碳化硅、刚玉微粉湿法分级工艺介绍

粉体采用湿法分级工艺，是干法分级不可代替的传统工艺。溢流分级使颗粒表面更清洁，粒度氛围更趋于符合产品的组成范围。本文阐述了以碳化硅、刚玉微粉为例的分级工艺，希望起到抛砖引玉的效果。
       一、对粉体湿法分级工艺的认识
水力分级是根据流体动力学的原理，使颗粒物料在流体介质（一般是水）中按颗粒大小进行分级。一般有沉降法分级和溢流法分级。
       （一）沉降法分级
       1、概念
       沉降法分级是利用颗粒物料在静止水中的沉降速度随颗粒大小而不同的特点来对物料进行分级的，即颗粒愈大，沉降速度也愈大，相反，沉降速度就愈小。
       2、沉降法工艺简图（见图一）

图一

       （二）溢流法分级
       1、概念
       是将颗粒状的物料置于上升流动的流动介质（一般介质为水）中，当水流的速度（称为溢流流量）不同时，便可“携带出”不同的大小颗粒。因此只要控制好溢流流水速度流量，便可控制溢流出微粉的粒度，达到分级的目的。
       2、沉降法工艺简图（见图二） 

图二

       二、湿法分级工艺操作与计算
       （一）沉降法分级（也叫静止沉降分级）
       1、料浆浓度
       为了确保所分级的物料的颗粒沉降能自由分离、分层，必须严格控制好料浆的浓度。微粉的料浆浓度比例：
       水1：物料0.25—0.3（重量比）
       例：直径1米，高1.5米的沉降分级缸。应投多少料呢？
       体积=1.5π（1÷2）2=1.1775m3
       投料量1.1775×0.3=0.35325吨≈350kg
       那么该缸最大投料量（干料算）是350kg。
       2、沉降时间计算
       沉降法的时间是根据沉降高度和水力分级原理计算的沉降速度来计算：

       例：我们分级F400（碳化硅微粉F砂标准），其ds50值是21.4±1.0um。第一沉降时间的ds50是20.5um，最后沉降时间的ds50值22.5um，我们的虹吸管高度是65cm。查碳化硅微粉的20℃沉降速度的系数（见表三）：20.5um的系数是0.0378cm/s，22.5um的系数是0.0442cm/s。
       即
       第一沉降时间：
       65cm÷0.0378cm/s=1720s≈29min （1）
       最后沉降时间是：
       65cm÷0.0442cm/s=1471s≈25min （2）
       以上是水温20℃的沉降速度，当秋冬季节的水温和夏天水温相差很大，其沉降速度系数也随着水温变化而变化。如果水温在10度时就应该乘以其系数（见表三）0.77，上（1）的第一实际沉降时间即：
       65cm÷0.0378cm/s×0.77=1325s≈22min （3）
       上（2）最后实际沉降时间即：
       65cm÷0.0442cm/s×0.77=1133s≈19min （4）
       我们分级F400时，当搅拌均匀并使料面而平稳，开始计时沉降，沉降时间是29分钟。从29分钟开始放料，逐步把时间依次为28、27、26、25分钟结束。原则是F400的放料浓度很低时，用显微镜半检，确认后才转入一个号F360的分级。以此为准，继续把没有分级的粒度号逐步分级。
       （二）溢流法分级
       1、料浆浓度
       为了确保分级的物料的颗粒沉降能自由分离、分层。必须严格控制好料浆的浓度。碳化硅微粉的料浆浓度比例：
       水1：料0.25—0.3（重量比）
       或溢流分级桶的圆锥部分的体积60%—80%。

碳化硅微粉的沉降速度系数（表一）

       例：用直径是0.8米的溢流分级桶，圆柱高0.5米，圆锥高1.5米。应该投多少料？
       体积=（0.8÷2）×（0.8÷2）π×0.5+（0.8÷2）×（0.8÷2）π×0.5×1.5÷3=0.5立方
       投料=0.5×30%=0.15立方≈150公斤
       或圆锥体积
       （0.8÷2）×（0.8÷2）π×0.5×1.5÷3=0.25立方
       投料=0.25×60%=0.15立方≈150公斤
       那么直径0.8米的溢流桶一般投料是150公斤。

刚玉微粉的沉降速度系数（表二）


水温与沉降速度的关系系数（表三）

       2、分级流量计算
       分级流量是根据要分级的微粉粒径的沉降速度（见表二）来计算：
       流量控制（升/小时）=沉降速度系数（厘米/秒）×溢流分级桶的截面积（平方厘米）
       例：用直径0.8米的溢流分级桶分级JIS#400碳化硅微粉时所需的流量？
       先求截面积=（0.8÷2）2π=0.5024平方米
       查JIS#400（日本磨料微粉标准）的DS50的最小值是28，最大值是32。然后再查沉降速度系数表：28um的系数是0.0592；32um的系数是0.0764。即：
       第一流量=0.5024平方米×0.0592厘米/秒×3600秒/小时=1.071吨/小时≈1071升/小时
       第二流量=0.5024平方米×0.0764厘米/秒×3600秒/小时=1.382吨/小时≈1382升/小时
       以上是水温20℃的沉降速度，当秋冬季节的水温和夏天水温相差很大，其沉降速度系数也随着水温变化而变化。如果水温在10度时，就应该乘于其系数0.77，那么上面就变成：
       第一流量=0.5024平方米×0.0592厘米/秒×3600秒/小时×0.77=0.825吨/小时≈825升/小时
       第二流量=0.5024平方米×0.0764厘米/秒×3600秒/小时×0.77=1.064吨/小时≈1064升/小时
       我们分级JIS#400的时候按照第一流量的流量开始溢流，至第二流量结束。
       注：刚玉的沉降系数理论和实际系数差不多，故没有修正系数。
       三、湿法分级应用
       湿法分级适合大多数对粒度有特殊要求（把沉降速度计算出来，进行试验校正），如粒度组成范围要求比较集中、颗粒表面清洁度要求高、对粒度组成的最粗粒有严格要求的产品。