2.4.2　超細粉碎設備

目前工業上應用的超細粉碎設備的類型主要有氣流磨、高速機械沖擊磨或旋磨機、攪拌球磨機、砂磨機、振動球磨機、旋轉筒式球磨機、行星式球磨機、輥磨機、高壓均漿機、膠體磨等。其中氣流磨、高速機械沖擊磨或旋磨機、輥磨機等為干式超細粉碎設備，砂磨機、高壓均漿機、膠體磨等為濕式超細粉碎機，攪拌球磨機、振動球磨機、旋轉筒式球磨機、行星式球磨機等既可以用于干式也可以用于濕式超細粉碎作業。表2-20所列各類超細粉碎設備的粉碎原理、給料粒度、產品細度及應用范圍。

（1）氣流磨　氣流磨又稱噴射磨或能流磨，是一種利用高速氣流（300～500m/s）或過熱蒸汽（300～400℃）的能量對固體物料進行超細粉碎的機械設備。

氣流磨是最主要的超細粉碎設備之一。依靠內分級功能和借助外置分級裝置，氣流磨可加工d₉₇=3～5μm的粉體產品，產量從每小時幾十千克到每小時幾十噸。氣流粉碎的產品還具有粒度分布較窄、顆粒形狀規則、純度高等特點。目前氣流磨主要有扁平（圓盤）式、循環管式、對噴式、流化床逆向噴射式、氣旋式、靶式等幾種機型和數十余種規格。圖2-9所示為氣流磨的結構和工作原理示意圖。氣流磨的主要技術參數為粉碎室直徑、粉碎壓力、空氣耗量、生產能力、進料粒徑、粉碎細度、噴嘴數量以及內置分級機直徑、分級機最大轉速、分級機電機功率等。

（2）機械沖擊磨　機械沖擊式超細磨機（機械沖擊磨）是指圍繞水平或垂直軸高速旋轉的回轉體（棒、錘、葉片等）對物料進行激烈的打擊、沖擊、剪切等作用，使其與器壁或固定體以及顆粒之間產生強烈的沖擊碰撞從而使顆粒粉碎的超細粉碎設備。

目前工業型機械沖擊式超細粉碎機主要有CM型超細粉磨機、JCF型沖擊磨、旋風式超細磨等。這些設備主要應用于煤系高嶺土、方解石、大理石、滑石等中等硬度以下非金屬礦物的超細粉碎。

①CM型超細粉磨機　CM型超細粉磨機的外形與結構和工作原理如圖2-10（a）所示。該機主要由給料部分、粉碎部分和物料輸送部分三部分組成。該機共分兩個粉碎室，每室各裝有兩排轉子，每排轉子上分別固定有可更換的錘頭。兩個粉碎室之間由可更換的擋料環隔開。更換不同內徑的擋料環，可調節磨機的處理能力和產品細度。各粉碎室內壁均裝有可更換的帶有細齒形的襯板，它與各排錘頭的間隙約為3mm。每室兩排錘頭之間各裝有4枚撞針，通過調整撞針偏心距來調節它與錘頭側面間隙的大小。

②JCF型沖擊磨　 圖2-10（b）所示為JCF型沖擊磨的外形及結構與工作原理示意圖。該機主要由加料器、粉碎部件、分級部件、機殼及底架、主電機等組成。工作時，原料由星形閥從設備上部加入，經過斜管進入分級室，在進料中已達到產品細度要求的粉料從分級輪中排出機外，余下的物料進入粉碎室，受到均勻分布在圍繞垂直軸急速旋轉的回轉體外周沖擊錘的激烈沖擊；同時，在沖擊錘與襯板之間的間隙處受到沖擊、摩擦、剪切等作用；被粉碎的物料隨氣流上升至分級輪處進行分級。細粒級產品從排料（氣）口排出機外，粗顆粒沿筒壁下降至粉碎室進一步粉碎；空氣從下部的吸風口進入粉碎室，并上升到分級室，然后從上部的排料口隨細粒級產品一起排出機外。

③LHJ型超細粉碎機　 圖2-10（c）所示為LHJ型超細粉碎機外形。其結構主要由機殼、給料機、粉碎轉子、分級機、袋式捕集器、卸料閥、引風機等構成。其作用原理是集擠壓粉碎、離心粉碎、沖擊粉碎于一身。其主要特點是入料粒度大（≤30mm）、內置分級裝置（成品細度可調）、生產能力較大、適用性較廣。

