1、第五章第五章 超细粉体分级技术超细粉体分级技术第一节第一节 分级的目的、意义、研究分级的目的、意义、研究内容及分类内容及分类n 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
2、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。n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。n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20m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
3、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3m，采用激光技术可制造出1m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。n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、
4、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。第二节第二节 超细粉体的主要分级原理超细粉体的主要分级原理n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、重力场分级原理一、重力场分级原理n重力场分级
5、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：n式中 介质粘度（Pas）；n d 颗粒的直径（m）；n 颗粒的沉降速度（m/s）。vdFp3gdFg)(63式中 d 颗粒的直径（m）；颗粒的密度（kg/m3）；介质的密度（kg/m3）；g 重力加速度（m/s2）n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，
6、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、离心力场分级原理二、离心力场分级原理n 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：n因为 Fc=Fpn代入上式可得出：22236)(ortdkrdn当颗粒极细时，可采用斯托克斯阻力公式近似代替，即：n代上式得ororddk322rddrdort2323)(636ordrrd36)(223)(1822rdorn定义：为离心分离因素，并将离心加速度代入上式得：n从上式
7、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。)(18)(1822jgdadorn 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。n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
8、项介绍。第三节第三节 粉体分级的基本概念粉体分级的基本概念n 在讨论和评判粉体分级技术时，经常会遇到“分级效率”、“分级精度”、“分级极限”及“分组粒释”等基本概念。以下将对这些基本概念讲行定义和解释。n一、分级效率与分级精度一、分级效率与分级精度n分级效率是评判一种分级方法优劣的重要指标，在工业化应用中，这一指标十分重要。对于某一分级方法即使分级出的产品分布范围很窄，但分级效率很低，在工业化生产中仍无实际应用价值。n分级效率通常有如下几种表示方法，即部分分级效率、总分级效率、牛顿分级效率、分级精度(又称锐度)、理查德分级效率和粒级效率曲线等。n（一）部分分级效率（一）部分分级效率E（di）n
