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超微粉加工机械发展趋势

作者:凯奥机械 时间:2017-07-20 21:52:13 来源:

  超微粉加工机械发展趋势

  粉末是一种重要的基础工业原料形式,粉末的制备技术在冶金、化工、医药、食品、建筑、电子、农业等许多领域中被广泛应用,被粉碎的材料种类也多种多样。自20世纪60年代提出超细粉末的概念,粉末粒度小于0.1μm(即在1~100nm之间)的称之为超细粉末,又称作纳米粉末。

  许多国家将粒度微细化粒度分布均匀化或颗粒形状特定化品质高纯化表面处理功能化的超细粉末称之为超微粉,并将其作为发展的重点。目前,世界各国对超微粉的研究主要集中在制备微观结构宏观物性及应用四个领域,其中超微粉的制备技术是关键,因为制备工艺对超微粉的微观结构和宏观性能具有重要的影响。

  1 超微粉的制备方法

  制备超微粉的途径大致有两种:一是机械法,即通过机械作用将粗颗粒物质逐步粉碎;另一种造粉法,即利用原子离子或分子形核和长大两个阶段合成,包括物理和化学两种方式.本文重点介绍超微粉的机械制备方法及典型设备.

  1.1 机械法特点

  尽管利用机械法制备超微粉的设备类型繁多,但其开发的出发点主要围绕发下几点:

  (1)原理上考虑提高有效粉碎能,大多是利用冲击剪切摩擦等力的综合作用进行超细粉碎.

  (2)结构上采用超细粉碎-分级组合型式,利用高效气流分级装置不但可提高微细化粒度,而且藉以实现粒度分布均匀化或特定化。

  (3)材质上采用高耐磨材料作衬材,不仅可减少衬材磨损对粉体成分或色泽的污染,而且可以提高设备的使用寿命。

  (4)超细粉碎与颗粒表面改性一体化的实施。

  (5)特殊需求的粉碎,例如低温粉碎等.

  1.2 主要制备超微粉的设备

  按照机械力的不同将其分为机械冲击式粉碎机气流磨粉碎机球磨机和射流粉碎机等.

  1.2.1 高速机械冲击式粉碎机

  它是利用高速回转转子上的锤叶片棒体等对物料进行撞击,并使其在转子与定子间物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击剪切作用而粉碎的设备.冲击式粉碎机可为涡轮式气流涡旋式内分级式粉碎机等.图1为较为典型的由日本细川公司生产的ACM 立式高速机械冲击微粉碎机.此类设备有如下特点:

  (1)可以通过不同转子锤与定子衬的组合,能获得最佳的冲击速度和冲击能量,并利用内设的高效分级装置及时分离出合格产品,避免过度粉碎.

  (2)特别适用于方解石滑石云母大理石石墨等硬度较低矿物的超细颗粒的制备.

  (3)机盖为可掀式,便于清扫,粉碎对象变更时不致于被污染。

  (4)机内气流的流动可起到降温的作用,适用于涂料、合成树脂食品、医药等弱热型物质(软化点较低的)的粉碎加工.亦可采用惰性气体进行循环粉碎。

  (5)可用于具有潜在粉尘爆炸危险的防爆粉碎系统。

  1.2.2 气流粉碎机

  气流粉碎机又称流能磨机或喷射磨机,利用高速气流或过热蒸气的能量,使颗粒相互碰撞剪切摩擦而实现超细粉碎的设备.其产品纯度高分散性好,粒度细且分布较窄,颗粒表面光滑,广泛用于化工材料电子冶金农药食品生物医药军工和航天等领域.目前工业上应用的气流粉碎机可以分为:扁平式气流磨;循环管式气流磨;靶式气流磨;流化床对喷式气流磨等几种.使用最早应用最广泛的扁平式气流粉碎机如图2所示,它主要由扁平圆盘空腔工作室喷嘴进料器成品出口气室和工作室内衬组成.其特点:

  (1)结构简单,没有动部件,拆卸维修清洗简便,操作方便;

  (2)主机体积小,能连续生产并有自动分级功能;

  (3)产量较大.

