氢化锂产品自动筛分工艺技术

2022-09-11

氢化锂是由锂离子与氢离子结合形成的典型离子型化合物, 具有面心立方结构, 单个晶胞的长度为4.1, 密度为0.82g/cm3, 熔点为680℃ (分解压27mm Hg) 【1】。其压缩系数为-2.88×10-11Pa, 莫氏硬度大约3.5, 易脆裂。用户对氢化锂产品的粒度范围有着严格的控制要求, 其分布范围主要控制在0.2~0.8mm范围内。其中要求小于0.2mm物料的总量要求控制在25%以内。产品中物料的粒度呈正态分布。并提出, 需要提供详细的、可信的氢化锂产品粒度分布数据。按照“用户至上、顾客至上”的质量管理理念, 针对用户提出的, 控制产品粒度分布范围, 以及对产品进行筛分的要求开展氢化锂产品筛分工艺技术研究迫在眉睫。

因氢化锂化学性质非常活泼, 其制粒过程是在空间狭小的充满干燥氩气的操作箱内进行, 分别采用人工筛分操作、激振式筛分、垂直振动式筛分、三次元振筛分对氢化锂产品的筛分情况进行分析比较, 确定出最佳筛分方式。

1 人工筛分

1.1 人工筛分装置及流程

筛分装置是由两部分组成的。一是筛体, 二是筛板。筛体为圆柱桶状, 筛板为圆板。筛分装置采用316L优质不锈钢材质进行加工制造。筛体与筛板采用氩弧焊进行焊接。筛分装置分为2种型号:Ⅰ型筛分装置的筛板孔直径为0.2mm。Ⅱ型筛分装置的筛板孔直径为0.8mm。

工艺流程如下:从破碎机系统出来的氢化锂产品物料首先进入到Ⅱ型筛分装置中。Ⅱ型筛分装置的筛板孔直径为0.8mm, 利用该筛分装置对氢化锂产品物料进行分级筛分。产品中粒度直径小于0.8mm的物料通过Ⅱ型筛分装置的筛板孔, 进入到Ⅰ型筛分装置中。没有通过的物料称为筛上物料, 被返回到破碎系统中, 重新进行破碎。

进入到Ⅰ型筛分装置的物料, 粒度直径小于0.2mm的物料则通过筛板上的孔, 进入到过粉碎物料收集装置中, 这部分物料称为过粉碎物料, 并对这部分物料进行秤重。没有通过筛板的物料, 即筛上物料 (粒度合格物料) 则进入产品包装系统中。

1.2 使用结果

采用人工筛分装置对氢化锂产品粒度进行控制, 存在以下的主要问题:1) 筛分操作劳动强度大, 需要对产品至少进行两次筛分。筛分的时间较长, 且效率不高。2) 物料的过粉碎率增加。在Ⅱ型筛分装置中, 物料中粒度等于0.8mm的不容易通过筛板的孔。因为没有足够向下的力推动这部分物料, 使其无法过筛, 再次与粒度大于0.8mm的物料一起进入破碎系统, 不仅增加了破碎的工作量, 同时也使这部分物料中的一部分转化成粒度小于0.2mm的过粉碎物料。造成物料过粉碎量的增加。3) 产品粒度数据不详细, 只能获得小于0.2mm及0.2mm~0.8 mm范围的粒度分布情况, 但0.2mm~0.8mm范围中产品粒度是如何分布的却无法获知, 对用户的指导意义不大。4) 产品粒度数据不准确, 重复率低。

2 激振式筛分

2.1 筛分装置及关键参数

激振式筛分装置设计有两个筛分盒, 上断筛分盒的孔直径设置为1mm, 下端筛分盒的孔直径为0.2mm。在下端筛分盒下面设置一个过粉碎物料接收盒。上述三个盒叠放在一起, 安装于激振器上, 并进行有效固定。同时在上、下筛分盒内装有不同直径大小的钢球, 上筛分盒钢球直径为20mm, 下筛分盒钢球直径为10mm, 各10个, 这些钢球在激振器的振动作用下产生“跳动”。

2.2 试验情况

调整振动频率1000次/分~2500次/分, 振幅3mm~5mm, 时间为10分钟进行试验, 试验情况如下表1所示。

从表1中可以看出, 提高振动的频率并不一定就能提高筛分效果。但是, 提高振幅却有比较明显效果。但筛分装置的总体筛分效率并不高, 最好的仅为70g/10min。而且在使用一定时间后, 钢球对筛网产生了一定的冲击, 导致筛网板产生了变形。

3 垂直振动筛分

3.1 垂直振动筛分装置

振动筛的主体采用电子控制一个电磁铁, 在电磁铁上安装一个振动板。电磁铁将每分钟3000次 (50Hz) 的振动传递给振动板。在振动板上固定组合筛分盒, 依次采用20目、40目、60目和80目的筛分板制成4个筛分盒, 形成一个“筛分塔”。通过电子控制器控制振动板的振动力大小, 从而控制振动幅度大小。同时, 为了防止物料到了80目时, 对筛板网眼造成堵塞, 在80目筛盒内放置了一些直径在Ф10mm左右的玛瑙球。这些玛瑙球在振动器产生的振动力作用下, 产生上、下的冲击作用, 并将作用力作用在筛网板上, 使筛网板产生一定的振动, 从而将堵塞在筛网孔中的物料震落。该作用相当于对筛网的筛分能力进行了一定程度的再生。

