超细粉碎是一项跨学科、跨行业的高新技术,是粉体工程和非金属矿的重要深加工技术,对现代高技术和新材料产业的发展起着重要的推动作用。卧式超细搅拌磨机是超细粉碎中应用广泛的超细粉碎设备,目前对其研磨原理研究较少,使得超细搅拌磨机理论研究落后于生产实际,针对这一问题本文着重研究了湿法卧式超细搅拌磨机的超细研磨过程动力学、能耗规律、机械力化学作用;并建立了磨机模型,进行了仿真研究,主要内容及结论如下:(1)湿法卧式超细搅拌磨机研磨动力学研究。选用超细重质碳酸钙粉做原料,通过改变操作条件,研究粒度区间,介质密度、介质粒度、介质填充率,助磨剂种类,搅拌轴转速以及入料浓度对研磨速率的影响,建立了不同实验条件下的超细粉碎动力学模型。结果表明粉碎速率随着粒度区间的宽化而增大,粒度区间越大,粉碎速率越大。添加助磨剂能有效提高粉碎速率函数,超细粉碎重钙时,Acume 9300的助磨效果优于六偏磷酸钠。粉碎速率随转速的增大而增大,其关系可表示为4.30 10。粉碎速率函数随介质粒度的变化呈现出幂函数关系,其公式为0.26843 d.;随着矿浆浓度的增大,粉碎速率不断减小,矿浆浓度与粉碎速率的关系可表示为.。随着介质密度的增大,粉碎速率不断增大,介质密度与粉碎速率的关系可表示为0.03073 0.00117。随介质填充率的增大,粉碎速率增大,介质填充率与粉碎速率的关系可表示为0.003073。考虑超细研磨过程中微细颗粒团聚现象的存在影响了物料细化的规律,对样品进行比表面积测定,分析了不同研磨时间下产品的团聚程度。针对传统动力学模型的局限性,结合超细粉碎过程中因物料细化引起的团聚现象,提出包含团聚系数的更符合超细粉碎实际的新型超细粉碎动力学模型:!"#$%。通过采用传统动力学模型和本文新提出的超细粉碎动力学模型对实验数据进行拟合,表明了新模型的拟合精度较优。(2)湿法卧式超细搅拌磨机研磨能耗规律研究。影响粉磨能耗的因素众多,有可量化的和不可量化的。不可量化的因素比如助磨剂种类、介质种类,可量化的因素有研磨时间,磨机转速,矿浆浓度,助磨剂用量,介质填充率和介质粒度等。首先对不可量化因素助磨剂种类和介质种类进行研究,选用超细重质碳酸钙粉做原料,基于罗辛-拉姆勒粒度特性方程和宫胁猪之介推导出的能耗公式,采用MATLAB数学分析软件拟合得出特定工艺条件下添加不同助磨剂时粉碎能耗和粒度模数的粉碎能耗方程以及采用不同介质时粉碎能耗和粒度模数的粉碎能耗方程。对各方程进行了实验验证,结果证明所得模型可靠。其次,对可量化的因素进行研究,采用design-expert6.08软件中响应面试验方法研究得出了影响粉碎能耗的显著因素为粉碎时间、磨机转速和介质填充率。建立了实验条件粉碎能耗的数学模型:&0.0740.04’0.016(6.41710)*0.027&5.50010)0.019&0.012’&0.016(&0.016&。通过对比能耗的预测值和实验值,发现实验值和预测值吻合度较好,表明该能耗表达式可以用来预测不同实验条件下卧式超细磨机粉碎重钙时所需的能耗。(3)矿物粉体在湿法卧式超细研磨中的机械力化学效应。对金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉、重钙和石英粉进行长时间超细粉碎。采用离心沉降粒度仪检测样品粒度变化,采用静态氮吸附仪检测样品比表面积变化,采用x射线衍射法(xrd)对这四种矿物在超细粉碎过程中特征峰的强度变化和谱线宽化进行研究,采用扫描电子显微镜对样品进行测定,观察粉体物料在受力作用前后的颗粒大小、形貌、团聚状况。结果表明金红石型钛白粉d97最小达到0.95μm,d50最小达到0.17μm;产品粒度分布宽度最小可为1.8;比表面积随粉碎时间先增大后减小,最大值可达31.02m2·g-1,面积平均径最小值为47.18nm。金红石钛白粉的xrd特征峰强度随研磨时间的延长而减弱,特征峰宽度随研磨时间的延长而增加。金红石型钛白粉晶粒尺寸最小为16.41nm;超细粉碎过程中金红石钛白粉(211)晶面稳定性最差,(220)晶面稳定性最好。锐钛型钛白粉d97最小达到0.76μm,d50最小达到0.19μm;产品粒度分布宽度最小可为1.45;比表面积最大值可达22.19m2·g-1,面积平均径最小值为70.23nm。锐钛白粉的特征峰强度随研磨时间的延长而减弱,特征峰宽度随研磨时间的延长而增加。锐钛型钛白粉晶粒尺寸随超细粉碎时间的延长呈现出先减小后增大的趋势,最小为25.43nm。超细粉碎过程中锐钛钛白粉(204)晶面稳定性最差,(105)晶面稳定性最好。重质碳酸钙d97最小达到4.61μm,d50最小达到0.26μm;粒度分布宽度最大可为11.4,最小可为2.31;产品比表面积最大值可达55.21m2·g-1,面积平均径最小值为40.25nm。超细粉碎后重钙样品的xrd特征峰强度都迅速减弱,特征峰宽度随研磨时间的延长而增加,晶粒尺寸最小为25.59nm。超细粉碎过程中重质碳酸钙(018)晶面稳定性最差,(116)晶面稳定性最好。石英粉d97最小达到13.64μm,d50最小达到1.08μm;产品粒度分布宽度最大为11.4;产品比表面积最大值为169.19m2·g-1,面积平均径最小值为13.13nm;石英粉的xrd特征峰强度随研磨时间的延长而减弱,特征峰宽度随研磨时间的延长而增加;晶粒尺寸最小为26.25nm;超细粉碎过程中石英粉(203)晶面稳定性最差,(031)晶面稳定性最好。(4)湿法卧式超细搅拌磨机内部流场模拟和研磨强度分析。对实验室用卧式搅拌磨机结构尺寸进行观察与测量,利用solidworks软件对湿法卧式超细搅拌磨进行建模,利用GAMBIT软件对模型进行网格划分,利用流场模拟软件FLUENT仿真磨机内部矿浆流运动状态,利用EDEM软件仿真磨机内颗粒场运动状态,得出了磨机内壁面处导致颗粒的破碎作用主要为碰撞挤压作用力,这种作用方式不随转速和浓度的变化而改变,该作用力随转速的增大而增大,随矿浆浓度的增大而减小。磨机内,壁面附近和轴销附近处发生的粉碎作用主要由摩擦作用引起,该作用力随转速的增大而增大,随浓度的增大而减小。磨机内粉碎作用主要发生在筒体入料段。磨机内颗粒碰撞次数随搅拌轴转速的增大而增多,碰撞形式中颗粒与颗粒的碰撞为物料粉碎的主要碰撞形式。颗粒碰撞中法向碰撞作用力小于切向碰撞作用力,说明粉碎作用中摩擦粉碎作用占主要地位。法向最大碰撞次数与切向最大碰撞次数随转速的增大而减小,最大碰撞次数所对应的法向速度与切向速度随转速的增大而增大。