粉体混合概述

粉体混合概述

一、混合的概念

混合或均化粉体工程中重要的单元操作，是通过机械的或流体的方法使不同理性质（如粒度、密度等）和化学性质（如成分等）的颗粒在宏观上均匀分布的工艺过程。通常对固体的均化操作称为混合，对液体的均化操作称为搅拌，对塑性体的均化操作则称为捏和。粉体混合的目的和意义是多种多样的，混合的方式和途径也是不一样的。

二、混合的意义

粉体混合的目的和意义是多种多样的。例如玻璃生产可视为两个混合过程，包括配合料粉体的混合和熔融玻璃的粘性流体混合。熔化中玻璃液存在的小气泡或过多的漂物一般是由于配合料的均匀性不佳所造成的；玻璃中可见的条纹和结石等也都可能与配合料中固体颗粒混合得不好有关。陶瓷原料的均化为固相反应和获得均质的制品创造了条件；在耐火材料的生产中，为了获得所需的强度，需要制备有最紧密填充状态的颗粒配合料；水泥工业中原料的预均化和半成品的进一步均化对扩大原料的利用、有利于化学反应和提高产品的质量均有重要的意义。

三、混合机理与随机性分析

粉体均化的方式和途径多种多样，但均化过程的原理是基本相同的。归纳起来，主要有以下3种：

(1）移动均化（对流均化）。颗粒团块从物料中的一处移动到另一处，类似于流体的对流。(2）扩散均化。分离的颗粒分散到不断展现的斜面上。如同一般的扩散作用那样，互相掺和、渗透而得到均化。

(3）剪切均化。在物料团块（堆）内部，颗粒之间的相对移动，在物料中形成若干滑移面，就像薄层状的流体相互混合和掺和。

由于固体颗粒的混合过程复杂，迄今为止，对固体颗粒混合的研究远不及对流体的搅拌的研究。以粒度相同的两种等量固体 A 粒和 B 粒的混合为例，如果 A 与 B 的密度相同。如图11-1( a ）所示，理论上达到完全混合的状态，应该是十分简单的。只要能使 A 和 B 相互交错排列，即达到了相异颗粒在四个方向都相互间隔的完全理想混合，如图11-1( b ）所示。若 A 是 B 的两倍，则必须由两个 A 颗粒与一个 B 颗粒排列在一起。若 A 与 B 的密度不同， B 为 A 的两倍，就必须一个 A 颗粒与两个 B 颗粒并列。这种绝对均匀化的完全理想状态在工业生产中是不大可能出现的。工业上的混合最佳状态是无序的、不规则的排列。混合过程是一种随机事件，工业混合也称为概率混合，所能达到的最佳程度称为随机完全混合，如图11-1( c ）所示。

图11-1几种典型混合状态

( a ）原始态：( b ）理想完全态：( c )随机完全态

而实际混合问题要比上述情况复杂得多。不仅颗粒的大小不均匀，密度也不相同，影响固体颗粒混合的粉料特性远远不止粒度与密度这两项。例如在混合机内（料堆内）的混合作用，就是给予物料以外力（包括重力与机械力等）使其各部分颗粒发生运动，或者加速，或者减速，还包括运动方向、运动状态的改变。这种使各部分物料都发生相互变换位置的运动愈是复杂，也就愈有利于混合。而上述这些外力的性质、大小数量取决于混合的方式、混合机工作部件的结构、混合速度以及物料量等。

图11-2混合过程

混合过程一般如图11-2所示。在混合前期，混合的速度较快，颗粒之间迅速混合。达到最佳混合状态后，不但均化速度变慢，而且向反方向变化，使均化态变劣，即混合与反混合作用一正一反，使混合过程再也不能达到最佳混合状态，尤其是较细的粉休。由于粉体的凝聚以及静电效应的原因，产生了逆均化的现象称为反混合，也叫偏析。偏析是指由于具有某些特殊性能而优先占据了该系统中的若干部位。显然，偏析会阻碍随机完全混合，因为自由当任何一个颗粒都有相同的几率去占据该系统中的任一位置时才能完成完全混合。

混合状态是分料与混合之间的平衡。平衡的建立乃基于一定的条件。适当地改变这些条件就可使平衡向着有利于混合的方面转化，从而改善混合作业。