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叁星砂磨技術--為石英產業的高精尖發展提供技術支持

叁星砂磨技術--為石英產業的高精尖發展提供技術支持

   

石英(SiO2)是世界上含量最多、分布最廣的一種無機非金屬礦物。由于礦物形成時的溫度和壓力不同,SiO2可形成不同的晶型,通常所說的石英,主要指α-石英(α-Quartz)β-石英(β-Quartz)。石英礦物密度介于2.22~2.65之間,莫氏硬度為7;純度高的石英常呈無色或乳白色半透明狀態。

石英(SiO2)是世界上含量最多、分布最廣的一種無機非金屬礦物。由于礦物形成時的溫度和壓力不同,SiO2可形成不同的晶型,通常所說的石英,主要指α-石英(α-Quartz)β-石英(β-Quartz)。石英礦物密度介于2.22~2.65之間,莫氏硬度為7;純度高的石英常呈無色或乳白色半透明狀態。

 

一、石英分類及應用

根據石英礦物中SiO2和雜質含量,工業用石英可以大致分為四個種類,包括:普通石英、精制石英、高純石英和熔融石英。

石英獨特的空間網絡狀的晶體結構及優異的物理化學性質使石英成為重要的工業原料,廣泛應用于玻璃、陶瓷、冶金、化工、塑料、橡膠、磨料等工業領域。

隨著經濟的發展和科技進步,市場對優質石英原料的需求量日益增多。目前,石英的加工尚屬粗放型,石英經過干法破碎和分級后即制成產品銷售,主要產品是微米粒級以上的石英砂或粉體,附加值非常低。亞微米粒級石英粉體(小于1μm)是一種現代工業技術的無機精細化學原料,由于它具有不尋常的顆粒特征,即極小的粒徑、較大的比表面積和優良的化學性能,表現出良好的親水性、補強性、增稠性、消光性和防粘結性。為提高石英產品的附加值,有必要對石英進行精細化加工,開發新的工藝,生產高質量的微納米粒級石英產品,拓寬石英的用途,這是石英產業的必然發展趨勢。

 

二、納米石英的應用現狀及發展前景

納米顆粒的小尺寸效應、表面界面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等使其具備與傳統材料不同物理、化學性能,表現出獨特的光、電、磁和化學等特性。在實際應用中,納米SiO2顆粒通常經過必要的化學改性后充分、均勻地分散在基材中,用于提高傳統材料的多項性能指標,制備出性能優異的新一代功能材料。目前,超細SiO2顆粒被廣泛應用于電子封裝材料、高分子復合材料、塑料、涂料、膠粘劑、陶瓷、藥物載體化妝品及殺菌材料等領域。

 

三、 微納米SiO2的制備方法

通常,制備微納米顆粒有自下而上自上而下這兩種方法。自下而上指在材料化學合成的過程中通過控制材料的成核和長大,從而控制產物的尺寸制備納米顆粒。自上而下則是借助各種外力對塊狀顆粒粉碎,從而制備納米顆粒。

化學合成納米SiO2的方法主要包括:化學氣相沉積法(CVD)、化學沉淀法、溶膠凝膠(Sol-Gel)和微乳液法。但是,化學法制備納米SiO2的工藝較為復雜并不利于大規模生產,而且制備過程中往往需要大量使用多種助劑,對環境存在一定危害。

機械研磨法制備微納米材料常需要使用各種機械設備,包括:高速沖擊式磨、振動磨、氣流磨、膠體磨、介質攪拌磨等及作為配套設備的精細分級設備。按研磨過程中設備物料載體的類型可分為干法破碎和濕法研磨兩種制備方法。濕法研磨是利用水作為載體,利用介質攪拌磨進行研磨來制備納米顆粒。制備的產品具有粒度細、粒度分布窄等特點。

 

深圳市叁星飛榮機械有限公司采用自主研發的無軸封無篩網介質攪拌磨對多種石英進行了大量的研磨實驗,通過自行摸索的工藝參數,低能耗、高效地制備得到各種納米級石英,而且制備的產品粒度均勻,粒徑分布窄。以相對比較難加工的熔融石英為例進行簡要說明:

熔融石英是用天然高純度二氧化硅經電爐在高于1760℃以上溫度熔融,隨后快速冷卻而制得的。此過程將晶型SiO2轉變為非晶型的玻璃熔體。 熔融石英熔化溫度約1713℃,導熱系數低,熱膨脹系數小,具有極高的熱震穩定性。熔融石英具有極好的斷裂韌性,因此很難用機械的方法進行納米級研磨。

深圳市叁星飛榮機械有限公司用自主研發的,已成熟并投入市場的型號為SPT30W30L生產設備對浙江某公司提供的熔融石英進行生產試驗(100kg漿料,固含量50wt%),通過對影響研磨效率最主要的幾個因素(磨介尺寸、介質填充率、線速度、流量等)進行調節,采用粗料粗磨,細料細磨的兩段研磨方式進行加工,最終得到令客戶非常滿意的產品。

 

 

1 研磨前后的產品粒度分布圖

1為熔融石英的原樣及研磨8h后的產品粒度分布圖,公司采用激光粒度儀對樣品進行檢測,得到D50=230nmD90=450nm

眾所周知,激光粒度儀測試的粒度都存在一定的誤差及局限性,不同廠家的測試結果也不一樣,但可以反映顆粒大小變化的趨勢。于是我們用美國FEI公司生產的NanoSEM-430型高分辨掃描電鏡和德國卡爾蔡司公司ZEISS EVO18型掃描電子顯微鏡進行驗證,結果圖2所示,可以看出研磨前樣品的粒度基本和激光粒度儀測試數據吻合(D50≈13μmD90≈43μm),但研磨后的數據存在較大偏差。

通過圖2可以看出,研磨8h后的產品中95%顆粒粒度小于150nm左右,其中50%的顆粒小于80nm左右,顆粒粒度分布非常均勻,極少數團聚顆粒粒級在270nm左右。

  

2 原樣及研磨8h后樣品的SEM

 

總而言之,深圳市叁星飛榮機械有限公司自主研發生產的無軸封無篩網立式砂磨機能夠大大提高石英產品的附加值,為石英產業向高精尖方向發展指明了方向并提供技術支持,讓納米石英的產業化成為現實。

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