1.2　粉體制備技術發展簡史

粉體一詞最早出現于20世紀50年代初期，而粉體的應用歷史則可追溯到新石器時代。史前人類已經懂得將植物的種子制成粉末食用。古代仕女用的化妝品也不乏脂粉一類的粉制品。粉體從古至今一直與人類的生產和生活有著十分緊密的關系，對粉體的認識、制備和應用已有幾千年的歷史。從食用的面粉到建筑材料、陶瓷原料、油墨、染料、涂料、醫藥等，粉體已廣泛應用于人們的生產和生活中，其制備技術也隨著科學技術的發展發生了巨大變化。

1.2.1　古代粉體制備工具

甘肅省大地灣遺址出土大量彩陶的同時，出土了沾有顏料的石斧，由此推測，先民們開始用石斧粉碎顏料礦物，還出土了上百件研磨石、研磨盤，可能是用于研磨彩陶顏料的成套工具。研磨石有圓形、圓錐形、橢圓柱形，均有一個光滑的研磨面，研磨盤形狀多樣，但都有一個凹陷的磨坑。古代逐步發展起來用于粉碎固體的石斧、石櫸、石臼、石磨、石碾等石器，原材料易得，材質污染小，制造簡單，使用方便，因而得以廣泛應用，有些地方石臼、石磨、 石碾等至今仍在使用。但石器不能用于粉碎硬度大的物料。古代銅器和鐵器的出現，有助于粉碎硬度較大的物料。但生產效率仍較低，粉體粒度的可控性還較差。

1.2.1.1　杵臼

《周易·系辭》記載：“斷木為杵，掘地為臼”，其原理就是以木、土撞擊，對谷物進行加工脫殼，當然這里的“掘地為臼”，不是隨便“掘地”挖個坑，而是挑選堅硬的土質，經過加工處理，方能為“臼”。隨著農業生產的進一步發展，糧食產量有所提高，生產力也隨之不斷進步，木杵土臼這種糧食加工工具，已經不適應人類生活發展的需要，因此，一種較為先進的糧食加工工具石杵臼應運而生。

在不斷的生活實踐和實際探索中，人們對杵臼的認識越來越深刻，在制作杵臼的選材上，已經從“掘地為臼”逐步發展到用石、鐵、銅、玉等質料為臼，在加工方法上，已經由手持石杵撞擊加工，改進為利用杠桿原理的腳踏石杵臼加工方法。

1.2.1.2　碓

碓是以木、石為材料做成的舂米器具。用于去掉稻殼的腳踏驅動的傾斜的錘子，落下時砸在石臼中，去掉稻谷的皮（“因延力借身重以踐碓，而利十倍?！薄缎抡摗罚?。

1.2.1.3　石碾

石碾是我國歷史悠久的傳統農業生產工具，用于使谷物等破碎、去皮或使場地、道路等變平，北方大部分地區麥黍等糧食脫殼、去皮時使用石碾子。碾子由碾臺、碾盤、碾輥和碾架等組成。碾盤中心設豎軸，連接碾架，架中裝碾輥，多以人推或畜拉、水力使石質碾盤進行圓周運動，依靠碾盤的重力對收獲的顆粒狀糧食進行破碎去殼等初步加工，通過碾輥在碾盤上的周轉達到碾軋脫殼的目的。該生產工具是我國勞動人民在幾千年的農業生產過程中逐步發展和完善的一種重要生產工具，至今在許多農村地區仍有使用。

1.2.1.4　石磨

石磨最初叫硙，漢代改稱為磨。磨有人力的、畜力的和水力的。用水力作為動力的磨，大約發明于晉代。水磨的動力部分是一個臥式水輪，在輪的立軸上安裝磨的上扇，流水沖動水輪帶動磨轉動，這種磨適合于安裝在水的沖動力比較大的地方。假如水的沖動力比較小，但是水量比較大，可以安裝另外一種形式的水磨。動力機械是一個立輪，在輪軸上安裝一個齒輪，與磨軸下部平裝的一個齒輪相銜接。水輪的轉動是通過齒輪使磨轉動的。這兩種形式的水磨，構造比較簡單，應用很廣。

石磨是我國古代谷物加工中最重要的工具之一，它是社會生產力發展到一定階段的產物。民間傳說和文獻記載石磨均為戰國時期魯班發明，但據考古發掘證明，早在新石器時代早期磨就已經存在。我們可將石磨的發展分為早、中、晚三個時期。

