粉體物料混合是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝過程， 目前在化工、制藥、食品、 建筑等領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。粉體物料混合是指多種不同成分的粉體顆粒，在混料器中產(chǎn)生運動速度或方向的變化，最終使不同成分的顆粒在混料器中達到隨機均勻分布的操作過程。混合效果的好壞直接決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，所以對粉體物料進行高效混合非常重要。由于混合過程中粉體的運動十分復(fù)雜，因此如何正確評價物料的混合效果成為研究的熱點和難點。

一、混合原理

在粉體混合的過程中，通常按照粉體顆粒在混料器中的運動狀態(tài)，其混合原理可以分為三種：對流混合；剪切混合；擴散混合。

粉體混合示意圖

1、對流混合

對流混合是指在攪拌器的作用下，不同組分的固體顆粒進行大幅度的位置移動，在來回流動過程中進行混合。

2、剪切混合

剪切混合是指由于不同組分的固體顆粒的運動速度不同，在粉體中會形成很多滑移面，各個滑移面之間發(fā)生相對滑動，像薄層狀的流體一樣進行混合。

3、擴散混合

擴散混合是指在微觀狀態(tài)下，兩個相鄰的顆粒之間的局部混合，由于相鄰顆粒問相互改變位置的改變，會引起粉體顆粒之間相互滲透、 摻和，擴散混合過程可以使物料達到完全均勻的混合程度。

粉體混合機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在整個粉體混合過程中，初期是以對流混合為主，這一階段特點是混合速度較大；中期以擴散混合為主；剪切混合在全部混合過程中都起著作用。

二、粉體混合效果評價方法

粉體物料混合效果的評價要用科學(xué)的方法對混合效果進行定量分析，準確判 斷混合均勻度。但是由于混合過程的復(fù)雜性，目前研究人員對粉體物料混合時顆粒的實際運動規(guī)律還不能完全掌握，如何正確的評價物料的混合效果一直是研究 的熱點和難點。

目前，粉體混合效果評價方法主要包括：化學(xué)分析法、示蹤法和儀器分析法，其中儀器分析方法越來越多的被使用，儀器分析法主要包括數(shù)字圖像分析法、近紅外光譜法、x射線光譜法等。

（一）化學(xué)分析法

化學(xué)分析法是指混合結(jié)束后首先取樣，然后使用合適的化學(xué)試劑處理樣品， 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后，通過儀器或滴定的方式，定量某種物質(zhì)含量，從而計算出粉體混合均勻度。

化學(xué)分析法優(yōu)點是：所需儀器相對簡單，測定成本低，定量準確，數(shù)據(jù)可靠。

缺點是：相對耗時費力，其所需時間較長，有一定的滯后性，無法做到實時在線監(jiān)測。

（二）示蹤法

示蹤法測定粉體料混合均的原理是將少量的示蹤劑顆粒（如磁性鐵粉或有 特殊顏色的惰性顆粒等）加入到要混合的物料中，然后用相應(yīng)的檢測手段觀察或記錄示蹤顆粒的蹤跡，最后計算出樣本中示蹤劑的數(shù)量，從而計算出混合均勻 度。

示蹤法的優(yōu)點是：能夠?qū)旌暇鶆蚨冗M行分析，還可以對粉體混合的整個過程進行直觀的研究。

缺點是：對示蹤劑的選擇性要求較高，如示蹤劑即不能對最終混合物的功能和用途造成影響，又不能與混合物中任一組份發(fā)生反應(yīng)。因此，示蹤劑的選擇較為困難，導(dǎo)致示蹤法的使用也有一定的限制。

（三）數(shù)字圖像分析法

數(shù)字圖像處理技術(shù)是指通過圖像采集設(shè)備，如掃描儀將連續(xù)的圖像，通過圖像分析軟件處理為計算機可以采集的信息。利用數(shù)字圖像技術(shù)可以得到粉體物料混合截面圖像中顆粒的很多信息，如：粉體顆粒的粒徑、圓形度、棱角系數(shù)等。通過建立模型，確定計算方法，以某一計算機采集到的信息作為評價指標，能夠定量評價粉體顆粒混合的均勻性 。

數(shù)字圖像分析示意圖

數(shù)字圖像分析法優(yōu)點是：在于直觀，不破壞樣品，可多次重復(fù)分析，簡便快捷。

缺點是：需要根據(jù)不同種類的物料混合建立不同的數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計方法， 需要找到合適的評價指標，這一過程較為繁瑣，無法建立統(tǒng)一標準，影響其廣泛應(yīng)用。

（四）近紅外光譜法

近紅外光譜是指介于中紅外與可見光之間的電磁波，其波長780—2500nm。 近紅外光譜區(qū)與有機分子中含氫基 團（OH、NH、CH）振動的合頻和各級倍頻 的吸收區(qū)一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機分子含氫基團的特征信息。通過樣品的近紅外光譜與準（參考）樣品光譜集的對比，可以分析出樣品中某一組分的含量，從而計算出混合均勻度。

近紅外光譜法優(yōu)點是：具有快速、高效、準確，不破壞樣品等優(yōu)點，并且近紅外光譜具有在線監(jiān)測的優(yōu)勢，可以實了解粉體物料的混合情況，因此該技術(shù)受 到越來越多人的重視。

缺點是：其只能檢測含氫基團的分子，只適用于有機物混料的分析，不適用于無機粉體物料混合效果的判定。

近紅外光譜儀

（五）X射線光譜法

X射線熒光光譜分析也是一種快速準確的分析方法。X射線光譜法的工作原理是通過專用的X射線管產(chǎn)生某一特定波長的X射線，當這種X射線照射粉體顆粒，會使顆粒中的各種元素被激發(fā)，從而產(chǎn)生具有不同波長和強度的特征X射線。應(yīng)用X射線晶體分光光譜儀，能檢測出各組成元素的特征X射線的波長及強度，通過與標準圖譜進行對比即可得元素的類型與含量值，從而對元素進行 定量和定性分析，最終計算出粉體混合的均勻度。

X射線光譜法分析粉體混合的均勻度

X射線光譜法優(yōu)點是：具有分析速度快、可用于在線測定等優(yōu)點，并且其測得的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，人為因素對其準確性影響小。

缺點是：應(yīng)用范圍有限，只可以對無機粉體進行定量和定性分析，用來檢測無機粉體的混料均勻度，受其原理限制無法對有機物混料過程進行分析測定，且儀器結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，價格高，對檢測人員的能力要求較高。

作者：李波濤