賀州市新偉業粉體有限公司 多年專注重質碳酸鈣粉體生產廠家
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人們對粉體的加工和利用有悠久的歷史。在我國古代，北京周口店山頂洞人用赤鐵礦粉飾石珠等；新石器時代，人們在燒制陶器的原料陶土中添加石英等粉體，改善成品陶器的耐熱急變性能；仰韶文化時期，人們用赤鐵礦、黑錳礦等粉體作顏料制作彩陶，把“料姜石”磨細為“白灰面”涂抹洞壁。當代，粉體工程支撐著國民經濟的各行各業。2008年，我國 粉碎加工小麥1.1億噸，玉米1.7億噸，水泥13.9億噸，煤炭27.2億噸，鐵礦石8.2億噸，稀土礦石8.2億噸，以及鋁土礦石、銅礦石、金礦石等數億噸。人們的衣、食、住、行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也無不滲透著粉體的貢獻[1]。
1 粉體工程的內涵
將粉體加工技術與相關自然科學的理論應用到具體的生產部門中所形成的綜合知識和手段稱為粉體工程。粉體技術是解決具體技術問題的思想和技巧，而粉體工程則是以粉體技術為核心與相關技術組合，形成解決工程化生產問題的專業系統手段。
從實施特點上看，粉體工程是基于顆粒與粉體自身性質和過程現象，將系統化的知識和方法運用于工業生產中所采用的應用技術的綜合。以粉體特性為基礎，掌握粉體現象和規律，對粉體的加工過程實施不同單元作業構成粉體工程的內涵。粉體單元操作涵蓋了粉碎、分級、儲存、充填、輸送、造粒、過濾、沉降、濃縮、集塵、干燥、溶解、析晶、分散、成型、燒成等。根據各個作業中粉體加工對象的不同，粉體工程學已廣泛應用到建材、機械、能源、塑料、橡膠、礦山、冶金、醫藥、食品、飼料、農藥、化肥、造紙、資源、環保、信息、航空航天、交通等關乎國民經濟發展的各個領域[2]。
2 粉體工程的發展歷史
粉體一詞最早出現于20世紀50年代初期。但對于粉體的應用早在新石器時代就開始了。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。所以，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。陶器——第一種人造材料早在新石 器時代就問世了，而它的生產除了與火的發現有著必然的聯系外，與粉末也是分不開的。隨著生產的發展，人們對細粉末狀態的物質有了逐步的認識。明代宋應星所著的《天工開物》一書就對一些原始的粉體工藝加工過程進行了詳細的總結和描述，只是由于各種限制，沒能提出粉體的概念。
后來，各行各業都有一套制備粉體和處理粉體的經驗，形成各自的技術體系。既然從性質上說各行各業所處理的粉末都可歸并到粉體這一范疇內，各行各業的粉體技術自然必有共同之處。所以，可以以粉體為綱，將這些相對獨立的技術體系集合為一個綜合的技術體系，即粉體技術體系，從而誕生了一門新的科學與工程學，這就是粉體科學與工程。
1948年，美國J.M.Dallavlle的專著《Micromeritics》標志著粉體工程的問世。日本于1957年成立了日本粉體工學會，并于1971年成立了日本粉體工業技術協會。1962年，英國Bradford大學設立了粉體技術學院。20世紀70年代，美國也先后成立了粉體研究所（PSRI）和國際細顆粒研究所（IFPRI）。1986年，在德國紐倫堡召開了第一屆粉體技術世界會議。我國于1986年成立了中國顆粒學會[3]。
3 國內粉體工程行業的現狀
近年來,我國的粉體工業也伴隨粉體技術的發展與普及而形成規模。然而, 我國在粉體技術方面還相當落后。例如, 超微粉碎分級技術和設備在國外已相當成熟, 而國內還處于從研究向工業化的過渡階段；精細化粉體產品的品種少、產量小、質量不高, 不能滿足高新技術產業對原料的要求；高要求的粉體復合技術還處于研究開發階段；助劑的應用及粉碎同其它化工單元操作的聯合作業水平較低；很多必須用精細化粉體產品的領域仍依靠引進國外設備和技術來解決問題, 有些則需購買國外產品[4] 。
3.1 國內粉體工程行業技術現狀
3.1.1 超細粉體
