CN104971801B - 一种纳米珠磨系统及纳米晶微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米珠磨系统及纳米晶微球的制备方法，包括：珠磨机，包括碾磨筒，所述碾磨筒内设置有主轴，所述主轴上安装有离心分离盘和搅拌叶轮；多个离心分离机，所述多个离心分离机依次相连，每个离心分离机包括一个入口、一个重液出口和一个轻液出口，首个离心分离机的入口和所述珠磨机的出口相连，所述离心分离机的重液出口与泵的入口相连，所述离心分离机的轻液出口与下一级的离心分离机的入口相连；搅拌槽，所述搅拌槽用于盛放料浆，所述搅拌槽的出口与所述泵的入口相连，所述泵的出口与所述珠磨机的入口相连；中央控制器，所述中央控制器与所述珠磨机、离心分离机、搅拌槽和泵分别相连。解决了现有珠磨系统无法满足粉体碾磨粒径达纳米级的要求，且不能连续投料生产、产量偏低的技术问题。

Description

一种纳米珠磨系统及纳米晶微球的制备方法
技术领域
本发明属于纳米粉体碾磨分散领域，尤其涉及一种纳米珠磨系统及纳米晶微球的制备方法。
背景技术
纳米技术是当今科技发展的重要技术领域。纳米科技将创造另一波技术创新和产业革命，其应用领域十分广泛，遍及电子产业、光电产业、医疗生化产业及基础产业等。不论应用领域如何，均需要纳米尺度的材料。如何得到纳米级粉体，已成为目前产、学、研共同研究的课题。
近十年来，虽出现几种能制备纳米级粉体的珠磨机，如盘片式珠磨机和棒销式珠磨机，但都有不足之处。由于其研磨腔设计不合理，导致磨介(珠粒)不规则的聚集于研磨腔浆料排出口处，不能充分发挥微珠的全部性能，影响粉体粉碎机分散的效果。
现有技术的珠磨机，都有一个精密的筛网，它的作用是使浆料从筛网中流出，而磨珠粒子被筛网挡住，继续在腔内工作，但珠磨机对筛网的缝隙有要求，其缝隙必须不大于磨介(珠粒)平均直径的一半，由于技术的进步，磨介的粒径越来越小，已有0.015mm的珠粒，则筛网均匀的缝隙只有0.007mm，制造十分困难，使用和维护难度大如果继续有更细微珠粒出现，则筛网结构将无法实现。直至今日止，上述缺陷尚未得到解决。
另外，现有技术的珠磨机，碾磨时都是单槽(桶)循环碾磨，不能连续投料、连续产出，碾磨合格一槽(桶)，出料才能进行下一桶(槽)碾磨，产量较低，且磨料的粒径分布较宽。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米珠磨系统及纳米晶微球的制备方法，可以满足粉体碾磨粒径达纳米级的要求，且能连续投料生产，提高产量。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种珠磨机，包括碾磨筒，所述碾磨筒内设置有主轴，所述主轴上安装有离心分离盘和搅拌叶轮；多个离心分离机，所述多个离心分离机依次相连，每个离心分离机包括一个入口、一个重液出口和一个轻液出口，首个离心分离机的入口和所述珠磨机的出口相连，所述离心分离机的重液出口与泵的入口相连，所述离心分离机的轻液出口与下一级的离心分离机的入口相连；搅拌槽，所述搅拌槽用于盛放料浆，所述搅拌槽的出口与所述泵的入口相连，所述泵的出口与所述珠磨机的入口相连；中央控制器，所述中央控制器与所述珠磨机、离心分离机、搅拌槽和泵分别相连。
上述的纳米珠磨系统，其中，所述搅拌叶轮的数量为多个，所述多个搅拌叶轮和离心分离盘依次套设在所述主轴上，所述离心分离盘位于所述主轴的尾部，所述离心分离盘外侧与碾磨筒内侧之间形成与所述珠磨机的出口相连的出料腔。
上述的纳米珠磨系统，其中，所述搅拌叶轮的数量为10-15个，所述多个搅拌叶轮等间隔依次固定在所述主轴上，所述搅拌叶轮和主轴的连接倾斜角度为1-15度。
上述的纳米珠磨系统，其中，所述主轴沿轴向设有贯穿的开口槽，所述搅拌叶轮上沿圆周方向开设有不同孔径的圆孔，所述圆孔的孔径沿径向由内往外依次减小，所述离心分离盘的直径大于主轴的直径且小于搅拌叶轮的直径。
上述的纳米珠磨系统，其中，所述离心分离机的数量为5个，所述离心分离机的轻液出口的料浆粒径为50～150nm，所述多个离心分离机从高往低呈梯度排列且轻液出口的料浆粒径依次减小。
上述的纳米珠磨系统，其中，所述中央控制器与所述珠磨机的电机相连，用于控制珠磨机的转速；所述中央控制器与离心分离机相连，用于控制离心分离机的转速；所述中央控制器与所述搅拌槽、所述泵、所述珠磨机的进出口阀门相连，用于控制料浆流速；所述珠磨机的转速、离心分离机的转速以及料浆流速控制保持同步联动，且大致保持正比关系。