從戰國到西漢為早期。這一時期的磨齒以洼坑為主流，坑的形狀有長方形、圓形、三角形、棗核形等且形狀多樣極不規則。

從東漢到三國為中期。這一時期磨齒多樣化，磨齒的形狀為輻射分區斜線型，有四區型、六區型、八區型。

從西晉、隋唐至今為晚期。這一時期是石磨發展的成熟階段，磨齒主流為八區斜線型，也有十區斜線型。石磨磨齒純手工制作是一項專業性很強的復雜技術，其要具備合理、自然、科學的設計特征。

20世紀70年代，山西省平陸縣利用當地的花崗巖資源，巧妙地將古老技術和現代化元素結合起來，創造出了用電動機驅動的石磨，具有固定和轉動兩部分，呈臥式結構，固定部分是在一長方形石頭的一個長側面上開出一個與轉動部分相吻合的二分之一圓柱槽，轉動部分制成圓柱體，中間鑿孔穿入傳動軸，二分之一圓柱石槽和轉動圓柱相互接觸區表面刻有類似古老石磨的花紋，加上相應的遮擋傳動部分形成了古新結合的產物，曾風行一時。

1.2.2　古代粉體制備與應用技術

1.2.2.1　粉體用作建筑材料

公元前403～前221年的戰國時代，出現用草拌黃泥漿筑墻，還用它在土墻上襯砌墻面磚。在我國建筑史上，“白灰面”很早就被淘汰，而黃泥漿和草拌黃泥漿作為膠凝材料則一直沿用到近代社會。

在公元5世紀的南北朝時期，出現了一種名叫“三合土”的建筑材料，它由石灰、黏土和細沙所組成。到明代，出現石灰、陶粉和碎石組成的“三合土”。在清代，除石灰、黏土和細沙組成的“三合土”外，還有石灰、爐渣和沙子組成的“三合土”。清代《宮式石橋做法》一書中對“三合土”的配備進行了說明，灰土即石灰與黃土的混合，所謂“三合土即灰土按四六摻合，石灰四成，黃土六成”。以現代人眼光看，“三合土”就是以石灰與黃土或其他火山灰質材料作為膠凝材料，以細沙、碎石和爐渣作為填料的混凝土?！叭贤痢迸c羅馬的三組分砂漿，即“羅馬砂漿”有許多類似之處。“三合土”自問世后一般用于地面、屋面、房基和地面墊層?！叭贤痢苯浐粚嵑蟛粌H具有較高的強度，還有較好的防水性，在清代還將它用于夯筑水壩。

在歐洲大陸采用“羅馬砂漿”的時候，遙遠的東方古國——中國也在采用類似 “羅馬砂漿”的“三合土”，這是一個很有趣的歷史巧合。

我國古代建筑膠凝材料發展中一個鮮明的特點是采用石灰摻有機物的膠凝材料，如“石灰-糯米”、“ 石灰-桐油”、“ 石灰-血料”、“ 石灰-白芨”以及“石灰-糯米-明礬”等。另外，在使用“三合土”時，摻入糯米和血料等有機物。秦代修筑長城中，采用糯米汁砌筑磚石。考古發現，南北朝時期的河南鄧縣的畫像磚墻是用含有淀粉的膠凝材料襯砌的。

中國歷史悠久，在人類文明創造過程中取得過輝煌成就，為人類進步做出了重要貢獻。英國著名科學家、史學家李約瑟在《中國科學技術史》一書中寫道：“在公元3世紀到13世紀之間，中國保持著西方國家所望塵莫及的科學知識水平”；“中國的那些發明和發現遠遠超過同時代的歐洲，特別是在15世紀之前更是如此”。不難看出，中國古代建筑膠凝材料發展的過程是從“白灰面”和黃泥漿起步，發展到石灰和“三合土”，進而發展到石灰摻有機物的膠凝材料。

然而，近幾個世紀以來，中國的發展落后于西方，尤其是到清朝乾隆年間末期，即18世紀末期以后，科學技術與西方差距越來越大。中國古代建筑膠凝材料的發展，到達石灰摻有機物的膠凝材料階段后就停滯不前。西方古代建筑膠凝材料則在“羅馬砂漿”的基礎上繼續發展，朝著現代水泥的方向不斷提高，最終發明了水泥。

1.2.2.2　粉體用于制造陶瓷

夾砂陶：新石器時代人們在制造陶器時，用陶土（一種黏土，含鐵量一般在3%以上）作為原料，并摻入石英、長石等砂質粉體，以增強陶土的成型性能，降低陶坯在火燒過程中的收縮率，改善所燒出陶器的耐熱急變性能，提高成品率和陶器耐用性。這種陶器稱為夾砂陶。

