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本文作者：馬大鈞作者單位：蘇州中材非金屬礦工業設計研究院有限公司

1氣流粉碎機

氣流粉碎設備是利用高壓空氣、惰性氣體或者過熱蒸汽膨脹降溫加速來形成高速流場，帶動物料粒子在射流流場內互相沖撞、摩擦、剪切來實現物料細化的。從整體結構上可分為射流式氣流粉碎機和流化床式氣流粉碎機兩種；從噴嘴氣流速度來看，分為亞音速和超音速兩種；從氣流和物料混合方式上，分為加速前預混和加速后混合兩種方式；射流式從腔體具體結構上主要有圓盤式、對噴式、循環管式等。氣流粉碎設備中的物料粒子的動能來源是壓縮氣體，當高壓氣體在拉伐爾噴管中加速膨脹時，壓力轉化為物料粒子的動能。當物料粒徑不均勻時，質量較小的粒子速度快，質量較大的速度慢，在速度差的作用下粒徑不同的粒子發生碰撞，從而使得粒徑均勻化；當物料粒徑較為均勻時，高速射流是典型的湍流，其流態不像層流那樣均勻平穩，而且存在著主流道紋向方向的劇烈的動量摻混，在摻混流的帶動下，物料粒子均勻碰撞、摩擦，而得到較均勻的細化顆粒。而在流程下游設置沖擊靶則構成靶式氣流磨，其典型結構如圖1所示。靶式氣流磨的優點是加劇了對流場的干擾，因而其擾動更加劇烈，粉碎效率也就越高，缺點是磨損脫落的靶材會對成品構成污染[2]。總的來看，高速氣流膨脹降溫，即使摩擦產生一定的熱量，也會被不斷進入的氣流帶走，因而流場內溫度較低，這就使得氣流粉碎特別適用于加工熱敏性材料。高速湍流的速度場較為飽滿均勻，因此氣流對粒子的剪切作用也較為均勻，得到的粒子的粒徑分布窄，粒形也較為理想。其設備結構相對簡單，可控性好，生產過程連續性好，因而產量也高。但這種工藝不適用于類似氧化硅、碳化硅等硬度較高的物料，其對硬度相對較低的顏料、石墨等粉碎效果理想，可達0.2～3.0μm量級[3]。國內相關研究雖起步較晚，但也在近幾年取得了較多的研究成果。圖2所示改進后的對撞式流化床氣流粉碎設備，通過延長傳輸區并加長磨體的方式，使得傳輸區氣流平穩、分級輪負荷減小，從而在較低能耗下獲得更為理想的粒徑和更高的產量，且機器運行平穩、噪聲小。此外，國產氣流粉碎設備在摩擦面耐磨性和物料積沉的改良方面也取得了較大進步。

2機械沖擊式粉碎機

機械沖擊式粉碎機的機理是使物料粒子高速運動而產生相互間摩擦、碰撞來實現粉碎細化，但其粒子的能量來源不同于氣流粉碎設備，而是通過電機帶動攪拌桿或者攪拌盤等其他形式的擾動件實現動量的傳輸。氣流粉碎設備中，絕大多數的粉碎是基于物料粒子之間的碰撞，物料與腔體壁面之間的摩擦碰撞是次要的，與此不同的是，機械沖擊式粉碎機中，攪拌件與物料之間的碰撞變得十分重要。這種沖擊粉碎方式力度大、效率高、通用性好，也是國內發展較為良好的一類粉碎機械[4]?；谠擃惙鬯樵O備的破碎方式，機械沖擊粉碎最大的問題就是沖擊件的磨損問題，磨損脫落的沖擊件材料不可避免的會對產品造成污染，高耐磨材料的開發成為限制瓶頸。旋轉件直接與大量的物料粒子摩擦沖撞，對沖擊件進行適當的冷卻也是必須的，而且物料必須是非熱敏礦材。機械沖擊粉碎機也有其優點：結構簡單、操作性好，單位耗能的粉碎量大，產品的細度可調，可適用于大多數礦石物料。國內生產的具體型號主要有：JTM沖擊式粉碎機、CZM型沖擊式粉碎機、高速旋風超細粉碎自磨機等。

3攪拌磨

常規攪拌磨結構如圖3所示，不同于直接的機械沖擊和氣流沖擊，攪拌磨通過電機帶動轉軸上的磨盤旋轉，在對物料形成沖擊和攪拌的同時，還對臨近磨盤的物料粒子施加剪切力。在摩擦力和離心力共同作用下，攪拌磨既可以做粉碎機，又可以做分離機，結構效率高，其產品的粒度分布均勻[5]。攪拌磨對高嶺土、方解石和鋯英砂等物料較為適用，例如對于高嶺土而言，產品中2μm量級的粒子數量比例可占90%以上。由于磨介的尺寸較小，使得該設備主要適用于最大粒度在微米以下量級的產品的粉碎。當原料粒徑大于2.0μm時，存在產量小、磨損成本高的難題[6]。

4振動磨

振動磨一般是將原料和粉碎介質(目前國內多用直徑15mm的鋼球作為粉碎介質)放到一個圓筒中，由電機驅動帶有不平衡重塊等激振器的傳動裝置來實現物料與粉碎介質之間的高頻振動，從而使得研磨介質在圓筒壁面的約束下受到沖擊，進而與物料進行碰撞、摩擦以達到粉碎效果。此外，由于是在圓筒中，介質塊存在高速的自轉和相對低速的公轉，高速自轉主要對物料起到疲勞破壞作用，是能夠實現超細粉碎的關鍵，而慢速的公轉則起到良好的摻混分散作用，從而使產品粒徑均勻。在實際應用中，硅灰、沸石、煅燒高嶺土等使用振動磨超細粉碎，取得了良好的效果，在廢渣水泥摻混料的生產中也較為適用。振動磨要求的粉碎腔中的介質填充率達到80%以上，因而其產量有限[7]。

(1)在選型時，可根據對產品的具體要求、加工量和原料物性來選擇粉碎機械。例如當需要嚴格控制外物污染時，可優先考慮氣流粉碎機；要求產品細度較小時，可選擇振動磨。(2)目前國內設備面臨的最主要問題：介質磨的靶材的耐磨性、大型設備不足、整體能耗偏高等問題。解決對策除尋求耐磨材料外，對粉碎系統進行整體研究才是根本。(3)在發展趨勢方面，因為國內的研究大多是基于試驗，對粒子具體的受力、流場分析較少。針對氣流粉碎機而言，可以考慮通過開設氣膜孔，在摩擦面上覆蓋一層保護氣膜來避免物料與腔體的磨損，可能是解決這一問題的辦法，可做相關探討、研究。