表面改性是優化粉體材料性能的關鍵技術之一，對提高材料的應用性能和價值起著至關重要的作用。粉體的表面改性或表面處理技術主要包括表面改性方法、工藝、表面改性劑及其配方、表面改性設備等。其中在表面改性工藝和改性劑配方確定的情況下，表面改性設備就成為影響粉體表面改性或表面處理效果的關鍵因素。

粉體表面改性的作用

粉體表面改性設備主要擔負3項職責：一是混合；二是分散；三是表面改性劑在設備中融化和均勻分散到物料表面并產生良好的結合。由于混合物的種類和性質各不相同，混合、分散和表面改性要求的質量指標也不相同，因而出現多種性質不同的改性設備。

目前工業上應用的表面改性設備有2類：

（1）從化工、塑料、粉碎、分散等行業中引用過來的如干法表面改性用的高速加熱式混合機、臥式加熱混合機、沖擊式粉體表面改性機、以及濕法表面改性用的反應釜、可控溫反應罐；

（2）專用粉體表面改性設備主要是SLG型連續式粉體表面改性機。

一、高速加熱式混合機

高速加熱式混合機是無機粉體，如無機填料或顏料表面化學包覆改性常用的設備之一，這是塑料制品加工行業廣泛使用的混料設備，通常由由回轉蓋、混合鍋、折流板、攪拌裝置、排料裝置、機座等組成。

常見的高速加熱式混合機結構

工作原理：當混合機工作時，高速旋轉的葉輪借助表面與物料的摩擦力和側面對物料的推力使物料沿葉輪切向運動，同時離心力使物料反復被拋起，這種上升運動與切向運動的結合，使物料實際上處于連續的螺旋狀上、下運動狀態。由于轉輪速度很高，帶動快速運動著的顆粒之間相互碰撞、摩擦，使得團塊破碎，物料溫度相應升高，同時迅速地進行交叉混合。這些作用促進了物料的分散和對液體添加劑（如表面改性劑）的均勻吸附。

適用范圍：高速加熱混合機是一種間歇式的批量粉體表面改性設備，處理時間可長可短，適合中、小批量粉體的表面化學包覆改性和實驗室進行改性劑配方試驗研究。

二、高速氣流沖擊式表面改性機

高速沖擊式粉體表面改性機(HYBridization，HYB)是日本奈良機械制作所開發的利用高速氣流沖擊法對微粉進行干法表面改性的專用設備，由高速旋轉的轉子、定子和循環回路等部分組成的間歇式改性設備，被國內外幾家高校和研究機構采用進行粉體改性的實驗研究。

工作原理：物料在OM混合機中均勻混合后，經定量計量系統加入主機。主機由高速放轉的轉子、定子和循環回路等部分組成，物料在這些部件作用下被迅速分散，并受到強大的沖擊力作用，同時也包括受到粒子間相互作用的壓縮、摩擦、剪切、撞擊等多種力的作用，在短時間內( 1—10min)均勻地完成固定、成膜或球形化處理。

適用范圍：該系統不僅可用于粉體（如鋰電負極材料、顏料、無機填料、藥品、金屬粉、墨粉等）的表面化學包覆、膠囊化、機械化學改性和粒子球形化處理，還可用于“微米/微米”和“納米/微米”粉體的復合。物料可以是無機物、有機物、金屬等，適用范圍較廣，而且是短時間干式處理。

三、濕法表面改性設備

目前濕法表面改性設備主要采用可控溫攪拌反應釜或反應罐，這種設備的筒體一般做成帶夾套的內外兩層，夾套內通加熱介質，如蒸汽、導熱油等，一些較簡單的表面改性罐也可采用電加熱。粉體表面化學包覆改性和沉淀包膜改性用的反應釜或反應罐，一般對壓力沒有要求，只要滿足溫度和料漿分散以及耐酸或耐堿腐蝕即可，因此，結構較為簡單。

