專利名稱：可用于粉體固態(tài)反應(yīng)的球磨機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉體加工設(shè)備，具體的是指一種球磨機(jī)，可用于超細(xì)粉體研磨，還 可用于粉體固態(tài)化學(xué)反應(yīng)，如研磨制備納米復(fù)合氧化物。
背景技術(shù)：
球磨機(jī)是一種常用的粉體加工設(shè)備，被廣泛用于各類材料的分散、研磨、混 合、機(jī)械合金化。傳統(tǒng)球磨機(jī)多為立式(如南京大學(xué)研制的QM-1SP，中國專利，專利 號ZL 02220259. 5)，其結(jié)構(gòu)是在垂直地面的轉(zhuǎn)盤上對稱裝有若干個(gè)球磨罐，罐體中的金 屬磨球在離心力的作用下運(yùn)動(dòng)對罐內(nèi)粉體產(chǎn)生研磨，達(dá)到粉碎物料的目的。中國專利 200610045805. 3公開了一種機(jī)械研磨技術(shù)，提出在特定的氣氛，適宜的溫度，以及較高的機(jī) 械能量作用下，通過高能金屬球不規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖撞、擠壓和捏合，在相對較低的溫度下 引發(fā)各種簡單氧化物間的固態(tài)化學(xué)反應(yīng)，研磨制備出高比表面積(10-200平方米/克)、納 米級(5-50納米)的復(fù)合氧化物，該技術(shù)把研磨與固態(tài)反應(yīng)結(jié)合制備納米復(fù)合氧化物，比現(xiàn) 有的溶膠凝膠法、共沉淀法等化學(xué)合成制備復(fù)合氧化物方法簡單，效率高，成本低，具有工 業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的前景。然而實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的關(guān)鍵研磨設(shè)備必須滿足以下要求，1、具有足夠 高的機(jī)械能，不僅能對物料進(jìn)行粉碎研磨，而且能滿足制備納米復(fù)合氧化物的固態(tài)化學(xué)反 應(yīng)的能量要求；2、研磨裝置內(nèi)部必須保持相應(yīng)的反應(yīng)氛圍和適宜的溫度；3、保持連續(xù)性。 顯然現(xiàn)有的立式球磨機(jī)很難滿足以上要求，一般的立式球磨機(jī)由于球磨罐支承軸呈懸臂梁 支承，支座處交變彎曲應(yīng)力大，易疲勞斷裂，因而該設(shè)備的轉(zhuǎn)速最高僅能達(dá)到600轉(zhuǎn)/分，且 球磨罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，鋼球只做簡單的離心運(yùn)動(dòng)，因此鋼球產(chǎn)生的機(jī)械能有限，一般僅能用 于對原料顆粒的研磨，此外由于普通球磨機(jī)沒有有效的溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，無法消除由于物料、 磨球、罐壁三者之間相互撞擊、摩擦而產(chǎn)生的高溫，從而導(dǎo)致物料的聚積、結(jié)塊，影響物料固 態(tài)反應(yīng)效果和最終產(chǎn)品的理化性能，粒度不均，質(zhì)量不夠穩(wěn)定；另外罐體內(nèi)不具有反應(yīng)氛圍 的控制調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于中國專利200610045805. 3公開的機(jī)械研磨制備納米復(fù)合氧化物技 術(shù)，提供一種用于粉體固態(tài)反應(yīng)的球磨機(jī)，可強(qiáng)化金屬研磨球做高速無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生較高 的機(jī)械能，在實(shí)現(xiàn)對物料的粉碎、研磨及分散的同時(shí)，提供引發(fā)物料彼此間的化學(xué)反應(yīng)的高 能量，并且研磨時(shí)反應(yīng)氛圍和溫度可控，進(jìn)而促進(jìn)物料間的固相化學(xué)反應(yīng)，直接研磨反應(yīng)生 成納米復(fù)合氧化物。