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超細粉體制備及分級技術研究進展 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-12-05 10:31:48 瀏覽次數: |
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1、超細粉碎設備研究進展
呂進海對扁平式氣流粉碎機進行研究,分析了噴嘴結構與分布、氣流速度、進料速度等工藝參數和物料性質對粉碎的影響,通過生產應用初步確定了最佳工藝參數。
王新文等從攪拌磨介質運動規律和顆粒的受力入手,研究了超細攪拌磨礦的捕獲粉碎和沖擊粉碎機理,推導出捕獲角、摩擦角與捕獲顆粒的關系式,提出捕獲粒度比的概念( 磨介直徑與物料顆粒直徑之比) 。通過模擬分析,確定了最大捕獲角等于摩擦角時的顆粒直徑,并通過實驗提出在磨礦過程中存在最佳粒度比,此時的磨礦效率最高,能耗最低。此外還提出分段磨的方案,從給料端到出料端,介質直徑分段減小,各段磨粒度比均等于最佳粒度比。
張書杰對行星攪拌球磨機中物料的運動軌跡和受力方式進行數學分析,研究了不同粉碎力在不同的粉碎階段的粉碎效果,以此來指導設計粉碎機的機型。南京理工大學國家特種超細粉體中心自行研制的雙向旋轉球磨機,筒體內有攪拌器和相反旋轉的筒體,結合了兩者粉碎力場,粉碎效率提高,同時減少能耗。該球磨機主要用于物料的細磨,能夠使物料的平均粒徑達到1 μm 以下。
2、超細分級設備
殷世文等探究了超細分級機分級性能的影響因素,對物料性質,結構參數和操作參數進行分析,通過對部分參數的數值模擬,揭示了分級機內部流場特性,得出了葉片數量、分級室直徑和轉子轉速的最佳取值,為分級機的設計和參數的調節提供了依據。
刁熊等研究了上下進料方式對分級性能的影響,通過對比分析,由于上進料方式增加一個撒料盤,顆粒分布更加均勻,更利于分級進行。通過應用結果分析,兩種方式均取得較好的分級效果。
3、粉磨系統的研究
除了對機械設備工藝參數的改進,還有很多學者提出對整個粉磨系統效率的研究,尋求不同加工設備的最佳匹配與組合。
刁熊等通過對ACM 沖擊式粉碎機的粉碎機理和SCX 型超細分級機的工作原理的分析,設計了新的粉碎分級系統。該系統能很好地避免過粉碎現象,對中低硬度礦物有很好的粉碎分級效果,滿足了產品對粒度和產量的要求。
朱曉光介紹了一種綜合利用機械粉碎和氣流粉碎的高速氣流粉碎機,它以沖擊作用為主,并集顆粒之間的相互沖擊、碰撞、摩擦、剪切和氣流作用于一體。它利用粉碎打刀葉片的扭轉角形成旋轉的空氣流,使顆粒隨著氣流旋轉,相互沖擊、碰撞、摩擦、剪切,同時受離心力的作用,顆粒沖向內壁受到撞擊、摩擦等作用,被反復地粉碎成細粉。因此具有分級效率高,能耗低的優點。
祝戰科等人對沖擊式粉磨機與氣流磨的粉碎原理和結構進行集成創新,設計出“品”字型結構的新型機械對撞式超細粉磨分級設備樣機。這種設備的粉碎室分粗碎和細碎兩個部分并成“品”字型,下面兩個是粗加工室,上面的是精細加工室。這種設計充分利用粉碎能量,避免過粉碎現象。通過與其配套設備的組合形成一個閉環控制系統,自動化程度很高,運行穩定,能完成較大生產量的超細粉體制備。
此外,在超細粉體制備過程中,隨著顆粒粒徑的不斷減小,表面能不斷增加,就會導致團聚現象的發生。這就會影響粉體的分散性,使得分級效率降低。超細粉體團聚的原因通常有靜電庫侖力,高表面能以及范德華力和化學鍵的吸引。為了克服團聚現象,可以通過添加分散劑,利用靜電排斥力和表面改性進行解決。
陳平等通過對SLG 型和PSC 型連續式粉表面改性機原理的分析,進行改進設計。這種設備采用改性劑與粉體分開霧化,使霧化后的粉體與改性劑分別進入改性室進行改性。這就能使粉體與改性劑的接觸面增大,從而提高粉體的包覆率。
鄧飛云等詳細介紹了當前超細粉體的包覆技術,對不同方法進行分析介紹,提出多種包覆機制結合制備超細粉體的設想。
4、國外的研究進展
在國外方面,超細粉體機械加工技術已經比較成熟,結構及工藝參數已經得到完善,設備類型規格較多,涉及的相關研究成果比較少。目前,國外主要的研究方向大多集中在制備納米級超細粉體的化學方法上。
Feng H 等利用一種新的電解法制備超細金屬粉體,這種方法在制備的納米粉體同時還能對其進行表面包覆,因此所得的顆粒具有抗氧化,分散性好的優點。
Sangjin Lee 等利用超細噴霧燃燒法制備納米顆粒的壓電陶瓷。它是利用一定比例氧化物和有機燃料混合的霧滴,在放熱反應過程中釋放的能量使其產生爆炸,分散成細小顆粒。這種方法得到的顆粒粒度在100 ~ 200 nm,形狀為大小均勻的球形。
Prabhakar Rai 等利用熱等離子體處理預先制備的SiC 來合成納米級SiC 超細粉體。這種方法是利用強大等離子流的作用,使SiC 顆粒晶界發生離解形成20 ~ 30 nm 的球狀顆粒。與處理前相比,SiC 顆粒的結構與相態沒有發生明顯變化。
Rameshbabu R等在水熱法的基礎上,提出輔助添加表面活性劑( CTAB) 來制備ZnFeO4
納米顆粒。實驗表明,隨著CTAB 添加量的增加,顆粒尺寸減小。并且,其飽和磁化強度也隨之減小。
5、發展前景與展望
超細粉體技術作為一門跨學科、跨行業的新興技術,今后的發展仍主要集中在超細粉體的制備、性能及應用三個方面。制備技術的發展則在于研究新的制備原理以及新的設備工藝。就目前國內發展的現狀來說,制備技術相比美、德、日等國家仍然十分落后。近幾十年,雖然我們在機械粉碎制備上有很大進步,使得微米級超細粉體的生產滿足了工業發展的需要,但在亞微米級粉體的生產與應用上,還存在很大的發展空間。
因此,在今后超細粉體的制備上,筆者認為應該注意以下幾個方面:
1) 不僅僅限制于對設備和方法的改進,還要進行不同自然學科的交叉,從不同學科角度分析超細粉體的產生原理、分選方法、性能穩定性,發現新的思路。
2) 加強科研單位與生產企業的緊密配合,與生產環節的緊密結合,考慮產業化的可行性,以及經濟效益和環境效益。
3) 要在超細粉體的性質特點上,考慮機械制備和化學合成的相互結合,以可以克服單一制備方法的不足。
4) 要繼續開發與超細粉碎的配套設備,在已有的工藝基礎上,對其進行系統化、自動化設計,減小生產成本,提高生產率。
5) 在今后的發展上,要明確超細粉體的發展趨勢,在納米級超細粉體制備的理論研究同時,也要立足于現有的制備技術,在亞微米級產品的產業化及應用上實現更高的經濟效益和社會價值。
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