Кварц — один из наиболее широко перерабатываемых промышленных минералов, но кварцевый порошок имеет огромный диапазон характеристик. Для стеклянного песка показатель D97 составляет 150-300 микрон. Для наполнителя из плавленого кварца электронного класса — 5-15 микрон. Для самого мелкодисперсного кремнеземного порошка, используемого в полупроводниковой упаковке, он составляет менее 5 микрон. Это не просто вариации одного и того же процесса. Для них требуется совершенно разное оборудование, разные энергетические затраты и разный контроль качества.
Наиболее распространенная ошибка при проектировании линий по переработке кварца — это выбор оборудования, основанный исключительно на производительности, без сопоставления целевой тонкости помола и чистоты с соответствующей технологией измельчения и классификации. Шаровая мельница, обрабатывающая 5 т/ч при D97 40 микрон, не может экономически эффективно производить D97 10 микрон. Струйная мельница, производящая D97 5 микрон с высокой чистотой, работает с гораздо меньшей производительностью и в 3-5 раз большими удельными затратами энергии. Правильный подбор технологии с самого начала определяет рентабельность линии по переработке кварца.
В этом руководстве соотносятся области применения кварца с требованиями к тонкости помола, объясняется, какая технология помола охватывает какую часть диапазона и почему, а также приводятся реальные производственные данные с действующих линий.
Области применения кварца и требования к тонкости обработки на каждом рынке.
Кварц — твердый (по шкале Мооса 7), абразивный и относительно хрупкий материал. Он хорошо измельчается в широком диапазоне размеров частиц, но требуемая тонкость помола сильно варьируется в зависимости от применения, как и допустимый уровень примесей.
| Приложение | Типичный D97 | Минимальная чистота SiO2. | Ключевой фактор качества |
| Стеклянный песок (стандартный) | 150-300 мкм | >99.5% | Fe2O3 < 0,03%; форма частиц влияет на поведение расплава. |
| Искусственный камень / столешница | < 45 мкм (мелкодисперсная фракция) | 99%+ | Плотное распределение частиц по размерам обеспечивает высокую плотность упаковки; снижает расход смолы. |
| Покрытия и наполнители для пластмасс | D97 10-45 мкм | 98-99% | Узкая спектральная плотность массы для обеспечения диспергируемости; белизна имеет значение. |
| Огнеупоры и литейное производство | 150 мкм – 2 мм | 97%+ | Форма частиц и термическая стабильность; низкая доля мелких частиц. |
| Электронный / ЭМС-наполнитель | D97 5-25 мкм | 99.9%+ | Fe < 30 ppm; жесткие значения D97 и Dmax для контроля количества смертоносных частиц. |
| Упаковка полупроводников (WLP) | D97 < 8 мкм | 99.97% | U + Th < 0,5 ppb; содержание аморфного вещества > 99,5% |
Технические характеристики могут различаться в зависимости от заказчика и региона. Перед установлением параметров производства необходимо убедиться в соответствии требованиям входного контроля, установленным покупателем.
Требования к чистоте, указанные в нижней части таблицы — для электронных и полупроводниковых материалов — недостижимы только путем измельчения и классификации. Для их выполнения требуется предварительная обработка (магнитная сепарация, кислотное выщелачивание или флотация) для снижения содержания Fe2O3 и других примесей до требуемого уровня перед этапом измельчения. Для применений, указанных в верхних строках таблицы, обычно достаточно стандартного измельчения и воздушной классификации без обогащения.
Три технологии и спектр применения каждой из них.
Шаровая мельница с воздушным классификатором — незаменимый помощник в производстве.
Наиболее энергоэффективным способом измельчения кварцевого порошка с размером частиц D97 (20-75 микрон) является шаровая мельница с керамической футеровкой, работающая в замкнутом цикле с динамическим воздушным классификатором. Шаровая мельница обеспечивает непрерывное измельчение; воздушный классификатор сортирует отработанный материал, возвращая крупные частицы в мельницу и отправляя соответствующий спецификации продукт на сбор. Размер частиц, поступающих из щековой дробилки, обычно составляет менее 3-5 мм; размер продукта регулируется скоростью вращения колеса классификатора.
