1、概述
超細粉碎機及超細分級機的發(fā)展及使用與非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展是密不可分的，尤其是近來(lái)，我國非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展以及破碎機行業(yè)的發(fā)展使得超細粉碎及超細分級技術(shù)也得到了進(jìn)一步提高。因此，以非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展為背景，來(lái)分析我國超細粉碎機及超細分級機的現狀及其發(fā)展的市場(chǎng)空間。
2、我國非金屬礦物工業(yè)現狀及其制備問(wèn)題
目前中國的非金屬礦物工業(yè)超細粉碎已具有相當大的規模，產(chǎn)量和出口量都呈現增長(cháng)趨勢。但國產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次不高，不能滿(mǎn)足現代的高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，許多非金屬礦物深加工產(chǎn)品還要依賴(lài)進(jìn)口，如國內高中檔玻璃原料及電子級球形硅微粉完全依賴(lài)進(jìn)口。非金屬礦物許多都是白色礦物，對其進(jìn)行深加工作業(yè)的第一基本要求就是提高其白度，其次就是保護石墨類(lèi)鱗片和帶有纖維類(lèi)礦物的礦物纖維。了解礦物的特性和對其深加工的要求，可以巧妙地組合工藝流程，達到節能、環(huán)保、簡(jiǎn)易，且得到最好的精礦品位和最好的回收率的目的。對非金屬礦物進(jìn)行超細加工的目的主要是開(kāi)發(fā)非金屬礦物在超微(細)粉體狀態(tài)的特殊性能。
2.1充分發(fā)展小顆粒的各種效應
發(fā)展小顆粒粒子的各種效應是我們研究超細粉體的基本目的。由于超微(細)粉體將會(huì )帶來(lái)量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應及宏觀(guān)量子隧道效應，這對開(kāi)發(fā)非金屬天然納米材料(如石墨、沸石、高嶺土、硅藻土、珍珠巖等)和合成的非金屬礦物納米材料(如碳酸鈣、鈦白粉、二氧化硅、炭黑等)的用途都是十分重要的。
2.2先有高純化，再有超細化
高純化是為防止外來(lái)雜質(zhì)的干擾，進(jìn)而充分體現物質(zhì)本身的特性。許多產(chǎn)品沒(méi)有高純化就沒(méi)法體現其價(jià)值，例如W(SiO2)為99.99％的超細粉目前我國僅限于試驗室成果，還沒(méi)有工業(yè)化實(shí)踐，而進(jìn)口的高檔產(chǎn)品價(jià)格可達15萬(wàn)噸，W(ZrO)為99.999％的超細粉價(jià)格為普通耐火材料用ZrO粉的300多倍。有了純度，才有可能談超細化，否則有了細度但是純度不夠要求，這等于是浪費人力、物力及財力。20年以前超微細粉體的研究對象是粒徑3m以上的粉體，十年以前則是粒徑1m以上的材料，而近幾年來(lái)已進(jìn)展到研究納米級的。隨著(zhù)顆粒粒徑的變小，材料本身更多的特性也將被開(kāi)發(fā)。
2.3功能化與復合化
可能功能化與復合化是人們對材料性能追求的結果，也是高新技術(shù)發(fā)展對材料的需求。人們對超微細粉體在某些方面的獨特功能進(jìn)行研究并加以利用，同時(shí)人為地賦予它新功能，使其更好地為人們服務(wù)。
2.4精細化與特殊要求
精細化與特殊要求的關(guān)系粉體材料的精細化涉及到它的粒徑、粒度分布、顆粒形狀、比表面積、孔容、孔徑、晶相、導電率、磁性、光吸收率、光導率等一系列的特性。不同特性的粉體在應用方面具有不同的效果。例如我們通常所用的用于封裝材料的SiO粉，顆粒形狀不同(角形粉和球形粉)其封裝結果則完全兩樣；產(chǎn)品粒度分布不同，其結果也相差許多。
3、我國超細粉碎機與超細分級機的研發(fā)
我國從1995至2005年10年間擁有近160個(gè)超細粉碎機專(zhuān)利，由此可以看出，我國超細粉碎機及超細分級機的發(fā)展概況。
3.1超細粉碎理論及實(shí)踐
3.1.1超細粉碎理論研究