一般將粒徑為0.1～10μm的粉體稱為超細粉體，超細粉體的制備主要有機械粉碎法和化學合成法?；瘜W合成法包括共沉淀法、水解法、溶膠-凝膠法、水熱合成法、氣相反應法和溶劑法等，目前又開發了激光法(如合成BaTiO3粉體)。由于化學合成法成本高，生產規模小，工藝復雜，除了少數超細粉體外，大多采用機械粉碎法，機械粉碎法生產成本低、產量高、工藝簡單，而且會發生機械化學反應，有可能改善物料的性能，易實現大規模生產。機械粉碎設備主要有氣流磨、球磨機、振動磨、高壓輥磨、離心磨、攪拌磨等，由于粉碎方式和工作原理的不同，各種設備存在著一定的差距。國外從40年代起，以超細粉碎、分級、改性為基礎的深加工技術就引起人們的關注，到60年代該技術得到了迅速發展。目前美國、德國、日本、英國等國家超細粉碎技術和設備的研制具備了較高的水平，推出了干法和濕法各類型和規格的超細粉碎及分級設備，可加工細度0.5～10μm任意窄級別的 超細產品。國內超細粉碎技術和設備研究工作始于60年代，且發展緩慢，到80年代才得到迅猛發展，目前為止，已能生產各種類型的氣流磨、振動磨、攪拌磨、沖擊磨，性能基本上可與世界上已成型的機種相媲美[5]。長沙礦冶研究院等開發的各類型攪拌磨，經過不斷地改進，在非金屬礦、化工、涂料和粉末冶金行業得到應用。
3.1.2 納米粉體材料
納米粉體的粒徑在0.001～0.1μm之間，納米粉體材料表面積大，其表面原子占很大比例并是無序的類氣狀結構，粒子內部則為有序-無序結構，導致納米粉體材料具有常規塊體材料所不具有的聲、光、電、磁、熱、力學等許多特殊性質。如光吸收顯著增加，金屬熔點降低，微波吸收增強等。我國納米粉體的研究始于20世紀80年代，已有近20多年的歷程。目前國內有約80多家單位從事納米粉體的研究，研究領域以無機非金屬納米粉體為主，研究項目主要集中在納米粉體的合成和制備、掃描探針顯微學、分析電子學和一些納米粉體的應用等方面。我國納米企業已經形成以北京(包括北京、天津、東北等地區)、上海(上海、浙江、山東、江蘇、安徽等地區)、深圳(包括深圳、廣州、福建等地區)為中心的三大納米材料及納米技術產業帶。納米粉體的年產量一般在百噸左右，大多數納米企業尚屬初創期。這些企業具備了多種納米粉體小批量生產能力，主要產品包括納米碳酸鈣、納米氧化鋁、納米二氧化鈦、納米氧化鐵、納米氧化鋅、納米鈦酸鋇、鐵酸鑭、鐵酸鋅等，還有包括納米光催化劑、載銀抗菌劑、抗靜電粉體、遠紅外粉體、負離子粉體等應用功能突出的納米粉材料，產品主要應用于橡膠、塑料、涂料、化妝品、造紙、陶瓷、膠結劑和油墨等領域[6]。
3.1.3 粉體的表面改性
粉體表面改性是根據需要，對粉體的表面特性進行物理、化學、機械等深加工處理，使粉體的表面物理化學性質，諸如晶體結構和官能團、表面能、表面潤濕性、電性、表面吸附和反應特性等發生變化，能夠滿足新材料，新工藝和新技術發展的要求。粉體表面改性的方法主要包括：包袱處理改性、沉淀反應法、表面化學改性、機械力化學改性、外膜層（膠囊化）法、高能處理改性。用于改性的設備主要包括高速攪拌機和低速攪拌機組，高速氣流沖擊表面改性機，三筒連續表面改性機[7]。
3.1.4 粉體顆粒的測量與表征
粉體顆粒的測量主要針對顆粒的粒度，比表面積，形貌，顆粒表面成分，晶相、晶體結構分析，分散性測量，表面潤濕性，包覆量和包覆率等特性。其中粉體顆粒粒度的測量占據重要位置，也是粉體測定與表征的主要內容。目前，傳統的篩洗法、水力沉降法、顯微鏡分析法仍被普遍應用，同時，一些新的技術設備受到人們越來越多的重視，諸如激光衍射法測試技術和電子傳感法測試技術。比表面積測定的標準方法是利用氣體的低溫吸附法，即以氣體分子占據顆粒表面，測量氣體吸附量計算粒子比表面積，常用的吸附氣體為氮氣。利用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡可以對顆粒表面微觀特征進行很好的觀測。此外，光電子能譜、紅外光譜、X射線衍射等測試技術也廣泛應用于粉體顆粒的測量和表征。
3.2 國內粉體工程行業市場現狀
