2.4　超細(xì)粉碎與精細(xì)分級(jí)

2.4.1　概述

在非金屬礦行業(yè)或非金屬礦加工中，一般將粒度分布d₉₇≤10μm的產(chǎn)品稱為超細(xì)（粉體）產(chǎn)品，相應(yīng)的加工技術(shù)稱為超細(xì)粉碎。由于在各工業(yè)部門中應(yīng)用的超細(xì)粉體對(duì)其粒度和級(jí)配均有一定要求，因此，一般所述的超細(xì)粉碎技術(shù)是包括使粒度減小到“超細(xì)”的粉碎加工技術(shù)和使超細(xì)粉體具有“特定粒度分布”的精細(xì)分級(jí)技術(shù)。

超細(xì)粉碎技術(shù)是伴隨現(xiàn)代高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和資源綜合利用與深加工等發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的粉碎工程技術(shù)。現(xiàn)已成為最重要的工業(yè)礦物及其他原材料深加工技術(shù)之一。

由于物料粉碎至微米級(jí)亞微米級(jí)，與粗粉或細(xì)粉相比，超細(xì)粉碎產(chǎn)品的比表面積和比表面能顯著增大，因而在超細(xì)粉碎過(guò)程中，隨著粒度的減小，顆粒相互團(tuán)聚（形成二次顆粒或三次顆粒）的趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)，在一定的粉碎條件和粉碎環(huán)境下，經(jīng)過(guò)一定的粉碎時(shí)間后，超細(xì)粉碎作業(yè)處于粉碎-團(tuán)聚的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，在這種情況下，微細(xì)物料的粉碎速度趨于緩慢，即使延長(zhǎng)粉碎時(shí)間（繼續(xù)施加機(jī)械應(yīng)力），物料的粒度也不再減小，甚至出現(xiàn)“變粗”的趨勢(shì)。這是超細(xì)粉碎過(guò)程最主要的特點(diǎn)之一。超細(xì)粉碎過(guò)程出現(xiàn)這種粉碎-團(tuán)聚平衡時(shí)的物料粒度稱為物料的“粉碎極限”。當(dāng)然，物料的粉碎極限是相對(duì)的，它與機(jī)械力的施加方式（或粉碎機(jī)械的種類）和效率、粉碎方式、粉碎工藝、粉碎環(huán)境等因素有關(guān)。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(lái)說(shuō)也是不相同的。為了提高超細(xì)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(xì)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(xì)粉碎的重要技術(shù)之一。

超細(xì)粉碎過(guò)程不僅僅是粒度減小的過(guò)程，同時(shí)還伴隨著被粉碎物料晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)程度不同的變化。這種變化對(duì)相對(duì)較粗的粉碎過(guò)程來(lái)說(shuō)是微不足道的，但對(duì)于超細(xì)粉碎過(guò)程來(lái)說(shuō)，由于粉碎時(shí)間較長(zhǎng)、粉碎強(qiáng)度較大以及物料粒度被粉碎至微米級(jí)或亞微米級(jí)，這些變化在某些粉碎條件下顯著出現(xiàn)。這種因機(jī)械超細(xì)粉碎作用導(dǎo)致的被粉碎物料晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的變化稱為粉碎過(guò)程機(jī)械化學(xué)效應(yīng)。這種機(jī)械化學(xué)效應(yīng)對(duì)被粉碎物料的應(yīng)用性能產(chǎn)生一定程度的影響，可以有目的地應(yīng)用于對(duì)粉體物料進(jìn)行表面活化處理。

由于粒度微細(xì)，傳統(tǒng)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(duì)應(yīng)的用“目數(shù)”來(lái)表征產(chǎn)品細(xì)度也不便用于表征超細(xì)粉體。這是因?yàn)橥ǔy(cè)定粉體物料目數(shù)（即篩分分析）用的標(biāo)準(zhǔn)篩（如泰勒篩）最細(xì)只到400目（篩孔尺寸相當(dāng)于38μm ）。因此，現(xiàn)今超細(xì)粉體的粒度測(cè)定廣泛采用現(xiàn)代科學(xué)儀器和測(cè)試方法，如電子顯微鏡、激光粒度分析儀、庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器、圖像分析儀、重力及離心沉降儀以及比表面積測(cè)定儀等。測(cè)定結(jié)果用“μm ”（粒度）或“m²/g”（比表面積）為單位表示。其細(xì)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(cè)超細(xì)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(shí)為方便應(yīng)用，要同時(shí)給出被測(cè)粉料的比表面積。對(duì)于超細(xì)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(xì)粉碎方法主要是機(jī)械粉碎，包括干法和濕法兩種粉碎方式。在工藝設(shè)置上有批量開路、連續(xù)開路和連續(xù)閉路等幾種形式。