典型粉体改性设备及国内新成果介绍
2020-12-23 08:32:42
在粉体的制备、分级和实际应用中，为提高粉体的流散性进行的分散处理，为提高粉体的表面活性及相容性进行的活化处理，以及为提高粉体的使用功能进行的粒子复合处理等，通常统称为粉体的改性处理，粉体改性设备很大程度上决定了粉体改性质量的好坏。
使粉体颗粒发生打散、活化、混合、整形、包覆与复合的设备都称为改性设备，由于物料种类繁多、性质各不相同，改性的质量指标也不一致，因而出现了多种性质不同的改性设备，比如混合机、开炼机、密炼机、反应釜、反应罐、粉碎机、涡流磨等，这些改性设备大多是借用了其他行业的现有设备用来对粉体进行改性处理，而针对微纳米粉体改性处理，开发出的专用改性设备与之相比并不很多。
以下将对典型粉体改性设备及其发展的新理念和新动向进行简单介绍。
一、典型的粉体改性及复合的专用设备
1.SLG型连续式粉体表面改性机
1.1.工作原理：
本机组完成粉体表面处理主要借助于三个成品字形的改性筒，干燥的粉体和经过精确计量的药剂，同时进入改性筒，随转子的高速旋转呈流态化蜗螺运行，借助高速运行粉体对撞、磨擦、剪切及高速转动的转子所产生的热量迅速改性成膜。
1.2.该设备操作特点及注意事项：
A、准备工作：将药剂放入加药桶内，如是固体药剂则需要先进行加热溶解处理，根据不同药剂的溶解温度将加药桶的加热温度设置好，一般为120度左右。温度设置时为防止电热带过热损坏，应分三到四次设置温度，待药剂溶解好备用，根据改性工艺，将计量泵的流量设置到正确的位置。
B、开机：严格按照开机的顺序进行操作，从风机开始，脉冲除尘器→旋风收尘器→一号筒主机→二号筒主机→三号筒主机→喂料螺杆输送机→投料→加药剂。
C、正常生产中：生产线设备启动正常后，主机内的温度上升有一个过程，一般时间为十余分钟，为保证产品质量的稳定，在出料口显示的温度达到正常改性温度之前，排料口接出的物料应回到原料口，重新进入主机再改性一遍。
1.3.适用范围
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。潍坊正远改性机实物图如下所示。
2.粉体干燥改性复合设备
干燥式粉碎及表面改性机为一种兼具加热、粉碎和表面改性的多功能设备。其中英国Atritor公司的Dryer Pulveriser，是一种连续生产的设备，运转过程的温度和停留时间等可以调节。这种设备具有快速干燥功能，物料中的水分和加入其中的表面改性剂的溶剂组分能迅速地被气化，留下的活性组分吸附在颗粒表面。
国外的蜂巢磨
国内的蜂巢磨
3、HYB高速气流冲击式表面改性机
3.1.结构组成工作原理
日本制造的HYB型高速冲击式粉体表面改性机，是由东京理科大学小石教授与（株）奈良机械制作所，共同开发完成的。主机结构主要由高速旋转的转子、定子、循环回路、翼片、夹套、给料和排料装置等部分组成。
3.2.工作原理
投入机内的物料在转子、定子等部件的作用下被迅速分散，同时不断受到以冲击力为主的包括颗粒相互间的压缩、摩擦和剪切力等诸多力的作用，在较短时间内即可完成表面包覆、成膜或球形化处理。
3.3.适用范围
该系统不仅可用于粉体的表面化学包覆、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。
二、表面改性与复合专用设备发展的新理念新动向
我们国内大多改性设备设备都是国外引进的，随着科技的发展，和我国科技人员的不但深入研究，在粉体表面改性与复合专用设备方面，取得了一些新的成果。
其中由临清市陀螺机械有限公司技术人员研发的TCM-B陀螺磨（专利号ZL 2017 1 1087451.3一种扰动增强粉碎与表面改性的设备）可集粉碎、表面改性、粒子复合与一体，是一种新近不断研发中的新型粉体改性与复合设备，本机具有变径的筒状磨粉转子，磨粉转子与机壳内衬形成了变径的环状套筒结构，变径套筒包括收缩段、扩张段、在变径的喉部，设置若干均匀分布的喷嘴，喷入改性微粒子或者改性剂，气流携带物料在所述的环状套筒内随气流螺旋上升,气流的气压和流速随着所述环状套筒直径的变化,不断地变化；喉部喷入改性微粒子或者改性剂具有压力作用下的冲击动能，在收缩的喉部得到释放，形成了文丘里管效应,能显著增强改性微粒子和改性剂与物料粉体的撞击、分散、混合效果，能让粉体与改性物质有充分的接触和作用机会，能减少改性剂用量，实现对粉体更均匀的包覆。
也可根据改性微粒子复合的层数或者种类设置多层、均匀分布的喷嘴，用先进智能自动控制技术，对喷嘴的喷射频率、喷射顺序、压力等参数进行在线自动调控，达到实现改性粉体颗粒单层包覆，和不同特性改性微粒的多层包覆的工艺需求，达到颗粒包覆结构复杂化的工艺目的。
设备特点：
具备快速分级的选粉分级结构，可实现粗颗粒的快速回流循环。
有夹套，温度通过制冷加热温控系统的导热液对设备进行高精度智能型温度控制，可实现-55-250度范围内的连续控温，实现温度的精确控制。
工作在负压状态，配有除尘，无空气污染。配有PLC自动控制系统，可实现连续稳定的粉体改性及复合处理。
1底座 2主电机 5夹套 11选粉轮 14出料口 22主轴座 24选粉电机
(以上图片均来自网络)
参考文献
粉体表面改性处理设备及其发展 吉晓莉、陈家炎
影响粉体表面改性效果的主要因素 郑水林
微纳米粉体制备与改性设备 李凤生、刘宏英等
：阿栋
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粉体改性之“机械化学法”摘要
在超细粉体制备技术中将两种或两种以上的超细粒子进行包覆或者复合处理后，能制造出高性能、多功能、新功能的结构材料与复合粉体材料，因此微纳米粉体的改性与复合通常又称为微纳米粉体的“粒子设计”，粒子设计理论已成为获得新功能微纳米粉体材料的重要手段；应用的领域包括军事、航空航天、化工、冶金、电子、生物工程、医药、新材料等，广阔的应用需求使得其成为粉体工程研究的热点。
使微纳米粉体的物料微细化、 粒径表面活性化、颗粒包覆结构复杂化成为粉体材料的发展趋势，作为实现微纳米粉体的改性与复合的设备，以粒子设计理论而进行专用设备的开发成为粉体工程进行研究的重点，其应用前景越来越广阔。
因以机械化学法进行改性的设备在发展“复合”处理工艺上有突出的优势 ，即将物料微细化、 粒径表面活性化、颗粒包覆结构复杂化在机械化学法的工艺或系统中组合进行，更容易实现多个处理目标，因此以机械化学法进行粉体改性及复合设备成为了研发的热点之一。
机械力化学法原理是：将在常温下互不粘性，也不发生化学反应的两种或多种微纳米粉体，通过外加机械作用力，使其一种较细的颗粒均匀分布于另一种较粗的颗粒外表，并使二者之间发生化学键合作用产生良好的结合，该改性与复合过程实质上是将机械作用能转化成了化学结合能，因而称之为机械化学过程，理论分析及实验研究都表明，改性设备的冲击力大小及冲击方式、系统的温度控制是影响改性效果的主要因素。