各種不同類(lèi)型的氣流粉碎設備 （中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）隨著(zhù)傳統產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷升級以及現代高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，微納米粉體技術(shù)在國民經(jīng)濟生活和科學(xué)研究中起著(zhù)越來(lái)越重要的作用，其應用與研究遍布各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。 微納米粉體作為微納米材料的重要組成部分，是制備各種新型功能材料的關(guān)鍵性基礎材料。
目前制備微納米粉體的方法主要有球磨、攪拌磨、振動(dòng)磨和高速旋轉撞擊式粉碎以及氣流粉碎等。其中，超微氣流粉碎因其產(chǎn)品粒度細、分布窄、精度高、均勻性與分散性好以及生產(chǎn)能力大和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，在食品、醫藥、化工、礦物等領(lǐng)域得到了廣泛應用。隨著(zhù)超微氣流粉碎技術(shù)的不斷完善與研究的深入，其應用范圍也拓展到了其他領(lǐng)域。
1 基本原理及發(fā)展現狀
超微氣流粉碎技術(shù)是將干燥、凈化后的壓縮氣體通過(guò)噴嘴產(chǎn)生高速氣流，在粉碎腔內帶動(dòng)顆粒高速運動(dòng)，使顆粒受到?jīng)_擊、碰撞、剪切等作用而被粉碎; 被粉碎的顆粒隨氣流分級，細度要求合格的顆粒由捕集器收集，而未達要求的粗顆粒再返回粉碎室繼續粉碎，直至達到所需細度并被捕集器收集。
常見(jiàn)氣流粉碎機的結構 經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀的快速發(fā)展，目前工業(yè)上用于制備超細粉體的氣流粉碎機有靶式、對噴式、扁平式、循環(huán)管式和流化床對撞式5 種類(lèi)型。隨著(zhù)行業(yè)對微納米粉體材料要求越來(lái)越高，氣流粉碎機的使用要求也隨之提高。當前對氣流粉碎機的改進(jìn)主要集中在提高粉碎效率、避免粉碎過(guò)程中物料與環(huán)境的雙向污染、降低和避免設備的磨損等研究方向并取得了一定成果。
如氣流、機械組合式超微粉碎機和混流式粉碎機等。 這類(lèi)氣流粉碎機除具有無(wú)污染、精度高、耐熱敏性、粉體造型好、環(huán)境友好等特點(diǎn)外，還將多種技術(shù)結合起來(lái)，使產(chǎn)品更加細化，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。
2 在物理粉碎中的應用
傳統超微氣流粉碎技術(shù)是對物料進(jìn)行單純的物理粉碎。 在粉碎時(shí)由于無(wú)其他物質(zhì)的摻雜，且過(guò)程溫度較低，既能保持物料原有的化學(xué)性質(zhì)，又可減少材料中熱敏性成分的損失；同時(shí)，氣流粉碎后的礦物、金屬等粉末的團聚現象、分散性和均勻性等均優(yōu)于傳統機械法所制備的粉末，使得超微氣流粉碎技術(shù)在礦物等加工中有著(zhù)不可替代的地位。
超微氣流粉碎技術(shù)在非金屬礦物中如滑石、石英、高嶺土、鈦白粉、硅灰石等的應用也很廣泛。氣流粉碎后粉末的粒徑分布較球磨后的粉末更窄，且產(chǎn)量大。如粉碎氧化鈰時(shí)，在加速距離85mm，粉碎壓力0.85Mpa 和分級機轉速1050rad/min 的理想工藝參數下，產(chǎn)品粒度范圍為1-5μm，產(chǎn)量可達53kg/h。
同時(shí)，氣流粉碎機的操作參數也會(huì )影響硅土和滑石等礦物的機械化學(xué)性能。另外，超微氣流粉碎技術(shù)還可實(shí)現多組分礦物的分離。
金屬粉末的制備常用球磨法，但產(chǎn)量較低、粒度分布寬、團聚嚴重且易引入雜質(zhì)，而氣流粉碎法得到的粉末粒度小、無(wú)團聚、分布均勻、性能較好，適合脆性金屬和合金的破碎制粉。