本發(fā)明的球磨機(jī)，主體結(jié)構(gòu)包括球磨筒、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、研磨球、物料進(jìn)出口、 其中臥式球磨筒固定支撐在支架上，罐內(nèi)裝有研磨球，在球磨筒的中心有一旋轉(zhuǎn)的主軸，主 軸由電機(jī)通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，主軸上有槳葉，槳葉的旋轉(zhuǎn)速度在300-2000轉(zhuǎn)/分，槳葉 的擊打?qū)C(jī)械能傳遞給研磨球，使其產(chǎn)生高速不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，罐內(nèi)的研磨球與物料的重量比 為0. 5-10，球磨筒底部由兩端向中心呈0-30度坡度，球磨筒罐體帶有冷卻夾套，并開有冷卻介質(zhì)的進(jìn)、出口，球磨筒罐體上開有抽氣口和進(jìn)氣口，可根據(jù)合成的需要控制罐內(nèi)反應(yīng)氣 體的氛圍。本發(fā)明通過增加槳葉轉(zhuǎn)數(shù)、數(shù)目，研磨球的單體重量、數(shù)量等措施來提高研磨的能 量，其中槳葉的旋轉(zhuǎn)速度可根據(jù)物料裝填量及研磨球單體重量而做相應(yīng)調(diào)整，槳葉轉(zhuǎn)速隨 物料添加量及研磨球單體重量的增加而降低。優(yōu)選轉(zhuǎn)速在1000-1400轉(zhuǎn)/分。槳葉的數(shù)目隨研磨筒總?cè)莘e的增大在4-8片范圍內(nèi)增加，所述的研磨筒總?cè)莘e是 球磨筒中裝載物料的3-5倍。研磨球單體重量在5-30克范圍，研磨球數(shù)量的優(yōu)選范圍為50-200粒。本發(fā)明球磨筒體底由兩端向中心呈0-30度坡度，用以強(qiáng)化研磨球碰撞的無序化 程度，坡度應(yīng)隨研磨球單體重量的增加而減小，優(yōu)選的坡度為10-15度范圍。本發(fā)明的效果1、本發(fā)明所述的球磨機(jī)通過研磨筒內(nèi)強(qiáng)化的擾動(dòng)結(jié)構(gòu)，使研磨球 具備了足夠高的機(jī)械能，不僅能對物料進(jìn)行粉碎研磨，而且能使研磨物料突破晶格能的束 縛，達(dá)到物料晶格結(jié)構(gòu)重排的目的，滿足制備納米復(fù)合氧化物固態(tài)化學(xué)反應(yīng)的能量要求；2、 研磨裝置內(nèi)部反應(yīng)氛圍和適宜的溫度可控，保證研磨在相對較低的溫度下進(jìn)行，有效防止 了物料的結(jié)焦、晶粒尺寸的增長；3、保持連續(xù)性，自動(dòng)化程度高、操作成本低、適合于大規(guī)模 工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品理化性能優(yōu)異、粒度均一、質(zhì)量穩(wěn)定。本發(fā)明是基于200610045805. 3所述 的機(jī)械研磨制備納米復(fù)合氧化物新技術(shù)，提出的能滿足物料進(jìn)行固態(tài)化學(xué)合成反應(yīng)的高能 球磨機(jī)，不僅可對物料進(jìn)行精細(xì)研磨，而且可適用于鈣鈦礦、尖晶石、白鎢礦、雜多酸等一系 列納米復(fù)合氧化物的連續(xù)式、工業(yè)化的生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明球磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖中各部件為球磨筒1、抽氣口 2、固體進(jìn)料口 3、進(jìn)液口 4、進(jìn)氣口 5、冷卻介質(zhì)入 口 6、槳葉7、主軸8、冷卻夾套9、傳動(dòng)單元10、電動(dòng)機(jī)11、底座12、支架13、不銹鋼圓柱體 14、出料口 15、研磨球16、物料17、冷卻介質(zhì)出口 18。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的球磨機(jī)如圖1所示，主體結(jié)構(gòu)包括球磨筒、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)單元、主軸、槳 葉、研磨球、物料進(jìn)、出口、進(jìn)氣口和抽氣口、冷卻介質(zhì)入出口等部分。