9、 部分分级效率E（di），是指分级出的产品中粒径为di的颗粒的重量占分级给料量中粒径为di的颗粒的重量百分数。部分分级效率E（di）可用下式表示：n式中 dR1分级出的产品中粒径为di的颗粒 n 的含量；n dR2分级给料量中粒径为di的颗粒的n 含量21)(dRdRdEin（二）总分级效率（二）总分级效率En总分级效率E，是指分级出的产品的总重量占分级给料量的重量百分数，可用下式表示：n式中 W1分级出的产品总量；n W 分级的总给料量。WWE1n（三）牛顿分级效率（三）牛顿分级效率（）n牛顿分级效率（），在实际应用中经常采用，是一种最经典的分级效率表示方法。其计算公式如下：n设Q代表被分级
10、的原料总量；Q1代表原料中粗粒量；Q2代表原料中细粒量。m、n、p分别代表原料、粗粒级部分和细粒级部分中实有的粗粒级物料的百分含量，则有n Q=Q1+Q2NN原料中实有的细粒量粗粒中实有的细粒量原料中实有的粗粒量细粒中实有的粗粒量NpnmQQQ21n将上式代入牛顿分级效率的计算公式并整理得：n上式是经常用来计算牛顿分级效率的具体公式。)(1()(pnmmmnpmNn（四）分级精度（四）分级精度n分级精度 ，通常是用相当于分配率为75%和25%的粒度和来表示，即 n式中 d25产品中颗粒累积重量百分数n 为25%时的颗粒粒径；n d75 产品中颗粒累积重量百分数n 为75%时的颗粒粒径。n 通常
11、之值越大，分级精度越高。2575S2575S75252575/ddS2575Sn（五）理查德（五）理查德（Richard）分级效率）分级效率n理查德分级效率（R）也是较早采用的一种分级效率计算方法，计算方法如下：nR=粗粒产物中的粗粒回收率细粒产物 n 中的细粒回收率=原料中的细粒量细粒产物中的细粒量原料中的粗粒量粗粒产物中的粗粒量n（六）规范化粒级效率曲线切割粒径点的斜率（六）规范化粒级效率曲线切割粒径点的斜率n规范化粒级效率曲线切割粒径点的斜率也经常用来评价分级效率与分级精度，其表达式为：n式中 Dp颗粒直径（m）;n 规范化粒径；n Dp Dp粒径粒级效率；n 规范化粒径粒级效率。n规范
12、化粒级效率曲线如图3-1所示。1)(*PPDDdDdP50*dDDPP50*/dDPDPn二、各种分级效率与分级精度表达方法的评价与二、各种分级效率与分级精度表达方法的评价与建议建议n评价分级效果的优劣由分级效率来衡量(注意切勿与有时也称为分级效率的粒级效率相混淆)。理想分级是把颗粒在分级点彻底地分开，即小于分级粒径的颗粒不混杂在粗粒产品中，大于分级粒径的颗粒不混杂在细粒产品中，这时分级效率应为100%。如果仅把原样分成两部分，每部分的粒度分布均与原样完全相同，这称之为分别，分割的分级效率就视为0。然而，实际分级是介于两者之间，衡量分级效果优劣的分级效率，要能定量确定分级的清晰程度，并能全面完
13、整地评价真实分级效果。n研究及实际应用表明，牛顿分级效率计算法，符合理想分级时效率为100%，分割时效率为0%，是比较好的分级效率计算法。理查德分级效率计算法，符合理想分级时效率为100%，但分割时效率不为0%，且不是定值。规范化粒级效率曲线切割粒径点的斜率n只符合分割时效率为0%，但不符合理想分级时效率为100%。1)(*PPDDdDdPn为此，人们建议采用粒级效率曲线切割粒径点的斜率对应的正弦来评价分级效率，即n 这种表示既符合理想分级时效率为100%，又符合分割时效率为0%，而且粒级效率曲线通常均要测定，便于使用。另外分级精度（锐度）d25/d75也基本符合两种分级终端情况的效率值。1)
14、(*PPDDdDdarctgSinPn三、分级极限与分级粒径三、分级极限与分级粒径n 分级极限在粉体分级技术的讨论及生产中经常遇到。众所周知，不同的分级设备有不同的分级极限，但如何定义分级极限，在粉体界的理解及说法不一。在有些文章中，将分级极限与分离极限经常互用，这在一些特定情况是可行的，而在某些情况则是不妥当的。作者根据多年的研究以及与工业界的接触，在工程上通常理解为，分级极限是指某一特定设备对粉体进行分级时，实际所能获得的最小粒度限度。因此，在工程上往往将它与分级设备所能达到的最小分级粒径相联系，有时甚至互用。分级粒径有时又称切割粒径或中位分离点，它是评判某一分级设备技术性能的一个很重要的
