专利名称：颗粒材料的研磨的制作方法
技术领域：
本发明涉及研磨，尤其是涉及用来磨碎颗粒矿物材料的设备和方法。
研磨悬浮在例如水化介质的液体介质中的颗粒固体材料是众所周知的。在本领域中研磨这种材料悬浮液作为“湿式”研磨已为人知晓，用来实施这种研磨所用的一类设备的通常名称为搅拌介质粉碎机或超细磨碎机。
现在我们已发明一种研磨颗粒固体材料的改进方法。
根据本发明的第一方面，提供一种用于研磨颗粒固体材料悬浮液的设备，该设备包括研磨室，它用来盛装颗粒磨料；装置，它用来将该颗粒固体材料悬浮液引入该研磨室；可旋转叶轮，它用来在该研磨室内搅拌颗粒磨料和该颗粒固体材料悬浮液，该叶轮具有至少一叶片，其中该叶轮的该或每个叶片相对于该叶轮的旋转平面是倾斜的；以及装置，它用来驱动该叶轮，以便产生磨碎的颗粒固体材料悬浮液。
根据本发明的第二方面，提供一种用于研磨颗粒固体材料悬浮液的设备，该设备包括研磨室，它用来盛装颗粒磨料；装置，它用来将该颗粒固体材料悬浮液引入该研磨室；可旋转叶轮，它用来在该研磨室内搅拌的该颗粒磨料和该颗粒固体材料悬浮液；装置，它用来驱动该叶轮；以及挡板构件，它安排在该颗粒磨料和该颗粒固体材料悬浮液上方，以便产生磨碎的颗粒固体材料悬浮液。
根据本发明的第三方面，提供一种研磨颗粒固体材料悬浮液的方法，该方法包括提供在本发明第一方面中限定的设备；将该颗粒磨料和该颗粒固体材料悬浮液引入该研磨室；以及借助于旋转该叶轮搅拌该颗粒磨料和该颗粒固体材料悬浮液，以便产生磨碎的颗粒固体材料悬浮液。
根据本发明的第四方面，提供一种研磨颗粒固体材料悬浮液的方法，该方法包括提供在本发明第二方面中限定的设备；将该颗粒磨料和该颗粒固体材料悬浮液引入该研磨室；以及借助于旋转该叶轮搅拌该颗粒磨料和该颗粒固体材料悬浮液，以便产生磨碎的颗粒固体材料悬浮液。
根据本发明的第五方面，提供一种用于研磨颗粒固体材料悬浮液的设备，该设备包括研磨室；装置，它用来将该颗粒固体材料悬浮液引入该研磨室；具有至少一叶片的叶轮，所述叶片具有沿着叶轮旋转方向的导向面，该导向面相对于叶轮旋转平面倾斜。导向面相对于叶轮旋转平面的倾斜角度最好大于0°并小于90°。
最好是，叶轮在基本水平的平面内旋转，而且所述导向面的上边缘为前缘而其下边缘为后缘，因而叶轮用来向下朝研磨室底部驱动该材料，借此挤压研磨室内的材料。
在本发明设备内提供的叶轮结构造成引入该设备的颗粒材料悬浮液的研磨增强。该叶轮可包括具有中心孔的环形本体，该中心孔可安置在基本上垂直取向的可旋转轴上。该轴的上端可连接在驱动装置上以便在该设备工作期间可旋转地驱动该轴和叶轮。最好是该叶轮的环形本体可包括许多叶片，每个叶片从环形本体沿径向伸出并且最好围绕环形本体外部表面与另外的叶片等距隔开，而且每个叶片相对于叶轮旋转平面倾斜。在本说明书中，叶片的“倾斜角”定义为叶片的叶弦(或者说沿着叶轮旋转方向的叶片导向面)和该叶轮的叶片旋转平面之间的夹角。该叶轮可具有环形本体和许多叶片，本体和叶片可以是整体的，或者作为替代，许多叶片可牢固地固定在环形本体上。
倾斜叶片最好具有在大约30°至大约60°范围内的倾斜角。最佳是该倾斜角为大约45°，这能在使用本发明设备期间有利地生成具有符合需要的颗粒尺寸性能的磨碎的颗粒材料产品。同样最好是，叶轮旋转平面可能是大致垂直于基本上可垂直取向地旋转的叶轮轴。最好是，叶轮许多叶片中的每个叶片具有基本上相等的倾斜角；换句话说，每个叶片的叶弦可具有基本上相等的斜率。倾斜叶片的最佳取向提供增强的颗粒矿物材料悬浮液研磨，从而在能量输入减小的情况下产生具有所需颗粒尺寸的磨碎的矿物产品。最好是，每个叶片的前(导向)面和/或后(尾随)面可为基本平坦的(平面的)。
