超細粉體的分級技術及其典型設備
- 2021-06-18 06:56:19
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超細粉料不僅是制備結構材料的基礎，其本身也是一種具有特殊功能的材料，為精細陶瓷、電子元件、生物工程處理、新型打印材料、優質耐火材料以及與精細化工有關的材料等許多領域所必需。隨著超細粉體在現代工業越來越廣泛的應用，粉體分級技術在粉體加工中的地位越來越重要。
1、分級的意義
在粉碎過程中，往往只有一部分粉體達到粒度要求，如不將已經達到要求的產品及時分離出去，而與未達到粒度要求的產品一起再粉碎，則會造成能源浪費和部分產品的過粉碎問題。
此外，顆粒細化到一定程度后，出現粉碎與團聚的現象，甚至因顆粒團聚變大而使粉碎工藝惡化。為此，在超細粉體制備過程中要對產品進行分級，一方面控制產品粒度處于所需的分布范圍，另一方面使混合物料中粒度已達到要求的產品及時分離出來，使粗粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。
隨著所需粉體細度的提高和產量的增加，分級技術的難度也越來越高，粉體分級問題已成為制約粉體技術發展的關鍵，是粉體技術中重要的基礎技術之一。因此，對超細粉體分級技術與設備的研究十分必要。
大型臥式微米分級機
2、分級的原理
廣義的分級是利用顆粒粒徑、密度、顏色、形狀、化學成分、磁性、放射性等特性的不同而把顆粒分為不同的幾個部分。狹義的分級是根據不同粒徑顆粒在介質(通常采用空氣和水)中受到離心力、重力、慣性力等的作用，產生不同的運動軌跡，從而實現不同粒徑顆粒的分級。
3、分級機的分類
按所用介質可分為干法分級(介質為空氣)與濕法分級(介質為水或其它液體)。干法分級的特點是用空氣作流體，成本較低，方便易行，但它有兩個不足，一是易造成空氣污染，二是分級的精度不高。濕法分級用液體作為分級介質，存在較多的后處理問題，即分級后的粉體需要脫水、干燥、分散、廢水處理等，但它有著分級精度高、無爆炸性粉塵等特點。
按是否具有運動部件可劃分為兩大類：
(1)靜態分級機：分級機中無運動部件，如重力分級機、慣性分級機、旋風分離器、螺旋線式氣流分級機和射流分級機等。這類分級機構造簡單，不需動力，運行成本低。操作及維護較方便，但分級精度不高，不適于精密分級。
(2)動態分級機：分級機中具有運動部件，主要指各種渦輪式分級機。這類分級機構造復雜，需要動力，能耗較高，但分級精度較高，分級粒徑調節方便，只要調節葉輪旋轉速度就能改變分級機的切割粒徑，適于精密分級。
高性能精細分級機
4、分級的關鍵問題
對于任何分級方法而言，要想取得較好的分級效果，關鍵是如何提高分級物料的分散性和選擇合適的分級力場。
物料經超細化后呈現與原物料不同的性質，首先是比表面增大，表面能升高；其次表面原子或離子數的比例大大提高，使其表面活性增加，粒子之間引力增大或由于外來雜質如水分的作用而易于聚集；超細粒子也易在粉碎過程中由于碰撞吸收或粉碎后由于靜電等作用力而聚集在大粒子上，無論在空氣中還是在液相中均易生成粒徑較大的二次顆粒，這使得對超細產品的分級比普通產品分級加困難。
因此分級的任務是分散粒子，使其處于單分散狀態，從而提高粉體的流散性，即超細粉體的基礎在于粉體粒子的分散。可以說，充分的分散可使分級過程事半功倍。
解決了粉體粒子的分散之后，另一個大的難題是如何設計穩定、可調節的力場。理想的分級力場應該具有分級力強、流場穩定及分級迅速等性質。由于粉體粒子在不同的介質、不同的力場中的行為不一樣，因此必須了解其物理特性、運動特性，設計合理的分級力場。目前，分級機使用的力場主要為重力場、慣性力場和離心立場。
