导言
印度和中国将继续成为全球颜料行业的增长动力。这是 JM Financial 市场研究部门 2020 年的一项研究得出的结论。印度的国内需求和出口量也在大幅增长。预计未来 5 年的 GDP 增长率将达到 11%，生产商们正集中精力满足终端用户的期望，因为他们一直在紧跟时尚潮流。此外，由于粉末在整个生产过程中的流动特性至关重要，他们面临的挑战也更加严峻。在此，我们将介绍一系列研磨工艺，这些工艺为精细研磨工业中使用的各种干颜料提供了合适且经济高效的解决方案。
为什么研磨对颜料质量具有重要作用？
颜料有多种用途。它们可用于为涂料、墨水、塑料、织物、化妆品甚至食品等其他材料着色。一方面，我们有干燥的不溶性颜料，另一方面，我们有液体或可溶性化合物形式的染料。由于颜料是干性的，其颗粒的细度和形状对颜料的浓度和着色有很大的影响。因此，更有效的研磨可以提高颜料在有色材料中的分散性，从而使颜料的浓度更高。此外，颗粒的特定大小和形状也会给表面带来特殊的外观。光的吸收和折射会发生改变，进而影响着色效果。
选择研磨技术时必须考虑的标准：
如前所述，颜料的种类繁多，来源各异。最古老的是天然颜料，如从矿物中提取的天然群青和从昆虫中提取的胭脂红。如今，大多数颜料都是人工合成的。有机颜料的例子有酞菁或喹吖啶酮，无机颜料的例子有氧化铬或氧化铁。
根据不同的来源，每种颜料显然都是特定工艺的产物，具有特定的生产步骤，如提纯、合成、氧化、煅烧、沉淀等。因此，在确定随后要进行的研磨操作时，我们必须始终考虑到这一过程所产生的产品的行为和特性。一种可能的情况是，颜料已经呈现出非常细小的基本颗粒，唯一需要进行的后续工艺就是去团聚。在这种情况下，使用的研磨技术不应包括高冲击速度。陶瓷用颜料的情况则恰恰相反。这些材料的硬度可达 9 莫氏硬度，因此只能使用射流研磨技术。
因此，在选择最合适的研磨技术之前，必须了解颜料的特性。
Condux® 机械式精细粉碎机
旋转机械磨用于细磨软质和中等硬度的材料。中值粒度的典型细度范围在 20 至 500 微米之间。圆周速度在 25 到 150 m/s 之间。也可提供反向旋转的型号，转速可达 250 m/s。气流取决于转子的类型，可确保稳定的研磨温度。
转子安装在水平旋转轴上。轴的密封基于轴的高圆周速度和无接触迷宫。产品通过门集中送入，然后随空气离开机器，同时进行输送和冷却。
这些研磨机的特点使其完全适用于颜料的研磨，例如在干燥步骤后需要进行脱聚的研磨。此外，打开前门后很容易进入，当颜色发生变化时可以在短时间内进行清洗。此外，Condux® 研磨机可安装的研磨工具种类繁多，因此可用于加工各种产品，并可获得不同的细度。
表 1：Condux® 300 的参考数据
| 产品 | 细度 微米 | 细度 微米 | 生产能力 [公斤/小时] |
| 群青蓝 | d50= 1.85 | d99= 3.1 | 约 200(*) |
| 酒石酸红色 | d50= 9.4 | d99= 23 | 约 89(*) |
| 有机颜料蓝 | 24% > 63 | 2% > 250 | 600 |
| 颜料制备基料 PVB | d50= 99 | d90= 255 | 340 |
| 氧化锌 | d50= 6.4 | d90= 14 | 1490 |
(*) 针盘反向旋转设计
ConJet® 高密高能气流磨
ConJet® 干法研磨机机是一种螺旋喷射气流磨，配备有动态分级轮，可在研磨腔内形成高密度的物料床。这种研磨机可用于从软到硬材料的粉碎。研磨气体通过环形研磨气体分配器供应。气体通过喷嘴进入研磨室，膨胀并形成高速射流。待磨材料通过喷射器进入研磨室，或通过阀门以重力方式进入研磨室，然后通过短进料管切入研磨室，被气体射流吸入，在颗粒与颗粒之间的撞击下加速并粉碎。膨胀的气体将磨碎的颗粒输送到由可调电机驱动的分级轮上。符合设定参数的细料随膨胀气体排出磨机。过大的颗粒返回研磨腔重新研磨。
