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 人們對(duì)粉體的加工和利用有悠久的歷史。在我國(guó)古代，北京周口店山頂洞人用赤鐵礦粉飾石珠等；新石器時(shí)代，人們?cè)跓铺掌鞯脑咸胀林刑砑邮⒌确垠w，改善成品陶器的耐熱急變性能；仰韶文化時(shí)期，人們用赤鐵礦、黑錳礦等粉體作顏料制作彩陶，把“料姜石”磨細(xì)為“白灰面”涂抹洞壁。當(dāng)代，粉體工程支撐著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。2008年，我國(guó) 粉碎加工小麥1.1億噸，玉米1.7億噸，水泥13.9億噸，煤炭27.2億噸，鐵礦石8.2億噸，稀土礦石8.2億噸，以及鋁土礦石、銅礦石、金礦石等數(shù)億噸。人們的衣、食、住、行無(wú)不與粉體密切相關(guān)，新材料、新能源、新工藝等領(lǐng)域的高新技術(shù)也無(wú)不滲透著粉體的貢獻(xiàn)[1]。

1 粉體工程的內(nèi)涵

 將粉體加工技術(shù)與相關(guān)自然科學(xué)的理論應(yīng)用到具體的生產(chǎn)部門中所形成的綜合知識(shí)和手段稱為粉體工程。粉體技術(shù)是解決具體技術(shù)問(wèn)題的思想和技巧，而粉體工程則是以粉體技術(shù)為核心與相關(guān)技術(shù)組合，形成解決工程化生產(chǎn)問(wèn)題的專業(yè)系統(tǒng)手段。

從實(shí)施特點(diǎn)上看，粉體工程是基于顆粒與粉體自身性質(zhì)和過(guò)程現(xiàn)象，將系統(tǒng)化的知識(shí)和方法運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中所采用的應(yīng)用技術(shù)的綜合。以粉體特性為基礎(chǔ)，掌握粉體現(xiàn)象和規(guī)律，對(duì)粉體的加工過(guò)程實(shí)施不同單元作業(yè)構(gòu)成粉體工程的內(nèi)涵。粉體單元操作涵蓋了粉碎、分級(jí)、儲(chǔ)存、充填、輸送、造粒、過(guò)濾、沉降、濃縮、集塵、干燥、溶解、析晶、分散、成型、燒成等。根據(jù)各個(gè)作業(yè)中粉體加工對(duì)象的不同，粉體工程學(xué)已廣泛應(yīng)用到建材、機(jī)械、能源、塑料、橡膠、礦山、冶金、醫(yī)藥、食品、飼料、農(nóng)藥、化肥、造紙、資源、環(huán)保、信息、航空航天、交通等關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域[2]。

2 粉體工程的發(fā)展歷史

 粉體一詞最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代初期。但對(duì)于粉體的應(yīng)用早在新石器時(shí)代就開(kāi)始了。史前人類已經(jīng)懂得將植物的種子制成粉末食用。古代仕女用的化妝品也不乏脂粉一類的粉制品。所以，粉體從古至今一直與人類的生產(chǎn)和生活有著十分緊密的關(guān)系。陶器——第一種人造材料早在新石 器時(shí)代就問(wèn)世了，而它的生產(chǎn)除了與火的發(fā)現(xiàn)有著必然的聯(lián)系外，與粉末也是分不開(kāi)的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們對(duì)細(xì)粉末狀態(tài)的物質(zhì)有了逐步的認(rèn)識(shí)。明代宋應(yīng)星所著的《天工開(kāi)物》一書就對(duì)一些原始的粉體工藝加工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)和描述，只是由于各種限制，沒(méi)能提出粉體的概念。

 后來(lái)，各行各業(yè)都有一套制備粉體和處理粉體的經(jīng)驗(yàn)，形成各自的技術(shù)體系。既然從性質(zhì)上說(shuō)各行各業(yè)所處理的粉末都可歸并到粉體這一范疇內(nèi)，各行各業(yè)的粉體技術(shù)自然必有共同之處。所以，可以以粉體為綱，將這些相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)體系集合為一個(gè)綜合的技術(shù)體系，即粉體技術(shù)體系，從而誕生了一門新的科學(xué)與工程學(xué)，這就是粉體科學(xué)與工程。

 1948年，美國(guó)J.M.Dallavlle的專著《Micromeritics》標(biāo)志著粉體工程的問(wèn)世。日本于1957年成立了日本粉體工學(xué)會(huì)，并于1971年成立了日本粉體工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)。1962年，英國(guó)Bradford大學(xué)設(shè)立了粉體技術(shù)學(xué)院。20世紀(jì)70年代，美國(guó)也先后成立了粉體研究所（PSRI）和國(guó)際細(xì)顆粒研究所（IFPRI）。1986年，在德國(guó)紐倫堡召開(kāi)了第一屆粉體技術(shù)世界會(huì)議。我國(guó)于1986年成立了中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)[3]。

