应用与开发
超细粉体的应用及制备
刘宏英,李春俊,白华萍,李凤生
(南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所,江苏南京210094)摘要:介绍了超细粉体在国民经济各领域的应用,研究了各种超细粉体的制备技术、分级技术及设备的性能特点,分析了国内外相关技术,对超细粉体技术今后的发展和研究方向提出了建议。
关键词:超细粉碎;制备;分级
中图分类号:TB44 文献标识码:A 文章编号:1002-1116(2001)01-0030-03
超细粉体技术是指制备与使用超细粉体及其相关的技术。其研究内容包括超细粉体的制备技术,分级技术,分离技术,干燥技术,输送、混合与均化技术,表面改性技术,粒子复合技术,检测及应用技术等。南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所在国内率先开展了易燃易爆材料、纤维材料、塑性材料和刚柔混合材料等特殊材料的超细粉碎、混合、乳化、分级与表面改性技术研究。经过多年的研究和实际应用,取得了一些成功的经验。目前该技术与设备已广泛用于军民各个领域,为国防现代化和国民经济的发展作出了一定的贡献。由于超细粉体技术是一门综合性很强的技术,涉及知识面很广,本文就超细粉体的应用、超细粉碎技术、分级技术作简要综述。
1 超细粉体应用的研究进展
超细粉体不仅本身是一种功能材料,而且为新的功能材料的复合与开展展现了广阔的应用前景[1]。超细粉体由于粒度细、分布窄、质量均匀,因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解速度快、烧结体强度大以及独特的电性、磁性、光学性等,因而广泛应用于许多高新技术领域。1.1 在材料领域的应用
超细粉体在材料领域应用广泛。如磁性材料、隐身隐形材料、高耐磨及超塑材料、新型冶金材料及建筑材料。利用超细陶瓷粉可制成超硬塑性抗冲击材料,可用其制造坦克和装甲车复合板,这种复合板较普通坦克钢板重量轻30%～50%,而抗冲击强度较之提高1～3倍,是一种极好的新型复合材料[2]。将固体氧化剂、炸药及催化剂超细化后,制成的推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高1～10倍[3],这对制造高性能火箭及导弹十分有利。1.2 在化工领域的应用
将催化剂超细化后可使石油的裂解速度提高1～5倍,赤磷超细化后不仅可制成高性能燃烧剂,而且与其它有机物反映可生成新的阻燃材料。油漆、涂料、染料中固体成分超细化后可制成高性能高附着力的新型产品。在造纸、塑料及橡胶产品中,其固体填料如:重质碳酸钙、氧化钛、氧化硅等超细化后可生产出高性能的铜板纸、塑料及橡胶产品。
1.3 在生物医药领域的应用
医药经超细化后,外用或内服时可提高吸收率、疗效及利用率,适当条件下可改变剂型,如微米、亚微米及纳米药粉可制成针剂使用[4]。在医疗诊断方面可将超细粉经适当处理后注入或服入人体内进行各种病理诊断。
南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所已成功地为上海XX医药公司、常州XX公司及浙江XX公司等单位生产了大量超细硫糖铝及超细阿基诺维奇等药,产品性能提高,达到国际标准,因而大
第29卷第1期2001年2月
江苏化工
Jiangs u Chemical Indus try
Vol.29No.1
Feb.2001
收稿日期:2000-10-18
作者简介:刘宏英(1954年出生),女,江苏南京人,高级工程师,1980年毕业于华东工学院机械制造专业,长期从事超细粉体物料的制备、粉碎、分级等技术研究,已发表论文数篇。
量出口创汇,价格显著提升,产生了良好的经济效益和社会效益。
1.4 在中医药保健食品中的应用
