水洗瓷土生產(chǎn)中的兩種破碎方法＊

岳邦仁 陳維堯 徐熙武 唐海波 曠永繼 廖 恩

（1 福建科福材料有限公司 福建 永春 362600）（2 中國建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會 北京 100831）（3 九牧廚衛(wèi)股份有限公司 福建 南安 362300）

1 概述

介福瓷土（簡稱介福土）位于福建省泉州市永春縣介福鄉(xiāng)，礦區(qū)處于亞熱帶，礦區(qū)海拔高度為600～700 m，由若干連續(xù)的山丘組成。我們對礦區(qū)部分地區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘探工作，地質(zhì)勘探階段稱之為高嶺土礦。勘探結(jié)果表明，該礦為風(fēng)化殘余型礦，按成礦原巖不同可分為花崗斑巖殘余型和火山碎屑巖風(fēng)化殘余型2種類型礦體。其礦物主要成分為高嶺石、伊利石和石英，次要成分為鉀長石。平均化學(xué)成分（質(zhì)量%）為：SiO2：71～76，Al2O3：14～18，F(xiàn)e2O3：1～1.5，TiO2：≤0.5，CaO＋MgO：≤0.5，K2O：2.3～3.3，Na2O：≤0.2，燒失：3～5。

礦區(qū)的局部勘探儲量為1021.5萬t，整個(gè)礦區(qū)遠(yuǎn)景儲量達(dá)6000萬t。由于礦體鐵含量較高，一般達(dá)1%～1.5%，在日用陶瓷生產(chǎn)中沒有較大的使用價(jià)值，長期以來只有零星開采，礦區(qū)基本保持完整。

由于介福土含鋁量較低，因此需要進(jìn)行水洗選礦加工，以提高其含鋁量，同時(shí)提高了其抗折強(qiáng)度和可塑性，產(chǎn)品稱為水洗瓷土，成為生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷、電瓷等的優(yōu)質(zhì)原料。

水洗瓷土加工工藝流程如下：

原料破碎的傳統(tǒng)方法是以水流為動(dòng)力的水錐破碎或以電力為動(dòng)力的電錐破碎方法。福建科福材料有限公司也自主研究開發(fā)出一種新的破碎方法。

下面對傳統(tǒng)的電錐破碎方法和新的破碎方法進(jìn)行論述并加以比較。

2 電錐破碎方法

圖1 單一錐頭設(shè)計(jì)示意圖

原料傳統(tǒng)的破碎發(fā)方法有水錐破碎方法和電錐破碎方法。

2.1 水錐破碎方法

水錐破碎方法是利用流水的動(dòng)力推動(dòng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由水輪的軸將動(dòng)力傳給上下運(yùn)動(dòng)的錐頭，從而對原料進(jìn)行破碎。由于流水的量隨天氣、季節(jié)有很大的變化，流水的動(dòng)力也不可能帶動(dòng)很多的錐頭，因此，水錐破碎方法已不多見。

2.2 電錐破碎方法

電錐破碎方法是將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電錐重力勢能，再通過電錐頭的下落產(chǎn)生的沖擊力對原料進(jìn)行粉碎的過程。單一錐頭設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

一組電錐由電機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)軸、錐桿及錐臼4部分組成。由電機(jī)提供能量，由動(dòng)力傳動(dòng)軸將能量錯(cuò)位地傳給每個(gè)錐桿，錐桿升起后再降落，其產(chǎn)生的沖擊力對原料進(jìn)行破碎。為了使其錐臼里面的原料都能得到錐桿的撞擊且破碎，將錐臼底部及邊緣都設(shè)計(jì)成弧形過渡，錐桿對錐臼的撞擊產(chǎn)生一個(gè)垂直于錐臼弧壁的力，其分解成豎直方向及水平方向的力。豎直方向的力對原料進(jìn)行撞擊破碎，水平方向的力對原料進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，同時(shí)使錐臼中的原料受到水平方向的碾搓。原料在錐臼中的翻轉(zhuǎn)示意圖如圖2所示。

電錐的工藝參數(shù)如表1所示。

表1 電錐工藝參數(shù)

破碎時(shí)，原料受錐打的厚度為10cm左右，通過計(jì)算，原料在一個(gè)破碎周期中受到300次左右的錐打。

依據(jù)傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，26個(gè)錐頭組成一組，由一個(gè)7.5kW的電機(jī)通過傳動(dòng)軸提供錐打動(dòng)力，其示意圖如圖3所示。

圖2 原料翻轉(zhuǎn)示意圖

圖3 單排電錐

3 新破碎方法（破碎機(jī)組方法）

傳統(tǒng)電錐式破碎方法存在生產(chǎn)效率低、占地面積大、人工費(fèi)用高等缺點(diǎn)，尤其在大生產(chǎn)時(shí)（如年產(chǎn)10萬t水洗瓷土）給企業(yè)生產(chǎn)造成很大的困擾。

福建科福材料有限公司自主研究開發(fā)出新的破碎方法，其將電錐破碎方法由單機(jī)破碎改成破碎機(jī)組進(jìn)行破碎。新方法的破碎機(jī)組由2臺籠式破碎機(jī)及2臺四輪對輥機(jī)組成。

