造粒技术:陶瓷生产的一个重要环节!
粉体造粒技术至关重要,关系到陶瓷产品的结构与性能优劣。对于先进陶瓷的粉体,一般是希望越细越好,因为这样比较利于提高粉体的表面活性,能够提高烧结性能,降低烧结温度。然而对于后续的成型而言,尤其是干压成型,细小粉体的流动性较差,不能够很好地填充模具,从而影响成型后坯体的致密度,进而会导致最终的烧结体致密度不高。所以,对细小粉体进行造粒就显得相当重要。
造粒就是通过在较细的粉体中加入一定量的塑化剂,制成粒度较大、具有一定假颗粒度级配并且流动性好的球体。这个球体叫做团粒,它的质量能够十分显著地影响后续的成型和烧结。而团粒的质量可以通过它的堆积密度和球形来表征。造粒工艺的用途主要包括改善粉料的流动特性、防止环境污染与原料损失、有效防止固体混合物各成分的离析、防止结块现象、增加粉料的单位体积质量、降低有毒和腐蚀性物料处理作业过程中的危险性、改善热传递效果和帮助燃烧。造粒工艺是一种将磨细的粉料经过干燥和加胶黏剂处理,制成流动性好、粒径约为0.1mm的颗粒的过程。这一工艺在多个领域中都有应用,特别是在化工、医药、食品、环保等行业,用于制备小颗粒的粉末、球形颗粒、胶囊和片剂等制品。造粒的目的不仅在于改善粉料的物理性质,使其更适用于后续的加工和处理,还包括防止环境污染、减少原料损失、确保产品质量等方面的考虑。
- 改善粉料的流动特性:通过造粒,可以使粉料更容易流动,这对于自动化、连续化的生产过程尤为重要。
- 防止环境污染与原料损失:造粒有助于控制原料的散落和飞扬,减少对环境的污染和原料的损失。
- 有效防止固体混合物各成分的离析:通过造粒,可以确保混合物中的各成分均匀分布,避免使用过程中的分离。
- 防止结块现象:造粒可以防止粉料在储存或运输过程中结块,保持产品的质量稳定。
- 增加粉料的单位体积质量:造粒后的粉料更易于压缩和成型,有利于储存和运输。
- 降低有毒和腐蚀性物料处理作业过程中的危险性:通过造粒,可以降低有毒和腐蚀性物料处理时的安全风险。
- 改善热传递效果和帮助燃烧:造粒后的物料更有利于热量的传递,提高燃烧效率。
常用的造粒方法有以下几种:
1、一般搅拌造粒法
此种方法是直接在粉料中加入塑化剂,经过混合、过筛得到团粒。一般造粒法的优点是便于操作,但是问题在于团粒的质量较差,球体大小不一,球形不好。搅拌造粒法顾名思义就是将各种原料粉末与粘结剂倒入容器中加以搅拌,通过粘结 剂和原料粉末间的摩擦接触而产生相互的作用力从而形成颗粒。大型设备的搅拌过程并 非我们想象中的螺杆作圆运动,而是通过锥形、圆盘和筒形转鼓回转时的滚动、翻动以 及帘式垂落运动来完成。根据最终成型方式的不同又可分为粉末团粒、滚动团粒以及混 合团粒。目前市场上典型的搅拌造粒设备有鼓式混料机、粉末掺合机、造粒鼓、滚筒造 粒机等。搅拌造粒法的优点是设备结构简单,价格相对便宜且单机产量大,所形成的颗粒具 有易溶解、易湿透的特性,缺点则是所形成的颗粒粘合强度较低且均匀度不高。目前高 性能的搅拌造粒机的最大处理能力可达每小时500吨,极高的工作效率使其广泛应用于 精细化工、食品、矿业等领域。
2、沸腾造粒法
沸腾造粒法是目前工业实用中效率最高的造粒方法。其原理是在设备底部安装大功 率鼓风机,利用自下而上的风力使其中所带的粉粒与设备顶部均匀洒下的浆液充分接触, 二者相互粘合作用而形成颗粒。不过通过此种方法所生产出的颗粒粘合强度很低,只适 用于生产对强度要求不高的颗粒或是为后续工艺段做前期加工。不过值得一提的是,此种方法可以通过控制风道的强度来控制所成颗粒的大小。
3、加压造粒法
(1)干压造粒
干压造粒是指将粉料通过模具成型,然后破碎、球化的过程。干压造粒的具体步骤为:预压输送→滚压成型→破碎造粒。干压造粒具有造粒效率高、生产成本低等优点。特别地,与一些造粒方法,如喷雾造粒相比,干压造粒所需粘结剂含量非常低,这样可以减少因为粘结剂导致的烧结密度低,气孔多的问题。
(2)冷等静压造粒
冷等静压造粒与干压造粒方法类似,同样是将粉体置于一定压力下成型,再破碎球化的造粒方法。区别在于陶瓷粉体放入特定模具后,再置于冷等静压设备中。冷等静压利用了液体介质不可压缩的特点和均匀传递压力的特点,可实现从各个方向对试样进行均匀加压,确保粉体各个方向所受到的压强均匀且大小不变。粉体经过冷等静压工艺压制成坯体,再通过破碎机破碎,过筛,完成造粒过程。加压造粒的优点是形成的团粒体积密度大,有利于提高坯体致密度;添加的塑化剂等有机物含量少,后期处理简单;设备和工艺简单;加压造粒的缺点是由于经过破碎机破碎,团粒的形状难以控制,一般很难为理想的球形,且存在噪音和粉尘的问题,对操作人员的健康和生产线环境存在不利影响。
4、喷雾造粒法
喷雾造粒法是把坯料和塑化剂混合后配置成固相含量一定的浆料,然后用喷雾器将浆料喷入造粒塔进行雾化,就能够得到流动性较好的球状颗粒。这种方法的产量大,适合工业化生产。生产中通过喷雾造粒可以避免浆料中的各组份再团聚或沉降,从而使料浆保持均匀;同时料浆均匀雾化,可以得到粒度分布均匀且流动性好的球状颗粒。这样的颗粒具有极佳的成型和烧结性能,通过控制离心盘转速来形成体积极小的干燥颗粒,精度较高,有助于最终得到高致密度、高抗弯强度的烧结体。