粉体を分類する技術は数多くあります。最も一般的なのは、ふるい分け、気流、遠心分級です。粉体の純度に対する影響はさまざまです。
ふるい分け法
ふるい分け法は、ふるいを使用して粉末を等級分けする方法で、粗い粉末の等級分けに適しています。ふるいが損傷していない場合、大きな不純物を取り除くことができます。純度が向上します。ただし、ふるいが摩耗していたり穴があいていたりすると、大きな粒子が微粉に混ざってしまいます。これにより、純度が低下します。石英砂のふるい分けでは、損傷したふるいにより、最終製品に大きな粒子が混ざってしまいます。これにより、純度が低下します。
バッチの 炭酸カルシウム 粉末の初期純度は 85% です。粉末には 10% の大きな粒子と 5% の不純物が含まれています。この粉末はその後ふるいにかけられ、等級分けされます。標準の損傷のないふるいは、ふるい分け後に 90% を超える大きな不純物を除去できます。ふるい分け後、粉末の純度は 94% まで上げることができます。これは、他の不純物の分布が変化しないことを前提としています。ふるいが損傷している場合は、50% の大きな不純物しか除去できない場合があります。その場合、粉末の純度は約 87.5% にしか達しません。
気流分類
この方法は、気流中の粒子の沈降速度の違いに基づいています。異なるサイズの粒子を正確に分離できます。不純物の除去率が高く、純度を大幅に向上できます。ただし、分級システムに乱気流や局所的な渦がある場合、一部の粒子が混ざり、純度に影響を与える可能性があります。たとえば、リチウム電池のカソードを製造する場合、気流分級により大きな不純物や塊を除去できます。これにより、材料の純度が向上します。
99%以上の純度を必要とする二酸化チタンの製造を例に挙げます。理想的な気流分級条件下では、二酸化チタンの純度は95%です。これには4%の粗粒不純物と1%のその他の不純物が含まれています。気流速度、温度、分級機の構造を制御することで、約98%の粗粒不純物を除去できます。最終製品の純度は99.2%に達します。システム内の気流の不均一性が20%を超えると（5%以内である必要があります）、粗粒子の除去率は90%まで低下する可能性があります。その結果、製品の純度はわずか98.6%になります。
遠心分離分類
遠心分級法は、粒子を遠心力に応じて分級します。微粒子に対しては分級効果に優れ、純度の向上に役立ちます。しかし、摩耗や腐食により不純物が発生し、粉末を汚染します。また、操作パラメータを不適切に制御すると、分級効果が悪化し、純度が低下します。たとえば、高純度ナノ炭酸カルシウムを製造する場合、遠心分離機の速度が不安定だと、製品の純度に影響します。
初期純度が 90% (混合不純物 8%、その他 2%) のアルミナ微粉末の場合、次のようになります。通常の遠心分級では、安定した速度が重要です。遠心分離機がその速度で稼働し、機器が摩耗していない場合、95% の不純物を除去できます。これにより、粉末の純度が 97.6% に上昇します。遠心分離機が長期間の使用で摩耗すると、摩耗により 0.5% の不純物が発生します。不安定な遠心力により、不純物の除去率が 90% に低下します。その結果、最終的な粉末純度は 96.1% にしかなりません。
これらのデータは、適切に機能すれば、さまざまな分級装置で粉末の純度を高めることができることを示しています。ただし、最終的な粉末は 3 つの要素に依存します。それは、機器の動作状態、プロセス パラメータ制御、および機器の安定性です。純度は非常に重要です。高純度の粉末製品を得るには、これらの要素を製造時に厳密に制御する必要があります。