表面改性是优化粉体材料性能的关键技术之一，对提高材料的应用性能和价值起着至关重要的作用。粉体的表面改性或表面处理技术主要包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下，表面改性设备就成为影响粉体表面改性或表面处理效果的关键因素。

粉体表面改性的作用

粉体表面改性设备主要担负3项职责：一是混合；二是分散；三是表面改性剂在设备中融化和均匀分散到物料表面并产生良好的结合。由于混合物的种类和性质各不相同，混合、分散和表面改性要求的质量指标也不相同，因而出现多种性质不同的改性设备。

目前工业上应用的表面改性设备有2类：

（1）从化工、塑料、粉碎、分散等行业中引用过来的如干法表面改性用的高速加热式混合机、卧式加热混合机、冲击式粉体表面改性机、以及湿法表面改性用的反应釜、可控温反应罐；

（2）专用粉体表面改性设备主要是SLG型连续式粉体表面改性机。

一、高速加热式混合机

高速加热式混合机是无机粉体，如无机填料或颜料表面化学包覆改性常用的设备之一，这是塑料制品加工行业广泛使用的混料设备，通常由由回转盖、混合锅、折流板、搅拌装置、排料装置、机座等组成。

常见的高速加热式混合机结构

工作原理：当混合机工作时，高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动，同时离心力使物料反复被抛起，这种上升运动与切向运动的结合，使物料实际上处于连续的螺旋状上、下运动状态。由于转轮速度很高，带动快速运动着的颗粒之间相互碰撞、摩擦，使得团块破碎，物料温度相应升高，同时迅速地进行交叉混合。这些作用促进了物料的分散和对液体添加剂（如表面改性剂）的均匀吸附。

适用范围：高速加热混合机是一种间歇式的批量粉体表面改性设备，处理时间可长可短，适合中、小批量粉体的表面化学包覆改性和实验室进行改性剂配方试验研究。

二、高速气流冲击式表面改性机

高速冲击式粉体表面改性机(HYBridization，HYB)是日本奈良机械制作所开发的利用高速气流冲击法对微粉进行干法表面改性的专用设备，由高速旋转的转子、定子和循环回路等部分组成的间歇式改性设备，被国内外几家高校和研究机构采用进行粉体改性的实验研究。

工作原理：物料在OM混合机中均匀混合后，经定量计量系统加入主机。主机由高速放转的转子、定子和循环回路等部分组成，物料在这些部件作用下被迅速分散，并受到强大的冲击力作用，同时也包括受到粒子间相互作用的压缩、摩擦、剪切、撞击等多种力的作用，在短时间内( 1—10min)均匀地完成固定、成膜或球形化处理。

适用范围：该系统不仅可用于粉体（如锂电负极材料、颜料、无机填料、药品、金属粉、墨粉等）的表面化学包覆、胶囊化、机械化学改性和粒子球形化处理，还可用于“微米/微米”和“纳米/微米”粉体的复合。物料可以是无机物、有机物、金属等，适用范围较广，而且是短时间干式处理。

三、湿法表面改性设备

目前湿法表面改性设备主要采用可控温搅拌反应釜或反应罐，这种设备的筒体一般做成带夹套的内外两层，夹套内通加热介质，如蒸汽、导热油等，一些较简单的表面改性罐也可采用电加热。粉体表面化学包覆改性和沉淀包膜改性用的反应釜或反应罐，一般对压力没有要求，只要满足温度和料浆分散以及耐酸或耐碱腐蚀即可，因此，结构较为简单。

反应釜/反应罐

一般搅拌装置是反应釜的关键部件，我国对搅拌装置的主要零部件已实行标准化生产，搅拌器主要有推进式、桨式、涡轮式、锚式、框式及螺旋式等类型。具体选用时要考虑流动状态、搅拌目的、搅拌容量、转速范围及浆料最高黏度等因素。

四、SLG型连续式粉体表面改性机

SLG型连续式粉体表面改性机是连续式表面改性设备的代表性机型，在非金属矿物粉体表面改性生产中得到广泛应用，是专为粉体改性而开发，主要由温度计、出料口、进风口、风管、主机、进料口、计量泵和喂料机等组成。

SLG型连续式粉体表面改性机

工作原理：将待改性物料及表面改性剂从入料口给入后，依次经过3个强烈混合室后从排料口排出。这种改性机依靠转子叶片和定子与粉体物料的冲击、剪切和摩擦作用产生表面改性所需的温度。转子的高速旋转强制松散并形成涡流两相流﹐使表面改性剂能迅速与颗粒表面作用﹐所以包覆效果好。

适用范围：SLG型系列连续式粉体表面改性机对粉体及表面改性剂的分散性好，不仅改性产品无团聚颗粒，而且对原料中的团聚体颗粒有一定的解聚作用，适用于连续大规模生产各种表面有机化学包覆的无机粉体，如重质碳酸钙、轻质碳酸钙、高岭土、氧化锌、氢氧化镁、强氧化铝、绢云母、硫酸钡、白炭黑、钛白粉、滑石、硅微粉等无机活性填料或颜料。既可以与干法制粉工艺（如超细粉碎工艺）配套，也可单独设置用于各种超细粉体的表面改性以及纳米粉体的解团聚和表面改性。

五、PSC型连续式粉体表面改性机

PSC型粉体表面改性机是表面化学改性的专用设备，具有能连续生产、产量高、能耗低、自动化程度高、工人劳动强度低、无粉尘污染、且表面改性剂用量少、包覆率高、颗粒间无粘结﹑颗粒不增大等特点，通常由由给料输送、主机、改性剂供给、排料、成品 输送、成品收集仓、加热、给风、除尘等系统构成。

