尹長軍

摘 要：文章闡述了粉體混合的機理和影響混合的主要物理特性?？偨Y(jié)了粉體混合在實踐過程常見的工藝難題，并對如何解決進行了探討。

關鍵詞：粉體混合；顆粒；機理；影響因素

中圖分類號：TQ027.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0070-02

混合是將不同物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的顆粒在空間上分布均勻的過程[1]，是兩種以上的固態(tài)粉體物料在外力的作用下，其不均勻性降到最低的過程[2]。如對粉末冶金生產(chǎn)而言，粉體混合質(zhì)量將直接影響粉末冶金零件的內(nèi)在質(zhì)量。

1 混合的機理

粉末混合的方法和所用的設備不一樣，混合的效果肯定不一樣，但是混合機理是基本相同的。

（1）擴散混合：粉體小規(guī)模分層擴散移動，在外力作用下分離的粉體移動到不斷展現(xiàn)的新生層面上，使各組粉體在局部氛圍內(nèi)擴散實現(xiàn)分布均勻。

（2）對流混合：粉體大規(guī)模的隨機移動，粉體在外力作用下產(chǎn)生類似流體的運動，粉體從物料的一處移至另一處，使粉體在大范圍內(nèi)對流實現(xiàn)均勻分布。

（3）剪切混合：對粉體物料團內(nèi)進行剪切，在外力的作用下粉體間出現(xiàn)相互滑移現(xiàn)象，形成滑移面，使局部的粉體不斷被剪切實現(xiàn)均勻分布。以上三種混合原理雖各有不同，但是共同的本質(zhì)則是施加適當形式的外力使混合物中各種組分粉體產(chǎn)生相互間的相對位移，這是發(fā)生混合的必要的條件。

不少學者把粉體混合的各個階段大致用圖1來標示[3]。從圖中分析得出，粉體混合的第Ⅰ階段表現(xiàn)為宏觀整體混合很快，為對流混合；第Ⅱ階段的混合速度有所減慢，是對流和剪切的共同作用階段；第Ⅲ階段時，粉體的混合均勻度在某一值上下波動，表明粉體的混合與分離相平衡，粉體處于微觀階段，為擴散混合階段[4]。

由于粉體本身的物化性質(zhì)不同、設備結(jié)構(gòu)與操作條件的不同，實際生產(chǎn)中粉體的混合過程是一個很復雜的過程，不僅可能三種混合方式同時存在，而且混合的常常伴隨著粉體顆粒的分離。

（4）混合的隨機性：以粒度相同的兩種等量物料固體A和固體B混合為例，如A與B的密度相同，在理論上似可輕易達到完全的混合狀態(tài)，只要使A和B相互交錯排列，即達到完全的理想的混合。若A是B的2倍的量，則必須有2個A粒子與一個B粒子排列在一起。若A與B的密度不同，B為A的2倍，就必須1個A與2個B并列。這樣，絕對的均化在工業(yè)生產(chǎn)中就不大可能出現(xiàn)了，那么最佳的混合狀態(tài)就是無序的不規(guī)則排列，一般認為混合的過程就是一個“隨機過程”，也稱“概率混合”，其所能達到的最佳程度稱為隨機的完全混合。

2 影響粉體混合的主要物理特性

物料粉體所具有的形狀、粒徑及粒度分布、裝填密度、表面性質(zhì)、休止角、流動性、含水量、粘結(jié)性等都會影響混合過程，從實踐經(jīng)驗來看，其中最具有影響力的是裝填密度、粒徑和流動性。

（1）粉體裝填密度。包含松裝密度和振實密度，是研究粉體的一個重要的標準特征值。實際應用中一定數(shù)量的粉體堆積密度是介于松裝密度和振實密度之間的。因此，要考慮松裝密度與振實密度兩個因素的影響。

