超細粉體分級技術淺析

王尚元 石偉

【摘 要】超細粉體是現代工業發展的重要基礎，在眾多工業領域得到了越來越廣泛的應用。如何對超細粉體進行有效的分級是科研及工程人員需要解決的問題。筆者首先介紹了分級原理以及設備分類，對粉體分級做了簡單的介紹。后針對分級領域存在的問題進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。最后對典型的濕法和干法分級設備進行了介紹。

【關鍵詞】超細粉體 分級 濕法 干法

粉體技術是支持高科技行業重要的基礎技術，現代工程技術的發展要求原料及產品呈粉體狀態且具有細而均勻的粒度和低污染的生命周期。粉體的超細化使得材料的理化性質發生巨大的變化，這種變化可以讓普通的傳統材料具有了廣闊的應用范圍同時也大幅提高了產品附加值。目前超細粉體在生物工程、化工、冶金、電子、國防及其他高精尖技術領域有著廣泛有效的應用。

超細粉原料是結構材料的基礎原料，其本身同時也是一種具有特殊功能的材料，為優質耐火材料、精細陶瓷、電子元件、生物工程處理以及與精細化工有關的材料等許多領域所必需。隨著超細粉體在眾多領域中得到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。用機械法制造的粉體粒度不能滿足對超細粉體粒度要求，而分級技術就是把合格的產品分離出來，把不合格的產品再進行再粉碎處理。

1分級原理及分級設備分類

1.1分級原理

廣義上的的分級是利用磁性、化學成分、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。狹義上的分級是根據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生的不同運動軌跡而實現不同粒徑顆粒的分級。

1.2分級設備分類

粉體的分級技術按所用的流體介質不同可分為濕法分級（介質為水或其它液體）與干法分級（介質為空氣）。濕法分級采用液體作為分級介質，它有著分級精度高、無爆炸性粉塵等優點，但是存在著需要二次處理問題。干法分級技術是利用空氣作為分級介質，運行成本較低，維護方便易行。但它有兩個不足：一是容易產生大氣污染，二是分級的精度不高。目前濕法分級設備主要分為離心式水力方式和重力沉降式兩大類。干法分級設備大多是采用慣性力場或離心力場對粉體顆粒進行分級。

按是否具有運動部件可劃分為如下兩大類：

（1）動態分級設備：分級設備中具有運動部件，通常這類分級設備結構復雜，需要額外動力作為動力源，單位產品能耗較高，但分級精度較高且可調節，比較適用于粉體物料的精密分級。

（2）靜態分級設備：分級設備中無運動部件，如慣性分級機、重力分級機、旋風分離器、螺旋線式氣流分級機和射流分級機等。這類分級設備構造簡單，不需額外動力，運行成本低，操作及維護均比較方便。但存在分級精度不高的缺點，不適用于精密分級。

2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。

物料經超細粉化后呈現與原始物料不同的性質。比表面增大表面能升高，加上粉體表面原子或離子數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雜質如水分的作用而易于聚集；超細顆粒也容易在粉碎過程中由于碰撞吸收或粉碎后產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超細粉體的分級比普通粉體分級更加困難。

因此分級的首要任務是分散顆粒使其處于單分散狀態從而提高粉體的流散性，即超細粉體的分級的基礎在于粉體顆粒的分散。超細粉體在液相中的抗團聚分散方法主要有：（1）藥劑調控、（2）介質調控。在空氣中的抗團聚分散方法主要有：（1）表面調控、（2）干燥分散、（3）機械分散、（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立場、不同的介質中的行為不一樣，因此必須了解其物理及運動特性以設計高效合理的分級力場。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。

3典型分級設備

3.1干式分級設備

歐美等國家從上世紀70年代初就已經開展超細粉分級技術的相關研究，已開發出了多種氣力分級設備。在這類分級設備中被分級粉體的某一粒級所受的向心力與轉速作用的離心力達到平衡時就是理論上所謂的臨界分級點。如：MS（MicronSeparator）葉輪分級設備。

3.2濕式分級設備

濕法分級設備的開發和研究已有70多年的歷史，得到實際應用的濕法分級設備也有多種類型，主要分為離心式和重力式。

（1）水力旋流器。水力旋流器的優點是構造簡單、價格低廉、無運動部件、處理量大、占地面積小。缺點是分級精度較低。

（2）臥式螺旋離心分級機。待分級的懸浮液由中心加料管加入到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很快分成兩層，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。