PSC型连续式粉体表面改性机

工作原理：粉体原料及改性剂被加热熔化至液体状态后经输送管道送至雾化室，形成雾状后受到两组喷嘴从不同方向喷射出气流的作用，混合送入主机，进入主机内的雾化物料在搅拌棒的高速搅拌下受到了冲击、 摩擦、剪切等诸多力的作用使粉体颗粒与改性剂得到更加充分接触、混合，主机出口处高速旋转运动的冲击锤将包覆改性的物料进一步冲击、粉碎、有效地预防了物料可能形成的结团现象。

适用范围：适用于325 ~ 600目重质、轻质碳酸钙、煅烧高岭土、滑石、钛白粉、白炭黑﹑硅微粉、硅灰石、绢云母、氢氧化镁、氢氧化铝、氧化铝、粉煤灰、硫酸钡、沸石、叶蜡石等多种非金属矿粉体表面改性的专用设备，也可与多种超细粉磨设备配套组成生产流水线。

相比较而言，PSC采用的是改性剂单独雾化，粉体事先流化（使粉体分布均匀），然后雾化后的改性剂再喷射到流化后的粉体上，增加了粉体与改性剂接触的几率，在包覆率方面较SLG有所改善。在温度控制方面，SLG 依靠摩擦自加热，加热温度依赖粉体与改性剂的引入速度及转子的转速，温度难以控制，而PSC 采用导热油间接加热改性剂的方法。但同时也存在未对粉体进行充分打散，从而不能有效解决其团聚问题等不足。

六、宽腔钉（针）盘磨

宽腔钉盘磨是一种冲击式磨机，磨腔内两块钉盘相反方向高速运转，产品的细度通过调节钉盘转速来实现。两块钉盘相对运转时之间会产生向心力，因而即使是湿料，粘性物料同样也可以处理。相较于其他研磨技术钉盘磨的能量需求更低，宽大的研磨室可防止内部涂层和堵塞问题的产生，十分适用于结晶或针状颗粒以及制药和食品行业用的脂状或油状物料的研磨加工，可以使用液氮进行低温粉碎。

工作原理：受到盘内不同方向的气流冲击，高速旋转的转子让特殊设计的钉盘内形成涡旋二相流，让物料和改性剂被充分打散。依靠转子高速旋转与粉体物料的冲击、剪切和摩擦作用所产生的热量，粉体和改性剂在盘内迅速升温，达到改性需要的温度，也因此让两者得以充分接触、混合，改性剂能迅速、均匀地与粉体颗粒表面作用，包覆于颗粒表面，完成对粉体的表面包覆改性。

目前，德国阿尔派改性应用的针盘磨工艺，达到99%以上的改性率，其第三代改性针盘磨工艺，在亚洲地区涵盖了韩国、马来西亚、日本等厂商，而应用宽腔针盘的这些厂商也几乎垄断了高端的材料应用市场。依照目前的市场状况，可以说掌握高活化度的粉体改性工艺，就等同垄断了大部分的中高端改性粉体市场。

七、蜂巢磨

蜂巢磨机是一种机械式磨机，倡导先解聚再干燥，能同步实现物料研磨、干燥、分选以及粉末的化学表面处理，是专门针对粒径尺寸分布有严格要求的超细粉末生产。蜂巢磨一般为模块化设计，不仅易于更换和维修，而且不同的物料可采用不同的设计，使用不同的材质，以保证物料的色度和纯度。物料经精准计量后，送入热空气系统出去表面游离水，并在磨机内充分打散解聚，充分解聚还原后的颗粒沸腾在空气中与雾化的改性剂缠绕结合形成单层纳米包覆。

工作原理：主要的部件是一个垂直安装的多级解聚轮，每级解聚轮由安装在主轴上的两个支撑碟片及若干个叶片组成。叶片快速转动，磨槽是独特的加强筋型的固定衬条。在叶片与衬条之间形成湍流的“蜂巢”，其间的压力、剪切力和摩擦力，迅速将物料磨成超细粉末。物料经过精准的定量和称量，通过变频调速装置进入到热空气系统，被热空气去除物料表面游离水后在蜂巢磨机内充分打散解聚还原到原始颗粒或者天然晶型粒径。充分解聚还原的颗粒沸腾在空气中与雾化的改性剂缠绕结合形成单层纳米包裹膜。

总结

现有粉体表面改性的大多数设备还是沿用一些通用化工设备，专用设备还较少。 因此，今后将发展适应性强的专门的表面改性（处理）设备，例如已有国内厂家开发出专用的等离子球形化设备等。 对粉体材料而言，粒径微细化、表面活性化、晶体结构复杂化被认为是今后的三大发展方向。但是现今这类处理工艺是独立设置的，今后将发展“复合”处理工艺，将各种功能需求改性复杂化组合进行，在同一工艺设备中达到几种目的。因此，发展“复合”表面改性处理设备是今后 粉体表面改性设备的发展方向之一。

参考来源：

1.中国粉体表面改性设备的进展，刘伯元（中国粉体技术）；

2.影响粉体表面改性效果的主要因素，郑水林（中国非金属矿工业导刊）；

3.无机粉体表面改性技术发展现状与趋势，郑水林（无机盐工业）；

4.粉体表面改性处理设备及其发展，吉晓莉、陈家炎（湖北化工）。

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