1）籠式破碎機(jī)（見圖4）?；\式破碎機(jī)是利用固定的擊棍與懸浮狀態(tài)的物料撞擊使原料粉碎的，其具有結(jié)構(gòu)簡單、破碎粒度細(xì)、破碎比大等優(yōu)點(diǎn)，它適用于干、濕2種破碎。采用籠式破碎機(jī)對中低硬度的瓷土進(jìn)行破碎，其生產(chǎn)效率高、壽命長、回料量低、維修次數(shù)少、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。工作時(shí)，大轉(zhuǎn)子、小轉(zhuǎn)子在各自驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，以相反方向高速旋轉(zhuǎn)，被粉碎的原料從機(jī)殼上方的進(jìn)料槽連續(xù)不斷地進(jìn)入籠內(nèi)，在下落時(shí)與高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上的擊棍相互撞擊，原料被打散粉碎，粉碎后的原料直接從下方落入輸送帶，再傳送到四輪對輥機(jī)（見圖5）。

圖4 籠式破碎機(jī)

四輪對輥機(jī)（見圖5）：是由2組對輥組成。原土進(jìn)入兩輥V型破碎腔后，受到兩輥相對旋轉(zhuǎn)的擠壓力作用，將原土進(jìn)行擠壓和碾搓后進(jìn)入下一組對輥，再次對原土進(jìn)行擠壓和碾搓。第一組對輥間隙為2～3 mm，第二組對輥間隙為1～2mm。

圖5 四輪對輥機(jī)

4 2種破碎方法對比

4.1 生產(chǎn)效率及占地面積對比

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，測算出2種破碎方法的效率，其生產(chǎn)效率對比見表2。

表2 破碎工序生產(chǎn)效率對比

表2數(shù)據(jù)表明，電錐破碎方法淘洗率較破碎機(jī)組淘洗率高5%，單位破碎能耗高3.68kW·h／t，單位面積生產(chǎn)效率約為破碎機(jī)組的10%，人工生產(chǎn)效率破碎機(jī)組為電錐的5.4倍。

4.2 水洗瓷土性能對比

4.2.1 水洗瓷土粒度對比（見表3）

電錐破碎方法的水洗瓷土粒度略小，其平均粒徑10.17μm，比破碎機(jī)組料的粒度小0.59μm。

表3 水洗瓷土粒度對比

4.2.2 水洗瓷土化學(xué)成分對比（見表4）

表4 水洗瓷土化學(xué)成分對比（質(zhì)量%）

由表4可知，2種破碎方法生產(chǎn)出的水洗瓷土的化學(xué)成分基本相同。

4.2.3 水洗瓷土干燥強(qiáng)度與可塑性

1）干燥強(qiáng)度。電錐破碎方法的水洗瓷土的干燥強(qiáng)度為2.5～3.0MPa；破碎機(jī)組方法的水洗瓷土干燥強(qiáng)度為1.8～2.3MPa。

2）可塑性。電錐破碎方法的水洗瓷土的可塑性較高。

電錐破碎方法的水洗瓷土的干燥強(qiáng)度與可塑性均高于破碎機(jī)組方法。

5 結(jié)論

1）由于電錐破碎方法生產(chǎn)占地面積大，其各工序多為人工作業(yè)，用人多，勞動(dòng)強(qiáng)度高，適用于小批量（月產(chǎn)量＜1000t）生產(chǎn)。

2）破碎機(jī)組方法可通過調(diào)整機(jī)臺型號匹配出相應(yīng)產(chǎn)量的流水線式生產(chǎn)，占地面積小，用人少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，適用于大批量生產(chǎn)。

3）2種破碎方法生產(chǎn)的水洗瓷土的化學(xué)成分基本相同。

4）2種破碎方法生產(chǎn)的水洗瓷土的粒度略有差別，在生產(chǎn)應(yīng)用中這個(gè)差別可以忽略。

5）電錐破碎方法生產(chǎn)的水洗瓷土的干燥強(qiáng)度和可塑性明顯高于破碎機(jī)組方法生產(chǎn)的水洗瓷土。筆者認(rèn)為，由于電錐破碎方法要對原料進(jìn)行約300次的錐打碾搓，在碾搓過程中提高了水洗瓷土的干燥強(qiáng)度和可塑性。破碎機(jī)組方法雖然也通過對輥對原料進(jìn)行了碾搓，但是由于碾搓次數(shù)少，因此這種方法生產(chǎn)的水洗瓷土的干燥強(qiáng)度和可塑性較低。從中還可以看出，電錐破碎方法中最有價(jià)值的是對原料進(jìn)行數(shù)百次的碾搓，從而明顯提高了水洗瓷土的干燥強(qiáng)度和可塑性。

6）目前我國衛(wèi)生陶瓷行業(yè)每年消耗礦物原料約500萬t，電瓷行業(yè)消耗原料約100萬t，其中粘土消耗約占40%，這是水洗瓷土的潛在市場。大型原料加工廠的建立是原料生產(chǎn)加工發(fā)展的必然趨勢，傳統(tǒng)電錐破碎工藝方式因占地面積大及生產(chǎn)效率低而限制了其產(chǎn)能的提升；破碎機(jī)組方式克服了這些缺點(diǎn)。今后在成品的抗折強(qiáng)度性能方面通過進(jìn)一步研究如能使其性能得到進(jìn)一步提高，破碎機(jī)組方式是一種完全可行的破碎方法。

1祝桂洪，李萍.景德鎮(zhèn)瓷石采用水碓舂碎淘洗制不工藝研究.景德鎮(zhèn)陶瓷，1987（1）：513～518

2 岳邦仁，陳維堯，徐熙武，等.低質(zhì)原料介福飛天龍瓷土的開發(fā)利用.全國性科技核心期刊——陶瓷，2013（增刊）：16～19