陳 成

(1.中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410083) (2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西西安710100)

0 前言

將顆粒大小不同的混合物通過單層或多層振動(dòng)篩篩分成若干個(gè)不同粒度級(jí)別的過程稱為篩分。自16世紀(jì)篩分機(jī)械出現(xiàn)以來，在篩分理論上分別提出了等厚篩分理論、概率篩分理論、強(qiáng)化篩分理論、低頻大振幅理論和馳張篩分理論，在應(yīng)用研究上相繼推出了等厚篩、強(qiáng)化篩、高幅低頻篩、琴弦篩和弛張篩等篩分機(jī)，它們在各自的應(yīng)用范圍內(nèi)都取得了較好的效果。在冶金、選礦、建筑、化工、煤炭工業(yè)部門行業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，對(duì)篩分設(shè)備、篩分工藝提出了更高的要求［1］。

在鉬粉的篩分過程中，使用高頻振動(dòng)篩進(jìn)行篩分作業(yè)，篩機(jī)通過振動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)，使鉬粉在一定的運(yùn)動(dòng)軌跡下通過篩孔。經(jīng)過分級(jí)篩分，有助于鉬粉團(tuán)聚的打開、雜質(zhì)的去除，使其粒度分布更加均勻，滿足后續(xù)加工要求，符合市場需求。

1 篩分機(jī)理和方法

1.1 篩分機(jī)理

鉬粉的篩分機(jī)理，主要是從不同類型篩分設(shè)備上鉬粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡來進(jìn)行分析。用單顆粒物料跳動(dòng)理論和粒群碰撞理論進(jìn)行研究，大致可分為：鉬粉在直線振動(dòng)篩、橢圓振動(dòng)篩、旋振篩上的運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)篩面上的篩分進(jìn)程是以概率論的原理為基礎(chǔ)的，物料顆粒的概率透篩理論實(shí)質(zhì)上就是篩分的基本原理。

對(duì)鉬粉進(jìn)行分級(jí)作業(yè)，其篩分機(jī)理為物料在篩面上的運(yùn)動(dòng)始終處于一種翻卷運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。如圖1所示調(diào)節(jié)上、下兩端的相位角，可以改變鉬粉顆粒在篩面上的運(yùn)動(dòng)軌跡。

鉬粉在篩面上的運(yùn)動(dòng)，既有宏觀運(yùn)動(dòng)、又有微觀運(yùn)動(dòng)，始終處于一種翻滾運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。宏觀輸送運(yùn)動(dòng)軌跡近似于一條螺線，微觀翻滾運(yùn)動(dòng)軌跡近似于正(余)弦線。通過調(diào)節(jié)偏心塊間夾角，可改變鉬粉運(yùn)動(dòng)軌跡和狀態(tài)。當(dāng)夾角為30°～45°之間時(shí)，鉬粉翻滾最激烈，即篩機(jī)處于最佳狀態(tài)，篩分效率最高［2］。

1.2 篩分方法

圖1 不同相位角下物料運(yùn)動(dòng)軌跡

篩分的方法一般有：等厚篩分法、概率篩分法、強(qiáng)化篩分法、低頻大振幅法和弛張篩分法。

針對(duì)鉬粉顆粒的運(yùn)行軌跡，篩分的振動(dòng)過程逐漸強(qiáng)化。即可通過提高篩機(jī)的振動(dòng)參數(shù)，以取得較大的速度與加速度，從而提高生產(chǎn)能力和篩分效率。

1992年西德丁布呂德建立了物料群的碰撞模型，把多層物料分解成等質(zhì)量顆粒單元，并假定顆粒之間是碰撞關(guān)系，即底層顆粒承受的運(yùn)動(dòng)速度按對(duì)心碰撞的條件逐層向上傳遞，這種理論拋開了拋擲強(qiáng)度Kr=3.3的臨界概念［1］，更于實(shí)際情況相接近。

2 影響鉬粉篩分效率的主要因素

振動(dòng)篩的篩分效率不僅對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、一級(jí)品率有很大的影響，而且直接對(duì)鉬粉后續(xù)加工的加工效果有著重大的影響。因此，研究篩分效率的影響因素，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量十分重要。