（3）攪拌磨　攪拌研磨機（攪拌磨）是指由一個靜置的內填研磨介質的筒體和一個旋轉攪拌器構成的一類超細研磨設備。

攪拌研磨機的筒體一般做成帶冷卻夾套，研磨物料時，冷卻夾套內可通入冷卻水或其他冷卻介質，以控制研磨時的溫升。研磨筒內壁可根據不同研磨要求鑲襯不同的材料或安裝固定短軸（棒）和做成不同的形狀，以增強研磨作用。攪拌器是攪拌磨最重要的部件，有軸棒式、圓盤式、穿孔圓盤式、圓柱式、圓環式、螺旋式等類型。

連續研磨時或研磨后，研磨介質和研磨產品（料漿）要用分離裝置分離。這種介質分離裝置種類很多，目前常用的是圓筒篩，篩孔尺寸一般為50～1500μm。

超細研磨時，攪拌研磨機一般使用平均粒徑小于6mm的球形介質。研磨介質的直徑對研磨效率和產品粒徑有直接影響。此外，研磨介質的密度（材質）及硬度也是影響攪拌研磨機研磨效果的重要因素之一。常用的研磨介質有氧化鋁、氧化鋯或剛玉珠、鋼球（珠）、鋯珠、玻璃珠等。

攪拌研磨機根據作業方式分為間歇式、循環式、連續式三種；按工藝可分為干式攪拌研磨機和濕式攪拌研磨機；按攪拌器的不同還可分為棒式攪拌磨、圓盤式攪拌磨、螺旋或塔式攪拌磨、環隙式攪拌磨等。

攪拌磨的工作原理是：攪拌軸帶動攪拌臂高速運動迫使磨桶內的介質球與被磨物料作無規則運動；物料和介質球之間因相互撞擊、剪切和摩擦被粉碎。其研磨作用主要發生在研磨介質與物料之間。

圖2-11所示為間歇式攪拌磨的結構和工作原理示意圖。其結構包括電機、減速機、機架、攪拌軸、研磨筒、攪拌臂、配電系統、蝸輪副系統等部分。

間歇式攪拌磨的研磨過程是批次進行的，即將原料和研磨介質加入磨機，開動電機，研磨一定時間后卸出研磨產品再加入下一批次物料進行超細研磨。

圖2-12所示為循環式攪拌磨的結構與工作原理示意圖。這種攪拌磨主要由一個直徑較小的研磨筒和一個容積較大的漿料循環罐組成。研磨筒實際上是一個小型攪拌磨，內填研磨介質并在上部裝有隔離研磨介質及粗粒物料的篩網。研磨介質的充填率占研磨筒有效容積的85%～90%。其工作過程是漿料連續在研磨筒和循環罐內快速循環，直到產品細度合格。

這種攪拌磨的特點是由于漿料連續快速地通過旋轉的研磨介質層和篩網，合格細粒級產品及時排出，避免因過磨而導致的微細顆粒的團聚，研磨效率較高，且可獲得窄粒級分布的研磨產品。循環缸具有混合和分散作用，可在循環罐內添加分散劑或助磨劑。此外，由于漿料每次在研磨筒內的滯留時間短，從循環筒內新泵入的礦漿足以平衡研磨筒內的溫升，因此，這種攪拌磨的磨筒無須冷卻。

圖2-13所示分別為幾種目前工業上常用的連續式攪拌磨機的結構和工作原理示意圖。立式連續攪拌磨多采用圓盤式攪拌器。其工作過程是：料漿從下部給料口泵壓給入，在高速攪動的研磨介質的摩擦、剪切和沖擊作用下，物料被粉碎。粉碎后的超細漿料經過溢流口從上部的出料口排出。物料在研磨室的停留時間通過給料速度來控制。給料速度越慢，停留時間越長，產品粒度就越細。圖2-13（a）與間歇式攪拌磨相比，其結構特點是研磨筒體高（長徑比大），且在研磨筒內壁上安裝有固定臂。圖2-13（b）所示是一種干法立式連續攪拌磨的結構示意圖。這種攪拌磨的基本結構與濕法磨相似，只是給料方式不同，即采用螺旋給料機上給料和下排料。圖2-13（c）所示為螺旋攪拌磨結構與工作原理示意圖，其特點是采用螺旋攪拌器。圖2-13（d）所示攪拌磨的結構特點是與前述高長徑比攪拌磨相比，筒體“較矮”，但直徑較大，且筒體的長徑比小。該型攪拌磨上部給料，中下部排料，上部設有進漿口、分散劑添加口和排氣口；下部側壁設有漿料出口和研磨介質排出口。筒體內部做成多角形（六邊形或八邊形），增加了顆粒被研磨的概率和研磨強度。由于漿料停留時間較短，一方面物料不容易過磨；另一方面，研磨過程溫升較小，不容易出現黏脹，因而研磨效率較高。這種磨機近幾年在重質碳酸鈣漿料和超細煅燒高嶺土生產中得到了越來越多的應用。圖2-13（e）所示的雙槽攪拌磨槽體由底部連通的兩個相同尺寸的立方體形槽子構成，一個用于預磨，設有給料口，另一個用于精細磨，設有隔離篩和排料口；每個槽內設有一個攪拌器，槽上方各有一套驅動裝置；兩槽底部各設有一個卸料口和壓縮空氣入口，槽頂部設有排氣管。該攪拌磨的結構特點是雙葉輪攪拌器、方形雙槽體結構。工作時，礦漿首先從進料口進入預磨槽預磨，然后從底部進入精細磨槽，最后經隔離篩從出料口排出。

