中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來(lái)，通過(guò)對(duì)大量粉體的研究和應(yīng)用表明，只有粉體粒徑分布符合一定粒度需求，才能最大限度的發(fā)揮材料的最優(yōu)性能。在此背景下，粉體分級(jí)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并逐步成為了粉體技術(shù)的核心。
具體來(lái)說(shuō)，粉體分級(jí)是指根據(jù)固體顆粒在同一介質(zhì)內(nèi)，因顆粒粒度、顆粒密度、顆粒形狀或顆粒表面物理化學(xué)特性不同而具有不同沉降速度，利用不同的沉降速度將顆粒群分為兩種或多種粒度級(jí)別的過(guò)程。粉體分級(jí)技術(shù)的關(guān)鍵是分散和分離。分散是指進(jìn)入分級(jí)機(jī)的物料要盡可能地分散開(kāi)來(lái)，物料顆粒之間形成一定的空間距離。分離是指當(dāng)物料在分級(jí)室停留的有限時(shí)間內(nèi)，在氣流作用下完成分級(jí)功能，并從不同的粒徑出口流出。
1、精細(xì)分級(jí)分類和主要作用
根據(jù)分級(jí)介質(zhì)的不同，精細(xì)分級(jí)機(jī)也可分為兩大類：一是以空氣為介質(zhì)的干法分級(jí)機(jī)，主要是轉(zhuǎn)子（渦輪）式氣流分級(jí)機(jī)，如各類渦輪式氣流分級(jí)機(jī)。二是以水、油為介質(zhì)的濕式精細(xì)分級(jí)機(jī)，主要有超細(xì)水力旋流器、臥式螺旋沉降式離心機(jī)等。
各種分級(jí)機(jī) 圖源：粉體網(wǎng)-粉體展欄目
精細(xì)分級(jí)作業(yè)主要有兩個(gè)作用。一是確保產(chǎn)品的粒度分布滿足應(yīng)用的需要，二是提高超細(xì)粉碎作業(yè)的效率。例如，許多應(yīng)用領(lǐng)域不僅對(duì)非金屬礦超細(xì)粉體的粒度大�。ㄆ骄６然蛑形涣剑┯幸�，而且對(duì)其粒度分布有一定要求。有些粉碎設(shè)備，特別是球磨機(jī)、振動(dòng)磨、干式攪拌磨等，研磨產(chǎn)物的粒度分布往往較寬，如果不進(jìn)行分級(jí)，難以滿足用戶的要求。
此外，在超細(xì)粉碎作業(yè)中，隨著粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，在合格細(xì)產(chǎn)物增加的同時(shí)，微細(xì)粒團(tuán)聚也增加，到某一時(shí)間，粉體粒度減小的速度與微細(xì)顆粒團(tuán)聚的速度達(dá)到平衡，這就是所謂的粉碎平衡。在達(dá)到粉碎平衡的情況下，繼續(xù)延長(zhǎng)粉碎時(shí)間，產(chǎn)物的粒度不再減小甚至增大。因此，要提高超細(xì)粉碎作業(yè)的效率，必須及時(shí)地將合格的超細(xì)粒級(jí)粉體分離，使其不因“過(guò)磨”而團(tuán)聚。這就是一些超細(xì)粉碎工藝中設(shè)置精細(xì)分級(jí)作業(yè)的依據(jù)。
2、干式精細(xì)分級(jí)機(jī)概況與應(yīng)用創(chuàng)新
（1）干式（空氣）精細(xì)分級(jí)機(jī)概況
空氣分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)種類繁多，按其是否具有轉(zhuǎn)動(dòng)部件可分為靜態(tài)分級(jí)機(jī)和動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)兩大類。靜態(tài)分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維護(hù)方便，只依靠固定的內(nèi)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)氣流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分級(jí)；動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)內(nèi)部裝有風(fēng)扇或轉(zhuǎn)籠，利用其形成的離心力場(chǎng)與氣流相互配合進(jìn)行分級(jí)。相比于靜態(tài)分級(jí)機(jī)，動(dòng)態(tài)分級(jí)機(jī)分級(jí)粒徑更小，分級(jí)效率更高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作難度較大。
