非金屬礦物（如石英、高嶺土、碳酸鈣、膨潤土、硅灰石、重晶石、云母等），其硬度、強度、延展性等特性與金屬或其他有機材料明顯不同，一般較為硬、脆，因而其粉碎細化（0.5-10μm）工藝也有著自身的特點，對粒子的細度、純度和粒形都有著較高要求。
目前，我國非金屬礦行業常用的超細粉碎設備主要有氣流粉碎機、機械沖擊式超細粉碎機、球磨機、攪拌磨、砂磨機、振動磨等。不同種類的粉碎設備適應于不同屬性的礦物，對硬度、原料粒度、濕度、產量等都有著特定的對應性，同種設備不同的運轉參數也對產品的特性有著決定性的影響。
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，可分為扁平式氣流粉碎機、流化床氣流粉碎機、循環管式氣流粉碎機、對噴式氣流粉碎機、靶式氣流粉碎機等。
▲密友新一代節能型氣流粉碎機
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。
▲氣流粉碎工藝
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。
氣流粉碎機是最常用的超細粉碎設備之一，廣泛應用于滑石、高嶺土、重晶石、石墨、硅灰石、鋯英石等非金屬礦物及其他脆性物料的超細粉碎或細粉碎，產品細度一般可達3-45μm。
2、機械沖擊式粉碎機
機械沖擊式粉碎機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，其粒子的能量來源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，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。
▲機械沖擊式粉碎機
基于該類粉碎設備的破碎方式，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。
機械沖擊粉碎機結構簡單、操作性好，單位耗能的粉碎量大，產品的細度可調，是國內非金屬礦行業選用較多的超細粉碎設備，廣泛應用于煤系高嶺土、方解石、大理石、白堊、滑石、葉蠟石等中等硬度以下非金屬礦以及化工原料、農藥等的超細粉碎加工，產品細度一般可達到d97=10μm，即所謂的1250目，配以高性能的精細分級機后可以生產d97=5～7μm的超細粉體產品。
3、球磨機
球磨機是大型重質碳酸鈣生產線的主要設備，配置各類分級機后用來生產d97=5μm、10μm、16μm、45μm等粒級的重質碳酸鈣產品，其特點是單機處理能力較大，因此成為目前5萬/年以上大型超細重質碳酸鈣生產線的優選設備之一。
▲球磨機
球磨機超細粉碎工藝的特點是：（1）與精細分級機構成閉路作業，循環負荷率高達300%-500%，因此，物料在磨機內的停留時間短，合格細粒級物料得以及時分離出，避免過磨導致超細粉料團聚和粉碎能耗增大；（2）一臺球磨機后設置多級和多臺分級機，生產多種不同細度和粒度分布的產品。
4、攪拌磨
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。
▲攪拌磨
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。
5、砂磨機
砂磨機的結構主要由漿料桶、漿料泵、研磨腔體及轉動系統和冷卻系統組成。起到分散和研磨的主要部件為研磨腔體，由研磨容器、分散器、分離器及攪拌軸密封器等部分組成。
▲砂磨機
砂磨機的工作原理是利用泵將預先在漿料桶內經高速攪拌混合的漿料輸入密閉的研磨腔體內，與高速轉動的研磨介質接觸，從而使物料中的固體微粒和研磨介質相互間產生更加強烈的碰撞、摩擦和剪切作用，達到加快磨細微粒和分散聚集體的目的。從研磨腔體內流出的漿料回到漿料桶，再次重復前述分散過程。經過多次循環，達到要求的細度和很窄的粒度分布范圍。
砂磨機在我國眾多行業的應用中都充分體現出對固體物料中硬質顆粒物超細粉碎的獨特性能。實際上，不論是在油墨、涂料或是其他行業的應用中，其主要粉碎物絕大多數均是非金屬礦物原料、填料，或具有相似性質的其他固體物質，其差異主要在于組成料漿的液體分不同和不同種類產品的超細粉碎工藝、工況不同。
6、振動磨
振動磨一般是將原料和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不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，進而與物料迚行碰撞、摩擦以達到粉碎效果。
▲振動磨
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。
2018年第四期礦物精細加工與應用技術高級研修班
2018年12月2日-4日 廣州
培訓大綱：
1、非金屬礦粉體精細加工技術要點分析
2、非金屬礦粉體表面改性技術要點與應用解決方案
3、非金屬礦粉體在涂料中的應用技術解決方案
4、非金屬礦粉體如何打開涂料行業市場解決方案
5、2018涂料狼群工程師技術沙龍
6、聯誼晚宴
報名咨詢和交流：18701083278（微信同號）
部分資料來源：國內非金屬礦超細粉碎工藝的現狀及進展，作者：馬大鈞
編輯整理：粉體技術網
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