1.2.4　非金属矿物的超微细加工设备

在非金属矿行业或非金属矿加工中，一般将粒度分布d₉₇≤10μm的产品称为超细（粉体）产品，相应的加工技术称为超细粉碎。超细粉碎技术是伴随现代高技术和新材料产业，如微电子和信息技术、高技术陶瓷和耐火材料、高聚物基复合材料等以及传统产业技术进步和资源综合利用与深加工等发展起来的一项新的粉碎工程技术。现已成为最重要的工业矿物及其他原材料深加工技术之一，对现代产业发展具有重要意义。

超细粉体由于粒度细、分布窄、粒度均匀、缺陷少，因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速率快、溶解度大、烧结温度低且烧结体强度高、填充补强性能好等特性，以及独特的电性、磁性、光学性能等，广泛应用于高技术陶瓷、陶瓷釉料、微电子及信息材料、塑料、橡胶及复合材料填料、润滑剂及高温润滑材料、精细磨料及研磨抛光机、造纸填料及涂料、高级耐火材料及保温隔热材料等高技术和新材料产业。

由于物料粉碎至微米级及亚微米级，与粗料或细粉相比，超细粉碎产品的比表面积和比表面能显著增大，因而在超细粉碎过程中，随着粒度的减小，颗粒相互团聚（形成二次颗粒或三次颗粒）的趋势逐渐增强，在一定的粉碎条件和粉碎环境下，经过一定的粉碎时间后，超细粉碎作业处于粉碎-团聚的动态平衡过程，在这种情况下，微细物料的粉碎速度趋于缓慢，即使延长粉碎时间（继续施加机械应力），物料的粒度也不再减小，甚至出现“变粗”的趋势。这是超细粉碎过程最主要的特点之一。超细粉碎过程出现这种粉碎-团聚平衡时的物料粒度称为物料的“粉碎极限”。当然，物料的粉碎极限是相对的，它与机械力的施加方式（或粉碎机械的种类）和效率、粉碎方式、粉碎工艺、粉碎环境等因素有关。一般来说，在相同的粉碎功条件下，不同种类物料的粉碎极限也是不相同的。为了提高超细粉碎效率和降低粉碎极限，一般要在粉碎加工，特别是湿式超细粉碎中加入助磨剂或分散剂。因此，如何使用助磨剂和分散剂也是超细粉碎的重要技术之一。

超细粉碎过程不仅仅是粒度减小的过程，同时还伴随着被粉碎物料晶体结构和物理化学性质的变化。这种变化对相对较粗的粉碎过程来说是微不足道的，但对于超细粉碎过程来说，由于粉碎时间较长、粉碎强度较大以及物料粒度被粉碎至微米级或亚微米级，这些变化在某些粉碎工艺和条件下显著出现。这种因机械超细粉碎作用导致的被粉碎物料结构和物理化学性质的变化称为粉碎过程机械化学效应。这种机械化学效应对被粉碎物料的应用性能产生一定程度的影响，正广泛地应用于超细材料的表面活化处理。

由于粒度微细，传统的粒度分析方法——筛分分析已不能满足其要求。与筛分分析相对应的用“目数”来表示产品细度的单位也不适用于表示超细粉体。这是因为通常测定粉体物料目数（即筛分分析）用的标准筛（如泰勒筛）最细只到400目（筛孔尺寸相当于38μm），不可能用来测定超细粉体的粒度大小和粒度分布。现今超细粉体的粒度测定广泛采用现代科学仪器和测试方法，如电子显微镜、激光粒度分析仪、库尔特计数器、图像分析仪、重力及离心沉淀仪以及比表面积测定仪等。测定结果用“μm”（粒度）或“m²/g”（比表面积）为单位表示。其细度一般用小于某一粒度（μm）的累积百分含量d_y=xμm表示（式中，x表示粒度大小；y表示被测粉料的比表面积）。对于超细粉体的粒度分布也可用列表法、直方图、累计粒度分布图等表示。

目前工业上所采用的超细粉碎方法主要是机械力方法。超细粉碎设备的主要类型有气流磨、高速机械冲击磨、辊（滚）磨机、匀浆机、胶体磨等。其中气流磨、高速机械冲击磨、旋磨机、辊（滚）磨机等为干式超细粉碎设备，研磨剥片机、砂磨机、匀浆机、胶体磨等为湿式粉碎机。搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、行星式球磨机等，既可以用于干式，也可以用于湿式超细粉碎。表1-6为上述各类超细粉碎设备的粉碎原理、给料粒度、产品细度及应用范围。

气流磨是主要的超细粉碎设备之一，特别是粉碎产品粒度细、纯度要求高和附加值较大的物料时。依靠内分级功能和借助外置分级装置，工业规模的气流磨机最细可加工d₉₇=3～5μm的粉体产品，产量从每小时几十千克到几吨。在国内超细粉碎设备厂商中，气流磨机的生产厂家最多。目前气流磨机主要有扁平（圆盘）式、循环管式、靶式、对喷式、流化床逆向射式等几种机型，数十余种规格。这些气流磨广泛用于滑石、石墨、硅灰石、锆英石、高岭土、重晶石等非金属矿物的超细粉碎加工。国产气流磨在消化吸收国外设备的基础上也有所创新，尤其是在靶式气流磨、流化床式气流磨以及提高扁平式气流磨的耐磨性等方面有一些发明专利和实用新型专利。国产气流磨的不足之处是缺少小时产量达到数吨以上的大型设备，因此，用于粉碎大宗的单位产品附加值较低的非金属矿粉体产品时，单位产品能耗（比能耗）较高。

机械冲击式超细磨机是国内非金属矿行业选用较多的超细粉碎设备，广泛应用于煤系高岭土、方解石、大理石、白垩、滑石、叶蜡石等中等硬度以下非金属矿物的超细粉碎加工，产品细度一般可达到d₉₇=10μm，即所谓的1250目，配以高性能的精细分级机后可以生产d₉₇=5～7μm的超细粉体产品，产量从每小时几百千克到几吨。

介质超细研磨机包括搅拌球磨机、振动球磨机、旋转筒式球磨机、行星式球磨机和研磨剥片机、塔式磨、砂磨机等几种类型。根据搅拌机构不同，国产搅拌球磨机有轴棒式、穿孔圆盘式、螺旋式及棒盘复合式等几种机型。这种搅拌球磨机已广泛用于高岭土、重质碳酸钙、云母、滑石、各种磨料、涂料颜料等的生产。其中湿式搅拌磨的产品细度可达d₉₀=2μm左右，配置分级机干式搅拌磨的产品细度可达d₉₇=5μm左右。振动球磨机广泛应用于石墨、滑石、高岭土、重晶石、方解石、石灰石等非金属矿的细磨和超细磨。用于超细粉碎的旋转筒式球磨机的结构特点是磨机的径长比较大，使用球或钢段作研磨介质，研磨产品的粒度一般分布较宽，在生产中常与分级机构成闭路粉碎作业，这种球磨机-分级机干式闭路作业应用于超细重质碳酸钙的生产，给料粒度不大于5mm，产品细度可达d₉₇=5～10μm。该球磨机-分级机干式闭路作业的特点是循环负荷量大。研磨剥片机采用多级串联配置、连续湿式研磨方式，产品细度可达d₉₅=2μm左右，自1994年以来，累计已有上百台在煤系高岭土和重质碳酸钙的湿法超细粉碎生产线中使用。国产CTM型塔式磨机，采用特殊的天然卵石作研磨介质，连续生产，这种配置分级机的塔式干磨机已经应用于水泥、滑石、膨润土等的生产，产品细度可达d₉₇=10μm左右。磨砂机主要有卧式和立式两种机型，产品细度可达d₉₇=2μm左右，主要用于颜料、染料以及重质碳酸钙、高岭土等的超细粉碎和分散。

旋（飓）风自磨机是一种新型干式细粉碎和超细粉碎设备。它利用特殊设计的高速回转装置产生高频脉动旋转气流场，使加入粉碎机内的颗粒物料互相冲击、摩擦、剪切或切削实现粉碎。这种粉碎机适用于石灰石、方解石、大理岩、滑石、硅灰石、高岭土、重晶石、石英、长石、炉渣等物料的粉碎，给料粒度不大于30mm，产品细度可在d₉₇=10～40μm（400～1250目）之间不停机地进行调节。

高压射流式粉碎机或超细剥片均化机是一种利用高压（20～60MPa）射流的强大冲击力和压力忽然降低的穴蚀效应使物料因冲击和爆裂作用而被粉碎的一类湿法粉碎设备。这种设备已在云母和高岭土的细粉碎和超细粉碎以及二氧化钛颜料的分散解聚等中得到应用，依给料粒度的不同，一次粉碎的产品细度最细可达到d₉₇=10～45μm。

