又如中国专利cn201180036368.8公开了“喷射式磨机”，它的分选轮为水平放置，加料在上部，喷嘴在下部，并有冲撞构件。该发明解决了容器内残留有粉体的问题，但由于其有冲撞构件，过细粉的比例会高，且其容器内部粉碎和分选的结构特征导致了其粒度分布集中度不高。

技术实现要素：

本发明通过静载高压使硅灰石内部产生大量裂纹，易于保持晶型，超细化后形成微纳米纤维，达到优化其性能的目的，解决了上述的问题。

本发明提供了一种可控矿物纤维晶型微细结构的装置，所述装置包括辊压机、解理装置、气流粉碎机、分级机；所述辊压机的出料口与解理装置连接；所述解理装置的不合格产品出料口与辊压机的进料口连接；所述解理装置的合格产品出料口与气流粉碎机连接；所述气流粉碎机的上腔体与分级机连接。

本发明采用高压辊压机作预处理，对物料施加巨大的静压力，当作用力超过物料颗粒所能承受的抗压强度时颗粒开始碎裂，结构沿弱面破坏，从而降低了颗粒的强度，产生大量晶格错位、裂纹扩展，使物料易于粉碎，选择性破碎效果明显；再采用气流粉碎机进行解离或粉碎，产品大部分沿解理面粉碎，细粒级含量高，矿石颗粒内部微裂纹发育充分，主要以晶界微裂纹为主，易于获得保持原晶体型貌的微粉，超细纤维颗粒增多。

本发明优选为所述辊压机的压辊辊面为菱形花纹或密集型横条纹，且所述菱形花纹或密集型横条纹的硬度为hrc55-60。

本发明优选为所述解理装置的内衬及其解理叶片为可更换结构且对物料无污染的材料。

本发明优选为所述对物料无污染的材料为特种工业陶瓷或耐磨合金。

本发明另一目的为提供一种利用上述装置的矿物纤维晶型微细结构可控的方法，所述方法包括如下步骤：s1、将硅灰石原矿粗碎至50-80mm的颗粒；s2、将步骤s1所得产品除杂；s3、将步骤s2所得产品输送到辊压机，由辊压机的加压装置对压辊施加压力，将步骤s2所得产品破碎至0.05-1.5mm；s4、将步骤s3所得产品输送到解理装置，解理分级后大于1mm的硅灰石粗粉返回至辊压机，小于1mm的硅灰石粉在加入晶型控制剂后再输送到气流粉碎机；s5、气流粉碎机内硅灰石粉破碎后的微纳米粉体经分级机收纳。

本发明优选为所述除杂方法为光电选矿和/或磁选。

本发明优选为所述加压装置对压辊施加的压力为100-300mpa。

本发明优选为两个所述压辊的转速差为200-800rpm。

本发明优选为所述解理装置的解理分级筛的转速为500-800rpm。

本发明优选为所述晶型控制剂为氯化镁、氯化钠或氯化钾，所述晶型控制剂加入量为硅灰石粉质量的1-3％。

本发明优选为所述气流粉碎机的压力为0.4-0.8mpa。

本发明优选为所述分级机的转速为10000-14000r/min。

本发明有益效果为：

本发明经高压辊压机粉碎后矿石的超细粉碎功指数明显降低，矿石的解离特性提高，在后续磨矿过程中能够加快矿石单体解离；

本发明注重工艺的节能研究，提高磨矿和分选效率，有效降低磨矿所需能耗。

附图说明

本发明附图1幅，

图1为实施例1所述可控矿物纤维晶型微细结构的装置的结构示意图；

其中：1、辊压机，2、解理装置，3、气流粉碎机，4、分级机。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

超细硅灰石矿纤的性能以白度、粒度、长径比为主要检测内容，下述实施例中，各项指标测定方法如下：

长径比的统计方法为：依据扫描电镜图片，测量整张图片中完整硅灰石晶体颗粒的长度和直径，用所测硅灰石晶体颗粒长度之和与直径之和的比表示产品的平均长径比；按所得图片比例，将测量的长度和直径的平均值换算为实际尺寸；从产品图片中选择100个颗粒，如果选择的图片中颗粒数量不足100个，将从另一图片中选择局域范围内的全部颗粒进行测量，以保证其代表性。