彩繪陶：將陶器燒成后再行彩繪的陶器稱為彩繪陶。所用的繪彩顏料為礦物粉體，并添加膠質物，使顏料貼附到陶器表面。1978年，在甘肅省天水市秦安縣大地灣遺址出土的大地灣文化時期的白色彩繪陶，先用淘洗過的陶土燒制成細泥，再把含有較多方解石的“料姜石”燒熟后研磨成白色顏料粉，繪在陶器表面上。在陜西省西安市的秦始皇陵出土的彩繪陶兵馬俑，用朱砂、鉛丹、赤鐵礦、藍銅礦、孔雀石、雌黃、白鉛等礦物粉體作為顏料進行彩繪。其中，1975年發掘的秦始皇陵兵馬俑一號坑中有陶俑、陶馬6000余件，形同真人、真馬，色彩以大紅大綠為主，有朱紅、棗紅、玫瑰紅、橘紅、粉紅、紫紅、粉紫、深綠、粉綠、天藍、深藍、珠寶藍、杏黃、土黃、粉白等10多種顏色。

彩陶：將陶坯先彩繪再行焙燒的陶器稱為彩陶。陶坯制成后在上面彩繪，一般以赤鐵礦作為紅色顏料，以軟錳礦作為黑色顏料。將顏料礦物砸碎，研磨成粉，加水調和成顏料漿，使用類似毛筆的工具，在陶坯表面繪制各種圖案。坯體繪彩后，有的用卵石等工具反復滾壓、打磨，使陶坯表面質地致密、光潔細膩并且顏料嵌入坯表，牢固地附著在坯體上，使之成為坯表的有機組成部分而不致脫落，然后裝入窯，用氧化性火焰經900～1100℃焙燒，便在橙紅的底色上呈現出紅、褐、黑等顏色的圖案，并且顏料由于發生化學變化而與陶坯融為一體。

釉陶：施以低溫釉的陶器稱為釉陶。將長石、石英、大理石、石灰等粉體摻入黏土并加水調配成釉料，涂覆于坯體表面，經一定溫度焙燒而熔融，冷卻后就形成一薄層玻璃態的釉。按顏色區分，有綠釉、褐釉、黃釉、黑釉等。釉提高了陶器的機械強度和熱穩定性，并可防止液體滲透和氣體侵蝕，釉還具有使陶器更為美觀、便于洗拭、不被塵土黏染等作用。我國商代出現原始釉陶。春秋戰國時期出現的鉛釉陶器，以鉛黃作為基本助熔劑，用Cu和Fe的化合物作為呈色劑，在氧化性氣氛中焙燒，呈現出翠綠、黃褐和棕紅色，釉層清澈透明，釉面光澤平滑。唐代燒制聞名于世的“唐三彩”以黃、褐、綠三色為主的絢麗多彩的彩色釉陶，先用白色黏土（經挑選、舂搗、淘洗、沉淀、晾干等處理）作坯料，經1000～1100℃素燒，再用含有Fe₂O₃、CuO、CoO、MnO₂等的礦物作為著色劑，用鉛黃作為助熔劑配成釉料，涂覆后，經900℃釉燒而制成。在窯內釉燒時，各種金屬氧化物熔融、擴散、任意流動，形成斑駁燦爛的多彩釉，有黃、綠、褐、藍、紫、黑、白等顏色，造型有動物、器皿、人物。

瓷器：我國早在東漢時期就已成功燒制瓷器，是用高嶺土作坯料，施釉后經1300℃高溫焙燒而成，此技術比歐洲領先約1700年。所用的高嶺土因最早出產于江西景德鎮東鄉高嶺村而得名，又稱瓷土、瓷石，其主要礦物為高嶺石，含鐵量一般在3%以下，粉體粒徑小于2μm，是長石類巖石經長期風化和地質作用而形成的。瓷器的釉料品種很多，其中以顏色釉為主，是在釉料中加入金屬氧化物粉體顏料而成的。唐代盛行藍釉，宋代有影青、粉青、定紅、紫鈞、黑釉等，明代宣德年間尤以青花瓷聞名，是以氧化鈷粉作為呈色劑，在坯體上進行紋飾繪制后，再施以透明釉，入窯一次燒制成高溫釉下彩瓷器，清代乾隆年間，景德鎮已有各種顏色釉60多種。

1.2.2.3　粉體用于制墨和印染

出土于河南省安陽市殷墟的距今3300年的約15萬片甲骨上，有黑色和紅色的字跡4500個，經化驗黑色是碳素單質，紅色是朱砂。出土于湖北省云夢縣睡虎地秦墓（戰國末期至秦代的墓葬群）的墨丸，為最早出土的一塊墨丸，是用碳素單質（煤、煙炱）與動物膠調和而成的。出土于河北省保定市望都漢墓的松塔形墨丸，黑膩如漆，煙細膠清，手感輕而致密，埋藏1800余年仍不龜裂。

