超細(xì)粉體工業(yè)是伴隨現(xiàn)代高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)。
20世紀(jì)70年代以來，全球超細(xì)粉體的市場需求量以平均10%左右的速度增長，是繼IT和信息產(chǎn)業(yè)之后發(fā)展快的行業(yè)之一。機(jī)械超細(xì)粉碎是超細(xì)粉體主要的加工技術(shù)之一。近
5年我國超細(xì)粉碎和精細(xì)分級設(shè)備的年銷售臺(套)年均增長率超過10%，全國各類超細(xì)粉碎和分級設(shè)備生產(chǎn)廠家已發(fā)展到近100家。
1 國內(nèi)超細(xì)粉碎設(shè)備現(xiàn)狀 目前國內(nèi)超細(xì)粉碎技術(shù)的總體水平是:
①能夠生產(chǎn)出目前在工業(yè)上應(yīng)用的各類超細(xì)粉設(shè)備。20世紀(jì)80年代中期以來，通過引進(jìn)和消化吸收國外超細(xì)粉體加工設(shè)備，經(jīng)過近20年的發(fā)展，我國已經(jīng)能夠自主生產(chǎn)各類超細(xì)粉碎和精細(xì)分級設(shè)備，在近5年新建的超細(xì)粉體加工廠中國產(chǎn)設(shè)備或中外合資廠生產(chǎn)的設(shè)備占主導(dǎo)地位；
②我國已能夠工業(yè)化大批量生產(chǎn)平均粒徑1μm左右的超細(xì)粉體，如超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)高嶺土(包括煅燒高嶺土)、超細(xì)滑石、超細(xì)石墨、超細(xì)云母、超細(xì)碳化硅、超細(xì)二氧化硅以及氧化鋁和氫氧化鋁、氧化鎂和氫氧化鎂等；
③由于新材料技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備的磨耗有了顯著降低，如我國自主開發(fā)的旋風(fēng)自磨機(jī)，5年前沖擊盤的壽命約200h，通過采用新材料現(xiàn)已延長到3000h以上；
④已有部分超細(xì)粉碎設(shè)備和技術(shù)出口到東南亞、中東、非洲等發(fā)展中國家。
1.1 超細(xì)粉碎設(shè)備 目前，超細(xì)粉碎設(shè)備的主要類型有氣流磨、高速機(jī)械沖擊磨、攪拌球磨機(jī)、研磨剝片機(jī)、砂磨機(jī)、振動球磨機(jī)、旋轉(zhuǎn)筒式球磨機(jī)、塔式磨、旋風(fēng)或氣旋流自磨機(jī)、高壓輥(滾)磨機(jī)、高壓水射流磨機(jī)、膠體磨等。其中氣流磨、高速機(jī)械沖擊磨、旋風(fēng)或氣旋流自磨機(jī)、高壓輥(滾)磨機(jī)等為干式超細(xì)粉碎設(shè)備，研磨剝片機(jī)、砂磨機(jī)、高壓水射流磨機(jī)、膠體磨等為濕式粉碎機(jī)，攪拌球磨機(jī)、振動球磨機(jī)、旋轉(zhuǎn)筒式球磨機(jī)、塔式磨等既可以用于干式超細(xì)粉碎也可以用于濕式超細(xì)粉碎。
氣流磨是主要的超細(xì)粉碎設(shè)備之一，特別是粉碎產(chǎn)品粒度細(xì)、純度要求高和附加值較大的物料時。依靠內(nèi)分級功能和借助外置分級裝置，工業(yè)規(guī)模的氣流磨機(jī)細(xì)可加工d=3～5μm的粉體產(chǎn)品，產(chǎn)量從每小時幾十公斤到幾噸。在國內(nèi)超細(xì)粉碎設(shè)備廠商中，氣流磨機(jī)的生產(chǎn)廠家多。目前氣流磨機(jī)主要有扁平(圓盤)式、循環(huán)管式、靶式、對噴式、流化床逆向噴射式、旋流式等幾種機(jī)型，數(shù)十種規(guī)格。這些氣流磨廣泛用于滑石、石墨、硅灰石、鋯英石、高嶺土、重晶石等非金屬礦物以及磨料(碳化硅、氮化硼、石榴子石、剛玉等)、化工原料、顏料、醫(yī)藥及保健品、金屬及稀土金屬等的超細(xì)粉碎加工。國產(chǎn)氣流磨在仿制和消化吸收國外設(shè)備的基礎(chǔ)上也有所創(chuàng)新，尤其是在旋流式氣流磨、靶式氣流磨、流化床式氣流磨以及提高扁平式氣流磨的耐磨性等方面有一些發(fā)明**和實(shí)用新型**。國產(chǎn)氣流磨的不足之處是缺少小時產(chǎn)量達(dá)數(shù)噸以上的大型設(shè)備，因此，用于粉碎大宗的單位產(chǎn)品附加值較低的非金屬礦粉體產(chǎn)品時，單位產(chǎn)品能耗(比能耗)較高。 