15、指标，也是实际生产中设备选型的一个重要依据。n分级粒径的确定有图解法和计算法两种，在工程上较实用且易理解的是计算法。计算法可结合不同的分级设备的具体形式，根据其物理和数学模型推导出直观的和实用的具体计算公式。为了便于理解以及以后应用与分析问题方便，以下分别对涡轮式气流分级机、水力旋流器、沉降式离心机等分级设备的分级粒径计算方法和公式进行推导。n（一）涡轮式气流分级机的分级原理及分（一）涡轮式气流分级机的分级原理及分级粒径级粒径n下图所示为转子（涡轮）式气流分级机分级原理示意图。n图中圆形表示分级叶轮的截面，气流以虚线表示，P交于叶轮表面上的某一点。叶轮平均半径为r，颗粒粒径为d，密度为。颗粒在
16、P点上受两个相反力的作用，即由叶轮旋转而产生的离心惯性力F和气流阻力R。这两个力可以分别用下列方程表示:rdFt23)(6rdR3n当颗粒所受离心惯性力大于阻力，即FR时，颗粒沿叶轮方向飞向器壁，然后由分级机底部排出机外，成为粗粒级产品；当离心惯性力小于阻力，即FR时，颗粒随中心气流从排出管排出；当颗粒所受到的力FR时，理论上颗粒将绕半径为r的分级圆轨道连续不停地旋转。此时，颗粒的直径称为分级粒径。由此得 rtTrd181式中 dT分级粒径（m）；r 分级轮平均半径（m）；物料密度（kg/m3）；气流密度（kg/m3）；vt 叶轮平均圆周速度（m/s）；vr 气流速度（m/s）；空气粘度（Pa
17、s）.n上式仅适用于球形颗粒，对于非球形颗粒需引入形状修整系数后得:n将叶轮转速 （r/min）代入上式得rtSTrPd18rnt260)(1855.9rndrTn由上式可知，要获得较细的分级产品，关键是要降低分级粒径。上式指出，提高叶轮转速n，增大分级叶轮直径2r，提高被分级物料密度，减小气流速度vr，减小气流的粘度和密度等，可使分级粒径dT降低。此时可获得较细的产品。然而，对于某一型号的分级设备及物料与介质而言，其上述参数往往是固定的。此时的分级粒径就是该设备对这种物料的分级极限。即该设备所获得的分级产品的粒径下限最低值，就是此条件下的分级粒径dT。从理论上讲，要想获得比粒径下限更低的产品
18、是不可能的。（二）水力旋流器的分级原理及分级粒径（二）水力旋流器的分级原理及分级粒径n水力旋流器分级原理及分级粒径是在如下假定条件下确定的，即与重力场中的水力分级机作类比，只有那些回转半径小于溢流管半径的颗粒才能得以进入到溢流中；并假定微细颗粒在自由沉降条件下运动。则位于溢流管下方圆住体上的临界颗粒，径向沉降速度可用斯托克斯公式表示:2218)(tovovTrovUrd 式式中中 tovU颗颗粒粒在在溢溢流流管管下下方方的的切切向向运运动动速速度度，大大约约与与液液流流的的切切向向速速度度相相等等（m/s）;ovr颗颗粒粒在在溢溢流流管管下下方方的的回回转转半半径径（m）。在在溢溢流流管管下下
19、方方圆圆柱柱面面上上颗颗粒粒的的向向心心速速度度为为 ovovrovhrQU2 式式中中 ovh分分级级液液面面的的高高度度，理理论论上上为为溢溢流流管管下下缘缘到到锥锥壁壁的的轴轴向向距距离离，实实际际上上取取锥锥体体高高度度的的 2/3 长长（m）。这样，直径这样，直径Td或或50d的颗粒从的颗粒从er处沉降到鼓壁（处沉降到鼓壁（r=2r）所需的时间）所需的时间1t应等于其在转应等于其在转鼓内的停留时间鼓内的停留时间2t 122021ln221rrvgrdrvgVdrtrrorre QVQrrLt/)(21222 由由 t1=t2及及20TkdV，可得，可得Td或或50d的计算公式的计算公
20、式 122lnrrVkgQdT 式中式中 Q离心机的处理量（离心机的处理量（kg/h）；）；V转鼓液池容积（转鼓液池容积（m3）；）；k等于等于g18)(；转鼓角速度（转鼓角速度（rad/s）。）。n将求得的re值代入上式后可求得柱形转鼓的值。其他形式的转鼓以同样方法求得re后，再用上式求dT或d50。n上式指出，增大转鼓角速度、转鼓的半径及转鼓液池的容积都可降低分级粒径，因而可获得更细的产品。第四节第四节 重力场分级方法及装置重力场分级方法及装置n该方法是利用不同粒径的粒子在重力场中沉降速度不同而进行分级。无论是干式还是湿式，都有悠久的历史。由于流体流动方向不同，重力分级器有水平流型和垂直流