在布料印染方面，我國古代最初用赤鐵礦粉染紅色，后來用朱砂；用石英和鉛黃染黃色；用銅礦石染青色；用白云母和白鉛染白色；用炭黑染黑色。

1.2.3　現代粉體制備技術與設備

隨著科學技術的發展，新設備、新工藝的出現，以及粉體不同的用途，對現代粉體制備技術提出了一系列嚴格要求：產品粒度細，而且產品的粒度分布范圍要窄；產品純度高，無污染；能耗低，產量高，產出率高，生產成本低；工藝簡單連續，自動化程度高；生產安全可靠。

制備方法可為機械粉碎法、物理法和化學法。機械粉碎法是借用各種外力，如機械力、流動力、化學能、聲能、熱能等使現有的塊狀物料粉碎成超細粉體，簡單地表述為由大至小的制備方法。物理法是通過物質的物理狀態變化來生成粉體，簡單地表述為由小至大的制備方法。化學法主要包括溶液反應法（沉淀法）、水解法、氣相反應法及噴霧法等，其中溶液反應法（沉淀法）、氣相反應法及噴霧法目前在工業上已大規模用于制備微米、亞微米及納米材料。

目前，工業中用得最多的是通過粉碎法來制備粉體材料。對不同的粉體產品生產，每一道工序都必須配置具有相應功能的設備，從而形成了龐雜的粉體加工車間。

1.2.3.1　傳統的粉碎機械

粉體加工機械是應用機械力對固體物料進行粉碎作業，使之變為小塊、細粒或粉末的機械。常見的機械粉碎方法有壓碎、劈碎、折碎、磨碎、擊碎等，而超細粉碎則要通過對物料的沖擊、碰撞、 剪切、 研磨、 分散等手段而實現。傳統粉碎中的擠壓粉碎方法不能用于超細粉碎，否則會產生造粒效果。由于粉碎方法的不同，也使得傳統的粉碎設備和超細粉碎設備有所不同，下面介紹一些典型設備。破碎機械根據結構和工作原理的不同可分為下列幾種類型。

（1）顎式破碎機　由于活動顎板對固定顎板作周期性的往復運動，物料在兩顎板之間被壓碎，適用于粗、中碎硬質料或中硬質料。

（2）圓錐式破碎機　外錐體固定，內錐體被安裝在偏心軸套里的立軸帶動進行偏心回轉，物料在兩錐體之間受到壓力與彎曲力而被破碎，適用于粗、中、細碎硬質料或中硬質料。

（3）錘式破碎機　物料被快速旋轉的錘子所擊碎，錘子懸掛在轉子上，由轉子帶動，適用于中、細碎硬質料或中硬質料。

（4）反擊式破碎機　物料被快速旋轉的轉子上剛性固定的打擊板打碎，并且撞擊到反擊板上進一步被破碎，適用于中、 細碎硬質料或中硬質料。

（5）輥式破碎機　物料在兩個作相互旋轉的輥筒之間被壓碎，適用于中、細碎硬質料及軟質料。

1.2.3.2　傳統的粉磨機械

由于粉碎方法的不同，而且被處理物料的性質也差異很大。為了滿足需要，按結構和工作原理的不同，粉磨機械可分為下列類型。

（1）籠式破碎機　它利用快速旋轉的籠子對物料進行沖擊粉碎，適用于細碎和粗磨脆性及軟質材料，一般在玻璃工業中應用比較多。

（2）球磨機　物料與研磨體在旋轉的筒體中，由于研磨體被筒體帶起，然后從一定的高度下落，能將物料擊碎和磨碎，適用于粗、細磨硬質料和磨蝕性料。

（3）立式磨　磨輥受到彈簧的作用緊壓在旋轉磨盤上，物料即在磨盤及磨輥之間被壓、研碎，然后被空氣帶走。適用于細磨軟、 中硬質料。

（4） 輥壓機　物料在一對相向轉動的軋輥中被壓碾碎，平滑高壓軋輥的直徑是長度的3倍。一個軋輥具有固定可調底座，粉碎所需的壓力由液壓系統施加于另一個軋輥上，軋輥通過萬向軸由安裝在軸上的行星減速裝置驅動，物料從漏斗喂入兩個軋輥的縫隙中，被壓出來的物料呈片狀，壓片中含有粗粒和細粒，所以必須通過二次粉磨把壓片松散開。適用于粗磨和細磨脆性物料。

