宋杰光 王芳 吳世斌 劉銀銀 馬永紅 王偉元蘇明霞 黃浩 劉榮進(jìn)

(1.九江學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院九江市綠色再制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西九江332005，2.桂林理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院有色金屬及材料加工新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541004)

0 引言

在當(dāng)今工業(yè)原料需求量大大增加的時(shí)期里，各種能夠被利用的高品位天然或合成的礦物原料都被廣泛的利用于工業(yè)生產(chǎn)，高品位石英砂就是其中一種[1]。隨著科技的進(jìn)步和高品位天然資源的消耗，不少新興產(chǎn)業(yè)隨之產(chǎn)生，在這些產(chǎn)業(yè)中，絕大部分是利用工業(yè)廢料或低品位原料制備高性?xún)r(jià)比的“綠色”產(chǎn)品[2]。部分石英砂被用于房屋建筑的混合砂漿原料，使得石英砂的性?xún)r(jià)比值較低，幾乎很難體現(xiàn)它的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3]。

近年來(lái)，由于全國(guó)范圍建筑業(yè)的大發(fā)展，出現(xiàn)了粗制濫造的不良傾向。最近國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對(duì)建筑材料質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督抽查發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)一部分存在質(zhì)量問(wèn)題，很難達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[4]。隨著城市建設(shè)的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)外墻體材料工業(yè)也得到迅猛發(fā)展，燒結(jié)粘土磚消耗了大量的土地（粘土）資源，我國(guó)將節(jié)約土地（粘土）資源提上了日程，于是國(guó)內(nèi)紛紛出現(xiàn)各種各樣的非粘土燒結(jié)磚或粘土燒結(jié)空心磚，以便達(dá)到節(jié)約土地（粘土）資源的目的[5-6]。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家新型墻體材料已占整個(gè)墻體材料的60%～90%，新建住宅80%～100%采用高效保溫材料，目前，發(fā)達(dá)國(guó)家墻體材料的發(fā)展方向主要反映在耐久、節(jié)能和功能三大方面，并注重墻體材料生產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)研究[7]。

近年來(lái)水土流失加劇，連續(xù)發(fā)生特大洪水造成大量泥沙淤積在長(zhǎng)江中下游航道，嚴(yán)重影響航行，顯然航道整治離不開(kāi)河道采砂。只要選址得當(dāng)，開(kāi)采適量，在保證河勢(shì)穩(wěn)定的前提下利用長(zhǎng)江沿岸低品位石英砂作為原料生產(chǎn)高質(zhì)量的新型建筑材料可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益[8]。利用長(zhǎng)江沿岸低品位石英砂開(kāi)發(fā)研制新型保溫隔熱磚，必須控制其內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)。本文研究了球磨參數(shù)對(duì)低品位石英砂粒度的影響，為得到高性能的保溫隔熱磚奠定原料基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備

圖1 球磨時(shí)間對(duì)石英砂粒徑的影響Fig.1 Effect of ball milling time on grain size of quartz sand

圖2 球磨時(shí)間對(duì)石英砂粒度顯微結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effect of the ball milling time on the particle size distribution and microstructure of quartz sand powder(a-quartz sand;b-25min;c-60min;d-120min;e-180min)

圖3 轉(zhuǎn)速對(duì)石英砂粒徑的影響Fig.3 Effect of ball milling speed on grain size of quartz sand

將來(lái)至長(zhǎng)江沿岸的低品位石英砂在太陽(yáng)下曬干，首先對(duì)低品位石英砂原料進(jìn)行粗選，然后用50目篩進(jìn)行篩選，將河砂中顆粒尺寸較大的顆粒礦物去除，避免影響球磨。最后放入QM-BP型行星式球磨機(jī)球磨罐中，在一定條件下球磨后，取出石英砂粉體備用，用BT-9300H型粒度分析儀對(duì)球磨后的石英砂進(jìn)行粒度分析，用捷克TESCAN VEGAⅡ型掃描電鏡觀察其形貌。

2 結(jié)果與討論

1.1 球磨時(shí)間對(duì)石英砂粒度的影響

球磨罐中裝料量為200g/L低品位石英砂，在球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，大小球質(zhì)量比值為0.75的條件下，球磨一定時(shí)間取樣并對(duì)其進(jìn)行粒度分析，結(jié)果如圖1所示。從圖可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，石英砂的平均粒徑逐漸減少。球磨時(shí)間60min以前，球磨使得平均粒徑減小幅度較大，而球磨時(shí)間大于60min后，石英砂平均粒徑減小幅度較小，基本趨于平緩趨勢(shì)。因?yàn)槭⑸邦w粒在球磨初始由于粒徑較大，在球磨機(jī)的作用下被沖擊的概率較大而被粉碎，隨著球磨時(shí)間延長(zhǎng)石英砂顆粒減小到一定程度，使得其在大小球的間隙中不受到?jīng)_擊而使粒徑減小速度變緩[9]，從圖2中也可以看出。所以，當(dāng)其他參數(shù)不變的情況下，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，石英砂粒徑減小。綜合性能和能耗之間整個(gè)工藝考慮，球磨時(shí)間定為60min較好。

