粉末是一種重要的基礎工業(yè)原料形式，粉末的制備技術(shù)在冶金、化工、醫藥、食品、建筑、電子、農業(yè)等許多領(lǐng)域中被廣泛應用，被粉碎的材料種類(lèi)也多種多樣。自20世紀60年代提出超細粉末的概念,粉末粒度小于0.1μm(即在1~100nm之間)的稱(chēng)之為超細粉末，又稱(chēng)作納米粉末。
許多國家將粒度微細化?粒度分布均勻化或顆粒形狀特定化?品質(zhì)高純化?表面處理功能化的超細粉末稱(chēng)之為超微粉,并將其作為發(fā)展的重點(diǎn)。目前，世界各國對超微粉的研究主要集中在制備?微觀(guān)結構?宏觀(guān)物性及應用四個(gè)領(lǐng)域，其中超微粉的制備技術(shù)是關(guān)鍵,因為制備工藝對超微粉的微觀(guān)結構和宏觀(guān)性能具有重要的影響。
1 超微粉的制備方法
制備超微粉的途徑大致有兩種:一是機械法,即通過(guò)機械作用將粗顆粒物質(zhì)逐步粉碎;另一種造粉法,即利用原子?離子或分子形核和長(cháng)大兩個(gè)階段合成,包括物理和化學(xué)兩種方式.本文重點(diǎn)介紹超微粉的機械制備方法及典型設備.
1.1 機械法特點(diǎn)
盡管利用機械法制備超微粉的設備類(lèi)型繁多,但其開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)主要圍繞發(fā)下幾點(diǎn):
(1)原理上考慮提高有效粉碎能,大多是利用沖擊?剪切?摩擦等力的綜合作用進(jìn)行超細粉碎.
(2)結構上采用超細粉碎-分級組合型式,利用高效氣流分級裝置不但可提高微細化粒度,而且藉以實(shí)現粒度分布均勻化或特定化。
(3)材質(zhì)上采用高耐磨材料作襯材,不僅可減少襯材磨損對粉體成分或色澤的污染,而且可以提高設備的使用壽命。
(4)超細粉碎與顆粒表面改性一體化的實(shí)施。
(5)特殊需求的粉碎,例如低溫粉碎等.
1.2 主要制備超微粉的設備
按照機械力的不同將其分為機械沖擊式粉碎機?氣流磨粉碎機?球磨機和射流粉碎機等.
1.2.1 高速機械沖擊式粉碎機
它是利用高速回轉轉子上的錘?葉片?棒體等對物料進(jìn)行撞擊,并使其在轉子與定子間?物料顆粒與顆粒間產(chǎn)生高頻度的相互強力沖擊?剪切作用而粉碎的設備.沖擊式粉碎機可為渦輪式?氣流渦旋式?內分級式粉碎機等.圖1為較為典型的?由日本細川公司生產(chǎn)的ACM 立式高速機械沖擊微粉碎機.此類(lèi)設備有如下特點(diǎn):
（1）可以通過(guò)不同轉子錘與定子襯的組合,能獲得最佳的沖擊速度和沖擊能量,并利用內設的高效分級裝置及時(shí)分離出合格產(chǎn)品,避免過(guò)度粉碎.
（2）特別適用于方解石?滑石?云母?大理石?石墨等硬度較低礦物的超細顆粒的制備.
（3）機蓋為可掀式，便于清掃，粉碎對象變更時(shí)不致于被污染。
（4）機內氣流的流動(dòng)可起到降溫的作用，適用于涂料、合成樹(shù)脂食品、醫藥等弱熱型物質(zhì)（軟化點(diǎn)較低的）的粉碎加工．亦可采用惰性氣體進(jìn)行循環(huán)粉碎。
（5）可用于具有潛在粉塵爆炸危險的防爆粉碎系統。
 1.2.2 氣流粉碎機
氣流粉碎機又稱(chēng)流能磨機或噴射磨機,利用高速氣流或過(guò)熱蒸氣的能量,使顆粒相互碰撞?剪切?摩擦而實(shí)現超細粉碎的設備.其產(chǎn)品純度高?分散性好,粒度細且分布較窄,顆粒表面光滑,廣泛用于化工?材料?電子?冶金?農藥?食品?生物?醫藥?軍工和航天等領(lǐng)域.目前工業(yè)上應用的氣流粉碎機可以分為:扁平式氣流磨;循環(huán)管式氣流磨;靶式氣流磨;流化床對噴式氣流磨等幾種.使用最早?應用最廣泛的扁平式氣流粉碎機如圖2所示,它主要由扁平圓盤(pán)空腔工作室?噴嘴?進(jìn)料器?成品出口?氣室和工作室內襯組成.其特點(diǎn):
(1)結構簡(jiǎn)單,沒(méi)有動(dòng)部件,拆卸?維修?清洗簡(jiǎn)便,操作方便;
(2)主機體積小,能連續生產(chǎn)并有自動(dòng)分級功能;
(3)產(chǎn)量較大.
