超细粉体分级技术浅析

王尚元 石伟

【摘 要】超细粉体是现代工业发展的重要基础，在众多工业领域得到了越来越广泛的应用。如何对超细粉体进行有效的分级是科研及工程人员需要解决的问题。笔者首先介绍了分级原理以及设备分类，对粉体分级做了简单的介绍。后针对分级领域存在的问题进行了深入的分析并提出了在液相以及气相两种情况下的解决方案。最后对典型的湿法和干法分级设备进行了介绍。

【关键词】超细粉体 分级 湿法 干法

粉体技术是支持高科技行业重要的基础技术，现代工程技术的发展要求原料及产品呈粉体状态且具有细而均匀的粒度和低污染的生命周期。粉体的超细化使得材料的理化性质发生巨大的变化，这种变化可以让普通的传统材料具有了广阔的应用范围同时也大幅提高了产品附加值。目前超细粉体在生物工程、化工、冶金、电子、国防及其他高精尖技术领域有着广泛有效的应用。

超细粉原料是结构材料的基础原料，其本身同时也是一种具有特殊功能的材料，为优质耐火材料、精细陶瓷、电子元件、生物工程处理以及与精细化工有关的材料等许多领域所必需。随着超细粉体在众多领域中得到越来越广泛的应用粉体分级技术在粉体加工中的地位越来越重要。用机械法制造的粉体粒度不能满足对超细粉体粒度要求，而分级技术就是把合格的产品分离出来，把不合格的产品再进行再粉碎处理。

1分级原理及分级设备分类

1.1分级原理

广义上的的分级是利用磁性、化学成分、颗粒粒径、密度、形状、放射性等理化特性的差异而将颗粒分离。狭义上的分级是根据不同粒径的颗粒在流体中受到离心力、惯性力、重力等外力作用下产生的不同运动轨迹而实现不同粒径颗粒的分级。

1.2分级设备分类

粉体的分级技术按所用的流体介质不同可分为湿法分级（介质为水或其它液体）与干法分级（介质为空气）。湿法分级采用液体作为分级介质，它有着分级精度高、无爆炸性粉尘等优点，但是存在着需要二次处理问题。干法分级技术是利用空气作为分级介质，运行成本较低，维护方便易行。但它有两个不足：一是容易产生大气污染，二是分级的精度不高。目前湿法分级设备主要分为离心式水力方式和重力沉降式两大类。干法分级设备大多是采用惯性力场或离心力场对粉体颗粒进行分级。

按是否具有运动部件可划分为如下两大类：

（1）动态分级设备：分级设备中具有运动部件，通常这类分级设备结构复杂，需要额外动力作为动力源，单位产品能耗较高，但分级精度较高且可调节，比较适用于粉体物料的精密分级。

（2）静态分级设备：分级设备中无运动部件，如惯性分级机、重力分级机、旋风分离器、螺旋线式气流分级机和射流分级机等。这类分级设备构造简单，不需额外动力，运行成本低，操作及维护均比较方便。但存在分级精度不高的缺点，不适用于精密分级。

2分级的关键问题

对于任何分级方法而言要想取得较好的分级效果关键是如何提高分级物料的分散性和选择合适的分级力场。

物料经超细粉化后呈现与原始物料不同的性质。比表面增大表面能升高，加上粉体表面原子或离子数的比例增加使其表面活性增加，粒子之间引力增大或受到外来杂质如水分的作用而易于聚集；超细颗粒也容易在粉碎过程中由于碰撞吸收或粉碎后产生的静电作用力而聚集在大粒子上，易生成粒径较大的二次颗粒使得对超细粉体的分级比普通粉体分级更加困难。

因此分级的首要任务是分散颗粒使其处于单分散状态从而提高粉体的流散性，即超细粉体的分级的基础在于粉体颗粒的分散。超细粉体在液相中的抗团聚分散方法主要有：（1）药剂调控、（2）介质调控。在空气中的抗团聚分散方法主要有：（1）表面调控、（2）干燥分散、（3）机械分散、（4）静电分散。

解决了粉体粒子的分散之后更大的难题是如何设计稳定、可调节的力场。理想的分级力场应该具有分级力强、流场稳定及分级迅速等性质。由于粉体粒子在不同的立场、不同的介质中的行为不一样，因此必须了解其物理及运动特性以设计高效合理的分级力场。目前分级机使用的力场主要为重力场、惯性力场和离心立场。

3典型分级设备

3.1干式分级设备

欧美等国家从上世纪70年代初就已经开展超细粉分级技术的相关研究，已开发出了多种气力分级设备。在这类分级设备中被分级粉体的某一粒级所受的向心力与转速作用的离心力达到平衡时就是理论上所谓的临界分级点。如：MS（MicronSeparator）叶轮分级设备。

3.2湿式分级设备

湿法分级设备的开发和研究已有70多年的历史，得到实际应用的湿法分级设备也有多种类型，主要分为离心式和重力式。

（1）水力旋流器。水力旋流器的优点是构造简单、价格低廉、无运动部件、处理量大、占地面积小。缺点是分级精度较低。

（2）卧式螺旋离心分级机。待分级的悬浮液由中心加料管加入到螺旋推料器的推进仓，加速后由螺旋上的进料孔进入转鼓内。在离心力的作用下进入转鼓内的悬浮液很快分成两层，较粗或较重的颗粒沉积在内壁上形成沉渣层，而含较细或较轻颗粒的液相则形成内环分离液层。分离液采用溢流方式或向心泵式排出，沉渣（固体颗粒）则被螺旋推料器推送到转鼓的锥端，在此进一步脱水后由出渣口甩出转鼓。