2.1 鉬粉的性質(zhì)對(duì)篩分效率的影響

在使用280目篩網(wǎng)對(duì)鉬粉進(jìn)行篩分時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)富集現(xiàn)象，即篩孔堵塞，有效篩分面積減少，降低了篩分效率。鉬粉的流動(dòng)性、顆粒形貌及粒度分布組成等性質(zhì)在使用大目數(shù)篩網(wǎng)進(jìn)行篩分時(shí)對(duì)篩分效率的影響十分明顯。

2.1.1 鉬粉的粘附性與團(tuán)聚

小粒度鉬粉顆粒易形成富集、搭橋現(xiàn)象，就是我們常說的鉬粉具有“粘附性”，這種類型的鉬粉在過篩時(shí)，易形成密實(shí)粘連的狀態(tài)從而堵塞篩孔，使透篩率降低；團(tuán)聚是指鉬粉顆粒通過表面張力或固體的鍵橋作用形成更大的顆粒，即團(tuán)聚體。團(tuán)聚鉬粉的顆粒外觀不規(guī)則，嚴(yán)重影響透篩率及產(chǎn)品質(zhì)量，立方體和球體的顆粒較片狀顆粒的鉬粉易于通過篩網(wǎng)［3］。

2.1.2 鉬粉的粒度分布組成

鉬粉的粒度組成與篩孔尺寸的比值稱為相對(duì)粒度，相對(duì)粒度越小，透篩率越高。圖2為2批不同批次鉬粉的電鏡照片。

圖2 鉬粉電鏡照片

圖2為2批鉬粉在不同倍數(shù)下的掃描電鏡照片，(c)、(d)為粒度組成均勻的鉬粉顆粒，通過照片可見顆粒分布均勻，顆粒度指數(shù)差異小，相對(duì)粒度小；(a)、(b)為粒度組成分布不均的鉬粉顆粒，松散密度小，密實(shí)粘連嚴(yán)重，易造成篩網(wǎng)堵塞，透篩率低。

2.2 設(shè)備參數(shù)對(duì)篩分效率的影響

2.2.1 篩面結(jié)構(gòu)參數(shù)

鉬粉篩分效率取決于篩網(wǎng)的有效面積、篩面的材料以及篩孔尺寸。篩孔尺寸、有效的篩子面積(即篩孔面積與整個(gè)篩面面積之比)越大，則篩面的單位面積生產(chǎn)率和篩分效率愈高。

篩孔形狀也是決定透篩率的因素之一。圓形篩孔過篩的篩下物粒度較小，而長方形篩孔的有效篩面大，篩面質(zhì)量輕，生產(chǎn)能力大，同時(shí)透過篩孔的鉬粉粒度大于透過名義尺寸相同的圓形和正方形篩孔的鉬粉粒度［3］。

2.2.2 振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)參數(shù)

振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括振頻、振幅、振動(dòng)方向角等。振動(dòng)電機(jī)的合理選取是影響篩分效果的關(guān)鍵因素之一，而激振力的大小是影響生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。一般來說，對(duì)于粒度較大的鉬粉選用較大的振幅和較低的振頻；對(duì)于粒度較小的鉬粉選用較小的振幅和較高的振頻［4］。

振動(dòng)方向角、甩塊夾角等都是從物料的運(yùn)動(dòng)軌跡考慮，90°的振動(dòng)方向角，30°～45°的甩塊夾角最為符合鉬粉的篩分機(jī)理。另外，給料的均勻性對(duì)鉬粉的篩分過程影響也很大，若給料過多，會(huì)加重篩子的負(fù)荷，降低篩分效率，加快篩網(wǎng)破損頻率。

3 提高鉬粉篩分效率的途徑

3.1 改善鉬粉的性能

選用適當(dāng)?shù)倪€原工藝，使鉬粉的粒度分布均勻、加強(qiáng)粉末流動(dòng)性，同時(shí)盡量避免團(tuán)聚體鉬粉的產(chǎn)生，減少因篩孔堵塞造成篩分效率、篩分質(zhì)量降低的情況。

為了使振動(dòng)篩高效運(yùn)行，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程精心操作，給料均勻、連續(xù)和適量，保證鉬粉沿整個(gè)篩面均勻分布，以利于細(xì)鉬粉的透篩，獲得較高的處理能力和篩分效率。振動(dòng)篩以額定處理能力80%操作時(shí)，可得到最大的篩分效率(95%)。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)篩分效率下降；負(fù)載減小時(shí)，鉬粉顆粒易跳過篩面而使篩分效率下降［4］。