（5）振動磨機　振動磨是利用圓筒的高頻振動，筒中的鋼球或鋼棒介質依靠慣性力沖擊物料，介質沖擊物料時的加速度可達10g～15g，因此具有結構緊湊、體積小、重量輕、能耗低、產量高、粉磨粒度集中、流程簡化、操作簡單、維修方便、襯板介質更換容易等優點，可廣泛用于冶金、建材、礦山、耐火、化工、玻璃、陶瓷、石墨等行業制粉。

（6）攪拌磨機　攪拌磨是超細粉碎機中最有發展前途而且是能量利用率最高的一種超細粉磨設備，它與普通球磨機在機理上的不同點是：攪拌磨的輸入功率直接高速推動研磨介質來達到磨細物料的目的。攪拌磨內置攪拌器，攪拌器的高速回轉使研磨介質和物料在整個筒體內不規則地翻滾，產生不規則運動，使研磨介質之間產生相互撞擊和研磨的雙重作用，致使物料磨得很細并得到均勻分散的良好效果。

（7）行星磨機　行星式球磨機是針對粉碎、研磨、分散金屬、非金屬、有機類、中草藥等粉體進行設計的，特別適合實驗室研究使用，其工作原理是利用磨料與試料在研磨罐內高速翻滾，對物料產生強力剪切、沖擊、碾壓達到粉碎、研磨、分散、乳化物料的目的。

（8）錘擊磨　物料被高速旋轉的錘頭擊碎，錘頭自由地懸掛或固定在轉盤上，擊碎后的物料被下面的空氣帶走。若使用熱空氣時，還可以同時進行物料的干燥。適用于細碎和粗磨軟、中硬質料。

（9）自磨機　又稱無介質磨機，它基本上不用研磨體，物料在旋轉筒體中被帶起，然后從一定高度下落，物料相互間產生連續不斷的碰撞而被擊碎和磨碎。適用于細碎、 粗、 細磨中硬質料和硬質料。

（10）氣流磨機　氣流磨作為超細粉碎的一種重要設備，廣泛應用于非金屬礦物及化工原料的超細粉碎，產品粒度上限取決于混合氣流中的固體含量，與單位能耗成反比。氣流粉碎產品除粒度細以外，還具有粒度分布窄、顆粒表面光滑、顆粒形狀規則及純度高、活性大、分散性好等特點。

1.2.3.3　超細粉體制備設備

在物料細微狀態下，其物理及化學性質均會有明顯的變化并出現許多優良性能。由于超細粉體粒度細、表面積大、分布均勻而且缺陷小，大大加快化學反應的速度，充分釋放可燃性固體物料所含的能量，使藥品的生化作用更加有效，使涂料、 油墨的色彩更亮澤，使涂料黏合更為牢固等等。為了利用這些特殊的性能，現代化工、電子技術等對其所用物料的細度提出了更高要求，因此，超細粉碎技術應運而生。從20世紀40年代開始國外就開始注重以超細粉碎、分級及改性為基礎的粉體深加工技術。目前，國外的超細粉碎設備已經可以加工顆粒粒度為0.5～10μm任意窄級別的粉體。超細粉碎通過對物料的沖擊、碰撞、剪切、研磨、分散等手段而實現。超細粉碎設備按不同的粉碎方式可分為：機械沖擊式粉碎機、振動磨、攪拌磨、氣流粉碎機等。

（1）機械超細粉碎機

① 攪拌球磨機。超細粉碎機中最有發展前途，而且能量利用率最高的一種超細粉碎設備。

② 高速沖擊式粉碎機。按轉子的布置方式和錘頭的個數、形式分為多種，其特點是粉碎效率高、粉碎比大、結構簡單、運轉穩定，適合于中、軟硬度物料的粉碎，廣泛應用于礦業、化工、建材、食品、藥物等行業。

（2）氣流式超細粉碎機

① 圓盤式氣流粉碎機。該氣流粉碎機的腔體呈圓盤狀而得名，圓周上的多個氣流入口與固定的噴射環管成一定角度，使噴射氣流所產生的旋轉渦流既能使粒子得到良好的沖撞、摩擦，又能在離心力的作用下達到分級的目的。噴嘴噴射出來的空氣的膨脹作用能降低粉碎室的溫度。