ConJet® 的这种工作原理特别适用于颜料生产。在研磨矿物颜料时，高冲击速度可实现高细度，例如d99= 5-7 µm。分级磨完美地控制了粒度分布，粒度分布可调、窄且没有过大的颗粒。此外，通过安装在铰链上的前门可以自由进出，这意味着ConJet® 上的清洁操作简单快捷。
表 2：ConJet® 50 的参考数据
| 产品 | 细度d50 微米 | 细度 微米 | 生产能力 [公斤/小时］ |
| 黄色有机颜料 | 1.5 | d99= 6.6 | 约 134 |
| 有机颜料品红色 | 3.2 | d99= 9.8 | 81 |
| 有机颜料红色 | 1.5 | d99= 5.5 | 193 |
| 荧光有机颜料 | 3.3 | d99= 9.1 | 104 |
| 合成氧化铁 | 0.94 | d99= 5.9 | 92 |
| 二氧化钛 | 0.9 | d97= 2.8 | 103 |
| 二氧化钛 | 2.2 | d97= 6.5 | 243 |
s-Jet® 超高温蒸汽气流磨
s-Jet® 是一种超高温蒸汽气流磨，具有利用过热蒸汽进行干法研磨的优点。它用于在流化床中超细研磨从软到极硬的材料。通过使用集成在研磨机中的空气分级机，最大粒度受到限制，可以达到亚微米范围的细度。
使用过热蒸汽而不是空气作为研磨介质可以获得显著的优势。与空气相比，喷射能量要高得多（喷射速度可达 1200 米/秒），这增加了离散能量输入，产品颗粒的动冲击能量增加了四倍。这是获得亚微米级细度的决定性因素。此外，由于蒸汽的声速比空气高得多，分级轮内可能的外围流速也随之增加，从而增加了影响产品分级的加速度。
由于蒸汽温度高达 300°C 以上，而且在研磨过程中颗粒表面增大，颗粒中的水分得以蒸发。此外，s-Jet® 研磨机还可以对颜料进行干燥或至少完成干燥操作。通过这种方式，s-Jet® 可以充分利用压力和温度产生的能量，同时研磨出最细的颗粒，并使残留水分含量低至 0.5%。
表 3：s-Jet® 500 的参考数据
| 产品 | 细度d50 微米 | 细度d99 微米 | 生产能力 [千克/小时］ |
| 合成氧化铁 | 0.07 | 0.37 | 61 |
| 炭黑 | 0.6 | 3.6 | 28 |
| 碳黑 | 1.0 | 9.2 | 94 |
| 氧化锌 | 0.13 | 0.35 | 6.1 |
| 氧化锌 | 0.87 | 4.8 | 183 |
| 二氧化钛 | 0.13 | 0.34 | 191 |
| 陶瓷颜料 | 0.6 | 1.95 | 26 |
| 陶瓷颜料 | 0.9 | 4.6 | 102 |
粉尘防爆
如果研磨的产品是有机颜料，则需要特别注意适用于粉尘爆炸的特性值。这主要涉及最小点火能量、点火温度和 Kst 值。根据这些数据，当超出限值时，必须采取适当的保护措施。第一种解决方案是在设备中安装抗压震结构，包括防爆阀和爆破片等特殊元件。第二种解决方案是在惰性气体环境下运行，并对设备中的氧气含量进行可靠控制。
摘要
鉴于颜料种类繁多，且生产过程中的最初步骤会导致颜料质量的变化，因此选择和优化最合适的研磨技术非常重要。Condux® 机械磨非常适合相对较粗的研磨和去团聚。 ConJet® 高密高能气流磨可以提供更细的产品，并对 PSD 进行最佳控制。s-Jet® 超高温蒸汽气流磨在细度方面达到了最高水平，同时还具有干燥效果。使用最合适的技术可以处理通常具有关键流动特性的颜料，并达到最终产品所要求的细度和质量。研磨工艺的优化还能增加产品价值，节约能源和其他生产成本。