5、典型的分級設備
（1）濕式分級機
超細粉體的濕法分級從目前市場情況看，主要分為重力式和離心式。
水力旋流器。水力旋流器的分級過程是：物料在內部高速旋轉，產生大的離心力。在離心力和重力的作用下，較粗顆粒被拋向器壁，作螺旋向下運動，后由底流口排出，較細顆粒及大部分水分形成旋流，沿中心向上升起，至溢流管排出。
常用的水力旋流器有三種，小直徑水力旋流器、水封式旋流器和超細水力旋分機。水力旋流器的優點是構造簡單、無運動部件、價廉、占地面積小、處理量大；缺點是分級精度較低。
臥式螺旋離心分級機。待分級的懸浮液由中心加料管加入螺旋推料器的推進倉，加速后由螺旋上的進料孔進入轉鼓內。在離心力的作用下，進入轉鼓內的懸浮液快分成兩層，較粗或較重的顆粒沉積在內壁上形成沉渣層，而含較細或較輕顆粒的液相則形成內環分離液層。分離液采用溢流方式或向心泵式排出，沉渣(固體顆粒)則被螺旋推料器推送到轉鼓的錐端，在此進一步脫水后由出渣口甩出轉鼓，一般分級粒度為2～5μm。
（2）干式分級機
干法分級機大多是采用離心力場、慣性力場對粉體進行分級，它們是目前發展較快的重要精細分級設備。以下是幾種有代表性的設備。
錐形離心氣流分級機。錐形離心氣流分級機在離心力的作用下，實現粗粉和細粉的分離。該設備成品粒度細可達0.95μm左右，分級精度d75/d25可達到1.16。該設備沒有任何運動部件，其導流片角度可以在7～15°之間調整，設備結構緊湊，分級效率高，運行安全。
6、分級技術和設備的發展趨勢
(1)加強理論研究，注意學科交叉、積*借鑒其他學科知識。
(2)注重研究超細粉體在各種介質中的分散技術及相應設備，研究超微細粉體的團聚機理、探索消除團聚的有效途徑。
(3)加強專用設備的研究，發展低耗、高精細和大處理量的分級技術和設備。
(4)在現有設備和工藝基礎上發展人工智能技術，根據原料特點和產品細度要求自動優化生產工藝配置和操作參數，達到、低耗、穩定產品質量的目的。
(5)提高產品的穩定性和性，注重粉碎與分級的有機結合。
(6)進一步完善設備的配套性，加強超細分級的在線測試、監控及其相應監測儀器設備的研究。
1、分級的意義
在粉碎過程中，往往只有一部分粉體達到粒度要求，如不將已經達到要求的產品及時分離出去，而與未達到粒度要求的產品一起再粉碎，則會造成能源浪費和部分產品的過粉碎問題。
此外，顆粒細化到一定程度后，出現粉碎與團聚的現象，甚至因顆粒團聚變大而使粉碎工藝惡化。為此，在超細粉體制備過程中要對產品進行分級，一方面控制產品粒度處于所需的分布范圍，另一方面使混合物料中粒度已達到要求的產品及時分離出來，使粗粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。
隨著所需粉體細度的提高和產量的增加，分級技術的難度也越來越高，粉體分級問題已成為制約粉體技術發展的關鍵，是粉體技術中重要的基礎技術之一。因此，對超細粉體分級技術與設備的研究十分必要。
大型臥式微米分級機
2、分級的原理
廣義的分級是利用顆粒粒徑、密度、顏色、形狀、化學成分、磁性、放射性等特性的不同而把顆粒分為不同的幾個部分。狹義的分級是根據不同粒徑顆粒在介質(通常采用空氣和水)中受到離心力、重力、慣性力等的作用，產生不同的運動軌跡，從而實現不同粒徑顆粒的分級。
3、分級機的分類
按所用介質可分為干法分級(介質為空氣)與濕法分級(介質為水或其它液體)。干法分級的特點是用空氣作流體，成本較低，方便易行，但它有兩個不足，一是易造成空氣污染，二是分級的精度不高。濕法分級用液體作為分級介質，存在較多的后處理問題，即分級后的粉體需要脫水、干燥、分散、廢水處理等，但它有著分級精度高、無爆炸性粉塵等特點。
按是否具有運動部件可劃分為兩大類：