破碎理論是解決物料粉碎與能量消耗關(guān)系的理論基礎，探索物料粉碎狀態(tài)與能量消耗之間的內在聯(lián)系，對指導制造更有利于粉碎、更節能的粉碎設備，對降低能耗、節約能源有重要的理論研究?jì)r(jià)值和重大的現實(shí)意義。自19世紀，提出了破碎理論的新概念以來(lái)，到上個(gè)世紀80年代加巴洛夫從結構化學(xué)的角度研究了粉碎能耗問(wèn)題。破碎理論經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展與完善，在粉碎領(lǐng)域起著(zhù)重要的指導作用。但這些理論都在一定程度上存在不足及其局限性，從實(shí)際使用出發(fā)，三大粉碎理論都有各自的適用范圍，具有一定的片面性。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現有的理論落后于實(shí)踐，傳統破碎理論的缺陷與不足日顯突出，在許多領(lǐng)域已不能起到指導作用。為此，尋求更合理、更準確、更能反映實(shí)際粉碎狀態(tài)的破碎理論已迫在眉睫。物料變形、破碎過(guò)程十分復雜、它不是一個(gè)孤立系統，而是一個(gè)與外界有物質(zhì)和能量交換的開(kāi)放系統，也是一個(gè)由穩態(tài)一漸變一突變的螺旋式演變過(guò)程，同時(shí)伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整建立系統，建立物料粉碎功耗方程，需要多學(xué)科的理論做基礎，在多學(xué)科交叉融合的前提下，來(lái)建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎這一復雜系統的內在演變機理。
基于流化床氣流磨粉碎機理，研究了粉碎腔內的工質(zhì)壓強與噴嘴個(gè)數對SiC顆粒形貌的影響。提高粉碎腔內的工質(zhì)壓強可增加粉碎強度；粉碎腔內采用兩個(gè)噴嘴以增加顆?；ハ嘧矒舻臋C率是制備片狀SiC粉的有效方法。采用流化床式氣流磨加多級渦輪分級機的粉碎系統，可以制備產(chǎn)品質(zhì)量較好的多級別超細SiC片晶微粉。用三維黏性流動(dòng)計算軟件NUMECA對湍流粉碎機的吸人腔進(jìn)行了定常三維紊流流場(chǎng)的數值模擬，得到了吸人腔內部流場(chǎng)的壓力分布和速度分布，直觀(guān)地顯示了吸人腔內部的流動(dòng)現象，為后續階段的整機聯(lián)算奠定了基礎。
用高壓輥磨與攪拌磨構成的復合粉碎系統進(jìn)行了濕法超細研磨碳酸鈣物料的試驗，試驗結果表明：該系統能有效地提高物料細度并降低能耗，這可能與顆粒在高壓輥磨受壓后產(chǎn)生微裂隙有關(guān)；高壓輥磨預磨次數明顯地影響攪拌磨的最終產(chǎn)品粒度和節能效果；經(jīng)模擬各種不規則形狀顆粒破壞行為表明，顆粒受壓時(shí)產(chǎn)生微裂隙的現象與其各向異性和應力分布有關(guān)。各種理論研究表明，超細粉碎理論應該與現行的三大粉碎理論有不同的表現方式，但如何能正確表現，還有待粉碎界人士共同努力去研究，期待早日出現一個(gè)完整的表達公式。做為破碎機的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)提示需注意：①開(kāi)發(fā)粉碎細物料設備的思考方法不同于粉碎粗粒物料的；②超細粉碎機的開(kāi)發(fā)應該是多力場(chǎng)的。
3.1.2超細粉碎機械
我國超細粉碎技術(shù)起于上世紀60年代；在引進(jìn)、消化、吸收、研制一系列運作下，到上世紀80年代開(kāi)始生產(chǎn)國產(chǎn)細碎顎式破碎機，如指狀粉碎機、塔式磨機、氣流磨等；到上世紀90年代中期，我國已基本形成自己的超細粉碎機的生產(chǎn)序列，但由于超細分級機要符合流體力學(xué)原理，研制難度大一些，因此研制者較少。超細攪拌磨始于1928年，1952年美國杜邦公司推出立式砂磨機，上世紀80年代Drais公司開(kāi)發(fā)成功DCP環(huán)隙式攪拌磨，使粉碎分散效率大大提高。近年來(lái)，德國和日本正在研發(fā)亞微米、納米超細攪拌磨，如S型、C型和ZR120型離心式超細攪拌磨。
4、我國粉碎機械的發(fā)展方向
現代工程技術(shù)將需要越來(lái)越多的高純超細粉體,超細粉碎技術(shù)在高新技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中將起著(zhù)越來(lái)越重要的作用。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與非金屬礦物有著(zhù)密切的聯(lián)系,在未來(lái)非金屬礦深加工技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中要考慮高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;現代非金屬深加工技術(shù)與傳統產(chǎn)業(yè)加工技術(shù)相互滲透,其發(fā)展必須考慮傳統產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和進(jìn)步;為了更好地應用有限的非金屬礦資源,必須考慮其綜合利用問(wèn)題。同時(shí),在其開(kāi)發(fā)利用及其深加工過(guò)程中還必須考慮人類(lèi)的生存和可持續發(fā)展,注意環(huán)境保護。