其主要缺點(diǎn)為產(chǎn)品易受到襯壁磨損材料的污染,尤其是在粉碎高硬度物料時(shí),磨損嚴重.
圖3為另一種典型的氣流粉碎機-流化床對噴式氣流粉碎機的結構原理圖.它也被稱(chēng)為流化床對撞式氣流粉碎機,由德圖Alpine公司于1981年研發(fā)成功,由料倉?螺桿?或重力加料裝置?粉碎室?高壓進(jìn)氣噴嘴?分級機和出料口等組成.其特點(diǎn)為:
(1)結構緊湊.
(2)磨損小,對產(chǎn)品的污染小.
(3)能耗低.
(4)產(chǎn)品粒度均勻,粒徑分布較窄.
(5)拆洗?清理較方便,生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度高,工作噪聲小.
1.2.3 球磨機
球磨機是無(wú)機非金屬材料加工中廣泛使用的一種粉碎機械,主要工作部件為圓形筒體,內裝載粉碎介質(zhì)(球狀?棒狀等),筒體回轉時(shí)在介質(zhì)的沖擊和磨剝作用下使物料粉碎.
隨著(zhù)材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,在傳統球磨機的基礎上研發(fā)出了離心式球磨機?振動(dòng)球磨機?行星輪球磨機?攪拌式球磨機等超微粉加工設備.圖4為離心式球磨機結構圖.主要依靠筒體高速旋轉的離心力與空氣的擾動(dòng),使粉碎介質(zhì)及物料間產(chǎn)生強烈的沖擊與磨剝,達到粉碎物料的目的.
該球磨機粉碎效率高、能耗低，而且兼具表面改性與表面處理的功能，同時(shí)對由多種成分構成的物料具有良好的均質(zhì)作用．目前這種機型已用于礦物質(zhì)、金屬、非金屬材料、化學(xué)制品、纖維類(lèi)物質(zhì)的超細粉碎．
攪拌磨機是另外一種高效的球磨機，是現代超細粉碎設備重要裝備之一，在各種超微磨方法中能量利用率較高，產(chǎn)品粒度較細，設備成本較低．其特點(diǎn)：
（１）產(chǎn)品粒度分布均勻且容易調節，容易獲得所需產(chǎn)品細度；
（２）機械振動(dòng)小，噪聲低；
（３）結構簡(jiǎn)單，操作容易；
（４）能量利用率高，較普通球磨機節能５０％以上；
（５）比普通球磨機，節約鋼球耗２０％～３０％．
德國Gustav eirich機械公司發(fā)明的MAXX球磨機是一種可以進(jìn)行干式或濕式連續作業(yè)的立式攪拌球磨機，基本結構由桶體、盤(pán)式攪拌器、帶進(jìn)料管的固定導向器、電動(dòng)機和皮帶傳動(dòng)裝置等組成，其結構如圖５所示．
1.2.4 射流粉碎機
射流粉碎機是利用高壓液體通過(guò)噴射器加速,形成高速射流,帶動(dòng)其中的固體顆粒作高速運動(dòng),然后與靶板(超硬材料,如金剛石或寶石)或相反方向的另一股射流形成高速碰撞.由于強烈撞擊及金剛石產(chǎn)生的超聲振動(dòng),使其中的固體物料被粉碎.射流粉碎機有兩種類(lèi)型,即靶板式和對撞式.射流粉碎機的特點(diǎn):可以制備各種超細有機物的漿液及乳化液,經(jīng)過(guò)多次次循環(huán)粉碎后,某些材料可達亞微米或納米級,并可制得懸浮性?分散性及均勻性極好的乳液.
1.2.5 其他粉碎設備
(1)超聲粉碎機
利用超聲波振蕩的動(dòng)能,使固體物料粉碎的一種設備.此設備多用于對分散系進(jìn)行分散和乳化處理.應用領(lǐng)域涉及醫藥?食品?化工和生物制品等.
(2)高壓膨脹粉碎機
利用高壓技術(shù)將物料加壓后再突然泄壓而使物料超細粉碎的設備.此設備應用于大分子蛋白質(zhì)與高分子纖維混合物的超細粉碎,且不破壞活性有效效成分.在食品?農副產(chǎn)品深加工行業(yè)有廣泛的應用.
(3)低溫粉碎機
將物料預冷至低溫(或是設備內部溫度為低溫)進(jìn)行粉碎的設備.一般采用液氮為冷卻介質(zhì).該裝置主要適用于在常溫下無(wú)法粉碎的物料以及對中藥?西藥?農藥?化工塑料?橡膠等的低溫超微粉碎.
(4)電能破碎機
利用高壓脈沖,使浸于液態(tài)電介質(zhì)中物料爆裂而粉碎的設備.主要用于冶金行業(yè).能獲得高精礦和高回收率,同時(shí)還能減少礦物顆粒過(guò)度粉碎.
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