3 國(guó)內(nèi)粉體工程行業(yè)的現(xiàn)狀

 近年來(lái),我國(guó)的粉體工業(yè)也伴隨粉體技術(shù)的發(fā)展與普及而形成規(guī)模。然而, 我國(guó)在粉體技術(shù)方面還相當(dāng)落后。例如, 超微粉碎分級(jí)技術(shù)和設(shè)備在國(guó)外已相當(dāng)成熟, 而國(guó)內(nèi)還處于從研究向工業(yè)化的過(guò)渡階段；精細(xì)化粉體產(chǎn)品的品種少、產(chǎn)量小、質(zhì)量不高, 不能滿足高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)原料的要求；高要求的粉體復(fù)合技術(shù)還處于研究開(kāi)發(fā)階段；助劑的應(yīng)用及粉碎同其它化工單元操作的聯(lián)合作業(yè)水平較低；很多必須用精細(xì)化粉體產(chǎn)品的領(lǐng)域仍依靠引進(jìn)國(guó)外設(shè)備和技術(shù)來(lái)解決問(wèn)題, 有些則需購(gòu)買國(guó)外產(chǎn)品[4] 。

3.1 國(guó)內(nèi)粉體工程行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀

3.1.1 超細(xì)粉體

一般將粒徑為0.1～10μm的粉體稱為超細(xì)粉體，超細(xì)粉體的制備主要有機(jī)械粉碎法和化學(xué)合成法?；瘜W(xué)合成法包括共沉淀法、水解法、溶膠-凝膠法、水熱合成法、氣相反應(yīng)法和溶劑法等，目前又開(kāi)發(fā)了激光法(如合成BaTiO3粉體)。由于化學(xué)合成法成本高，生產(chǎn)規(guī)模小，工藝復(fù)雜，除了少數(shù)超細(xì)粉體外，大多采用機(jī)械粉碎法，機(jī)械粉碎法生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量高、工藝簡(jiǎn)單，而且會(huì)發(fā)生機(jī)械化學(xué)反應(yīng)，有可能改善物料的性能，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。機(jī)械粉碎設(shè)備主要有氣流磨、球磨機(jī)、振動(dòng)磨、高壓輥磨、離心磨、攪拌磨等，由于粉碎方式和工作原理的不同，各種設(shè)備存在著一定的差距。國(guó)外從40年代起，以超細(xì)粉碎、分級(jí)、改性為基礎(chǔ)的深加工技術(shù)就引起人們的關(guān)注，到60年代該技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前美國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)家超細(xì)粉碎技術(shù)和設(shè)備的研制具備了較高的水平，推出了干法和濕法各類型和規(guī)格的超細(xì)粉碎及分級(jí)設(shè)備，可加工細(xì)度0.5～10μm任意窄級(jí)別的 超細(xì)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)超細(xì)粉碎技術(shù)和設(shè)備研究工作始于60年代，且發(fā)展緩慢，到80年代才得到迅猛發(fā)展，目前為止，已能生產(chǎn)各種類型的氣流磨、振動(dòng)磨、攪拌磨、沖擊磨，性能基本上可與世界上已成型的機(jī)種相媲美[5]。長(zhǎng)沙礦冶研究院等開(kāi)發(fā)的各類型攪拌磨，經(jīng)過(guò)不斷地改進(jìn)，在非金屬礦、化工、涂料和粉末冶金行業(yè)得到應(yīng)用。

3.1.2 納米粉體材料

納米粉體的粒徑在0.001～0.1μm之間，納米粉體材料表面積大，其表面原子占很大比例并是無(wú)序的類氣狀結(jié)構(gòu)，粒子內(nèi)部則為有序-無(wú)序結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致納米粉體材料具有常規(guī)塊體材料所不具有的聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等許多特殊性質(zhì)。如光吸收顯著增加，金屬熔點(diǎn)降低，微波吸收增強(qiáng)等。我國(guó)納米粉體的研究始于20世紀(jì)80年代，已有近20多年的歷程。目前國(guó)內(nèi)有約80多家單位從事納米粉體的研究，研究領(lǐng)域以無(wú)機(jī)非金屬納米粉體為主，研究項(xiàng)目主要集中在納米粉體的合成和制備、掃描探針顯微學(xué)、分析電子學(xué)和一些納米粉體的應(yīng)用等方面。我國(guó)納米企業(yè)已經(jīng)形成以北京(包括北京、天津、東北等地區(qū))、上海(上海、浙江、山東、江蘇、安徽等地區(qū))、深圳(包括深圳、廣州、福建等地區(qū))為中心的三大納米材料及納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶。納米粉體的年產(chǎn)量一般在百噸左右，大多數(shù)納米企業(yè)尚屬初創(chuàng)期。這些企業(yè)具備了多種納米粉體小批量生產(chǎn)能力，主要產(chǎn)品包括納米碳酸鈣、納米氧化鋁、納米二氧化鈦、納米氧化鐵、納米氧化鋅、納米鈦酸鋇、鐵酸鑭、鐵酸鋅等，還有包括納米光催化劑、載銀抗菌劑、抗靜電粉體、遠(yuǎn)紅外粉體、負(fù)離子粉體等應(yīng)用功能突出的納米粉材料，產(chǎn)品主要應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、化妝品、造紙、陶瓷、膠結(jié)劑和油墨等領(lǐng)域[6]。