21、型，实际应用的工业装置多是它们的复合形式。n图3-3是水平流型重力分级器，空气水平方向进入，粒子与流体垂直方向导人。在分级沉降室内，流体水平方向流动，颗粒依粒径大小依次沉降于、收集器中，极细的微粒随尾气带出，从而实现了大小粒子的分级。n图3-4是垂直流型重力分级器，空气向上流动，沉降末速小于流体速度的颗粒，则随空气带出。沉降未速大于流体速度的颗粒，则沉降到底部的颗粒收集器，因而也实现了粒径不同的粒子的分级。n重力场分级方法只能用来对粒径较大的粉体进行分级，对于粒径极细的超细粉体，采用这种方法很难达到满意的分级效果，因此很少采用。第五节第五节 旋流式分级技术及设备旋流式分级技术及设备n旋流式分级
22、技术既适用于干式分级又适用于湿式分级。当用于干式分级时，通常是借用气体为介质并作为动力源，故称之为旋风分级；当用于湿式分级时，通常是借用液体为介质并作为动力源，故称之为旋液分级。旋流分级装置是最早研究并实用于超细粉体分级的设备。典型的旋流分级机结构如下图所示。n n旋流分级实际上是采用离心力场和重力场相结合进行分级。在分级过程中，高速气流或液流携带着被分级的固体粒子从分离器切向进入分离器内，气流或液流沿圆形分离器内壁作高速旋转运动。在强离心力的作用下，物料中的粗颗粒沿分离器锥形内壁向下旋转下沉至下出料口排出，细颗粒由于向心力的作用向分离器中心集中并随气流或液流上升从上出口徘出，从而达到了粗细粒
23、子分级的目的。n当被分级的固体微粒被气体或液体携带以高速进入旋风(液)分离器的内腔时，固体微粒随气流作圆周运动，在惯性力作用下，固体微粒沿圆周的切线方向运动。这种惯性力又称之为离心力。由物理学可知这种离心力的大小是质量和离心加速度的函数。n实验证明，对超细粉体的分级来说，物料与气流进入旋风分离器的入口速度以1025m/s为宜。当旋风分离器的筒体直径为8001500mm范围时，离心加速度比重力加速度约大几百倍，这时利用旋风分级器对超细粉体进行分级会有较好的效果。n 然而，多年的生产实践及研究表明，利用单个旋风分离器很难对超细粉体进行高效高精度分级。当将多个旋风分级器串联使用，组成多级旋风分级时，
24、其分级产品粒度可达d502m以下，但处理量极小，分级效率极低，根本无法满足大规模工业化生产需要。n新近研究表明，当用液体作介质，采用合适的旋流分级器时，对超细粉体可以获得较采用旋风分级器进行分级时更好的效果。n 湿法旋流分级的研究起步较晚，但进展很快，型号较多。多级联用可分离出d502m的悬浮粒子。这类旋流器的共同特点是具有较长的圆筒部分和较小锥角的锥形部分，内壁光滑，多衬有陶瓷或橡塑材料。n英国曼切斯顿大学化工系R.A.Williams教授等人研究出的一种10mm小型旋流分级器，是一种典型的水力超细分级机，它可以进行实验室规模的分级实验，对15%浓度的超细SiO2，浆料分级，产品细度可达d9
25、02m。n目前工业化使用最普遍的湿法分级机仍以xi下图所示的水力旋流器为主。它广泛应用于对粒度为3250m的粉体进行分级或分离，以及对含有粒度小于15m的浆料进行浓缩作业。n旋流分级器通常结构简单，设备费用低，处理能力大，应用范围宽。其缺点是动力消耗大，内壁磨损大，操作稳定性差，颗粒在分级器内流场复杂，对固体颗粒的分级精度差，分级效率低。n80年代英国的Mozley公司和德国的AKW公司都开发出了以聚氨酯为衬里的小直径旋流器。90年代初，国产小直径聚氨酯旋流器也研制成功，现已形成10、l5、20、25、35、50mm等一系列的小直径的聚氨酯旋流分级器，己分别由山东、江苏等有关厂家生产。n影响小
26、直径旋流器分级效果的主要结构参数有：圆柱体直径、锥度、溢流口和沉砂口直径等。影响分级效果的主要操作因素有：浆料输入压力、浓度、粒度及给料速度等。表表 3-1 国产小直径聚氨酯旋流器主要技术参数国产小直径聚氨酯旋流器主要技术参数 10（mm）25（mm）50（mm）型号规格型号规格 HC1006 HC1057 HC2506 HC2510 HC5006 处理能力处理能力（m3/h）11.5(6 个个/组组)1016(57 个个/组组)2.46（6 个个/组）组）410（10 个个/组）组）1224（6 个个/组）组）结结 构构 参参 数数 直径（直径（mm）锥度（）锥度（）溢流口直径（溢流口直径（
