了解一下粉體的分級方法及其相應原理

發布時間 | 2022-11-16 17:49 分類 | 粉體入門點擊量 | 1284

磨料分級機

導讀：在粉磨作業中，通常需要分級作業配合，以便把粒度合格的物料及時分出，既可避免產品過粉碎，又能提高粉磨效率。在介質（液體或氣體）中，物料按其沉降速度的不同分成若干粒度級別的過程稱為分級...

在粉磨作業中，通常需要分級作業配合，以便把粒度合格的物料及時分出，既可避免產品過粉碎，又能提高粉磨效率。在介質（液體或氣體）中，物料按其沉降速度的不同分成若干粒度級別的過程稱為分級。

分級的方法與原理

分級按照所要分離的對象分為粗粒分級和細粒分級，區分兩者的顆粒尺寸界限為2～3 mm,大于3mm的顆粒即可用不同篩孔的機械和手工篩進行分離；而小于2 mm大于約5μm的物料則需用較復雜的各種細粒分級設備，如氣流分級機、水力旋流器等。

按照分離所使用的介質，分級可分為水力分級(又稱濕法分級)和風力分級(又稱干法分級),其中水力分級可與濕磨、濕法改性設備等聯用，同樣干法分級設備則可與破碎、超細粉碎、干法改性設備等聯用。

分級設備與其他相關設備的聯用既可減少過磨、節省能耗，也可利用在粉磨過程中，由于大顆粒在粉碎或粉磨過程中受到機械能的作用，原來處于顆粒內部的位置成為表面而暴露出來，從而產生新的顆粒表面和缺陷位置，造成顆粒表面具有較高的反應活性，為高效改性等后續加工處理過程提供較理想的原料。

1.水力分級原理

水力分級是根據顆粒在運動介質中的沉降速度的不同，將粒度范圍寬的混合粒群分為若干粒度范圍窄的粒群。在水力分級的過程中，分級介質的運動形式大致有三種。一是介質的流動方向與顆粒沉降方向相反的垂直上升介質流：二是介質流動方向與顆粒沉降方向接近垂直的水平介質流；三是作旋轉運動的介質流。

所有沉降末速大于上升介質流速的顆粒，都將下沉到分級設備的底部，作為沉砂或底流排出；所有沉降末速小于上升介質流速的顆粒隨介質一同上升并從上端溢出，稱之為溢流[見圖6-1(a)]。若需分出兩種以上的粒級產物，可將每次分級所得的溢流產物(或底流產物),在流速漸減(或漸增)的上升介質流中依次進行多次分級。

利用水平介質流進行分級時，顆粒在水平方向的速度與水流速度大致相同，而在垂直方向，依據顆粒粒度(還有密度及形狀)的不同而有不同的沉降速度，從而導致不同粒度的顆粒在經歷分級過程時具有不同的運動軌跡。沉降速度越大的顆粒，其運動軌跡越陡。所以，粗顆粒在距給料口較近處最先沉到底部，細顆粒則在距給料口較遠的地方落到底部。至于一部分沉降速度最小的極細顆粒，將隨水平介質流而成為溢流。

利用旋轉介質流進行分級，目的是給分級過程提供一個離心力場，從而使分級過程獲得強化。在旋轉流中，不同粒度的顆粒是根據徑向運動速度的差別，得以分離成粗、細粒兩種粒級的產物，而介質流的向心流速則是決定分級粒度的基本因素。利用旋轉介質流分級的典型設備如水力旋流器、臥式沉降式離心脫水機及旋風集塵器等皆是這種情形。

(左)垂直上升介質流分級 (右)在接近水平的介質流中分級

顆粒在垂直介質流及水平介質流中的分級示意圖

水力分級作為獨立作業，可用于黏土質等礦物的洗選；作為輔助作業，可用于粉磨循環的預先分級、檢查分級、控制分級，或用于脫水、脫泥；作為準備作業，可用于搖床等選別前的分級；同時，它又是檢查細粒物料(-0.074 mm)粒度組成的主要手段(如水析)。

水力分級在粉體加工工藝中的主要用途是：

①作為粉磨時的檢查性分級和預先分級。一般常用它與粉磨作業構成閉路，及時分出合格粒度的產物，避免或減少過粉碎現象的出現。

②在某些重選作業(如搖床、溜槽選等)之前，作為準備作業，即對原料進行分級，分級后的各產物，分別給入不同設備或在不同操作條件下分選。

③對原料或選后產物進行脫泥或脫水，如在選煤工藝中，水力分級主要用于煤泥水的沉淀與濃縮

④對于單一密度組成的物料，采用水力分級可獲得粒度分布較為精確的窄級別物料，如 SiC磨料粉體。

⑤在實驗室內利用水力分級的方法，測定微細物料(多為小于200目)的粒度組成，進行粒度分析

2.精細分級原理

精細分級是根據不同粒度和形狀的微細顆粒在介質(如空氣或水)中所受的重力和介質阻力不同、具有不同的沉降末速來進行的。分級可以在重力場中進行，也可以在離心力場中進行。其基本原理是層流狀態下的斯托克斯(Stocks)定律。

分級效果的評價

1.沉降分級(離)極限

在一定的力場(重力或離心力)中，當固體顆粒小到某一程度而不能被分離時，稱為沉降分離的極限。

懸浮于液體中的高度分散的微細固相顆粒能長時間在重力場甚至離心力場中保持懸浮狀態而不沉降。根據膠體化學原理，這個現象可解釋為由于微細粒子的布朗運動必然出現的擴散現象，即微細顆粒能自發地從濃度高處向低處擴散。作用在高度分散的微細顆粒上的重力或離心力被由濃度梯度所產生的“滲透”壓力所平衡。這時，在某一瞬間經單位沉降面積所沉降的質量，等于由于濃度梯度向反方向擴散運動的質量，因此，可以采用布朗運動和擴散現象的規律來確定極限顆粒的直徑。