圖2-14所示臥式攪拌磨的結構特點：一是獨特的盤式攪拌器消除了磨機在運轉時的抖動并使研磨介質沿整個研磨室均勻分布，從而提高能量利用率和研磨效率；二是采用動力介質分離篩消除介質對篩的堵塞及篩面磨損。因此，這種攪拌磨的能量密度較大，研磨效率較高。

（4）砂磨機　 砂磨機是另一種形式的攪拌磨或珠磨機。因最初使用天然砂作為研磨介質而得名。砂磨機可分為敞開型和密閉型兩類，每種又可分為立式和臥式兩種。

圖2-15所示為立式砂磨機和臥式密閉砂磨機的結構示意圖。立式砂磨機主要由進料系統、研磨筒、研磨盤、傳動系統和電控系統等組成；工作時研磨筒內大部分裝填研磨介質，其介質是用陶瓷或特殊材料制成的粒徑不等球形顆粒。物料從立式倉筒的底部加入，與研磨介質混合。攪拌軸由傳動系統驅動，以適當的轉速攪拌物料與介質的混合物。由于研磨介質之間的摩擦和碰撞作用，物料得到研磨，經過一定的停留時間，得到粒度分布符合要求的漿料。

臥式密閉砂磨機的結構主要由研磨容器、分散器、分離器及攪拌軸密封器等部分組成。

近10年來，一方面砂磨機不斷向大型化發展。目前，德國和澳大利亞合作研發的艾砂（Isa）大型臥式砂磨機的筒體容積已達到8000～10000L，最大裝機容量為3300kW。這種大型臥式砂磨機已經在南非和澳大利亞的金屬礦山選礦廠使用。中國的臥式砂磨機也已取得顯著進展，已經開發了2000L以上的大型砂磨機。另一方面，砂磨機不斷向精細化邁進，降低粉碎產物的“極限粒徑”。圖2-16所示的高流量立式砂磨機或珠磨機可以生產D₅₀=0.3μm左右的超細粉體，號稱“納米磨”。這種高流量砂磨機主要由筒體、轉子、定子殼、研磨腔、出料以及冷卻、動力裝置等構成。轉子垂直在筒體內，筒體在頂部通過機械密封密閉。外部轉子表面裝有大量的攪拌棒釘。上半部轉子有槽狀的開口。定子殼由外層定子、定子底壁和內層定子組成，是完整的雙層夾套。外層研磨腔內水平排列著定子棒釘，內層定子的棒釘螺旋排列。內層定子上方有一個保護篩網，與中央排料管連接。研磨腔中轉子及其外部、內部工作表面位于定子中間。保護篩網位于研磨腔上端。研磨腔內充滿直徑在200μm～1.5mm的磨珠。研磨腔裝滿物料時，保護篩網始終在裝料線的上方。

其工作原理如下：由于給料泵的壓力，物料在內層研磨腔上方因離心力與磨球分離后反方向進入研磨機中心，物料首先通過安裝在內層定子上的筒狀保護篩網，然后向下由中央的排料管排出。磨珠在外層研磨腔轉子與定子棒釘之間，以及內層研磨腔的定子棒釘和內層轉子表面之間流動；待研磨或分散的物料從磨機上端均勻地進入外層轉子。物料首先向下流入外層研磨腔，磨珠由轉子和定子棒釘運動產生能量帶動物料，然后沿軸向由定子下端流入內層研磨腔，內層轉子的光滑表面和垂直螺旋狀排列的定子棒釘產生強烈的擾動。充分混合的物料和磨珠由于轉子旋轉的離心作用并經裝在內層轉子上的擋板通過定子棒釘。擋板和轉子上的開口比鄰。因密度和尺寸的差異，磨珠由于離心力的作用通過開口進入外層研磨腔的進口區域。新加入的物料帶動磨珠向下流入研磨腔。如此，磨珠在外層研磨腔之間實現再循環。