胶体磨主要用于胶体石墨等的加工。

1.2.4.1　搅拌磨

搅拌磨球机（简称搅拌磨）是指由一个静止的内填研磨介质的筒体和一个旋转搅拌器构成的一类超细研磨设备。搅拌球磨机的筒体一般制作成待冷却夹套，研磨物料时，冷却夹套内可通过冷却水或其他冷却介质，以控制研磨时的温升。研磨桶内壁可根据不同研磨要求镶衬不同的材料或安装固定棒和制作成不同的形状，以增加研磨作用。搅拌器是搅拌球磨机最重要的部件，主要有轴棒式、圆盘式、穿孔圆盘式、圆柱式、圆环式、螺旋式等。连续研磨时或研磨后，研磨介质和研磨产品（料浆）要用分离装置分离。这种介质分离装置种类很多，目前常用的是圆筒筛，筛孔尺寸一般为50～1500μm。

搅拌球磨机主要通过搅拌机搅动研磨介质产生不规则运动，对物料施加撞击或冲击、剪切、摩擦等作用使物料粉碎。超细研磨时，搅拌球磨机一般使用平均粒径小于6mm的球形介质。研磨介质的直径对研磨效率和产品粒径有直接影响。此外，研磨介质的密度（材质）及硬度也是影响搅拌球磨机研磨效果的重要因素之一。常用的研磨介质有氧化锆、氧化铝或刚玉珠、钢球（珠）、玻璃珠、天然砂等。

搅拌磨根据作业方式分为间歇式、循环式和连续式；按工艺可分为干式搅拌研磨机和湿式搅拌研磨机；按搅拌器的不同还可分为棒式、圆盘式和螺旋或塔式。

（1）间歇式搅拌磨　如图1-45所示为间歇式ZJM型搅拌球磨机的结构和工作示意图。ZJM型搅拌球磨机的结构包括电机、减速机、机架、搅拌轴、磨筒、搅拌臂、配电系统、涡轮副系统等部分。工作原理：在主电机动力驱动下，搅拌轴带动搅拌臂高速运动，致使磨筒内的介质球与被磨物料做无规则运动；介质球和物料之间发生互相撞击、剪切和摩擦，从而实现对物料的超细粉磨。其研磨作用主要发生在研磨介质与物料之间。

（2）连续式搅拌磨　连续式搅拌磨根据结构形式可分为立式和卧式两种，根据作业方式可分为干法和湿法。如图1-46所示为WPM型立式湿法连续搅拌磨的结构及CYM5000型大型湿法搅拌磨的外形。

与间歇式搅拌磨相比，其结构特点是研磨筒体高而且在研磨筒内壁上安装有固定臂。立式连续搅拌磨多采用圆盘式搅拌器。其工作过程是料浆从下部给料口泵压给入，在高速搅动的研磨介质的摩擦、剪切和冲击作用下，物料被粉碎。粉碎后的细颗粒料浆经过溢流口从上部的给料口排出。物料在研磨室的停留时间通过给料速度来控制。给料速度越慢，停留时间越长，产品粒度就越细。

如图1-47所示为DM型卧式湿法连续搅拌磨的结构。这种搅拌磨的结构特点，一是独特的盘式搅拌器消除了磨机在运转时的抖动并使研磨介质沿整个研磨室均匀分布，从而提高了研磨效率；二是采用动力介质分离筛消除了介质对筛的堵塞及筛面磨损。

（3）螺旋搅拌磨和塔式磨　如图1-48所示为塔式磨的结构与工作原理及JM型螺旋搅拌磨的外形。螺旋搅拌磨与塔式磨的结构相似，主要由机体、搅拌螺旋、驱动装置和塔内研磨介质四部分组成。机体为一个焊接筒体，内壁附有保护衬里，筒体上开有能安装整个搅拌螺旋的大门，便于搅拌机的维护和对搅拌介质的更换。搅拌螺旋一般由螺旋体、螺旋体上的抗磨衬面及底边螺旋叶片组成。有些搅拌螺旋也可以将耐磨材料整体焊在螺旋体上。驱动装置包括电机、减速机、搅拌螺旋支承系统等。对有特殊要求的塔式磨还包括辅助启动系统等。塔内介质包括粉碎介质和粉碎产品输送介质。粉碎介质一般为耐磨钢球，球径较卧式球磨机用球小，也可以使用玻璃球、陶瓷球。对于有特殊纯度要求的使用场合，粉碎介质还可以是比被粉碎物粒度尺寸稍大的粉碎物原料。粉碎产品输送介质有干式和湿式之分，因此塔式磨分为干式塔式磨和湿式塔式磨。干式塔式磨内输送介质一般为空气，对易氧化的物料可采用保护气体。湿式塔式磨内输送介质一般为水，也可以是油或其他液体。

塔式磨的工作原理如下：在低速旋转的搅拌螺旋运转过程中，由于离心力、重力、摩擦力的作用造成粉碎介质与物料实现有序方式的运动循环和宏观上的受力基本平衡，在搅拌螺旋内为小于提升速度的物料螺旋式上升，在内衬与螺旋外缘间物料为螺旋式下降。然后，在微观上由于其受力不均匀性形成动态的运动速差、受力变化，造成物料被强力挤压、研磨以及物料之间的受力折断、微剪切、劈碎等综合作用。合格细度物料的输送则是随输送介质上升，其运动过程如图1-48（a）细箭头所示，进行内部分级后从塔式磨机体上部自由流出。

立式螺旋搅拌磨主要由筒体、螺旋搅拌器、传动装置和机架等组成。磨机筒体固定不动，筒体高度影响研磨介质作用在粉体颗粒上的正压力。立式螺旋搅拌磨具有较高的筒体高度，筒体沿垂直方向分为两段。筒体设置有给料孔、卸料孔及排球口。筒体内衬板、内衬可用聚氨酯、合金钢或工程陶瓷等材料制成。螺旋搅拌器是关键部件，立式螺旋搅拌磨采用了新型的组装结构螺旋搅拌器，螺旋体可采用合金钢、不锈钢或聚氨酯等材料制作。传动系统必须满足主轴旋转速度和传动方向的要求。立式螺旋搅拌磨旋转效率较高、传动比较大，体积较小的摆线针轮减速机带动主轴旋转。

1.2.4.2　振动磨

振动磨是利用研磨介质（球状和棒状）在高频振动的筒体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用，使物料粉碎的细磨和超细磨设备。振动磨按其振动特点分为惯性式、偏旋式；按筒体数目分为单筒式和多筒式；按操作方式又可分为间歇式和连续式。振动磨既可用于干式粉碎，也可用于湿式粉碎。通过调节振动的振幅、振动频率、介质类型和介质尺寸可加工不同物料，包括高硬度物料和各种细度的产品。产品的平均粒度可达到1μm左右。用于细磨的振动磨机在上小节中已进行了介绍，本部分主要介绍几种在工业上应用的超细振动磨。

（1）MZ型超细振动磨　MZ型超细振动研磨机有单筒和双筒两种机型，双筒振动磨的结构如图1-49所示。MZ单筒超细振动磨除了少一个磨管外，基本结构与双筒振动磨相似，主要由激振器、磨管、空气弹簧、底盘等构成，如图1-50所示。工作原理：MZ型超细振动磨是一个无限自由度的弹性结构，由空气弹簧所支承。磨机的振源是两端的激振器，由两端的电机驱动激振器的振子高速转动，产生交叉方向的激振力，两端对称的激振力激发磨筒以同样频率围绕筒体中心轴作强迫振动，磨筒又将振动能量传递给研磨介质，大量研磨介质相互撞击、摩擦、剪切，使被磨物料粉碎。

（2）MZD型超细振动磨　MZD系列单筒式振动磨主要由筒体、激振器、机架、复合弹簧、挠性联轴节、电动机等部分组成，如图1-51所示。工作原理：电动机通过轮胎式挠性联轴器带动激振器内的偏心块旋转，产生周期性的激振力，使支承于减振弹簧上的筒体产生高频振动，磨机内的介质首先产生强烈的抛射运动，将粗粒物料粉碎；同时研磨介质的高速自转和慢速公转对物料产生均匀的研磨作用；进入筒体内的物料在磨介的冲击和研磨作用下被粉碎，并随着物料的平衡逐渐向排料口运动，最后从排料口排出。筒体内衬为耐磨非金属瓷衬，磨衬采用环氧树脂与筒体驳接，筒体两端各设进、出料口，采用法兰与外部设备相连。激振器由滚动轴承和主副偏心块组成，轴承采用稀油润滑。在第一次使用时必须加入足量的润滑油，油面应不低于轴承滚子高度的1/30。主副偏心块之间的夹角可在0°～90°范围内根据需要调整，当夹角为零时，激振力最大，磨机的振动也最大，对物料的研磨作用也最强。每个激振器有两个风扇，主要用于对激振器的冷却，防止轴承温度过高。挠性联轴节主要由挠性片、法兰、压板、螺栓等组成。主振装置主要由4个复合弹簧和一组配重组成。复合弹簧分别布置在每个筒体下方，并与基础和激振器相连，共同组成一个高频振动系统。同时4个复合弹簧又对基础起减振作用以降低基础负荷。

