中國粉體網(wǎng)訊 近年來，通過對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。
具體來說，粉體分級是指根據(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別的過程。粉體分級技術(shù)的關(guān)鍵是分散和分離。分散是指進(jìn)入分級機(jī)的物料要盡可能地分散開來，物料顆粒之間形成一定的空間距離。分離是指當(dāng)物料在分級室停留的有限時間內(nèi)，在氣流作用下完成分級功能，并從不同的粒徑出口流出。
1、精細(xì)分級分類和主要作用
根據(jù)分級介質(zhì)的不同，精細(xì)分級機(jī)也可分為兩大類：一是以空氣為介質(zhì)的干法分級機(jī)，主要是轉(zhuǎn)子（渦輪）式氣流分級機(jī)，如各類渦輪式氣流分級機(jī)。二是以水、油為介質(zhì)的濕式精細(xì)分級機(jī)，主要有超細(xì)水力旋流器、臥式螺旋沉降式離心機(jī)等。
各種分級機(jī) 圖源：粉體網(wǎng)-粉體展欄目
精細(xì)分級作業(yè)主要有兩個作用。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)域不僅對非金屬礦超細(xì)粉體的粒度大小（平均粒度或中位粒徑）有要求，而且對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，難以滿足用戶的要求。
此外，在超細(xì)粉碎作業(yè)中，隨著粉碎時間的延長，在合格細(xì)產(chǎn)物增加的同時，微細(xì)粒團(tuán)聚也增加，到某一時間，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)延長粉碎時間，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，必須及時地將合格的超細(xì)粒級粉體分離，使其不因“過磨”而團(tuán)聚。這就是一些超細(xì)粉碎工藝中設(shè)置精細(xì)分級作業(yè)的依據(jù)。
2、干式精細(xì)分級機(jī)概況與應(yīng)用創(chuàng)新
（1）干式（空氣）精細(xì)分級機(jī)概況
空氣分級機(jī)結(jié)構(gòu)種類繁多，按其是否具有轉(zhuǎn)動部件可分為靜態(tài)分級機(jī)和動態(tài)分級機(jī)兩大類。靜態(tài)分級機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，維護(hù)方便，只依靠固定的內(nèi)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)氣流運(yùn)動進(jìn)行分級；動態(tài)分級機(jī)內(nèi)部裝有風(fēng)扇或轉(zhuǎn)籠，利用其形成的離心力場與氣流相互配合進(jìn)行分級。相比于靜態(tài)分級機(jī)，動態(tài)分級機(jī)分級粒徑更小，分級效率更高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作難度較大。
空氣分級機(jī)的一般機(jī)制如下：待分級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，并被分為細(xì)組分；其余顆粒將偏轉(zhuǎn)到粗組分。
國內(nèi)先進(jìn)空氣分級機(jī) 圖源：粉體網(wǎng)-粉體展欄目
近年來，空氣分級技術(shù)發(fā)展迅速，無論是重力分級、慣性分級、流化床分級或者動態(tài)分級都有豐碩的成果。重力分級和流化床分級主要用于分離粒徑相差較大的混合顆粒，常規(guī)重力分級效率低，但通過增加內(nèi)構(gòu)件或優(yōu)化分離過程可顯著改善分級效率；流化床分級尚處于理論研究階段，工業(yè)中應(yīng)用較少；慣性分級和動態(tài)分級可用于超細(xì)粉體分級且分級效率較高，但流場結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，部分機(jī)械問題又難以解決。就目前的研究狀況來看，未來的研究方向主要包括調(diào)控分級流場、優(yōu)化分離過程、混合流型耦合分級3個方面。總之，伴隨著新工藝的應(yīng)用和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，顆粒分級要求日益嚴(yán)格，開發(fā)簡單、高效的新型分級機(jī)已成為亟待實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
（2）干式（空氣）精細(xì)分級機(jī)應(yīng)用與創(chuàng)新
渦流空氣分級機(jī)在設(shè)計中采用了與以往離心式分級機(jī)、旋風(fēng)式分級機(jī)完全不同的結(jié)構(gòu)和分級原理，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。
渦流空氣分級機(jī)分級室內(nèi)物料受力示意圖
渦輪式氣流分級機(jī)也稱為第三代分級機(jī)，一般包含蝸殼、轉(zhuǎn)籠、錐桶、導(dǎo)風(fēng)葉片、撒料盤等主要結(jié)構(gòu)，其直徑、葉片形狀、葉片間隙等對分級機(jī)的分級性能有顯著影響。但隨著其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，一些問題也逐漸暴露出來。如顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象、分級流場氣流分布不均勻、分級精度不高（仍需開發(fā)超微細(xì)精密分級設(shè)備）、分級效率與分級精度不可兼得等，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。
渦流空氣分級機(jī)的分類及性能對比表
總體來說，目前工業(yè)上應(yīng)用的主要渦流空氣分級機(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)分級機(jī)。這些干式精細(xì)分級機(jī)可與超細(xì)粉碎機(jī)配套使用，其分級粒徑可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中TSP型、MS型及其類似的分級機(jī)的分級產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d97=10μm左右，MSS型和ATP型、NEA型、LHB型及其類似的分級機(jī)的分級產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d97=3～5μm，TTC型和TFS型分級機(jī)的產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d97=2μm。依分級機(jī)規(guī)格或尺寸的不同，單機(jī)處理能力從每小時幾十千克到30t/h左右不等。
3、濕式精細(xì)分級機(jī)概況與應(yīng)用創(chuàng)新
（1）濕式精細(xì)分級機(jī)概況
