连续滚筒式球磨机

01、硅酸锆加工应用技术的演进

硅酸锆（ZrSiO4）俗称矽酸锆，是由天然锆英石经超细粉碎，除铁，钛加工，表面改性处理等工艺加工而成。其产品属于化工产品类，主要用作陶瓷坯釉的乳白剂。

早在东汉时期，我们的祖先就已经发明了瓷器。瓷器的发明是中国对人类文明的一大贡献，而瓷器的重要标志之一就是陶瓷釉的使用。在唐宋时期，我们这个偏爱白色的民族就已经开始使用乳白釉。经考古研究证明，使用的乳浊剂是以高岭土为主要成分的自然超细白土。自宋朝时，有些瓷器上开始使用含磷矿物、锡灰（二氧化锡）等做乳浊剂。

中华人民共和国成立后的六十年代，唐山生产卫生瓷产品时，以磷灰石作为乳浊剂，八十年代的卫生陶瓷逐渐开始用325目锆英粉做乳浊剂。八十年代后期，淄博华光陶瓷在生产出口咖啡杯上，进口日本硅酸锆（时称矽酸锆），替代在用的氧化锡、氧化锆乳浊剂，取得极大的经济效益。1992年开始，包括华光在内部分厂家和研究单位，开始研究试制生产硅酸锆，并逐步开始替代进口。至1995年，国产硅酸锆开始在日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷上推广使用。由于硅酸锆性能优良，价格相对低廉，加之建筑卫生陶瓷的快速发展，硅酸锆的需求量逐年增加，至2010年硅酸锆的销售量达到50万吨。成为独立出陶瓷原辅材料行业的一大产业。但是，2010年下半年开始，用于生产硅酸锆的原料锆英砂的价格快速增长，至2011年9月，锆英砂由每吨8500元，升至20000元，此时硅酸锆的价格飙升至每吨22000元～25000元。导致下游用户的陶瓷厂家难以消化陡增的成本，纷纷减少用量或寻找替代品。销售市场的变化直接导致了硅酸锆加工行业的一次革命，引领硅酸锆进入了一个以纳米硅酸锆为主的精细加工时代。

说起纳米硅酸锆的加工与应用，首先要提到的是苏州化联公司。2007年，我在阿斯创公司工作期间，获得了一份由苏州化联公司提供的硅酸锆的超细样品，在与山东金化工公司的优等硅酸锆相比时，在用量减少30%的情况小，釉面使用白度仍高出一度。但这事并没有引起我太大兴趣，因当时我正在全力研究化学法制备纳米硅酸锆球的课题，那时我仍然相信物理法不可能研磨出纳米级别的硅酸锆。直到2011年我在淄博嘉坤锆铝新材料公司工作期间，我在试制锆铝复合球，无意中用自己制作的粒径在1mm左右的锆球研磨硅酸锆时，粒度仪测出的中位粒径出现了0.585微米的数据，开始我以为是测试错误，后经过几次重复试验才得知这是一个真实的数据。然后，我和王铎等人开始研制高速搅拌球磨机，虽存在很多应用方面的问题，但是我们还是用它制造出了中位粒径为0.7微米的硅酸锆。2012年7月至2015年7月，我参加了唐山贺祥公司自行研发、设计、制造、投产的国内首家，高效、低碳、环保、自动化“年产10000吨纳米级硅酸锆高纯超细粉体”项目。历时三年的时间里，我们通过将传统的球磨机改进为高能滚筒式超细球磨机，将传统搅拌球磨机改进为高效能搅拌式纳米球磨机，新发明纳米料浆料水分离机组，使硅酸锆产品从微米级时代进入到高效纳米级加工生产时代。在硅酸锆行业首次使用液体包装技术，省掉了烘干工序，降低成本，无碳排放，实现了纳米硅酸锆生产的低碳、绿色、循环的生产销售方式。本发明不仅提供了一种低碳高效能纳米硅酸锆制造方法，而且也为整个无机非金属材料的纳米化制造，提供了一条可借鉴的有效方法。创造了用物理法制造纳米陶瓷材料的神话。

2013年12月初，在北京举行的锆行业会上，谈到纳米硅酸锆时我做了这样的总结：硅酸锆是一个极小的的加工领域，工序简单，只是因为建筑瓷砖的大量需求，集聚了一批人在激烈竞争。将简单的产品不断地精细化加工，一直做到了纳米硅酸锆的出现。连续滚筒式球磨机

02.硅酸锆高能球磨机（亚微米）干法加工系统

简单的描述一下这一加工系统就是，用球磨机一次性将锆英砂研磨到亚微米级硅酸锆（D50≦0.8μm）的细度水平，并且研磨效率提高一倍，加工费用可控制在500元/吨之内。它包括两项重要技术：

（1）、高能滚筒式超细球磨机改进。将传统球磨机内的磨介泄落式创击研磨方式，设计为依靠磨球运动的速度差超细研磨方式，为此在结构上，将传统卧式球磨机进行重大改进，在磨机中心增加搅拌器，改变了磨球的运动状态和研磨机理。