（3）CD型振动磨　如图1-52所示为CD型振动研磨机的外形。这种双筒振动磨的结构与前述振动磨基本相同，主要由筒体、激振器、机架、弹簧、挠性联轴节、电动机等部分组成。这种振动磨的特点是：①研磨筒可以方便地从机架上移开，因此更换容易，同时，筒体可以旋转90°～120°，因此可以避免筒体内衬的局部磨损；②全部采用油脂润滑，且可以在设备运转过程中添加；③振动装置（轴承盒、轴承、轴、轴承盖）安装在机架的左右两边，更换轴承较方便。工作原理：装有研磨介质和待磨物料的振动磨筒体在传动轴的带动下做圆振动。当振动频率不高时，每一个研磨介质仅靠近某一个中间位置做有限的运动。随着振动频率的增大，研磨介质的起落冲击呈放射状抛射，并在机壁上回转滑动，围绕磨筒中心运动。这样磨筒中的研磨介质就获得了3种运动：强烈抛射对粗粒物料的冲击作用；高速同向自转对物料的研磨作用；慢速公转对物料的均化作用。物料从入料仓端进入后不断被冲击和研磨，并以螺旋状轨迹运动至排料端排出。这种振动磨既可以用于干磨，也可以用于湿磨。

（4）其他类型振动磨　20世纪80年代以来，在传统单筒、多筒式振动磨机的基础上，振动球磨机在能量利用及开发新机型等方面有了较大发展。德国柏林工业大学在研究管式振动磨内动力学和运动学的基础上，研制了一种新型管式振动磨——旋转腔式振动磨，这种振动磨与常规管式振动磨相比较，处理量提高0.5～1.0倍，单位能耗降低20％～40％。

旋转腔的原理：基于一个自由运动的腔，其内充填有研磨介质，它位于管式振动磨内并与研磨介质一起旋转（图1-53）。

叶轮旋转会产生两种作用：一方面可以使被研磨的物料得以均匀分布；另一方面可以把冲击强度由圆振动的管壁几乎不衰减地传递到圆筒中心，这个中心一般被认为是低能区。由于采用了这样的原理，与管式振动磨相比，其显著特点是提高了能量利用率，消除了内衬及研磨介质的不均匀磨损，并使产品粒度分布较均匀。

如图1-54所示为结构较新颖的ZMF型内分级式振动磨。这种振动磨采用独特的环形粉碎腔，并将粉碎和分级集于一身，因而便于控制产品细度和粒度分布。由于介质充填率高达80％～90％以及独特的三元回转（垂直翻滚和水平圆周）运动，因而介质对物料的作用强度大，能量利用率较高。

将其他粉碎原理与振动磨粉碎原理相结合开发新的机型是振动球磨机的另一项新发展。如图1-55所示为Vibro-Energy研磨机。它通过设置于研磨室下部的电机驱动可调节的偏心重块产生水平振动。这种振动磨的振幅较管式振动磨小，一般为1～2mm；振动频率为17～24.33Hz；介质充填率为60％～80％；研磨产品细度可达5μm以下。这种振动磨采用环筒形磨腔。其激振轴和环式磨腔采用垂直布置方式，机体在空间作三维高频振动。介质在整个空间内的能量分布均匀，从而改善了能量利用，提高了粉磨效率。

中国专利CN2075546 U公开了一种将旋转筒式球磨原理与振动研磨原理相结合的转筒振动磨机，这种磨机的结构如图1-56所示。这种振动磨机由驱动装置、转筒机构和振动执行机构组成。其中振动执行机构由回转轴、偏心激振器、振动机架、支承弹簧和定位弹簧构成。回转轴、传动齿轮及转筒均安装在振动机架上，振动机架置于支承弹簧上，构成一个可振动的框架。该磨机在转动情况下振动，实现高频冲击——离心研磨，因而具有粉碎速度快、能耗低、效率较高等特点，可用于精细陶瓷原料、化工原料、颜料、非金属矿物等的超细粉碎加工。

1.2.4.3　辊磨机

如图1-57所示为离心环辊磨的结构与工作原理及HLM型和CYM型环辊磨的外形。该机主要由机体、主轴、甩料盘、磨环、磨环支架、磨圈、分流环、分级轮等构成。

工作原理如下：固定在磨环支架上的磨环与销轴之间有较大的间隙，当磨环支架随主轴转动时，磨环作公转，受离心力的作用甩向磨圈并压紧磨圈，同时以销轴为中心作自转。物料由螺旋加料器从磨环支架上方加入，被高速旋转的磨环支架甩入支架与磨圈的缝隙中，受到转动磨环的冲击、挤压、研磨而被粉碎。粉碎后的物料落到甩料盘上，甩料盘与主轴同转，将物料甩向磨圈与机体之间的缝隙中，受到系统中风机抽风产生的负压作用而沿缝隙上升进入机体上部，沿分流环进入分级室进行分级，合格的细粉通过分级轮进入收集系统，粗粉被甩向分级环内壁，落入粉碎室重新进行粉碎。这种滚磨机的特点是磨环有单层或多层分布的结构形式，每一层中的磨环数量随机型大小而异。磨圈与磨环接触的工作面有直面或曲面，由于磨环数量多，又呈多层分布，物料被粉碎的机会多。

如图1-58所示为CZJ型自磨型超微粉碎机。该机由机架、机体、粉碎装置、分级装置、加料装置、传动装置、翻转装置和主电机等组成。CZJ型自磨型超微粉碎机主要由粉碎箱体和磨轮组成。粉碎室内有一个由电机带动的旋转主轴，围绕主轴带有多个辅助轴，辅助轴上套有磨轮，当主轴旋转时，辅助轴随之旋转，辅助轴上的磨轮既随着主轴进行公转，同时又围绕各种辅助轴自转。在磨轮公转和自转的过程中，磨轮产生强大的离心力，与粉碎室内磨壁发生强烈的辊碾作用，被粉碎的物料在离心力及磨轮旋转力场带动下，进入磨壁与磨轮之间，在强大的挤压力和研磨力作用下物料被粉碎。由于物料受到不断的反复挤压作用而被超细化。粉碎后的物料在从进入管进入的上升气流作用下输送到上部的超微分级机进行分级，合格的细粉经排料口排出后被收集装置收集，粗料再次进入粉碎室进行粉碎。

如图1-59所示为VRM-L型滚轮磨的外形，主要由辊轮、磨盘、导流装置、内部循环系统及自动控制系统构成。其工作原理如下：物料在离心力的作用下进入磨盘与滚轮之间，受到带有很高液压气动压力的滚轮的碾磨作用；碾磨后的物料通过碾磨区后受到空气流的初步分散和分级作用，随着上升区内空气流动区域截面积的扩大，空气的流速下降，粗颗粒因此返回磨盘内继续碾磨，其他粉体则进入装有3～6个分级轮的分级机内进一步分级，分出的粗颗粒回到碾磨区，合格细粉随气流排出机外被收集。物料在磨机内的循环流动和与机内高速空气流的接触使其同时具有干燥物料的作用。

1.2.4.4　胶体磨

胶体磨是利用一对固定磨体（定子）和高速旋转磨体（转子）的相对运动产生强烈的剪切、摩擦、冲击等作用力，使被处理的物料通过两磨体之间的间隙，在上述诸力及高频振动的作用下，被有效地粉碎和分散。

国产胶体磨主要有JM系列型号，有直立式、傍立式和卧式三种机型。

JM系列胶体磨的外形如图1-60所示，其结构主要由定子、转子、刻度盘、电机、给料斗和排料口等构成。

其结构特点：适用湿式流体物料的精细加工、分散、乳化混合，经过一次或多次循环加工，可使物料达到2～50μm的粒子；主要工作部件定子、转子采用优质耐磨材料和特种工艺加工而成，通过调整环对定子、转子间隙进行微量调整。机器上配合刻度盘，易于控制，有效地保证了所加工物料的质量；可根据用户的物料性质，选择相应的定子、转子材质及齿形；结构简单，拆卸方便，易于清洗，除定子、转子正常工作具有一定磨损外，其他零部件一般不会损坏；用户有特殊要求，如需密闭加工物料，可提供进料循环管式连接；工作时，噪声低于75dB，无振动；可根据物料要求，配置冷却或加热系统；配有物料循环加工装置和强制进料装置。

工作原理：胶体磨通过不同齿形的定子与调整旋转转子相对运动使被加工物料在自重、离心力等复合力的作用下，通过其可变环状间隙，受到强大剪切力、撞击力和高频振动，使物料有效地分散粉碎、乳化、混合。

