原料鉬粉粒度對(duì)噴霧造粒鉬粉性能的影響

張 曉，付靜波，王 磊，莊 飛

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710077)

0 前言

噴霧干燥是常用的一種改善粉末特性的技術(shù)［1-2］。它是將漿料或溶液噴入造粒塔，在噴霧熱風(fēng)的作用下，漿料或溶液干燥、團(tuán)聚，從而得到球形或近球形團(tuán)聚體顆粒的造粒方法。在噴霧干燥造粒的過程中，各種操作因素［3-6］，(如霧化盤轉(zhuǎn)速、進(jìn)口溫度、出口溫度等)，料漿的性能(如料漿的固相含量、粘度等)均會(huì)對(duì)粉體的形貌以及特性造成影響。大量研究表明［7-9］，穩(wěn)定、均勻分散的料漿對(duì)獲得性能良好的噴霧干燥粉末至關(guān)重要，而這主要取決于不同材料的固有特點(diǎn)(如原始粉末理論密度、顆粒尺寸、親水性等)，由于材料固有特點(diǎn)的不同，其噴霧造粒粉末性能有較大差別。目前對(duì)鉬粉末噴霧造粒技術(shù)報(bào)道鮮少。而通?？捎迷系你f粉規(guī)格較多，不同規(guī)格的鉬粉原料勢(shì)必會(huì)造成噴霧干燥鉬粉性能的不同，從而影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。為此，本文研究分析了3 種不同粒度規(guī)格的原料鉬粉對(duì)噴霧造粒粉末顆粒形貌及特性的影響，以期為各尺寸規(guī)格粉末的噴霧干燥工藝的確定提供重要依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所用原料為常規(guī)氫還原鉬粉，其費(fèi)氏粒度(Fsss)分別為0.85 μm、3.0 μm、6.0 μm。將粘結(jié)劑和去離子水制成澄清溶液，然后分別和不同粒度的原料鉬粉按比例機(jī)械攪拌至混合均勻，最后在噴霧干燥機(jī)上進(jìn)行噴霧造粒，制備造粒鉬粉。漿料粘結(jié)劑含量為1.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，固相含量為65%，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為210 ℃，出風(fēng)溫度為120 ℃，霧化轉(zhuǎn)速為12 000 r/min。粉料的流動(dòng)性及松裝密度檢測(cè)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1479-2011、GB/T 1482-1984，采用漏斗法和霍爾流速計(jì)測(cè)量，取3 次測(cè)量結(jié)果平均值;粉體的微觀結(jié)構(gòu)、形貌通過SEM 進(jìn)行觀察分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料鉬粉粒度對(duì)噴霧漿料性能的影響

圖1 給出原料鉬粉粒度對(duì)漿料進(jìn)料速度的影響。由圖1 可以看出，當(dāng)原料鉬粉粒度從0.85 μm增大至3.5 μm 時(shí)，進(jìn)料速度從29 mL/min 急劇增加至41 mL/min;當(dāng)原料鉬粉為6.0 μm 時(shí)，進(jìn)料速度為45 mL/min，增加緩慢。在噴霧過程中發(fā)現(xiàn)，隨原料鉬粉粒度的增大，漿料沉積現(xiàn)象明顯。

原料粉末粒度對(duì)漿料進(jìn)料速度的影響與漿料的粘度的變化關(guān)系密切。原料鉬粉粒度不同，其比表面積、表面缺陷及雜質(zhì)含量存在差異，因此漿料流變性能也會(huì)有所不同。原料鉬粉加入到粘結(jié)劑溶液中攪拌均勻以后，顆粒間充滿了溶液，溶液存在可分為兩部分:一部分處于鉬粉顆粒間隙中，其流動(dòng)受到顆粒表面的束縛，稱為“束縛液”;另一部分處于顆粒間隙之外，相對(duì)顆粒表面可以自由流動(dòng)，稱為“自由液”。顆粒表面的束縛液在流動(dòng)過程中相對(duì)于顆粒表面是靜止的，流體的運(yùn)動(dòng)主要靠顆粒間隙外自由液對(duì)粒子間的潤(rùn)滑作用，即，自由液的數(shù)量決定漿料粘度的高低，自由液的數(shù)量越多，漿料粘度越低。

圖1 原料鉬粉粒度對(duì)漿料進(jìn)料速度的影響規(guī)律

因此，粉末粒度或比表面積影響漿料性質(zhì)。小粒度或高比表面積鉬粉顆粒表面吸附的溶液量多，相應(yīng)地懸浮體中自由流動(dòng)水減少，造成在同樣固相含量下，鉬懸漿料粘度增大。根據(jù)溶液粘度與粒子半徑和N 電位的關(guān)系［10］:

式中:η 為體系粘度;η0為介質(zhì)粘度;φ 為固相體積;ε 為介電常數(shù);ξ 為Zate 電位;k 為電導(dǎo)率;r 為顆粒半徑?？梢婓w系粘度η 與顆粒半徑r 成反比關(guān)系。粒度小，體系粘度增大。根據(jù) Woodcock公式［11］:

