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低溫粉碎的技術與應用分享
發布時間:2017年10月11日 編輯:米淇科技   已被瀏覽: 5468 次

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   樣品前處理過程中,粉碎是非常重要的一個環節,粉碎即指在具代表性的制樣和滿足分析要求的均相化條件下對樣品顆粒集體進行粒徑減小化。粉碎的目的有兩個,一個是盡可能減小顆粒的尺寸,提高后續處理的效率,另一個就是使樣品均一化,取樣具有代表性。

粉碎的方法通常有擠壓、撞擊、剪切、切割以及摩擦力的作用,不同的物料應該采用不同的粉碎設備,硬性或中硬性樣品,例如礦石、一般采用顎式破碎儀和球磨儀來進行研磨,韌性或軟性樣品,適合用切割式研磨儀進行粉碎。


大多數的試樣在室溫下就可以制備成所需的顆粒尺寸,值得注意的是,粉碎過程不能造成材料變性或者改變材料的構成,也不能引入雜質的污染。此外,bi須避免溫度升高帶來的高揮發性物質的蒸發。通過沖擊、壓制、剪切、切割以及摩擦力這些來自外部的機械壓力,脆性材料例如礦物、鹽或礦渣很容易被粉碎。

然而,當僅僅使用機械力無法將試樣材料粉碎成盡可能小的顆粒時怎么辦呢?

解決這些問題的一種方法是使用助磨劑例如液氮(LN2:T=-196℃)或干冰,這就是所謂的低溫粉碎技術。

一. 低溫粉碎技術工藝


開啟低溫粉碎裝置,將小顆粒物料由料斗進入預冷室,由產品回收系統送來的低溫氮氣進行預冷,出預冷室的物料入冷凍室,加入液氮浸漬冷卻,冷卻后的物料由螺旋輸送機送入粉碎室,由高速回轉錘式粉碎機等破碎成粉體。

出粉碎室的粉體與氮氣一并經換熱器復熱,然后進入分離器進行氣固相分離。出分離器含有細粉的氮氣進入過濾器分離掉細粉后,入換熱器換熱進入預冷室與物料換熱后由風機引出放空。出分離器的粉料進入分級室,進行粉料粗細分級,較大粒度的物料與纖維雜質等分出另外處理,而細粉由下部排出作為產品。

二. 低溫粉碎技術的優缺點


1、優點:


a.能粉碎一些常溫下無法粉碎的物料。

b.能夠高質量的回收橡膠、塑料及金屬材料等。

c.對中草藥及食品進行粉碎,可保持其營養成分。

d.與常溫再sheng技術相比,工藝簡單,動力消耗低。

e..氮氣作為粉碎媒介,生產過程安quan可靠。

f..與常溫再sheng技術相比,能夠粉碎到更細的粒度,生產過程無wu染。

2、缺點:

a.因操作溫度低,設備材料需貴重金屬,一次性投資較大。

b.與常溫再sheng技術相比,防泄漏密封較為復雜。

三. 低溫粉碎技術的應用


1. 生物樣品中的應用(食品、醫藥等)

生物領域中,溫度對樣品的影響是非常大的,溫度的升高會導致生物材料的變性,許多樣品需要在低溫環境下進行粉碎和研磨。生物材料許多都是軟性或韌性,低溫環境也容易使其脆化。

舉例:如在醫療和生物技術領域中從細胞組織(植物、人體及動物組織)提取的DNA序列時,bi須面對這個問題,其碎片在樣本制備期間尤其是制備后,對熱的反應極為敏感,可能會毀壞。這些需要低溫研磨的應用既是為了脆化細胞組和細胞壁,使之容易分散,也大大減慢了細胞碎片的迅速分解。低溫粉碎技術在食品、蔬菜及農畜產品和中草藥等中的應用可以歸類到生物領域中的應用。

低溫粉碎技術的應用,使粉體加工食品的制造技術得到完善,并能夠開發更多的新產品來滿足消費者的需求。如圖3所示為蠶的粉碎,采用Retsch MM400混合球磨儀,振幅28Hz,15秒一次,30秒一次,只需45秒就可以將蠶粉碎。

低溫粉碎技術應用于中草藥制備中,可以使經低溫粉碎的中草藥不僅達到很高的細度,而且能夠保持藥品色、香、味及藥性不變。如圖4所示為肉桂的粉碎,采用Retsch MM400混合球磨儀,經過液氮預冷凍5分鐘,振幅30Hz,5min即可把腸衣粉碎至200目。


2.  彈性材料和高分子材料中的應用(廢舊塑料、橡膠等)

具有彈性的材料和許多高分子材料(塑料,如聚丙烯、聚酯、尼龍等)以及其它在研磨過程中的粘彈性行為會導致塑料變形的材料,這些材料的前處理需要采用低溫粉碎技術,如將彈性塑料浸入液氮中,其溫度就會降到所謂的脆化溫度之下,導致樣品的脆性斷裂行為發生(樣品就像玻璃一樣破碎),選用合適的研磨儀粉碎上述預冷卻的材料即可。

3. 含有高揮發性組分樣品中的應用(工業試劑等)

含有高揮發性成分(如苯、甲苯、PCB、PCP、汞等)的材料,由于他們的熱敏性而難以進行常規的制備。這些樣品可以采用與彈性材料類似的低溫粉碎方法。低溫大大降低了組分在室溫下通常較高的蒸氣壓,使樣品基體脆化,即使粉碎工序中溫度的升高也不會對分析結果產生影響。冷卻過程本身也能阻礙高揮發性成組分的揮發,否則組分會因為粉碎過程中比表面積的增大而揮發的更多。

4. 金屬材料中的應用(電子廢棄物、廢棄電路板等)

近年來我國有色金屬消耗量迅速增加,產生了大量可回收的有色金屬廢料。用低溫粉碎技術可以從有色金屬混合物中回收銅、鋅、鋁等。有研究結果表明,對有色金屬混合物等廢料進行液氮低溫選擇粉碎,從2.5cm以上的產物中可回收97%的銅、bai分之百的鋁(不含鋅);從2.5cm以下的產物中可回收2.8%的銅,bai分之百的鋅(不含鋁)。

4. 低溫粉碎技術的注意事項


1.  借助液氮進行低溫磨時,用不銹鋼研磨罐或聚四氟乙烯研磨罐較合適。

2. 塑料顆粒(如PP、PET等),經過液氮預冷凍后,也可以采用超離心研磨儀進行切割研磨,這樣一次處理樣品量較大。

3. 干冰也是一種很好的低溫研磨助劑,對于粉末樣品,干冰比液氮更適合于作為助磨劑。干冰中包含的純二氧化碳逐漸從樣品中蒸發,所以不會留下任何殘余物。

4. 采用超離心粉碎機做精細研磨時,不是所有樣品都需要進行冷凍研磨,如電線、合成橡膠、PCB板等,有可能在不冷卻的情況下進行粉碎。

5.  低溫技術中,液氮的消耗量是需要被考慮在內的,液氮消耗越小,研磨時間越短,低溫粉碎技術的效率就越高。





發布時間:2017-10-11
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