② O形環氣流粉碎機。原料由文丘里噴嘴加入粉碎區，氣流經一組噴嘴噴入不等徑變曲率的O形循環管式粉碎室，并加速顆粒使之相互沖擊、碰撞、摩擦而粉碎。同時旋流還帶動被粉碎的顆粒沿上行管向上運動進入分級區，在分級區離心力場的作用下，使密集的料流分流，細粒在內層經百葉窗式慣性分級器分級后排出，即為產品；粗粒在外層沿下行管返回繼續循環粉碎。

③ 沖擊靶式氣流粉碎機。壓縮空氣從下部空氣管送入，為了達到強制給料的目的，右上方安裝有螺旋加料器，空氣和物料在混合室內混合并以超音速與沖擊板相沖擊，從而將顆粒粉碎。氣流連續噴射，顆粒經過一次沖擊之后進入上升管，并在湍流作用下相互間撞擊摩擦，從而達到超微粉碎的目的。

④ 對撞式氣流粉碎機。它利用兩股相對運動的高速氣流夾帶著顆粒對撞在一起，從而達到粉碎的目的。顆粒之間在混合氣流作用下無規則的碰撞中向低壓區移動，大量的混合粉體經連通管向上移動。細粉從上部排出；粗粉向下落，并在二次空氣的夾帶下通過料管重新進入粉碎區。

（3）氣力超細分級典型設備

① 離心轉子式分級機。分級設備中的主導產品，現有多家公司生產，其關鍵部件略有不同。分級機工作部件主要是一高速旋轉的轉子，當氣固兩相流通過轉子間隙由外向內運動時，顆粒在離心力場作高速旋轉。較大的顆粒在強大離心力的作用下，被拋向器壁而失去動能，并在重力作用下，由排料口排出；較小的顆粒則在氣體黏滯力的作用下，隨氣流向轉子內部運動，成為產品而由出料口排出。

② 多次分散超微粉分級機。針對微細粉體的精密分級，在傳統轉子式分級機的基礎上發展了帶有多次分散風的分級機，這是一種切割粒徑小至1μm的精密分級機。原料在一次空氣的夾帶下切向進入轉子分級區域，沿器壁流動的同時被徑向三次風吹散，空氣與合格的細粉經過葉輪和細顆粒出口作為產品而收集；粗顆粒和團聚顆粒在下落的過程中，通過一個導向葉片環被分級區底部切向導入的二次空氣再次分散。其處理能力為50～1500kg/h，空氣耗量為15～150m³/min，轉子轉速為800～2300r/min。

③ 多轉子微粉分級機。由上部多個轉子構成的分級腔和底部分散裝置組成的大處理量分級機，原料在分級機的底部被流化分散，然后被上升氣流帶入分級區。細粉通過轉子葉片后在上部提出，進入收集器。粗粉及團聚顆粒在下落過程中，與切向導入的二次氣流相遇再次分散后，通過底部的出口閥卸出。該機專門為高細度、大處理量的分級過程而設計。其能力為1～6t/h，空氣耗量為15～600m³/min，轉子的轉速為300～2300r/min。分級切割粒徑為5～15μm。

④ DS型分級機。一種無轉子的半自由渦式分級機，含有微細顆粒的兩相流，在負壓的作用下旋轉進入分級機。經沿上部筒體壁旋轉分離后，部分空氣和微粉通過插入管離開分級機；剩余部分需要進一步分級的物料，通過中心錐體進入到分級區。由于離心力的作用被分成粗粉和細粉。二次空氣經過可調整角度的葉片進入分級室，以使顆粒充分分散，提高其分級效率。粗粉經過環形通道進入卸料倉，細粉從中心錐體下部排出機外。還有其他幾種形式，如SPC型渦輪分級機等。

1.2.3.4　粉體制備技術的發展方向

近20年來，為了滿足“節能降耗”與“資源有效利用”的要求，粉體加工設備技術不斷進步，主要體現在四個方面：從常規設計向優勢設計的進化；粉體設備技術數字化；耐磨材料的多樣化；設備功能組合的個性化。

（1）粉體加工設備從常規設計向優化設計進化　所謂“常規設計”，就是按照已有的知識和規劃，進行一般機器的設計。

（2）粉體設備技術數字化　“數字化”是提高粉體加工設備技術水平的有效途徑之一，它綜合運用信息技術、計算機技術及控制技術的方法與成果，與粉體加工設備的設計、制造、模擬實驗、運行相結合，更利于達到優化功能、提高性能和節省制造成本與運行費用的目的。

（3）抗磨技術與耐磨材料的多樣化　抗磨技術與耐磨材料是摩擦學與材料工程所研究的問題，也是粉體加工設備發展所必須面對的問題。

（4）粉體加工設備功能的個性化　粉體加工設備的功能，不同于通常的制造業，其個性化要求高得多。特別是近20年來，功能個性化的趨勢日益明顯，除了受粉體加工原料與產品的多變性影響之外，還有一個市場爭奪的因素。