在本发明设备的实施例中，叶轮可包括单层或多层结构。最好是具有两、三或四层以便进一步改善本发明方法的性能。在这种设备中提供的两层叶轮可称作双倾斜叶轮。最好是，该两层叶轮可安排成以一致方式旋转，而且上层叶轮可与下层向上隔开使得该叶轮磨碎引入研磨室的颗粒材料的研磨效果最大化。最好是，上层叶轮叶片与下层叶轮叶片可基本上以相等的角度倾斜。
已知的“湿式”研磨设备现有技术结构不采用由本发明限定的倾斜叶轮，因而这种已知现有技术结构不提供此处描述的多项优点。通常，研磨过程的有效性可归功于所生产品的细度和颗粒尺寸符合需要的产品产量。主要由颗粒尺寸小于2微米的颗粒组成的磨碎产品在本领域中通常认为是一种适当地磨碎的产品。由本发明方法生产的磨碎颗粒产品有利地包含较大产量的颗粒，而且该颗粒具有比由已知现有技术研磨设备生产的磨碎产品更细的颗粒尺寸。最好是，至少90％重量的磨碎颗粒产品含有颗粒尺寸小于5微米的颗粒；而且最好是至少70％重量的磨碎产品含有颗粒尺寸小于2微米的颗粒。
此外，使用装备着倾斜叶轮的本发明设备比已知的现有技术研磨设备节省成本效益和节省能量。本发明设备在工作期间使用较少能量，而且与现有技术结构相比达到改进的研磨水平。在研磨例如高岭土之类材料期间本发明设备所用的能量值可能在大约20KWh/t至150KWh/t范围内；最好是施加的能量为大约55KWh/t至150KWh/t。在研磨例如碳酸钙之类材料时所施加的能量值最好多达300KWh/t。
在由本申请人进行的多次试验中，为了获得其中80％颗粒小于2微米的磨碎产品，在传统湿式研磨试验室内使用具有45°倾斜角叶片的叶轮而不是销式(圆柱体)叶轮曾使能量输入减少到大约一半。
在本发明设备中使用如同上文描述的倾斜叶轮能改善装入料的混合，从而改善引入该设备的材料悬浮液的研磨。在本说明书中，“装入料限定为盛装在该设备研磨室内的颗粒磨料和颗粒固体材料悬浮液的混合物，此术语是熟悉本领域人员共知的。本申请人确信，这种改进的研磨是由于矿物材料悬浮液的研磨相对接近研磨室壁内表面或者就在该区域内而造成的。研磨可通过以适当速度旋转倾斜叶轮开始，以便使磨料(床)流化并造成该磨料与要磨碎的材料悬浮液混合。倾斜叶轮的适当旋转速度可在每分钟50转至每分钟400转范围内。
根据本发明的第二方面，在颗粒磨料和颗粒固体材料悬浮液上方安置挡板构件。该挡板构件可由具有中心孔的环形挡板构成，该中心孔可接纳基本上垂直取向的旋转轴在此通过。该挡板可由例如聚氨脂材料的塑料制成。最好是，挡板构件具有刚性的结构并由钢制成。它可衬有耐磨部分例如聚氨脂涂层或衬底。
最好是，挡板构件可拆卸地固定在研磨室壁的内表面上，或者作为替代，固定在研磨室的顶端。最好是，挡板构件位于与叶轮轴旋转轴线基本垂直的平面内。最好是，挡板构件布置在装入料上方预定高度处，因而在该设备工作期间挡板构件确保装入料处于相对挤压的状态。这种挡板构件布置使输送给每单位体积装入料(通过叶轮旋转)的能量最佳化，借此最大程度地研磨矿物材料悬浮液。该挡板构件还用来限制装入料沿研磨室壁内表面向上的浮动范围。
在由本申请人进行的多次试验中，为了获得其中80％颗粒小于2微米的磨碎产品，将挡板构件加入传统湿式研磨机试验室能使能量输入减少大约40％。
在根据本发明第一和第五方面的设备中提供挡板构件还进一步增强由于提供如同上文所述的倾斜叶轮可获得的多种技术优势。例如，具有微小颗粒尺寸(理想地小于2微米)的磨碎颗粒产品产量进一步提高并且施加到该设备的能量值进一步减少，从而导致本发明特别优选的实施例。