27、mm）沉砂口直径（沉砂口直径（mm）10 7 3.2 2.6 2.0 2.0 1.5 1.0 25 7 7 5.5 3 3.2 2.2 1.5 50 7 14 11 8 8 6 3 n小直径旋流器的致命缺点是处理能力小，当多个组合使用时，占地面积又较大。为了克服上述缺点，增大处理能力，减小占地面积，英国人首先开发出了一种新型的超细水力旋分机，并最初在英国ECC公司实际用于高岭土精选。该机是由四个同心圆环构成的三个环行空间，进料、溢流、底流分别在中、外、内不同的环行空间进行，锥底孔与外环相通形成溢流，锥顶孔通入内环形成底流，操作规程中，用泵将浆料送入进料空间进入旋流器，在离心力场作用下，同样粗粒
28、是由底流口排出，较细的颗粒是从涡流口溢出。通过调整工艺参数，如进浆压力、溢流压力和底流压力等，可获得不同细度的超细产品。该机实质上也是由许多小直径旋流器组成。第六节第六节 干式机械分级干式机械分级n干式机械分级通常都是以干燥空气作为介质。到目前为止，能在工业领域实际应用的干式机械分级装置，几乎都是基于离心力场的分级原理而设计的。其出发点在于，通过各种机械途径来提高分级效率和降低分级粒径。最典型的方法是在各种分级设备内引入特定的机械运动装置，以增大颗粒在分级机内所受到的离心力，达到提高分离因素，增大分级速度，提高分级精度等目的。这类分级装置通常采用圆盘、叶轮或涡轮等作为分级机内的运动部件，以生产
29、强大的离心分级力场。以下对这类分级机进行介绍。n一、圆盘式分级机一、圆盘式分级机n圆盘式分级机包括水平式和垂直式两种类型。无论是哪种类型，都是借助圆盘高速旋转时所产生的强大离心力使粉体进行分级。其基本原理是，在工作过程中，被分级的粉体进入高速旋转的圆盘中心表面，在离心力的作用下，粗粒被抛向圆盘周边，细粒居于圆盘中心，然后粗细颗粒分别通过不同的通道排出，从而达到了分级的目的。为了提高机器的利用率及分级效果，通常是将圆盘式分级机与粉碎过程联用。n最典型的是日本NARAMACHINERY公司生产的New Cosmomizer粉碎分级机(简称N-COS)。该机的内部结构及分级原理如图所示。n该机的粉碎
30、与分级原理是，将被粉碎的粗物料从进料口进入粉碎腔，在粉碎腔内物料在高速旋转的刀片作用下被粉碎或分散，在刀片高速旋转产生的风力及引风机吸力的作用下，被粉碎的物料进入分级腔。在引风机吸力的作用下，粉料向分级机的中部出料口处运动，此时粉料同时受到分级盘高速旋转产生的强离心力作用，由于粗粒受到的离心力大于引风机对其产生的吸引力及向心力，因此粗粒向周边运动，并从循环通道再次进入粉碎腔内进行再粉碎；细粒则在引风机吸力作用下向圆盘中部运动，通过中心出口进入收集器。分级粒径的大小取决于颗粒在圆盘面上所受到的离心力与引风机所产生的吸力的平衡点。当吸引力较小而离心力较大时，所获得的产品较细，但产量较低。反之，则产
31、品粒子较粗。为了获得合适的产品及较高的分级效率，引风机吸力与圆盘所产生离心力的匹配平衡十分重要。离心力大小取决于圆盘的转速及直径。因盘转速越高，直径越大，离心力越大，设备的分级能力越大，通常也可获得较细的产品。n该机的优点是，将粉碎与分级紧密地结合于一体，并构成闭路循环，结构紧凑，效率高。该机的缺点是，对于某些物料，虽经多次循环粉碎，仍有一部分粗颗粒存在，在连续生产过程中，这些粗颗粒(或杂质)愈积愈多，由于是封闭循环，无法及时排出机外，因此将影响产品的质量及系统的粉碎与分级效率及效果。n 国内南京理工大学超细粉体研究所研制出了一种主要用于分散分级目的的PS型圆盘分散分级机，该机内部结构如图所示
32、。n该机与日本NARA公司生产的N-COS型机组不同，它主要是用于以分散分级为目的。其工作原理是，首先被分级的物料进入分散腔，在分散腔内物料在搅拌齿的作用下被充分分散，以利于分级，然后被分散的粉料进入分级腔，同样在圆盘高速旋转产生的离心力及引风机产生的吸力的作用下，粉料被分级。细粉料吸入收集器，粗粉料则从圆盘四周抛向粗料出口，排出机外，从而达到了不同粒径粉体分级的目的。该机的优点是在分级前先对被分级的粉体进行连续充分分散，使团聚体被彻底打散，因此可获得较好的分级效果，提高分级效率，通常可获得d505m的产品。n南京理工大学超细粉体研究所采用自己研制的PS型圆盘式分散分级机对滑石粉、碳酸钙、硅灰
