1.市场背景

超细粉体工业是伴随现代高技术和新材料产业发展起来的新兴产业，是继IT和信息产业之后发展最快的行业之一。超细粉体材料已在化工、建材、冶金、电子、医药、生物工程、陶瓷、农药、涂料、国防及尖端技术等领域得到了广泛的应用。

但应用部门对超细粉体提出了越来越高的要求，他们不仅要求粉体超细，而且粒径分布要窄。在粉碎过程中，往往只有一部分粉体达到粒度要求，如不将已经达到要求的产品及时分离出去，而与未达到粒度要求的产品一起再粉碎，则会造成能源浪费和部分产品的过粉碎问题。此外，颗粒细化到一定程度后，出现粉碎与团聚的现象，甚至因颗粒团聚变大而使粉碎工艺恶化。随着所需粉体细度的提高和产量的增加，分级技术的难度也越来越高，粉体分级问题已成为制约粉体技术发展的关键，是粉体技术中最重要的基础技术之一。因此，对超细粉体分级技术与设备的研究十分必要。

2.湿法分级技术与干法的区别

粉体的分级技术按所用的流体介质不同可分为湿法分级（介质为水或其它液体）与干法分级（介质为空气）。干法分级技术是利用空气作为分级介质，运行成本较低，维护方便易行。但它有两个不足：一是容易产生大气污染，二是分级的精度不高。目前湿法分级设备主要分为离心式水力方式和重力沉降式两大类。湿法分级采用液体作为分级介质，虽然存在着需要二次处理问题，但它有着分级精度高、无爆炸性粉尘等优点，更符合现代工业的高要求。

3.湿法分级设备

常用的湿式超细分级设备，主要是基于离心力沉降原理的水力旋流器和螺旋式离心分级机。水力旋流器的优点是：构造简单，价廉，无运动部件，生产量大，占地面积小，筒体内料浆停留时间短，工作很快达到稳定的状态，分级效率高。其缺点是：磨损较严重，给了得浓度，粒度，压力要稳定，否则对工作指标的影响较大。水力旋流器广泛应用于分级粒度为0.003-0.25mm的分级作业或分级粒度小于15um懂得浓缩或澄清作业。螺旋式离心分级机具有连续操作强，处理能力大，单位产量能耗少，维修方便等优点。它能够处理颗粒粒径1um-10mm的分级作业。

3.1水力旋流器

水力旋流器实物图

（图片来源：北京古生代粉体科技有限公司）

水力旋流器的分级过程是：矿浆在压力作用下经给矿管沿柱体切线方向进入壳体，在壳内做回转运动，矿浆中的粗颗粒(或密度大的颗粒)因受到较大的离心力而进入回转流的外围，并同时随矿浆流向下流动，最终由底部沉砂嘴排出成为沉砂；细颗粒所受离心力较小，处于回转流中心并随液流髑上运动，最后由溢流管排出成为溢流。

图3.1  水力旋流器的结构及工作原理示意图

1—圆柱体壳；2—圆锥体壳；3—给矿管口；4—沉砂排出嘴；5—溢流管；6—溢流排出管口

3.2卧式螺旋离心分级机

转鼓通过主轴承水平安装在机座上并通过联接与差速器外壳相连，螺旋推料器通过滚动轴承或滑动轴承同心安装在转鼓内并通过花键轴与差速器输出轴相连。转鼓与螺旋推料器之间有微小的径向问隙，在电机的带动下两者同向以不同转速旋转。待分级或分离的悬浮液由中心加料管加入螺旋推料器的推进仓内，加速后由螺旋E的进料孔进入转鼓内。在离心力的作用下，进入转鼓内的悬浮液很快分成两层，较粗或较重的颗粒沉积在转鼓内壁上形成沉渣层，而含较细或较轻颗粒的液相则形成内环分离液层。沉渣f固体颗粒）被螺旋推料器推送到转鼓小端，在锥段进一步脱水后由转鼓小端的出渣口甩出转鼓，分离液采用溢流方式或向心泵方式排出。

图3.2 卧式螺旋离心分级机的结构及工作原理示意图

1—差速器；2—转鼓；3—螺旋推料器；4—机壳；5—进料管；6—排渣口；

7—进料仓；8—溢流环

4.总结

表4.1水力旋流器与卧式螺旋离心机技术经济指标对比

螺旋分级机由于工作稳定，目前在中国和俄罗斯的选矿厂仍在沿用。从工艺上来说，螺旋分级机最大的弱点是：

（1）不易获得较细的分级溢流细度。

（2）分级效率低，一般仅为20%～40%。我国选矿厂一段分级效率最高为36.25%，最低位26.79%。二段分级效率最高位38.43%，最低位17.23%。

（3）螺旋叶片及螺旋下端止推轴承易磨损，且检修很不方便。
（4）不易于是先自动控制，且控制参数繁杂，每次检修后数学模型需重新校核修正。

由于上述原因，螺旋分级机逐渐被水力旋流器或其他分级设备。目前，水力旋流器组以其优异的性能、低廉的运行成本、稳定的产品质量赢得用户广泛赞誉，现已成功用于高岭土、伊利石、绢云母、硫酸钡、碳化硼、碳化硅、氧化铝、氢氧化铝、稀土氧化锆、硅酸锆、高纯硅微粉、纤维钛白粉等。例如其在硅酸锆深加工中用于生产小于1.0μm的超细产品，被河北、江苏、福建等多家企业使用。河北唐山某硅酸锆深加工企业，过去生产300kg粒度小于1μm的超细硅酸锆需要粉碎8个小时以上。采用水力旋流器组后，其研磨时间缩短1倍，吨电耗下降300度，而且粒度分布窄，质量稳定，产品均一度高。

粉体圈 作者：小杨