JM系列胶体磨的结构如图1-61所示，主要由进料斗、盖盘、调节套、转齿、定齿、甩轮、出料斗、磨座、甩油盘、电机座、电机罩、接线盒罩、方向牌、刻度板、手柄等构成。传统立式胶体磨，由特制长轴电机直接带动转齿，与由底座调节盘支承的定齿相对运动而工作。磨齿一般为高硬度、高耐磨性耐酸碱材料，根据不同需要，可选择相应的磨头以达到理想的加工效果。依靠一对锥形的转齿和定齿做相对运动使被加工物料受到强大剪切力、摩擦力、离心力和高频振动，达到使物料粉碎、乳化、均质和分散的目的。

1.2.4.5　砂磨机

砂磨机是另一种形式的搅拌磨矿机。因最初使用天然砂和玻璃珠做研磨介质而得名。砂磨机可分为敞开型和密闭型两类，每种又可分为立式和卧式两种。

（1）立式砂磨机　如图1-62所示为DCP-SUPERFLOW型立式砂磨机（德莱士公司）结构及工作原理示意图。该机主要由筒体、转子、定子壳、研磨腔、出料以及冷却、动力装置等构成。转子垂直放置在筒体内，筒体在顶部通过机械密封密闭。外部转子表面装有大量的搅拌棒钉。上半部转子有槽状的开口，定子壳由外层定子、定子底壁和内层定子组成。外层研磨腔内水平排列着定子棒钉，内层定子的棒钉螺旋排列。内层定子上方有一个面积很大的保护筛网与中央排料管连接。研磨腔中转子及其外部、内部工作表面位于定子中间，使研磨腔的内外层衔接良好。保护筛网位于研磨腔上端。研磨腔内充满直径为200μm～1.5mm的磨珠。

研磨腔装满物料时，保护筛网始终在装料线的上方。由于给料泵的压力，物料在内层研磨腔上方因离心力与磨球分离后反方向进入研磨机中心，物料首先通过安装在内层定子上的筒状保护筛网，然后向下由中央的排料管排出。工作原理：磨珠在外层研磨腔转子与定子棒钉之间，以及内层研磨腔的定子棒钉和内层转子表面之间流动。需要研磨或分散的物料从磨机上端均匀地进入外层转子。物料首先向下流入外层研磨腔，磨珠由转子和定子棒钉运动产生能量带动物料，然后沿轴向由定子下端流入内层研磨腔，内层转子的光滑表面和垂直螺旋状排列的定子棒钉产生强烈的扰动。

由于密度和尺寸的差异，磨珠由于离心力的作用通过开口进入外层研磨腔的进口区域。新加入的物料带动磨珠向下流入研磨腔。如此，磨珠在外层研磨腔之间实现再循环。整套排料管和保护筛网可以很容易地从内层定子上拆下。由于保护筛网在磨珠进口的上方，没有必要在拆下筛网前放出磨珠。

如图1-63所示为HPM320型立式砂磨机的结构示意图。其结构主要由进料系统、研磨筒、研磨盘、传动系统和电控系统等组成。工作时研磨筒内大部分装填研磨介质，介质是由陶瓷或特殊材料制成的粒径不等的球形颗粒。物料从立式仓筒的底部加入，与研磨介质混合。搅拌轴由传动系统驱动，以适当的转速搅拌物料与介质的混合物，由于研磨介质之间的摩擦和碰撞作用，物料得到研磨，经过一定的停留时间，得到粒度分布符合要求的浆料。该机整体采用模块化设计，筒体为可拆分结构，主机和进料系统采用变频控制。

（2）卧式砂磨机　密闭卧式砂磨机的结构示意图如图1-64所示，主要由研磨容器、分散器、分离器及搅拌轴密封器等部分组成。研磨容器包括冷却夹套和不锈钢制的圆筒式容器；分散器由分散圆盘或分散棒装在搅拌轴上组成，依靠三角皮带传动进行高速旋转；分离器为伸入式圆筒形筛网或无网型动态分离器，用于分离浆料和研磨介质。

密闭卧式砂磨机的特点：研磨介质的充填率高，研磨容器能充分利用，研磨介质的能量密度大，剪切作用力较强，比一般敞开型砂磨机和立式砂磨机研磨效率高，单位产品能耗低；因研磨容器密闭，故可在加压下操作，可以研磨高浓度浆料，也能适用于高触变性、低流动性浆料；能避免溶剂的挥发和气化的损失，因此适合于研磨有机溶剂和有毒性浆料；由于空气不能进入容器内，在分散器高速搅拌下，溶剂不易发泡；停车放置后，筛网和容器不易结皮，可减轻清理工作。

如图1-65所示为LME型耐驰圆盘卧式砂磨机。LME型砂磨机的研磨盘常见有偏心、三偏心或圆形结构；分离系统采用“转子/缝隙筒”动态离心分离器，在砂磨机运行过程中，空心转子和主轴一起旋转，研磨介质在离心力的作用下甩出空心转子，位于空心转子内的分离器几乎不受磨损，过流面积大，分离效果好；密封采用带强制冷却液的机械密封组件，密封效果好，运行可靠；砂磨机筒体带有滑轨，便于维修。

1.2.4.6　气流磨

气流磨又称喷射磨或能流磨，是利用高速气流（300～500m/s）或过热蒸汽（300～400℃）的能量对固体物料进行超细粉碎的机器设备。气流磨是最常用的超细粉碎设备之一，广泛应用于非金属矿物及其他脆性物料的超细粉碎或细粉碎，产品细度一般可达3～45μm。除了产品粒度细之外，气流粉碎的产品还具有粒度分布较窄、颗粒表面光滑、颗粒形状规则、纯度高、活性大等特点。

工业型气流磨自20世纪40年代问世以来，发展很快，机型已由最初的水平圆盘式（扁平式）发展到循环管式、对喷式、塔靶式和流化床式等多种类型及10余种规格。这些气流粉碎机广泛用于滑石、石墨、硅灰石、锆英石、高岭土、重晶石等非金属矿的超细粉碎加工。

（1）水平圆盘式气流磨　平圆盘式气流磨，又称为扁平式气流粉碎机，是工业上应用最早的气流粉碎设备，国外商品名称为Micronizer。如图1-66所示，这种气流粉碎机主要由进料系统、进气系统、粉碎、分级及出料系统等组成。由座圈和上下盖用C形快卸夹头紧固，形成一个空间即为粉碎-分级室（靠近座圈内壁为粉碎区域，靠近中心管为分级区域）。介质（压缩空气、过热蒸汽或其他惰性气体）由进料喷气口进入座圈外侧的配气管。介质在自身压强作用下，通过切向配置在座圈四周的数个喷嘴（超音速拉瓦尔喷嘴或音速喷嘴）产生高速喷射流与进入粉碎室内的物料碰撞。一般在上、下盖及座圈内壁安装有不同材质制成的内衬以满足不同物料粉碎的需要。由料斗、加料喷嘴和文丘里管组成的加料喷射器作为加料装置。料斗中的物料加料喷嘴射出来的喷气流引射到文丘里管，在文丘里管中物料和气流混合并增压后进入粉碎室。已粉碎的物料被气流带到中心阻管处并越过阻管轴向进入中心排气管，向上（或向下）进入捕集装置。

气流磨工作原理：气流磨以冲击粉碎为主，同时进行磨碎和剪碎，并带有自分级功能。由于各喷嘴的倾角都是相等的，所以各喷气流的轴线切于一个假象的圆周，这个圆周称为分级圆。整个粉碎-分级室被分级圆分成两部分，分级圆外侧到座圈内侧之间为粉碎区，内侧到中心排气管之间为分级区。在粉碎区内物料受到喷嘴出口处喷气流极高速度的冲击，具有一定速度的颗粒互相冲击碰撞，到达粉碎的目的。

在粉碎机内的介质喷气流既是粉碎的动力，又是分级的动力。被粉碎物料由主旋流带入分级区，以层流的形式运动而进行分级。大于分级粒径的颗粒返回粉碎区继续粉碎，而小于分级粒径的颗粒随气流进入中心排气管排出机外。

（2）循环管式气流磨　如图1-67所示为循环管式气流磨的外形及结构与工作原理示意图。循环管式气流磨主要由机体、机盖、气体分配管、粉碎喷嘴、加料系统、连接不锈钢软管、接头、分级导叶、混合室、加料喷嘴、文丘里管等组成。压力气体通过加料喷射器产生的高速射流使加料混合室内形成负压，将粉体原料吸入混合室并被射流送入粉碎腔。粉碎、分级主体为梯形截面的变直径、变曲率“O”形环道，在环道的下端有数个喷嘴有角度地向环道内喷射高速射流的粉碎腔，在高速射流的作用下，使加料系统送入的颗粒产生激烈的碰撞、摩擦、剪切、压缩等作用，使粉碎过程在瞬间完成。被粉碎的粉体随气流在环道内流动，其中的粗颗粒，由于离心力和惯性力的作用在环道上端的分级腔中被分离，经下降管返回粉碎腔继续粉碎，细颗粒随气流与环道气流成130°夹角逆向流出环道。流出环道的气固两相流在出粉碎机前以很高的速度进入一个蜗壳，形成分级室，进行第二次分级，较粗的颗粒在离心力作用下分离出来，返回粉碎腔；细颗粒随气流通过分级室中心出料孔排出粉碎机，进入捕集系统进行气固分离。

