浅议分级技术(一)

令糊葱

 

分级技术是一门涉及机械、材料、化工以及流体力学等多学科的高新技术。根据生产工艺的要求,把粉碎产品按某种粒度大小或不同类型颗粒进行分选的操作称为分级。

随着科学技术的进步,各领域对物料的要求也日益严格。在粉体制备方面具有非常重要的意义,是无机非金属材料领域中粉体的主要深加工技术之一,其关键在于粉碎及分级设备,在该领域,日本、德国、美国、加拿大等国一直保持世界先进水平。我国对于粉体分级技术的研究经历了如下三个阶段:20世纪70年代末,以引进国外技术及设备为主,国内对此基本上是空白的;20世纪80至90年代,我国粉体加工技术逐步发展起来,业内认识到了分级技术的重要性,于是开始引进、学习国外先进技术,并开始进行新设备的开发工作,国内开始出现超细粉碎及分级设备的研究机构和生产厂家,20世纪90年代中期以来,由于市场对分级技术及设备的要求越来越高,并且此时国内对分级技术的研究积累也达到了一定程度,且取得了显著进步,已具备了研制和生产气流粉碎机、高速机械冲击式超细粉碎机、搅拌球磨机、振动球磨机、塔式搅拌磨、行星球磨机、高压射流磨、旋风自磨机等各类超细粉碎及涡轮式气流分级机和离心式水力分级机等设备的能力,并开发出了诸多具有自主知识产权的新技术、新设备。但尽管如此,与发达国家相比,中国目前在超细粉碎和精细分级领域仍然存在大型设备不足、工艺控制技术落后、磨耗和单位产品能耗偏高、特殊粒形超细粉体的生产工艺和设备落后等问题。

分级的方式大体上有两种:用筛子筛分和在流体中进行分级。下面具体地对它们进行论述。

筛分

把固体颗粒置于具有一定大小孔径或缝隙的筛面上,使通过筛孔的成为筛下料,被截留在筛面上的成为筛上料,这种分级方法称为筛分。筛分在操作按物料含水分的不同,分为干法筛分和湿法筛分。在筛分过程中,物料通过筛孔,其必要条件就是颗粒的大小一定要比筛孔小,同时颗粒还要有通过筛孔的机会。而其充分条件是颗粒与筛面之间要保持一定形式的相对运动。为了说明筛分质量,引入了筛分效率的概念,即筛下料与总入筛料质量的百分比。工业上实际操作的平均筛分效率约为70%~80%,这与颗粒与筛面的相对运动,料层的厚薄,筛孔形状和有效面积比,物料颗粒的大小分布规律和颗粒形状,过细颗粒的含量以及物料含水率等有关。

筛分机械或设备的工作是筛面。筛面结构有格子筛(又称栅筛)、板筛(又称筛板)、编织筛(又称网筛)等多种,格子筛与板筛用于筛分块、粒状物料,编织筛用于筛分粉料或浆料。运动着的筛面由于加强了颗粒与筛孔之间的相对运动,必然会强化筛分效率与处理能力,所以式业上筛分设备的分类,实际上是按筛面的运动方式来划分的。常用的筛分设备的分类见下表。

 

 

   

用粒

mm

m

振幅

mm

频率

/min

固定式

栅筛

平面(钢栅条作等间距平行排列)

 

 

 

 

25~200

0.9~1.2

长:2.4~3.0

弧形筛

曲面

 

 

 

 

0.3~0.6

曲率半径<0.8

 

 

 

 

 

 

回转筛

曲面

中心轴

 

15~20

1~60

0.9~1.2

长:1.5~2.5

摇动筛

平面

偏心轴

直线往复

10~100

60~300

10~50

0.3~1.5

长:1.5~6

旋转筛

平面

偏心轴

与筛面平生的封闭曲线,或局部为直线往复,经利于卸料

50

15~600

12~60

 

 

振动式

电磁式

平面

电磁式

直线往复(与筛面垂直或平行)

0.8~3

900~7200

0.15~2.5

0.9~1.2

长:1.2~1.8

机械式

平面

不平衡块,偏心轮,凸轮

封闭曲线或直线往复(与筛面垂直,倾斜或平等)

2~12

1000~1500

0.4~25

 

 

 

流体分级

筛分作业要受筛网制作的限制,其筛分粒径下限为37μm。即使是37μm以上100μm以下的筛分作业,其处理量少时准确程度也不可靠,因此,对于100μm以下的物料,则要根据不同粒径颗粒在流体(通常是气体)中受到离心力、重力、惯性力等的作用而产生不同的运动轨迹,从而实现不同粒径颗粒的分级。如果利用的流体是空气时称干式分级,利用水时则称为湿式分级。流体分级机按其是否具有运动部件可分为两类:

            静态分级机:分级机中无运动部件,这类分级机构造简单,不需动力,运行成本低,操作及维修较方便,但分级精度不高,不适于精密分级。

            动态分级机:分级机中有运动部件,主要指各种涡轮式分级机,这类分级机构造复杂,需要动力,能耗较高,但分级精度较高,切割粒径调节方便,只要调节叶轮旋转速度就能改变分级机的切割粒径,适于精密分级。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

重力分级

水平流型

颗粒在重力场中沉降速度不同,落下位置不同

构造简单,操作压降小,适于粗粒分级(200~2000μm),处理能力大,分级精度差,不适于精密分级

垂直流型

惯性分级

可变冲击式

由于不同粒径颗粒的惯性不同,形成不同的运动轨迹,从而实现大小颗粒的分级

构造简单,不需动力,适于较大的颗粒(10~250μm),较大的处理能力,不适于精密分级

附壁式

离心分级

旋风式

 

比较细的分级(5~50μm),不适

于高浓度,精密分级

DS

 

其他

射流式

集惯性分级,迅速分级和微细颗粒的附壁效应等原理于一体

喷射射流可以使粉体得到良好的预分散,分级效率及分级精度高,可获得多级产品

分级室回转型

TC

 

需要动力,微粒分级(1~100μm,

适于高浓度,精密分级

Acucut

叶片回转型

MP

 

 

MSS

ATP

带颗粒分散型

Osepa