33、石、高岭土、药材、颜料、磷铁粉等都进行了大量分级试验，所获得的分级产品的细度与N-COS型粉碎分级机所获得的结果基本一致，有的结果更优。该机的分级能力与被分级物料的特性、要求产品的细度、分级圆盘直径及转速、吸风量等因素有关。n二、带分级锥分级机二、带分级锥分级机n 下图示出了一种典型的带分级锥的分级机，它由分配锥、分级锥和分级室等主要部件组成。n该机的分级原理是，被分级的粉体由气流携带从进料口进入分级机内，首先粉料被高速旋转的分配锥分散并均匀向下运动进人分级室。在分级室内，粉料同时受到分级锥高速旋转所产生的离心力及从中心孔进入的二次风产生的吸引力作用，粗粒被抛向周边并继续下旋从底部组粉出口排出
34、；细粉粒则在二次空气吸引下从轴中心孔细粉出口排出。该机的分级点为550m。n三、三、MS叶轮式分级机叶轮式分级机n MS叶轮式分级机是由日本细川公司研制生产的标准形分级机。该机由旋转轴、分级叶轮、气流分配锥体、环行体、壳体、人风口、进料口、细料排出口及粗料排出口等部分组成。其结构如图所示。n该机的分级原理及工作过程是，被分级的粉料在气流的携带下，通过进料管8从下向上进入分级腔，在上升过程中，粉料受到二次风的“风筛”作用，使粗粉中夹杂的细粉被分离，使细粉继续随气流上升，在分配锥处，由于分配锥高速旋转，上升的粉料被分散并均匀分配向四周运动。当粉料到达叶轮分级区时，由于叶轮高速旋转产生强大的离心力场
35、，此时粉料既受到向上气流和分级机后部抽风机所产生的向心力作用，同时又受到叶轮旋转所产生的离心力的作用。此时，粗颗粒因受到的离心力大于向心力的作用，则就会被甩向筒壁且沿捅壁向下运动，经粗粒出口排出。而细粒则因受到的向心力大于离心力，则从叶轮缝隙中随气流经细粒出口排出，并经后工序的收集器收集。n当粉体中某粒径颗粒所受到的气流的向心力和转子作用的离心力达到平衡时，该颗粒有50%的可能性进入转子的叶轮缝隙而排出，这就是理论上的临界分级点。分级粒径的大小，即最终获得细粉粒径的大小取决于临界分级点的设计。影响临界分级点大小的主要因素有：分级叶轮的直径、转速、上升气流的速度及抽风机的吸力，以及被分级产品的比
36、重和分散件等。研究及生产实践证明，当机型及分级物料一定时，起决定性作用的是分级叶轮的转速。转速越高，分级粒径越小，因而获得的产品更细。但随之带来了分级机的生产能力下降，为此必须增大叶轮的直径以弥补产量的下降。据报导，目前国外分级机的最高转速已超过10000r/min。n四、四、MS-H型分级机型分级机nMS-H型分级机也是一种叶轮式分级机，其结构及尺寸与MS型叶轮式分级机相同，是日本细川公司为了获得更细的分级产品而设计出的一种MS改进型分级机，其特点是叶轮转速高。该机通常固气比较大，分级效率较低，在与MS机相同结构尺寸条件下，生产能力较低，但可获得很细的产品。n五、五、MS-N型分级机型分级机
37、n MS-N型分级机也是MS型叶轮式分级机的改进型。其目的是为了适应工业上大批量处理分级粉料的需要而设计的。其结构特点是，在粉料进料处增加了使之流态化的装置，以提高粉体的分散性和易分级性。该机的内部结构如图所示。n该机的分级工作原理分与MS型相似，但进料系统改进较大。首先被分级的粉料从进料口进人流化床内腔，同时主气流从底部进入，通过流化床底部的多孔板进入流化床内腔，使被分级的粉料流态化。下部旋转叶片在下旋转轴的带动下使粉料及气流均匀分布。随后被流化的粉料随气流进入叶轮分级区，其工作过程与MS型相同。n六、六、MSS型超细分级机型超细分级机n MSS型超细分级机也是MS型叶轮式分级机的改进型。其
38、外形及内部结构与MS型完全一致，不同之处在于在叶轮段的圆柱形壳体壁上增加了切向气流喷射孔，其目的是在分级过程中，由于在叶轮高速旋转产生的离心力的作用下，粗颗粒被抛向周边，同时也粘附夹带了一部分细颗粒甩向周边。为了使粗颗粒周围附聚夹带的细颗粒能被彻底分离出，从壳体切向喷射进入数股气流，以使粗细颗粒充分分散，进而使其中夹带粘附的细颗粒被彻底分离出。该机特点是分离出的产品粒度细，当粉料比重为2.7时，该机的理论分组粒径可达1.5m。MSS型分级机的结构原理及剖视图如图所示。n七、七、ATP型分级机型分级机nATP型分级机是德国A1Pine公司研制成功的一种较新型的分级机。它实质上是一种叶轮转子型分级