3.2 试验情况

调整振动频率1500次/分~3000次/分, 振幅1mm~3mm, 时间为10分钟进行试验, 试验情况如下表2所示。

从表2中试验数据看, 采用垂直振动筛分装置的筛分效果并不理想, 并没有达到研究小组预期的效果。

4 三种筛分效果比较

4.1 筛分原理比较

从理论上分析, 无论是激振式筛分装置还是垂直振动式筛分装置都应比人工筛分的效果好, 产率应该比较高。但是, 试验的结果并不理想。研究小组对筛分装置的筛分原理与人工筛分进行比较得出:而激振动式筛分和垂直振动式筛分只有垂直方向的振动力, 而人工筛分既有水平方向的振动力也有垂直方向的振动力。尽管人工筛分的振动力远比其他两种筛分的振动力小, 但效果要比其他两种方式要好。这说明, 筛分过程中, 水平方向的振动也很重要, 可能在筛分过程中起到了重要作用。

4.2 物料运动轨迹比较

为找出影响筛分效率的真正原因, 研究小组对这三种筛分形式, 物料的运动轨迹进行了分析、比较和研究, 发现:这三种筛分方式物料的运动轨迹是不同的, 存在两种运动轨迹。在人工筛分过程中, 物料在水平方向和垂直方向都存在位移, 而激振式筛分和垂直振动筛分仅在垂直方向发生了位移。

物料在装置内上、下跳动时, 通过振动, 依靠物料的自身重力及“小球”产生的冲击, 在穿越筛板孔时易形成堵塞作用, 造成筛分的效果比较差。而人工筛分, 不仅有垂直方向的力, 还有水平方向的力, 从而使物料受到水平力作用, 将堆积的物料进行均匀化, 易使物料穿越筛孔, 提高筛分效率。

5 三次元振式筛分

根据人工筛分操作特点, 提出了采用三次元振式筛分工作原理, 实现对氢化锂产品的高效筛分技术要求。

5.1 三次元振式自动筛分装置工作原理

三次元振式自动筛分装置的工作原理是:在电机上下安装了偏心锤, 该偏心锤将电机的旋转运动转变成了水平、垂直、倾斜方向的三次元运动。在这种三次元运动中, 分布在筛板上的物料不停地做“颠簸”式的运动, 在运动过程中筛板不仅在振动, 也在颤动。

5.2 三次元振式自动筛分技术方案

根据用户提出的, 提供20目、40目、60目和80目粒度产品的分布检测数据的要求。研究小组采用将筛分盒进行组合, 形成“筛分塔”式机构, 以降低筛分装置的总体高度, 以便能够将筛分装置安装在工作箱内。同时采用降低每一个筛分盒的高度, 来降低整个“筛分塔”的高度。为了解决筛分盒装料的问题, 通过增加筛分盒的直径来解决因高度降低带来的筛分物料量不足的问题。

同时, 研究小组借鉴前期所做的研究将装置的振幅设置在3mm (单边振幅为1.5mm) 。具体装置结构示意图如下图2所示。

如图2所示, 将各个筛分盒以及接料盒组合在一起, 形成一个“筛分塔”。筛分塔与振动装置的顶板和盖板相连接形成一个整体, 并放置在弹簧上。整个塔由3个弹簧装置支撑。弹簧具有很好的减振性和弹性, 能够将电机传递的振动力传递给物料。凸台上有不同高度的“耙钉”, 这些不同高度的“耙钉”形成了高度上的差异, 这个差异则形成筛分装置的“振幅”。高度差越大振幅就越大。

电机在转动过程中, 由于在转盘上的凸台存在高度上的差异, 使得“组合筛分塔”作“颠簸式”的摆动。这种摆动对组合筛分盒内的物料产生了比较大的冲击和振动, 使物料在筛分盒内做“波浪式”的颤动。

5.3 试验情况

按照上述设计, 加工制作了三次元振筛分装置, 并通过试验找出了该装置进行筛分的工艺控制参数如下:振动频率:1500次分, 振幅1.5mm, 振动时间10~12min。

6 结论

研究小组根据用户提出的要求, 先后研制了激振式自动筛分装置和垂直振动筛分装置。但这两种筛分装置筛分效果均不理想。激振式筛分装置的筛分效率为40~55g/10min, 垂直振动式筛分装置的筛分效率在, 75~90g/10min范围内。

研究小组研究分析了人工筛分时物料在筛分盒内的运动规律, 在此基础上, 研究设计了三次元振式筛分装置。三次元振式筛分装置能够模拟人工筛分的操作要求, 使物料能够实现水平、垂直和斜向方向的运动, 使物料在筛分盒内作“颠簸”式的运动, 实现了氢化锂物料的自动筛分。该装置采用组合式筛分塔, 实现物料一次多种粒度的筛分, 能够大幅度提高筛分效率, 其筛分效率达到195~205g/5min, 降低了职工的劳动强度。

研究小组研究的三次元振筛分装置于2013年底开始应用于氢化锂产品的筛分生产中, 目前该装置已正式应用生产, 较好地实现了氢化锂产品的粒度分级与筛分。

摘要：针对用户提出对氢化锂产品粒度分布检测的要求, 通过对人工筛分操作的分析, 开展了激振式筛分、垂直振动式筛分、三次元振筛分对氢化锂产品筛分的工艺技术研究。根据研究结果采用了三次元振筛分技术, 并在转盘上设置凸台, 实现物料筛分时振幅大小的可控。研制的三次元振筛分装置能够实现连续振动、振幅可控制在03mm范围内, 振动频率为15003000次/min。筛分装置的筛分效率为195205g/10min。装置能够一次实现多个粒度的分级筛分, 提高了筛分效率, 降低了劳动强度。

关键词：筛分,工艺,技术