(1)靜態分級機：分級機中無運動部件，如重力分級機、慣性分級機、旋風分離器、螺旋線式氣流分級機和射流分級機等。這類分級機構造簡單，不需動力，運行成本低。操作及維護較方便，但分級精度不高，不適于精密分級。
(2)動態分級機：分級機中具有運動部件，主要指各種渦輪式分級機。這類分級機構造復雜，需要動力，能耗較高，但分級精度較高，分級粒徑調節方便，只要調節葉輪旋轉速度就能改變分級機的切割粒徑，適于精密分級。
高性能精細分級機
4、分級的關鍵問題
對于任何分級方法而言，要想取得較好的分級效果，關鍵是如何提高分級物料的分散性和選擇合適的分級力場。
物料經超細化后呈現與原物料不同的性質，首先是比表面增大，表面能升高；其次表面原子或離子數的比例大大提高，使其表面活性增加，粒子之間引力增大或由于外來雜質如水分的作用而易于聚集；超細粒子也易在粉碎過程中由于碰撞吸收或粉碎后由于靜電等作用力而聚集在大粒子上，無論在空氣中還是在液相中均易生成粒徑較大的二次顆粒，這使得對超細產品的分級比普通產品分級加困難。
因此分級的任務是分散粒子，使其處于單分散狀態，從而提高粉體的流散性，即超細粉體的基礎在于粉體粒子的分散。可以說，充分的分散可使分級過程事半功倍。
解決了粉體粒子的分散之后，另一個大的難題是如何設計穩定、可調節的力場。理想的分級力場應該具有分級力強、流場穩定及分級迅速等性質。由于粉體粒子在不同的介質、不同的力場中的行為不一樣，因此必須了解其物理特性、運動特性，設計合理的分級力場。目前，分級機使用的力場主要為重力場、慣性力場和離心立場。
5、典型的分級設備
（1）濕式分級機
超細粉體的濕法分級從目前市場情況看，主要分為重力式和離心式。
水力旋流器。水力旋流器的分級過程是：物料在內部高速旋轉，產生大的離心力。在離心力和重力的作用下，較粗顆粒被拋向器壁，作螺旋向下運動，后由底流口排出，較細顆粒及大部分水分形成旋流，沿中心向上升起，至溢流管排出。
常用的水力旋流器有三種，小直徑水力旋流器、水封式旋流器和超細水力旋分機。水力旋流器的優點是構造簡單、無運動部件、價廉、占地面積小、處理量大；缺點是分級精度較低。
臥式螺旋離心分級機。待分級的懸浮液由中心加料管加入螺旋推料器的推進倉，加速后由螺旋上的進料孔進入轉鼓內。在離心力的作用下，進入轉鼓內的懸浮液快分成兩層，較粗或較重的顆粒沉積在內壁上形成沉渣層，而含較細或較輕顆粒的液相則形成內環分離液層。分離液采用溢流方式或向心泵式排出，沉渣(固體顆粒)則被螺旋推料器推送到轉鼓的錐端，在此進一步脫水后由出渣口甩出轉鼓，一般分級粒度為2～5μm。
（2）干式分級機
干法分級機大多是采用離心力場、慣性力場對粉體進行分級，它們是目前發展較快的重要精細分級設備。以下是幾種有代表性的設備。
錐形離心氣流分級機。錐形離心氣流分級機在離心力的作用下，實現粗粉和細粉的分離。該設備成品粒度細可達0.95μm左右，分級精度d75/d25可達到1.16。該設備沒有任何運動部件，其導流片角度可以在7～15°之間調整，設備結構緊湊，分級效率高，運行安全。
6、分級技術和設備的發展趨勢
(1)加強理論研究，注意學科交叉、積*借鑒其他學科知識。
(2)注重研究超細粉體在各種介質中的分散技術及相應設備，研究超微細粉體的團聚機理、探索消除團聚的有效途徑。
(3)加強專用設備的研究，發展低耗、高精細和大處理量的分級技術和設備。
(4)在現有設備和工藝基礎上發展人工智能技術，根據原料特點和產品細度要求自動優化生產工藝配置和操作參數，達到、低耗、穩定產品質量的目的。
(5)提高產品的穩定性和性，注重粉碎與分級的有機結合。
(6)進一步完善設備的配套性，加強超細分級的在線測試、監控及其相應監測儀器設備的研究。