機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)是國內(nèi)非金屬礦行業(yè)選用較多的超細(xì)粉碎設(shè)備，廣泛應(yīng)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(nóng)藥等的超細(xì)粉碎加工，產(chǎn)品細(xì)度一般可達(dá)到d97=10μm， 即所謂的1250目，配以高性能的精細(xì)分級機(jī)后可以生產(chǎn)d=5～7μm的超細(xì)粉體產(chǎn)品。生產(chǎn)1250目的單機(jī)生產(chǎn)能力從每小時幾百公斤到1t左右。國產(chǎn)機(jī)械沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)的主要機(jī)型有：在引進(jìn)日本細(xì)川公司超細(xì)粉磨機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)生產(chǎn)的CM51型超細(xì)粉碎機(jī)以及近3年在德國ALPINE公司分級研磨機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)生產(chǎn)的JCF1000型機(jī)械粉碎機(jī)、JZC-400型分級式?jīng)_擊磨、CZM沖擊式粉碎機(jī)等。 介質(zhì)超細(xì)研磨機(jī)包括攪拌球磨機(jī)、振動球磨機(jī)、旋轉(zhuǎn)筒式球磨機(jī)和研磨剝片機(jī)、塔式磨、砂磨機(jī)等幾種類型。依攪拌機(jī)構(gòu)的不同，國產(chǎn)攪拌球磨機(jī)有軸棒式、穿孔圓盤式、螺旋式及棒盤復(fù)合式等幾種機(jī)型；攪拌球磨機(jī)已廣泛用于高嶺土、重質(zhì)碳酸鈣、云母、滑石、各種磨料、涂料顏料等的生產(chǎn)，其中濕式攪拌磨的產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d=2μm左右；CYM-3000超細(xì)研磨機(jī)等大型攪拌球磨機(jī)，已經(jīng)在造紙顏料級重質(zhì)碳酸鈣、煅燒高嶺土等的細(xì)磨或超細(xì)研磨加工中得到應(yīng)用。國產(chǎn)振動球磨機(jī)有單筒、多筒(二筒或三筒)式、WGM-3變頻式、MGZ-1型高幅振動磨以及ZMF內(nèi)分級式振動磨等機(jī)型。國產(chǎn)濕式振動球磨機(jī)的產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d=5μm左右，干式振動磨(不帶分級機(jī))可達(dá)d=15～20μm左右，但粉碎產(chǎn)品的粒度分布范圍較寬。用于超細(xì)粉碎的旋轉(zhuǎn)筒式球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是磨機(jī)的徑長比較大，使用球或鋼段作研磨介質(zhì)，研磨產(chǎn)品的粒度一般分布較寬，在生產(chǎn)中常與分級機(jī)構(gòu)成閉路粉碎作業(yè)，這種球磨機(jī)—分級機(jī)干式閉路作業(yè)應(yīng)用于超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)，給料粒度≤5mm，產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d=5～45μm；這種球磨機(jī)—分級機(jī)干式閉路作業(yè)的特點(diǎn)是循環(huán)負(fù)荷量大(400%以上)。 國產(chǎn)研磨剝片機(jī)主要有20、80、300和500(L)等幾種機(jī)型，采用多級串聯(lián)配置、連續(xù)濕法研磨方式，產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d=2μm左右，自1994年以來累計已有上百臺在煤系高嶺土和重質(zhì)碳酸鈣的濕法超細(xì)粉碎生產(chǎn)線中使用。