超細(xì)粉體的分級(jí)技術(shù)及其典型設(shè)備
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超細(xì)粉料不僅是制備結(jié)構(gòu)材料的基礎(chǔ)，其本身也是一種具有特殊功能的材料，為精細(xì)陶瓷、電子元件、生物工程處理、新型打印材料、優(yōu)質(zhì)耐火材料以及與精細(xì)化工有關(guān)的材料等許多領(lǐng)域所必需。隨著超細(xì)粉體在現(xiàn)代工業(yè)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。
1、分級(jí)的意義
在粉碎過(guò)程中，往往只有一部分粉體達(dá)到粒度要求，如不將已經(jīng)達(dá)到要求的產(chǎn)品及時(shí)分離出去，而與未達(dá)到粒度要求的產(chǎn)品一起再粉碎，則會(huì)造成能源浪費(fèi)和部分產(chǎn)品的過(guò)粉碎問(wèn)題。
此外，顆粒細(xì)化到一定程度后，出現(xiàn)粉碎與團(tuán)聚的現(xiàn)象，甚至因顆粒團(tuán)聚變大而使粉碎工藝惡化。為此，在超細(xì)粉體制備過(guò)程中要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)，一方面控制產(chǎn)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(dá)到要求的產(chǎn)品及時(shí)分離出來(lái)，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(xì)度的提高和產(chǎn)量的增加，分級(jí)技術(shù)的難度也越來(lái)越高，粉體分級(jí)問(wèn)題已成為制約粉體技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，是粉體技術(shù)中重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。因此，對(duì)超細(xì)粉體分級(jí)技術(shù)與設(shè)備的研究十分必要。
大型臥式微米分級(jí)機(jī)
2、分級(jí)的原理
廣義的分級(jí)是利用顆粒粒徑、密度、顏色、形狀、化學(xué)成分、磁性、放射性等特性的不同而把顆粒分為不同的幾個(gè)部分。狹義的分級(jí)是根據(jù)不同粒徑顆粒在介質(zhì)(通常采用空氣和水)中受到離心力、重力、慣性力等的作用，產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)不同粒徑顆粒的分級(jí)。
3、分級(jí)機(jī)的分類
按所用介質(zhì)可分為干法分級(jí)(介質(zhì)為空氣)與濕法分級(jí)(介質(zhì)為水或其它液體)。干法分級(jí)的特點(diǎn)是用空氣作流體，成本較低，方便易行，但它有兩個(gè)不足，一是易造成空氣污染，二是分級(jí)的精度不高。濕法分級(jí)用液體作為分級(jí)介質(zhì)，存在較多的后處理問(wèn)題，即分級(jí)后的粉體需要脫水、干燥、分散、廢水處理等，但它有著分級(jí)精度高、無(wú)爆炸性粉塵等特點(diǎn)。
按是否具有運(yùn)動(dòng)部件可劃分為兩大類：
(1)靜態(tài)分級(jí)機(jī)：分級(jí)機(jī)中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，如重力分級(jí)機(jī)、慣性分級(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。這類分級(jí)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，不需動(dòng)力，運(yùn)行成本低。操作及維護(hù)較方便，但分級(jí)精度不高，不適于精密分級(jí)。
(2)動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)：分級(jí)機(jī)中具有運(yùn)動(dòng)部件，主要指各種渦輪式分級(jí)機(jī)。這類分級(jí)機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，需要?jiǎng)恿?，能耗較高，但分級(jí)精度較高，分級(jí)粒徑調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)節(jié)葉輪旋轉(zhuǎn)速度就能改變分級(jí)機(jī)的切割粒徑，適于精密分級(jí)。
高性能精細(xì)分級(jí)機(jī)
4、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)化后呈現(xiàn)與原物料不同的性質(zhì)，首先是比表面增大，表面能升高；其次表面原子或離子數(shù)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(lái)雜質(zhì)如水分的作用而易于聚集；超細(xì)粒子也易在粉碎過(guò)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(wú)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(duì)超細(xì)產(chǎn)品的分級(jí)比普通產(chǎn)品分級(jí)加困難。
因此分級(jí)的任務(wù)是分散粒子，使其處于單分散狀態(tài)，從而提高粉體的流散性，即超細(xì)粉體的基礎(chǔ)在于粉體粒子的分散?？梢哉f(shuō)，充分的分散可使分級(jí)過(guò)程事半功倍。
解決了粉體粒子的分散之后，另一個(gè)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介質(zhì)、不同的力場(chǎng)中的行為不一樣，因此必須了解其物理特性、運(yùn)動(dòng)特性，設(shè)計(jì)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)。
5、典型的分級(jí)設(shè)備
（1）濕式分級(jí)機(jī)
超細(xì)粉體的濕法分級(jí)從目前市場(chǎng)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(jí)過(guò)程是：物料在內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)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(yùn)動(dòng)，后由底流口排出，較細(xì)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(xì)水力旋分機(jī)。水力旋流器的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、價(jià)廉、占地面積小、處理量大；缺點(diǎn)是分級(jí)精度較低。
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，一般分級(jí)粒度為2～5μm。
（2）干式分級(jí)機(jī)
干法分級(jí)機(jī)大多是采用離心力場(chǎng)、慣性力場(chǎng)對(duì)粉體進(jìn)行分級(jí)，它們是目前發(fā)展較快的重要精細(xì)分級(jí)設(shè)備。以下是幾種有代表性的設(shè)備。
錐形離心氣流分級(jí)機(jī)。錐形離心氣流分級(jí)機(jī)在離心力的作用下，實(shí)現(xiàn)粗粉和細(xì)粉的分離。該設(shè)備成品粒度細(xì)可達(dá)0.95μm左右，分級(jí)精度d75/d25可達(dá)到1.16。該設(shè)備沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件，其導(dǎo)流片角度可以在7～15°之間調(diào)整，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，分級(jí)效率高，運(yùn)行安全。
6、分級(jí)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)
(1)加強(qiáng)理論研究，注意學(xué)科交叉、積*借鑒其他學(xué)科知識(shí)。
(2)注重研究超細(xì)粉體在各種介質(zhì)中的分散技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備，研究超微細(xì)粉體的團(tuán)聚機(jī)理、探索消除團(tuán)聚的有效途徑。
(3)加強(qiáng)專用設(shè)備的研究，發(fā)展低耗、高精細(xì)和大處理量的分級(jí)技術(shù)和設(shè)備。
(4)在現(xiàn)有設(shè)備和工藝基礎(chǔ)上發(fā)展人工智能技術(shù)，根據(jù)原料特點(diǎn)和產(chǎn)品細(xì)度要求自動(dòng)優(yōu)化生產(chǎn)工藝配置和操作參數(shù)，達(dá)到、低耗、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
(5)提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和性，注重粉碎與分級(jí)的有機(jī)結(jié)合。
(6)進(jìn)一步完善設(shè)備的配套性，加強(qiáng)超細(xì)分級(jí)的在線測(cè)試、監(jiān)控及其相應(yīng)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的研究。
關(guān)鍵詞：