Данная конфигурация обеспечивает основную часть промышленного производства кварцевого порошка: общие наполнители, порошки для покрытий, мелкую фракцию для искусственного камня и стандартный порошок из стеклобоя. При размере частиц D97 37-45 микрон (наиболее распространенная спецификация наполнителя) линия шаровой мельницы и классификатора среднего масштаба производит 3-8 т/ч при удельном энергопотреблении 30-45 кВт·ч на тонну. Для сравнения, производство того же количества D97 с помощью струйной мельницы обошлось бы в 90-120 кВт·ч на тонну — в три-четыре раза дороже — без какого-либо улучшения качества при такой тонкости помола.
Выбор материала футеровки имеет важное значение для кварца из-за его твердости (по шкале Мооса 7). Для обработки кварца стандартными являются футеровки и мелющие элементы из оксида алюминия: они служат значительно дольше, чем сталь, при воздействии этого абразивного материала и предотвращают загрязнение продукта железом. Для применений в электронной промышленности, где требуется даже незначительное загрязнение алюминием, футеровки и мелющие элементы из диоксида циркония исключают путь проникновения алюминия, но при этом увеличивают стоимость оборудования.
Струйная мельница — для получения тонкого и высокочистого порошка.
Струйная мельница с псевдоожиженным слоем использует струи сжатого газа для ускорения частиц кварца до сверхзвуковой скорости столкновения друг с другом. В зоне измельчения отсутствуют мелющие элементы и металлические поверхности. Встроенный динамический классификатор контролирует продукт по стандарту D97. Такая конфигурация является оптимальным выбором для двух сценариев: очень мелкого продукта (D97 менее 15 микрон) и продукта высокой чистоты (кремнезем электронного класса, где загрязнение металлами от мелющих элементов недопустимо).
Для частиц D97 размером 5-15 микрон струйная мельница обеспечивает стабильно более узкое распределение частиц по размерам, чем шаровая мельница при эквивалентном среднем размере — точный контроль D97, обеспечиваемый встроенным классификатором, превосходит возможности шаровой мельницы с отдельным классификатором при мелких частицах. Энергетические затраты существенно выше (80-150 кВт·ч на тонну против 30-60 кВт·ч на тонну для шаровой мельницы), что оправдано только при условии соответствия стоимости продукта. Плавленый кварц электронного класса по цене $40-80/кг делает разницу в энергозатратах при использовании струйной мельницы незначительной по сравнению с выручкой от продажи продукции. Стандартный наполнитель для покрытий по цене $150-400/тонну этого не делает.
Автономный воздухоклассификатор — модернизация существующего оборудования.
Когда у производителя уже есть мельница или дробилка, и ему необходимо улучшить распределение частиц по размерам (PSD) своей продукции — удалить крупные частицы, чтобы довести продукт до значения D97, соответствующего спецификации, — автономный воздушный классификатор позволяет добавить классификацию без необходимости установки новой мельницы. Классификатор обрабатывает частицы на целевом значении D97; крупные частицы возвращаются в существующую мельницу; продукция, соответствующая спецификации, отправляется на сбор. Это наиболее распространенный способ модернизации для существующих предприятий по производству кварца, выпускающих продукт несколько более крупной фракции, чем того требует рынок.
Автономный классификатор также полезен для получения двух сортов продукции на одной мельнице: первичной фракции с размером частиц D97 (45 микрон) для стандартного рынка наполнителей и вторичной фракции мелких фракций с размером частиц D97 (15-20 микрон) для более дорогостоящего применения. Экономическая целесообразность зависит от того, достаточно ли велик объем более ценной мелкой фракции, чтобы оправдать инвестиции в классификатор.
| Фактор | Шаровая мельница + классификатор | Реактивная мельница | Автономный классификатор |
| Практичный диапазон D97 | 20-75 мкм | 3-20 мкм | Зависит от расположенного выше по течению завода. |
| Удельная энергия (кВт·ч/т) | 30-60 (при D97 30-45 мкм) | 80-150 (при D97 5-15 мкм) | Низкий — только для классификации |
| риск загрязнения металлами | Низкий (с керамической подкладкой) | Практически нулевой уровень (нет носителя) | Зависит от вышестоящего звена. |
| Капитальные затраты (относительные) | Середина | Высокий | Низкий-средний |
| Лучшее приложение | Шпаклевка, покрытия, камень (D97 20-75 мкм) | Электроника, мелкодисперсный диоксид кремния (D97 < 15 мкм) | Модернизация существующей линии PSD |
| Масштабируемость пропускной способности | Высокая производительность (1-20+ т/ч) | Средний (0,5-5 т/ч) | Соответствует требованиям мельницы, расположенной выше по потоку. |
Реальные результаты производства
ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 1
Линия по производству кварцевого наполнителя — 5 т/ч при D97 37,7 мкм в провинции Аньхой, Китай.