高速的振頻能防止篩孔堵塞，可提高小粒度鉬粉的篩分效率，但篩分大粒度鉬粉的時(shí)候，為加速分層和增快鉬粉沿篩面移動(dòng)速度，應(yīng)增大振幅，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的［5］。

3.2 選用合適的篩分設(shè)備

根據(jù)鉬粉的過篩質(zhì)量要求選用合適的篩分設(shè)備、提高鉬粉的篩分效率，關(guān)鍵在于為其沿篩面創(chuàng)造良好運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的條件。鉬粉沿篩面的運(yùn)動(dòng)情況主要取決于振幅、振頻和運(yùn)行軌跡的合理配合，選取適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)電機(jī)，在各項(xiàng)參數(shù)合理配合的前提下，增大篩網(wǎng)的有效面積或增加篩孔尺寸都能在一定程度上提高篩分質(zhì)量、改善篩分效果。

通過篩分設(shè)備改善篩分效果的應(yīng)從下面幾個(gè)方面入手：

(1)促使鉬粉顆粒迅速沿篩面移動(dòng)，以提高生產(chǎn)效率；

(2)保證透過篩孔的細(xì)顆粒鉬粉與篩面有足夠的接觸機(jī)會(huì)；

(3)促使鉬粉強(qiáng)烈翻動(dòng)，有助于其去向穿透；

(4)防止粗大鉬粉顆粒團(tuán)聚，有助于細(xì)顆粒鉬粉通過；

3.2.1 篩分設(shè)備的選擇

篩分設(shè)備針對(duì)不同行業(yè)的需求可分為選礦、煤炭部門所需的礦用系列振動(dòng)篩，化工行業(yè)需要的過濾系列振動(dòng)篩等。選用適當(dāng)規(guī)格的振動(dòng)電機(jī)作為激振器的高頻振動(dòng)篩可滿足精細(xì)篩分及篩分效率的要求。

考慮到工業(yè)化生產(chǎn)的高效、安全環(huán)保等要求，鉬粉篩分設(shè)備的選擇條件應(yīng)包含以下幾點(diǎn)：

(1)篩分效率高、設(shè)計(jì)精巧耐用；

(2)換網(wǎng)容易、操作簡單、清洗方便；(3)網(wǎng)孔不堵塞、粉末不飛揚(yáng)、可篩至500目或28 μm；

(4)雜質(zhì)、粗料自動(dòng)排出，可以連續(xù)作業(yè)；

(5)獨(dú)特網(wǎng)架設(shè)計(jì)，篩網(wǎng)使用時(shí)間長久，換網(wǎng)2人即可；

(6)體積小不占空間，移動(dòng)方便。

鉬粉屬稀有金屬粉末，可選用三元旋振篩作為鉬粉的主要篩分設(shè)備。該篩機(jī)由直立式電機(jī)作為激振源，振動(dòng)源產(chǎn)生的三次元振動(dòng)強(qiáng)大而平穩(wěn)。電機(jī)上、下兩端安裝有偏心甩塊，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗健⒋怪?、傾斜的三次元運(yùn)動(dòng)，再把這個(gè)運(yùn)動(dòng)傳遞給篩面。旋振篩的篩面運(yùn)動(dòng)是由平動(dòng)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)所合成的一種空間復(fù)合運(yùn)動(dòng)，此復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡是一條空間橢圓曲線，此曲線在水平面內(nèi)投影為一個(gè)圓形，而在垂直面內(nèi)投影為橢圓。

三元旋振篩有效的保證鉬粉篩分質(zhì)量。整機(jī)、篩網(wǎng)壽命長，耗能少，維修便利、費(fèi)用低；高效精確篩分，篩上物自動(dòng)排放、機(jī)內(nèi)無存料、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無死角、篩網(wǎng)使用面積大，最大程度保證鉬粉純度，避免不同批次鉬粉的混雜。

篩機(jī)工作原理見圖3，上下偏心甩塊之間夾角可根據(jù)不同需要任意調(diào)節(jié)，鉬粉從篩機(jī)上端中心進(jìn)入從邊緣排出。

圖3 鉬粉的分級(jí)篩分

3.2.2 篩分設(shè)備的改進(jìn)

