（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）由于高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)對礦物粉體的特殊要求，粉體工業(yè)正朝著超細粉碎的方向迅速發(fā)展。超細粉體的比表面積大、顆粒缺陷少、活性高、反應(yīng)速率快、填充補強性好、溶解度大、燒結(jié)溫度低且燒結(jié)強度高，因此，提高超細粉碎技術(shù)對現(xiàn)代高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。
超細攪拌磨是現(xiàn)代超細粉碎的主要設(shè)備之一,因其具有能量密度高、產(chǎn)品粒度細、環(huán)境污染小、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于建材、涂料、化工、醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥、電子、冶金、陶瓷、顏料等領(lǐng)域。
1 超細攪拌研磨的結(jié)構(gòu)及工作原理
攪拌研磨機主要由傳動裝置、機架、筒體和攪拌裝置構(gòu)成。筒體內(nèi)填充有一定數(shù)量的研磨介質(zhì)，研磨介質(zhì)可以是瓷球、玻璃球、氧化鋯珠、鋼球或天然砂等。攪拌裝置可以有多種形式，如軸棒式、圓盤式、穿孔圓盤式、葉片式、圓柱式、圓環(huán)式、螺旋式等，工作方式可以有干法和濕法。對于立式攪拌磨，物料可以從筒體上部利用傳送裝置給入，也可以從筒體下部經(jīng)泵送入研磨腔內(nèi)。
工作時，研磨介質(zhì)隨攪拌器做回轉(zhuǎn)運動，包括公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，物料給入研磨腔后與攪拌中的研磨介質(zhì)發(fā)生碰撞、擠壓、摩擦。在整個筒體內(nèi)剪切力和擠壓力處處存在，這是由于沿徑向方向，位于不同半徑上的物料和磨介的運動速度不同，沿垂直方向，層與層之間物料和磨球的運動速度也不相等,存在一個速度梯度。在攪拌器附近物料粉碎效率高，磨球除了做圓周運動外,還存在不同程度的上下翻動運動,有一部分磨球與攪拌器發(fā)生沖撞、摩擦,在攪拌器附近還存在一定的沖擊力。
綜合起來，在整個研磨室內(nèi)起粉碎作用的力有剪切力、擠壓力和沖擊力。擠壓、研磨(擠壓+剪切)的作用方式是微粉碎的較好方式,而且能量利用率高、新生表面積大。擠壓、研磨的作用力方式使顆粒表層剝落,產(chǎn)生不完全粉碎,顆粒越小,受擠壓、研磨的表面積越大,而且擠壓、研磨還能克服微粒之間的物理化學力以及粘附、聚結(jié)現(xiàn)象。
2 國內(nèi)外超細攪拌研磨的發(fā)展現(xiàn)狀
2 . 1 國外超細攪拌研磨的發(fā)展現(xiàn)狀
超細攪拌磨機是隨著現(xiàn)代材料科學技術(shù)的進步而發(fā)展起來的。國外已有專業(yè)制造廠家和許多先進的設(shè)備，如美國聯(lián)合工業(yè)礦物公司、日本細川公司(HOSOKAWA)、德國的耐馳公(NETZSCH)、德國道萊士(Drais)公司和美國美卓(Metso)礦機公司等生產(chǎn)的超細攪拌磨機成套設(shè)備。
早期的攪拌磨如圖1所示，最初是用于浮選之前清理礦物表面。它由安裝在一個立式圓筒內(nèi)的轉(zhuǎn)子和定子組成，由轉(zhuǎn)子和定子之間的相對運動產(chǎn)生顆粒之間的磨擦來清理礦物表面，在定子上端裝有冷卻水管，以散發(fā)機體內(nèi)的熱量，該裝置是一臺很有效的細磨設(shè)備。之后美國礦山局對該機進行了大量的細磨開發(fā)研究，并用來大規(guī)模加工高嶺土和鈦白粉。
扎格瓦瑞磨如圖2所示。該磨機采用了由細長鐵棒組成的攪拌器，并在機體外裝有冷卻水套，粉碎是在垂直的圓筒形容器中進行。給料粒度為40～1000μm。典型的產(chǎn)品粒度為10～20μm。磨礦介質(zhì)材料包括不銹鋼、鎢碳鋼、陶瓷等，尺寸從3～6mm不等。
塔式磨機(立式磨機)是一種垂直安裝、帶有螺旋攪拌裝置的細磨設(shè)備(見圖3)。給礦粒度通常小于3mm，由底部泵入，物料經(jīng)筒體內(nèi)介質(zhì)研磨后，合格的產(chǎn)品從磨機的頂部溢出，在排礦口下端安裝有內(nèi)部分級機，將粗粒物料返回磨機進行再磨。塔磨機的最大給礦粒度為6mm，產(chǎn)品粒度74～20μm。目前國外最大的塔磨機安裝功率1125kW，處理能力超過100t /h 。
艾薩磨機(ISAMILL)，如圖4所示，是由澳大利亞的Mountlsa礦和NETZSCH公司發(fā)明的一種細磨設(shè)備，用于該礦的鉛鋅分離。該種磨機采用水平高速攪動研磨原理來使礦物解理，其產(chǎn)品粒度d80可達7μm。艾薩磨機的功率強度很大，使用的磨礦介質(zhì)為陶瓷、河沙、爐渣等。M·高等對磨腔凈容積為3000L，額定電機功率為1120kW的設(shè)備采用了新的產(chǎn)品分離器設(shè)計的Isa磨機進行研究，發(fā)現(xiàn)Isa磨機可非常靈活地將120μm的粗物料磨至5μm甚至更細。
2 . 2 國內(nèi)