Обзор проекта
Заводу по переработке минералов в провинции Аньхой требовалась комплектная линия по производству кварцевого порошка для рынка покрытий и наполнителей для пластмасс. После оценки нескольких поставщиков оборудования они выбрали компанию EPIC Powder Machinery для двухлинейной конфигурации, включающей шаровую мельницу и воздушный классификатор.
Сырье: кварцевая руда, содержание SiO2 выше 98,51 TP3T
Размер частиц подаваемого материала: менее 3 мм после щекового и ударного дробления.
Система: две параллельные линии по производству шаровых мельниц и воздушных классификаторов.
Проектная производительность: 5 т/ч на линию (всего 10 т/ч)
Целевой продукт: D97, приблизительно 37,7 микрон, для рынка наполнителей для покрытий.
Исход
Обе линии достигли стабильной работы в течение недели после ввода в эксплуатацию. Размер частиц продукта D97 стабильно составлял 37-38 микрон на протяжении нескольких производственных смен. Диапазон распределения размеров частиц соответствовал входным спецификациям заказчика. Клиент подтвердил, что производительность и эффективность классификации соответствуют целевым показателям без необходимости корректировки параметров после ввода в эксплуатацию.
ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 2
Модернизация линии по производству кремнеземного порошка — Автономный классификатор ужесточает требования стандарта D97 для рынка полимерных наполнителей.
Ситуация
Предприятие по переработке кремнезема, поставляющее продукцию на рынок резиновых и полимерных наполнителей, производило продукт с показателем D97 в диапазоне 55-65 микрон — шире, чем максимальные 45 микрон, требуемые заказчиками. Существующая шаровая мельница была правильно рассчитана по производительности, но последующая классификация осуществлялась с помощью сепаратора с фиксированными ситами, который не мог надежно обеспечить достижение целевого показателя D97. Варианты решения проблемы были следующие: замена шаровой мельницы (дорого, длительный простой), добавление второй ступени измельчения (сложно) или установка автономного воздушного классификатора между существующей мельницей и системой сбора.
Решение
Компания EPIC Powder Machinery поставила автономный динамический воздушный классификатор, размеры которого соответствовали производительности существующей мельницы. Классификатор был сконфигурирован с порогом отсечения D97 в 42 микрона. Крупногабаритный продукт (приблизительно 15-201 тонна на 3 тонны от общего объема продукции мельницы) возвращался в мельницу через пневматическую возвратную линию. Мелкодисперсный продукт, соответствующий спецификации, собирался в существующем рукавном фильтре.
Результаты
Продукт D97: толщина пленки уменьшилась с 55-65 микрон до стабильно 40-43 микрон — в пределах установленного заказчиком лимита в 45 микрон.
Пропускная способность: чистый объем производства снизился примерно на 121 тонну на 3 тонны из-за избыточного объема обратного потока — это принято как необходимый компромисс для соответствия техническим требованиям.
Квалификация заказчика: продукция прошла входной контроль у заказчика-производителя полимерных наполнителей в первой партии после установки классификатора.
Монтаж: завершен за 3 дня без остановки шаровой мельницы — классификатор был установлен на существующую конвейерную систему во время планового технического обслуживания.
Планируете линию по измельчению кварца? Обратитесь в компанию EPIC Powder Machinery в первую очередь.
Независимо от того, перерабатываете ли вы кварц для производства стекла, кремнезем электронного класса, наполнители для покрытий или искусственный камень, компания EPIC Powder Machinery может подобрать и сконфигурировать оптимальное сочетание шаровой мельницы, струйной мельницы и воздушного классификатора в соответствии с вашим исходным материалом и техническими характеристиками продукции. Мы предлагаем бесплатные консультации по технологическим процессам и испытания материалов перед заключением договора на поставку оборудования.
Сообщите нам тип используемого сырья, желаемую тонкость помола и объем производства, и мы порекомендуем конкретную конфигурацию линии с прогнозируемой производительностью и энергопотреблением.