臥式球磨筒1由底座 12和支架13固定支撐保持靜止?fàn)顟B(tài)，球磨筒1中心有主軸8，主軸上帶有漿葉7，可調(diào)速電 機(jī)11及傳動(dòng)單元10帶動(dòng)主軸8產(chǎn)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且速度可調(diào)，球磨筒內(nèi)裝有研磨球16，研 磨球的數(shù)量根據(jù)研磨或反應(yīng)的需要控制，其與物料的重量比為0. 5-10，研磨球的材質(zhì)為不 銹鋼、碳化鎢、鉻合金等耐磨材料。球磨筒體1底部做成具有一定坡度(0-30度)，來加強(qiáng)研 磨球16碰撞的無序化程度，球磨筒1內(nèi)有冷卻夾套9，夾套上開有冷卻介質(zhì)入口 6和冷卻介 質(zhì)出口 18，其中通有的冷卻介質(zhì)來調(diào)控研磨的溫度，冷卻介質(zhì)可為水、液氮、空氣等。球磨筒 上開有抽氣口 2和進(jìn)氣口 5，用于引入特定氣體來控制研磨筒內(nèi)的反應(yīng)氣氛。本發(fā)明球磨機(jī)工作原理物料17及研磨球16由進(jìn)料口 3添加入研磨筒，電動(dòng)機(jī)帶 動(dòng)主軸及槳葉做高速旋轉(zhuǎn)，通過槳葉7的擊打?qū)C(jī)械能傳遞給研磨球16，引發(fā)研磨球在研
4磨筒中產(chǎn)生高速不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，靠研磨球之間及研磨球與球磨筒壁之間的相互作用，進(jìn)而沖 撞、擠壓和捏合物料產(chǎn)生高能量，完成混合物料各組分間固相反應(yīng)，生成復(fù)合氧化物晶相， 隨著槳葉旋轉(zhuǎn)速率的逐步提高，完成物料的混合、研磨、固態(tài)化反應(yīng)、精磨等階段，產(chǎn)品經(jīng)出 料口 15收集。在出料口有一不銹鋼圓柱體14，用以避免研磨過程中物料及研磨球16在出 料口 15的積累。為了滿足用于粉體固相化學(xué)反應(yīng)制備納米復(fù)合氧化物的需要，使研磨物料突破晶 格能的束縛，達(dá)到物料結(jié)構(gòu)重排的固態(tài)化學(xué)反應(yīng)的高能量要求，本發(fā)明通過增加槳葉轉(zhuǎn)數(shù)、 數(shù)目，研磨球的單體重量、數(shù)量等措施來提高研磨的能量。具體措施是一方面保持槳葉7的 旋轉(zhuǎn)速度在300-2000轉(zhuǎn)/分的水平。另一方面，將球磨筒體1底部做成具有一定坡度(0-30 度)，來加強(qiáng)研磨球16碰撞的無序化程度，坡度隨研磨球單體重量的增加而減緩。槳葉數(shù)目 隨研磨筒體積的增加而在4-8片范圍內(nèi)增加。所述的球磨筒總?cè)莘e是其中裝載物料的3-5 倍；研磨球與物料的重量比為0. 5-10 ；研磨時(shí)間為3-30小時(shí)。此外，本發(fā)明通過研磨氣氛的控制來促進(jìn)復(fù)合氧化物晶體結(jié)構(gòu)的生長，具體操作 如下首先經(jīng)抽氣口 2將球磨筒抽真空，后通過進(jìn)氣口 5引入特定氣體來改變研磨氣氛。 球磨筒1內(nèi)的氣氛根據(jù)合成的需要控制為氮?dú)狻?2-100% )氧氣、空氣、(0-100% )氬氣、 (2-20% )氯氣等氛圍。少量的研磨助液(水、乙醇等)通過進(jìn)液口 4添加。混合物料各組分間固相反應(yīng)在相對較低的溫度下完成，高能球磨易導(dǎo)致球磨筒體 1及物料的溫度升高，高溫不僅加速了球磨機(jī)相應(yīng)部件的磨損，還會(huì)促進(jìn)物料晶粒尺寸的增 長，導(dǎo)致產(chǎn)品的比表面積急劇下降。因此本發(fā)明通過球磨筒1內(nèi)冷卻夾套9中冷卻介質(zhì)的 加入來調(diào)控研磨的溫度，研磨溫度在零下40度到零上70度范圍內(nèi)。冷卻介質(zhì)由冷卻介質(zhì) 入口 6加入，經(jīng)冷卻介質(zhì)出口 18排出，冷卻介質(zhì)可為水、液氮、空氣等。下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，而本發(fā)明不限于下述實(shí)例。