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1、超微粉体技术与超微粉碎机一、超微粉体技术的发展与应用超微粉体技术是近几十年来新兴的一门科学技术，它源自古老 的传统粉碎技术，而将其粉碎的概念向前大大延伸了。所谓“超微粉体”，国内外目前对这一名词尚无严格的界定。有 人定义粒径小于100um的为“超微粉体，也有人定义粒径小于1um 的为“超微粉体”。但通常的习惯做法是小于500日（即30um）以下 的粉体，即称之为“超微粉体”。如此定义正是源于采用传统的任何 工艺方法，都很难将固形物料粉碎到如此的细度。在日常生活中，人们在形容纤细的东西时，时常会说：“细如发 丝”。通过机械加工中常用的测量工具一一千分尺，我们即可测量到 人的发丝直径。通常为708
2、0um。由此可知，超微粉体的粒径要比 人的发丝直径还要纤细得多。固形物质经过超微粉碎后，使其处于微米甚至纳米尺寸时，该物 质的物理、化学特性都将发生极大的变化。例如：TiO2，当其粒度为20 nm时可见光的遮盖力最佳，可作为 高档油漆、油墨材料。粒径减小到1060nm时，则具有透明性，强 紫外线光的吸收能力，可作为高档化妆品及透明涂料等。又如植物花粉，被誉为“微型营养宝库”，对人体有优良的保健 作用，但花粉的单体都具有坚硬的外壳，直接服用则无法被人体吸收。 而经过超微粉碎，使花粉破壁，有效成分得以完全释放，由此开发的 花粉系列产品，可直接被人体所吸收。利用“超微粉体”的特异性能，在军事上涂装于
3、飞机、舰船和坦 克的表面，可制成隐身飞机、舰船和坦克，在航天领域，可制成耐高 温、高压的轻型材料及新型燃料。在化工、塑料、油漆、涂料等行业中，“超微粉体”可制成高强 度、高附着力的高档新产品。在医药和医疗领域，将药品制成“超微粉体”，经研究表明，可 提高药品的溶出度，减轻毒副作用，无论内服或外用，都能明显提高 疗效。特别是在中医药领域，“超微粉体”技术可改变传统的中医手段， 中药材经“超微粉碎”细化后，可直接用于口服，从而免除了饮片、 煎煮等繁锁的工艺，这样就大大方便了病人用药。不仅如此，经研究 表明，经“超微细化”后的中药，只相当于原方剂用药量的十分之一， 甚至更少，这就可以大大节省宝贵的中
4、药材资源，对提高全民族健康， 有效保护环境，都有深远的意义。不仅如此，通过“超微粉体”技术， 使难溶或微溶于水的有效成品，经细胞破壁，还将大大提高药品的生 物利用度，降低毒性。这对于中医药走向世界，开创了全新的途径。总之，“超微粉体技术”是一门跨行业的新兴技术领域，在我国 从八、九十年代开始才逐步被越来越多研究部门和行业所重视。今后， 必将在新材料、医药、日化、保健、化工、军工、电子、航天等领域 内取得全新的长足的发展。二、超微粉碎的制备技术超微粉体的制备通常有物理和化学两种方法。物理方法中，又 可划分为干法和湿法两种。在化学方法中，又可分为气相法、液相法 等。在物理方法中，干法超微粉碎又可分
5、为球磨机、震动磨机、气 流粉碎机等，湿法超微粉碎机械中包括液流粉碎机、均质机等。在化 学方法中，气相法又包含真空蒸发法、气相化学反应法、等离子体法 等。在液相法中，主要有沉淀法、氧化加氢分解法、还原法、喷雾干 燥法、冷冻干燥法等。但是，无论采用何种方法，首先它必须满足以 下基本条件：1. 产品的粒度细、分布狭窄，能满足生产或科研的实际要求。2. 产品纯度高，不含任何杂质，产品无污染，对环境无破坏。3. 能耗低、产量高，生产成本低廉，生产效率高。4. 工艺简单、连续，自动化程度高。5. 生产安全可靠。下面重点介绍物理方法中的气流粉碎机。气流粉碎机属于物理方 法中干法粉碎类。气流超微粉碎机。目前，