1.2.3.5　存在的問題及需要重視的方面

隨著高新技術和新材料產業的發展，對超細粉體產品粒度、 純度及粒度分布等各項精度要求也相應提高，其技術發展和工業化應用將進一步促進經濟發展，同時又面臨著節約能源、 保護自然環境等可持續發展戰略的嚴峻挑戰， 超細粉碎技術面臨的問題也越來越多。為了滿足今后社會生產的需要，在今后超細粉碎技術研究中應注重以下方面：

① 加強粉碎與超細粉碎基礎理論的研究。

② 在深入研究超細粉碎理論和技術的基礎上，注重學科交叉，積極借鑒其他學科知識。

③ 加強超細粉碎過程中的機械化學研究。

④ 改進現有超細粉碎設備，發展新型設備。

⑤ 尋求解決超細粉碎過程中磨損的有效途徑。

⑥ 加強專用設備的研究，特別是超細粉碎設備，如有形狀 （球形、 片狀等）等特殊要求的粉體加工設備等。

⑦ 注重粉碎與分級的有機結合。

⑧ 粉碎是一個概率過程，其產物具有一定的粒度分布。應加強超細粉碎粒子的在線測試、監控及其相應監測儀器設備的研究。

⑨ 超細粒子的分散是制備高性能復合材料的基礎， 研究超微細粉的團聚機理、探索消除硬團聚的有效途徑，將有助于制備納米相均勻的納米復合材料，充分發揮其性能。

⑩ 粉體特別是納米粉體的表面改性在粉體制備和性能優化方面也具有十分重要的意義。為此，應加強改性機理的研究，針對改性需要研究改性的方法、技術、測試手段及其相應儀器設備。

1.2.4　現代粉體用途與應用領域

當今人們的衣、食、住、行生活中，國民經濟的各行各業，無不與粉體密切相關，新材料、新能源、新工藝等領域的高新技術無不滲透著粉體的貢獻，它的應用遍及材料、冶金、化學工程、礦業、機械、建筑、食品、醫藥、能源、電子及環境工程等諸多領域。

（1）無機非金屬材料工業　水泥、陶瓷、玻璃和窯業原料的粉碎、燒成和燒結、水硬性、研磨性，玻璃和陶瓷的特性，電極、反應容器等碳素制品的特性。

（2）冶金和金屬工藝學　粉末冶金、硬質合金、金屬陶瓷、淬火和調質合金，選礦（包括浮選）的各種問題，團礦的各種問題，流動焙燒，自熔冶煉，高爐焦炭的強度和反應性，鑄造的型砂、金屬的塑性加工和組織結構，金屬的表面處理，金屬的腐蝕等問題。

（3）顏料和感光劑工業　顏料和感光劑是在光、放射線、電場、磁場壓力等條件下，表面出現獨特性質的材料。其研究和生產領域涉及顏料的色調和涂附層的特性，照相乳劑、電子照相感光層、感壓紙材料、感熱材料、粉末系熒光體和涂層的特性、磁性錄音、錄像帶等。

（4）電化學和部分無機化學工業　主要涉及電池類的活性物質、碳素電極、拜耳法氧化鋁的結晶特性、煅燒問題、固體肥料的固結問題等。

（5）原子能和能源工業　主要涉及原子爐的陶瓷燃燒及石墨、氧化鈹等高密度燒結材料、反射材料、由泥漿燃料的熱引起周期性變形、固體燃料的著火性、粉塵的爆炸、固體炸藥的特性、燒結、渦輪葉片等。

（6）石油化學、高分子化學、有機精密化學工業　主要涉及各種固體催化劑的活性，流動催化劑層，乳劑、懸浮劑的分散聚合，橡膠或塑料的填充材料和配合劑，塑料的球晶化、纖維化，醫藥、農藥的粉末性和造粒。

（7）電子學　主要涉及集成電路的制造和分子加工、缺陷控制技術、磁芯、鐵素體、燒結電阻體、退磁器、碳晶電極、電視機顯像管的微粒子光電面等。

粉體的用途見表1-1。

1.2.5　納米粉體用途與應用領域

1.2.5.1　在半導體中的應用

當前微處理器已達到550萬個晶體管的集成度、600MHz的頻率和0.18的線寬，但仍不能滿足技術發展的需要。例如， 2011年微處理器已達到10億個晶體管的集成度、10GHz的頻率和0.07的線寬，這使以硅為主要材料的超大規模集成電路（VLSI）的工藝和原理已達到極限，繼續發展必須尋求工藝和技術突破，其途徑之一為“光電集成”，在硅電路中用光連接取代電連接。然而，大塊的硅或鍺的發光效率很低，且發光波段在近紅外，不適合“光電集成”。尋求一種有效產生光發射的硅基材料已成為材料科學的熱點之一。半導體納米材料在可見光區具有較高的發光效率，發光波段與發光效率可由納米材料的尺寸加以控制。因此，多孔硅中的量子點結構、二元半導體化合物中的嵌埋結構及半導體超晶格材料，在光纖通信和光探測器方面有廣泛應用。