Запросите бесплатную консультацию по процессу: www.quartz-grinding.com/contact
Ознакомьтесь с нашими решениями для шлифовки кварца: www.quartz-grinding.com
Часто задаваемые вопросы
Как выбрать между шаровой мельницей и струйной мельницей для измельчения кварца?
Выбор зависит от желаемой тонкости помола и ценности продукта. Шаровые мельницы с воздушными классификаторами — правильный выбор для D97 20-75 микрон — диапазона, охватывающего стандартные наполнители, покрытия и мелкодисперсный порошок из искусственного камня. При такой тонкости удельное энергопотребление составляет 30-60 кВт·ч на тонну, а производительность легко масштабируется до 5-20 т/ч. Струйные мельницы — правильный выбор, когда требуется D97 менее 15 микрон или когда ваше применение требует практически нулевого содержания металла независимо от размера частиц (кремнезем электронного класса, наполнитель для полупроводниковой упаковки). При D97 5-15 микрон струйные мельницы обеспечивают лучшую четкость распределения частиц по размерам и более чистый продукт, чем шаровая мельница при такой тонкости. Стоимость энергии в 3-5 раз выше на тонну, что экономически оправдано для высокоценных кремнеземных продуктов, но не для стандартных промышленных наполнителей.
Какова роль воздушного классификатора в линии измельчения кварца — можно ли использовать шаровую мельницу без него?
Можно использовать шаровую мельницу без воздушного классификатора, но продукт будет иметь широкое распределение частиц по размерам со значительной долей крупных частиц, которые не подойдут для большинства применений в качестве наполнителей и покрытий. Шаровая мельница открытого цикла (без классификатора) обеспечивает широкое распределение частиц — D10 может составлять 2 микрона, а D97 — 80 микрон для одной и той же партии, в зависимости от настроек мельницы. Добавление динамического воздушного классификатора замыкает цикл: крупные частицы возвращаются в мельницу, и из системы выходит только продукт, соответствующий спецификации.
Это существенно сужает диапазон распределения частиц по размерам (PSD), исключает частицы крупного размера, которые не прошли бы входной контроль заказчика, и повышает энергоэффективность, поскольку материал удаляется из цепи сразу после достижения требуемых параметров, а не измельчается. Для любого кварцевого продукта с размером частиц более 325 меш стандартной конфигурацией является шаровая мельница замкнутого цикла с воздушным классификатором — открытый цикл подходит только для очень крупнозернистых продуктов, таких как стеклянный песок, где требования к PSD нестрогие.
Что вызывает быстрый износ кварцевых мельниц и как продлить срок их службы?
Кварц является основной причиной износа при измельчении кварца — его твердость по шкале Мооса 7 означает, что он быстро истирает сталь и большинство конструкционных материалов. В шаровой мельнице изнашиваются три элемента: шары, футеровка и классификационное колесо. Для кварца шары и футеровка из оксида алюминия служат значительно дольше стали: твердость керамики по шкале Мооса составляет 9-9,5, что выше твердости кварца, поэтому скорость износа намного ниже. Компромисс заключается в стоимости — керамические шары и футеровка дороже стали.
Однако, как и в случае с кварцем, общая стоимость за весь срок службы ниже, поскольку частота замены существенно снижается. В струйной мельнице изнашивающимися элементами являются вставки сопла и классификационное колесо. Для обработки кварца стандартными являются вставки сопла из карбида вольфрама или керамики. В воздушном классификаторе основным изнашивающимся элементом является классификационное колесо — для кварца предпочтительны колеса с керамическим покрытием или полностью керамические колеса. Практическим индикатором является мониторинг износа путем отслеживания показателя D97 продукта с течением времени: постепенное повышение D97 является первым признаком того, что износ классификатора влияет на эффективность разделения.
Эпический порошок
В Эпический порошокМы предлагаем широкий выбор моделей оборудования и разрабатываем индивидуальные решения, отвечающие вашим конкретным потребностям. Наша команда имеет более чем 20-летний опыт в обработке различных порошков. Компания Epic Powder специализируется на технологиях обработки мелкодисперсных порошков для горнодобывающей, химической, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности.
Свяжитесь с нами сегодня для бесплатной консультации и получения индивидуальных решений!
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с онлайн-представителем EPIC Powder. Зельда для любых дальнейших запросов».
— Эмили Чен, Инженер