反應釜/反應罐

一般攪拌裝置是反應釜的關鍵部件，我國對攪拌裝置的主要零部件已實行標準化生產，攪拌器主要有推進式、槳式、渦輪式、錨式、框式及螺旋式等類型。具體選用時要考慮流動狀態、攪拌目的、攪拌容量、轉速范圍及漿料最高黏度等因素。

四、SLG型連續式粉體表面改性機

SLG型連續式粉體表面改性機是連續式表面改性設備的代表性機型，在非金屬礦物粉體表面改性生產中得到廣泛應用，是專為粉體改性而開發，主要由溫度計、出料口、進風口、風管、主機、進料口、計量泵和喂料機等組成。

SLG型連續式粉體表面改性機

工作原理：將待改性物料及表面改性劑從入料口給入后，依次經過3個強烈混合室后從排料口排出。這種改性機依靠轉子葉片和定子與粉體物料的沖擊、剪切和摩擦作用產生表面改性所需的溫度。轉子的高速旋轉強制松散并形成渦流兩相流﹐使表面改性劑能迅速與顆粒表面作用﹐所以包覆效果好。

適用范圍：SLG型系列連續式粉體表面改性機對粉體及表面改性劑的分散性好，不僅改性產品無團聚顆粒，而且對原料中的團聚體顆粒有一定的解聚作用，適用于連續大規模生產各種表面有機化學包覆的無機粉體，如重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、高嶺土、氧化鋅、氫氧化鎂、強氧化鋁、絹云母、硫酸鋇、白炭黑、鈦白粉、滑石、硅微粉等無機活性填料或顏料。既可以與干法制粉工藝（如超細粉碎工藝）配套，也可單獨設置用于各種超細粉體的表面改性以及納米粉體的解團聚和表面改性。

五、PSC型連續式粉體表面改性機

PSC型粉體表面改性機是表面化學改性的專用設備，具有能連續生產、產量高、能耗低、自動化程度高、工人勞動強度低、無粉塵污染、且表面改性劑用量少、包覆率高、顆粒間無粘結﹑顆粒不增大等特點，通常由由給料輸送、主機、改性劑供給、排料、成品 輸送、成品收集倉、加熱、給風、除塵等系統構成。

PSC型連續式粉體表面改性機

工作原理：粉體原料及改性劑被加熱熔化至液體狀態后經輸送管道送至霧化室，形成霧狀后受到兩組噴嘴從不同方向噴射出氣流的作用，混合送入主機，進入主機內的霧化物料在攪拌棒的高速攪拌下受到了沖擊、 摩擦、剪切等諸多力的作用使粉體顆粒與改性劑得到更加充分接觸、混合，主機出口處高速旋轉運動的沖擊錘將包覆改性的物料進一步沖擊、粉碎、有效地預防了物料可能形成的結團現象。

適用范圍：適用于325 ~ 600目重質、輕質碳酸鈣、煅燒高嶺土、滑石、鈦白粉、白炭黑﹑硅微粉、硅灰石、絹云母、氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鋁、粉煤灰、硫酸鋇、沸石、葉蠟石等多種非金屬礦粉體表面改性的專用設備，也可與多種超細粉磨設備配套組成生產流水線。

相比較而言，PSC采用的是改性劑單獨霧化，粉體事先流化（使粉體分布均勻），然后霧化后的改性劑再噴射到流化后的粉體上，增加了粉體與改性劑接觸的幾率，在包覆率方面較SLG有所改善。在溫度控制方面，SLG 依靠摩擦自加熱，加熱溫度依賴粉體與改性劑的引入速度及轉子的轉速，溫度難以控制，而PSC 采用導熱油間接加熱改性劑的方法。但同時也存在未對粉體進行充分打散，從而不能有效解決其團聚問題等不足。

