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超細粉體制備及分級技術現狀 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-12-04 10:34:31 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/班建偉)超細粉體,是指粒徑在微米級到納米級的一系列超細材料。按照我國礦物加工行業的共識,將超細粉體定義為粒徑100% 小于30 μm的粉體。按照粒度的不同,超細粉體通常分為: 微米級( 粒徑1~30 μm ) 、亞微米級( 粒徑1~0.1μm) 和納米級( 0. 001~0.1μm)。由于粒徑的大幅減小,超細粉體表現出了塊狀材料所不具有的表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧穿效應,因而在熱、光、磁、化、力等性能上有較大差異。超細粉體所具有的這些特異性能使之在汽車、化工、復合材料、生物工程和醫學等領域獲得廣泛應用。
三十幾年來,我國超細粉體的研究和應用得到迅速發展,超細粉體的制備技術也日趨成熟,但在超細粉體的工業規?;a工藝上仍存在一些問題,隨著現代工業技術要求的提高,這些缺點已成為行業發展所亟需解決的問題。為此,筆者總結了國內機械加工設備的特點,對不同制備工藝和方法進行比較,分析了現階段的研究方向,并提出了相應的設想。
1、 超細粉體的制備
超細粉體的制備方法有很多,從其制備的原理上通常分為化學合成法和物理粉碎法。化學合成法是通過化學反應,由離子、原子等經過晶核形成和長大而得到粉體?;瘜W法所制備的超細粉體具有粒徑小、粒度分布窄、粒形好和純度高等優點,缺點是產量低、成本高和工藝復雜; 物理粉碎法是通過機械力的作用使物料粉碎。
機械粉碎法的優點是產量大、成本低和工藝簡單,適應于大批量工業生產。而且在粉碎過程中產生機械化學效應,能使粉體活性提高。因此,目前制備超細粉體材料的主要方法為機械粉碎法,幾種主要機械粉碎設備如表1 所示。其中,輥壓機與球磨機配合使用,能夠應用于工業大規模生產,且產品顆粒級配較好,活性較高。而氣流粉碎機因其較好的產品性能,也在一些特殊領域得到廣泛的應用。
2、 超細粉體的分級
超細粉體的分級是根據不同粒徑顆粒在介質中受到離心力、重力、慣性力等的作用,產生不同的運動軌跡,從而實現不同粒徑顆粒的分離,進入到各自的收集裝置中。
在使用粉碎設備進行超細粉碎時,不同顆粒所受到的作用力并不均勻,往往只有部分粉體達到粒度要求,已經達到要求的產品如果不能及時分離出去,就會造成物料的過粉碎,而且這部分粉體還會因粒度過小發生團聚,從而使粉碎效率降低。因此,及時使用超細分級機將破碎后的產品進行有效的分級,就能避免物料的過粉碎,提高粉碎效率和降低能耗。超細分級按采用介質的不同,一般分為干式和濕式兩種。濕式分級以液體為分散介質,分級精度較高,均勻性好。但濕式分級存在干燥、廢水處理等一系列后續操作問題,因而限制了它的發展。干法分級是采用重力場,慣性力場或離心力場對粉體進行分級,多為氣力分級,隨著高速機械沖擊式和氣流式粉碎機的大量應用,干式分級也得到大力發展。表2 為幾種常用超細分級機。
3、 存在問題
隨著超細粉體應用領域的不斷擴大,各領域對超細粉體的性能要求也越來越高,傳統的制備方法已經無法滿足現階段的技術要求。這主要體現在:
1) 傳統單一的超細粉體設備生產能力較低,能耗大,資源利用率較低,易造成污染。
2) 制備的超細粉體均勻性和分散性較差,團聚問題嚴重,使得產品性能降低。
3) 設備技術落后,粉碎機械理論的研究進展緩慢,缺乏自主創新的新型設備。
4) 企業規模較小,生產線系統化、自動化水平低,行業后勁不足。
為此,國內外很多學者及研究機構在現有的超細粉體制備技術上,進行了大量的改進和創新,同時也取得了一些研究成果。
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