경제 및 사회의 다양한 분야에서 비금속 광물 자원의 활용이 확대됨에 따라 이러한 자원의 활용도 크게 증가했습니다. 이러한 비금속 광물의 상당수가 분말 형태로 활용되기 때문에, 산업계는 특히 초미립자 분말을 제조하기 위해 더욱 고도화된 가공 기술을 요구합니다. 본 글에서는 초미립자 분말을 제조하는 여러 유형의 분쇄기를 살펴보겠습니다.
1. 초미립 비금속 광물 분말
초미립분말 미크론에서 나노미터 크기의 입자 크기를 가진 일련의 초미립자 물질을 지칭합니다. 현대 첨단 신소재에서 비금속 광물 분말이 널리 사용되는 것은 그 고유한 기능성에 기인합니다. 대부분의 비금속 광물 기능의 성능은 입자 크기, 크기 분포, 그리고 입자 형상에 따라 결정됩니다.
초미립 분말은 우수한 물리적 및 화학적 특성을 가지고 있습니다. 초미립 분말은 넓은 비표면적, 높은 표면 활성, 빠른 화학 반응 속도, 낮은 소결 온도와 높은 소결체 강도, 우수한 충진 및 보강 성능, 그리고 높은 은폐력을 특징으로 합니다. 따라서 많은 응용 분야에서 비금속 광물 원료는 매우 미세한 입자 크기(미크론 또는 서브미크론)를 가져야 합니다.
현재 중국 광물 가공 업계의 합의에 따르면, 초미립 분말은 30μm 미만의 입자가 100% 이상 포함된 분말로 정의됩니다. 입자 크기에 따라 초미립 분말은 마이크론급(1~30μm), 서브마이크론급(0.1~1μm), 나노급(0.001~0.1μm)으로 분류할 수 있습니다. 초미립 비금속 광물 분말은 광학적, 자기적, 음향적, 전기적, 기계적 특성 측면에서 상당한 이점을 제공하며 의학, 화학, 전자, 에너지 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.
2. 초미립 비금속 광물 분말의 가공
초미립 분말을 제조하는 방법은 다양합니다. 형성 매체에 따라 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 기체상, 액상, 고체상 방법기상법에는 고주파 유도 가열 및 플라즈마 처리 기술이 포함되며, 고순도, 좁은 입자 크기 분포, 작은 크기, 균일한 분포를 갖는 초미립 분말 생산에 적합합니다. 액상법에는 주로 화학 액상 환원법, 졸-겔법, 초음파 분무법, 수열법이 있습니다. 고상법에는 주로 기계적 분쇄법이 사용됩니다.
제조 원리에 따라 방법은 화학적 방법과 물리적 방법으로 나눌 수 있습니다.
화학적 방법
화학적 방법은 화학 반응을 통해 이온이나 원자로부터 핵 생성 및 성장을 통해 원하는 초미립 분말을 형성하는 방법입니다. 장점은 고순도, 작은 입자 크기, 좁은 크기 분포, 그리고 양호한 형태를 가진 분말을 생산할 수 있다는 것입니다. 단점은 낮은 수율, 높은 비용, 그리고 복잡한 공정입니다.
물리적 방법
물리적 방법은 기계적 힘을 이용하여 재료를 파쇄하는 것입니다. 장점은 비용이 저렴하고, 공정이 비교적 간단하며, 생산량이 많고, 대규모 산업 생산에 적합하다는 것입니다. 또한, 파쇄 과정에서 발생하는 기계화학적 효과는 분말의 활성을 증가시킬 수 있습니다.