循环管式气流粉碎机的主要粉碎部位是加料喷射器和粉碎腔。加料口下来的原料受到加速喷射器出来的高强气流冲击使粒子不断加速，由于粒子粗细不均，造成在气流中运动速度不同，因而使粒子在混合室与前方粒子冲撞造成粉碎，这部分主要是对较大颗粒进行粉碎。粉碎腔是整个粉碎机的主要粉碎部位。气流在喷射口以高的速度向粉碎室喷射，使射流区域的粒子激烈碰撞造成粉碎。在两个喷嘴射流交叉处也对粉体冲击形成粉碎作用；此处漩涡中每一高速流周围产生低压区域，形成很强的漩涡，粉末在漩涡中运动速度非常快，相互激烈摩擦造成粉碎。

（3）流化床逆向喷射气流磨　如图1-68所示是两种不同给料方式的流化床逆向喷射气流磨的结构及工作原理示意图。工作时，物料通过星形阀给入料仓，螺杆加料器将物料送入粉碎室（或如图1-69所示直接给入粉碎室内），压缩空气通过粉碎喷嘴急剧膨胀，加速产生的超音速喷射流在粉碎室下部形成向心逆喷射流场，在压差的作用下使磨室底部的物料流态化，被加速的物料在喷射嘴的交汇点汇合，产生剧烈的冲击、碰撞、摩擦而粉碎，经粉碎的物料随上升的气流一起运动到粉碎室上部的一定高度，粗颗粒在重力的作用下，沿磨室壁面回落到磨室下部，细粉随气流一起运动到上部的涡轮分级机，在高速涡轮产生的流场内，粗颗粒在离心机作用下被抛向筒壁附近，并随失速粗粉一起回落到磨室下部再进行粉碎，而符合细度要求的微粉则通过分级片流道，经排气管输送至旋风分离器作为产品收集，少量微粉由袋式捕集器作进一步气固分离，净化空气由引风机排出机外。连接管可使料仓与粉碎室的压力保持一致。料仓上、下料位由精密料位传感器自动控制星形阀给料，粉碎室料位由分级机上动态电流变速器自动控制螺杆加料器加料速度，使粉碎室始终处于最佳状态。

在涡轮分级机与排气管间的运动间隙处设计了特别的气封结构，粗颗粒不会经间隙混入微粉中，从而保证了产品粒度完全由涡轮的转速进行控制，而涡轮的转速由控制台中的变速器控制，所以，产品的粒度可在最大限度内任意调节，确保了超微分级的精密性和准确性，同时在涡轮分级机传动结构上设计了特殊的气封隔离装置，可靠地防止了微粉进入轴承，从而克服了高速轴承磨损问题。

流化床式气流粉碎机的独到之处在于其将传统的气流磨的线、面冲击粉碎变为空间立体冲击粉碎，并将对喷冲击所产生的高速射流能利用于粉碎室的物料流动中，使磨室内产生类似于流化状态的气固粉碎和分级循环流动效果，提高了冲击粉碎效率和能量利用率。将冲击粉碎区和气固流动带置于粉碎室中部空间内，避免了磨室壁里受高速料流的冲击而产生磨蚀作用，从而改善了喷射冲击磨最严重的磨损问题。因此，流化床气流磨除了可以粉碎传统气流磨所能粉碎的多种物料外，还特别适用于高硬物料和防污染物料的超细粉碎。

流化床式气流粉碎机有单筒体和双筒体两种结构形式，单筒体物料由上筒体侧面的斜溜管依靠物料的自重落入粉碎室［图1-68（b）］，较适用于重物料。双筒体实际上是在单筒体旁附加一个料斗，物料由料斗底部的螺旋加料器加入粉碎室［图1-68（a）］，较适用于轻物料。该机也可在一个筒身上安装多个分级叶轮，如图1-69所示，以提高产品的细度或产量。流化床式气流磨的喷嘴有多种形式，其中AFG型喷嘴为水平布置，AFG-R型在粉碎室底部增设了一个喷管，上面的喷管倾斜安装，对不易流化的物料较适用。

（4）对喷式气流磨　如图1-70所示为Trost Jet Mill对喷式气流磨的结构示意图。该型气流磨的粉碎部分采用对喷式气流粉碎机结构，分级部分则采用扁平式气流磨的结构。因此，它兼有对喷式和扁平式气流磨的特点。被粉碎的物料随气流上升到分级室2，在这里气流形成主旋流，使颗粒产生分级。粗颗粒处于分级室外围，在气流带动下，返回粉碎室6进一步粉碎。细颗粒经由产品出口1排出粉碎机进行气-固分离，成为合格产品。

如图1-71所示为马亚克型对喷式气流磨的结构示意图。物料经螺旋加料器5进入上升管9中，粗颗粒沿粗颗粒返回管10返回粉碎室8，在来自喷嘴6的两股相对的喷气流作用下，发生冲击粉碎。粉碎后的物料被气流带入分级室进行分级。细颗粒通过分级转子2后成为产品。在粉碎室中，已被粉碎的物料，从粉碎室底部的出口管进入上升管9中，出口管安设在粉碎室的底部，可以防止物料沉积后堵塞粉碎室。为了尽可能地把合格的细颗粒分离出去，在分级器下部经二次风入口11通入二次空气。通过调节分级器内气流的上升速度及分级转子的转速可以调节最终产品的细度。

对喷式气流磨喷嘴和粉碎室的结构及工作原理示意图如图1-72所示。夹带物料的两股加速气流在粉碎室内相向高速冲击、碰撞，粉碎后的物料向上进入分级区分级。一般分级后的粗颗粒自行返回粉碎室与新喷入的加速运动颗粒进行冲击、碰撞，进一步被粉碎。

（5）旋冲（气旋）式气流粉碎机　旋冲式气流粉碎机是内部上方装有分级结构的喷射式气流粉碎机。其原理是通过螺旋加料器加入，依靠喷嘴喷射效应吸引向粉碎机内腔供料，通过喷嘴出口喷出的超音速气流，原料在加速管部被加速成高速流，在冲击面上受到冲撞（图1-73）。

物料受到冲撞后在高速旋转的气流和物料本身相互摩擦等作用下达到微粉碎的目的。粉碎后的物料随气流上升到分级叶轮处进行分级，合格细粒物料排出机外，粗粒物料落下继续循环粉碎。缓慢旋转的圆环状冲击面由下部驱动，圆环的整个外面为冲击面，所以局部的磨损和变形极少。该机为粉碎效率较高的冲击面型的粉碎部和分级效率较高的分级部的组合构造，是一种集粉碎和分级于一体的内闭路粉碎系统。产品的粒度可通过分级叶轮的转速进行调节。由于冲击面结构为一个缓慢旋转的环状体，避免了局部磨损。物料冲击面大而均匀，一般常用氧化铝、超硬合金、耐磨合金等制造。

（6）靶式气流磨　早期的靶式气流粉碎机又称为单喷式气流磨。在这类气流粉碎机中，物料的粉碎方式是颗粒与固定板（靶）进行冲击碰撞。固定板（靶）一般用坚硬的耐磨材料制造并可以拆卸和更换。如图1-74所示为QD400型塔靶式气流磨的结构示意图，它主要由料斗、喷射泵、塔靶及气室、喷嘴、反射靶、分级室、分级机、变频调速器及定容式风机等构成。其中塔靶置于多喷嘴对喷的中心部位，构成保持物料沸腾的粉碎室。物料在高速气流的对喷及反射靶的冲击力作用下被粉碎。粉碎后的物料经过分级室的惯性重力分离和上部的离心分级控制排料的细度。

1.2.4.7　高压均质机

高压均质机是利用高压射流压力下跌时的穴蚀效应，使物料因高速冲击、爆裂和剪切等作用而被粉碎的超细粉碎设备。高压均质机既有粉碎作用，也有均质作用。

高压均质机的工作原理是通过高压装置加压，使浆料处于高压之中并产生均化，当矿浆到达细小的出口时，便以每秒数百米的线速度挤出，喷射在特制的靶体上，由于矿浆挤出时的互相摩擦剪切力，加上浆体挤出后压力突然降低所产生的穴蚀效应，以及矿浆喷射在特制的靶体上所产生的强大冲击力，使得物料沿层间解离或缺陷处爆裂，从而达到超细剥片的目的（图1-75）。下面以CYB型高压均质机为例介绍这种超细粉碎设备的结构、工作原理。CYB型高压均质机中，物料的粉碎和分散是在均质阀里进行的。物料在高压下进入调节间歇的阀件时，物料获得极高的流速（200～300m/s），从而在均质阀里形成一个巨大的压力下跌，在空穴效应、湍流和剪切的多种作用下将粗粒物料加工成微细的液状分散物。