國產(chǎn)CTM型塔式磨采用特殊的天然卵石做研磨介質(zhì)，連續(xù)生產(chǎn)，這種配置分級機(jī)的塔式干磨機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于水泥、滑石、膨潤土等的生產(chǎn)，產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d=10μm左右。砂磨機(jī)主要有臥式和立式兩種機(jī)型，產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d=2μm左右，國產(chǎn)砂磨機(jī)主要用于顏料、染料以及重質(zhì)碳酸鈣、高嶺土等的超細(xì)粉碎和分散。 旋風(fēng)自磨機(jī)或氣旋流粉碎機(jī)是我國自主研制開發(fā)的一種新型干式細(xì)粉碎和超細(xì)粉碎設(shè)備。它利用特殊設(shè)計的高速回轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生高頻脈動旋轉(zhuǎn)氣流場，使加入粉碎機(jī)內(nèi)的顆粒物料互相沖擊、摩擦、剪切或切削實(shí)現(xiàn)粉碎。這種粉碎機(jī)適用于石灰石、方解石、大理巖、滑石、硅灰石、高嶺石、重晶石、石英、長石等物料的粉碎，給料粒度≤30mm，產(chǎn)品細(xì)度可在d=40～10μm(400～1250目)之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。對硬質(zhì)高嶺土進(jìn)行超細(xì)粉碎的生產(chǎn)結(jié)果表明，這種粉碎機(jī)在粉碎產(chǎn)品細(xì)度d=20～15μm(600～800目)時，單機(jī)產(chǎn)量可達(dá)1300～1500kg/h，單位產(chǎn)品能耗較低(約100kW·h/t)，外置精細(xì)分級機(jī)后可生產(chǎn)d=5～10μm左右的超細(xì)粉體產(chǎn)品。這種粉碎機(jī)也用于生產(chǎn)硅灰石針狀粉，產(chǎn)品顆粒的長徑比平均達(dá)12以上，平均粒徑10～15μm，產(chǎn)量800～1200kg/h，單位產(chǎn)品能耗約120kW·h/t。 高壓射流式粉碎機(jī)或超細(xì)剝片均化機(jī)是一種利用高壓(20～60MPa)射流的強(qiáng)大沖擊力和壓力突然降低的穴蝕效應(yīng)使物料因沖擊和爆裂作用而被粉碎的一類濕法粉碎設(shè)備。這種設(shè)備已在云母和高嶺土的細(xì)粉碎和超細(xì)粉碎以及二氧化鈦顏料的分散解聚中得到應(yīng)用，依給料粒度的不同，一次粉碎的產(chǎn)品細(xì)度細(xì)可達(dá)到d97=10～45μm。 膠體磨廣泛用于加工果汁、骨粉、豆?jié){等食品和保健品、油漆和涂料的分散以及膠體石墨等的加工。
1.2 精細(xì)分級設(shè)備 干式精細(xì)分級機(jī)大多是伴隨高速機(jī)械沖擊式超細(xì)磨和氣流粉碎機(jī)，尤其是流化床對噴式氣流粉碎機(jī)的引進(jìn)和開發(fā)而發(fā)展起來的。因此，目前占主導(dǎo)地位的幾種干式精細(xì)分級是日本的MS、MSS和德國的ATP單輪或多輪渦輪式分級機(jī)。國內(nèi)的干式精細(xì)分級大多是在上述分級機(jī)的基礎(chǔ)上仿制或發(fā)展的。這些干式精細(xì)分級機(jī)基本上都與相應(yīng)的機(jī)械沖擊式超細(xì)粉磨機(jī)或氣流粉碎機(jī)配套使用，其分級粒徑可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中MS及其類似的分級機(jī)的分級產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d=10μm左右，MSS和ATP型及其類似的分級機(jī)的分級產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d97=4～6μm。依分級機(jī)規(guī)格或尺寸的不同，單機(jī)處理能力從幾十公斤/h到10t/h左右不等。