현재 초미립 비금속 광물 분말 가공에서는 물리적 방법이 주요 제조 기술입니다. 일반적으로 원료를 초미립 분말로 전환하는 공정은 주로 분쇄 및 분류재료는 먼저 초미분쇄 장비에 투입되어 파쇄됩니다. 입자 구조의 차이로 인해 파쇄에 필요한 에너지가 다르고, 장비 내에서 가해지는 힘도 다릅니다. 따라서 생성된 미세 입자는 모양과 크기가 다양하며, 크기 요건을 충족하는 입자는 일부에 불과합니다. 실제 생산에서는 파쇄 시간을 연장하여 기준을 충족하는 입자 크기를 철저히 줄이는 경우가 많습니다. 그러나 이는 에너지 소비를 증가시킬 뿐만 아니라 과도한 파쇄로 이어질 수도 있습니다. 따라서 크기 요건을 충족하는 입자를 신속하게 분리하는 것이 매우 중요하며, 초미분 분말 제조 공정에서 초미분 분급 기술은 매우 중요합니다.
3. 초미립자 분쇄 장비 연구 현황
현재 일반적으로 사용되는 초미분쇄 장비로는 충격식 분쇄기, 교반식 분쇄기, 제트식 분쇄기, 진동식 분쇄기가 있습니다.
3.1 임팩트 밀
충격 분쇄기는 수평 또는 수직 축을 중심으로 고속 회전하는 로터(막대, 해머, 블레이드 등)를 사용하여 재료에 강한 충격과 전단력을 발생시키는 초미립자 분쇄 장치입니다. 이로 인해 재료와 분쇄기 벽/고정 부품 사이에 강한 충격 충돌이 발생합니다. 또한 입자 간 충돌을 일으켜 입자 파손을 초래할 수 있습니다. 활석, 대리석, 방해석과 같은 중경도 재료에 적합합니다. 투입량은 일반적으로 8mm 이내이며, 제품 분말도는 3~74μm에 달할 수 있습니다.
충격식 분쇄기의 주요 장점은 미세도 조절 가능, 간단한 구조, 컴팩트한 설치, 간편한 조작, 작은 설치 공간, 그리고 높은 효율입니다. 단점은 고속 작동 시 과열 가능성이 있다는 것입니다. 따라서 장비 개선 시 냉각 방식을 고려할 수 있습니다. 또한, 부품 마모를 방지하기 위해 압축 및 내마모성이 우수한 소재를 사용하는 것이 좋습니다.
3.2 교반 밀
교반 밀은 다양한 형태로 제공되는 유망한 초미분쇄 장비 유형 중 하나입니다. 설치 방식에 따라 수직형, 수평형 또는 디스크형 교반 밀로 구분할 수 있으며, 공정 방식에 따라 나선형, 배치형, 순환형, 연속형 교반 밀로 구분할 수 있습니다.
전반적으로 교반 밀은 주로 교반 샤프트를 회전시켜 분쇄 매체(스틸 볼, 지르코니아 볼, 세라믹 볼, 코런덤 볼, 자갈 등)와 챔버 내부에 채워진 재료를 교반하여 회전시키는 방식으로 작동합니다. 비금속 광물의 심층 가공 및 안료 제조에 자주 사용됩니다. 투입량은 일반적으로 3mm 이내이며, 제품의 미분도는 0.1~45μm입니다. 분쇄 효율에 영향을 미치는 주요 공정 변수로는 교반기 속도, 슬러리 농도, 재료 대 볼 비율, 매체 특성, 그리고 체류 시간 등이 있습니다.
전통적인 볼밀과 비교했을 때 교반밀은 상당한 이점을 제공합니다. ① 교반기가 회전하는 동안 밀 챔버는 고정되어 있어 회전 드럼과 관련된 높은 에너지 손실 문제를 해결합니다. 볼밀. ② 충격과 분쇄를 결합한 볼밀과 달리, 교반밀은 주로 분쇄에 의존하며, 최소한의 충격으로 보완하여 소음, 열, 진동으로 인한 에너지 소비를 줄이고 미세 분쇄 효율을 향상시킵니다. ③ 교반밀 장비는 일반적으로 설치 면적이 비교적 작고 구조가 간단하며 설치가 편리합니다.