空氣分級(jí)機(jī)的一般機(jī)制如下：待分級(jí)的粒料懸浮在氣流中，顆粒受到氣流曳力與重力、離心力、浮力、Magnus力、Basset力、Saffman剪切提升力等的相互作用。若顆粒很小，則氣流曳力占主導(dǎo)地位，顆粒將跟隨氣流一起運(yùn)動(dòng)，并被分為細(xì)組分；其余顆粒將偏轉(zhuǎn)到粗組分。
國(guó)內(nèi)先進(jìn)空氣分級(jí)機(jī) 圖源：粉體網(wǎng)-粉體展欄目
近年來(lái)，空氣分級(jí)技術(shù)發(fā)展迅速，無(wú)論是重力分級(jí)、慣性分級(jí)、流化床分級(jí)或者動(dòng)態(tài)分級(jí)都有豐碩的成果。重力分級(jí)和流化床分級(jí)主要用于分離粒徑相差較大的混合顆粒，常規(guī)重力分級(jí)效率低，但通過(guò)增加內(nèi)構(gòu)件或優(yōu)化分離過(guò)程可顯著改善分級(jí)效率；流化床分級(jí)尚處于理論研究階段，工業(yè)中應(yīng)用較少；慣性分級(jí)和動(dòng)態(tài)分級(jí)可用于超細(xì)粉體分級(jí)且分級(jí)效率較高，但流場(chǎng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，部分機(jī)械問(wèn)題又難以解決。就目前的研究狀況來(lái)看，未來(lái)的研究方向主要包括調(diào)控分級(jí)流場(chǎng)、優(yōu)化分離過(guò)程、混合流型耦合分級(jí)3個(gè)方面�？傊�，伴隨著新工藝的應(yīng)用和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，顆粒分級(jí)要求日益嚴(yán)格，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、高效的新型分級(jí)機(jī)已成為亟待實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
（2）干式（空氣）精細(xì)分級(jí)機(jī)應(yīng)用與創(chuàng)新
渦流空氣分級(jí)機(jī)在設(shè)計(jì)中采用了與以往離心式分級(jí)機(jī)、旋風(fēng)式分級(jí)機(jī)完全不同的結(jié)構(gòu)和分級(jí)原理，使其具有粉體處理量大、產(chǎn)粉效率高，能耗低、操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，粉體粒度可調(diào)控范圍大、維護(hù)方便、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)投用便得到了迅猛發(fā)展。
渦流空氣分級(jí)機(jī)分級(jí)室內(nèi)物料受力示意圖
渦輪式氣流分級(jí)機(jī)也稱為第三代分級(jí)機(jī)，一般包含蝸殼、轉(zhuǎn)籠、錐桶、導(dǎo)風(fēng)葉片、撒料盤(pán)等主要結(jié)構(gòu)，其直徑、葉片形狀、葉片間隙等對(duì)分級(jí)機(jī)的分級(jí)性能有顯著影響。但隨著其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，一些問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)。如顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象、分級(jí)流場(chǎng)氣流分布不均勻、分級(jí)精度不高（仍需開(kāi)發(fā)超微細(xì)精密分級(jí)設(shè)備）、分級(jí)效率與分級(jí)精度不可兼得等，基于這些缺點(diǎn)進(jìn)行的設(shè)備參數(shù)優(yōu)化也一直是其重要的研發(fā)方向。
