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了解一下粉体的分级方法及其相应原理
2022年11月16日 发布 分类:粉体入门 点击量:42
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在粉磨作业中,通常需要分级作业配合,以便把粒度合格的物料及时分出,既可避免产品过粉碎,又能提高粉磨效率。在介质(液体或气体)中,物料按其沉降速度的不同分成若干粒度级别的过程称为分级。

分级的方法与原理

分级按照所要分离的对象分为粗粒分级和细粒分级,区分两者的颗粒尺寸界限为2~3 mm,大于3mm的颗粒即可用不同筛孔的机械和手工筛进行分离;而小于2 mm大于约5μm的物料则需用较复杂的各种细粒分级设备,如气流分级机、水力旋流器等。

按照分离所使用的介质,分级可分为水力分级(又称湿法分级)和风力分级(又称干法分 级),其中水力分级可与湿磨、湿法改性设备等联用,同样干法分级设备则可与破碎、超细粉 碎、干法改性设备等联用。

分级设备与其他相关设备的联用既可减少过磨、节省能耗,也可利用在粉磨过程中,由 于大颗粒在粉碎或粉磨过程中受到机械能的作用,原来处于颗粒内部的位置成为表面而暴露 出来,从而产生新的颗粒表面和缺陷位置,造成颗粒表面具有较高的反应活性,为高效改性 等后续加工处理过程提供较理想的原料。

1.水力分级原理

水力分级是根据颗粒在运动介质中的沉降速度的不同,将粒度范围宽的混合粒群分为若 干粒度范围窄的粒群。在水力分级的过程中,分级介质的运动形式大致有三种。一是介质的流动方向与颗粒沉降方向相反的垂直上升介质流:二是介质流动方向与颗粒沉降方向接近垂 直的水平介质流;三是作旋转运动的介质流。

所有沉降末速大于上升介质流速的颗粒,都将下沉到分级设备的底部,作为沉砂 或底流排出;所有沉降末速小于上升介质流速的颗粒随介质一同上升并从上端溢出,称之为溢流[见图6-1(a)]。若需分出两种以上的粒级产物,可将每次分级所得的溢流产物(或底 流产物),在流速渐减(或渐增)的上升介质流中依次进行多次分级。

利用水平介质流进行分级时,颗粒在水平方向的速度与水流速度大致相同,而在垂直方 向,依据颗粒粒度(还有密度及形状)的不同而有不同的沉降速度,从而导致不同粒度的颗粒 在经历分级过程时具有不同的运动轨迹。沉降速度越大的颗粒,其运动轨迹越陡。所以,粗 颗粒在距给料口较近处最先沉到底部,细颗粒则在距给料口较远的地方落到底部。至于一部分沉降速度最小的极细颗粒,将随水平介质流而成为溢流。

利用旋转介质流进行分级,目的是给分级过程提供一个离心力场,从而使分级过程获得 强化。在旋转流中,不同粒度的颗粒是根据径向运动速度的差别,得以分离成粗、细粒两种 粒级的产物,而介质流的向心流速则是决定分级粒度的基本因素。利用旋转介质流分级的典型设备如水力旋流器、卧式沉降式离心脱水机及旋风集尘器等皆是这种情形。


(左)垂直上升介质流分级 (右)在接近水平的介质流中分级

颗粒在垂直介质流及水平介质流中的分级示意图

水力分级作为独立作业,可用于黏土质等矿物的洗选;作为辅助作业,可用于粉磨循环 的预先分级、检查分级、控制分级,或用于脱水、脱泥;作为准备作业,可用于摇床等选别前 的分级;同时,它又是检查细粒物料(-0.074 mm)粒度组成的主要手段(如水析)。

水力分级在粉体加工工艺中的主要用途是:

①作为粉磨时的检查性分级和预先分级。 一般常用它与粉磨作业构成闭路,及时分出合 格粒度的产物,避免或减少过粉碎现象的出现。

②在某些重选作业(如摇床、溜槽选等)之前,作为准备作业,即对原料进行分级,分级 后的各产物,分别给入不同设备或在不同操作条件下分选。

③对原料或选后产物进行脱泥或脱水,如在选煤工艺中,水力分级主要用于煤泥水的沉 淀与浓缩

④对于单一密度组成的物料,采用水力分级可获得粒度分布较为精确的窄级别物料,如 SiC磨料粉体。

⑤在实验室内利用水力分级的方法,测定微细物料(多为小于200目)的粒度组成,进行 粒度分析

2.精细分级原理

精细分级是根据不同粒度和形状的微细颗粒在介质(如空气或水)中所受的重力和介质 阻力不同、具有不同的沉降末速来进行的。分级可以在重力场中进行,也可以在离心力场中 进行。其基本原理是层流状态下的斯托克斯(Stocks)定律。

1.沉降分级(离)极限

在一定的力场(重力或离心力)中,当固体颗粒小到某一程度而不能被分离时,称为沉降 分离的极限。

悬浮于液体中的高度分散的微细固相颗粒能长时间在重力场甚至离心力场中保持悬浮状 态而不沉降。根据胶体化学原理,这个现象可解释为由于微细粒子的布朗运动必然出现的扩 散现象,即微细颗粒能自发地从浓度高处向低处扩散。作用在高度分散的微细颗粒上的重力 或离心力被由浓度梯度所产生的“渗透”压力所平衡。这时,在某一瞬间经单位沉降面积所沉 降的质量,等于由于浓度梯度向反方向扩散运动的质量,因此,可以采用布朗运动和扩散现 象的规律来确定极限颗粒的直径。


颗粒的表面电性,实际上颗粒由于带电而产生的静电作用力对微细颗粒的沉降和扩散运动也将产生影响,从而影响分离极限。

2.分级粒径

分级粒径或切割粒径,又称中位分离点,是衡量分级机技术性能的一个重要指标之一。

由于分级效率的原因,粗产品中夹杂一些细粒级物料,细产品中夹杂一些粗粒级物料。 但较粗的粒级主要集中于粗产品中,较细的粒级主要集中于细产品中。各粒级分配于粗或细产品中的分配率,分别称为在粗产品和细产品中的分配率。

一般来说,细粉提取率越高,分级机的分级效率越好。


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