根据本发明方法可使用的颗粒磨料可为天然或合成材料。该磨料可包括任何硬矿物、陶瓷或金属材料的球、小珠或丸；这种材料可包括例如矾土、氧化锆、锆、硅酸盐、硅酸铝或者由在1300℃至1800℃温度范围内煅烧高岭粘土产生的富含莫来石的材料。作为替代，在本发明方法中也可使用一种适当颗粒尺寸的天然砂颗粒。
通常，选来用于本发明的磨料的类型和颗粒尺寸可取决于以下性质，例如要磨碎的无机材料输入悬浮液的颗粒尺寸和化学成分。颗粒研磨介最好包括平均直径在0.1mm至6mm范围内的颗粒，在0.2mm至0.4mm范围内更加适合。磨料(或多种介质)优选具有装入料体积的40％到70％的数量，最好具有装入料体积的大约60％的数量。
要用本发明方法磨碎的颗粒固体材料悬浮液可为无机材料并且最好为矿物材料。该矿物材料可以其天然生成形式或者化学合成形式使用。这种材料可包括例如碳酸钙、高岭粘土或者其他任何适当的矿物材料。
该颗粒无机材料可优选具有悬浮液重量10％至85％的量；而且该无机材料更优选地具有悬浮液重量的20％至80％的量。最好是，该无机材料具有悬浮液重量的大约30％至75％的量。
要磨碎的固体材料悬浮液可能具有相对较高的粘性，在这种情况下最好能在用本发明方法进行磨碎之前在悬浮液中加入分散剂。该分散剂可为例如水溶性浓缩磷酸盐，水溶性聚硅酸盐，或者聚合电解质例如具有不大于20,000的平均分子重量值的水溶性聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸盐。根据干颗粒固体材料重量，所用分散剂的数量通常应在0.1-2.0％重量的范围内。该悬浮液可能以4℃至100℃范围的温度引入该设备的研磨室。
现在参照附图，用只是举例的方法描述本发明的实施例，附图中
图1是体现本发明的设备的示意形式剖面图，该设备安排来用体现本发明的方法研磨颗粒固体材料的悬浮液。
图2是从用于体现本发明的设备的倾斜叶轮上方观察的透视图，该设备例如为
图1中所描述的设备。
参见
图1，此处表示总体标以参考编号1的研磨设备，它包括研磨室2，室2内盛装颗粒磨料和颗粒固体材料悬浮液的混合物3。在研磨室2内悬挂可转动的垂直取向轴4，轴4的上端支承在研磨室上部。用适当的齿轮装置将马达5连接在该轴上。具有两个层6a、6b的双倾斜叶轮6固定在轴4上。在研磨室2底部提供具有入口孔8的导管7以便把输入的颗粒固体材料悬浮液供应到容器2内以便磨碎。入口孔8设置在处于垂直取向轴4自由端下方的研磨室2底部中心处。
在研磨室2的侧壁上固定环形挡板16，它设置在叶轮6上方的预定高度处。驱动轴4延伸穿过挡板16内的孔20。
参见图2，此处表示用于
图1设备的倾斜叶轮6的层(6a、6b)。倾斜叶轮6包括环形本体11和六个叶片12，本体11具有用来将叶轮6布置在轴4上的中心孔，而叶片12从环形本体11沿径向伸出。每个叶片12相对于叶轮6旋转平面以大约45°的相等角度倾斜，以致于沿着该叶轮旋转方向R的每个叶片的导向面14朝着具有向下分量的方向。
在输入悬浮液供应到研磨室2的同时，轴4和倾斜叶轮6旋转以便使颗粒磨料流化并造成该磨料与颗粒固体材料悬浮液混合，从而导致研磨该颗粒固体悬浮液。
倾斜叶轮6和挡板16的动作联合起来以便挤压颗粒固体悬浮液从而改善研磨效果。
含有其颗粒尺寸符合需要的颗粒的已磨碎固体悬浮液通过网状物9离开研磨室2，如果需要就沿着导管10传送以便进一步细化。
现在参照随后的实例描述本发明。
实例通过入口导管7将含30％固体重量的高岭土悬浮液引入
图1描述类型的研磨设备。在该设备中用具有60％体积值的硅砂作为磨料供应到该设备中。施加给该设备的能量等级为75KWh/t。从该设备通过导管10获得的已磨碎悬浮液中发现92％重量的颗粒具有小于2微米的颗粒尺寸。
也曾用传统现有技术设备来实施上述试验，获得已磨碎高岭土悬浮液中88％重量的颗粒具有小于2微米的颗粒尺寸。
