影响钼粉筛分效率因素的分析

陈 成

(1.中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙410083) (2.金堆城钼业股份有限公司，陕西西安710100)

0 前言

将颗粒大小不同的混合物通过单层或多层振动筛筛分成若干个不同粒度级别的过程称为筛分。自16世纪筛分机械出现以来，在筛分理论上分别提出了等厚筛分理论、概率筛分理论、强化筛分理论、低频大振幅理论和驰张筛分理论，在应用研究上相继推出了等厚筛、强化筛、高幅低频筛、琴弦筛和弛张筛等筛分机，它们在各自的应用范围内都取得了较好的效果。在冶金、选矿、建筑、化工、煤炭工业部门行业蓬勃发展的今天，对筛分设备、筛分工艺提出了更高的要求［1］。

在钼粉的筛分过程中，使用高频振动筛进行筛分作业，筛机通过振动电机带动，使钼粉在一定的运动轨迹下通过筛孔。经过分级筛分，有助于钼粉团聚的打开、杂质的去除，使其粒度分布更加均匀，满足后续加工要求，符合市场需求。

1 筛分机理和方法

1.1 筛分机理

钼粉的筛分机理，主要是从不同类型筛分设备上钼粉颗粒的运动轨迹来进行分析。用单颗粒物料跳动理论和粒群碰撞理论进行研究，大致可分为：钼粉在直线振动筛、椭圆振动筛、旋振筛上的运动。振动筛面上的筛分进程是以概率论的原理为基础的，物料颗粒的概率透筛理论实质上就是筛分的基本原理。

对钼粉进行分级作业，其筛分机理为物料在筛面上的运动始终处于一种翻卷运动的状态。如图1所示调节上、下两端的相位角，可以改变钼粉颗粒在筛面上的运动轨迹。

钼粉在筛面上的运动，既有宏观运动、又有微观运动，始终处于一种翻滚运动状态。宏观输送运动轨迹近似于一条螺线，微观翻滚运动轨迹近似于正(余)弦线。通过调节偏心块间夹角，可改变钼粉运动轨迹和状态。当夹角为30°～45°之间时，钼粉翻滚最激烈，即筛机处于最佳状态，筛分效率最高［2］。

1.2 筛分方法

图1 不同相位角下物料运动轨迹

筛分的方法一般有：等厚筛分法、概率筛分法、强化筛分法、低频大振幅法和弛张筛分法。

针对钼粉颗粒的运行轨迹，筛分的振动过程逐渐强化。即可通过提高筛机的振动参数，以取得较大的速度与加速度，从而提高生产能力和筛分效率。

1992年西德丁布吕德建立了物料群的碰撞模型，把多层物料分解成等质量颗粒单元，并假定颗粒之间是碰撞关系，即底层颗粒承受的运动速度按对心碰撞的条件逐层向上传递，这种理论抛开了抛掷强度Kr=3.3的临界概念［1］，更于实际情况相接近。

2 影响钼粉筛分效率的主要因素

振动筛的筛分效率不仅对产品质量、一级品率有很大的影响，而且直接对钼粉后续加工的加工效果有着重大的影响。因此，研究筛分效率的影响因素，对于提高产品质量十分重要。

2.1 钼粉的性质对筛分效率的影响

在使用280目筛网对钼粉进行筛分时往往会出现富集现象，即筛孔堵塞，有效筛分面积减少，降低了筛分效率。钼粉的流动性、颗粒形貌及粒度分布组成等性质在使用大目数筛网进行筛分时对筛分效率的影响十分明显。

2.1.1 钼粉的粘附性与团聚

小粒度钼粉颗粒易形成富集、搭桥现象，就是我们常说的钼粉具有“粘附性”，这种类型的钼粉在过筛时，易形成密实粘连的状态从而堵塞筛孔，使透筛率降低；团聚是指钼粉颗粒通过表面张力或固体的键桥作用形成更大的颗粒，即团聚体。团聚钼粉的颗粒外观不规则，严重影响透筛率及产品质量，立方体和球体的颗粒较片状颗粒的钼粉易于通过筛网［3］。

2.1.2 钼粉的粒度分布组成

钼粉的粒度组成与筛孔尺寸的比值称为相对粒度，相对粒度越小，透筛率越高。图2为2批不同批次钼粉的电镜照片。

图2 钼粉电镜照片

图2为2批钼粉在不同倍数下的扫描电镜照片，(c)、(d)为粒度组成均匀的钼粉颗粒，通过照片可见颗粒分布均匀，颗粒度指数差异小，相对粒度小；(a)、(b)为粒度组成分布不均的钼粉颗粒，松散密度小，密实粘连严重，易造成筛网堵塞，透筛率低。

