石墨粉篩分解決方案

一、石墨粉特性與篩分難點

1. 材料特性

• 電池領域：粒徑合格率≥95%，金屬雜質≤5ppm；

• 潤滑領域：粒度均勻，無大顆粒異物。

• 導電性強，易產生靜電吸附，導致篩網堵孔；

• 潤滑性好，顆粒間摩擦力小，流動性差，易團聚。

• 電池級：D50=5~20μm，需剔除 > 30μm 粗顆粒；

• 潤滑級：D50=20~100μm，需控制粒度分布；

• 納米級：D50<1μm，用于gao端導電漿料。

• 密度：2.2~2.3 g/cm3，堆積密度低（0.2~0.6 g/cm3），易懸浮形成粉塵。

• 粒徑范圍：

• 物理性質：

• 行業要求：

2. 篩分難點

• 靜電吸附：石墨粉摩擦易帶電，吸附在篩網表面或團聚，影響透篩率。

• 細粉團聚：納米級石墨粉（<1μm）因表面能高，易形成軟團聚體，需高效分散。

• 雜質控制：避免篩分過程中引入金屬污染，需選用非金屬或耐腐蝕材質。

二、篩分設備選型

1. 核心篩分設備

(1) 超聲波振動篩（精密篩分）

• 原理：疊加 20~40kHz 超聲波振動，破壞顆粒團聚并消除靜電吸附，防止堵網。

• 適用場景：

• 電池級石墨粉（5~20μm），剔除粗顆粒和團聚體；

• 納米級石墨粉（<1μm）的精細分級。

• 配置：

• 篩網材質：316L 不銹鋼電成型網（精度 ±1μm）或鍍鎳網（抗靜電），避免金屬污染；

• 防爆設計：整機接地，電機選用防爆型（Ex d IIB T4），配套防靜電橡膠墊。

• 型號參考：直徑 Φ1000~1500mm，3 層篩網（上層粗篩、中層目標篩、下層細粉收集）。

(2) 氣旋篩（氣流篩分機）

• 原理：利用負壓氣流（5~10m/s）帶動顆粒通過篩網，避免機械振動導致的顆粒破損。

• 適用場景：

• 潤滑級石墨粉（20~100μm），需保持顆粒完整度；

• 高純度石墨粉（如半導體用），可集成除磁模塊。

• 配置：

• 篩網材質：316L 不銹鋼編織網，表面拋光處理；

• 氣流系統：防爆風機 + 除濕干燥機，負壓值 - 8~-12kPa，防止吸潮團聚。

(3) 搖擺篩（溫和篩分）

• 原理：模擬人工篩分的低頻搖擺運動（100~200r/min），減少顆粒沖擊，適合中粗粒徑（50~200μm）。

• 適用場景：

• 石墨電極原料篩分（剔除 > 200μm 雜質）；

• 易產生靜電的石墨粉，通過低速運動降低摩擦起電。

2. 輔助設備

• 靜電消除系統：

• 離子風棒（安裝于進料口），中和顆粒靜電（電壓 ±15kV），減少吸附；

• 干燥設備：

• 流化床干燥機（溫度 60~80℃，露點≤-40℃），篩分前含水率降至 0.05% 以下；

• 除磁裝置：

• 管道式磁棒（磁力≥12000 高斯），安裝于進料口，剔除鐵磁性雜質；

• 除塵防爆：

• 防爆型脈沖布袋除塵器，粉塵濃度≤10mg/m3，配套火花探測器和滅火裝置。

三、篩分工藝優化

1. 篩網選擇與維護

• 材質與精度：

• 電池級：電成型網（孔徑精度 ±1μm），如目標 D90=25μm→600 目篩網（25μm）；

• 潤滑級：316L 不銹鋼編織網，目數根據粒徑選擇（如 200 目對應 75μm）。

• 清網方式：

• 超聲波振動持續開啟（功率 80~120W），每批次后用壓縮空氣（0.3MPa）反吹篩網；

• 禁止使用金屬工具清理，避免二次污染。

2. 工藝參數設置

3. 分級篩分工藝

• 三段篩分法：

1. 預篩：搖擺篩剔除 > 50μm 粗顆粒和異物；

2. 精密篩：超聲波振動篩分離目標粒徑（如 5~25μm）；

3. 除磁后篩：氣旋篩二次篩分并在線除磁，確保雜質≤5ppm。

• 循環篩分：篩上物返回粉碎機重新分散，篩下細粉（<5μm）可回收用于漿料調配。

四、典型應用場景方案

場景 1：電池級石墨負極材料篩分（D50=15μm）

• 設備選型：超聲波振動篩（Φ1200mm，3 層電成型網）+ 磁棒過濾器 + 防爆除塵器。

• 工藝參數：

• 超聲功率：100W，篩分時間：5min，進料量：150kg / 批；

• 篩網配置：上層 200 目（75μm）預篩，中層 1250 目（10μm）主篩，下層 2500 目（5μm）收集細粉。

• 檢測：每批次檢測粒徑分布（激光粒度儀）和磁性異物（高斯計），合格后包裝。

場景 2：潤滑級石墨粉篩分（D50=50μm）

• 設備選型：氣旋篩（處理量 1t/h）+ 螺旋給料機 + 除濕機。

• 工藝參數：

• 氣流速度：8m/s，負壓值 - 10kPa，進料速度 100kg/h；

• 篩網：300 目（50μm）不銹鋼編織網，表面拋光處理。

場景 3：納米石墨粉篩分（D50=800nm）

• 設備選型：超聲波振動篩（內置 PTFE 篩網）+ 分散劑添加系統。

• 工藝參數：

• 分散劑：聚丙烯酸鈉（0.1% 溶液），篩分前噴霧潤濕粉體；

• 超聲頻率：40kHz，篩分時間 10min，環境濕度≤25% RH。

五、注意事項

1. 材質兼容性：

• 接觸物料的設備表面需拋光（粗糙度 Ra≤0.8μm），避免物料滯留，優先選 316L 不銹鋼或 PTFE 材質。

2. 安全防爆：

• 石墨粉塵具有可燃性，設備需接地，電機、風機選用防爆型，車間禁止明火，配置可燃氣體報警器。

3. 環境控制：

• 恒溫恒濕車間（溫度 23±2℃，濕度≤30% RH），避免吸潮團聚，納米級篩分需在萬級潔凈間進行。

4. 設備維護：

• 每周檢查篩網磨損情況，超細篩網每季度更換一次；

• 超聲波換能器表面定期清潔，確保振動效率。

六、效益分析

• 精度提升：超聲波篩分對 10μm 顆粒的精度達 98%，較傳統振動篩提高 15% 以上；

• 雜質控制：集成除磁系統后，磁性異物可降至 3ppm 以下，滿足動力電池高純度需求；

• 效率優化：氣旋篩處理量達 2t/h，較傳統工藝縮短 30% 工時，能耗降低 20%。