（2）、改进磨介的大小和级配；选用新型研磨助剂；改进球磨机的运行速度和频率。

本系统经过设计，可以用做锆英砂的干法超细加工，细度可达到D50≦1um。本系统加工325目锆英粉，加工费用在150元之内；加工D50≦1um的硅酸锆在300元/吨左右。

03.纳米硅酸锆加工工艺系统

本系统是一项通过机械加工方式，将锆英砂加工到纳米级硅酸锆（500nm—100nm）产品，经过多年的改进，现加工成本已降低到1000元/吨之内，适应了大众化的需求。

采用的技术方案是：通过将传统的球磨机改进为高能滚筒式超细球磨机，将传统搅拌球磨机改进为高效能搅拌式纳米球磨机，新发明纳米料浆料水分离机组，使硅酸锆产品从微米级时代进入到高效纳米级加工生产时代。在硅酸锆行业首次使用液体包装技术，省掉了烘干工序，降低成本，无碳排放，实现了纳米硅酸锆生产的低碳、绿色、循环的生产销售方式。

该系统是为纳米硅酸锆的生产而设计建造的，现已稳定运行三年。系统创造的技术、产品和知识，也将不断为我国的无机非金属材料的微、纳米加工产业的发展持续发挥带动作用。

04.连续式球磨机多级研磨工艺系统：

本系统是一种规模化，连续化、自动化特点的加工系统，它的优点是进出磨的连续化，可多级串联，每级磨可用不同的磨介和工艺，理论上可以加工到纳米级别。效率高、成本低，用人少，产量大。下面介绍一下三级链接的案例：

球磨生产工艺过程示意图见下图：

配料采用料仓斗，把不同的原料按工艺配比，分别经料仓斗下料，为保证配料准确，料仓斗下设置连续计重皮带秤，这样多种原料同时按比例进入球磨机，中间没有停顿。水量按工艺要求，通过液体流量计和电磁阀实现自动控制。

一级研磨配备13-20MM高铝球石，充填率40%左右，主要承担原料的配制和粗磨，转速28转/分，进料量1.5吨/小时，水分55%，研磨粒度按D50=1.2μm控制。为保证配料的准确，防止因下料不均匀造成的配料不准确，采取分批配料方式，每天30吨为一个批次配料，经一次研磨的30吨浆料完全进入同一个储浆池混合均匀，方可向下一级球磨输送，两个储浆池交替使用。

二级研磨，配备2.5-13MM高铝球石，充填率38%左右，主要承担二次研磨，转速30转/分，进料量1.5吨/小时，水分60%，，研磨粒度按D50=0.8μm控制。将一次研磨的泥浆，经泥浆泵抽入磨机，通过控制泥浆泵的流量实现自动进浆。同时由流量计控制补充需要的水分。

三级研磨，配备1-2.5MM高铝球石，充填率38%，主要承担纳米研磨，转速32转/分，进料量1.5吨/小时，按D50=0.5μm控制，二级和三级研磨之间用固定导流管连接，设有观察孔，实现连续自动研磨。研磨合格的泥浆进入储浆池，进行料水分离。

由于实现自动进料研磨，人工减少一半，每班一人共三人。而间歇磨装磨需三人，放磨研磨抽浆需三人，共六人，而且工人每次停磨需调整磨口位置，对电机和拉带损伤大，频繁开启磨盖放气危险性大，调整泥浆管等辅助工作，时间长工作量大，劳动强度高。而连续式球磨自动化程度高，工人劳动强度低，辅助时间少，生产效率高。

通过实际对比，按生产相同产量的粉料计算，连续磨比间歇磨吨产品节电35%左右。

该系统以单体连续式球磨机为系统主题设备，可单用，可多台串联成多级研磨工艺系统，也可设计为单、多级干法研磨系统。该系统具有“产量大，自动化程度高，能耗低效率高，加工范围宽（产品从毫米到纳米，从干法到湿法，从无机物、金属到有机物），工艺灵活，维修方便”的诸多优点，笔者认为，它将成为工业化加工微、纳米材料的主题设备。

05·结语

硅酸锆的的加工技术在整个无机非金属加工体系中，无论从工艺技术，还是工艺装备都是领先的。硅酸锆粉体的加工细度已达到纳米级，而且加工费用成本已经大大降低，加工费用以控制在2000元/吨之内。从工艺装备方面，“硅酸锆高能球磨机（亚微米）干法加工系统、纳米硅酸锆加工工艺系统、连续式球磨机多级研磨工艺系统”三大系统中采用的机械装备都是领先的。但这不等于说，硅酸锆行业的日子更舒坦一些，技术的先进会反过来降低陶瓷行业对硅酸锆的使用量。处于硅酸锆行业的公司，如何利用好本行业创造出来的新技术，开发出客户需求的效益更高的产品，或者利用这些技术在临近产业中寻找应用机会，利用这些技术为企业自身找到新的利润增长的是更为必要的事。这些新厂品或新业态，我会在以后的文章中陆续介绍。有兴趣的，可关注我的百度百家号，方便我们今后的相互交流。

2020年4月21日星期二