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 人們對粉體的加工和利用有悠久的歷史。在我國古代，北京周口店山頂洞人用赤鐵礦粉飾石珠等；新石器時代，人們在燒制陶器的原料陶土中添加石英等粉體，改善成品陶器的耐熱急變性能；仰韶文化時期，人們用赤鐵礦、黑錳礦等粉體作顏料制作彩陶，把“料姜石”磨細為“白灰面”涂抹洞壁。當(dāng)代，粉體工程支撐著國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。2008年，我國 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)也無不滲透著粉體的貢獻[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和手段稱為粉體工程。粉體技術(shù)是解決具體技術(shù)問題的思想和技巧，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)問題的專業(yè)系統(tǒng)手段。

從實施特點上看，粉體工程是基于顆粒與粉體自身性質(zhì)和過程現(xiàn)象，將系統(tǒng)化的知識和方法運用于工業(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，對粉體的加工過程實施不同單元作業(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、儲存、充填、輸送、造粒、過濾、沉降、濃縮、集塵、干燥、溶解、析晶、分散、成型、燒成等。根據(jù)各個作業(yè)中粉體加工對象的不同，粉體工程學(xué)已廣泛應(yīng)用到建材、機械、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)乎國民經(jīng)濟發(fā)展的各個領(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。但對于粉體的應(yīng)用早在新石器時代就開始了。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 器時代就問世了，而它的生產(chǎn)除了與火的發(fā)現(xiàn)有著必然的聯(lián)系外，與粉末也是分不開的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們對細粉末狀態(tài)的物質(zhì)有了逐步的認識。明代宋應(yīng)星所著的《天工開物》一書就對一些原始的粉體工藝加工過程進行了詳細的總結(jié)和描述，只是由于各種限制，沒能提出粉體的概念。

 后來，各行各業(yè)都有一套制備粉體和處理粉體的經(jīng)驗，形成各自的技術(shù)體系。既然從性質(zhì)上說各行各業(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，將這些相對獨立的技術(shù)體系集合為一個綜合的技術(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J.M.Dallavlle的專著《Micromeritics》標(biāo)志著粉體工程的問世。日本于1957年成立了日本粉體工學(xué)會，并于1971年成立了日本粉體工業(yè)技術(shù)協(xié)會。1962年，英國Bradford大學(xué)設(shè)立了粉體技術(shù)學(xué)院。20世紀(jì)70年代，美國也先后成立了粉體研究所（PSRI）和國際細顆粒研究所（IFPRI）。1986年，在德國紐倫堡召開了第一屆粉體技術(shù)世界會議。我國于1986年成立了中國顆粒學(xué)會[3]。

3 國內(nèi)粉體工程行業(yè)的現(xiàn)狀

 近年來,我國的粉體工業(yè)也伴隨粉體技術(shù)的發(fā)展與普及而形成規(guī)模。然而, 我國在粉體技術(shù)方面還相當(dāng)落后。例如, 超微粉碎分級技術(shù)和設(shè)備在國外已相當(dāng)成熟, 而國內(nèi)還處于從研究向工業(yè)化的過渡階段；精細化粉體產(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)對原料的要求；高要求的粉體復(fù)合技術(shù)還處于研究開發(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；很多必須用精細化粉體產(chǎn)品的領(lǐng)域仍依靠引進國外設(shè)備和技術(shù)來解決問題, 有些則需購買國外產(chǎn)品[4] 。

3.1 國內(nèi)粉體工程行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀

3.1.1 超細粉體

一般將粒徑為0.1～10μm的粉體稱為超細粉體，超細粉體的制備主要有機械粉碎法和化學(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)超細粉體外，大多采用機械粉碎法，機械粉碎法生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量高、工藝簡單，而且會發(fā)生機械化學(xué)反應(yīng)，有可能改善物料的性能，易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。機械粉碎設(shè)備主要有氣流磨、球磨機、振動磨、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。國外從40年代起，以超細粉碎、分級、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、德國、日本、英國等國家超細粉碎技術(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)格的超細粉碎及分級設(shè)備，可加工細度0.5～10μm任意窄級別的 超細產(chǎn)品。國內(nèi)超細粉碎技術(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、振動磨、攪拌磨、沖擊磨，性能基本上可與世界上已成型的機種相媲美[5]。長沙礦冶研究院等開發(fā)的各類型攪拌磨，經(jīng)過不斷地改進，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序的類氣狀結(jié)構(gòu)，粒子內(nèi)部則為有序-無序結(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，金屬熔點降低，微波吸收增強等。我國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)域以無機非金屬納米粉體為主，研究項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、遠紅外粉體、負離子粉體等應(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，對粉體的表面特性進行物理、化學(xué)、機械等深加工處理，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、表面能、表面潤濕性、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和低速攪拌機組，高速氣流沖擊表面改性機，三筒連續(xù)表面改性機[7]。

