石墨粉筛分解决方案

一、石墨粉特性与筛分难点

1. 材料特性

• 电池领域：粒径合格率≥95%，金属杂质≤5ppm；

• 润滑领域：粒度均匀，无大颗粒异物。

• 导电性强，易产生静电吸附，导致筛网堵孔；

• 润滑性好，颗粒间摩擦力小，流动性差，易团聚。

• 电池级：D50=5~20μm，需剔除 > 30μm 粗颗粒；

• 润滑级：D50=20~100μm，需控制粒度分布；

• 纳米级：D50<1μm，用于gao端导电浆料。

• 密度：2.2~2.3 g/cm³，堆积密度低（0.2~0.6 g/cm³），易悬浮形成粉尘。

• 粒径范围：

• 物理性质：

• 行业要求：

2. 筛分难点

• 静电吸附：石墨粉摩擦易带电，吸附在筛网表面或团聚，影响透筛率。

• 细粉团聚：纳米级石墨粉（<1μm）因表面能高，易形成软团聚体，需高效分散。

• 杂质控制：避免筛分过程中引入金属污染，需选用非金属或耐腐蚀材质。

二、筛分设备选型

1. 核心筛分设备

(1) 超声波振动筛（精密筛分）

• 原理：叠加 20~40kHz 超声波振动，破坏颗粒团聚并消除静电吸附，防止堵网。

• 适用场景：

• 电池级石墨粉（5~20μm），剔除粗颗粒和团聚体；

• 纳米级石墨粉（<1μm）的精细分级。

• 配置：

• 筛网材质：316L 不锈钢电成型网（精度 ±1μm）或镀镍网（抗静电），避免金属污染；

• 防爆设计：整机接地，电机选用防爆型（Ex d IIB T4），配套防静电橡胶垫。

• 型号参考：直径 Φ1000~1500mm，3 层筛网（上层粗筛、中层目标筛、下层细粉收集）。

(2) 气旋筛（气流筛分机）

• 原理：利用负压气流（5~10m/s）带动颗粒通过筛网，避免机械振动导致的颗粒破损。

• 适用场景：

• 润滑级石墨粉（20~100μm），需保持颗粒完整度；

• 高纯度石墨粉（如半导体用），可集成除磁模块。

• 配置：

• 筛网材质：316L 不锈钢编织网，表面抛光处理；

• 气流系统：防爆风机 + 除湿干燥机，负压值 - 8~-12kPa，防止吸潮团聚。

(3) 摇摆筛（温和筛分）

• 原理：模拟人工筛分的低频摇摆运动（100~200r/min），减少颗粒冲击，适合中粗粒径（50~200μm）。

• 适用场景：

• 石墨电极原料筛分（剔除 > 200μm 杂质）；

• 易产生静电的石墨粉，通过低速运动降低摩擦起电。

2. 辅助设备

• 静电消除系统：

• 离子风棒（安装于进料口），中和颗粒静电（电压 ±15kV），减少吸附；

• 干燥设备：

• 流化床干燥机（温度 60~80℃，露点≤-40℃），筛分前含水率降至 0.05% 以下；

• 除磁装置：

• 管道式磁棒（磁力≥12000 高斯），安装于进料口，剔除铁磁性杂质；

• 除尘防爆：

• 防爆型脉冲布袋除尘器，粉尘浓度≤10mg/m³，配套火花探测器和灭火装置。

三、筛分工艺优化

1. 筛网选择与维护

• 材质与精度：

• 电池级：电成型网（孔径精度 ±1μm），如目标 D90=25μm→600 目筛网（25μm）；

• 润滑级：316L 不锈钢编织网，目数根据粒径选择（如 200 目对应 75μm）。

• 清网方式：

• 超声波振动持续开启（功率 80~120W），每批次后用压缩空气（0.3MPa）反吹筛网；

• 禁止使用金属工具清理，避免二次污染。

2. 工艺参数设置

3. 分级筛分工艺

• 三段筛分法：

1. 预筛：摇摆筛剔除 > 50μm 粗颗粒和异物；

2. 精密筛：超声波振动筛分离目标粒径（如 5~25μm）；

3. 除磁后筛：气旋筛二次筛分并在线除磁，确保杂质≤5ppm。

• 循环筛分：筛上物返回粉碎机重新分散，筛下细粉（<5μm）可回收用于浆料调配。

四、典型应用场景方案

场景 1：电池级石墨负极材料筛分（D50=15μm）

• 设备选型：超声波振动筛（Φ1200mm，3 层电成型网）+ 磁棒过滤器 + 防爆除尘器。

• 工艺参数：

• 超声功率：100W，筛分时间：5min，进料量：150kg / 批；

• 筛网配置：上层 200 目（75μm）预筛，中层 1250 目（10μm）主筛，下层 2500 目（5μm）收集细粉。

• 检测：每批次检测粒径分布（激光粒度仪）和磁性异物（高斯计），合格后包装。

场景 2：润滑级石墨粉筛分（D50=50μm）

• 设备选型：气旋筛（处理量 1t/h）+ 螺旋给料机 + 除湿机。

• 工艺参数：

• 气流速度：8m/s，负压值 - 10kPa，进料速度 100kg/h；

• 筛网：300 目（50μm）不锈钢编织网，表面抛光处理。

场景 3：纳米石墨粉筛分（D50=800nm）

• 设备选型：超声波振动筛（内置 PTFE 筛网）+ 分散剂添加系统。

• 工艺参数：

• 分散剂：聚丙烯酸钠（0.1% 溶液），筛分前喷雾润湿粉体；

• 超声频率：40kHz，筛分时间 10min，环境湿度≤25% RH。

五、注意事项

1. 材质兼容性：

• 接触物料的设备表面需抛光（粗糙度 Ra≤0.8μm），避免物料滞留，优先选 316L 不锈钢或 PTFE 材质。

2. 安全防爆：

• 石墨粉尘具有可燃性，设备需接地，电机、风机选用防爆型，车间禁止明火，配置可燃气体报警器。

3. 环境控制：

• 恒温恒湿车间（温度 23±2℃，湿度≤30% RH），避免吸潮团聚，纳米级筛分需在万级洁净间进行。

4. 设备维护：

• 每周检查筛网磨损情况，超细筛网每季度更换一次；

• 超声波换能器表面定期清洁，确保振动效率。

六、效益分析

• 精度提升：超声波筛分对 10μm 颗粒的精度达 98%，较传统振动筛提高 15% 以上；

• 杂质控制：集成除磁系统后，磁性异物可降至 3ppm 以下，满足动力电池高纯度需求；

• 效率优化：气旋筛处理量达 2t/h，较传统工艺缩短 30% 工时，能耗降低 20%。