39、机，叶轮通常是水平式安装于分级机顶部。该机通常与流化床式气流粉碎机、轮碾粉碎机等联用，也是安装于这些粉碎机的顶部。在生产过程中，实行边粉碎边分级，以及时将粉碎过程中生成的细颗粒分离出，而使粗粒返回粉碎腔内继续粉碎。因而使粉碎效果提高，能耗降低，过粉碎现象减少。该分级机的结构及其在分级机或粉碎机内的安装情况如图所示。n工作过程中，粉料按图中箭头方向进入分级腔或粉碎腔内，在正压气流和负压气流的作用下，粉料成流化态并按箭头方向飞向ATP型卧式(水平式)分级机叶轮分级区域。在叶轮高速旋转产生的离心力及正压与负压气流产生的向心力(吸力)作用下，粗粒物料落下，从下出料口排出。或落人粉碎腔内经二次粉碎后再随
40、气流上升被再次分级。细粒则通过叶轮间的缝隙随引风气流按箭头方向排出。n八、八、MP系列涡流式分级机系列涡流式分级机n MP系列涡流式分级机也是德国A1pine公司生产的一种分级机。该机的分级室是由两块高速旋转的平板构成，平板之间装有导向叶片。该结构使分级室内空气旋流流速的平均值与壁的旋转速度近似相等，通过调节叶片的角度就可改变空气旋转流环半径的大小，因而可改变分级粒径的大小。该机的结构如图所示。n MP涡流式分级机有许多改进型，如MPS型、MPS-HD型等。这类分级机根据被分级物料性质不同，其分级粒度可达2100m。n九、九、Turbo分级机分级机n Turbo分级机是由Nisshin工程公司
41、开发出的一种新型分级机，属涡流分级机范畴。该机分级精度高，可获得超细产品。该机的特点是易用微机控制操作，分级处理能力大，结构紧凑。Turbo分级机的外形如图所示，nTurbo分级机分级带空间极小，为了提高被分级细粉的分散性，防止其团聚，在粉料进入分级腔前安装了分散叶片。此外，为了强化分级效果，还采取了引入循环气流并进行反复分级等措施。n 该机特别适用于对各种轻质粉料的分级，如超细中药材、茶叶等。对茶叶粉分级可获得d50=5m的超细产品。n十、十、KSF型新型超细分级机型新型超细分级机n KSF型新型超细分级机是日本KURIMOTO公司开发出的新型超细分级机。每机也是一种叶轮式分级机，分级转子是
42、一种叶轮形或笼形。转子的转速很高，其分级粒径也是由转子所产生的离心力与气流的向心力所决定。该机的结构如图所示。n该机适用于陶瓷、矿、滑石、金属化合物、无机粉末、橡胶、塑料、聚乙烯、聚苯乙烯等粉体的分级。据资料报导，采用该机可获得粒径为0.3m的超细产品，这在干式机械分级机中是非常优秀的。n十一、十一、Acu-cut气力分级机气力分级机n Acu-cut气力分级机是以气流为动力，分级室内有许多小壁板(叶片)组成圆形分级圈，下部有一旋转分级圆盘。其分级带限制在很窄小的槽状空间中，给料口紧贴分级室的壁侧，因而防止了分级带紊流的产生。该机的结构如图所示。n十二、喷射式分级机十二、喷射式分级机n 喷射式
43、分级机是一种内部无动件的分级机，其分级原理是依靠惯性力分级。该机的结构如图所示。n 其分组过程是，粉料经过撒料内盘和外盘，使其产生很高圆周速度，粉料受离心力向外抛出，由于粒径不同，颗粒质量不同，因而抛射曲线不同。细粒在外盘周边的环行槽中通过空气喷射带人细粉通道，而大粒则抛向较远的粗粒收集室，因而使大小不同的颗粒被分级。分级粒径的大小可通过改变撤料盘转速和空气喷射速度来调节，与环行槽宽无关。其优点是，体积小、能耗低、空气耗量小，可分离20m以下的颗粒。n十三、射流分级机十三、射流分级机n 射流分级机是利用射流技术的附壁效应(Coanda原理)研制成的一种新型惯性分级机。其结构如图所示，射流速度分
