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| 超細(xì)粉體制備及分級(jí)技術(shù)研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-12-05 10:31:48 瀏覽次數(shù)： |
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1、超細(xì)粉碎設(shè)備研究進(jìn)展
呂進(jìn)海對(duì)扁平式氣流粉碎機(jī)進(jìn)行研究，分析了噴嘴結(jié)構(gòu)與分布、氣流速度、進(jìn)料速度等工藝參數(shù)和物料性質(zhì)對(duì)粉碎的影響，通過(guò)生產(chǎn)應(yīng)用初步確定了最佳工藝參數(shù)。
王新文等從攪拌磨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和顆粒的受力入手，研究了超細(xì)攪拌磨礦的捕獲粉碎和沖擊粉碎機(jī)理，推導(dǎo)出捕獲角、摩擦角與捕獲顆粒的關(guān)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(guò)模擬分析，確定了最大捕獲角等于摩擦角時(shí)的顆粒直徑，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出在磨礦過(guò)程中存在最佳粒度比，此時(shí)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(zhì)直徑分段減小，各段磨粒度比均等于最佳粒度比。
張書(shū)杰對(duì)行星攪拌球磨機(jī)中物料的運(yùn)動(dòng)軌跡和受力方式進(jìn)行數(shù)學(xué)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(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)粉碎機(jī)的機(jī)型。南京理工大學(xué)國(guó)家特種超細(xì)粉體中心自行研制的雙向旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)，筒體內(nèi)有攪拌器和相反旋轉(zhuǎn)的筒體，結(jié)合了兩者粉碎力場(chǎng)，粉碎效率提高，同時(shí)減少能耗。該球磨機(jī)主要用于物料的細(xì)磨，能夠使物料的平均粒徑達(dá)到1 μm 以下。
2、超細(xì)分級(jí)設(shè)備
殷世文等探究了超細(xì)分級(jí)機(jī)分級(jí)性能的影響因素，對(duì)物料性質(zhì)，結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)部分參數(shù)的數(shù)值模擬，揭示了分級(jí)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)特性，得出了葉片數(shù)量、分級(jí)室直徑和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的最佳取值，為分級(jí)機(jī)的設(shè)計(jì)和參數(shù)的調(diào)節(jié)提供了依據(jù)。
刁熊等研究了上下進(jìn)料方式對(duì)分級(jí)性能的影響，通過(guò)對(duì)比分析，由于上進(jìn)料方式增加一個(gè)撒料盤，顆粒分布更加均勻，更利于分級(jí)進(jìn)行。通過(guò)應(yīng)用結(jié)果分析，兩種方式均取得較好的分級(jí)效果。
3、粉磨系統(tǒng)的研究
除了對(duì)機(jī)械設(shè)備工藝參數(shù)的改進(jìn)，還有很多學(xué)者提出對(duì)整個(gè)粉磨系統(tǒng)效率的研究，尋求不同加工設(shè)備的最佳匹配與組合。
刁熊等通過(guò)對(duì)ACM 沖擊式粉碎機(jī)的粉碎機(jī)理和SCX 型超細(xì)分級(jí)機(jī)的工作原理的分析，設(shè)計(jì)了新的粉碎分級(jí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能很好地避免過(guò)粉碎現(xiàn)象，對(duì)中低硬度礦物有很好的粉碎分級(jí)效果，滿足了產(chǎn)品對(duì)粒度和產(chǎn)量的要求。
朱曉光介紹了一種綜合利用機(jī)械粉碎和氣流粉碎的高速氣流粉碎機(jī)，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(zhuǎn)角形成旋轉(zhuǎn)的空氣流，使顆粒隨著氣流旋轉(zhuǎn)，相互沖擊、碰撞、摩擦、剪切，同時(shí)受離心力的作用，顆粒沖向內(nèi)壁受到撞擊、摩擦等作用，被反復(fù)地粉碎成細(xì)粉。因此具有分級(jí)效率高，能耗低的優(yōu)點(diǎn)。
祝戰(zhàn)科等人對(duì)沖擊式粉磨機(jī)與氣流磨的粉碎原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行集成創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出“品”字型結(jié)構(gòu)的新型機(jī)械對(duì)撞式超細(xì)粉磨分級(jí)設(shè)備樣機(jī)。這種設(shè)備的粉碎室分粗碎和細(xì)碎兩個(gè)部分并成“品”字型，下面兩個(gè)是粗加工室，上面的是精細(xì)加工室。這種設(shè)計(jì)充分利用粉碎能量，避免過(guò)粉碎現(xiàn)象。通過(guò)與其配套設(shè)備的組合形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度很高，運(yùn)行穩(wěn)定，能完成較大生產(chǎn)量的超細(xì)粉體制備。