3.1.3 粉體的表面改性

粉體表面改性是根據(jù)需要，對(duì)粉體的表面特性進(jìn)行物理、化學(xué)、機(jī)械等深加工處理，使粉體的表面物理化學(xué)性質(zhì)，諸如晶體結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)、表面能、表面潤(rùn)濕性、電性、表面吸附和反應(yīng)特性等發(fā)生變化，能夠滿足新材料，新工藝和新技術(shù)發(fā)展的要求。粉體表面改性的方法主要包括：包袱處理改性、沉淀反應(yīng)法、表面化學(xué)改性、機(jī)械力化學(xué)改性、外膜層（膠囊化）法、高能處理改性。用于改性的設(shè)備主要包括高速攪拌機(jī)和低速攪拌機(jī)組，高速氣流沖擊表面改性機(jī)，三筒連續(xù)表面改性機(jī)[7]。

3.1.4 粉體顆粒的測(cè)量與表征

粉體顆粒的測(cè)量主要針對(duì)顆粒的粒度，比表面積，形貌，顆粒表面成分，晶相、晶體結(jié)構(gòu)分析，分散性測(cè)量，表面潤(rùn)濕性，包覆量和包覆率等特性。其中粉體顆粒粒度的測(cè)量占據(jù)重要位置，也是粉體測(cè)定與表征的主要內(nèi)容。目前，傳統(tǒng)的篩洗法、水力沉降法、顯微鏡分析法仍被普遍應(yīng)用，同時(shí)，一些新的技術(shù)設(shè)備受到人們?cè)絹?lái)越多的重視，諸如激光衍射法測(cè)試技術(shù)和電子傳感法測(cè)試技術(shù)。比表面積測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法是利用氣體的低溫吸附法，即以氣體分子占據(jù)顆粒表面，測(cè)量氣體吸附量計(jì)算粒子比表面積，常用的吸附氣體為氮?dú)狻＠脪呙桦娮语@微鏡和原子力顯微鏡可以對(duì)顆粒表面微觀特征進(jìn)行很好的觀測(cè)。此外，光電子能譜、紅外光譜、X射線衍射等測(cè)試技術(shù)也廣泛應(yīng)用于粉體顆粒的測(cè)量和表征。

3.2 國(guó)內(nèi)粉體工程行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)粉體工業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，已經(jīng)成為一個(gè)跨行業(yè)、跨學(xué)科的大產(chǎn)業(yè)，全國(guó)粉體業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)占到第一、二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值總和的一半以上，在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。據(jù)專家預(yù)測(cè)，21世紀(jì)中國(guó)超細(xì)粉體產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量將以平均每年8.5%左右的速度增長(zhǎng)，2010年將達(dá)到158萬(wàn)噸以上。國(guó)內(nèi)粉體工程行業(yè)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先，我國(guó)擁有豐富的粉體工業(yè)原料和市場(chǎng), 隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整, 各類新產(chǎn)品在新技術(shù)的支持下不斷出現(xiàn), 原料的精細(xì)化使國(guó)內(nèi)對(duì)超細(xì)粉體產(chǎn)品的需求增加, 僅僅 在涂料行業(yè), 涂料用鐵白粉2000年達(dá)18萬(wàn)t, 涂布高嶺土45萬(wàn)t, 橡塑填料、繪料、染料、醫(yī)藥、日化等行業(yè)對(duì)粉體產(chǎn)品的需求增加較快。其二是國(guó)內(nèi)對(duì)粉體裝備的需求有增無(wú)減, 僅就以下行業(yè)為例,1998年我國(guó)生產(chǎn)農(nóng)藥21萬(wàn)噸，染料16萬(wàn)噸，涂料186萬(wàn)噸，聚乙烯264萬(wàn)噸，即使這些產(chǎn)品超細(xì)加工的量?jī)H為10％，則每年將需要上千套粉體生產(chǎn)系統(tǒng),可見(jiàn)其技術(shù)裝備的市場(chǎng)是十分廣闊的。其三是某些產(chǎn)品出口創(chuàng)匯需要深加工技術(shù)，這其中很關(guān)鍵的是超微粉碎和提純精制技術(shù)。僅以非金屬礦為例，我國(guó)有非金屬礦80余種，已開(kāi)發(fā)的有50余種，滑石、螢石、石墨的出口量占世界總貿(mào)易量的40～50％，但是我國(guó)每年非金屬礦產(chǎn)品出口創(chuàng)匯僅為25億美元，平均每噸不到100美元。1998年我國(guó)出口108萬(wàn)噸滑石，其中66％為滑石塊?；瘔K的出口為日本滑石加工業(yè)提供了80％的原料。雖然不同礦物粉碎的增值不同，但是有一定的粒度范圍的粉體產(chǎn)品比原礦粗品的創(chuàng)匯值要高3～5倍以上,因此，出口礦物粉體創(chuàng)匯潛力是相當(dāng)大的[8]。

