流化床气流磨粉碎硅灰石针状粉的形状分析

硅灰石是一种钙的偏硅酸盐类矿物，属三斜晶系，理论化学成分CaO48.3%，SiO251.7%。天然的硅灰石通常呈针状、放射状、纤维状集合体等。硅灰石元毒、吸油性低、价格低廉，具有针状形态，常作为玻璃纤维、纤维状滑石粉和石棉的代用品或并用品，有效地实现对塑料增强增韧。

我国的硅灰石在世界市场上起着重要作用，但高长径比超细硅灰石粉体的制备技术却落后于其他国家。国内对硅灰石所开展的研究基本都是偏重于硅灰石超细粉体的制备工艺，目前硅灰石产品的粒度达到超细水平在技术上已经具备，研究证明超音速气流磨在制备高长径比硅灰石粉体时具有优势。由于硅灰石粉体具有针状结构，在表征粒度分布时激光粒度仪不能给出长径比，只能提供粒度特征方面的借鉴，同时气流磨粉碎的能耗很大，而有关硅灰石针状粉颗粒形貌分析的研究报道很少。因此建立硅灰石针状粉长径比与等体积直径的关系就十分必要。

本文通过对流化床气流磨粉碎硅灰石所得到超细粉体颗粒进行大量统计计算，初步得到硅灰石针状粉长径比与等体积直径的关系，以期能对高长径比超细硅灰石粉体的制备起到一定的积极作用。

分析实验

实验原料为青海硅灰石，硅灰石经粗碎（粒度<1mm）后，用FJM200型流化床气流磨（粉碎压力0.7MPa；分级轮转速6800r/min）进行超细粉碎。

超细粉碎后所得到的粉体在JX-2000图像分析仪上进行分析，通过统计大量的颗粒（>1000）的长度和直径并计算出颗粒的等体积直径。由于针状颗粒在相同长径比的条件下可以有不同的等体和直径，因此在本实验中统计硅灰石颗粒时，将硅灰石针状粉的长径L分为0-10um；40-50um；50-60um6个区间进行统计（每个区间统计颗粒个数>=200）。

结果与讨论

硅灰石粉平均长径比随平均等体积直径的增大先迅速增大，平均等体积直径为4.15um时，平均长径比增大趋势转为平缓。当平均等体积直径达到6.64um后再增大时，平均长径比变化趋于平缓，而平均等体积增加较大。实验观察可知超细粉碎后的颗粒90%短径D都是1um，短径大的颗粒很少，而长径变化非常大。由于粉碎进程中利用了类似流化床原理（压缩空气通过粉碎喷嘴膨胀加速后产生的超音速喷射流在磨内下部形成对心逆喷射流场，在压差的作用下使磨底物料流态化），使物料在粉碎腔内产生激烈的相互碰撞、摩擦、剪切，从而达到微细化。而剪切和摩擦作用具有使颗粒沿着与力作用方向平行的结晶解理而剥离的趋势。因此，适当大小的剪切力和摩擦力具有将晶体束剥离成纤维状作用，有利于高长径比超细硅灰石的制备。硅灰石颗粒较大时，该气流磨粉碎施力方式，使硅灰石以解理为主碎裂；但随着颗粒尺寸的减小，易于解理的缺陷减少，且小颗粒获得的粉碎动能也随之减少，粉碎需要经过的碰撞次数急剧增加，因此，硅灰石纤维折断的可能性大大增加。所以，当颗粒等体积直径接近1um时，颗粒形貌的纤维特征已不明显。