2.2 球磨強(qiáng)度對(duì)石英砂粒度的影響

在球磨罐中裝料量為200g/L低品位石英砂，大小球質(zhì)量比值為0.75，球磨轉(zhuǎn)速不同的條件下，球磨60min后，取樣進(jìn)行粒度分析，結(jié)果如圖3所示。從圖可知：隨著球磨轉(zhuǎn)速的增加，石英砂的平均粒徑逐漸減小。由于球磨轉(zhuǎn)速的不斷增加，球磨介質(zhì)對(duì)石英砂的沖擊次數(shù)和研磨作用力相對(duì)增加，從而增強(qiáng)了球磨機(jī)對(duì)礦物的球磨效果[10]，使得石英砂的粒徑逐漸減小。所以，在其他參數(shù)不變的情況下，隨著球磨轉(zhuǎn)速的增加，石英砂粒徑逐漸減小,從圖4也可以應(yīng)證。球磨轉(zhuǎn)速為300r/min時(shí)，球磨效果較好，此時(shí)石英砂平均粒徑為12.54μm。

圖4 球磨轉(zhuǎn)速對(duì)石英砂粉體粒度分布及顯微形貌的影響Fig.4 Effect of the ball milling speed on the particle size distribution and microstructure of quartz sand powder（a-200r/min,b-250r/min,c-300r/min)

圖5 裝料量對(duì)石英砂粒徑的影響Fig.5 Effect of the milling charge on grain size of quartz sand

圖6 球磨裝料量對(duì)石英砂粒度的影響Fig.6 Effect of the milling charge on the particle size distribution and microstructure of quartz sand powder（a-100g/L,b-200g/L,c-300g/L）

2.3 球磨裝料量對(duì)石英砂粒度的影響

在球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，大小球質(zhì)量比值為0.75，球磨機(jī)裝料量不同的情況下，球磨60min，取樣并進(jìn)行粒度分析，結(jié)果如圖5所示。從圖得到：隨著球磨機(jī)裝料量的增多，石英砂平均粒徑逐漸變大。因?yàn)檠b料量增加，球磨介質(zhì)不變，球料比減小，球磨介質(zhì)對(duì)石英砂的沖擊次數(shù)和研磨作用減弱[11]，使得石英砂的平均粒徑增大，即球磨效果變差。所以，當(dāng)其他參數(shù)不變的情況下，隨著球磨機(jī)裝料量的增加，石英砂的平均粒徑增加,從圖6中也得以證明。綜合考慮，認(rèn)為球磨裝料量為200g/L較為合適。

2.4 大小球質(zhì)量比值對(duì)球磨石英砂粒度的影響

在球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨機(jī)裝料量分別為200g/L，大球?yàn)棣?0mm，小球?yàn)棣?mm，大小球質(zhì)量比值不同的情況下，球磨60min，取樣并進(jìn)行粒度分析，結(jié)果如圖7所示。由圖可以看出，隨著大小球質(zhì)量比值的增加，石英砂平均粒徑逐漸增加。因?yàn)榇笮∏蛸|(zhì)量比值的增加，增大了大球的數(shù)量，在球體撞擊時(shí)，形成較多較大的空隙，對(duì)球磨細(xì)顆粒無(wú)疑是不利的。大小球質(zhì)量比值的減小，變相地減少了大球的數(shù)量，這對(duì)于球磨粗顆粒是不利的[12]，因此，大小球的質(zhì)量比值要適當(dāng)。所以，在其他參數(shù)不變的情況下，隨著球比的增加，石英砂粒徑逐漸增加。綜合考慮，大小球質(zhì)量比值為0.75較好。

圖7 球比對(duì)石英砂粒徑的影響Fig.7 Effect of the grinding media ratio on grain size of quartz sand

圖8為球磨前后的石英砂粉體掃描電鏡照片，從圖片中可以看到，石英砂原料顆粒粗大，石英砂松散堆積；而球磨后的石英砂成粉狀，不如石英砂原料那樣松散堆積，而是由于顆粒細(xì)小相互之間吸附團(tuán)聚，使石英砂粉體形狀各異，大小顆粒都有，這樣多樣性的顆粒有利于保溫隔熱磚坯體的成型。

3 結(jié)論

原料石英砂通過(guò)分組后的球磨，取樣并進(jìn)行粒度分析得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行分析討論后，得到以下結(jié)論：

(1)隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，石英砂粒徑減小。隨著球磨轉(zhuǎn)速的增加，石英砂粒徑逐漸減小。隨著球磨機(jī)裝料量的增加，石英砂的粒徑增加。隨著大小球比的增加，石英砂粒徑逐漸增加。

(2)球磨工藝為：球磨時(shí)間為60min，球磨轉(zhuǎn)速為300r/min，球磨機(jī)裝料量為200g/L，大小球質(zhì)量比值為0.75。

圖8 石英砂粉體掃描電鏡照片F(xiàn)ig.8 SEM micrographs of the quartz sand powder

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