4 國(guó)內(nèi)粉體工程行業(yè)存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)

隨著高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 對(duì)粉體產(chǎn)品粒度、純度及粒度分布等各項(xiàng)精度要求也相應(yīng)提高, 今天的粉體工程就像上世紀(jì)四五十年代的晶體管一樣, 其技術(shù)發(fā)展和工業(yè)化應(yīng)用將進(jìn)一步促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 同時(shí)又面臨著節(jié)約能源、保護(hù)自然環(huán)境等資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的嚴(yán)峻挑戰(zhàn), 粉體工程面臨的問(wèn)題也越來(lái)越大。下面即對(duì)粉體工程的發(fā)展動(dòng)向作簡(jiǎn)單介紹。

（1）現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和多種工藝的復(fù)合 對(duì)現(xiàn)有工藝和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，用更經(jīng)濟(jì)的手段生產(chǎn)出高附加值的產(chǎn)品，是粉體技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。目前，這種改進(jìn)大都以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，逐漸使其達(dá)到最佳，要想取得突破性的進(jìn)展，還需對(duì)粉體技術(shù)的基本原理有更深的認(rèn)識(shí)。盡管人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，但目前對(duì)傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)研究的投人仍十分有限，在我國(guó)就顯得更為薄弱了。將兩個(gè)或兩個(gè)以上現(xiàn)有工藝過(guò)程進(jìn)行巧妙地復(fù)合，產(chǎn)生一種新的經(jīng)濟(jì)有效的工藝過(guò)程，是粉體技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。例如，粉碎與干燥過(guò)程的復(fù)合，粉碎與分級(jí)過(guò)程的復(fù)合以及各種分離過(guò)程之間的復(fù)合等[9]。

（2）高效檢測(cè)和表征技術(shù)的升級(jí)和應(yīng)用 粉體顆粒的測(cè)量和表征是粉體研究和生產(chǎn)中過(guò)程控制的基本方法和手段，傳統(tǒng)的測(cè)量和表征方法因?yàn)閿?shù)據(jù)獲得緩慢、結(jié)果偏差大、操作麻煩等缺點(diǎn)限制了粉體行業(yè)向高、精、尖的發(fā)展。那么，怎樣提高測(cè)量和表征手段的效率、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，如何完成數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)和分析將受到越來(lái)越多的關(guān)注，而且伴隨自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，這些問(wèn)題將得 到很好的解決。

 （3）功能粉體加工技術(shù)的發(fā)展 高新技術(shù)對(duì)功能粉體材料的性能和加工工藝的要求是高純度和超微細(xì)，具體表現(xiàn)在優(yōu)越的聲、光、電、磁性能，良好的分散性、吸附性和反應(yīng)活性，優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)性能和晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。例如，用膠體化學(xué)方法，在粉體表面形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的包覆層，從而改變粉體的表面性能。這些性能包括粉體的流動(dòng)特性、溶解特性、電磁性能、色澤、味覺(jué)等等。用這種方式生產(chǎn)的具有緩釋功能的粉體產(chǎn)品，成為醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥等領(lǐng)域的“功能”材料。它們會(huì)根據(jù)需要，在各個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，按照適當(dāng)劑量和效果發(fā)揮作用。

（4）粉體材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓展 經(jīng)濟(jì)規(guī)律表明任何行業(yè)發(fā)展的根本動(dòng)力在于市場(chǎng)的需求，粉體工程行業(yè)的發(fā)展也不例外。與粉體生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大相比，粉體材料的應(yīng)用領(lǐng)域的拓展卻相對(duì)緩慢，長(zhǎng)期下去，必然導(dǎo)致供需失衡，從而對(duì)行業(yè)本身帶來(lái)?yè)p傷。基于此，粉體工業(yè)應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品應(yīng)用的研究，拓寬市場(chǎng)范圍，進(jìn)而推動(dòng)粉體工程行業(yè)健康發(fā)展！