非金屬礦物（如石英、高嶺土、碳酸鈣、膨潤土、硅灰石、重晶石、云母等），其硬度、強度、延展性等特性與金屬或其他有機材料明顯不同，一般較為硬、脆，因而其粉碎細化（0.5-10μm）工藝也有著(zhù)自身的特點(diǎn)，對粒子的細度、純度和粒形都有著(zhù)較高要求。
目前，我國非金屬礦行業(yè)常用的超細粉碎設備主要有氣流粉碎機、機械沖擊式超細粉碎機、球磨機、攪拌磨、砂磨機、振動(dòng)磨等。不同種類(lèi)的粉碎設備適應于不同屬性的礦物，對硬度、原料粒度、濕度、產(chǎn)量等都有著(zhù)特定的對應性，同種設備不同的運轉參數也對產(chǎn)品的特性有著(zhù)決定性的影響。
1、氣流粉碎機
氣流粉碎設備是利用高壓空氣、惰性氣體或者過(guò)熱蒸汽膨脹降溫加速來(lái)形成高速流場(chǎng)，帶動(dòng)物料粒子在射流流場(chǎng)內互相沖撞、摩擦、剪切來(lái)實(shí)現物料細化的，可分為扁平式氣流粉碎機、流化床氣流粉碎機、循環(huán)管式氣流粉碎機、對噴式氣流粉碎機、靶式氣流粉碎機等。
▲密友新一代節能型氣流粉碎機
氣流粉碎設備中的物料粒子的動(dòng)能來(lái)源是壓縮氣體，當高壓氣體在拉伐爾噴管中加速膨脹時(shí)，壓力轉化為物料粒子的動(dòng)能。當物料粒徑不均勻時(shí)，質(zhì)量較小的粒子速度快，質(zhì)量較大的速度慢，在速度差的作用下粒徑不同的粒子發(fā)生碰撞，從而使得粒徑均勻化；當物料粒徑較為均勻時(shí)，高速射流是典型的湍流，其流態(tài)不像層流那樣均勻平穩，而且存在著(zhù)主流道紋向方向的劇烈的動(dòng)量摻混，在摻混流的帶動(dòng)下，物料粒子均勻碰撞、摩擦，而得到較均勻的細化顆粒。
▲氣流粉碎工藝
總的來(lái)看，高速氣流膨脹降溫，即使摩擦產(chǎn)生一定的熱量，也會(huì )被不斷斷進(jìn)入的氣流帶走，因而流場(chǎng)內溫度較低，這就使得氣流粉碎特別適用于加工熱敏性材料。高速湍流的速度場(chǎng)較為飽滿(mǎn)均勻，因此氣流對粒子的剪切作用也較為均勻，得到的粒子的粒徑分布窄，粒形也較為理想。
氣流粉碎機是最常用的超細粉碎設備之一，廣泛應用于滑石、高嶺土、重晶石、石墨、硅灰石、鋯英石等非金屬礦物及其他脆性物料的超細粉碎或細粉碎，產(chǎn)品細度一般可達3-45μm。
2、機械沖擊式粉碎機
機械沖擊式粉碎機是使物料粒子高速運動(dòng)而產(chǎn)生相互間摩擦、碰撞來(lái)實(shí)現粉碎細化，其粒子的能量來(lái)源是通過(guò)電機帶動(dòng)攪拌桿或者攪拌盤(pán)等其他形式的擾動(dòng)件實(shí)現動(dòng)量的傳輸，攪拌件與物料之間的碰撞變得十分重要。這種沖擊粉碎方式力度大、效率高、通用性好，也是國內發(fā)展較為良好的一類(lèi)粉碎機械。
▲機械沖擊式粉碎機
基于該類(lèi)粉碎設備的破碎方式，機械沖擊粉碎最大的問(wèn)題就是沖擊件的磨損問(wèn)題，磨損脫落的沖擊件材料不可避免的會(huì )對產(chǎn)品造成污染，高耐磨材料的開(kāi)發(fā)成為限制瓶頸。旋轉件直接與大量的物料粒子摩擦沖撞，對沖擊件進(jìn)行適當的冷卻也是必須的，而且物料必須是非熱敏礦材。
機械沖擊粉碎機結構簡(jiǎn)單、操作性好，單位耗能的粉碎量大，產(chǎn)品的細度可調，是國內非金屬礦行業(yè)選用較多的超細粉碎設備，廣泛應用于煤系高嶺土、方解石、大理石、白堊、滑石、葉蠟石等中等硬度以下非金屬礦以及化工原料、農藥等的超細粉碎加工，產(chǎn)品細度一般可達到d97=10μm，即所謂的1250目，配以高性能的精細分級機后可以生產(chǎn)d97=5～7μm的超細粉體產(chǎn)品。
3、球磨機
球磨機是大型重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線(xiàn)的主要設備，配置各類(lèi)分級機后用來(lái)生產(chǎn)d97=5μm、10μm、16μm、45μm等粒級的重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品，其特點(diǎn)是單機處理能力較大，因此成為目前5萬(wàn)/年以上大型超細重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線(xiàn)的優(yōu)選設備之一。