六、寬腔釘（針）盤磨

寬腔釘盤磨是一種沖擊式磨機，磨腔內兩塊釘盤相反方向高速運轉，產品的細度通過調節釘盤轉速來實現。兩塊釘盤相對運轉時之間會產生向心力，因而即使是濕料，粘性物料同樣也可以處理。相較于其他研磨技術釘盤磨的能量需求更低，寬大的研磨室可防止內部涂層和堵塞問題的產生，十分適用于結晶或針狀顆粒以及制藥和食品行業用的脂狀或油狀物料的研磨加工，可以使用液氮進行低溫粉碎。

工作原理：受到盤內不同方向的氣流沖擊，高速旋轉的轉子讓特殊設計的釘盤內形成渦旋二相流，讓物料和改性劑被充分打散。依靠轉子高速旋轉與粉體物料的沖擊、剪切和摩擦作用所產生的熱量，粉體和改性劑在盤內迅速升溫，達到改性需要的溫度，也因此讓兩者得以充分接觸、混合，改性劑能迅速、均勻地與粉體顆粒表面作用，包覆于顆粒表面，完成對粉體的表面包覆改性。

目前，德國阿爾派改性應用的針盤磨工藝，達到99%以上的改性率，其第三代改性針盤磨工藝，在亞洲地區涵蓋了韓國、馬來西亞、日本等廠商，而應用寬腔針盤的這些廠商也幾乎壟斷了高端的材料應用市場。依照目前的市場狀況，可以說掌握高活化度的粉體改性工藝，就等同壟斷了大部分的中高端改性粉體市場。

七、蜂巢磨

蜂巢磨機是一種機械式磨機，倡導先解聚再干燥，能同步實現物料研磨、干燥、分選以及粉末的化學表面處理，是專門針對粒徑尺寸分布有嚴格要求的超細粉末生產。蜂巢磨一般為模塊化設計，不僅易于更換和維修，而且不同的物料可采用不同的設計，使用不同的材質，以保證物料的色度和純度。物料經精準計量后，送入熱空氣系統出去表面游離水，并在磨機內充分打散解聚，充分解聚還原后的顆粒沸騰在空氣中與霧化的改性劑纏繞結合形成單層納米包覆。

工作原理：主要的部件是一個垂直安裝的多級解聚輪，每級解聚輪由安裝在主軸上的兩個支撐碟片及若干個葉片組成。葉片快速轉動，磨槽是獨特的加強筋型的固定襯條。在葉片與襯條之間形成湍流的“蜂巢”，其間的壓力、剪切力和摩擦力，迅速將物料磨成超細粉末。物料經過精準的定量和稱量，通過變頻調速裝置進入到熱空氣系統，被熱空氣去除物料表面游離水后在蜂巢磨機內充分打散解聚還原到原始顆粒或者天然晶型粒徑。充分解聚還原的顆粒沸騰在空氣中與霧化的改性劑纏繞結合形成單層納米包裹膜。

總結

現有粉體表面改性的大多數設備還是沿用一些通用化工設備，專用設備還較少。 因此，今后將發展適應性強的專門的表面改性（處理）設備，例如已有國內廠家開發出專用的等離子球形化設備等。 對粉體材料而言，粒徑微細化、表面活性化、晶體結構復雜化被認為是今后的三大發展方向。但是現今這類處理工藝是獨立設置的，今后將發展“復合”處理工藝，將各種功能需求改性復雜化組合進行，在同一工藝設備中達到幾種目的。因此，發展“復合”表面改性處理設備是今后 粉體表面改性設備的發展方向之一。

參考來源：

1.中國粉體表面改性設備的進展，劉伯元（中國粉體技術）；

2.影響粉體表面改性效果的主要因素，鄭水林（中國非金屬礦工業導刊）；

3.無機粉體表面改性技術發展現狀與趨勢，鄭水林（無機鹽工業）；

4.粉體表面改性處理設備及其發展，吉曉莉、陳家炎（湖北化工）。

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