3.3 진동 밀
진동 분쇄기는 볼이나 막대를 매체로 사용하여 수 미크론 크기의 제품을 가공할 수 있습니다. 고주파 진동 챔버 내부의 분쇄 매체를 활용하여 재료에 충격, 분쇄 및 전단력을 가하여 빠른 입자 크기 감소를 달성합니다. 화학, 야금, 건축 자재, 세라믹, 내화물 및 비금속 광물의 초미립자 가공에 널리 사용됩니다. 투입량은 일반적으로 6mm 이내이며, 제품의 미립도는 1~74μm입니다. 진동 분쇄기는 소형, 낮은 에너지 소비, 높은 출력, 컴팩트한 구조, 간단한 조작, 용이한 처리 등의 장점을 제공합니다. 유지, 균일한 제품 크기. 단점으로는 소음 수준이 높고 부품 요구 사항이 까다롭다는 점이 있습니다.
3.4 제트밀
제트밀은 노즐을 통해 압축 공기를 가속시켜 작동합니다. 제트가 입자를 고속으로 분사하여 충돌, 마찰, 전단 작용을 일으켜 분쇄합니다. 제트밀은 주로 대리석, 카올린, 활석과 같은 중간 경도 이하의 비금속 광물의 초미분쇄에 사용되며, 건강식품, 희토류, 화학 원료에도 사용됩니다. 투입량은 일반적으로 1mm 미만으로 제어되며, 제품 미립도는 1~30μm 범위이지만, 생산 용량은 상대적으로 적습니다.
제트 밀은 높은 자동화율과 대용량이라는 장점을 제공합니다. 단점으로는 높은 장비 비용, 넓은 설치 공간, 높은 에너지 소비량, 초고분말 제품 공급 부족, 상당한 부품 마모, 그리고 독자적인 혁신 모델 부족 등이 있습니다. 제트 밀은 중국에서 가장 많이 연구된 유형으로, 가장 광범위한 모델 범위와 비교적 성숙한 기술을 갖추고 있어 시장에서 매우 인기가 높습니다. 현재 제트 밀은 구조 또는 작동 방식에 따라 수평 디스크(평평형) 제트 밀, 순환 튜브 제트 밀, 대향형 제트 밀, 타겟 제트 밀, 유동층 제트 밀로 분류할 수 있습니다.
3.5 기타 장비
지구의 볼밀: 구조는 주로 수직 및 수평입니다. 개별 분쇄 용기는 일반 볼 밀과 기하학적으로 유사하지만, 주요 차이점은 행성 볼 밀의 각 용기가 자체 축을 중심으로 회전하는 동시에 중심축을 중심으로 회전한다는 것입니다. 행성 볼 밀은 높은 분쇄 성능과 에너지 효율 덕분에 초미분말 제조, 기계화학, 기계적 합금화에 널리 사용됩니다. 고경도 재료에 적합하며, 분말도는 0.1μm까지 가능합니다. 분쇄 매체의 마모가 적고 소량 생산에 적합하다는 특징이 있습니다.
- 반지-롤러 밀: 기본적으로 중소형 초미분쇄 장비입니다. 수년간의 개발을 통해 적용 범위가 점차 확대되어 점점 더 뚜렷한 장점을 보여주고 있습니다. 구체적인 적용 효과 측면에서는 공정 조작이 비교적 간단하고, 파쇄율이 높으며, 가공 중 단위 에너지 소비량이 낮아 에너지 절약 및 환경 보호 요건을 충족합니다. 비금속 광물 가공 분야의 현재 적용 사례를 기반으로, 공급 크기는 20mm를 초과해서는 안 됩니다. 내부 분급 장치를 통해 가공 중 기준에 따라 제품의 미분도를 효과적으로 조절할 수 있습니다.