▲球磨機
球磨機超細粉碎工藝的特點(diǎn)是：（1）與精細分級機構成閉路作業(yè)，循環(huán)負荷率高達300%-500%，因此，物料在磨機內的停留時(shí)間短，合格細粒級物料得以及時(shí)分離出，避免過(guò)磨導致超細粉料團聚和粉碎能耗增大；（2）一臺球磨機后設置多級和多臺分級機，生產(chǎn)多種不同細度和粒度分布的產(chǎn)品。
4、攪拌磨
攪拌磨通過(guò)電機帶動(dòng)轉軸上的磨盤(pán)旋轉，在對物料形成沖擊和攪拌的同時(shí)，還對臨近磨盤(pán)的物料粒子施加剪切力。在摩擦力和離心力共同作用下，攪拌磨既可以做粉碎機，又可以做分離機，結構效率高，其產(chǎn)品的粒度分布均勻。
▲攪拌磨
攪拌磨對高嶺土、方解石和鋯英砂等物料較為適用，例如對于高嶺土而言，產(chǎn)品中2μm量級的粒子數量比例可占90%以上。由于磨介的尺寸較小，使得該設備主要適用于最大粒度在微米以下量級的產(chǎn)品的粉碎。
5、砂磨機
砂磨機的結構主要由漿料桶、漿料泵、研磨腔體及轉動(dòng)系統和冷卻系統組成。起到分散和研磨的主要部件為研磨腔體，由研磨容器、分散器、分離器及攪拌軸密封器等部分組成。
▲砂磨機
砂磨機的工作原理是利用泵將預先在漿料桶內經(jīng)高速攪拌混合的漿料輸入密閉的研磨腔體內，與高速轉動(dòng)的研磨介質(zhì)接觸，從而使物料中的固體微粒和研磨介質(zhì)相互間產(chǎn)生更加強烈的碰撞、摩擦和剪切作用，達到加快磨細微粒和分散聚集體的目的。從研磨腔體內流出的漿料回到漿料桶，再次重復前述分散過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，達到要求的細度和很窄的粒度分布范圍。
砂磨機在我國眾多行業(yè)的應用中都充分體現出對固體物料中硬質(zhì)顆粒物超細粉碎的獨特性能。實(shí)際上，不論是在油墨、涂料或是其他行業(yè)的應用中，其主要粉碎物絕大多數均是非金屬礦物原料、填料，或具有相似性質(zhì)的其他固體物質(zhì)，其差異主要在于組成料漿的液體分不同和不同種類(lèi)產(chǎn)品的超細粉碎工藝、工況不同。
6、振動(dòng)磨
振動(dòng)磨一般是將原料和粉碎介質(zhì)放到一個(gè)圓筒中，由電機驅動(dòng)帶有不平衡重塊等激振器的傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現物料不粉碎介質(zhì)之間的高頻振動(dòng)，從而使得研磨介質(zhì)在圓筒壁面的約束下受到?jīng)_擊，進(jìn)而與物料迚行碰撞、摩擦以達到粉碎效果。
▲振動(dòng)磨
此外，由于是在圓筒中，介質(zhì)塊存在高速的自轉和相對低速的公轉，高速自轉主要對物料起到疲勞破壞作用，是能夠實(shí)現超細粉碎的關(guān)鍵，而慢速的公轉則起到良好的摻混分散作用，從而使產(chǎn)品粒徑均勻。
在實(shí)際應用中，硅灰、沸石、煅燒高嶺土等使用振動(dòng)磨超細粉碎，取得了良好的效果，在廢渣水泥摻混料的生產(chǎn)中也較為適用。振動(dòng)磨要求的粉碎腔中的介質(zhì)填充率達到80%以上，因而其產(chǎn)量有限。
2018年第四期礦物精細加工與應用技術(shù)高級研修班
2018年12月2日-4日 廣州
培訓大綱：
1、非金屬礦粉體精細加工技術(shù)要點(diǎn)分析
2、非金屬礦粉體表面改性技術(shù)要點(diǎn)與應用解決方案
3、非金屬礦粉體在涂料中的應用技術(shù)解決方案
4、非金屬礦粉體如何打開(kāi)涂料行業(yè)市場(chǎng)解決方案
5、2018涂料狼群工程師技術(shù)沙龍
6、聯(lián)誼晚宴
報名咨詢(xún)和交流：18701083278（微信同號）
部分資料來(lái)源：國內非金屬礦超細粉碎工藝的現狀及進(jìn)展，作者：馬大鈞
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
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