本发明为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种纳米晶微球的制备方法，采用上述的纳米珠磨系统制取，包括如下步骤：待磨粉料和水配制成预定浓度料浆，与水、分散剂按预定比例加入所述搅拌槽内，搅拌分散均匀，然后用所述泵输送至所述珠磨机中进行碾磨，经所述碾磨筒内离心分离盘分离，磨珠留在所述碾磨筒内继续碾磨，所述料浆由于离心甩力，被送至五级离心分离机逐级进行轻液与重液分离，所述轻液为粒径较小料浆，所述重液为粒径较大料浆，每级分离的所述轻液流至下一级离心分离机，所述重液经所述泵返回至所述珠磨机循环碾磨，最后一级离心分离机分离出的轻液即为纳米晶微球料液。
上述的纳米晶微球的制备方法，其中，所述中央控制器控制所述料浆的流速、所述珠磨机的转速，保证磨料的细度；所述中央控制器通过控制物料的流速和所述珠磨机的离心分离盘转速，保证磨珠与料浆的分离；所述中央控制器通过控制物料的流速和所述离心分离机的转速，保证每级轻液与重液的分离，最后保证出料料浆细度合格；通过调节系统内各物料进出量，保证系统物料平衡，使整个系统正常运转。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的纳米珠磨系统及纳米晶微球的制备方法，所述纳米珠磨系统由纳米珠磨机、高速离心分离机、中央控制器、管道、泵及搅拌槽组成。其中纳米珠磨机采用无筛网设计，在碾磨筒内装有特殊形状的离心分散盘，用于分离料浆和介珠；高速离心分离机共5台，呈梯度排列，用于分离不同粒径料浆；中央控制器主要控制各工艺点料浆的流速和磨机的转速。解决了现有珠磨系统无法满足粉体碾磨粒径达纳米级的要求，且不能连续投料生产、产量偏低的技术问题。且本发明制取的纳米晶微球添加剂是一种高效的钛阳极板修饰材料，在电解过程能有效提高钛阳极板的表观表面积。在不用增加生产线，以较小的投资，提高电解二氧化锰产品产量，实现增产目标，各项成本、质量等指标可控。
附图说明
图1为本发明纳米珠磨系统的架构示意图；
图2为本发明实施例中珠磨机的结构示意图。
图中：
1珠磨机 2离心分离机 3中央控制器 4搅拌槽 5泵
6料浆 7水和分散剂 8合格料浆 9管道
21一级离心分离机 22二级离心分离机 23三级离心分离机
24四级离心分离机 25五级离心分离机
41搅拌器
10碾磨筒 11主轴 12离心分离盘 13搅拌叶轮 14皮带轮
15轴承箱 16密封件 17珠磨机入口 18珠磨机出口
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明纳米珠磨系统的结构示意图；图2为本发明实施例中珠磨机的结构示意图。
请参见图1和图2，本发明提供的纳米珠磨系统由纳米珠磨机1、高速离心分离机2、中央控制器3、管道9、泵5及搅拌槽4组成。
纳米珠磨机1采用无筛网设计，包括碾磨筒10，碾磨筒10内安装有主轴11、离心分离盘12及10-15片与主轴11呈一定倾斜连接、开有不同孔径圆孔的搅拌叶轮13；离心分离盘12套设在碾磨筒10内尾部的主轴11上，代替现有珠磨机的筛网起分离碾磨介质和碾磨物料的作用。离心分离盘12外侧与碾磨筒10内侧之间形成与珠磨机出口18相连的出料腔，由于外部泵力作用，已被碾磨料桨与碾磨介质混合物被送入离心分离盘12内进行高速圆周运动。由于密度的不同，研磨介质通过离心分离盘12并通过主轴11上的开口槽返回到研磨筒10的涡流中与进入碾磨筒10的新物料继续碾磨；碾磨料桨也通过离心力分离并通过主轴11上的另一开口槽排出珠磨机1，进入梯度离心分离机2行轻重液分离。
离心分离机2的数量为多个，本实施例中优选5个，共分五级(21、22、23、24、25)，呈梯度排列。多个离心分离机2依次相连，一级离心分离机21的入口和珠磨机1的出口相连，一级离心分离机21、二级离心分离机22、三级离心分离机23、四级离心分离机24、五级离心分离机25的重液出口与泵5的入口相连，重液经泵5返回至珠磨机1循环碾磨；一级离心分离机21、二级离心分离机22、三级离心分离机23、四级离心分离机24的轻液出口分别与下一级的离心分离机的入口相连；使高速离心分离机2每级分离的轻液流至下一级，最后一级即五级离心分离机25的轻液出口即为合格料浆。
搅拌槽4，搅拌槽4用于盛放料浆，搅拌槽4的底下阀门出口与泵5的入口相连；泵5的出口与珠磨机1相连；形成循环的碾磨系统。