我國自行研制開發(fā)的LHB型干式精細(xì)分級機(jī)分級產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)d=5～10μm，處理能力可達(dá)10t/h，分級效率及分級精度較高，單位產(chǎn)品能耗相對較低，這種精細(xì)分級機(jī)在我國煅燒高嶺土的產(chǎn)品分級中占據(jù)主導(dǎo)地位。 濕式分級機(jī)主要有兩種類型：一是基于重力沉降原理的水力分級機(jī)；二是基于離心力沉降原理的旋流式分級機(jī)，這類分級機(jī)包括沉降離心機(jī)，如臥式螺旋離心分離(級)機(jī)、小直徑水力旋流器、LS離旋器、GSDF型超細(xì)水力旋分機(jī)等機(jī)型，這是目前濕式精細(xì)分級主要采用的設(shè)備。其中，沉降離心機(jī)(包括臥式螺旋離心分級機(jī))的溢流產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)到d=1μm左右、GSDF型超細(xì)水力旋分機(jī)的溢流產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)到d=2μm左右，小直徑水力旋流器組的溢流產(chǎn)品細(xì)度可達(dá)到d=2μm左右，LS離旋器可達(dá)到d=2μm左右。這些分級機(jī)既可單獨(dú)設(shè)置也可與濕式超細(xì)粉碎設(shè)備配套使用。 目前國內(nèi)超細(xì)粉碎設(shè)備與國外先進(jìn)國家的主要差距是: (1) 大型設(shè)備少 近兩年，由于市場對超細(xì)粉體產(chǎn)品需求量的增大，特別是單個用戶用量的增大及對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性要求的提高，國內(nèi)大型超細(xì)粉碎設(shè)備已有一些進(jìn)展，特別是在攪拌磨域，湖南超牌化工有限公司、長沙萬華粉體設(shè)備公司、北京礦冶研究總院等企業(yè)已開發(fā)出3000L以上的大型攪拌磨，其中湖南超牌化工有限公司的大型攪拌磨(CYM-3000)已有20余臺在造紙顏料級超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣和超細(xì)煅燒高嶺土中得到應(yīng)用。但是，大型干式超細(xì)粉碎機(jī)還沒有實(shí)質(zhì)性的突破。 (2) 設(shè)備的自動調(diào)控水平落后 這是目前我國超細(xì)粉碎設(shè)備普遍存在的問題。原因主要源于兩個方面，一是市場對設(shè)備價格的期望值偏低，在國內(nèi)設(shè)備價格平均不到同類國外設(shè)備價格40%的情況下，企業(yè)沒有提高設(shè)備自動調(diào)控水平的利益驅(qū)動力；二是大多數(shù)國內(nèi)超細(xì)粉碎設(shè)備制造廠商尚不具備自主開發(fā)智能控制的能力。 (3) 技術(shù)集成度較低，設(shè)備配套性能較差 超細(xì)粉碎設(shè)備是一種技術(shù)集成度較高的設(shè)備，特別是粉碎－分級一體化設(shè)備或內(nèi)閉路(具有內(nèi)分級功能)超細(xì)粉碎設(shè)備需要較高的技術(shù)集成度。另外，工藝配套性也是影響設(shè)備運(yùn)行的主要因素之一。目前國內(nèi)超細(xì)粉碎設(shè)備在技術(shù)集成度和配套性能方面還有待改進(jìn)。 (4) 單位產(chǎn)品能耗和磨耗較高 單位產(chǎn)品的能耗和磨耗除了與設(shè)備單機(jī)生產(chǎn)能力、自動調(diào)控水平以及技術(shù)集成度和配套性有關(guān)外，還與設(shè)備零部件(特別是粉碎器件、磨機(jī)襯板等)材質(zhì)的選用、加工水平(如熱處理等)以及研磨介質(zhì)等有關(guān)。