这些结果显示，利用本发明设备和方法能生产出具有更细颗粒尺寸的改善的已磨碎产品悬浮液。
权利要求
1.用于研磨颗粒固体材料悬浮液的设备，所述设备包括用来盛装颗粒磨料的研磨室；用来将所述颗粒固体材料悬浮液引入所述研磨室的装置；用来在所述研磨室内搅拌所述颗粒磨料和所述颗粒固体材料悬浮液的可旋转叶轮，所述叶轮具有至少一叶片，其中所述叶轮的所述或每个叶片相对于所述叶轮的旋转平面是倾斜的；以及用来驱动所述叶轮以便产生磨碎的颗粒固体材料悬浮液的装置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述叶轮旋转平面是基本水平的。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述叶轮包括轮毂，所述叶轮的所述或每个叶片与所述叶轮的旋转轴线基本上成直角地从所述轮毂伸出。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述轮毂包括具有中心孔的环形本体，所述中心孔接纳可旋转驱动轴。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述驱动轴的一端固定在所述叶轮上，而其另一端连接在驱动装置上。
6.如权利要求3至5任一项所述的设备，其特征在于，所述叶片与所述叶轮轮毂整体地形成。
7.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述或每个叶片相对于所述叶轮旋转平面的倾斜角在30°至60°之间。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述或每个叶片相对于所述叶轮旋转平面的倾斜角为45°。
9.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述叶轮具有许多叶片，而且每个所述叶片相对于所述叶轮旋转平面以基本上相同的角度倾斜。
10.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述叶轮包括许多安排在两层或更多层中的叶片。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述层以基本上垂直对准叠置的形式在另一个层上方设置。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，每层的叶片安装在各自的轮毂上，而多个所述轮毂安装在公用驱动轴上。
13.如权利要求10至12任一项所述的设备，其特征在于，所述叶轮各层的叶片相对于所述叶轮旋转平面以相同的角度倾斜。
14.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，挡板构件在所述研磨室内设置在所述叶轮上方。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述挡板构件包括板，所述板布置在与所述叶轮旋平面基本上平行的平面内。
16.如权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述挡板构件具有接纳所述叶轮驱动轴的中心孔。
17.如权利要求14至16任一项所述的设备，其特征在于，所述挡板构件具有刚性结构并设置耐磨部分。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述耐磨部分包括聚氨脂涂层、衬底或构件。