1.2.5.2　在磁性材料中的應用

納米磁性材料包括納米磁粉材料、納米磁膜材料和納米磁性液體。在鐵磁質納米磁性材料中，存在磁單疇結構，具有超順磁性，即納米結構的尺寸小于磁單疇的臨界尺寸時，納米結構中的原子磁矩有序化，具有順磁質的特性；而在無外場時，對任何一個方向都不顯磁性。加外磁場后，形成磁矩有序化，形成過程不是瞬時的，而有一個弛豫時間。超順磁性材料，矯頑力遠比普通材料大，對高密度磁記錄元件十分重要。

1.2.5.3　在催化劑領域應用

納米粒子表面積大、表面活性中心多，為催化劑提供了必要條件。目前納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等廣泛用于高分子聚合物氧化、還原及合成反應的催化劑。如用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應催化劑，燃燒效率提高100倍；以粒度小于100nm的鎳和銅-鋅合金的納米材料為主要成分制成加氫催化劑，可使有機物的氫化率達到傳統鎳催化劑的10倍；用納米TiO₂制成光催化劑具有很強的氧化還原能力，可分解廢水中的鹵代烴、有機酸、酚、硝基芳烴、取代苯胺及空氣中的甲醇、甲醛、丙酮等污染物。

1.2.5.4　在醫藥衛生行業的應用

藥品顆粒小容易被人體吸收，使用納米技術能使藥品生產過程越來越精細，在納米的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品，納米級粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便，用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織；利用納米技術制成納米機器注入人體血管內，可對人體進行全身健康檢查和治療，吞噬病毒、殺死癌細胞、疏通腦血管中的血栓、清除心臟動脈脂肪沉積物、修復損壞器官，進行人體肢體再生、人體整容等；在人工器官表面涂上納米粒子可預防移植后的排異反應，等等。

1.2.5.5　在軍事上的應用

能有效吸收入射雷達波并使其散射衰減的一類功能材料稱為雷達波吸收材料（簡稱吸波材料）。吸波材料的研究在國防上具有重大意義，這種“隱身材料”的發展和應用，是提高武器系統生存和空防能力的有效手段。納米金屬氧化物由于質量輕、厚度薄、顏色淺、吸波能力強等優點，成為吸波材料研究的熱點。納米微粉是一種非常有發展前途的新型軍用雷達波吸收劑。例如，將納米涂料涂在飛機上可以制造隱形飛機。

1.2.5.6　在電子工業中的應用

在電子領域，可以從閱讀硬盤上讀取信息的納米級磁讀卡機以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米級存儲器芯片都已投入生產?？梢灶A見，未來以納米技術為核心的計算機處理信息的速度將更快、效率將更高。利用納米技術制造的分子邏輯器件的容量遠遠大于目前的微處理器和隨機存取存儲器芯片的容量，可實現通信瞬時化。采用納米化材料后，計算機可以縮小成“掌上電腦”，體積將比現在的筆記本電腦小得多。

1.2.5.7　在化學工業中的應用

在化妝品方面，納米微粒由于具有良好的黏附力和對紫外線的吸收功能，可制成抗掉色的口紅、防灼的高級化妝品。例如，在化妝品中添加納米ZnO，既能屏蔽紫外線防曬，又能抗菌除臭。涂料方面，運用納米技術可使涂料的許多指標大幅度提高，外墻涂料的耐洗刷性由1千多次提高到1萬多次，老化時間延長兩倍。例如，在涂料中添加納米SiO₂可使其抗老化性能、光潔度及強度成倍提高；添加納米TiO₂可制成殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，用于房屋內墻涂飾。陶瓷方面，納米ZnO可使陶瓷制品燒結溫度降低400～600℃，燒成品光亮如鏡，加有納米ZnO的陶瓷制品具有抗菌除臭和分解有機物的自潔作用。利用納米碳管獨特的孔狀結構、大的比表面積、較高的機械強度做成納米反應器，使化學反應在一個很小的范圍內進行。