濕式精細(xì)分級機(jī)是以水為介質(zhì)的濕法分級機(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，有時要設(shè)置濕式精細(xì)分級設(shè)備。目前工業(yè)上常用的濕式精細(xì)分級設(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)分級機(jī)應(yīng)用與創(chuàng)新
1）螺旋分級機(jī)
螺旋分級機(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)入螺旋分級機(jī)的物料顆粒，因自身重力和上升水流力的作用，粗粒可沉于槽底，被螺旋推向上部并最終返回磨機(jī)，細(xì)粒無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
螺旋分級機(jī)因具有結(jié)構(gòu)和操作簡單、運(yùn)行可靠、處理量和分級效率穩(wěn)定、傳動功率較小、生產(chǎn)成本較低、返砂含水量小、無需輔助設(shè)備、配置容易等優(yōu)點(diǎn)，被國內(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。但是螺旋分級機(jī)也存在設(shè)備體積大、價格高、占地面積大、分級效率不高等缺點(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)這兩個方面入手。如果分離因數(shù)不變，那么則可以通過增大離心機(jī)的長度來達(dá)到更好的分離效果。近幾年，新式螺旋分級機(jī)不斷發(fā)展，設(shè)備造型、性價比以及分級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)鼓通過主軸承水平安裝在機(jī)座上，并通過連接盤與差速器外殼連接。螺旋推料器通過軸承同心安裝在轉(zhuǎn)鼓里，并通過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、長度、轉(zhuǎn)速、分離因素、電機(jī)功率等。
復(fù)合式圓篩螺旋分級機(jī)：復(fù)合式圓篩螺旋分級機(jī)將傳統(tǒng)螺旋分級機(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)合式圓篩螺旋分級機(jī)后，礦漿按沉降速度差異首先進(jìn)行分級（首次分級），細(xì)顆粒隨溢流排出，首次分級后的粗砂通過螺旋輸送到其上部帶內(nèi)螺旋的圓筒篩進(jìn)行篩分分級（二次分級），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)處理或會同分級機(jī)溢流產(chǎn)品給入下一流程。以傳統(tǒng)螺旋分級機(jī)為基礎(chǔ)，改造的新型高效復(fù)合分級設(shè)備綜合了2種分級方法的特點(diǎn)，礦漿進(jìn)入圓筒篩前先進(jìn)行了水力分級，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效率。
斜窄流螺旋分級機(jī)：斜窄流螺旋分級機(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)斜窄流分級單元分級，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)。
多段圓錐螺旋分級機(jī)：多段圓錐螺旋分級機(jī)是在傳統(tǒng)螺旋分級機(jī)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過重大結(jié)構(gòu)改進(jìn)的一款新型螺旋分級機(jī)。它采用圓錐螺旋和圓錐面形槽體，在同一臺螺旋分級機(jī)上構(gòu)成多個分級室，產(chǎn)生多個分級面，相當(dāng)于多臺傳統(tǒng)螺旋分級機(jī)在進(jìn)行串聯(lián)工作，對目標(biāo)對象進(jìn)行多次分級，從而提高分級效率。其各分級室的操作參數(shù)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，這樣可在控制各分級室分級粒度基本相同的情況下大幅度提高分級效率，也可在各分級室分級粒度不同的情況下在同一臺分級機(jī)上獲得不同分級粒度的溢流產(chǎn)品。
2）超細(xì)水力旋流器（組）
水力旋流器從20世紀(jì)50年代開始引進(jìn)我國，到20世紀(jì)90年代對水力旋流器的研究和開發(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)與旋流器磨礦分級流程
常規(guī)水力旋流器中流體運(yùn)動形式大致分為四類：內(nèi)旋流、外旋流、短路流和循環(huán)流。其中內(nèi)外旋流是分級分選的必要條件，而消除短路流的影響是提高分級效率的手段，當(dāng)來料打入旋流器時，提供分級必須的動能之外，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，最后與內(nèi)旋流匯聚由溢流管排出。這部分未經(jīng)過分選分級的物料是造成溢流跑粗的主要原因。
水力分級旋流器主要結(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或數(shù)十個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，從而可提高分級效率。與傳統(tǒng)水力旋流器相比，其分級效率高10～20個百分點(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個向外的凹環(huán)，可對錐壁邊界礦漿起松散、擾動作用，以減少底流中細(xì)粒含量。因此，與傳統(tǒng)水力旋流器相比，分級量效率可提高7～11個百分點(diǎn)。
CZ系列高效旋流器：CZ系列高效旋流器的分級、磨損性優(yōu)于傳統(tǒng)水力旋流器，得益于雙圓弧設(shè)計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，分級效率較普通旋流器高10～20個百分點(diǎn)。雙圓弧設(shè)計減輕了礦漿對筒體的磨損，采用CNU高級耐磨材料延長了使用壽命。
結(jié)語
分級機(jī)技術(shù)裝備發(fā)展至今可謂各有長短，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。不過對于設(shè)備研發(fā)而言，市場趨勢、應(yīng)用范圍、分級效率、設(shè)備體積、價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：常用分級機(jī)及其優(yōu)化改進(jìn)研究現(xiàn)狀，昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院
盧道銘，等：顆粒空氣分級技術(shù)研究進(jìn)展，中國石油大學(xué)（北京）
秦道鑫，等：渦輪式氣流分級機(jī)分級性能研究，長江大學(xué)
周鄭琪，等：新型水力分級旋流器大型化工業(yè)試驗(yàn)研究，中國礦業(yè)大學(xué)
粉體網(wǎng)等
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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