在固相含量(φ)相同的情況下，懸浮顆粒第一近鄰的平均值(h)與粒徑(d)成正比。顆粒直徑越小，懸浮顆粒間距離越小，顆粒之間Vanderwaals 力增加，相互接觸幾率增加，體系內(nèi)部顆粒之間的相互碰撞、相互摩擦增加，從而阻礙了懸浮體的運(yùn)動(dòng)，噴霧過程中表現(xiàn)出較大的粘度、較小的進(jìn)料速度。因此，原料鉬粉粒度對(duì)制備高固含量、分散均勻的料漿具有重要的影響。

2.2 原料鉬粉粒度對(duì)造粒鉬粉組織形貌的影響

圖2 為不同粒度原料鉬粉噴霧造粒得到的鉬粉形貌。由圖2 可以看出，造粒鉬粉形貌因原料鉬粉粒度不同而存在較大差異。當(dāng)原料鉬粉粒度為0.85 μm 時(shí)，造粒顆粒的孔隙小、球化程度高，如圖2(a)所示;當(dāng)原料鉬粉粒度為3.5 μm 時(shí)，造粒顆粒為球形或近球形，表面圓整，如圖2(b)所示;當(dāng)原料鉬粉粒度為6.0 μm 時(shí)，造粒顆粒球形程度較差，表面粗糙，如圖2(c)所示。

圖2 不同粒度原料鉬粉對(duì)應(yīng)的噴霧造粒鉬粉的形貌

噴霧造粒鉬粉就是利用有機(jī)粘接劑形成具有一定結(jié)合強(qiáng)度的原料粉末顆粒機(jī)械堆積而成的固態(tài)團(tuán)聚體。原料鉬粉粒度對(duì)造粒鉬粉形貌的影響可從以下兩個(gè)方面解釋。一方面，因粒度不同，原料鉬粉顆粒機(jī)械堆積存在差異，原料粉末粒度越小，顆粒機(jī)械堆積的孔隙越小，噴霧干燥所得造粒顆粒表面越光滑，如圖2(a)所示。水分蒸發(fā)過程中，小粒度粉末顆粒表面積大，堆積孔隙小而多，利于水分蒸發(fā);大粒度粉末顆粒表面積小，堆積孔隙大而少，水分蒸發(fā)通道少，蒸發(fā)速度低，霧滴溫度升高，水分從內(nèi)部蒸發(fā)，使霧滴產(chǎn)生隆起，會(huì)破壞顆粒球型，如圖2(c)所示。另一方面，噴霧造粒過程中，隨著原料粉末粒度增加，相對(duì)自由液增多，漿料的粘度減小，相同的工藝條件下進(jìn)料速度增加，得到的造粒顆粒缺陷增加，如圖2(c)所示。

2.3 原料鉬粉粒度對(duì)造粒鉬粉物理性能的影響

圖3 為不同粒度原料鉬粉造粒后的松裝密度和流動(dòng)性。由圖3 可以看出，相同造粒工藝條件下，隨著原料鉬粉粒度增大，造粒鉬粉松裝密度和流動(dòng)性提高，當(dāng)原料鉬粉粒度為3.5 μm 時(shí)，松裝密度和流動(dòng)性分別提高至1.72 g/cm3、42 s/50 g，當(dāng)原料鉬粉粒度為6.0 μm 時(shí)，松裝密度和流動(dòng)性提高不明顯。

圖3 造粒粉松裝密度和流動(dòng)性隨著原料鉬粉粒度的變化曲線

原料鉬粉粒度對(duì)噴霧造粒粉末密度的影響除了顆粒的形狀、不同的堆積方式，本質(zhì)上是由于噴霧干燥水分蒸發(fā)后留下了大量孔隙，這些孔隙來自于原料鉬粉顆粒的機(jī)械堆積，而原料鉬粉粒度越大，顆粒機(jī)械堆積的孔隙越少，噴霧干燥所得造粒顆粒密度就越高，因此，隨原料鉬粉粒度的增加，噴霧造粒粉末的松裝密度增高。

原料鉬粉粒度對(duì)流動(dòng)性的影響是由以下兩方面綜合作用。一方面，隨原料鉬粉粒度的增加，粉末松裝密度增高，有利于粉體顆粒以自重克服顆粒間的摩擦力、粘附力產(chǎn)生相互滑移［6］，從而提高了粉末的流動(dòng)性，另一方面，隨原料鉬粉粒度的增加，噴霧干燥顆粒球化程度逐漸變差，表面也越粗糙(圖2)，增加了顆粒間的摩擦力與粘附力，不利于粉末流動(dòng)。

3 結(jié)論

(1)鉬粉原料粒度對(duì)漿料進(jìn)料速度影響較大。隨著原料鉬粉粒度的增大，漿料進(jìn)料速度增大，且隨著原料鉬粉粒度的增大，進(jìn)料速度增加幅度逐漸減小，漿料沉積現(xiàn)象明顯。

(2)在相同的工藝條件下，原料鉬粉粒度對(duì)噴霧造粒粉料特性有明顯影響。隨著原料鉬粉粒度的增大，造粒粉松裝密度和流動(dòng)性提高，但顆粒球形度逐漸變差。

(3)在本實(shí)驗(yàn)條件下，原料鉬粉粒度為3.5 μm時(shí)，噴霧造粒效果較好，顆粒形貌近球形，松裝密度為1.72 g/cm3，流動(dòng)性為42 s/50 g 。

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