近年來，我國粉體工業發展勢頭迅猛，已經成為一個跨行業、跨學科的大產業，全國粉體業的產值已經占到第一、二產業產值總和的一半以上，在整個國民經濟中具有十分重要的戰略地位。據專家預測，21世紀中國超細粉體產品的市場需求量將以平均每年8.5%左右的速度增長，2010年將達到158萬噸以上。國內粉體工程行業市場優勢主要體現在以下三個方面：首先，我國擁有豐富的粉體工業原料和市場, 隨著國內產業結構的調整, 各類新產品在新技術的支持下不斷出現, 原料的精細化使國內對超細粉體產品的需求增加, 僅僅 在涂料行業, 涂料用鐵白粉2000年達18萬t, 涂布高嶺土45萬t, 橡塑填料、繪料、染料、醫藥、日化等行業對粉體產品的需求增加較快。其二是國內對粉體裝備的需求有增無減, 僅就以下行業為例,1998年我國生產農藥21萬噸，染料16萬噸，涂料186萬噸，聚乙烯264萬噸，即使這些產品超細加工的量僅為10％，則每年將需要上千套粉體生產系統,可見其技術裝備的市場是十分廣闊的。其三是某些產品出口創匯需要深加工技術，這其中很關鍵的是超微粉碎和提純精制技術。僅以非金屬礦為例，我國有非金屬礦80余種，已開發的有50余種，滑石、螢石、石墨的出口量占世界總貿易量的40～50％，但是我國每年非金屬礦產品出口創匯僅為25億美元，平均每噸不到100美元。1998年我國出口108萬噸滑石，其中66％為滑石塊?；瘔K的出口為日本滑石加工業提供了80％的原料。雖然不同礦物粉碎的增值不同，但是有一定的粒度范圍的粉體產品比原礦粗品的創匯值要高3～5倍以上,因此，出口礦物粉體創匯潛力是相當大的[8]。
4 國內粉體工程行業存在的問題和發展趨勢
隨著高新技術和新材料產業的發展, 對粉體產品粒度、純度及粒度分布等各項精度要求也相應提高, 今天的粉體工程就像上世紀四五十年代的晶體管一樣, 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、保護自然環境等資源可持續發展戰略的嚴峻挑戰, 粉體工程面臨的問題也越來越大。下面即對粉體工程的發展動向作簡單介紹。
（1）現有技術的改進和多種工藝的復合 對現有工藝和設備進行改進，用更經濟的手段生產出高附加值的產品，是粉體技術發展的一個重要方向。目前，這種改進大都以經驗為基礎，逐漸使其達到最佳，要想取得突破性的進展，還需對粉體技術的基本原理有更深的認識。盡管人們已經認識到了這一點，但目前對傳統工藝基礎研究的投人仍十分有限，在我國就顯得更為薄弱了。將兩個或兩個以上現有工藝過程進行巧妙地復合，產生一種新的經濟有效的工藝過程，是粉體技術發展的一個重要趨勢。例如，粉碎與干燥過程的復合，粉碎與分級過程的復合以及各種分離過程之間的復合等[9]。
（2）高效檢測和表征技術的升級和應用 粉體顆粒的測量和表征是粉體研究和生產中過程控制的基本方法和手段，傳統的測量和表征方法因為數據獲得緩慢、結果偏差大、操作麻煩等缺點限制了粉體行業向高、精、尖的發展。那么，怎樣提高測量和表征手段的效率、穩定性及準確性，如何完成數據自動檢測和分析將受到越來越多的關注，而且伴隨自動化和智能化的發展，這些問題將得 到很好的解決。
（3）功能粉體加工技術的發展 高新技術對功能粉體材料的性能和加工工藝的要求是高純度和超微細，具體表現在優越的聲、光、電、磁性能，良好的分散性、吸附性和反應活性，優良的補強性能和晶體結構穩定性。例如，用膠體化學方法，在粉體表面形成具有特定結構和功能的包覆層，從而改變粉體的表面性能。這些性能包括粉體的流動特性、溶解特性、電磁性能、色澤、味覺等等。用這種方式生產的具有緩釋功能的粉體產品，成為醫藥、農藥、化肥等領域的“功能”材料。它們會根據需要，在各個適當的時機，按照適當劑量和效果發揮作用。
（4）粉體材料應用領域的拓展 經濟規律表明任何行業發展的根本動力在于市場的需求，粉體工程行業的發展也不例外。與粉體生產規模的迅速擴大相比，粉體材料的應用領域的拓展卻相對緩慢，長期下去，必然導致供需失衡，從而對行業本身帶來損傷?；诖?，粉體工業應加強產品應用的研究，拓寬市場范圍，進而推動粉體工程行業健康發展！
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