原料鉬粉粒度對噴霧造粒鉬粉性能的影響

張 曉，付靜波，王 磊，莊 飛

(金堆城鉬業股份有限公司技術中心，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［1-2］。它是將漿料或溶液噴入造粒塔，在噴霧熱風的作用下，漿料或溶液干燥、團聚，從而得到球形或近球形團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］，(如霧化盤轉速、進口溫度、出口溫度等)，料漿的性能(如料漿的固相含量、粘度等)均會對粉體的形貌以及特性造成影響。大量研究表明［7-9］，穩定、均勻分散的料漿對獲得性能良好的噴霧干燥粉末至關重要，而這主要取決于不同材料的固有特點(如原始粉末理論密度、顆粒尺寸、親水性等)，由于材料固有特點的不同，其噴霧造粒粉末性能有較大差別。目前對鉬粉末噴霧造粒技術報道鮮少。而通常可用原料的鉬粉規格較多，不同規格的鉬粉原料勢必會造成噴霧干燥鉬粉性能的不同，從而影響產品的穩定性。為此，本文研究分析了3 種不同粒度規格的原料鉬粉對噴霧造粒粉末顆粒形貌及特性的影響，以期為各尺寸規格粉末的噴霧干燥工藝的確定提供重要依據。

1 實 驗

實驗所用原料為常規氫還原鉬粉，其費氏粒度(Fsss)分別為0.85 μm、3.0 μm、6.0 μm。將粘結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械攪拌至混合均勻，最后在噴霧干燥機上進行噴霧造粒，制備造粒鉬粉。漿料粘結劑含量為1.8%(質量分數)，固相含量為65%，噴霧干燥進風溫度為210 ℃，出風溫度為120 ℃，霧化轉速為12 000 r/min。粉料的流動性及松裝密度檢測參照國家標準GB/T 1479-2011、GB/T 1482-1984，采用漏斗法和霍爾流速計測量，取3 次測量結果平均值;粉體的微觀結構、形貌通過SEM 進行觀察分析。

2 結果與討論

2.1 原料鉬粉粒度對噴霧漿料性能的影響

圖1 給出原料鉬粉粒度對漿料進料速度的影響。由圖1 可以看出，當原料鉬粉粒度從0.85 μm增大至3.5 μm 時，進料速度從29 mL/min 急劇增加至41 mL/min;當原料鉬粉為6.0 μm 時，進料速度為45 mL/min，增加緩慢。在噴霧過程中發現，隨原料鉬粉粒度的增大，漿料沉積現象明顯。

原料粉末粒度對漿料進料速度的影響與漿料的粘度的變化關系密切。原料鉬粉粒度不同，其比表面積、表面缺陷及雜質含量存在差異，因此漿料流變性能也會有所不同。原料鉬粉加入到粘結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，相對顆粒表面可以自由流動，稱為“自由液”。顆粒表面的束縛液在流動過程中相對于顆粒表面是靜止的，流體的運動主要靠顆粒間隙外自由液對粒子間的潤滑作用，即，自由液的數量決定漿料粘度的高低，自由液的數量越多，漿料粘度越低。

圖1 原料鉬粉粒度對漿料進料速度的影響規律

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

式中:η 為體系粘度;η0為介質粘度;φ 為固相體積;ε 為介電常數;ξ 為Zate 電位;k 為電導率;r 為顆粒半徑。可見體系粘度η 與顆粒半徑r 成反比關系。粒度小，體系粘度增大。根據 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動，噴霧過程中表現出較大的粘度、較小的進料速度。因此，原料鉬粉粒度對制備高固含量、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。當原料鉬粉粒度為0.85 μm 時，造粒顆粒的孔隙小、球化程度高，如圖2(a)所示;當原料鉬粉粒度為3.5 μm 時，造粒顆粒為球形或近球形，表面圓整，如圖2(b)所示;當原料鉬粉粒度為6.0 μm 時，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應的噴霧造粒鉬粉的形貌

噴霧造粒鉬粉就是利用有機粘接劑形成具有一定結合強度的原料粉末顆粒機械堆積而成的固態團聚體。原料鉬粉粒度對造粒鉬粉形貌的影響可從以下兩個方面解釋。一方面，因粒度不同，原料鉬粉顆粒機械堆積存在差異，原料粉末粒度越小，顆粒機械堆積的孔隙越小，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;大粒度粉末顆粒表面積小，堆積孔隙大而少，水分蒸發通道少，蒸發速度低，霧滴溫度升高，水分從內部蒸發，使霧滴產生隆起，會破壞顆粒球型，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，相對自由液增多，漿料的粘度減小，相同的工藝條件下進料速度增加，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性提高，當原料鉬粉粒度為3.5 μm 時，松裝密度和流動性分別提高至1.72 g/cm3、42 s/50 g，當原料鉬粉粒度為6.0 μm 時，松裝密度和流動性提高不明顯。

圖3 造粒粉松裝密度和流動性隨著原料鉬粉粒度的變化曲線

原料鉬粉粒度對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，本質上是由于噴霧干燥水分蒸發后留下了大量孔隙，這些孔隙來自于原料鉬粉顆粒的機械堆積，而原料鉬粉粒度越大，顆粒機械堆積的孔隙越少，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。

原料鉬粉粒度對流動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、粘附力產生相互滑移［6］，從而提高了粉末的流動性，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。

3 結論

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

(2)在相同的工藝條件下，原料鉬粉粒度對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性提高，但顆粒球形度逐漸變差。

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

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