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粉体技术真正的主力基石---超细粉碎的现状

宝正网-制药机械设备【www.baozheng360.com】 / 2014-12-23

   现在很多人和企业提到粉碎技术首先想到的可能是超微粉碎技术,因为它是粉碎技术中最先进最前沿的技术,但是就目前粉体技术的发展和应用来说,超细粉碎机才是目前的主力粉碎设备,也是应用最为广泛和成熟的设备,本文将着重为您讲解国内外超细粉碎技术及设备的现状,从工作原理、结构特点等方面详细介绍了其典型设备,同时指出了近年来国内外在此领域中的新进展,并基于现存问题指出了今后超细粉碎研究方向。

  超细粉碎技术是从20世纪40年代逐步发展起来的,至今已成为各国重要的非金属矿及其他高新原材料深加工技术之一。由于各国科研技术水平不一,到目前为止超细粉碎仍没有严格的统一定义。一般将加工粒径为0.1~lOμm的超细粉体的粉碎和相应的分级技术称为超细粉碎。超细粉碎和超细分级是物料深加工中的难题,也是粉体技术中的关键。

  物料细化后,往往会出现许多新的优良性能。由于超细粉体粒度极细,比表面积大,加之缺陷少,因而其表面活性高,化学反应速度快,溶解度大,烧结温度低且烧结体强度高,填充补强性能好,又具有独特的光、电、磁性能等,故被广泛应用于高档涂料、医药、高技术陶瓷、微电子及信息材料、高级耐火及保温材料、填料和新材料产业。因此,提高超细粉碎技术对现代高技术新材料产业的发展有着极其重要的意义。

  1 超细粉碎设备

  国外对于超细粉碎技术的研究起步较早,从20世纪40年代就开始注重以超细粉碎、分级及改性为基础的深加工技术,到60年代该技术已取得迅速发展。目前英、日、美、德等国具备较高水平的超细粉碎技术和设备,可以加工细度为0.5~lOμm窄级别的超细粉体。相对而言,国内对超细粉碎技术的研究起步较晚。但经过近年来努力,到目前为止,我国已能生产各种类型的超细粉碎设备,其性能可与国外先进机种相媲美,基本上能满足我国非金属矿实际生产中的需要。

  发展至今,超细粉体的制备有诸多方法,但用于实际生产中的主要有两种:机械粉碎法和化学合成法。其中,化学合成法置备的超细粉,粒度细,纯度高,但成本高,产量低,且生产工艺复杂;而机械粉碎法成本较低,产量高,工艺简单,且能改良物料性能。因此,除了少量超细粉碎不得已用化学合成法外,绝大多数非金属矿的粉碎采用机械粉碎法。国内外制备超细粉体的机械粉碎设备主要有高速机械冲击式磨机、气流磨、介质搅拌磨、振动磨等。其中,高速机械冲击式磨机和气流磨属于干法超细粉碎设备,而介质搅拌磨和振动磨既可用于干法超细粉碎也可作为湿法超细粉碎。

  1.1 高速机械冲击式磨机

  高速机械冲击式磨机是一种应用较普遍的粉碎设备,其工作原理:利用高速旋转的回转体(锤头、叶片等)对物料进行猛烈的打击,使其与固定体、物料之间产生冲击、磨擦,从而达到细碎目的。其结构简单,粉碎效率高,粉碎比大,且可连续作业,运转平稳,故被广泛地应用于矿业、化工、食品、药物、建材等行业。但由于回转体的高速运转及与物料的冲击、磨擦、碰撞,必造成一定的磨损,所以冲击式磨机适于加工中硬、软物料。

  1.2 气流磨

  气流磨是一种技术较成熟的干式超细粉碎设备,它借助由喷嘴喷出的高速气流(300~500m/s)或热气流(300~400~C)的能量,使颗粒相互发生碰撞、剪切、摩擦,致使物料破碎。由于气流磨采用干法生产,从而省去了物料的脱水、烘干等工艺;其产品纯度高、活性大、分散性好,粒度细且分布较窄,颗粒表面光滑,所以气流磨在粉碎行业很受欢迎,广泛地应用于非金属矿、化工原料、颜料、磨料、保健药品等行业的超细粉碎中。但气流磨也存在一些不足之处:①设备制造成本高,能耗大,加工成本也较大;②单机处理能力较差(产量均小于lt/h),不适合大规模生产; ③产品粒度难以达到亚微米级,在l0μm左右时效果最佳,在l0μm以下时产量大幅度下降,加工成本急剧上升。

  1.3 介质搅拌磨

  介质搅拌磨主要由一个静置的内填小直径研磨介质(钢球、陶瓷球、玻璃球等)的研磨筒和一个旋转搅拌器构成,其工作原理:通过搅拌器搅动研磨介质产生冲击、摩擦、剪切等作用使物料粉碎。由于搅拌磨在超细粉磨设备中效率较高,能耗较低,可以得到平均粒径1μm以下的产品,所以被广泛应用于高级陶瓷原料、颜料、云母、硅灰石等非金属矿的超细粉碎。

