超微粉体技术与超微粉碎机

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目（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——千分尺，我们即可测量到人的发丝直径。通常为70～80um 。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：TiO 2，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10～60 nm 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，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，直至获得合格的产品。

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δ、介质的密度为ρ、颗粒的切向速度为U t 、涡轮平均半径为r 、介质粘度为η、颗粒的径向速度为U r 。这两个力可分别用下列方程式表示：

R=3πηd Ur

当颗粒较大时，所受离心力大于阻力，即F>R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F

四、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超微粉碎机工作效率提高1～2倍，这将是非常有意义的一件事情，由于该机型工作效率提高，将开拓出更加广阔的应用前景。许多人还在不懈地为此作出相关的努力。

在我们长期从事流化床式气流超微粉碎机的研制、开发与使用的过程中，积累了一定的实践经验。

要想提高超微粉碎机的工作效率，首先应从两部分来考虑，即粉碎机本身及其操控条件。

现综合简述如下：

（1）严格控制进料量：进料速度要适当、均匀。另外，还要考虑采用何种进料方式，有的物料需采用螺旋上料器，有的物料则

需采用振荡下料，要视物料自身的特性来决定下料方式。最重要的是保证粉碎室内能源源不断地得到物料的供给，满足粉碎室内物料的一定浓度。实践证明，无论物料浓度偏低，还是物料浓度过高对成品的产量都会造成不良的影响。物料浓度低，物料间接触的机率小，物料浓度高，将影响气流速度，两者都不利效率提高，应视气压、物料特性以及机体自身的特性，严格控制好物料的进料速度。

（2）提高气流速度和粒子的冲击概率。这要从两个方面来约定。首先，喷嘴的设计要合理，喷嘴的布局也十分重要，只有满足以上两方面的要求，才能达到提高生产效率的目的。

传统方式的流化床式气流超微粉碎机，喷嘴的设置是环粉碎室四 周平行向对排列，从喷嘴喷射出的气流集中在一个近似平面的范围内，粉碎区域狭窄，不利于提高粒子的冲击概率。另外，此种设计的弊端，还反应在喷嘴下方的粗粉，很少有机会被重新粉碎，形成盲区。

北京微菱互信机械设备有限公司研制开发的新型流化床式气流 超微粉碎机，打破了传统设置喷嘴的模式，在粉碎室的同一平面内，与此平面形成一定夹角，向下分别对称设置数个喷嘴，另外，在粉碎室的底端，与之相反设置一垂直向上的喷嘴，与其余喷嘴的中心线，共同指向同一焦点。物料在全部喷嘴所喷射出的气流的共同作用下，形成圆锥形聚集到焦点上，物料被瞬间粉碎。另外，在喷嘴的前方，设置混合管，使粉碎室内不存在盲区，提高了粒子的冲击概率，仅此项改造，可提高功效150～200%。

（3）优化分级结构。分级是超微粉碎系统的至关重要的环节。流化床气流超微粉碎机一个最显著的特点，即能实现连续的进料和出料，防止物料过细粉碎，造成不必要的能源消耗。根据涡轮式分级原理，适当加大分级轮直径、提高转速、降低空气流量是确保分级机分离粒径细小的根本保证。要根据不同物料的特点和具体要求，来控制好以上三者之间的关系。

（4）进入超微粉碎机的原始物料要尽可能细小。为达到此目的，应在进行超微粉碎前，应采用普通粉碎机进行预粉碎处理，这是节约能源和提高单位产量的最直接、最效的方法。

（5）确保流化床式气流超微粉碎机，整个封闭系统的气密性要求，包括管道、阀门、设备的全封闭装置等，不应有泄漏存在。总之一句话，要把宝贵的空气动力能源，集中用在喷嘴上，努力提高气体流速和压力。

（6）产品收集和除尘器要保证送气顺畅，不应阻力过大。这个部分的系统装置既要保证收集到合格的产品，又要保证环境的要求，不被污染，但装备过余庞杂，事必给整体工作带来太多的负担。

五、结语

“超微粉体技术与超微粉碎机”在我国还是近十余年来的新鲜事 物。许多理论尚处在不断的探索阶段。伴随着测量技术和粉碎理论的不断完善和发展，相信超微粉体技术与超微粉碎机，将在我国不同的

技术领域得到更加广泛的应用，为推动我国国民经济发展，做出新的巨大贡献。

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