中央控制器3与各工艺控制点的阀门、电机等连接，联动、智能控制料浆流速、磨机转速等。具体地，如中央控制器3与搅拌槽1的出口阀门(图未示)相连，用于控制料浆流速。中央控制器3与珠磨机1的电机相连，用于控制珠磨机的转速；中央控制器3与离心分离机2相连，用于控制离心分离机2的转速；中央控制器3与搅拌槽1、泵5、珠磨机1的进出口阀门相连，用于控制物料的进出量。
本发明提供的纳米珠磨系统，可以用于制备电解添加剂----纳米晶微球添加剂，纳米晶微球粒径可达50—150nm，且粒径分布幅度较窄，在电解液中分散均匀，符合电解二氧化锰生产钛阳极修饰的技术要求。具体步骤如下：
待磨粉料和水配制成预定浓度的料浆6，与水、分散剂7按预定比例加入搅拌槽4内，搅拌分散均匀，然后用泵5泵至珠磨机1中进行碾磨，经碾磨筒10内高速离心分离盘12分离，磨珠留在碾磨筒10内继续碾磨，料浆由于离心甩力，被送至五级高速离心分离机2进行逐级轻液(粒径较小料浆)与重液(粒径较大料浆)分离，每级分离的轻液流至下一级，重液经泵返回至珠磨机1循环碾磨，第五级分离出的轻液即为合格料液。中央控制器3与各工艺控制点的阀门、电机等连接，联动、智能控制料浆流速、磨机转速等。通过控制物料的流速和珠磨机转速，保证磨料的细度；通过控制物料的流速和离心分离盘转速，保证磨珠与料浆的分离；通过控制物料的流速和离心分离机转速，保证每级轻液与重液的分离，最后保证出料料浆细度合格；通过调节系统内各物料进出量，保证系统物料平衡，使整个系统正常运转。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种纳米珠磨系统，其特征在于，包括：
珠磨机，包括碾磨筒，所述碾磨筒内设置有主轴，所述主轴上安装有离心分离盘和搅拌叶轮；
多个离心分离机，所述多个离心分离机依次相连，每个离心分离机包括一个入口、一个重液出口和一个轻液出口，首个离心分离机的入口和所述珠磨机的出口相连，所述离心分离机的重液出口与泵的入口相连，所述离心分离机的轻液出口与下一级的离心分离机的入口相连；
搅拌槽，所述搅拌槽用于盛放料浆，所述搅拌槽的出口与所述泵的入口相连，所述泵的出口与所述珠磨机的入口相连；
中央控制器，所述中央控制器与所述珠磨机、离心分离机、搅拌槽和泵分别相连；
所述搅拌叶轮的数量为10-15个，所述搅拌叶轮和离心分离盘依次套设在所述主轴上，所述离心分离盘位于所述主轴的尾部，所述离心分离盘外侧与碾磨筒内侧之间形成与所述珠磨机的出口相连的出料腔；
所述搅拌叶轮等间隔依次固定在所述主轴上，所述搅拌叶轮和主轴的连接倾斜角度为1-15度；
所述主轴沿轴向设有贯穿的开口槽，所述搅拌叶轮上沿圆周方向开设有不同孔径的圆孔，所述圆孔的孔径沿径向由内往外依次减小，所述离心分离盘的直径大于主轴的直径且小于搅拌叶轮的直径。
2.如权利要求1所述的纳米珠磨系统，其特征在于，所述离心分离机的数量为5个，所述离心分离机的轻液出口的料浆粒径为50～150nm，所述多个离心分离机从高往低呈梯度排列且轻液出口的料浆粒径依次减小。
3.如权利要求1所述的纳米珠磨系统，其特征在于，所述中央控制器与所述珠磨机的电机相连，用于控制珠磨机的转速；所述中央控制器与离心分离机相连，用于控制离心分离机的转速；所述中央控制器与所述搅拌槽、所述泵、所述珠磨机的进出口阀门相连，用于控制料浆流速；所述珠磨机的转速、离心分离机的转速以及料浆流速控制保持同步联动，且大致保持正比关系。
4.一种纳米晶微球的制备方法，其特征在于，采用权利要求2所述的纳米珠磨系统制取，包括如下步骤：
待磨粉料和水配制成预定浓度料浆，与水、分散剂按预定比例加入所述搅拌槽内，搅拌分散均匀，然后用所述泵输送至所述珠磨机中进行碾磨，经所述碾磨筒内离心分离盘分离，磨珠留在所述碾磨筒内继续碾磨，所述料浆由于离心甩力，被送至五级离心分离机逐级进行轻液与重液分离，所述轻液为粒径较小料浆，所述重液为粒径较大料浆，每级分离的所述轻液流至下一级离心分离机，所述重液经所述泵返回至所述珠磨机循环碾磨，最后一级离心分离机分离出的轻液即为纳米晶微球料液。
5.如权利要求4所述的纳米晶微球的制备方法，其特征在于，所述中央控制器控制所述料浆的流速、所述珠磨机的转速，保证磨料的细度；所述中央控制器通过控制物料的流速和所述珠磨机的离心分离盘转速，保证磨珠与料浆的分离；所述中央控制器通过控制物料的流速和所述离心分离机的转速，保证每级轻液与重液的分离，最后保证出料料浆细度合格；通过调节系统内各物料进出量，保证系统物料平衡，使整个系统正常运转。
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