19.如权利要求14至18任一项所述的设备，其特征在于，所述挡板构件可拆除地固定在所述研磨室的壁上。
20.如权利要求14至19任一项所述的设备，其特征在于，所述挡板在所述研磨室内布置在所述颗粒固体材料悬浮液上方预定高度处。
21.如上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述磨料包括平均直径在0.1mm至6mm范围内的颗粒。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述磨料包括平均直径在0.2mm至4mm范围内的颗粒。
23.如权利要求21或22所述的设备，其特征在于，所述磨料在所述研磨室内具有40％至70％所述材料体积的数量。
24.用于研磨颗粒固体材料悬浮液的设备，所述设备包括用来盛装颗粒磨料的研磨室；用来将所述颗粒固体材料悬浮液引入所述研磨室的装置；用来在所述研磨室内搅拌所述颗粒磨料和所述颗粒固体材料悬浮液的可旋转叶轮；用来驱动所述叶轮的装置；以及安排在所述颗粒磨料和所述颗粒固体材料悬浮液上方以便产生磨碎的颗粒固体材料悬浮液的挡板构件。
25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述挡板构件包括板，所述板布置在与所述叶轮旋平面基本上平行的平面内。
26.如权利要求24或25所述的设备，其特征在于，所述挡板构件具有接纳所述叶轮驱动轴的中心孔。
27.如权利要求24至26任一项所述的设备，其特征在于，所述挡板构件具有刚性结构并设置耐磨部分。
28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，所述耐磨部分包括聚氨脂涂层、衬底或构件。
29.如权利要求24至28任一项所述的设备，其特征在于，所述挡板构件可拆除地固定在所述研磨室的壁上。
30.如权利要求24至29任一项所述的设备，其特征在于，所述挡板在所述研磨室内设置在所述颗粒固体材料悬浮液上方预定高度处。
31.一种研磨颗粒固体材料悬浮液的方法，所述方法包括提供在本发明第一方面中限定的设备；将所述颗粒磨料和所述颗粒固体材料悬浮液引入所述研磨室；以及借助于旋转所述叶轮搅拌所述颗粒磨料和所述颗粒固体材料悬浮液，以便产生磨碎的颗粒固体材料悬浮液。
32.一种研磨颗粒固体材料悬浮液的方法，所述方法包括提供在本发明第二方面中限定的设备；将所述颗粒磨料和所述颗粒固体材料悬浮液引入所述研磨室；以及借助于旋转所述叶轮搅拌所述颗粒磨料和所述颗粒固体材料悬浮液，以便产生磨碎的颗粒固体材料悬浮液。
全文摘要
一种用于研磨颗粒固体材料悬浮液的设备(1)。该设备(1)包括研磨室(2)、用来将颗粒固体材料悬浮液引入研磨室(2)的装置(7，8)以及叶轮(6)，该叶轮旋转并借此在研磨室(2)内搅拌颗粒磨料和颗粒固体材料悬浮液。叶轮(6)具有至少一叶片(12)，所述叶片(12)具有沿着叶轮(6)旋转方向(R)的导向面(14)，该导向面相对于叶轮(6)的旋转平面倾斜。在优选实施例中，所述导向面(14)的上边缘为前缘而其下边缘为每个叶片(12)的后缘，因而叶轮(6)用来向下朝研磨室(2)底部驱动研磨室(2)内的材料，借此挤压研磨室(2)内的所述材料。包括环形板的挡板构件(16)可在研磨室(2)内设置在叶轮(6)上方的预定高度处，因而将研磨室(2)内的所述材料保持在受挤压状态。
文档编号B02C17/16GK1486218SQ0182199
公开日2004年3月31日 申请日期2001年11月13日 优先权日2000年11月13日
发明者D·A·皮尔斯, D A 皮尔斯 申请人:英默里斯矿物有限公司