超细粉体的分级技术及其典型设备

超细粉料不仅是制备结构材料的基础，其本身也是一种具有特殊功能的材料，为精细陶瓷、电子元件、生物工程处理、新型打印材料、优质耐火材料以及与精细化工有关的材料等许多领域所必需。随着超细粉体在现代工业越来越广泛的应用，粉体分级技术在粉体加工中的地位越来越重要。
1、分级的意义
在粉碎过程中，往往只有一部分粉体达到粒度要求，如不将已经达到要求的产品及时分离出去，而与未达到粒度要求的产品一起再粉碎，则会造成能源浪费和部分产品的过粉碎问题。
此外，颗粒细化到一定程度后，出现粉碎与团聚的现象，甚至因颗粒团聚变大而使粉碎工艺恶化。为此，在超细粉体制备过程中要对产品进行分级，一方面控制产品粒度处于所需的分布范围，另一方面使混合物料中粒度已达到要求的产品及时分离出来，使粗粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。
随着所需粉体细度的提高和产量的增加，分级技术的难度也越来越高，粉体分级问题已成为制约粉体技术发展的关键，是粉体技术中重要的基础技术之一。因此，对超细粉体分级技术与设备的研究十分必要。
大型卧式微米分级机
2、分级的原理
广义的分级是利用颗粒粒径、密度、颜色、形状、化学成分、磁性、放射性等特性的不同而把颗粒分为不同的几个部分。狭义的分级是根据不同粒径颗粒在介质(通常采用空气和水)中受到离心力、重力、惯性力等的作用，产生不同的运动轨迹，从而实现不同粒径颗粒的分级。
3、分级机的分类
按所用介质可分为干法分级(介质为空气)与湿法分级(介质为水或其它液体)。干法分级的特点是用空气作流体，成本较低，方便易行，但它有两个不足，一是易造成空气污染，二是分级的精度不高。湿法分级用液体作为分级介质，存在较多的后处理问题，即分级后的粉体需要脱水、干燥、分散、废水处理等，但它有着分级精度高、无爆炸性粉尘等特点。
按是否具有运动部件可划分为两大类：
(1)静态分级机：分级机中无运动部件，如重力分级机、惯性分级机、旋风分离器、螺旋线式气流分级机和射流分级机等。这类分级机构造简单，不需动力，运行成本低。操作及维护较方便，但分级精度不高，不适于精密分级。
(2)动态分级机：分级机中具有运动部件，主要指各种涡轮式分级机。这类分级机构造复杂，需要动力，能耗较高，但分级精度较高，分级粒径调节方便，只要调节叶轮旋转速度就能改变分级机的切割粒径，适于精密分级。
高性能精细分级机
4、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。
物料经超细化后呈现与原物料不同的性质，首先是比表面增大，表面能升高；其次表面原子或离子数的比例大大提高，使其表面活性增加，粒子之间引力增大或由于外来杂质如水分的作用而易于聚集；超细粒子也易在粉碎过程中由于碰撞吸收或粉碎后由于静电等作用力而聚集在大粒子上，无论在空气中还是在液相中均易生成粒径较大的二次颗粒，这使得对超细产品的分级比普通产品分级加困难。
因此分级的任务是分散粒子，使其处于单分散状态，从而提高粉体的流散性，即超细粉体的基础在于粉体粒子的分散。可以说，充分的分散可使分级过程事半功倍。
解决了粉体粒子的分散之后，另一个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介质、不同的力场中的行为不一样，因此必须了解其物理特性、运动特性，设计合理的分级力场。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。
5、典型的分级设备
（1）湿式分级机
超细粉体的湿法分级从目前市场情况看，主要分为重力式和离心式。
水力旋流器。水力旋流器的分级过程是：物料在内部高速旋转，产生大的离心力。在离心力和重力的作用下，较粗颗粒被抛向器壁，作螺旋向下运动，后由底流口排出，较细颗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种，小直径水力旋流器、水封式旋流器和超细水力旋分机。水力旋流器的优点是构造简单、无运动部件、价廉、占地面积小、处理量大；缺点是分级精度较低。
卧式螺旋离心分级机。待分级的悬浮液由中心加料管加入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，一般分级粒度为2～5μm。
（2）干式分级机
干法分级机大多是采用离心力场、惯性力场对粉体进行分级，它们是目前发展较快的重要精细分级设备。以下是几种有代表性的设备。
锥形离心气流分级机。锥形离心气流分级机在离心力的作用下，实现粗粉和细粉的分离。该设备成品粒度细可达0.95μm左右，分级精度d75/d25可达到1.16。该设备没有任何运动部件，其导流片角度可以在7～15°之间调整，设备结构紧凑，分级效率高，运行安全。
6、分级技术和设备的发展趋势
(1)加强理论研究，注意学科交叉、积极借鉴其他学科知识。
(2)注重研究超细粉体在各种介质中的分散技术及相应设备，研究超微细粉体的团聚机理、探索消除团聚的有效途径。
(3)加强专用设备的研究，发展低耗、高精细和大处理量的分级技术和设备。
(4)在现有设备和工艺基础上发展人工智能技术，根据原料特点和产品细度要求自动优化生产工艺配置和操作参数，达到、低耗、稳定产品质量的目的。
(5)提高产品的稳定性和性，注重粉碎与分级的有机结合。
(6)进一步完善设备的配套性，加强超细分级的在线测试、监控及其相应监测仪器设备的研究。