粉末的分級與處理 粉體的細化 粉體的分級

粉體研磨流程

細化粉體粒徑的設備 粉碎 球磨 珠磨 噴射流粉體對磨

Crush Gyratory crush JAW crush

Vibration mill and Fluid shear mill Vibration mill Fluid shear mill

Pin mill and Fluid jet mill Pin mill Fluid jet mill

Hammer mill and ball mill

Attrition Mill 置入磨球攪拌 可連續式生產 會產生高熱, 所以需要冷卻 效率高污染大

Dyno mill 或 bead mill 珠磨機, 水平連續式 可以研磨至奈米級 磨球直徑約 1~3 mm 污染大 可細化, 可分散 以濕磨方式, 將漿料以蠕動幫浦打入 漿料品質如不符規格可以再回流 可工業化生產

粒徑對球磨時間的關係 球磨時間越長, 污染越嚴重, 粒徑會越小至一穩定值

各種細化粉體的方式其能量的消耗

粉體顆粒大小與強度的關係 粉體越想細化所需的能量將越大, 使得越想把粉體細化, 裝置的能量效率會越差, 也越不容易細化, 主要的理由為粉體越係其強度越強, 因為粗的粉體越容易有缺陷, 而細粉所含的缺陷數相對較少, 所以其強度較大

在球磨中粉體與磨球的作用 磨球因磨動的過程被流體拉起後撞擊(impact) 粉體使之細化

Batch grinding 左圖重畫, X 軸以 L/L(50%) 表示, 顯示不管時間長短, 粉體的分佈接近對稱 粒徑與研磨時間有關

Batch grinding L(50%) 為研磨時間的函數, 顯示在批次研磨中研磨時間越久, 粒徑越細

Continuous Grinding 有 input, output 其變數有 流體流速(與滯留時間有關) 研磨機轉速 流體中粉體所佔固含量 是否需要回流

研磨變數總結 乾磨或濕磨(球磨中是否加入液體) 研磨時間(一般而言越久越細小但污染越嚴重, 如粉體是金屬粒子, 越久可能會再凝聚 研磨漿料種類(水及酒精等) 研磨添加物(鹽類, 介面活性劑) 磨球大小與級配(大小與數量) 磨球材質(Al2O3, ZrO2, SiO2) 粉體固含量(固含量太低會污染很嚴重, 太高則無法研磨到粉體 磨罐大小(與轉速及 Impact force 有關) 研磨機轉速(與 Impact force 有關) 污染(研磨時間越長污染越嚴重)

Classification of powder 粉體分級的意義是將大小不同的粉體分開並收集

Air classification Cyclone separator Expansion chamber

Air classification Air classification 的原理乃利用控制氣流流動的方向, 因為大顆粒受重力的影響且其慣性大, 不亦隨著氣流(streamline) 流動, 相反地小顆粒受重力影響較小, 所以會隨著氣流流動, 利用氣流將之帶到小顆粒收集器的方向, 來分離顆粒中的大小顆粒 分離器主要有兩大類: 一是利用大空間使氣流擴張而分離粉體 二是利用加入剪切速度將大顆粒甩向外部, 而小顆粒則是會氣流流向內部而分離

Air classification Classifier based on particle inertia Complex air classifier 小顆粒往中間大顆粒往旁邊

Air classification 利用旋轉的柱,提供碰撞表面, 當顆粒碰到柱時會有較大的剪切慣性而被甩向外部, 而小顆粒所獲剪切方向慣性較小, 會隨氣流流向內部收集器

拖曳力 當氣流流動時氣流的速度與顆粒速度的差所形成的向量定義為拖曳向量,其方向與氣流方向相反,由實驗結果知其拖曳係數與雷諾數有關,雷諾數越小,表氣流流動速率較小時,所得拖曳係數較大,表示拖曳力較大,但當雷諾數較大時,其拖曳係數約為常數

Size selectivity, Recovery and Yield Size selectivity(SS) 定義為 W 表質量流率 F 表在氣流中顆粒小於d 的百分率 主要的氣流分為 大顆粒氣流 c 與小顆粒氣流 f 選擇率隨粒徑簡單增加如 b-b’ 曲線

Recovery and Yield SS 可用兩種表示式表示一種是 Recovery 另一種是 Yield 如果細顆粒為產品則 或 如果大顆粒是產品則

Hydrocyclones (Wet Classification) 亦是利用重力、離心力以及拖曳力等三種力綜合, 來分離液項中的粉體使大顆粒往下流而小顆粒則往上溢流而分離粉體

渦流中氣流速度的分佈 利用渦流氣流中, 速率因為渦流的影響而產生速度分布, 此速度分布與在管中的徑向與軸向皆有關係, 以雷射都卜勒儀測之而得到流場分佈

渦流中不同粒徑粉體的分佈 不同粒徑粉體在渦流管中的分佈, 其中顆粒較小者較接近中心, 而顆粒較大者會比較接近管的邊緣

渦流中粉體體積百分率的分佈

連續式球磨與濕法分級的實驗組合 Pre classification Post classification

循環球磨處理的粒徑分佈

篩分法 利用標準篩來分離粒子大小是工業上最常用的分級方法, 用來作量測粒徑謂之篩分, 可適用於粒徑數 mm~5mm之廣範圍粒徑, 小於 5 mm 者較少用篩分法, 大部分是以乾式為主, 也有部分是以濕式的方式處理。 篩分的原理只依據樣品粒子能通過設定篩網, 來量測粒子粒徑, 不涉及其他複雜之物理因素。

同一篩網可能可以通過的不同形狀粉體

過同一篩網之粉體實例

標準篩

不同大小粒子通過篩網的機率 網線直徑 a 篩距 x 顆粒直徑

各種篩析器

氣篩機與濕篩裝置

影響篩分的因素 振盪器的差異(與粉體形狀有關, 尤其是方形粒子比較適合振盪搖篩) 振盪的時間(由粒徑分佈知其收斂值) 樣品量(不要太大時影響不大) 不同篩網分析同一組樣品可能會有不同結果, 所以要靠篩分要有此認知