渦流空氣分級(jí)機(jī)的分類及性能對(duì)比表
總體來(lái)說(shuō)，目前工業(yè)上應(yīng)用的主要渦流空氣分級(jí)機(jī)是MS型、MSS型、O-Sepa型、ATP型或改進(jìn)型以及LHB型、NEA型、TFS型等干式精細(xì)分級(jí)機(jī)。這些干式精細(xì)分級(jí)機(jī)可與超細(xì)粉碎機(jī)配套使用，其分級(jí)粒徑可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中TSP型、MS型及其類似的分級(jí)機(jī)的分級(jí)產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d97=10μm左右，MSS型和ATP型、NEA型、LHB型及其類似的分級(jí)機(jī)的分級(jí)產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d97=3～5μm，TTC型和TFS型分級(jí)機(jī)的產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d97=2μm。依分級(jí)機(jī)規(guī)格或尺寸的不同，單機(jī)處理能力從每小時(shí)幾十千克到30t/h左右不等。
3、濕式精細(xì)分級(jí)機(jī)概況與應(yīng)用創(chuàng)新
（1）濕式精細(xì)分級(jí)機(jī)概況
濕式精細(xì)分級(jí)機(jī)是以水為介質(zhì)的濕法分級(jí)機(jī)，主要有超細(xì)水力旋流器、臥式螺旋沉降式離心機(jī)等。在濕法超細(xì)磨礦或黏土類礦物的濕法提純工藝中，為了提高磨礦效率以及控制最終產(chǎn)品細(xì)度和粒度分布，有時(shí)要設(shè)置濕式精細(xì)分級(jí)設(shè)備。目前工業(yè)上常用的濕式精細(xì)分級(jí)設(shè)備主要有螺旋卸料沉降離心機(jī)和超細(xì)水力旋流器。
（2）濕式精細(xì)分級(jí)機(jī)應(yīng)用與創(chuàng)新
1）螺旋分級(jí)機(jī)
螺旋分級(jí)機(jī)是借助固體粒子大小、密度不同，因而在礦漿中的沉降速度不同，達(dá)到基本按粗細(xì)粒分離的設(shè)備。進(jìn)入螺旋分級(jí)機(jī)的物料顆粒，因自身重力和上升水流力的作用，粗�？沙劣诓鄣�，被螺旋推向上部并最終返回磨機(jī)，細(xì)粒無(wú)法成功沉降至槽底而隨礦漿從溢流口流出。
固相在離心機(jī)內(nèi)的分布
螺旋分級(jí)機(jī)因具有結(jié)構(gòu)和操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、處理量和分級(jí)效率穩(wěn)定、傳動(dòng)功率較小、生產(chǎn)成本較低、返砂含水量小、無(wú)需輔助設(shè)備、配置容易等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)外眾多選礦廠采用，尤其在一段球磨磨礦流程中被普遍采用。但是螺旋分級(jí)機(jī)也存在設(shè)備體積大、價(jià)格高、占地面積大、分級(jí)效率不高等缺點(diǎn)。而想要提高臥螺離心機(jī)的分離效果，大致要從優(yōu)化液池的表面積以及離心機(jī)的分離因數(shù)這兩個(gè)方面入手。如果分離因數(shù)不變，那么則可以通過(guò)增大離心機(jī)的長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到更好的分離效果。近幾年，新式螺旋分級(jí)機(jī)不斷發(fā)展，設(shè)備造型、性價(jià)比以及分級(jí)效率也有了顯著的提升。
離心機(jī)組成