44、布如图所示。n其分级原理是喷射对粉料产生抛射作用，同时粉料又受到不同方向的气流作用，而导致不同粒径的颗粒运动轨迹与方向产生差异，同时因附壁效应和射流沿半圆柱面流动时旋转产生的离心力促使其分级。n该机的特点是分级精度高、重现性好、流场稳定、结构简单、易维修。分级粒度最小可达0.5m，是一种很有前景的分级机。然而生产实践证明，采用惯性力场分级时，流场的干扰因素较多，不易控制。n十四、其它惯性力分级机十四、其它惯性力分级机n 惯性分级机是根据迅速分级原理和减压分级原理等新思路而开发的。这类分级机种类很多，除了上述介绍的分级精度较高的两种机型外，还有K型分级机，VI型有效碰撞分级机，以及由此发展起来的
45、CI型两级连续流动碰撞分级机。n十五、十五、MDS型分散分级机型分散分级机n MDS型分散分级机也是一种内部无旋转部件的分级机，它是基于气流携带粒径大小不同的颗粒作旋转运动产生的离心力与向心力的不同而使大小不同的颗粒实现分级。该机的分级范围从300m到1m，目前可用于中小规模生产。该机结构如图所示。n该机系统包括：喂料器、分级器、旋风收集器和空气净化器等主要部件。n在分级器部分，从喂料器出来的粉料被分散喂料器旋转分散，通过分级器底部的环行开口进入分级室。在分级室内，空气以近似于气流旋转的速度随之旋转，在离心力和向心力及流体阻力的作用下，大小不同的颗粒被分级。细粒随气流从分级室中心部位排出，粗粒
46、则被甩向四周从分级室底部排出。n 十六 静电场分级静电场分级n 静电场分级是利用静电场力对大小不同的带电超细粒子具有不同的吸引力或排斥力，从而可使大小不同的超细粒子在特定的装置中进行分级处理。n静电场分级分为干式分级和湿式分级两种。干式分级通常是以空气为介质，湿式分级通常是以水为介质。n1、静电场干式分级、静电场干式分级n静电场干式分级原理及过程是，首先将超细粉体与空气混合形成气溶胶，然后将该气溶胶进入荷电区，使其带上正(或负)电，再将其送进分级区。分级区中心为一金属管，并带大小可调的负电。带电的气溶胶和金属管间用干净空气隔开，在一定大小的负电作用下，较小颗粒可被吸到金属管壁上，较大颗粒则随气
47、流流出，因而达到了大小不同颗粒被分级的目的。然而此方法一般只适于实验室使用，且电压要求较高。n2、静电场湿式分级、静电场湿式分级n 静电场湿式分级是近年来南京理工大学超细粉体中心开发出的一种新型分级方法。其原理是基于胶体中的固体颗粒在电场的作用下能发生迁移(又称为电泳)。经研究发现，在某一特定条件下，胶体中的固体颗粒在电场作用下，其运动速度与颗粒大小有关。因此，利用这一特点可以对固体超细颗粒进行分级处理。n静电场湿法分级过程是，首先将被分级的超细颗粒与水制成合适的均匀的胶体，然后将该胶体缓慢连续地输入分级池中，在静电场力的作用下，大小不同的颗粒分别从分级池不同出口排出，从而达到分级的目的。n十
48、七、超临界分级超临界分级n超临界分级方法是新近根据气体的超临界现象而提出的。其原理是利用超临界条件下的二氧化碳(CO2)作为介质对物料颗粒进行分级。在超临界条件下，CO2的存在形式介于气液两种状态之间。它既有气态的低粘度和高分散性，又有液态的流动性。CO2是直链型分子，分子间只有范德华力。因此，在粒子的运动过程中，CO2分子对粒子的粘滞力极小。如在超临界条件下，采用离心力场对超细粉体进行分级，那么只要在低速下，就可对不同粒径的粒子进行有效分级。n由于在超临界条件下CO2是一种强溶剂，几乎所有的有机物质都可被它溶解。因此，该法只能用于无机粉体的分级处理。该法的优点是，分级的后处理工作量少，粒子便
49、于收集，并可获得高纯度的产品，而且分散性好，这是其它分级方法所无法比拟的。n然而，该法目前在我国无法工业化推广应用。其原因是，要使CO2处于临界状态下的分级，其装置复杂，成本较高；另外，我国目前的CO2的纯度较差，采用该方法分级时，会给产品带来污染。n 目前超细粉体的分级方法大多是基于重力场与离心力场的原理来进行分级。长期的研究及工业化生产经验表明，对于微米材料来说，采用上述力场是可以达到较理想的分级效果，而对于亚微米及纳米材料来说，采用上述力场是不能实现较理想的分级要求的。其原因是由于粒径都很小，而粒径之间的差所引起的重力及离心力的差也很小，因而无法实现大小不同粒径粒子的分级。因此，人们正在寻求新的分级原理与方法来实现对这类超细微材料的分级。目前研究较多，且有一定实用价值的分级原理有：微孔隙分级及膜分级、磁场力分级、热力场分级以及色谱分级等。