此外，砂磨機研磨盤結構和材質的優化以及控制的智能化也取得了顯著進展。新型的PU材質顯著提高了磨盤和軸套的使用壽命。

（5）振動磨　振動磨是利用研磨介質（球狀和棒狀）在作高頻振動的筒體內對物料進行沖擊、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎的細磨和超細磨設備。

振動磨按其振動特點分為慣性式、偏旋式；按筒體數目分為單筒式和多筒式；按操作方式又可分為間歇式和連續式。振動磨既可用于干式粉碎，也可用于濕式粉碎。

通過調節振動的振幅、振動頻率、介質類型和介質尺寸可加工不同物料，包括高硬度物料和各種細度的產品。產品的平均粒度可達到1μm左右。

超細振動磨的結構和工作原理與2.2.1介紹的振動磨機大同小異。目前在非金屬礦超細粉磨中應用的振動磨主要有MZ型雙筒振動磨和單筒振動磨。MZ型超細振動磨主要技術參數為磨筒容積、振幅、振動頻率、動力強度、電機功率、磨機質量和外形尺寸等。

（6）輥磨機　目前工業上應用的超細輥磨機有離心環輥磨和輥式立磨。圖2-17所示為離心環輥磨的結構和工作原理示意圖。該機主要由機體、主軸、甩料盤、磨環、磨環支架、磨圈、分流環、分級輪等構成；固定在磨環支架上的磨環與銷軸之間有很大的間隙。工作時，當磨環支架隨主軸轉動時，磨環作公轉，受離心力的作用甩向磨圈并壓緊磨圈，同時以銷軸為中心作自轉。物料由螺旋加料器從磨環支架上方加入，被高速旋轉的磨環支架甩入支架與磨圈的縫中，受到轉動磨環的沖擊、擠壓、研磨而被粉碎。粉碎后的物料落到甩料盤上，甩料盤與主軸同轉，將物料甩向磨圈與機體間的縫隙中，受到系統中風機抽風產生的負壓的作用而沿縫隙上升進入機體上部，沿分流環進入分級室進行分級，合格細粉通過分級輪進入收集系統收集，粗粉被甩向分級環內壁，落入粉碎室重新進行粉碎。這種環輥磨自2005年開發以來，經不斷改進和優化，已經成為目前中國重質碳酸鈣干法超細粉碎的主要裝備之一。

圖2-18所示為超細輥式立磨的結構和外形圖。該類型設備主要由磨輥、磨盤、導流裝置、液壓裝置、分級機及自動控制系統構成。

工作原理：物料在離心力的挾帶下進入磨盤與磨輥之間，受到帶有很高液壓氣動壓力的磨輥的碾壓與剪切力作用；碾磨后的物料通過碾磨區后受到空氣流的初步分散和分級作用，隨著上升區內空氣流動區域截面積的擴大，空氣的流速下降，粗顆粒因此返回磨盤內繼續碾磨，其他粉體則進入磨機上部的分級機內進一步分級，分出的粗顆粒回到碾磨區，細粉隨氣流排出機外被收集。

（7）膠體磨　膠體磨是利用一對固定磨體（定子）和高速旋轉磨體（轉子）的相對運動產生強烈的剪切、摩擦、沖擊等作用力，使被處理的物料通過兩磨體之間的間隙，在上述諸力及高頻振動的作用下，被粉碎和分散。

膠體磨主要有直立式、傍立式和臥式三種機型。圖2-19所示為JM系列膠體磨的結構示意圖，主要由進料斗、蓋盤、調節套、轉齒、定齒、甩輪、出料斗、磨座、甩油盤、電機座、電機罩、接線盒罩、方向牌、刻度板、手柄等構成。圖2-19中所示為傳統立式膠體磨，由特制長軸電機直接帶動轉齒，與由底座調節盤支承的定齒相對運動而工作。磨齒一般為高硬度、高耐磨性耐酸堿材料，根據不同需要選擇相應的磨頭。

（8）高壓均漿機　高壓均漿機是利用高壓射流壓力下跌時的穴蝕效應，使物料因高速沖擊、爆裂和剪切等作用而被粉碎。高壓均漿機既有粉碎作用，也有均質作用，其工作原理是通過高壓裝置加壓，使漿料處于高壓之中并產生均化。當礦漿到達細小的出口時，便以每秒數百米的線速度擠出，噴射在特制的靶體上，由于礦漿擠出時的互相摩擦剪切力，加上漿體擠出后壓力突然降低所產生的穴蝕效應以及礦漿噴射在特制的靶體上所產生的強大沖擊力，使得物料沿層間解離或缺陷處爆裂，從而達到超細剝片的目的。