臥式螺旋卸料離心機(jī)：臥式螺旋卸料離心機(jī)主要由柱-錐形轉(zhuǎn)鼓、螺旋推料器、行星差速器、擋料板、差速器、扭矩調(diào)節(jié)器、減振墊、布料器、外殼和機(jī)座等零件組成。轉(zhuǎn)鼓通過(guò)主軸承水平安裝在機(jī)座上，并通過(guò)連接盤(pán)與差速器外殼連接。螺旋推料器通過(guò)軸承同心安裝在轉(zhuǎn)鼓里，并通過(guò)外在鍵與差速器輸出軸內(nèi)在鍵相連。臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為轉(zhuǎn)鼓直徑、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、分離因素、電機(jī)功率等。
復(fù)合式圓篩螺旋分級(jí)機(jī)：復(fù)合式圓篩螺旋分級(jí)機(jī)將傳統(tǒng)螺旋分級(jí)機(jī)上部空間改造成內(nèi)螺旋篩，當(dāng)?shù)V漿從給礦口給入復(fù)合式圓篩螺旋分級(jí)機(jī)后，礦漿按沉降速度差異首先進(jìn)行分級(jí)（首次分級(jí)），細(xì)顆粒隨溢流排出，首次分級(jí)后的粗砂通過(guò)螺旋輸送到其上部帶內(nèi)螺旋的圓筒篩進(jìn)行篩分分級(jí)（二次分級(jí)），篩上產(chǎn)品進(jìn)入磨礦機(jī)，與磨礦機(jī)形成閉路磨礦。篩下物可以選擇單獨(dú)處理或會(huì)同分級(jí)機(jī)溢流產(chǎn)品給入下一流程。以傳統(tǒng)螺旋分級(jí)機(jī)為基礎(chǔ)，改造的新型高效復(fù)合分級(jí)設(shè)備綜合了2種分級(jí)方法的特點(diǎn)，礦漿進(jìn)入圓筒篩前先進(jìn)行了水力分級(jí)，將礦泥、微細(xì)粒、木屑等雜質(zhì)優(yōu)先分出，有利于提高篩分分級(jí)效率。
斜窄流螺旋分級(jí)機(jī)：斜窄流螺旋分級(jí)機(jī)綜合了斜淺層沉降原理和窄流分離原理，其主體功能結(jié)構(gòu)包括斜窄流分級(jí)組合體和螺旋體。磨機(jī)排礦自流進(jìn)入給礦槽，經(jīng)斜窄流分級(jí)單元分級(jí)，形成溢流和沉砂，其中合格產(chǎn)品從溢流口進(jìn)入下段作業(yè)，沉砂經(jīng)螺旋提升從返砂口返回磨機(jī)。
多段圓錐螺旋分級(jí)機(jī)：多段圓錐螺旋分級(jí)機(jī)是在傳統(tǒng)螺旋分級(jí)機(jī)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)重大結(jié)構(gòu)改進(jìn)的一款新型螺旋分級(jí)機(jī)。它采用圓錐螺旋和圓錐面形槽體，在同一臺(tái)螺旋分級(jí)機(jī)上構(gòu)成多個(gè)分級(jí)室，產(chǎn)生多個(gè)分級(jí)面，相當(dāng)于多臺(tái)傳統(tǒng)螺旋分級(jí)機(jī)在進(jìn)行串聯(lián)工作，對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行多次分級(jí)，從而提高分級(jí)效率。其各分級(jí)室的操作參數(shù)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，這樣可在控制各分級(jí)室分級(jí)粒度基本相同的情況下大幅度提高分級(jí)效率，也可在各分級(jí)室分級(jí)粒度不同的情況下在同一臺(tái)分級(jí)機(jī)上獲得不同分級(jí)粒度的溢流產(chǎn)品。
2）超細(xì)水力旋流器（組）
水力旋流器從20世紀(jì)50年代開(kāi)始引進(jìn)我國(guó)，到20世紀(jì)90年代對(duì)水力旋流器的研究和開(kāi)發(fā)發(fā)展到熱潮，于各行業(yè)中取得了顯著的成果，尤其是可以得到品位較高的礦石。
立式攪拌磨機(jī)與旋流器磨礦分級(jí)流程
常規(guī)水力旋流器中流體運(yùn)動(dòng)形式大致分為四類：內(nèi)旋流、外旋流、短路流和循環(huán)流。其中內(nèi)外旋流是分級(jí)分選的必要條件，而消除短路流的影響是提高分級(jí)效率的手段，當(dāng)來(lái)料打入旋流器時(shí)，提供分級(jí)必須的動(dòng)能之外，有部分物料與貼近旋流器頂壁產(chǎn)生碰撞并沿著溢流管外壁向下運(yùn)動(dòng)，最后與內(nèi)旋流匯聚由溢流管排出。這部分未經(jīng)過(guò)分選分級(jí)的物料是造成溢流跑粗的主要原因。