（2）粉體粒徑。表示顆粒的平均尺寸，絕大多數(shù)粉體形狀都是不規(guī)則的，本文所指的粒徑是在假設粉體形狀是規(guī)則的前提下，用粉體直徑來標示。根據(jù)現(xiàn)有粉體理論和實踐經(jīng)驗表明，粉體越細，越不容易混合均勻。

（3）粉體的流動性。一般情況下，粉體流動性越好，混合進程進行的就越快。粉體實際流動時，通常用堆粉角和崩潰角標示，如圖2所示。只有流動性不好的粉體才會有崩潰角的產(chǎn)生。

3 常見混合工藝難題探討

（1）流動性差的粉體。在實際工作中，我們經(jīng)常會遇到流動性很差的粉體，根據(jù)實踐觀察，堆粉角≥40°的粉體，要混合均勻就變得十分困難了。依靠只有料桶運動的混合設備達到均勻混合的目的幾乎是不可能的，延長混合時間也很難做到。

改善方法：由于流動性不好，粉體不易分開，因此在混合時需要強制攪拌手段，使用帶有攪拌葉片的混合機，克服由于流動不好帶來的混合難度。

（2）輕重粉不易混合難題。例如：在調(diào)味料混合中要把較重的鹽粒和較輕的辣椒粉混合均勻，根據(jù)現(xiàn)有粉體液態(tài)化模型可知，比重輕的辣椒粉一直漂浮在容器的上方，難以混合均勻。

改善方法：選用雙運動混合機，如圖3所示。由于雙運動混合容器轉(zhuǎn)動與內(nèi)部葉片轉(zhuǎn)動在同方向進行，但是轉(zhuǎn)速不一致，這樣葉片就會裹挾漂浮于上方的輕粉進入主體重粉中，從而使輕粉得以均勻的混合。

（3）超細粉不易混合難題。超細粉通常指1000目以上的粉體，當一種粉體細小到一定程度時，他外部的物理特征就會發(fā)生巨大的變化，原來不會漂浮的變得會漂浮，并極易出現(xiàn)團聚，形成假顆?，F(xiàn)象，極難混合均勻。

改善方法：降低設備運動速度，盡量避免超細粉的漂浮運動；選用雙運動混合設備，將漂浮在容器上方的超細粉壓入主體粉中；裝料時，物料裝到混合機器容的80～85%，減少超細粉漂浮的可能性，增加粉體的壓力，有利于葉片剪切的效果。

（4）添加微量元素的粉體。在食品、醫(yī)藥等行業(yè)中，產(chǎn)品往往會添加對質(zhì)量起關鍵作用并且特別貴重的微量元素。微量元素一旦聚集在容器死角或混合不均勻，就會造成產(chǎn)品報廢。

改善方法：針對易聚集在料桶死角的難點，需采用料桶可以運動的混合設備，避免死角的產(chǎn)生；針對微量元素添加極少和主體粉流動性不好的難點，采用帶有強制剪切攪拌功能的混合設備，避免粉體流動性不好的難點。同時采用逐次增量的混合方法來解決，不斷稀釋微量元素，達到混合均勻的目的。

4 結(jié)束語

目前，粉體混合已經(jīng)發(fā)展成為一門跨學科，垮行業(yè)的綜合性極強的技術科學，他的應用遍及材料、冶金、食品、醫(yī)藥等諸多領域。粉體對象成千上萬，而且個體特性復雜，因此粉體混合是個比較龐雜而困難的工作。期待在不久的將來，可更深刻地揭示混合過程中粉體的運動機理，達到更好的混合效果和更高的混合效率。

參考文獻：

[1]German. Pow der Met allurgy Science.New York ：Chemical Publishing Co.Inc，1995

[2]孫楠，秦家峰，張錫兵，等.粉體混合原理及混合質(zhì)量分析[J].機電信息，2012，14：42.

[3]趙洪義.綠色高性能生態(tài)水泥的合成技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007：139-141.

[4]葉濤.多組分粉體混合過程的理論分析與實驗研究[D].武漢：武漢理工大學，2009.endprint