2 超細(xì)粉碎設(shè)備的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代高技術(shù)新材料的迅速發(fā)展，要求超細(xì)粉體加工技術(shù)也要與時俱進(jìn)，不斷發(fā)展。目前，超細(xì)粉體加工技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)是：①小于1μm的超微粉體的需求量迅速增大；②超細(xì)粉體的大規(guī)模生產(chǎn)要求設(shè)備大型化和智能化以降低單位產(chǎn)品能耗和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；③大規(guī)模配套生產(chǎn)超細(xì)粉體和嚴(yán)格的產(chǎn)品粒徑分布要求處理能力大、分級效率高和能耗低的精細(xì)分級設(shè)備；④高硬超細(xì)粉體材料的加工和對產(chǎn)品純度要求的不斷提高，要求超細(xì)粉碎和精細(xì)分級設(shè)備的磨耗顯著降低；⑤特殊粒形(針狀和片狀)和韌性超細(xì)粉體的生產(chǎn)。
為適應(yīng)這些挑戰(zhàn)，未來超細(xì)粉碎設(shè)備的主要發(fā)展趨勢是：
(1)提高產(chǎn)品細(xì)度、降低設(shè)備粉碎限 目前市場1μm以下超微粉體(包括納米粉體)加工技術(shù)(包括制粉技術(shù)和表面處理技術(shù))和設(shè)備的需求呈增長態(tài)勢。超微粉體(包括納米粉體)是未來超細(xì)粉體的主要發(fā)展趨勢之一。這是因?yàn)楝F(xiàn)代許多高技術(shù)和新材料的發(fā)展需要超微粉體，如航空航天隱身材料、(具有韌性的)**陶瓷、吸波材料、功能纖維、環(huán)境保護(hù)材料、生物醫(yī)學(xué)材料等。因此，要求發(fā)展產(chǎn)品粒度小于1μm，粉碎限低的工業(yè)化超細(xì)粉碎設(shè)備和分級限粒度小的工業(yè)化精細(xì)分級設(shè)備以及配套的生產(chǎn)技術(shù)。
(2) 提高單機(jī)產(chǎn)量、降低單位產(chǎn)品能耗 由于市場對超細(xì)粉體產(chǎn)品需求量的增大，特別是用戶用量的增大(如大型造紙廠年造紙顏料需求量達(dá)10多萬t)及對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性要求的提高，大型設(shè)備的市場需求量呈增長趨勢。大型設(shè)備適應(yīng)了超細(xì)粉體加工廠向大規(guī)?；l(fā)展的趨勢，而且具有單位產(chǎn)品能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好以及管理方便等優(yōu)點(diǎn)；國外發(fā)達(dá)國家早已發(fā)展大型的全過程自動調(diào)控的超細(xì)粉碎與精細(xì)分級設(shè)備，如年產(chǎn)5～10萬t超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣的超細(xì)粉碎和分級設(shè)備，5000L以上的大型立式攪拌磨，總體積10m3、處理量150m3/h的大型臥式攪拌球磨機(jī)(這種磨機(jī)加工d80=9.7μm漿料產(chǎn)品的能耗約為65kW·h/t)。設(shè)備大型化是提高單機(jī)產(chǎn)量、降低單位產(chǎn)品能耗的主要途徑之一。此外，應(yīng)用現(xiàn)代科技研發(fā)新型的超細(xì)粉碎設(shè)備也是提高粉碎效率、產(chǎn)量和降低單位產(chǎn)品能耗的主要方向之一。
(3)降低磨耗 超細(xì)粉碎和精細(xì)分級設(shè)備一般是高速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，高速運(yùn)轉(zhuǎn)器件在與被磨或被粉碎物料的作用過程中難免磨損(耗)。磨耗不僅污染被粉碎物料(這種污染往往用物理方法很難去除)，而且影響設(shè)備與物料接觸部件的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。因此，降低磨耗是超細(xì)粉碎設(shè)備發(fā)展永恒的課題。
(4) 高穩(wěn)定性和可靠性 超細(xì)粉碎和精細(xì)分級設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性是超細(xì)粉碎生產(chǎn)線所必須的要求，也是高性能設(shè)備的必然要求，它對生產(chǎn)成本、效率、生產(chǎn)安全以及產(chǎn)品質(zhì)量等有重要影響。
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磨粉設(shè)備
