粉体物料形状与干法造粒的关系

粉体物料形状与干法造粒的关系

摘要:

造粒是粉体技术的一个重要部分，各类粉状、块状、溶液和熔融状原料制成具有一定形状和强度的固体颗粒过程都属这一类。干法挤压造粒是目前我国粉体工业中压力成型法造粒的主要方法。在千法造粒过程中，粉末是在限定的空间中通过施加外力而压紧为密实状态的。造粒成功与否，一方面取决于施加外力的有效利用和传递，另一方面也取决于颗粒物料的物理性质。本文主要阐述粉体颗拉形状与干法挤压造粒的关系和影响。

关键词:粉体物料;颗粒形状;干法挤压造粒

1概述

造粒，是粉体技术的一个重要部分，各类粉状、块状、溶液和熔融状原料制成具有一定形状和强度的固体颗粒过程都属这一类。广义的说，任何使小颗粒聚成较大实体的过程都可以称为造粒过程。这一过程可以改善细粉物料后处理加工及最终产品团聚操作的有效性。

造粒技术有近两百多年的发展，有关技术可追溯到古代成型过程，如砖、瓦等建筑材料的制备过程;捶打可塑性金属的成型过程，各种型式的药剂成型过程等，在十九世纪工业化过程中，由于对煤粉与细矿处理的需要，团粒过程走向大规模生产。本世纪初，造粒技术成了许多工业生产过程中的基本过程。到三十年代，发展尤为迅速，其主要原因为:

1.农业的高发展需要使用高质量的氮肥，而非颗粒状氮肥易产生很坏的结块现象。

2.原材料质量的下降，必须磨碎后除去杂质，而后对高品位材料进行团粒。

3.环境因素，包括对回收粉尘的处理和使用较粗颗粒炉料，以避免粉尘和烟雾对空气的污染。

4.自动化的高强度生产，要求给料具有很好的流动性。

5.现代食品向速溶或方便化发展。

造粒作业的目的和带来的好处大致可分为以下几点:(1)将物料制成理想的结构和形状;(2)为了准确定量、配剂和管理;(3)减少粉料的飞尘污染;(4)制成不同种类颗粒体系的无偏析混合体;(5)改进产品外观;(6)防止某些固相物产生过程中的结块现象;(7)改善分离状原料的流动特性;(8)增加粉料的体积质量，便于储存和运输;(9)降低有毒和腐蚀性物料处理作业过程中的危险性;(10)控制产品的溶解速度;(11)调整成品的空隙率和比表面积;(12)改善热传递效果和帮助燃烧;(13)适应不同的生物过程。

2粉体造粒技术分类

一般地，造粒的最初原料是细粉粒子，而产品是团粒(块)，在此团粒中，仍保持了原始细粉粒子的某些特性。但情况也并非都如此，因为颗粒形状可由流动的固体，还可由浓泥浆(悬浮物)干燥、冷却制得。一般操作所形成的产品应是坚固稳定的物质，但有些应用中，秩序十分微弱和瞬时的粘结性，团粒的强度仅满足后续工序的需要即可。如在速溶食品和片剂的制备中，微弱的粉末团粒即可满足要求。同时，在某些颗粒材料的产生过程中，造粒操作是一辅助过程，其主要目的可能是干燥(如喷雾干燥)，也可能是废物处理(如流化床焚烧炉)。

为使粉体粒化，在细粉料之间必须产生连接力。粉粒间的链接作用分为5类:

1.固体链接:在一定的温度条件下，在分离的相互接触点上，由于分子的相互扩散而形成连接两个颗粒的固体链。

2.毛细血管作用:在液体链中，毛细管压力能够使颗粒与颗粒之间形成较强的结合力。这种力在液体被蒸发后就会消失。

3.粘接力和粘附力:高粘度的结合介质，如沥青和其他高分子有机液体能够形成很类似固体链的连接。

4.固体颗粒之间的吸附力:固体颗粒之间的吸引力有范德华力、静电力和磁场力，如果两个颗粒靠的足够的近，这些力就能把颗粒牢固地结合在一起，颗粒越小，这种结合力越明显。

5.颗粒表面凹凸交错的结合力:纤维状、薄片状或形状不规则的颗粒互相接触、碰撞、重叠在一起时，形成相互交错并结合在一起。

现有粉体造粒技术可分为4类:

1.搅拌法造粒:是将某种液体或粘结剂渗人固态细粉末中并适当地搅拌，使液体和固态细粉末相互密切接触，产生粘结力而形成团粒。最常用的搅拌方法是通过圆盘、锥形或筒形转鼓回转时的翻动、滚动以及帘式垂落运动来完成。根据成型方式又可分为滚动团粒、混合团粒及粉末成团。典型的设备有造粒鼓、斜盘造粒机、锥鼓造粒机、盘式造粒机、滚筒造粒机、捏合机、鼓式混料机、粉末掺合机(锤式、立轴式、带式)、落幕团粒机等。搅拌法的优点是成型设备结构简单，单机产量大，所形成的颗粒易快速溶解、湿透性强，缺点是颗粒均匀性不好，所形成的颗粒强度较低。

2.喷雾和分散弥雾法:该法是在特定设备中，使处于高度分散状态的液相或半液相物料直接成为固体颗粒。这种造粒设备有喷雾干燥塔、喷雾干燥器、造粒塔、喷动床和流化床干燥器以及气流输送干燥器等。这种喷雾和分散弥雾造粒法的共同特性为:液态进料必须是可用泵输送的和可弥散的;造粒过程通常应为连续、自动化的以及大规模的操作;造粒系统必须设计成能回收或循环使用料末，以解决物料的磨损消耗和粉末夹带现象;产品粒度一般限制在Slnln以下。这类设备的优点在于物料的造粒过程和干燥过程同时进行。该设备可广泛应用于制药、食品、化工、矿业以及陶瓷工业等。其缺点是颗粒强度较低，粒度较小。

3.热熔融成型法:热熔融成型法是利用产品的低熔点特性(一般低于3℃)，将熔融物料通过特殊的冷凝方式，使其冷凝结晶成所要求的片状、条状、块状、半球状等形状。根据成型设备工作原理，主要可分为转鼓结片机和回转冷带落模成型装置。

4.压力成型法:该法是将要造粒的粉体物料限定在特定空间中，通过施加外力压紧为密实状态。根据所施加外力的物理系统不同，压力成型法又可分为模压法和挤压法。典型的模压法设备有重型压块机、台式压榨机、混凝土块压制机、压砖机、重型制片机等。其优点是可制造较大的团块，所制成的物料也有相当的机械强度，缺点是设备的适用范围较小，对有的物料不易脱模。这类设备多用于建筑、制药等领域。挤压法造粒是目前我国粉体工业中压力成型法造粒的主要方法。挤压法造粒设备根据工作原理和结构可分为真空压杆造粒机、单(双)螺杆挤压造粒机、模型冲压机、柱塞挤压机、对辊式挤压机、对齿式造粒机等。这类设备可广泛适用于石油化工、有机化工、精细化工、医药、食品、饲料、肥料、染料、塑料助剂、色母粒、橡胶助剂等等领域。该法具有适应能力强、产量大、