6、在工业上应用十分广泛，以其结构简 单、产品细、分布狭窄、纯度高而享有盛名。气流超微粉碎机有以下几种基类型：(1) 水平圆盘式气流粉碎机；(2) 循环管式气流粉碎机；(3) 对喷式(逆向)气流粉碎机;（4）撞击板式（靶式）气流粉碎机;（5）流化床式气流粉碎机。在上述五种气流粉碎机中，流化床式气流粉碎机是最新一代开发 的气流粉碎装置，上世纪八十年代初诞生于德国Alipne公司。流化床气流超微粉碎机集多喷管技术、流化床技术和卧式分级技 术于一身，实现了流场多元化及料层流态化与卧式分级化体系。此外， 采用了气体密封等多项新技术，可保证该机安全、高效、稳定地运行。另外，该机还具有以下几个特点：（1）对低
7、熔点、热敏性、磨损性物料、金属矿及非金属矿的粉碎分级是其它任何机械方法所无法取代的，系统 几乎无磨损，粉体纯度极高。（2）由于气流加速急剧膨胀，其静温下降，因此粉碎过程 是在低温下瞬间进行的。（3）采用多喷管超声速流化床式气流粉碎，能耗低，粉碎强度大，能粉碎莫氏9级以上的物料，并同时保证超 细粉的纯度。（4）配有高精度分级机，通过调节分级机转速以及系统参 数，能得到粒度细、纯度高、粒度分布狭窄的产品。（5）系统经多次收尘处理，几乎无粉尘飞扬，有利环保。由于流化床气流超微粉碎机节约能量、磨损小、结构紧凑、体积 小、能力大，对热敏性和纤维材料的粉碎表现出独特的效果。同时，引起了国内外粉碎行业 的极
8、大重视。该机目前应用领域正在扩大，是对传统的气流粉碎机极 大的挑战。该机型的出现被日本Freund Industrial co. Ltd.誉为“划时代的新设备”。三、流化床式气流超微粉碎机的组成及工作原理。大型流化床式气流超微粉碎机组由空压机、空气净化器系统、超 音速气流粉碎机、分级机、旋风分离器、除尘器、排风机等组成。中、 小型流化床式气流超微粉碎机，通常将超音速气流粉碎机、分级机、 旋风分离器及除尘器、排风机等组合成一体机，可大大节省占地面积， 有利于安装、运输和使用。1.粉碎原理流化床式气流超微粉碎机由料仓、螺杆加料器、进料室、粉碎室、 旋风分离器、除尘器等组成。首先，待粉碎物料由料仓经
9、螺杆加料器，输送至进料室，在重力 作用下物料落入粉碎室。粉碎室四周和设有相向排列的经特殊设计的高压进气喷嘴。经过 净化和干燥的压缩空气自喷嘴射出，形成超声气流。物料在高速气流 交点中心发生碰撞，瞬间内被粉碎。经粉碎的粒子随气流上升至分级室，合格的粒子随气流进入旋风 分离器，最终获得所需产品，尾气进入除尘器排出。较大的颗粒在分级机作用下，重新回落粉碎室，再次被粉碎，百 至获得合格的产品。2.气流分级原理在超细粉碎过程中，要想获得数微米甚至更微细的粉体，采用普 通的筛分方法是行不通的。因此本机在分级室内设置有涡轮式分级系 统，这是利用离心力场的典型结构。粉碎室内被粉碎的物料，受上升气流的推动，在分
10、级室卧式涡轮 分级机的作用下，如果在涡轮旋转断面边缘处有同一颗粒，此颗粒将 受到离心力场两种不同力的作用。即由涡轮旋转而产生的离心惯性力 F和气流阻力R。假设颗粒的粒径为d、密度为0、介质的密度为p、颗粒的切向 速度为Ut、涡轮平均半径为r、介质粘度为n、颗粒的径向速度为Ur。 这两个力可分别用下列方程式表示：n d3 ( 6 - p ) Ut2F=6rR=3n n d Ur当颗粒较大时，所受离心力大于阻力，即FR时，大颗粒沿涡轮 切线方向飞向分级室器壁，然后返回粉碎室重新被粉碎。当离心力小 于阻力，即FR时，小颗粒随上升气流进入涡轮内部，经旋风分离器 收集为合格产品。四、介绍一种全新流化床式
11、气流超微粉碎机流化床式气流超微粉碎机，是克服了众多气流式粉碎机缺点上的 基础上逐步发展完善的。尽管具有许多的优势和美誉，但与其它机械 式粉碎机相比较，气流粉碎机的最大缺点是能量利用率低，即单位产 量能耗偏高，对于附加值较低的产品，难于承受高额费用。针对传统 流化床式超微粉碎机能耗高的原因进行认真的分析，不难看出：传统的流化床超微粉碎机，通常采用沿粉碎室内壁平行、对称排 列若干喷嘴，在单一平面内形成对射，物料在其焦点瞬间被粉碎。这 种设计二十余年来一直被广泛采用。这种设计喷嘴的方法，虽然能够 有效的粉碎物料，但是，正如上文所提到的，此种粉碎模式也存在着 一个严重的问题，即待粉碎的物料，只能在一个
