一文了解超细粉碎与精细分级技术现状及发展

超细粉体，是指粒径在微米级到纳米级的一系列超细材料。按照粒度的不同，超细粉体通常分为：微米级（粒径1～30μm）、亚微米级（粒径1～0.1μm）和纳米级（粒径0.～0.1μm）。由于粒径的大幅减小，超细粉体表现出了块状材料所不具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧穿效应，因而在热、光、磁、化、力等性能上有着特殊性能，使之在造纸、橡胶、塑料、机械、陶瓷、微电子、特种涂料、航空航天、汽车、化工、复合材料、生物工程和医学等领域获得广泛应用。1、超细粉碎技术超细粉体的制备方法有很多，从其制备的原理上通常分为化学合成法和物理粉碎法。化学合成法是通过化学反应，由离子、原子等经过晶核形成和长大而得到粉体，所制备的超细粉体具有粒径小、粒度分布窄、粒形好和纯度高等优点，缺点是产量低、成本高和工艺复杂。物理粉碎法是通过机械力的作用使物料粉碎，其优点是产量大、成本低和工艺简单，适应于大批量工业生产，而且在粉碎过程中产生机械化学效应，能使粉体活性提高。因此，目前制备超细粉体材料的主要方法为机械粉碎法。高速机械冲击式磨机原理：高速旋转的回转体对给料高速撞击，产生冲击，剪切，磨削。给料粒度：＜10mm。产品粒度：d97=8～45μm。优点：粉碎效率高、结构简单、运转稳定、机械安装占地面积小、可进行连续、闭路粉碎。气流粉碎机原理：利用高速气流或过热蒸汽的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞和摩擦。给料粒度：＜2mm。产品粒度：d97=3～45μm。优点：粒度细，分布窄、颗粒表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、分散性好。振动球磨机原理：利用研磨介质在高频振动的筒体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用。给料粒度：＜5mm。产品粒度：d97=2～74μm。优点：介质充填率高，研磨效率高，体积小，流程简单，既可干式也可湿式。行星式球磨机原理：磨筒既绕自身自转，又在转盘的带动下随之公转，通过球磨机中磨球之间及磨球与缸体间相互滚撞作用，使粉体粒子被撞碎或磨碎。给料粒度：＜5mm。产品粒度：d97=5～74μm。优点：充分利用机械力化学作用在进行粉碎的同时进行表面改性，适用于高硬度材料，粒度可达0.1μm。搅拌球磨机原理：由一个静止的内填小直径研磨介质研磨筒和一个旋转搅拌器构成，通过搅拌器搅动，将动能传递给研磨介质，使研磨介质之间产生相互撞击和研磨的双重作用。给料粒度：＜1mm。产品粒度：d97=2～45μm。优点：生产效率高，耗能低，物料细，分散均匀，作业环境好，生产能力较大。砂磨机原理：通过搅拌使研磨介质高速转动，使物料中的固体微粒和研磨介质相互间产生强烈的碰撞、摩擦和剪切作用，达到加快磨细微粒和分散聚集体的目的。给料粒度：＜0.1mm。产品粒度：d97=2-20μm。优点：生产能力高、分散精度好、能耗低、噪音小、溶剂挥发少、结构简单、便于维护、能连续生产，适合于分散和研磨一些高粘度的物料。液流粉碎机原理：液流为介质携带被粉碎物质，在粉碎腔内或与固定靶板相互碰撞。给料粒度：＜0.05mm。产品粒度：d97＜10μm。优点：无污染、纯度高、粒度可达亚微米级或纳米级。高压辊磨机原理：在辊子的相向转动作用下，物料进入不断压缩的空间，并被挤压，磨剥，达到一定压力时遭到粉碎或在颗粒内部形成微裂纹。给料粒度：＜30mm。产品粒度：d97=10～45μm.优点：利用层压粉碎理论，效率高、能耗低、磨损轻、噪音小、操作简便、寿命长。胶体磨原理：利用一对固定磨子（定子）和高速旋转磨体（转子）的相对运动产生强烈的剪切（液流剪切作用）、摩擦、冲击等力，使物料被有效地粉碎、分散、混合、乳化、微粒化。给料粒度：＜0.2mm。产品粒度：2-20μm。优点：结构简单、操作维护方便、占地面积小，容易控制产品粒度。2、精细分级技术超细粉体的分级是根据不同粒径颗粒在介质中受到离心力、重力、惯性力等的作用，产生不同的运动轨迹，从而实现不同粒径颗粒的分离，进入到各自的收集装置中。在使用粉碎设备进行超细粉碎时，不同颗粒所受到的作用力并不均匀，往往只有部分粉体达到粒度要求，已经达到要求的产品如果不能及时分离出去，就会造成物料的过粉碎，而且这部分粉体还会因粒度过小发生团聚，从而使粉碎效率降低。因此，及时使用超细分级机将破碎后的产品进行有效的分级，就能避免物料的过粉碎，提高粉碎效率和降低能耗。超细分级按采用介质的不同，一般分为干式和湿式两种。湿式分级以液体为分散介质，分级精度较高，均匀性好。但湿式分级存在干燥、废水处理等一系列后续操作问题，因而限制了它的发展。干法分级是采用重力场，惯性力场或离心力场对粉体进行分级，多为气力分级，随着高速机械冲击式和气流式粉碎机的大量应用，干式分级也得到大力发展。3、超细粉体制备技术发展趋势现代高技术新材料的迅速发展，需要越来越多的高纯超细粉体，这就要求超细粉体制备技术也要与时俱进，不断发展。目前，超细粉体制备技术面临的主要挑战是：小于1μm的超微粉体的需求量迅速增大；超细粉体的大规模化生产要求设备大型化和智能化以降低单位产品能耗和稳定产品质量；大规模配套生产超细粉体和严格的产品粒径分布要求处理能力大、分级效率高和能耗低的精细分级设备；高硬超细粉体材料的加工和对产品纯度要求的不断提高，要求超细粉碎和精细分级设备的磨耗显著降低；特殊粒形（针状和片状）和韧性超细粉体的生产。为适应这些挑战，未来超细粉体制备技术的主要发展趋势是：提高产品细度，降低设备粉碎极限。提高单机产量，降低单位产品能耗，设备大型化是提高单机产量、降低单位产品能耗的主要途径之一。应用现代科技研发新型的超细粉碎设备也是提高粉碎效率、产量和降低单位产品能耗的主要方向之一。降低磨耗，这是超细粉体制备技术发展永恒的课题。磨耗不仅污染被粉碎物料（这种污染往往用物理方法很难去除），而且影响设备与物料接触部件的使用寿命，增加生产成本。提高设备的稳定性和可靠性，这对生产成本、效率、生产安全以及产品质量等有重要影响。产品细度和粒度分布的在线调控，这是超细粉碎生产线实现智能化控制的前提条件之一。发展高效精细和大型分级设备，以满足日益增长的粒度细和分布窄的超细粉体产品的生产需求。发展特殊粒形、韧性、超硬物料的超细粉碎设备，用于针状、片状、热敏、塑性、超硬及高纯物料的超细粉碎。开发多功能超细粉碎和表面改性设备。如将超细粉碎和干燥等工序结合、超细粉碎与表面改性相结合、机械力化学原理与超细粉碎技术相结合,以扩大超细粉碎技术的应用范围，提高生产效率。

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