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尹长军 摘 要：文章阐述了粉体混合的机理和影响混合的主要物理特性。总结了粉体混合在实践过程常见的工艺难题，并对如何解决进行了探讨。 关键词：粉体混合；颗粒；机理；影响因素 中图分类号：TQ027.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）25-0070-02 混合是将不同物理性质和化学性质的颗粒在空间上分布均匀的过程[1]，是两种以上的固态粉体物料在外力的作用下，其不均匀性降到最低的过程[2]。如对粉末冶金生产而言，粉体混合質量将直接影响粉末冶金零件的内在质量。 1 混合的机理 粉末混合的方法和所用的设备不一样，混合的效果肯定不一样，但是混合机理是基本相同的。 （1）扩散混合：粉体小规模分层扩散移动，在外力作用下分离的粉体移动到不断展现的新生层面上，使各组粉体在局部氛围内扩散实现分布均匀。 （2）对流混合：粉体大规模的随机移动，粉体在外力作用下产生类似流体的运动，粉体从物料的一处移至另一处，使粉体在大范围内对流实现均匀分布。 （3）剪切混合：对粉体物料团内进行剪切，在外力的作用下粉体间出现相互滑移现象，形成滑移面，使局部的粉体不断被剪切实现均匀分布。以上三种混合原理虽各有不同，但是共同的本质则是施加适当形式的外力使混合物中各种组分粉体产生相互间的相对位移，这是发生混合的必要的条件。 不少学者把粉体混合的各个阶段大致用图1来标示[3]。从图中分析得出，粉体混合的第Ⅰ阶段表现为宏观整体混合很快，为对流混合；第Ⅱ阶段的混合速度有所减慢，是对流和剪切的共同作用阶段；第Ⅲ阶段时，粉体的混合均匀度在某一值上下波动，表明粉体的混合与分离相平衡，粉体处于微观阶段，为扩散混合阶段[4]。 由于粉体本身的物化性质不同、设备结构与操作条件的不同，实际生产中粉体的混合过程是一个很复杂的过程，不仅可能三种混合方式同时存在，而且混合的常常伴随着粉体颗粒的分离。 （4）混合的随机性：以粒度相同的两种等量物料固体A和固体B混合为例，如A与B的密度相同，在理论上似可轻易达到完全的混合状态，只要使A和B相互交错排列，即达到完全的理想的混合。若A是B的2倍的量，则必须有2个A粒子与一个B粒子排列在一起。若A与B的密度不同，B为A的2倍，就必须1个A与2个B并列。这样，绝对的均化在工业生产中就不大可能出现了，那么最佳的混合状态就是无序的不规则排列，一般认为混合的过程就是一个“随机过程”，也称“概率混合”，其所能达到的最佳程度称为随机的完全混合。 2 影响粉体混合的主要物理特性 物料粉体所具有的形状、粒径及粒度分布、装填密度、表面性质、休止角、流动性、含水量、粘结性等都会影响混合过程，从实践经验来看，其中最具有影响力的是装填密度、粒径和流动性。 （1）粉体装填密度。包含松装密度和振实密度，是研究粉体的一个重要的标准特征值。实际应用中一定数量的粉体堆积密度是介于松装密度和振实密度之间的。因此，要考虑松装密度与振实密度两个因素的影响。 （2）粉体粒径。表示颗粒的平均尺寸，绝大多数粉体形状都是不规则的，本文所指的粒径是在假设粉体形状是规则的前提下，用粉体直径来标示。根据现有粉体理论和实践经验表明，粉体越细，越不容易混合均匀。 （3）粉体的流动性。一般情况下，粉体流动性越好，混合进程进行的就越快。粉体实际流动时，通常用堆粉角和崩溃角标示，如图2所示。只有流动性不好的粉体才会有崩溃角的产生。 3 常见混合工艺难题探讨 （1）流动性差的粉体。在实际工作中，我们经常会遇到流动性很差的粉体，根据实践观察，堆粉角≥40°的粉体，要混合均匀就变得十分困难了。依靠只有料桶运动的混合设备达到均匀混合的目的几乎是不可能的，延长混合时间也很难做到。 改善方法：由于流动性不好，粉体不易分开，因此在混合时需要强制搅拌手段，使用带有搅拌叶片的混合机，克服由于流动不好带来的混合难度。 （2）轻重粉不易混合难题。例如：在调味料混合中要把较重的盐粒和较轻的辣椒粉混合均匀，根据现有粉体液态化模型可知，比重轻的辣椒粉一直漂浮在容器的上方，难以混合均匀。 改善方法：选用双运动混合机，如图3所示。由于双运动混合容器转动与内部叶片转动在同方向进行，但是转速不一致，这样叶片就会裹挟漂浮于上方的轻粉进入主体重粉中，从而使轻粉得以均匀的混合。 （3）超细粉不易混合难题。超细粉通常指1000目以上的粉体，当一种粉体细小到一定程度时，他外部的物理特征就会发生巨大的变化，原来不会漂浮的变得会漂浮，并极易出现团聚，形成假颗粒现象，极难混合均匀。 改善方法：降低设备运动速度，尽量避免超细粉的漂浮运动；选用双运动混合设备，将漂浮在容器上方的超细粉压入主体粉中；装料时，物料装到混合机器容的80～85%，减少超细粉漂浮的可能性，增加粉体的压力，有利于叶片剪切的效果。 （4）添加微量元素的粉体。在食品、医药等行业中，产品往往会添加对质量起关键作用并且特别贵重的微量元素。微量元素一旦聚集在容器死角或混合不均匀，就会造成产品报废。 改善方法：针对易聚集在料桶死角的难点，需采用料桶可以运动的混合设备，避免死角的产生；针对微量元素添加极少和主体粉流动性不好的难点，采用带有强制剪切搅拌功能的混合设备，避免粉体流动性不好的难点。同时采用逐次增量的混合方法来解决，不断稀释微量元素，达到混合均匀的目的。 4 结束语 目前，粉体混合已经发展成为一门跨学科，垮行业的综合性极强的技术科学，他的应用遍及材料、冶金、食品、医药等诸多领域。粉体对象成千上万，而且个体特性复杂，因此粉体混合是个比较庞杂而困难的工作。期待在不久的将来，可更深刻地揭示混合过程中粉体的运动机理，达到更好的混合效果和更高的混合效率。 参考文献： [1]German. Pow der Met allurgy Science.New York ：Chemical Publishing Co.Inc，1995 [2]孙楠，秦家峰，张锡兵，等.粉体混合原理及混合质量分析[J].机电信息，2012，14：42. [3]赵洪义.绿色高性能生态水泥的合成技术[M].北京：化学工业出版社，2007：139-141. [4]叶涛.多组分粉体混合过程的理论分析与实验研究[D].武汉：武汉理工大学，2009.endprint
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