2.2 设备参数对筛分效率的影响

2.2.1 筛面结构参数

钼粉筛分效率取决于筛网的有效面积、筛面的材料以及筛孔尺寸。筛孔尺寸、有效的筛子面积(即筛孔面积与整个筛面面积之比)越大，则筛面的单位面积生产率和筛分效率愈高。

筛孔形状也是决定透筛率的因素之一。圆形筛孔过筛的筛下物粒度较小，而长方形筛孔的有效筛面大，筛面质量轻，生产能力大，同时透过筛孔的钼粉粒度大于透过名义尺寸相同的圆形和正方形筛孔的钼粉粒度［3］。

2.2.2 振动筛的运动参数

振动筛的运动参数包括振频、振幅、振动方向角等。振动电机的合理选取是影响筛分效果的关键因素之一，而激振力的大小是影响生产效率的关键因素。一般来说，对于粒度较大的钼粉选用较大的振幅和较低的振频；对于粒度较小的钼粉选用较小的振幅和较高的振频［4］。

振动方向角、甩块夹角等都是从物料的运动轨迹考虑，90°的振动方向角，30°～45°的甩块夹角最为符合钼粉的筛分机理。另外，给料的均匀性对钼粉的筛分过程影响也很大，若给料过多，会加重筛子的负荷，降低筛分效率，加快筛网破损频率。

3 提高钼粉筛分效率的途径

3.1 改善钼粉的性能

选用适当的还原工艺，使钼粉的粒度分布均匀、加强粉末流动性，同时尽量避免团聚体钼粉的产生，减少因筛孔堵塞造成筛分效率、筛分质量降低的情况。

为了使振动筛高效运行，必须严格按照操作规程精心操作，给料均匀、连续和适量，保证钼粉沿整个筛面均匀分布，以利于细钼粉的透筛，获得较高的处理能力和筛分效率。振动筛以额定处理能力80%操作时，可得到最大的筛分效率(95%)。当负载增加时筛分效率下降；负载减小时，钼粉颗粒易跳过筛面而使筛分效率下降［4］。

高速的振频能防止筛孔堵塞，可提高小粒度钼粉的筛分效率，但筛分大粒度钼粉的时候，为加速分层和增快钼粉沿筛面移动速度，应增大振幅，达到提高生产效率的目的［5］。

3.2 选用合适的筛分设备

根据钼粉的过筛质量要求选用合适的筛分设备、提高钼粉的筛分效率，关键在于为其沿筛面创造良好运动状态的条件。钼粉沿筛面的运动情况主要取决于振幅、振频和运行轨迹的合理配合，选取适当的振动电机，在各项参数合理配合的前提下，增大筛网的有效面积或增加筛孔尺寸都能在一定程度上提高筛分质量、改善筛分效果。

通过筛分设备改善筛分效果的应从下面几个方面入手：

(1)促使钼粉颗粒迅速沿筛面移动，以提高生产效率；

(2)保证透过筛孔的细颗粒钼粉与筛面有足够的接触机会；

(3)促使钼粉强烈翻动，有助于其去向穿透；

(4)防止粗大钼粉颗粒团聚，有助于细颗粒钼粉通过；

3.2.1 筛分设备的选择

筛分设备针对不同行业的需求可分为选矿、煤炭部门所需的矿用系列振动筛，化工行业需要的过滤系列振动筛等。选用适当规格的振动电机作为激振器的高频振动筛可满足精细筛分及筛分效率的要求。

考虑到工业化生产的高效、安全环保等要求，钼粉筛分设备的选择条件应包含以下几点：

(1)筛分效率高、设计精巧耐用；

(2)换网容易、操作简单、清洗方便；(3)网孔不堵塞、粉末不飞扬、可筛至500目或28 μm；

(4)杂质、粗料自动排出，可以连续作业；

(5)独特网架设计，筛网使用时间长久，换网2人即可；

(6)体积小不占空间，移动方便。

钼粉属稀有金属粉末，可选用三元旋振筛作为钼粉的主要筛分设备。该筛机由直立式电机作为激振源，振动源产生的三次元振动强大而平稳。电机上、下两端安装有偏心甩块，将电机的旋转运动转变为水平、垂直、倾斜的三次元运动，再把这个运动传递给筛面。旋振筛的筛面运动是由平动和摆动运动所合成的一种空间复合运动，此复合运动轨迹是一条空间椭圆曲线，此曲线在水平面内投影为一个圆形，而在垂直面内投影为椭圆。