此外，在超細(xì)粉體制備過(guò)程中，隨著顆粒粒徑的不斷減小，表面能不斷增加，就會(huì)導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。這就會(huì)影響粉體的分散性，使得分級(jí)效率降低。超細(xì)粉體團(tuán)聚的原因通常有靜電庫(kù)侖力，高表面能以及范德華力和化學(xué)鍵的吸引。為了克服團(tuán)聚現(xiàn)象，可以通過(guò)添加分散劑，利用靜電排斥力和表面改性進(jìn)行解決。
陳平等通過(guò)對(duì)SLG 型和PSC 型連續(xù)式粉表面改性機(jī)原理的分析，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。這種設(shè)備采用改性劑與粉體分開(kāi)霧化，使霧化后的粉體與改性劑分別進(jìn)入改性室進(jìn)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(xì)介紹了當(dāng)前超細(xì)粉體的包覆技術(shù)，對(duì)不同方法進(jìn)行分析介紹，提出多種包覆機(jī)制結(jié)合制備超細(xì)粉體的設(shè)想。
4、國(guó)外的研究進(jìn)展
在國(guó)外方面，超細(xì)粉體機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)比較成熟，結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)已經(jīng)得到完善，設(shè)備類型規(guī)格較多，涉及的相關(guān)研究成果比較少。目前，國(guó)外主要的研究方向大多集中在制備納米級(jí)超細(xì)粉體的化學(xué)方法上。
Feng H 等利用一種新的電解法制備超細(xì)金屬粉體，這種方法在制備的納米粉體同時(shí)還能對(duì)其進(jìn)行表面包覆，因此所得的顆粒具有抗氧化，分散性好的優(yōu)點(diǎn)。
Sangjin Lee 等利用超細(xì)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(jī)燃料混合的霧滴，在放熱反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量使其產(chǎn)生爆炸，分散成細(xì)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(yù)先制備的SiC 來(lái)合成納米級(jí)SiC 超細(xì)粉體。這種方法是利用強(qiáng)大等離子流的作用，使SiC 顆粒晶界發(fā)生離解形成20 ～ 30 nm 的球狀顆粒。與處理前相比，SiC 顆粒的結(jié)構(gòu)與相態(tài)沒(méi)有發(fā)生明顯變化。
Ｒameshbabu Ｒ等在水熱法的基礎(chǔ)上，提出輔助添加表面活性劑( CTAB) 來(lái)制備ZnFeO4
納米顆粒。實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度也隨之減小。
5、發(fā)展前景與展望
超細(xì)粉體技術(shù)作為一門跨學(xué)科、跨行業(yè)的新興技術(shù)，今后的發(fā)展仍主要集中在超細(xì)粉體的制備、性能及應(yīng)用三個(gè)方面。制備技術(shù)的發(fā)展則在于研究新的制備原理以及新的設(shè)備工藝。就目前國(guó)內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，制備技術(shù)相比美、德、日等國(guó)家仍然十分落后。近幾十年，雖然我們?cè)跈C(jī)械粉碎制備上有很大進(jìn)步，使得微米級(jí)超細(xì)粉體的生產(chǎn)滿足了工業(yè)發(fā)展的需要，但在亞微米級(jí)粉體的生產(chǎn)與應(yīng)用上，還存在很大的發(fā)展空間。
因此，在今后超細(xì)粉體的制備上，筆者認(rèn)為應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面:
1) 不僅僅限制于對(duì)設(shè)備和方法的改進(jìn)，還要進(jìn)行不同自然學(xué)科的交叉，從不同學(xué)科角度分析超細(xì)粉體的產(chǎn)生原理、分選方法、性能穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)新的思路。
2) 加強(qiáng)科研單位與生產(chǎn)企業(yè)的緊密配合，與生產(chǎn)環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，考慮產(chǎn)業(yè)化的可行性，以及經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
3) 要在超細(xì)粉體的性質(zhì)特點(diǎn)上，考慮機(jī)械制備和化學(xué)合成的相互結(jié)合，以可以克服單一制備方法的不足。
4) 要繼續(xù)開(kāi)發(fā)與超細(xì)粉碎的配套設(shè)備，在已有的工藝基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)，減小生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。
5) 在今后的發(fā)展上，要明確超細(xì)粉體的發(fā)展趨勢(shì)，在納米級(jí)超細(xì)粉體制備的理論研究同時(shí)，也要立足于現(xiàn)有的制備技術(shù)，在亞微米級(jí)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。
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