白度采用gb/t5950-2008《建筑材料与非金属矿产品白度测量方法》检测。

实施例1

一种可控矿物纤维晶型微细结构的装置，所述装置包括辊压机1、解理装置2、气流粉碎机3、分级机4；

所述辊压机1的压辊辊面为菱形花纹，且所述菱形花纹的硬度为hrc58；

所述辊压机1的出料口与解理装置2连接；

所述解理装置2的内衬及其解理叶片为可更换结构且对物料无污染的特种工业陶瓷；

所述解理装置2的不合格产品出料口与辊压机1的进料口连接；

所述解理装置2的合格产品出料口与气流粉碎机3连接；

所述气流粉碎机3的上腔体与分级机4连接。

实施例2

一种利用实施例1所述装置的矿物纤维晶型微细结构可控的方法，所述方法包括如下步骤：

s1、将硅灰石原矿粗碎至50-80mm的颗粒；

s2、将步骤s1所得产品经光电选矿除去脉石等杂质；

s3、将步骤s2所得产品输送到辊压机1，由辊压机1的加压装置对压辊施加压力190mpa，两个压辊的转速差为500rpm，物料在负载静压力的同时受到摩擦剪切力作用，将步骤s2所得产品破碎至0.08-1.20mm；

s4、将步骤s3所得产品输送到解理装置2，解理装置2的解理分级筛的转速为800rpm，解理分级后大于1mm的硅灰石粗粉返回至辊压机1，小于1mm的硅灰石粉在加入氯化镁后再输送到气流粉碎机3，氯化镁加入量为硅灰石粉质量的1％；

s5、气流粉碎机3内的硅灰石粉在0.7mpa压力下超细粉碎，微纳米粉体经分级机4收纳为成品，分级机4的转速为12000r/min。

微纳米粉体的性能检测结果见表1。

实施例3

一种利用实施例1所述装置的矿物纤维晶型微细结构可控的方法，与实施例2的区别为：

s3、将步骤s2所得产品输送到辊压机1，由辊压机1的加压装置对压辊施加压力160mpa，两个压辊的转速差为200rpm，物料在负载静压力的同时受到摩擦剪切力作用，将步骤s2所得产品破碎至0.08-1.50mm；

s4、将步骤s3所得产品输送到解理装置2，解理装置2的解理分级筛的转速为800rpm，解理分级后大于1mm的硅灰石粗粉返回至辊压机1，小于1mm的硅灰石粉在加入氯化钠后再输送到气流粉碎机3，氯化钠加入量为硅灰石粉质量的2％；

s5、气流粉碎机3内的硅灰石粉在0.5mpa压力下超细粉碎，微纳米粉体经分级机4收纳为成品，分级机4的转速为10000r/min。

微纳米粉体的性能检测结果见表1。

实施例4

一种利用实施例1所述装置的矿物纤维晶型微细结构可控的方法，与实施例2的区别为：

s3、将步骤s2所得产品输送到辊压机1，由辊压机1的加压装置对压辊施加压力220mpa，两个压辊的转速差为800rpm，物料在负载静压力的同时受到摩擦剪切力作用，将步骤s2所得产品破碎至0.08-1.00mm；

s4、将步骤s3所得产品输送到解理装置2，解理装置2的解理分级筛的转速为800rpm，解理分级后大于1mm的硅灰石粗粉返回至辊压机1，小于1mm的硅灰石粉在加入氯化镁后再输送到气流粉碎机3，氯化镁加入量为硅灰石粉质量的3％；

s5、气流粉碎机3内的硅灰石粉在0.8mpa压力下超细粉碎，微纳米粉体经分级机4收纳为成品，分级机4的转速为14000r/min。

微纳米粉体的性能检测结果见表1。

对比例1

采用与实施例2相同的硅灰石原矿为原料，以悬辊式盘磨机(雷蒙磨raymondmill)为加工设备，梅花架在传动装置带动下，安装在其上的磨辊与固定不动的磨环之间形成研磨区，通过磨环和磨辊相对运动对物料施行研磨。

以该设备加工的硅灰石粉检测结果见表1。

对比例2

采用与实施例2相同的硅灰石原矿为原料，以拉杆式磨粉机为加工设备，通过磨圈和磨辊相对运动，对物料施行滚碾和剪切力。

作用于物料上的磨粉力通过安装在外部的弹簧来实现，这比传统雷蒙磨的压力要大3-4倍。

以该设备加工的硅灰石粉检测结果见表1。

表1