2.4　超細粉碎與精細分級

2.4.1　概述

在非金屬礦行業或非金屬礦加工中，一般將粒度分布d₉₇≤10μm的產品稱為超細（粉體）產品，相應的加工技術稱為超細粉碎。由于在各工業部門中應用的超細粉體對其粒度和級配均有一定要求，因此，一般所述的超細粉碎技術是包括使粒度減小到“超細”的粉碎加工技術和使超細粉體具有“特定粒度分布”的精細分級技術。

超細粉碎技術是伴隨現代高技術和新材料產業、傳統產業技術進步和資源綜合利用與深加工等發展起來的一項新的粉碎工程技術。現已成為最重要的工業礦物及其他原材料深加工技術之一。

由于物料粉碎至微米級亞微米級，與粗粉或細粉相比，超細粉碎產品的比表面積和比表面能顯著增大，因而在超細粉碎過程中，隨著粒度的減小，顆粒相互團聚（形成二次顆粒或三次顆粒）的趨勢逐漸增強，在一定的粉碎條件和粉碎環境下，經過一定的粉碎時間后，超細粉碎作業處于粉碎-團聚的動態平衡過程，在這種情況下，微細物料的粉碎速度趨于緩慢，即使延長粉碎時間（繼續施加機械應力），物料的粒度也不再減小，甚至出現“變粗”的趨勢。這是超細粉碎過程最主要的特點之一。超細粉碎過程出現這種粉碎-團聚平衡時的物料粒度稱為物料的“粉碎極限”。當然，物料的粉碎極限是相對的，它與機械力的施加方式（或粉碎機械的種類）和效率、粉碎方式、粉碎工藝、粉碎環境等因素有關。在相同的粉碎工藝條件下，不同種類物料的粉碎極限一般來說也是不相同的。為了提高超細粉碎效率和降低粉碎極限，一般要在粉碎加工，特別是濕式超細粉碎中加入助磨劑或分散劑。因此，如何使用助磨劑和分散劑也是超細粉碎的重要技術之一。

超細粉碎過程不僅僅是粒度減小的過程，同時還伴隨著被粉碎物料晶體結構和物理化學性質程度不同的變化。這種變化對相對較粗的粉碎過程來說是微不足道的，但對于超細粉碎過程來說，由于粉碎時間較長、粉碎強度較大以及物料粒度被粉碎至微米級或亞微米級，這些變化在某些粉碎條件下顯著出現。這種因機械超細粉碎作用導致的被粉碎物料晶體結構和物理化學性質的變化稱為粉碎過程機械化學效應。這種機械化學效應對被粉碎物料的應用性能產生一定程度的影響，可以有目的地應用于對粉體物料進行表面活化處理。

由于粒度微細，傳統的粒度分析方法——篩分分析已不能滿足其要求。與篩分法相對應的用“目數”來表征產品細度也不便用于表征超細粉體。這是因為通常測定粉體物料目數（即篩分分析）用的標準篩（如泰勒篩）最細只到400目（篩孔尺寸相當于38μm ）。因此，現今超細粉體的粒度測定廣泛采用現代科學儀器和測試方法，如電子顯微鏡、激光粒度分析儀、庫爾特計數器、圖像分析儀、重力及離心沉降儀以及比表面積測定儀等。測定結果用“μm ”（粒度）或“m²/g”（比表面積）為單位表示。其細度一般用小于某一粒度（μm ）的累積百分含量d_Y=Xμm 表示（式中，X表示粒度大小，Y表示被測超細粉體物料中小于Xμm 粒度物料的百分含量），如d₅₀=2μm （50%≤2μm ，即中位粒徑），d₉₀=2μm （90%≤2μm ），d₉₇=10μm （97%≤10μm ）等。有時為方便應用，要同時給出被測粉料的比表面積。對于超細粉體的粒度分布也可用列表法、直方圖、累積粒度分布圖等表示。

目前的超細粉碎方法主要是機械粉碎，包括干法和濕法兩種粉碎方式。在工藝設置上有批量開路、連續開路和連續閉路等幾種形式。