未來(lái)非金屬礦物原料或材料總的發(fā)展趨勢是高純、超細和功能化。以高純超細非金屬礦物深加工原料為龍頭,綜合開(kāi)發(fā)利用各種非金屬礦產(chǎn)。雖然可以通過(guò)化學(xué)合成法制備高純超細粉體,但成本過(guò)高,至今未能用于工業(yè)化生產(chǎn)。獲得超細粉體的主要手段仍然是機械粉碎方式,用機械方式制取超細粉體所依賴(lài)的超細粉碎與分級技術(shù)的難度不斷增大,其研究深度永無(wú)止境。超細粉碎技術(shù)是多方面技術(shù)的綜合,其發(fā)展也有賴(lài)于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,如高硬高韌耐磨構件的加工、高速軸承、亞微米級顆粒粒度分布測定等。因此，超細粉碎技術(shù)的發(fā)展應集中在以下幾個(gè)方面。
(1)開(kāi)發(fā)與超細粉碎設備相配套的精細分級設備及其它配套設備。超細粉碎與分級設備相結合的閉路工藝,可以提高生產(chǎn)效率,降低能耗,保證合格產(chǎn)品粒度?？梢哉f(shuō),大處理量、高精度分級設備是超細粉碎技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。要更多地從整個(gè)工藝系統的角度來(lái)進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā),在現有粉碎設備的基礎上改進(jìn)、配套和完善分級設備、產(chǎn)品輸送設備等其它輔助工藝設備。
(2)提高效率,降低能耗,不斷提高和改進(jìn)超細粉碎設備。超細粉碎技術(shù)的關(guān)鍵是設備,因此,首先要開(kāi)發(fā)新型超細粉碎設備及其相應的分級設備,后者似乎更為迫切。助磨劑和表面活性分散劑將應用于超細粉碎工藝中。
(3)設備與工藝研究開(kāi)發(fā)一體化。超細粉碎與分級設備必須適應具體物料特性和產(chǎn)品指標,規格型號多樣化,而不存在對任何物料都是高效萬(wàn)能的超細粉碎與分級設備。
(4)開(kāi)發(fā)多功能超細粉碎和表面改性設備。如將超細粉碎和干燥等工序結合、超細粉碎與表面改性相結合、機械力化學(xué)原理與超細粉碎技術(shù)相結合,可以擴大超細粉碎技術(shù)的應用范圍。借助于表面包覆、固態(tài)互溶現象,可制備一些具有獨特性能的新材料。
(5)開(kāi)發(fā)研究與超細粉碎技術(shù)相關(guān)粒度檢測和控制技術(shù)。超細粉碎的粒度檢測和控制技術(shù),是實(shí)現超細粉體工業(yè)化連續生產(chǎn)的重要條件之一。粒度測試儀器與測定的控制技術(shù),是與超細粉碎技術(shù)密切相關(guān)的,必須與這些領(lǐng)域的專(zhuān)家聯(lián)合攻關(guān)。
超細粉碎在朝著(zhù)納米級方向進(jìn)軍，與此相關(guān)的低污染耐磨材料和納米級粉體的分散及評價(jià)將成為巨大的技術(shù)障礙,在這方面的研究將會(huì )受到重視。
(6)重視超細粉碎基礎理論的研究?；A理論的研究對于超細粉碎技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用極為重要，它的最終目的是指導實(shí)踐，生產(chǎn)出合乎要求的超細粉體。其內容包括微細粉體粒子的粒度與表面物理化學(xué)等特性;粉碎過(guò)程的描述；超細顆粒的粉碎特性和破壞過(guò)程；超細粉碎機最優(yōu)工作參數和粉碎機理的研究;不同超細粉碎方法(或機械應力的施加方式)，如沖擊、研磨、摩擦、剪切、壓碎、剝蝕等在不同粉碎環(huán)境中的能耗規律、粉碎效率、產(chǎn)品細度與能量利用率以及對粉碎物料的晶體結構和物理化學(xué)性能等的影響;粉碎物理化學(xué)環(huán)境以及助磨劑、分散劑等對產(chǎn)品細度、物化性能和粉碎效率的影響等。如，根據不同超細粉碎方法對物料晶體結構及物化性能的不同影響，結合物料的用途,選擇合適的超細粉碎工藝和設備，避免因超細粉碎加工給物料的使用性能帶來(lái)不利的影響，或利用超細粉碎加工技術(shù)對粉體物料進(jìn)行選擇性的機械激活;通過(guò)適度地添加助磨劑，有目的地改善超細粉碎的物理化學(xué)環(huán)境，以提高粉碎效率并降低能耗等。
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