近年來(lái)，超微氣流粉碎技術(shù)在其他行業(yè)中常被用做預處理手段制備微米級粉末，以進(jìn)一步制備納米顆粒。同時(shí)，在處理蠶絲和羊絨毛等生物材料機械粉碎后的團聚問(wèn)題上，該技術(shù)也顯示出強大的優(yōu)勢。
3 在化學(xué)研究中的應用
除了對物料進(jìn)行單純的物理粉碎，超微氣流粉碎技術(shù)還常用于粉體的表面改性，最近又發(fā)展起超音速氣流下的無(wú)溶劑反應。
3.1 化學(xué)改性
超微氣流粉碎技術(shù)對微納米粉體的表面改性主要是通過(guò)機械力化學(xué)等物理化學(xué)作用完成的，含物理粉碎和化學(xué)反應兩個(gè)過(guò)程，具有效率高、無(wú)污染的特點(diǎn)。 它將顆粒的粉碎與改性結合起來(lái)，以流體－壓縮空氣為工作介質(zhì)，流體的壓力轉化為速度作用于粉體上，一方面使顆粒在粉碎室內產(chǎn)生碰撞、沖擊、剪切和摩擦等機械力作用，顆粒在被粉碎的同時(shí)，由于其內部鍵的斷裂形成具有高活性的新鮮表面，使改性劑能更有效地覆蓋在粉體表面，達到改性的目的；另一方面由于改性劑的作用，粉體表面自由能大大降低，從而使粉碎效率得到提高。
以氣流粉碎機為主要設備的氣流粉碎-表面改性一體化工藝，不僅可實(shí)現超細粉碎的同時(shí)完成粉體的表面改性，而且還能有效克服氣流粉碎和表面改性?xún)煞N工藝單獨作用時(shí)改性劑與粉體表面親和性差、附著(zhù)作用弱且不均勻的缺點(diǎn)；同時(shí)又能降低能耗，提高生產(chǎn)效率。
蘇小莉等以硬脂酸和硅烷偶聯(lián)劑為改性劑，在氣流粉碎機中對納米氧化鋅進(jìn)行解團聚和表面改性。 結果表明，改性劑分子通過(guò)化學(xué)鍵合和物理吸附作用在氧化鋅表面并形成牢固的包覆膜，有效降低了顆粒的表面活性，減輕了團聚。
3.2 綠色化學(xué)反應
上世紀90 年代興起的綠色化學(xué)，力圖克服在生產(chǎn)和使用化學(xué)物質(zhì)的過(guò)程中對環(huán)境造成的污染。 其中，無(wú)溶劑反應是綠色化學(xué)反應中最徹底的方法。由于無(wú)需溶劑，克服了反應過(guò)程中溶劑對環(huán)境造成的污染，并且利于降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。 常用的無(wú)溶劑反應方法有研磨、球磨、超聲波照射、加熱靜止或室溫下靜止反應等。
超音速氣流下的無(wú)溶劑反應是近年發(fā)展的新型方法，具有操作簡(jiǎn)單、反應時(shí)間短、產(chǎn)量高和環(huán)境友好的特點(diǎn)。在高速氣流下，反應物顆粒被充分破碎，其表面活性和比表面能大大提高；同時(shí)，粉碎過(guò)程中顆粒間發(fā)生激烈碰撞與摩擦，使顆粒表面分子得到充分擴散；另外，高速氣流賦予顆粒極高的動(dòng)能，除部分轉化為新增表面能，還能轉化為分子內能，使顆粒表面瞬時(shí)溫度高于周?chē)h(huán)境溫度，這些都有利于反應的進(jìn)行。 需要指出的是，由于氣流粉碎過(guò)程中的降溫效應，使得研究人員對該方法的研究限制在低溫固反應相范圍內。
4. 展望
超微氣流粉碎技術(shù)在對物料的物理性粉碎和表面改性中已得到廣泛應用，并拓展到無(wú)溶劑低溫固相反應領(lǐng)域，但也存在著(zhù)不足。 其中能量利用率低是當前乃至今后一段時(shí)間急需解決的最主要問(wèn)題，因此，發(fā)展新型氣流粉碎設備以降低能耗，提高粉碎效率；同時(shí)加強對氣流粉碎技術(shù)的粉碎基礎理論研究來(lái)指導實(shí)際工作，擺脫實(shí)際應用中常依賴(lài)經(jīng)驗參數的局面，也是超微氣流粉碎技術(shù)今后重要的研究方向。 相信隨著(zhù)超微氣流粉碎技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，其在各行各業(yè)中必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
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