  介质搅拌磨在工业上应用已有半个世纪,至今已发展成为一类种类繁多、品种齐全的超细粉碎设备,根据结构大致可分为立式、卧式、环式和塔式四种;根据操作方法可分为间歇式、连续式和循环式三种类型。

  1.4 振动磨

  振动磨是国内外广泛应用的机械粉碎设备,其工作原理:利用研磨介质(球形或棒形)在作高频振动的简体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用,从而使物料达到粉碎。其产品细度可达亚微米级,且具有较强的机械化学效应,能耗较低,易于工业大规模生产,所以振动磨在超细粉碎加工中占有一定的比重,广泛地应用于建材、化工、陶瓷、耐火材料和非金属矿等行业的粉体加工。我国对振动磨的研制开始于20世纪60年代,80年代取得了较大进展, 国内振动磨虽然取得了长足发展,但仍存在着一些问题:单机处理能力差,能耗大,缺乏与之相配套的分级装置等。

  1.5 其他设备

  中国矿业大学研制的CBY型超细剥片均化机(中国实用新型专利CN148520A),利用高压射流的强大冲力和压力突然降低后的穴蚀效应,使物料因冲击和爆裂作用而被粉碎。该设备借助高压水作动力,使被处理的矿浆在料罐里处于高压状态,高压状态的料浆通过细小喷嘴高压喷出,射在特制的靶体上,从而达到料浆超细粉碎和均化的目的。这种设备适用于中等硬度以下物料,如高岭土、云母、伊利石等的湿式超细粉碎或剥片。以CBY—C型超细剥片均化机为例,主要技术参数:装机容量小于125kW,处理能力(折干计)1 400~6 O00kg/h,工作压力20~40MPa,流量80~200L/min,主机重量3.5t。

  2 现存问题及发展趋势

  随着高新技术和新材料产业的发展,实际生产对超细粉体产品粒度、纯度及粒度分布等各项精度要求也相应提高,同时又面临着节约能源、保护自然环境等资源可持续性发展战略的严峻挑战,超细粉碎技术面临的困难也越来越大。为了满足社会生产发展的需要,在今后超细粉碎技术研究中应注重以下方面:

  (1)加强超细粉碎基础理论的研究。在深入研究超细粉碎理论和技术的基础上,注重学科交叉,积极借鉴其他学科知识。在深入研究机械粉碎法技术的同时,探寻化学合成法、物理法等其他非机械力超细粉碎技术,以适应不同特性物料对设备性能的具体要求;重视超细粒子的表面特性和表面改性,进一步研究超微细粉的团聚机理,探索消除团聚的有效途径。

  (2)改进现有超细粉碎设备,发展新型设备。在现有设备基础上,通过改进设备结构、完善设备生产工艺,开发多功能一体化超细粉碎设备,提高单机处理能力、自动控制能力和综合配套性能,降低能耗、噪音、污染等不利因素,使得到的超细粉体粒度细、粒度分布窄、精度高,又能适应易燃易爆、高硬度物料等的加工。

  (3)完善、优化超细粉碎设备和精细分级设备的配套。纵观超细粉碎发展历史可知,精细分级设备总是滞后于超细粉碎设备的发展。基于此,可以在现有超细粉碎设备基础上,研制与之相配套的精细分级设备及产品输送等其他辅助工艺设备,优化超细粉碎设备和精细分级设备的配套组合工艺,从而大大提高生产效率,降低能耗,保证了产品的精度要求。

  (4)注重超细粒子的测试和测试仪器研究。由于超细粒子的粒度、比表面、表面电荷等其他特性的测试本身是一个极其复杂的过程,且测试结果受仪器种类和测试条件的影响极大,因此对测试仪器和测试条件的要求极为严格。方便、准确、快捷的超细粒子分析仪,尤其是能实现生产过程产品细度和级配自动控制的在线粒度分析仪将是主要的发展趋势,也是今后研究的重点。

  (5)寻求解决超细粉碎过程中磨损的有效途径。在超细粉加工过程中,由于受到强烈的摩擦、碰撞、冲击等作用研磨介质和搅拌器的磨损很严重,不仅降低了设备的使用寿命,又对产品造成了污染。研制高密度、高硬度研磨介质,解决设备磨损部件的材质问题也应是超细粉碎技术研究的重点。

  作为现代工业的强大助推力,粉体技术的发展会带动工艺方面的巨大改变,超细粉碎技术每随着现代工程技术的飞速发展,越来越多的超细粉碎技术在高新技术、新材料的研究开发中发挥着重要作用,超细粉碎技术在很大程度影响着现代工业技术的发展。正因如此,世界各国都加大了该领域的研究。目前,世界上超细粉碎技术的研究正处于活跃阶段;今后,超细粉碎仍是粉体技术的工作重心,最为超微粉碎技术发展的前提超细粉碎技术将加快前进的脚步,为社会的技术进步贡献力量!

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