  其主要缺点为产品易受到衬壁磨损材料的污染,尤其是在粉碎高硬度物料时,磨损严重.真空吸料机|真空上料机

  图3为另一种典型的气流粉碎机-流化床对喷式气流粉碎机的结构原理图.它也被称为流化床对撞式气流粉碎机,由德图Alpine公司于1981年研发成功,由料仓螺杆或重力加料装置粉碎室高压进气喷嘴分级机和出料口等组成.其特点为:

  (1)结构紧凑.

  (2)磨损小,对产品的污染小.

  (3)能耗低.

  (4)产品粒度均匀,粒径分布较窄.

  (5)拆洗清理较方便,生产过程自动化程度高,工作噪声小.

  1.2.3 球磨机

  球磨机是无机非金属材料加工中广泛使用的一种粉碎机械,主要工作部件为圆形筒体,内装载粉碎介质(球状棒状等),筒体回转时在介质的冲击和磨剥作用下使物料粉碎.

  随着材料科学与技术的发展,在传统球磨机的基础上研发出了离心式球磨机振动球磨机行星轮球磨机搅拌式球磨机等超微粉加工设备.图4为离心式球磨机结构图.主要依靠筒体高速旋转的离心力与空气的扰动,使粉碎介质及物料间产生强烈的冲击与磨剥,达到粉碎物料的目的.真空吸料机|真空上料机

  该球磨机粉碎效率高、能耗低,而且兼具表面改性与表面处理的功能,同时对由多种成分构成的物料具有良好的均质作用.目前这种机型已用于矿物质、金属、非金属材料、化学制品、纤维类物质的超细粉碎.

  搅拌磨机是另外一种高效的球磨机,是现代超细粉碎设备重要装备之一,在各种超微磨方法中能量利用率较高,产品粒度较细,设备成本较低.其特点:

  (1)产品粒度分布均匀且容易调节,容易获得所需产品细度;

  (2)机械振动小,噪声低;

  (3)结构简单,操作容易;

  (4)能量利用率高,较普通球磨机节能50%以上;

  (5)比普通球磨机,节约钢球耗20%~30%.

  德国Gustav eirich机械公司发明的MAXX球磨机是一种可以进行干式或湿式连续作业的立式搅拌球磨机,基本结构由桶体、盘式搅拌器、带进料管的固定导向器、电动机和皮带传动装置等组成,其结构如图5所示.

  1.2.4 射流粉碎机

  射流粉碎机是利用高压液体通过喷射器加速,形成高速射流,带动其中的固体颗粒作高速运动,然后与靶板(超硬材料,如金刚石或宝石)或相反方向的另一股射流形成高速碰撞.由于强烈撞击及金刚石产生的超声振动,使其中的固体物料被粉碎.射流粉碎机有两种类型,即靶板式和对撞式.射流粉碎机的特点:可以制备各种超细有机物的浆液及乳化液,经过多次次循环粉碎后,某些材料可达亚微米或纳米级,并可制得悬浮性分散性及均匀性极好的乳液.真空吸料机|真空上料机

  1.2.5 其他粉碎设备

  (1)超声粉碎机

  利用超声波振荡的动能,使固体物料粉碎的一种设备.此设备多用于对分散系进行分散和乳化处理.应用领域涉及医药食品化工和生物制品等.

  (2)高压膨胀粉碎机

  利用高压技术将物料加压后再突然泄压而使物料超细粉碎的设备.此设备应用于大分子蛋白质与高分子纤维混合物的超细粉碎,且不破坏活性有效效成分.在食品农副产品深加工行业有广泛的应用.

  (3)低温粉碎机

  将物料预冷至低温(或是设备内部温度为低温)进行粉碎的设备.一般采用液氮为冷却介质.该装置主要适用于在常温下无法粉碎的物料以及对中药西药农药化工塑料橡胶等的低温超微粉碎.

  (4)电能破碎机

  利用高压脉冲,使浸于液态电介质中物料爆裂而粉碎的设备.主要用于冶金行业.能获得高精矿和高回收率,同时还能减少矿物颗粒过度粉碎.

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