超細(xì)粉體的分級技術(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)越來越廣泛的應(yīng)用，粉體分級技術(shù)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(dá)到粒度要求，如不將已經(jīng)達(dá)到要求的產(chǎn)品及時分離出去，而與未達(dá)到粒度要求的產(chǎn)品一起再粉碎，則會造成能源浪費(fèi)和部分產(chǎn)品的過粉碎問題。
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)粉體制備過程中要對產(chǎn)品進(jìn)行分級，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(xì)度的提高和產(chǎn)量的增加，分級技術(shù)的難度也越來越高，粉體分級問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，對超細(xì)粉體分級技術(shù)與設(shè)備的研究十分必要。
大型臥式微米分級機(jī)
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(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部分。狹義的分級是根據(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)動軌跡，從而實(shí)現(xiàn)不同粒徑顆粒的分級。
3、分級機(jī)的分類
按所用介質(zhì)可分為干法分級(介質(zhì)為空氣)與濕法分級(介質(zhì)為水或其它液體)。干法分級的特點(diǎn)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(zhì)，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(diǎn)。
按是否具有運(yùn)動部件可劃分為兩大類：
(1)靜態(tài)分級機(jī)：分級機(jī)中無運(yùn)動部件，如重力分級機(jī)、慣性分級機(jī)、旋風(fēng)分離器、螺旋線式氣流分級機(jī)和射流分級機(jī)等。這類分級機(jī)構(gòu)造簡單，不需動力，運(yùn)行成本低。操作及維護(hù)較方便，但分級精度不高，不適于精密分級。
(2)動態(tài)分級機(jī)：分級機(jī)中具有運(yùn)動部件，主要指各種渦輪式分級機(jī)。這類分級機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，需要動力，能耗較高，但分級精度較高，分級粒徑調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)節(jié)葉輪旋轉(zhuǎn)速度就能改變分級機(jī)的切割粒徑，適于精密分級。
高性能精細(xì)分級機(jī)
4、分級的關(guān)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(guān)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(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(xì)產(chǎn)品的分級比普通產(chǎn)品分級加困難。
因此分級的任務(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，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(shè)計(jì)穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)的力場。理想的分級力場應(yīng)該具有分級力強(qiáng)、流場穩(wěn)定及分級迅速等性質(zhì)。由于粉體粒子在不同的介質(zhì)、不同的力場中的行為不一樣，因此必須了解其物理特性、運(yùn)動特性，設(shè)計(jì)合理的分級力場。目前，分級機(jī)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(shè)備
（1）濕式分級機(jī)
超細(xì)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(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，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)造簡單、無運(yùn)動部件、價廉、占地面積小、處理量大；缺點(diǎn)是分級精度較低。
臥式螺旋離心分級機(jī)。待分級的懸浮液由中心加料管加入螺旋推料器的推進(jìn)倉，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，一般分級粒度為2～5μm。
（2）干式分級機(jī)
干法分級機(jī)大多是采用離心力場、慣性力場對粉體進(jìn)行分級，它們是目前發(fā)展較快的重要精細(xì)分級設(shè)備。以下是幾種有代表性的設(shè)備。
錐形離心氣流分級機(jī)。錐形離心氣流分級機(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，分級精度d75/d25可達(dá)到1.16。該設(shè)備沒有任何運(yùn)動部件，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，分級效率高，運(yùn)行安全。
6、分級技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展趨勢
(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。
(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)分級的在線測試、監(jiān)控及其相應(yīng)監(jiān)測儀器設(shè)備的研究。
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