我國超細攪拌磨機的研制開始于20世紀70年代初，到目前為止，已有30年的發(fā)展歷程，取得了較大的進步。重慶化工機械廠研制出我國第一臺砂磨機(Sand mill)，也稱高速攪拌磨機，應(yīng)用涂料、染料、油墨及顏料等工業(yè)。在吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼開發(fā)了臥式砂磨機、雙筒砂磨機、窄隙砂磨機和密閉型砂磨機等設(shè)備，其立式砂磨機有50、80、120、300、500L。
80年代初長沙礦冶研究院和秦皇島黑色冶金設(shè)計研究院相繼開發(fā)了JM-600、JM-1000和MQL-500型立式螺旋攪拌磨機(塔式磨機)。90年代中期中科院金屬所開發(fā)出塔式磨浸機，已成功地應(yīng)用于金礦再磨作業(yè)，取得了較好的成績。在開發(fā)塔式磨機的同時，長沙礦冶研究院、鄭州東方機器廠等開發(fā)研制成功了超細棒式攪拌磨機，最近幾年，制造廠家增多，但進展不大。
隨著國內(nèi)重質(zhì)碳酸鈣、高嶺土等非金屬礦行業(yè)的發(fā)展和需求，蘇州非金屬礦工業(yè)設(shè)計研究院聯(lián)合江蘇一些制造廠家研制了BP80、BP300、BP500型剝片機(高速盤式攪拌磨機)，成功地用于高嶺土、重鈣、膨潤土等行業(yè)。
張國旺等研制出了3600L大型立式超細攪拌磨機，用其生產(chǎn)亞微米超細重質(zhì)碳酸鈣，產(chǎn)品細度- 2μm 含量大于68%，處理能力4.6t/h(固含量72%，按漿料計)時，能耗小于45kW·h/t；產(chǎn)品細度- 2μm含量大于90%，處理能力2.1t/h ( 固含量72%，按漿料計)時，能耗小100kW·h/t。用于生產(chǎn)亞微米超細硫酸鋇，處理能力3.6～4t/h(漿料，固含量80%)時，產(chǎn)品粒度-2μm大于90%；用于煤系高嶺土的超細剝片，給料-325目≥97%，濕磨后-2μm≥90%～95%。處理能力1.3～1.5t /h, 固含量42%～46%。
吳建明等研發(fā)了GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機。該設(shè)備采用了獨特的雙槽結(jié)構(gòu)，降低了整體高度解決了操作維修困難的問題。槽體斷面采用方斷面，較六邊形或八邊形斷面產(chǎn)生的紊流更強烈，有利于提高攪拌磨效率，加工也較容易。攪拌裝置采用了獨特的雙葉輪形式，不僅能使介質(zhì)產(chǎn)生強烈的徑向運動，而且還會產(chǎn)生強烈的軸向運動。采用了獨特的壓縮空氣啟動方式。在山西朔州某高嶺土公司的應(yīng)用表明，給料粒度-45μm時，產(chǎn)品粒度可以達到-2μm含量85%～88%，生產(chǎn)能力為1.5t/h左右。
王清華等開發(fā)了1500L大型攪拌研磨設(shè)備。該設(shè)備電機動力為132kW，配套設(shè)備動力30kW；占地40m2，高8m；設(shè)備的處理能力可達150～1500kg/h。粉磨滑石和重質(zhì)碳酸鈣的平均細度可達亞微米級。該設(shè)備的工作原理是原料與粉碎介質(zhì)分別從頂部給入，在轉(zhuǎn)子攪拌混合下將原料研磨粉碎；被粉碎的產(chǎn)品與介質(zhì)同時向下移動并從磨機底部向外排出。在磨機的底部將粉料和介質(zhì)分開后，物料送入超細分級機進行分級處理；細粉作為產(chǎn)品用除塵器捕集，粗粉送回磨機再磨。介質(zhì)循環(huán)使用，以便將磨機內(nèi)熱量帶出。對生產(chǎn)超細粉來說，原料的最大粒徑小于300μm，最好是40～100μm。粉碎介質(zhì)主要采用陶瓷球和鋼球。為獲得高純產(chǎn)品，磨機的定子和轉(zhuǎn)子均采用耐磨材料或表面包層。
3 前景展望
隨著造紙、塑料、橡膠、涂料、陶瓷等相關(guān)工業(yè)部門產(chǎn)量的迅速增長以及對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，非金屬礦業(yè)正在向大型化、現(xiàn)代化生產(chǎn)發(fā)展，因此需要一種高效、實用、能耗省且價格適中的大處理量、窄粒亞微米級超細攪拌磨機。
今后超細攪拌磨機的研究重點和發(fā)展方向?qū)⒅饕性谝韵聨讉€方面：
①大型超細攪拌磨機生產(chǎn)亞微米粉體或漿料(例如：重質(zhì)碳酸鈣、高嶺土、硫酸鋇)；
②離心超細攪拌磨機生產(chǎn)納米涂料、油墨及顏料；
③窄粒級超細低污染攪拌磨機的研究，應(yīng)用于新材料開發(fā)；
④大型礦業(yè)用攪拌磨機應(yīng)用于礦物加工(例如金礦、鉛鋅礦、鐵礦和鑰礦等)的再磨作業(yè)；
⑤加強超細攪拌磨機粉磨機理研究，開發(fā)新型高效超細攪拌磨機適應(yīng)不同礦物粉體材料制備；
⑥在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上發(fā)展人工智能技術(shù)，根據(jù)原料特點和產(chǎn)品要求自動優(yōu)化磨機操作參數(shù)。
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