現(xiàn)階段使用的鉬粉篩分設(shè)備可滿足篩分環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行，但操作過程中難免會(huì)出現(xiàn)物料混雜、給料量不勻等情況，影響鉬粉篩分效率。此外，物料的飛揚(yáng)易導(dǎo)致環(huán)境污染及回收率降低，在小粒度鉬粉或大目數(shù)篩網(wǎng)的篩分過程中會(huì)出現(xiàn)清網(wǎng)次數(shù)多、粘附堵網(wǎng)等情況，增加勞動(dòng)強(qiáng)度，降低篩分效率。

我公司針對(duì)這種情況，應(yīng)客戶要求引用2種新型的篩分設(shè)備進(jìn)行篩分作業(yè)，提高篩分效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)有效改善物料飛揚(yáng)的情況。

(1)高架振動(dòng)篩

高架振動(dòng)篩有效地提升篩分效率與篩分質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善工作環(huán)境。該設(shè)備分為上、中、下3部分，上部為加料系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)完成自動(dòng)加料，其中振動(dòng)器的震動(dòng)頻次與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)輪的下料參數(shù)均可通過配電箱調(diào)節(jié)；中部通過激振器振動(dòng)帶動(dòng)篩機(jī)完成篩分工序。高架臺(tái)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)輪下料口與篩機(jī)的篩面之間由特制防塵罩連接，防止粉塵飛揚(yáng)；下部放置鉬粉成品料倉，用來收集經(jīng)過篩網(wǎng)分級(jí)篩分合格的鉬粉，高架臺(tái)側(cè)面料倉收集無法通過篩網(wǎng)的篩上物，下料口與篩上物料倉之間用軟連接完成連接下料。在篩分環(huán)節(jié)中可有效減少雜質(zhì)摻入，提高篩分效率的同時(shí)也降低了人工消耗、避免物料飛揚(yáng)。

(2)超聲波振動(dòng)篩

為了在原有基礎(chǔ)上提升篩分效率與產(chǎn)品質(zhì)量，最大程度減少篩網(wǎng)的堵塞情況，設(shè)計(jì)使用配合高架振動(dòng)篩使用的超聲波振動(dòng)篩(見圖4)。其工作原理為：附加在篩網(wǎng)上的超聲振動(dòng)波(機(jī)械波)，使超微細(xì)粉體接受巨大的超聲加速度，從而抑制粘附、摩擦、平降、楔入等堵網(wǎng)因素，提高篩分效率和清網(wǎng)效率。

超聲波振動(dòng)篩減少清網(wǎng)時(shí)間，不產(chǎn)生彈跳球等輔助物對(duì)粉體的污染，可有效分解粘附物質(zhì)，打開團(tuán)聚鉬粉、減少篩上物，并可保持篩孔尺寸，延長篩網(wǎng)使用壽命，穩(wěn)定篩分精度。

以出口美國的一種鉬粉規(guī)格產(chǎn)品為例，采用高架振動(dòng)篩配備280目的超聲波振動(dòng)篩，鉬粉的篩分成品率平均可達(dá)86.5%。篩分檢驗(yàn)使用Ro－tap振實(shí)密度測試儀判定篩分質(zhì)量，該儀器采用雙層篩網(wǎng)過篩的方法檢驗(yàn)，第1層篩網(wǎng)為75 μm，第2層為63 μm，采集1 kg鉬粉樣品過篩，篩上比例之和低于5‰時(shí)視為檢驗(yàn)合格。對(duì)該規(guī)格鉬粉產(chǎn)品經(jīng)過篩分后采樣檢驗(yàn)，檢測結(jié)果平均為1‰左右。篩分工藝的改進(jìn)大大降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了環(huán)境污染，提高了篩分效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4 超聲振動(dòng)篩

4 結(jié)語

選用合適的篩分設(shè)備、優(yōu)化篩分工藝、規(guī)范化操作，在工藝允許的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)改善鉬粉性能，可有效的提高鉬粉篩分效率。了解鉬粉篩分的機(jī)理與方法、掌握影響篩分效率的因素與規(guī)律，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況采取相應(yīng)的措施，在保證篩分量的前提下，最大限度的提高篩分效率、保證鉬粉的一級(jí)品率，對(duì)于篩分工藝的優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有重要意義。

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