분말 산업의 발전과는 관계없이, 초미립 비금속 광물 분말을 얻는 주요 수단은 여전히 기계적 분쇄입니다. "장인은 자신의 일을 잘하기 위해 도구를 날카롭게 다듬어야 합니다." 앞으로는 기초 이론 연구 강화, 기술 투자 확대, 기존 장비 기반 공정 흐름 최적화, 혁신 역량 지속 강화, 그리고 고부가가치 첨단 친환경 경제성, 저에너지 소비, 저배출 초미립 분쇄 장비 개발이 필수적입니다.
4. 초미세분류장비 연구 현황
초미립자 분말 분류는 원심력, 중력, 관성력과 같은 힘에 의해 유도되는 다양한 운동 궤적을 기반으로 입자를 분리하여 해당 수집 장치로 보냅니다.
초미세 분급은 사용하는 매체에 따라 일반적으로 건식 분급과 습식 분급으로 나뉩니다. 습식 분급은 액체를 분산매로 사용하여 높은 분급 정밀도와 균일성을 제공합니다. 그러나 건조 및 폐수 처리와 같은 후속 공정으로 인해 개발에 한계가 있습니다.
3가지 유형의 공기 분류기
다양한 분류 원칙에 따라 건식 분류 장비는 관성, 제트, 원심의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
- 관성 분류기 서로 다른 관성을 이용하여 입자를 분리하고, 이를 통해 입자가 서로 다른 방향으로 움직이게 합니다.
공기 분류기 코안다 효과, 관성 분류, 급속 분류 원리를 종합적으로 적용합니다.
원심력 중력보다 강하기 때문에 원심분류기는 널리 개발된 유형입니다. 원심력장 내의 유동장에 따라 강제 와류와 자유 와류 유형으로 더 나눌 수 있습니다.
몇 가지 단점에도 불구하고, 건식 분류는 비용 효율성과 단순성 덕분에 분말 제조에 널리 사용됩니다.
현재 산업 생산에서 가장 널리 사용되는 분류 장비는 터보입니다. 공기 분류기. 분류 휠의 설치 형태에 따라 다음과 같이 구분할 수 있습니다. 수직 휠 타입과 수평 휠 타입.
~ 안에 수직 휠 분류기분류 휠은 일반적으로 캔틸레버 방식으로 장착됩니다. 휠 크기가 클 경우 불균형 발생, 과도한 하중으로 인해 메인 샤프트와 베어링이 파손될 가능성, 그리고 밀봉 불량 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 수평 휠 분류기분류 휠이 수평으로 설치되어 고속에서도 안정적인 작동이 가능하며, 밀봉성이 크게 향상됩니다. 동일한 처리 용량에서 수평 분류기는 더 소형화되어 진동이 적고 수명이 길다는 장점이 있습니다.
와류 공기 분류기의 개발과 함께 학자들은 광범위한 이론 및 실제 연구를 통해 개선을 이루어 분류 정밀도와 효율성을 효과적으로 향상시켰습니다. 예를 들어, 원뿔을 따라 하강하는 거친 입자를 세척하기 위해 3차 공기 흐름을 추가하면 분리 효율이 향상됩니다.
일부 학자들은 기존 로터 분류기를 기반으로 구조적 치수와 작동 매개변수를 최적화하는 것 외에도 내부 구성 요소를 추가하거나 공기 흐름 입구와 출구의 방향을 변경하여 새로운 동적 분류기를 개발하기도 했습니다.
현재 연구를 바탕으로 향후 방향은 유동장 조절 분류, 분리 공정 최적화, 그리고 하이브리드 유동 유형 커플링의 세 가지 영역에 집중될 것입니다. 점점 더 발전하는 기술과 장비가 등장함에 따라, 기업들은 이러한 솔루션을 신중하게 선택하고 최적화해야 합니다. 최우선 과제는 공정 매개변수를 제어하고 워크플로우를 조정하여 용량과 수익성을 향상시키는 것입니다.
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— 제이슨 왕, 수석 엔지니어