12、近似平面的范围内进 行粉碎。通常粉碎室的底部为卸料方便，都设计成圆锥形，由进料装 置送入粉碎室内的物料，一旦落入设在粉碎室下方的圆锥体内，物料 即进入了一个盲区，无法继续进行粉碎，这是其一。其二，粉碎区域仅限于一个近似平面的范围内，势必粉碎区域狭 窄，物料受到气流夹带，受到冲击、挤压和摩擦的机会相对较少。其三，此种结构，在物料被粉碎的过程中，其流态化状态也仅限 于喷嘴的上方，而沉积于粉碎室下方锥体内的物料不能形成流态化的 状态。正因如此，造成了传统流化床式超微气流粉碎机能耗较高，而效 率偏低的主要原因。为了扭转能耗偏高的难题，北京微菱互信机械设备有限公司，历 经十余年的不懈努力，坚持探索，终于
13、取得了突破性进展。该公司最新研制成功的新一代流化床式气流超微粉碎机，彻底改 变了传统粉碎机，设置喷嘴的方法，而是在粉碎室周边同一平面内， 与该平面形成一定的夹角，喷嘴向下对称设置，与此同时，在粉碎室 的下方中央另设一垂直向上的喷嘴，与设置在粉碎室同一平面内，与 该平面形成一定的夹角，向下设置的喷嘴，形成对应关系，全部喷嘴 中心线共同交汇于一点，且合力为零。即全部喷嘴聚焦于同一点。此 种喷嘴的设置，突破了传统流化床式气流粉碎机，粉碎区域近似于平 面的弊端，北京微菱互信机械设备有限公司推出的新一代产品，将粉 碎区域由近似的平面形，而发展为圆锥形，大大扩展了流化床式气流 粉碎机的粉碎区域，使得待粉碎
14、的物料在粉碎室内获得了更多的碰 撞、挤压和相互摩擦的机会。此外，由于粉碎室底部圆锥形的下方设 有向上的喷嘴，落入粉碎室圆锥体内的物料，也能及时被喷嘴射出的 高速气流夹带而被及时粉碎，消除了以往粉碎室下方锥体内的盲区。 因此，从下至上粉碎室、进料室至分级室在喷射气流的作用下形成了 完整的流态化状态。不仅如此，北京微菱互信机械设备有限公司新一代流化床式气流 粉碎机，还在每一个喷嘴的前方，设置了混合管，即借助喷嘴射出的 强大气流，在喷嘴四周形成相对的低压区，而将待粉碎的物料吸入混 合管，在高速气流的作用下，使物料增加了更多的碰撞机会。大量实践证明，新一代流化床式气流超微粉碎机，与传统机型相 比较，在
15、能耗相同的情况下，可提高效率12倍，从而大大降低了 生产成本，提高了劳动效率。北京微菱互信机械设备有限公司，在新一代流化床式气流超微粉 碎机，除彻底改变了喷嘴的设置，增加了喷嘴前方的混合管外，还采 用了全新的密封装置，它不同于传统机型的动静环密封装置或迷宫式 密封装置，而是采用空气全封闭式密封装置，没有运转部件，因此不 产生磨损等，使设备运转更平稳更安全。五、提高流化床式气流超微粉碎机生产效率的几点建议：流化床式气流超微粉碎机，在干式粉碎机中，以其结构简单，能 实现连续进料和出料，既不会使物料过细，也不会使物料过粗，只有 合格尺寸的物料，才能被源源不断地及时输送出来，其粒度分布陡直。 此外，由
16、于该机型的粉碎原理，是通过特殊设计的喷嘴，产生超音速 的高速气流，待粉碎的物料，在超音速气流的加速下，互相碰撞，挤 压和摩擦在喷嘴的交汇处瞬间被粉碎。由于物料不与器壁等内设部件 发生强烈撞击，因此设备经久耐用，更重要的是保证了物料粉碎后的 高纯度。另一个重要的特点是，由喷嘴喷射出的气体，在粉碎室内形 成绝热膨胀，物料在粉碎过程中，不会温度升高。相反，物料是在低 温下瞬间被粉碎，这种粉碎方式，对热敏性物料的粉碎，无须另加冷 媒，也能保证其理化性质不变。但是，正如本文曾提出的，流化床式气流超微粉碎机，单位产量 能耗偏高，尽管该机型具有许多优点，但对于低附加值的产品，仍显 得负担过重。尽管如此，人们对流化床式气流粉碎机仍寄予很大的热 情与期望。有些学者认为：如果能把流化床式气流