CYB型高压均质机的结构如图1-76所示，机器的均质系统分别由一级阀和二级阀组成，两者的均质压力可以在其额定的压力范围内任意选择，两者可同时使用，也可单独使用。均质阀的结构有平型和W型两种，平型阀能承受高压冲击，具有耐磨性好、使用寿命长等优点。W型阀是一种能在一级阀件内产生多次均质过程结构的阀，可提高均质效果。泵体阀的结构分球形阀和蝶形阀两种，球形阀具有耐高压、使用寿命长等优点，蝶形阀具有结构简单、容积效率高等优点。

1.2.4.8　机械冲击式超细磨

机械冲击式超细磨机是指围绕水平或垂直轴高速旋转的回转体（棒、锤、叶片等）对物料进行激烈的打击、冲击、剪切等作用，使其与器壁或固定体以及颗粒之间产生强烈的冲击碰撞，从而使颗粒粉碎的超细粉碎设备。目前机械冲击式超细粉碎机的机型有CM51A、CM53等型号的超细粉磨机、旋风式超细磨（LHJ型机械磨）、JCF型冲击磨等。这些设备广泛应用于煤系高岭土、方解石、大理石、白垩、滑石、叶蜡石等中等硬度以下非金属矿物的超细粉碎。以下主要介绍CM51A、CM53等型号的超细粉磨机和JCF型冲击磨。

（1）CM型超细粉磨机　CM51A及CM53型超细粉磨机的结构示意图如图1-77所示。该机主要由三部分组成：给料部分、粉碎部分和物料输送部分。

①给料部分　采用双螺旋给料机进行强制给料。通过调节螺旋的旋转速度调整给料量，并可控制过粗颗粒进入粉磨机内。给料电机与主机之间设有自动控制系统。根据主机工作状态，设计主电机工作电流上、下限，当主机电流超过上限时，给料机自动停止给料；当低于下限时给料机自动恢复给料。给料速度的调节是通过螺杆和变速皮带轮进行无级调速。

②粉碎部分　有两个粉碎室，每室各装有两排转子，每排转子上分别固定有可更换的锤头。两个粉碎室之间由可更换的挡料环隔开。更换不同内径的挡料环，可调节磨机的处理能力和产品细度。各粉碎室内壁均装有可更换的带有细齿型的衬板，它与各排锤头的间隙约为3mm。每室两排锤头之间各装有4枚撞针，通过调整撞针偏心距来调节它与锤头侧面间隙的大小。

③物料输送部分　在主风机产生负压和细磨机主轴右端的风扇作用下，将已磨细的物料送入分级机内进行分级。合格的超细颗粒进入产品收集装置，粗粒物料沿器壁落入返料筒，回到粉磨机再磨，或单独作为产品。

（2）JCE型冲击磨　如图1-78所示为JCE型冲击磨的结构示意图。JCE型冲击磨主要由加料器、粉碎部件、分级部件、机壳及底架、主电机等组成。工作时，原料由星形阀从设备上部加入，经过斜管进入分级室，在进料中已达到产品细度要求的粉料，从分级轮中排出机外，余下的物料进入粉碎室，受到冲击锤的强烈冲击；同时，在冲击锤与衬板之间的间隙处受到冲击、摩擦剪切等作用；被粉碎的物料随气流上升至分级轮处进行分级。细粒级产品从排料（气）口排出机外，粗颗粒沿筒壁下降至粉碎室进一步粉碎；空气从下部的吸风口进入粉碎室，并上升到分级室，然后从上部的排料口随细粒级产品一起排出机外。

1.2.4.9　超微细加工工艺设计

目前工业上采用的超细粉碎作业（即一段超细粉碎）有以下几种工艺流程。

①开路流程　如图1-79（a）所示，一般扁平或盘式、循环管式等气流磨因具有自行分级功能，常采用这种开路工艺流程。另外，间隙式超细粉碎也常常采用这种流程。这种工艺流程的优点是工艺简单。但是，对于不具备自行分级功能的超细粉碎机，由于这种工艺流程中没有设置分级机，不能及时地分出合格的超细粉体产品，因此，一般产品的粒度分布范围较宽。

②闭路流程　如图1-79（b）所示，其特点是分级机与超细粉碎机构成超细粉碎-精细分级闭路系统。一般球磨机、搅拌磨、高速机械冲击式磨机、振动磨等的连续粉碎作业常采用这种工艺流程。其优点是能及时地分出合格的超细粉体产品，此外，可以减轻微细颗粒的团聚和提高超细粉碎工作效率。

③带预先分级的开路流程　如图1-79（c）所示，其特点是物料在进入超细粉碎机之前先经分级，细粒级物料直接作为超细粉碎产品，粗粒级物料再进入超细粉碎机粉碎。当给料中含有较多的合格粒级超细粉碎粉体时，采用这种工艺流程可以减轻粉碎机的负荷，降低单位超细分产品的能耗，提高作业效率。

④带预先分级的闭路流程　如图1-79（d）所示，这种工艺流程实质是如图1-79（b）和图1-79（c）所示两种工艺流程的组合。这种组合作业不仅有助于提高粉碎效率和降低单位产品能耗，还可以控制产品的粒度分度。这种工艺流程还可简化为只设1台分级机，即将预先分级和检查分级合并用同一分级机［图1-79（e）］。

⑤带最终分级的开路流程　如图1-79（f）所示，这种粉碎工艺流程的特点是可以在粉碎机后设置1台或多台分级机，从而得到两种以上不同细度及粒度分布的产品。

⑥带预先分级和最终分级的开路流程　如图1-79（g）所示，这种工艺流程实质是如图1-79（c）和图1-79（f）所示两种工艺流程的组合。这种组合作业不仅可以预先分离出部分合格细粒级产品以减轻粉碎机的负载，而且后设的最终分级设备可以得到两种以上不同细度及粒度分布的产品。

在粉碎方式上，超细粉碎工艺可以分为干式（一般一段或多段）粉碎、湿式（一段或多段）粉碎、干湿组合式多段粉碎等三种。粉碎的段数主要取决于原料的粒度和要求的产品细度。对于粒度比较粗的原料，可采用先进行细粉碎或细磨再进行超细粉碎的工艺流程，一般可将原料粉碎到74μm或43μm后再采用一段超细粉碎工艺流程；对于产品粒度要求很细又易于团聚的物料，为提高作业效率，可采用多段串联的超细粉碎工艺流程。但是，一般来说，粉碎段数越多。工艺流程也就越复杂，工程投资也就越大。

（1）干式超细粉碎工艺　干式超细粉碎工艺是一种广泛应用的硬脆性物料的超细粉碎工艺。干粉生产工艺无需设置后续过滤、干燥等脱水工艺设备，因此工艺简单，生产流程较短。以下介绍较典型的气流磨、机械冲击磨、介质磨（球磨机、振动磨、搅拌磨、塔式磨）等超细粉碎工艺。

①气流磨超细粉碎工艺　常见的气流磨超细粉碎工艺主要有空气流粉碎工艺、过热蒸汽粉碎工艺、惰性气体粉碎工艺和易燃易爆物料的粉碎工艺等。

如图1-80所示为圆盘式气流磨常温空气流粉碎工艺流程。该流程布置方式的主要特点是压缩空气在冷却降温后进行除油除水。因为在压缩空气中的油和水不仅会污染产品，而且还可能使受潮的物料堵塞粉碎系统。如果选用无油润滑的空压机，则只需除水。

该工艺流程适用于某些对水分含量要求很严的物料。当粉碎水分含量要求不太严的物料时，可以取消流程中的某些净化环节。如果废气流夹带量不大，或夹带量虽大，但布袋除尘器12的过滤面积有富余时，也可以去掉旋风分离器11。有些气流磨排出的废气流，已具有足够的压头来克服布袋除尘器的阻力，这时引风机13也可以取消。有时，需要在低温下粉碎，如粉碎某些低熔点或热敏性物料，这时需要低温空气，在这种情况下，上述流程必增设空气冷却器等。在某些场合下，例如干燥和粉碎的联合作业或者粉碎和氧化反应，粉碎与表面处理等的联合作业，需要热空气流，这时，流程中要增设加热器等。

如图1-81所示为流化床气流磨常温空气流粉碎工艺流程，该工艺是目前非金属矿超细粉碎常见的工艺。

②机械冲击磨超细粉碎工艺　机械冲击磨超细粉碎工艺有开路粉碎与闭路粉碎两种配置。开路粉碎工艺一般适用于具有内分级功能（即内置分级器构成内闭路）的超细粉碎机。

如图1-82所示为机械冲击磨开路超细粉碎工艺流程的典型工艺。物料经破碎机或粗粉碎机粉碎后，通过提升机2和给料机3定量均匀地给入超细粉碎机5，经超细粉碎机5粉碎后的物料随空气流进入袋式捕集器6，细粉料被布袋捕集落入锥底，由星形排料器排出成为产品，气体透过布袋经引风机9吸入并排空。为了减轻袋式捕集器的负荷或减少布袋的过滤面积，也可以在袋式捕集器前面设置一个旋风集料器，粉碎后的物料经旋风集料器收集后再进入袋式捕集器或收尘器。