3.1.4 粉體顆粒的測量與表征

粉體顆粒的測量主要針對顆粒的粒度，比表面積，形貌，顆粒表面成分，晶相、晶體結(jié)構(gòu)分析，分散性測量，表面潤濕性，包覆量和包覆率等特性。其中粉體顆粒粒度的測量占據(jù)重要位置，也是粉體測定與表征的主要內(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，一些新的技術(shù)設(shè)備受到人們越來越多的重視，諸如激光衍射法測試技術(shù)和電子傳感法測試技術(shù)。比表面積測定的標(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，測量氣體吸附量計算粒子比表面積，常用的吸附氣體為氮氣。利用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡可以對顆粒表面微觀特征進行很好的觀測。此外，光電子能譜、紅外光譜、X射線衍射等測試技術(shù)也廣泛應(yīng)用于粉體顆粒的測量和表征。

3.2 國內(nèi)粉體工程行業(yè)市場現(xiàn)狀

近年來，我國粉體工業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，已經(jīng)成為一個跨行業(yè)、跨學(xué)科的大產(chǎn)業(yè)，全國粉體業(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，在整個國民經(jīng)濟中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。據(jù)專家預(yù)測，21世紀(jì)中國超細粉體產(chǎn)品的市場需求量將以平均每年8.5%左右的速度增長，2010年將達到158萬噸以上。國內(nèi)粉體工程行業(yè)市場優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面：首先，我國擁有豐富的粉體工業(yè)原料和市場, 隨著國內(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), 原料的精細化使國內(nèi)對超細粉體產(chǎn)品的需求增加, 僅僅 在涂料行業(yè), 涂料用鐵白粉2000年達18萬t, 涂布高嶺土45萬t, 橡塑填料、繪料、染料、醫(yī)藥、日化等行業(yè)對粉體產(chǎn)品的需求增加較快。其二是國內(nèi)對粉體裝備的需求有增無減, 僅就以下行業(yè)為例,1998年我國生產(chǎn)農(nóng)藥21萬噸，染料16萬噸，涂料186萬噸，聚乙烯264萬噸，即使這些產(chǎn)品超細加工的量僅為10％，則每年將需要上千套粉體生產(chǎn)系統(tǒng),可見其技術(shù)裝備的市場是十分廣闊的。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，我國有非金屬礦80余種，已開發(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年我國出口108萬噸滑石，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 國內(nèi)粉體工程行業(yè)存在的問題和發(fā)展趨勢

隨著高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 對粉體產(chǎn)品粒度、純度及粒度分布等各項精度要求也相應(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)用將進一步促進經(jīng)濟發(fā)展, 同時又面臨著節(jié)約能源、保護自然環(huán)境等資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的嚴(yán)峻挑戰(zhàn), 粉體工程面臨的問題也越來越大。下面即對粉體工程的發(fā)展動向作簡單介紹。

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

（2）高效檢測和表征技術(shù)的升級和應(yīng)用 粉體顆粒的測量和表征是粉體研究和生產(chǎn)中過程控制的基本方法和手段，傳統(tǒng)的測量和表征方法因為數(shù)據(jù)獲得緩慢、結(jié)果偏差大、操作麻煩等缺點限制了粉體行業(yè)向高、精、尖的發(fā)展。那么，怎樣提高測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)自動檢測和分析將受到越來越多的關(guān)注，而且伴隨自動化和智能化的發(fā)展，這些問題將得 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，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)良的補強性能和晶體結(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特性、溶解特性、電磁性能、色澤、味覺等等。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。它們會根據(jù)需要，在各個適當(dāng)?shù)臅r機，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)濟規(guī)律表明任何行業(yè)發(fā)展的根本動力在于市場的需求，粉體工程行業(yè)的發(fā)展也不例外。與粉體生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴大相比，粉體材料的應(yīng)用領(lǐng)域的拓展卻相對緩慢，長期下去，必然導(dǎo)致供需失衡，從而對行業(yè)本身帶來損傷。基于此，粉體工業(yè)應(yīng)加強產(chǎn)品應(yīng)用的研究，拓寬市場范圍，進而推動粉體工程行業(yè)健康發(fā)展！