超細(xì)粉體分級(jí)技術(shù)淺析

王尚元 石偉

【摘 要】超細(xì)粉體是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在眾多工業(yè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。如何對(duì)超細(xì)粉體進(jìn)行有效的分級(jí)是科研及工程人員需要解決的問(wèn)題。筆者首先介紹了分級(jí)原理以及設(shè)備分類(lèi)，對(duì)粉體分級(jí)做了簡(jiǎn)單的介紹。后針對(duì)分級(jí)領(lǐng)域存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析并提出了在液相以及氣相兩種情況下的解決方案。最后對(duì)典型的濕法和干法分級(jí)設(shè)備進(jìn)行了介紹。

【關(guān)鍵詞】超細(xì)粉體 分級(jí) 濕法 干法

粉體技術(shù)是支持高科技行業(yè)重要的基礎(chǔ)技術(shù)，現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展要求原料及產(chǎn)品呈粉體狀態(tài)且具有細(xì)而均勻的粒度和低污染的生命周期。粉體的超細(xì)化使得材料的理化性質(zhì)發(fā)生巨大的變化，這種變化可以讓普通的傳統(tǒng)材料具有了廣闊的應(yīng)用范圍同時(shí)也大幅提高了產(chǎn)品附加值。目前超細(xì)粉體在生物工程、化工、冶金、電子、國(guó)防及其他高精尖技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛有效的應(yīng)用。

超細(xì)粉原料是結(jié)構(gòu)材料的基礎(chǔ)原料，其本身同時(shí)也是一種具有特殊功能的材料，為優(yōu)質(zhì)耐火材料、精細(xì)陶瓷、電子元件、生物工程處理以及與精細(xì)化工有關(guān)的材料等許多領(lǐng)域所必需。隨著超細(xì)粉體在眾多領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用粉體分級(jí)技術(shù)在粉體加工中的地位越來(lái)越重要。用機(jī)械法制造的粉體粒度不能滿足對(duì)超細(xì)粉體粒度要求，而分級(jí)技術(shù)就是把合格的產(chǎn)品分離出來(lái)，把不合格的產(chǎn)品再進(jìn)行再粉碎處理。

1分級(jí)原理及分級(jí)設(shè)備分類(lèi)

1.1分級(jí)原理

廣義上的的分級(jí)是利用磁性、化學(xué)成分、顆粒粒徑、密度、形狀、放射性等理化特性的差異而將顆粒分離。狹義上的分級(jí)是根據(jù)不同粒徑的顆粒在流體中受到離心力、慣性力、重力等外力作用下產(chǎn)生的不同運(yùn)動(dòng)軌跡而實(shí)現(xiàn)不同粒徑顆粒的分級(jí)。

1.2分級(jí)設(shè)備分類(lèi)

粉體的分級(jí)技術(shù)按所用的流體介質(zhì)不同可分為濕法分級(jí)（介質(zhì)為水或其它液體）與干法分級(jí)（介質(zhì)為空氣）。濕法分級(jí)采用液體作為分級(jí)介質(zhì)，它有著分級(jí)精度高、無(wú)爆炸性粉塵等優(yōu)點(diǎn)，但是存在著需要二次處理問(wèn)題。干法分級(jí)技術(shù)是利用空氣作為分級(jí)介質(zhì)，運(yùn)行成本較低，維護(hù)方便易行。但它有兩個(gè)不足：一是容易產(chǎn)生大氣污染，二是分級(jí)的精度不高。目前濕法分級(jí)設(shè)備主要分為離心式水力方式和重力沉降式兩大類(lèi)。干法分級(jí)設(shè)備大多是采用慣性力場(chǎng)或離心力場(chǎng)對(duì)粉體顆粒進(jìn)行分級(jí)。

按是否具有運(yùn)動(dòng)部件可劃分為如下兩大類(lèi)：

（1）動(dòng)態(tài)分級(jí)設(shè)備：分級(jí)設(shè)備中具有運(yùn)動(dòng)部件，通常這類(lèi)分級(jí)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要額外動(dòng)力作為動(dòng)力源，單位產(chǎn)品能耗較高，但分級(jí)精度較高且可調(diào)節(jié)，比較適用于粉體物料的精密分級(jí)。