机械冲击磨闭路超细粉碎工艺流程的典型工艺如图1-83所示。这是超细粉碎机与微细分级机串联设置的超细粉碎工艺流程。物料经给料机2给入超细粉磨机1中进行粉碎，粉碎后的物料经阀门7随气流吸入微细分级机5内分级，粗颗粒被甩向机壁降落到底部并返回给料机中，细粒粉料经布袋捕集器6捕集后经星形排料器8排出为产品，气体通过布袋经风机10吸入并排空。

③介质研磨超细粉碎工艺　介质研磨机包括旋转筒式球磨机、搅拌磨、振动磨、塔式磨等。

球磨机是最典型的粉碎设备。由于其处理能力较大，在现代分级技术与大型分级设备发展以后，球磨机与精细分级机组合可大规模生产d₉₇=5～40μm的细粉体和超细粉体，已成为目前5万～10万吨/年大型超细重质碳酸钙生产线的优选工艺设备之一。球磨机超细粉碎工艺的特点：一是与精细分级机构成闭路作业，循环负荷率高达300％～500％，因此，物料在磨机内的停留时间短，合格细粒级物料得以及时分离出去，避免过磨导致超细粉料团聚和粉碎能耗增大；二是一台球磨机后设多级和多台分级机，生产多种不同细度和粒度分布的产品。

如图1-84所示为球磨机干式超细粉碎工艺流程。原料从进料装置喂入，经由进料道进入球磨机，原料在钢球或钢段的冲击和研磨作用下达到特定的细度。通过卸料筛板的产品经由球磨机外壳排料孔进入输送装备。经过定量给料系统将物料分派给涡轮超细分级机。调整分级机可以生产不同细度和粒度分布的产品。粗粒物料返回球磨机继续研磨。影响球磨机超细粉碎细度和产量的主要工艺因素有：研磨介质的品种、尺寸和填充率；原料粒度及给料速度；磨机的转速；分级机的转速等。这种球磨机的衬板及研磨介质有两种：一种是铁质的；另一种是非铁质的。铁质衬板用奥氏体锰钢或高锰钢制造，介质为各种不同品种的钢球或合金。非铁质衬板采用燧石、氧化铝（刚玉）等制造，介质为燧石、氧化铝（刚玉）、陶瓷球、高硬度卵石等。

在工业生产中，干式搅拌磨超细粉碎工艺主要有连续闭路和间歇开路两种类型。间歇开路生产工艺比较简单，其结构主要由给料机、搅拌磨、研磨介质添加与分离装置、集料和收尘装置、引风机等组成。如图1-85所示为较典型的搅拌磨干式连续闭路超细粉碎工艺流程。典型的搅拌磨一段干式连续闭路超细粉碎设备主要由原料准备（预粉碎和原料仓）、给料系统（斗式提升机和螺旋给料机）、研磨介质储存及添加系统（研磨介质储仓和斗式提升机及螺旋给料机）、干式搅拌磨和超细分级机系统（搅拌球磨机和空气分级机）以及集料和除尘设备（施）等组成。影响干式搅拌磨超细粉碎产品细度和产量的主要工艺因素包括：研磨介质的密度、直径以及填充率（介质体积占研磨筒体有效容积的百分数）；物料的停留时间；搅拌磨的转速；分级机的性能。

如图1-86所示为高压辊磨机干法连续超细粉碎工艺流程。它主要由空压机1、ECP高压辊磨机9、UPZ分散机3、ATP超细分级机8等组成。该工艺包括给料、高压辊磨机、打散和分级4个部分。安装有料位计的料仓将原料以及分级后的粗粒物料给入高压辊磨机，对于流动性好的细粒物料采用预压螺旋给料；主要由辊子（一个定辊、一个动辊）、传动装置（电机、皮带轮、齿轮轴）、液压系统、横向防漏装置等组成，辊子的辊面有光面和纹面两种，根据物料性质选择；物料经高压辊磨机挤压粉碎后一般呈小饼状排出，因此，必须对其进行打（分）散，方可进一步进行分级，打散设备一般选用高速机械冲击式粉碎机；为了控制产品粒度分布，满足产品的细度要求，采用涡轮式精细分级。

（2）湿式超细粉碎工艺　与干法超细粉碎相比，由于水本身具有一定程度的助磨作用，加之湿法粉碎时粉料容易分散，而且水的密度比空气的密度大，有利于精细分级，因此湿法超细粉碎工艺具有粉碎作业效率高、产品粒度细、粒度分布窄等特点。所以，一般生产d₉₇<5μm的超细粉体产品，特别是最终产品可以滤饼或浆料销售时，优先采用湿法超细粉碎工艺。但用湿法超细粉碎工艺生产干粉产品时，需要后续脱水设备（过滤和干燥），而且由于干燥后容易形成团聚颗粒，有时还要在干燥后进行解聚，因此，配套设备较多，工艺较复杂。

目前工业上常用的湿法超细粉碎工艺是搅拌磨、砂磨机、振动磨和球磨机超细粉碎工艺。以下主要介绍较典型的搅拌磨、砂磨机、振动磨湿式超细粉碎工艺。

①搅拌磨湿式超细粉碎工艺　搅拌磨湿式超细粉碎工艺主要由湿式搅拌磨及其相应的泵和储浆罐组成。原料（干粉）经调浆桶添加水和分散剂调成一定浓度或固液比的浆料后给入储浆罐，通过储浆罐泵入搅拌磨中进行研磨。研磨段数依据给料粒度和对产品细度的要求而定。在实际中，可以选用一台搅拌磨（一段研磨），也可采用两台或多台搅拌磨串联研磨。研磨后的浆料进入储浆罐并经磁选机除去铁质污染及含铁杂质后进行浓缩。如果该生产线建在靠近用户的地点，可直接通过管道或料罐送给用户；如果较远，则将浓缩后的浆料再进行干燥脱水，然后进行解聚（干燥过程中产生的颗粒团聚体）和包装。

如图1-87所示为典型的三段连续湿式搅拌磨工艺流程。该工艺主要由三级湿式搅拌磨及其相应的泵和储浆罐组成。原料（干粉）经调浆桶1添加水和分散剂调成一定浓度或固液比的浆料后给入储浆罐2，通过储浆罐2泵入搅拌磨3中进行研磨；经搅拌磨3研磨后的浆料通过分离研磨介质后给入储浆罐4，泵入搅拌磨5中进行第二次（段）研磨；经第二次研磨后的浆料通过分离研磨介质后进入储浆罐6，然后泵入搅拌磨7中进行第三次（段）研磨；经第三次研磨后的浆料进入储浆罐8，并经磁选机9除去铁质污染及含铁杂质后进行浓缩。然后直接通过管道或料灌送到用户，或将浓缩后的浆料再进行干燥脱水、解聚和包装。

影响湿式搅拌磨超细粉碎的主要工艺因素有：原料的粒度大小及分布、介质的密度、直径及填充率；搅拌磨的转速或线速度；物料在搅拌磨中的停留时间；浆料浓度及助磨剂或分散剂的品种和用量等。

②砂磨机湿式超细粉碎工艺　立式砂磨机的超细粉碎工艺配置和工艺影响因素与搅拌磨相似。卧式砂磨机研磨工艺一般包括配置、分散（前处理）、研磨和筛析等。串联的卧式砂磨机可分为一机一罐、一机两罐、多机（两台以上砂磨机）的超细研磨工艺。卧式密闭砂磨机的工艺配置方式主要有两种。

a.连续研磨工艺　加料泵将预分散的物料送入砂磨机，研磨筒内装有研磨介质。磨细后的物料经动态分离器排出。根据产品细度要求不同，可以采用单台连续或多台串联连续研磨工艺，如图1-88（a）所示。

b.循环研磨工艺　加料泵将预分散的物料送入砂磨机，研磨后的物料经动态分离器分离后返回物料循环筒，进行多次循环研磨。循环时间或次数视最终产品细度而定。该工艺适用于对产品细度要求高的情况，如图1-88（b）所示。

（3）设备选型　在超细粉碎工厂设计中，主要设备设计与计算的依据是：超细粉碎厂的建设规模、产品结构或品种、产品细度及粒度分布、纯度、粒型等数量和质量要求；被粉碎物料的硬度、粒度、比表面积、化学成分、黏度等物理化学性能；超细粉碎厂的工作制度；设计的超细粉碎工艺流程图或设备联系图，包括质量流程图及浆料流程图；设备计算参数的试验资料及类似厂的生产指标或数据；所建厂的自动控制水平及设备作业率；定型设备的产品样本，新设备的工业实验数据及鉴定资料。