超细粉体技术扩展到中草药及保健食品中,扩大了人类的食品源,使得有营养,但因无法直接被人体吸收的植物变成了高档的营养性保健食品。经超细化的中药材大大提高了有效成分的溶出速度和利用率,且服用方便,避免了繁杂的煎煮。再如茶叶、灵芝、孢子、花粉、螺旋藻、蔬菜、水果、珍珠、蚕丝、人参、贝壳、蛇、蚂蚁、甲鱼、动物和鱼类的鲜骨及脏器的超细化,都为人类提供了大量的新型纯天然高吸收率的保健食品。目前南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所已成功的研制出粉碎上述物料的技术,并可使灵芝孢子、花粉在常温下100%破壁。近几年来已在全国建成了多条生产线,利用该技术已取得了很好的社会效益和经济效益。
1.5 在日用化工领域的应用
在美容、护肤、化妆品方面超细粉体的作用十分重要。如护肤防晒膏中,加入超细蚕丝粉具有良好的防紫外线作用。由于它是一种含有大量蛋白质的天然有机物,进入皮肤毛孔后,易被内分泌物溶化吸收,不仅不堵塞皮肤毛孔而且还会起到一定的营养皮肤的作用。这种新型产品研究成功的关键是如何采用超细粉体技术及设备将极难超细化的蚕丝纤维粉碎到5μm以下,使毛孔内分泌物快速溶化。南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所成功地研究出了d50<5μm的超细蚕丝粉、超细珍珠粉,用其制成的珍珠粉饼和珍珠丝素粉饼受到了用户的欢迎,养颜美容护肤效果十分好。
1.6 在废弃物再生与综合利用方面的应用
废地毯、废电缆、废汽车轮胎等如何再生利用是环保的需要,也是经济建设的需要。将这些废物回收处理再利用已成为各界关注的课题。将废物粉碎处理,制成各类材料,针对环境与资源的综合利用课题,越来越被国内外研究机构重视,有关这类的研究报道逐年增加。如炉渣的粉碎,作为填料加入建筑材料中,不仅减轻重量而且经济耐用。
2 超细粉碎技术进展
自80年代以来,国内对超细粉体的认识有了较大的提高,许多单位都投入大量的人力物力在进行研究、开发和利用。有些方面的研究工作与国外相比已处于较先进的水平。例如:纳米材料的研究在国际上排名第五,居美、日、英、德之后,与法国、俄罗斯相当。易燃易爆材料的超细粉体制备与应用及刚柔混合材料的超细化等与国际先进水平相当。但总体水平与先进国家相比尚有一定的差距。这主要表现在硬件和软件方面。例如超细粉体技术的基础理论工作开展甚少,缺少全面系统的理论研究。超细粉体的制备及分级的设备品种与档次尤其是自动控制,机电一体化方面与国外差距较大,再者用于制造超细研磨设备的材料及制造工艺与国外尚有一定的差距。超细粉体的表面改性工作,我国已开展了一定的研究,而复合超细粒子的制备技术则刚刚起步,与先进国家相比则差距较大。因此对国内研究人员来说,面临的任务是艰巨的,要迎头赶上先进国家必须要下大的决心,花大力气研究出适合我国国情的粉碎新设备,以满足市场日益增长的需求。
2.1 气流式粉碎机
气流式粉碎机是在高速气流作用下,物料通过本身颗粒之间的撞击,气流对物料的冲击、剪切、摩擦等作用以及物料与其它部件的冲击、摩擦、剪切作用而使物料粉碎。随着科学技术的不断发展,人们对这类粉碎机进行了不断的改进,先后出现了扁平式、循环式、对撞式、流化床式、靶式、超音速气流磨等,广泛应用于化工、材料、冶金、非矿、农药、电子、食品、医药、军工等领域。气流粉碎机在超微粉碎领域的应用虽然仍存在粉碎极限的局限性,以及能量利用率低的缺点,但它仍还在许多领域被用于制造超细粉体。南京理工大学超细粉体与表面科学研究所研制的GQF系列圆盘式气流粉碎机采取了防止静电和火花产生的措施,内腔是采用导电率高的超硬、高耐磨材料作衬里,克服了目前普通圆盘式气流粉碎机的许多缺点。因此,特别适用于易燃易爆材料、热敏性材料的超细化。另外对该机的磨腔进行了优化设计,所以其产品较普通圆盘式气流粉碎机生产出的产品更细。
2.2 高速旋转撞击式粉碎机
高速旋转撞击式粉碎机由于结构及作用力方式不同又分为销棒粉碎机、摆锤式粉碎机、轴流式粉碎机等。这种类型的粉碎机主要是利用高速旋转的部件产生强大的强冲击力、剪切力、摩擦力而使物料被粉碎。如配以合适的分级装置并进行循环粉碎,则可以获得理想的超细粉体。这种类型的粉碎机由于结构简单、占地面积小、操作方便、生产能力大、生产成本低、能耗低、易拆卸保养、价格较低廉而深受用
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第29卷第1期 刘宏英等:超细粉体的应用及制备