（2）靜態(tài)分級(jí)設(shè)備：分級(jí)設(shè)備中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，如慣性分級(jí)機(jī)、重力分級(jí)機(jī)、旋風(fēng)分離器、螺旋線式氣流分級(jí)機(jī)和射流分級(jí)機(jī)等。這類(lèi)分級(jí)設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，不需額外動(dòng)力，運(yùn)行成本低，操作及維護(hù)均比較方便。但存在分級(jí)精度不高的缺點(diǎn)，不適用于精密分級(jí)。

2分級(jí)的關(guān)鍵問(wèn)題

對(duì)于任何分級(jí)方法而言要想取得較好的分級(jí)效果關(guān)鍵是如何提高分級(jí)物料的分散性和選擇合適的分級(jí)力場(chǎng)。

物料經(jīng)超細(xì)粉化后呈現(xiàn)與原始物料不同的性質(zhì)。比表面增大表面能升高，加上粉體表面原子或離子數(shù)的比例增加使其表面活性增加，粒子之間引力增大或受到外來(lái)雜質(zhì)如水分的作用而易于聚集；超細(xì)顆粒也容易在粉碎過(guò)程中由于碰撞吸收或粉碎后產(chǎn)生的靜電作用力而聚集在大粒子上，易生成粒徑較大的二次顆粒使得對(duì)超細(xì)粉體的分級(jí)比普通粉體分級(jí)更加困難。

因此分級(jí)的首要任務(wù)是分散顆粒使其處于單分散狀態(tài)從而提高粉體的流散性，即超細(xì)粉體的分級(jí)的基礎(chǔ)在于粉體顆粒的分散。超細(xì)粉體在液相中的抗團(tuán)聚分散方法主要有：（1）藥劑調(diào)控、（2）介質(zhì)調(diào)控。在空氣中的抗團(tuán)聚分散方法主要有：（1）表面調(diào)控、（2）干燥分散、（3）機(jī)械分散、（4）靜電分散。

解決了粉體粒子的分散之后更大的難題是如何設(shè)計(jì)穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)的力場(chǎng)。理想的分級(jí)力場(chǎng)應(yīng)該具有分級(jí)力強(qiáng)、流場(chǎng)穩(wěn)定及分級(jí)迅速等性質(zhì)。由于粉體粒子在不同的立場(chǎng)、不同的介質(zhì)中的行為不一樣，因此必須了解其物理及運(yùn)動(dòng)特性以設(shè)計(jì)高效合理的分級(jí)力場(chǎng)。目前分級(jí)機(jī)使用的力場(chǎng)主要為重力場(chǎng)、慣性力場(chǎng)和離心立場(chǎng)。

3典型分級(jí)設(shè)備

3.1干式分級(jí)設(shè)備

歐美等國(guó)家從上世紀(jì)70年代初就已經(jīng)開(kāi)展超細(xì)粉分級(jí)技術(shù)的相關(guān)研究，已開(kāi)發(fā)出了多種氣力分級(jí)設(shè)備。在這類(lèi)分級(jí)設(shè)備中被分級(jí)粉體的某一粒級(jí)所受的向心力與轉(zhuǎn)速作用的離心力達(dá)到平衡時(shí)就是理論上所謂的臨界分級(jí)點(diǎn)。如：MS（MicronSeparator）葉輪分級(jí)設(shè)備。

3.2濕式分級(jí)設(shè)備

濕法分級(jí)設(shè)備的開(kāi)發(fā)和研究已有70多年的歷史，得到實(shí)際應(yīng)用的濕法分級(jí)設(shè)備也有多種類(lèi)型，主要分為離心式和重力式。

（1）水力旋流器。水力旋流器的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、處理量大、占地面積小。缺點(diǎn)是分級(jí)精度較低。

（2）臥式螺旋離心分級(jí)機(jī)。待分級(jí)的懸浮液由中心加料管加入到螺旋推料器的推進(jìn)倉(cāng)，加速后由螺旋上的進(jìn)料孔進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在離心力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的懸浮液很快分成兩層，較粗或較重的顆粒沉積在內(nèi)壁上形成沉渣層，而含較細(xì)或較輕顆粒的液相則形成內(nèi)環(huán)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(zhuǎn)鼓的錐端，在此進(jìn)一步脫水后由出渣口甩出轉(zhuǎn)鼓。