超细粉碎设备的选择和规格的确定主要与所处理的物料的物理性质（硬度、密度、水分、给料粒度等）、处理量、粉碎产品细度和粒度分布、纯度、粒型以及设备工艺配置等因素有关。所选用的设备必须满足产品粒度、设计产量或处理量和适应给料中最大颗粒粒度的要求。

对于前面不设置提纯和湿法加工工序或后续不设置加工工序的物料，一般当产品细度d₉₇≥5μm时，在目前的技术经济下，优先选择干法加工工艺和干法超细粉碎设备，如气流粉碎机、高速机械冲击式粉碎机、离心或旋风自磨机、干式球磨机、振动磨、搅拌磨等。除了内设精细分级装置或具有自行分级功能的超细粉碎设备，如气流磨等外，一般在选用时还要同时考虑相应的精细分级设备，才能满足产品细度分布的要求。

干法超细粉碎工艺具有工艺简单，在生产干粉时无需设置后续过滤、干燥等脱水工艺，便于操作，容易实现自动控制，投资较省，运费较低等特点。但是，当需要设计生产d₉₇<5μm的超细粉体产品，或者最终产品可以滤饼或浆料销售时，应当优先选用湿法超细粉碎工艺和设备。另外，如果被粉碎物料是经过前置其他湿法工艺（如水洗、提纯等）加工的，也即在超细粉碎作业之前设置水洗、提纯等湿法加工工序的，则不管最终产品粒度要求如何，应当优先考虑湿法超细粉碎工艺和设备。此外，如果经超细粉碎后的粉料还进行湿法加工，也应优先选用湿法超细粉碎工艺和设备。还有一些特殊情况，如用做珠光云母原料的碎白云母的加工，为确保片状颗粒形状和表面的光洁度，要选用湿法超细粉碎工艺和设备。

干法超细粉碎设备的类型很多，选型时主要考虑原料的物理性质（硬度、密度、黏性、水分等）及粒度，产品细度和粒度分布、纯度、粒形、设计产量及产品的价值等。同时要在相同条件下比较各种不同类型干法超细粉碎设备的生产能力、单位产品电耗、磨耗、设备运转稳定性、自动控制水平、维护和检修性能以及工艺配套性能等。

一般对于价值较大、产品纯度要求较高、粒形较规则的物料，如稀土、精细磨药品及保健品、名贵中药材、生物制品等，可优先考虑选择气流粉碎机。对于大宗的工业矿物超细粉体的加工，如重质碳酸钙、普通滑石粉、高岭土、硅灰石等应当优先考虑其他干式超细粉碎设备，如高速机械冲击式超细粉碎机，选择筒式球磨机（带分级机）、离心旋风自磨机、振动磨、干式搅拌磨（带分级机）、塔式磨等，原因是这些工业矿物粉体的单位价值相对较低，而气流粉碎机的单位产品能耗相对较高。物料的硬度也是干式超细粉碎设备要考虑的一个重要因素。一般来说，气流粉碎机（除物流化床对喷式气流磨之外）、高速机械冲击式粉碎机、离心旋风式自磨机等不合适加工莫氏硬度大于7的高硬度物料。

选定了设备的类型后，接下来就要确定设备的规格和台数。设备规格和台数的确定主要依据所要求的产品细度条件下设备的处理量而定。设备的处理量或生产能力最好以同种物料的工业生产实例（相同产品细度和粒度分布条件下）或在指定产品细度和粒度分布条件下的工业设备的试验结果来确定。

在没有相同物料作参照的情况下，超细粉碎设备的处理量的计算还要考虑物料种类、硬度、密度、黏度、含水量、杂质种类和含量以及给料粒度、粒度分布所带来的差别，一般可按下述经验公式计算。

p_d=k₁k₂k₃k₄p₀　　（1-4）

式中，p_d为所选的超细粉碎设备的指定细度和粒度分布条件下的单机处理量，kg/h或t/h；p₀为所选的超细粉碎设备在相同的细度和粒径分布条件下粉碎中等硬度物料，如方解石的单机生产能力，kg/h或t/h；k₁为物料硬度修正系数，该修正值尚缺乏定量研究，一般每大于一个莫氏硬度，相同细度和粒度分布的产量下降15％～20％；k₂为物料密度修正系数，一般来说，物料密度越大，相同细度和粒度分布时的粉碎机的产量或处理量越大，根据经验，密度差别小于0.5g/cm³生产能力变化不大，可不予考虑，超出此范围，即要考虑修正，具体修正值最好通过试验确定；k₃为物料黏度或含水量、杂质种类和含量等的修正指数，一般来说，物料较参照物含水率高或黏度大，难磨性杂质（如石英、铁质等矿物）含量多，则必须进行修正，具体修正值以设备对这些因素的敏感性不同而不同，目前尚缺乏具体物料的定量研究；k₄为给料粒度和粒度分布不同的修正系数，在设备所允许的最大给料粒度以下，对于气流磨、转筒式球磨机、振动球磨机和搅拌球磨机等，一般来说，给料粒度越细，处理量或产量越大，但对于高速机械冲击式超细粉碎机、离心和旋风自磨机等超细粉碎机设备，给料中必须要有一定量的在允许范围内的粗粒物料，因此，产量或处理量不一定总是随给料粒度的细化而显著提高，所以，具体修正值要依设备类型而定。

总之，在计算超细粉碎机的单机处理量时，最好是参照同种物料在相同或相近产品细度和粒度分布下的工业生产数据或相近机型的工业试验数据。另外，还要说明的是，设备厂家提供的设备的技术性能参数是对一般物料而言的，所给出的生产能力随产品的细度要求不同及不同物料而有较大的变化，因此，在选型计算时，如无相同物料在相同产品细度条件下的生产数据，最好是先在有代表性的原料的定性工业设备或样机上进行一定时间的工业试验，以确保选型计算的准确和可靠。

设计中拟选用的超细粉碎机的台数根据所要设计的超细粉碎工段的产量或处理量（t/h）按下式计算：

　　 （1-5） 　　

式中，p_a为设计的超细粉碎工段的产量或处理量，t/h；p_d为设计中拟选用的超细粉碎机的单机生产能力或处理量，t/h；k_d为生产过程中的物料损失率，％；n_d为拟选用的超细粉碎机需要的台数，台。

相对于干式超细粉碎设备而言，湿式超细粉碎设备的类型较少，定型的主要有搅拌磨或摩擦磨（Attrition）、研磨剥片机、砂磨机、振动磨、球磨机和胶体高压匀浆机等，其中，除胶体磨和高压匀浆机外，上述其他湿式粉碎设备都是介质粉碎机，磨机筒体内充填钢珠、氧化铝珠、氧化锆珠、玻璃珠以及氧化铝/氧化锆复合珠等研磨介质。这些研磨介质的粒径大小及配比、充填率等直接影响最终研磨产品的细度和产量。

这些使用研磨介质的湿法超细粉碎设备一般能用于各种硬度物料的超细研磨加工，因此，选型时主要比较在相同给料粒度和物料性质及相同产品细度、纯度、粒型等条件下，各种不同类型湿法研磨机的生产能力、单位产品电耗、单位产品磨耗、设备运转的可靠性和产品质量的稳定性、自动控制水平、维护检修性能及工艺配套性等。

湿式超细粉碎设备规格和台数的确定一定要以给料粒度和指定产品细度所需的设备的处理量而定。湿式超细粉碎设备生产能力的设计计算尚未建立起一套完善的方法，在设计中最好是参照同种物料在相同或相近产品细度、粒度分布、纯度、粒形等条件下的工业生产数据或工业试验数据确定。如果设计所参照的工业生产数据或工业试验数据存在物料性质或产品细度方面的差别，可参考式（1-4）进行计算选择。

对于搅拌磨、研磨剥片机及砂磨机来说，在计算粉碎机处理量或产量时还要考虑设计工艺与所参照的工业生产或工业试验在设备生产方式上的差别。这是因为对于这几种磨机有3种不同的生产方式，即间歇或批量式、循环式、连续式。间歇式和循环式一般是单机生产或对机并联生产，连续式有时是由几台搅拌磨或研磨剥片机串联成的机组进行生产。只有生产方式相同，而且给料粒度和产品细度均匀的同种物料的工业生产或工业试验数据才可直接用来确定设计设备的处理量。如果工业生产或工业试验是间歇式操作或生产，其他条件，如物料品种、物理化学性质、给料粒度、产品细度等均与设计加工的物料相同，则可通过物料在磨机内的停留时间来计算连续运转的磨机的处理量或生产能力。

对于单机：

　　 （1-6） 　　

对于串联机组：

　　 （1-7） 　　

式中，P_d为所需的超细磨机的小时生产能力，t/h；H为物料在磨机内的停留时间或间歇操作时达到指定细度的研磨时间，min；P₀为同规格磨机在H分钟内的产量或间歇操作时每次的研磨物料量或装料量，t；n为串联磨机的台数。