實(shí)施例1 用本發(fā)明的球磨機(jī)制備鈣鈦礦型LaMn03復(fù)合氧化物，其中球磨筒直徑為1米，筒 長為2米，筒底坡度為20度，槳葉數(shù)為8片。將鑭、錳的氧化物根據(jù)分子式LaMn03中所示 的原子摩爾比進(jìn)行稱量、混合、并轉(zhuǎn)移至研磨罐中，物料添加量為10公斤；放置混合物料重 量約5倍的不銹鋼球；開動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并以1000次每分的頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，使鋼球產(chǎn)生高速不規(guī)則運(yùn) 動(dòng)，并對物料進(jìn)行擠壓和捏合。該過程為干法研磨，研磨過程不斷地補(bǔ)充空氣到研磨罐中。 采用循環(huán)水做冷卻介質(zhì)將研磨的溫度控制在< 50度范圍。初級研磨時(shí)間為20小時(shí)，后加 入氯化鈉，繼續(xù)精細(xì)研磨20小時(shí)，制備出鈣鈦礦型LaMn03復(fù)合氧化物，比表面積可達(dá)70平 方米/克，平均粒徑約為10納米。
權(quán)利要求
一種可用于粉體固態(tài)反應(yīng)的球磨機(jī)，主體結(jié)構(gòu)包括球磨筒、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、研磨球以及物料進(jìn)出口，其特征在于，臥式球磨筒固定支撐在支架上，罐內(nèi)裝有研磨球，在球磨筒的中心有旋轉(zhuǎn)的主軸，主軸上有漿葉，槳葉的旋轉(zhuǎn)速度在300-2000轉(zhuǎn)/分，球磨筒內(nèi)的研磨球與物料的重量比為0.5-10，球磨筒底部由兩端向中心呈0-30度坡度，球磨筒罐體帶有冷卻夾套，并開有冷卻介質(zhì)的進(jìn)、出口，球磨筒罐體上開有控制罐內(nèi)反應(yīng)氣體的氛圍的抽氣口和進(jìn)氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的球磨機(jī)，其特征在于，所述的球磨筒的主軸上槳葉的數(shù)目為4-8片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的球磨機(jī)，其特征在于，所述的球磨筒總?cè)莘e是其中裝載物料的3-5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的球磨機(jī)，其特征在于，所述的球磨筒體底部沿軸線坡度在10-15度 范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于粉體固態(tài)反應(yīng)的球磨機(jī)，主體結(jié)構(gòu)包括球磨筒、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、研磨球、物料進(jìn)出口、其中臥式球磨筒固定支撐在支架上，罐內(nèi)裝有研磨球，在球磨筒的中心有一旋轉(zhuǎn)的主軸，主軸由電機(jī)通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，主軸上有槳葉，槳葉的旋轉(zhuǎn)速度在300-2000轉(zhuǎn)/分，槳葉的擊打?qū)C(jī)械能傳遞給研磨球，使其產(chǎn)生高速不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，球磨筒底部由兩端向中心呈0-30度坡度，球磨筒罐體帶有冷卻夾套，并開有冷卻介質(zhì)的進(jìn)、出口，球磨筒罐體上開有抽氣口和進(jìn)氣口。本發(fā)明可以使研磨球產(chǎn)生較高的機(jī)械能，提供引發(fā)物料間的固態(tài)化學(xué)反應(yīng)的高能量，進(jìn)而在實(shí)現(xiàn)對物料的粉碎、研磨及分散的同時(shí)直接反應(yīng)生成納米復(fù)合氧化物。
文檔編號B02C17/18GK101823013SQ200910079248
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者張潤鐸, 陳標(biāo)華 申請人:北京化工大學(xué)