超细粉体分级技术素材.ppt

第五章 超细粉体分级技术 第一节 分级的目的、意义、研究内容及分类 利用机械方法生产的超细粉体，很难使物料一次通过机械粉碎就能达到所需粒度要求，产品往往处于一较大的粒度分布范围。而在现代各工业领域的使用中，往往要求超细粉体产品处于一定的粒度分布范围。另外，在粉碎过程中，粉体中往往只有一部分产品达到了粒度要求，而另一部分产品却未达到粒度要求，如果不将这些已达到要求的产品及时分离出去，而将它们与末达到要求的产品一道再粉碎，则会造成能源浪费和部分产品的过粉碎问题。为此，在超细粉体生产过程中要对产品进行分级处理。一方面控制产品粒度处于所需分布范围，另一方面使混合粉料中粒度已达到要求的产品及时地被分离出去。 对超细粉体分级技术研究，主要包括：超细粉体分级设备研究，工艺条件研究以及超细粉体的分散性研究。后者往往是极其重要的。因为，如果超细粉体的分散性得不到很好解决，这种粉体就无法进行有效分级。无论采用哪种技术及设备对超细粉体进行分级，都必须事先使该超细粉体处于良好的分散状态。 对普通粉体的分级通常是采用筛分法，然而目前最细的筛网孔径也只有20μm左右(即600目左右)，再考虑到实际筛分过程中超细粉体对筛孔的堵塞问题，因此，在实际生产中超过325目的筛网用于干粉分级无实际工业化使用的意义。采用普通的常规筛分技术及设备无法对超细粉体进行分级处理，必须研究新的超细粉体分级设备及技术。到目前为止，已研究成功和正在研究并公开报导的超细粉体的分级方法较多，但真正工业化使用且分级效果较理想的技术和设备并不多。另外值得指出的是，随着现代技术的发展，采用电气成型制造的筛孔可以达到3μm，采用激光技术可制造出1μm的筛孔。这些筛分装置目前都已用于超细粉体浆料的分级，新近研究已将分子筛、膜分离等技术用于超细物体浆料的分级(如微米、亚微米及纳米材料的浆料)，但这些大多仍处于试验阶段。 根据被分级物料的状态可分为干法分级和湿法分级。新近又研究了一种介于干法分级和湿法分级之间的分级方法，即超临界分级。另外，根据分级力场的不同，分级方法又可分为：重力场分级、离心力场分级、惯性力场分级、电场力分级、磁场力分级、热梯度力场分级以及色谱分级等。对超细粉体的分级必须根据超细粉体的不同特性，利用各种合适的力场对超细粉体进行有效的分级，才能获得满意的分级产品。超细粉体的分级方法可根据其使用的设备类型不同分为：旋流式分级、干式机械分级(如叶轮式，涡流式等)、碟式分级、卧螺式分级、静电场分级、超临界分级等。 第二节 超细粉体的主要分级原理 目前工业化使用的超细粉体主要分级方法有：旋流式分级、干式机械分级(叶轮式，涡流式)、碟式分级及卧螺式分级。这些分级方法都是基于重力场和离心力场进行分级。 一、重力场分级原理 重力场分级原理是最古老、最经典也是较完善的理论，其理论基础是根据层流状态下的斯托克斯定律。在分级过程中，假设流场是按层流状态进行，并假设超细固体颗粒呈球形，在介质中是自由沉降。因此可认为在分级过程中，这种超细球形颗粒在自身重力场作用下，在介质(气体或液体)中沉降时单一颗粒所受到的介质阻力为： 式中 η——介质粘度（Pa·s）； d ——颗粒的直径（m）； ν——颗粒的沉降速度（m/s）。 对于超细颗粒来说，更重要的是其颗粒极细，粒径之间的差异极小，因而对重力之差及末速之差影响极小。因此，靠简单的重力场作用很难使超细颗粒进行快速精确高效分级，所以必须借助其它力场以达到较好的分级效果。在研究中发现，采用离心力场可以对超细颗粒达到较好的分级效果，也可将这两种力场综合利用。 二、离心力场分级原理 当介质的阻力与离心力达到平衡时，颗粒在离心力场中的沉降速度达最大值且为衡速，可由下式导出： 因为 Fc=Fp 代入上式可得出： 当颗粒极细时，可采用斯托克斯阻力公式近似代替，即： 代上式得 定义：为离心分离因素，并将离心加速度代入上式得： 从上式可以看出，当被分级的物质一定，介质一定，介质的粘度一定，离心加速度或分离因素一定时，颗粒的离心沉降速度只与颗粒的直径大小有关。因而可采用离心力场根据颗粒离心沉降速度的不同，对粒径大小不同的颗粒进行分级。上式也说明，当被分级的物料及介质的各种特性一定时，提高颗粒的离心沉降速度的关键是提高离心加速度a或分离因素j。 以上是当前超细粉体领域大规模工业化应用的主要分级方法所依据的主要理论基础和分级原理。 关于其它分级方法，如静电场分级、磁力场分级、超临界分级、热梯度力场分级、色谱分级等的分级原理，由于其各不相同，缺少共性，而且很专一，故将在对应的分级方法章节中给予专项介绍。 第三节 粉体分级的基本概念 在讨论和评判粉体分级技术时，经常会遇