三元旋振筛有效的保证钼粉筛分质量。整机、筛网寿命长，耗能少，维修便利、费用低；高效精确筛分，筛上物自动排放、机内无存料、网架结构无死角、筛网使用面积大，最大程度保证钼粉纯度，避免不同批次钼粉的混杂。

筛机工作原理见图3，上下偏心甩块之间夹角可根据不同需要任意调节，钼粉从筛机上端中心进入从边缘排出。

图3 钼粉的分级筛分

3.2.2 筛分设备的改进

现阶段使用的钼粉筛分设备可满足筛分环节的正常运行，但操作过程中难免会出现物料混杂、给料量不匀等情况，影响钼粉筛分效率。此外，物料的飞扬易导致环境污染及回收率降低，在小粒度钼粉或大目数筛网的筛分过程中会出现清网次数多、粘附堵网等情况，增加劳动强度，降低筛分效率。

我公司针对这种情况，应客户要求引用2种新型的筛分设备进行筛分作业，提高筛分效率、降低劳动强度的同时有效改善物料飞扬的情况。

(1)高架振动筛

高架振动筛有效地提升筛分效率与筛分质量，降低劳动强度、改善工作环境。该设备分为上、中、下3部分，上部为加料系统，通过转轮旋转完成自动加料，其中振动器的震动频次与风机转轮的下料参数均可通过配电箱调节；中部通过激振器振动带动筛机完成筛分工序。高架台风机转轮下料口与筛机的筛面之间由特制防尘罩连接，防止粉尘飞扬；下部放置钼粉成品料仓，用来收集经过筛网分级筛分合格的钼粉，高架台侧面料仓收集无法通过筛网的筛上物，下料口与筛上物料仓之间用软连接完成连接下料。在筛分环节中可有效减少杂质掺入，提高筛分效率的同时也降低了人工消耗、避免物料飞扬。

(2)超声波振动筛

为了在原有基础上提升筛分效率与产品质量，最大程度减少筛网的堵塞情况，设计使用配合高架振动筛使用的超声波振动筛(见图4)。其工作原理为：附加在筛网上的超声振动波(机械波)，使超微细粉体接受巨大的超声加速度，从而抑制粘附、摩擦、平降、楔入等堵网因素，提高筛分效率和清网效率。

超声波振动筛减少清网时间，不产生弹跳球等辅助物对粉体的污染，可有效分解粘附物质，打开团聚钼粉、减少筛上物，并可保持筛孔尺寸，延长筛网使用寿命，稳定筛分精度。

以出口美国的一种钼粉规格产品为例，采用高架振动筛配备280目的超声波振动筛，钼粉的筛分成品率平均可达86.5%。筛分检验使用Ro－tap振实密度测试仪判定筛分质量，该仪器采用双层筛网过筛的方法检验，第1层筛网为75 μm，第2层为63 μm，采集1 kg钼粉样品过筛，筛上比例之和低于5‰时视为检验合格。对该规格钼粉产品经过筛分后采样检验，检测结果平均为1‰左右。筛分工艺的改进大大降低了员工劳动强度，减少了环境污染，提高了筛分效率及产品质量。

图4 超声振动筛

4 结语

选用合适的筛分设备、优化筛分工艺、规范化操作，在工艺允许的范围内调节工艺参数改善钼粉性能，可有效的提高钼粉筛分效率。了解钼粉筛分的机理与方法、掌握影响筛分效率的因素与规律，根据实际生产情况采取相应的措施，在保证筛分量的前提下，最大限度的提高筛分效率、保证钼粉的一级品率，对于筛分工艺的优化、产品质量的提高具有重要意义。

［1］彭会清，曹钊，曹永丹.筛分机械与筛分机理研究的现状及发展［J］.矿山机械.2009［15］：105－109.

［2］邵忍平旋振筛的空间运动轨迹及物料运动规律研究［J］.机械强度.1994［16］：40－46.

［3］方瑞.影响振动筛性能的因素与提高措施［J］.上海造纸.2009［2］：27－31.

［4］张中元.提高振动筛处理能力的途径［J］.黄金.2000［7］：36－38.

［5］唐荣.关于提高振动筛工作效率的分析［J］.云南冶金.1986：30－33.