水力分級(jí)旋流器主要結(jié)構(gòu)
超細(xì)水力旋流器直徑一般為10～50mm，這種小直徑的水力旋流器通常制成帶有長(zhǎng)的圓筒部分和小錐角的錐形部分，內(nèi)襯耐磨陶瓷、模鑄塑料、人造橡膠或用聚氨酯材料制造。在工業(yè)生產(chǎn)中，為彌補(bǔ)小直徑旋流器處理能力小的缺點(diǎn)，通常采用若干個(gè)小直徑旋流器并聯(lián)安裝形成旋流器組，這種旋流器組可由幾個(gè)或數(shù)十個(gè)小直徑水力旋流器組成。目前，超細(xì)水力旋流器已經(jīng)逐步發(fā)展出多種新結(jié)構(gòu)，分級(jí)效果也在穩(wěn)步提升。
變徑水力旋流器：旋流器中流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其力學(xué)特性與水力旋流器內(nèi)截面的曲率半徑密切相關(guān)，變徑水力旋流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為大小不同的二曲率半徑，在曲率半徑小的區(qū)域由于回轉(zhuǎn)而形成小旋渦區(qū)，小旋渦區(qū)內(nèi)有利于顆粒離心沉降和層流分層，有助于減少底流中的細(xì)粒含量，從而可提高分級(jí)效率。與傳統(tǒng)水力旋流器相比，其分級(jí)效率高10～20個(gè)百分點(diǎn)，低壓給礦節(jié)能30%。
新型異構(gòu)水力旋流器：新型異構(gòu)水力旋流器具有兩大特點(diǎn)：溢流管下端外部安裝圓盤(pán)狀套環(huán)用以阻止進(jìn)入溢流的短路流，以減少粗顆粒進(jìn)入溢流；錐體部分設(shè)有2個(gè)向外的凹環(huán)，可對(duì)錐壁邊界礦漿起松散、擾動(dòng)作用，以減少底流中細(xì)粒含量。因此，與傳統(tǒng)水力旋流器相比，分級(jí)量效率可提高7～11個(gè)百分點(diǎn)。
CZ系列高效旋流器：CZ系列高效旋流器的分級(jí)、磨損性優(yōu)于傳統(tǒng)水力旋流器，得益于雙圓弧設(shè)計(jì)入礦口和模壓整體燒結(jié)成CNU材料，其溢流粒度細(xì)，沉砂夾細(xì)少，分級(jí)效率較普通旋流器高10～20個(gè)百分點(diǎn)。雙圓弧設(shè)計(jì)減輕了礦漿對(duì)筒體的磨損，采用CNU高級(jí)耐磨材料延長(zhǎng)了使用壽命。
結(jié)語(yǔ)
分級(jí)機(jī)技術(shù)裝備發(fā)展至今可謂各有長(zhǎng)短，在實(shí)際應(yīng)用中因需求各不相同而選擇各異，設(shè)備選型的核心要素在于自己的粉體產(chǎn)品。不過(guò)對(duì)于設(shè)備研發(fā)而言，市場(chǎng)趨勢(shì)、應(yīng)用范圍、分級(jí)效率、設(shè)備體積、價(jià)格等均是要考慮的因素，這些直接關(guān)乎企業(yè)發(fā)展。
參考來(lái)源：
鄭水林孫志明主編非金屬礦加工與應(yīng)用（第四版）化學(xué)工業(yè)出版社
王德正，等：常用分級(jí)機(jī)及其優(yōu)化改進(jìn)研究現(xiàn)狀，昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院
盧道銘，等：顆�？諝夥旨�(jí)技術(shù)研究進(jìn)展，中國(guó)石油大學(xué)（北京）
秦道鑫，等：渦輪式氣流分級(jí)機(jī)分級(jí)性能研究，長(zhǎng)江大學(xué)
周鄭琪，等：新型水力分級(jí)旋流器大型化工業(yè)試驗(yàn)研究，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
粉體網(wǎng)等
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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