我國非金屬礦超細粉碎和細粒分級技術的現狀與發展

鄭水林1國力2

(1.中國礦業大學，北京100083；中材國際鹹陽非金屬礦產研究設計院，陜西鹹陽712021)

21世紀初以來，隨著造紙、塑料、橡膠、塗料、陶瓷等相關行業產品產量的快速增長和產品質量要求的提高，我國非金屬礦物超細粉體產量以年均10%以上的速度增長，2006年各種超細粉體總產量已超過500×104t。在強勁的市場需求推動下，非金屬礦物超細粉體的加工技術和裝備也取得了顯著進展。本文綜述了我國非金屬礦物超細粉碎和細粒分級技術與裝備的發展現狀和最新進展[1 ~ 13]。

非金屬礦；超細研磨；精細分級。

作者簡介:鄭水林，男，1956出生，中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院教授、博士生導師，長期從事礦物加工及非金屬礦物深加工的教學與研究工作。郵箱:shuilinzh@yahoo.com.cn .

李國，男，出生於1955，高級工程師。現任中材集團Xi安工程公司總工程師、《中國寶玉石》雜誌主編。1982以來，壹直從事非金屬選礦及超細深加工技術的研發工作。

我國工業超細粉體加工、超細粉碎和精細分級設備的制造始於70年代末80年代初。迄今為止，我國超細粉碎技術和設備的發展大致經歷了三個階段。80年代初至80年代中期，主要引進國外技術和設備。這期間，國內超細粉碎技術、設備制造和工藝剛剛起步，很多方面基本是空白。從80年代中期到90年代中期，國外技術設備的引進與國內的模仿開發同步進行。總的來說，我國的超細粉磨設備體系和超細粉磨技術都是在這個時期形成和發展起來的，超細粉磨設備的主要生產廠家也是在這個時期基本建立起來的。90年代中期後進入自主開發制造階段，引進為輔。這壹時期建立的超細粉末加工廠大多采用了國產技術和設備。從1996年至今，擁有自主知識產權或發明專利的超細粉碎技術和設備數量較之前的10年大幅增加，加工能力、單位產品能耗、耐磨性、工藝匹配、自動控制等設備綜合性能顯著提高，與國外先進技術和設備綜合性能的差距逐步縮小。

第壹，超微粉碎

目前工業上使用的超細粉碎方法主要是機械法。主要設備類型有氣流磨、高速機械沖擊磨、攪拌球磨機、研磨剝離器、砂磨機、振動球磨機、轉鼓式球磨機、行星式球磨機、塔式磨、旋風自磨機、高壓輥磨機、高壓水射流磨機、膠體磨機等。其中氣流磨、高速機械沖擊磨、旋風自磨機、高壓輥磨機等為幹式超細粉碎設備，研磨剝離器、砂磨機、高壓水射流磨、膠體磨為濕式粉碎機，攪拌球磨機、振動球磨機、轉鼓式球磨機、行星式球磨機、塔式磨均可用於幹式和濕式超細粉碎。表1給出了上述超細粉碎設備的粉碎原理、給料粒度、產品細度和適用範圍。

氣流粉碎機有平板(圓盤)式、循環管式、流化床反噴式、旋轉噴射式或旋風式等幾種類型，幾十種規格(圖1)。這些氣流粉碎機主要用於非金屬礦物如滑石、石墨和矽灰石的超細粉碎。

機械沖擊或旋轉沖擊超細粉碎機是國內非金屬礦行業廣泛使用的壹種超細粉碎設備，廣泛應用於煤系高嶺土、方解石、大理石、白堊、滑石、葉蠟石等中等硬度非金屬礦的超細粉碎。圖2顯示了用於非金屬礦物填料和顏料超細研磨的機械沖擊式研磨機。

表1超細粉碎設備的類型及應用

圖1氣流粉碎機

(a)水平盤式氣流粉碎機；(b)循環管道氣流粉碎機；(c)流化床反向噴射氣流粉碎機的結構；LHY旋風氣流粉碎機；JFC氣流粉碎機

中超細磨機包括攪拌球磨機、振動球磨機、旋轉圓筒球磨機、行星球磨機和研磨剝離器、塔式磨、砂磨機等。根據攪拌機理的不同，攪拌球磨機有軸桿式、盤式、螺旋式和桿盤復合型等幾種類型(圖3)。這種攪拌球磨機已用於高嶺土、重質碳酸鈣、雲母和滑石的超細粉碎。超細振動球磨機有單筒和雙筒兩種型號(圖4)，已應用於石墨、應時和方解石等非金屬礦物的細磨和超細磨。用於超細粉碎的轉鼓式球磨機的結構特點是磨機直徑比較大(圖5)，以球或鋼段為研磨介質，在生產中往往與選粉機形成閉路研磨作業。這種幹式閉路操作的球磨機-分級機廣泛應用於超細重質碳酸鈣的生產。主要有20 L、80 L、300 L、500 L磨皮機(圖6)，采用多級串聯配置，連續濕磨。自1994以來，它們被用於煤系高嶺土和重質碳酸鈣的濕法超細粉碎生產線。砂磨機主要有臥式和立式兩種(圖7)，主要用於顏料、重質碳酸鈣、高嶺土的超細粉碎和分散。

圖2機械沖擊(旋轉)超細粉碎機

LHJ機械粉碎機；(b) CM51A超細粉碎機；(c) JCF1000沖擊式粉碎機。

圖3攪拌球磨機

(a) CYM連續攪拌研磨機；(b) LXJM超細攪拌機；(c)立式螺旋攪拌磨(塔式磨)

圖4超細振動球磨機

(a)MZD單鼓振動磨；(b)MZ雙筒超細振動磨

圖5球磨機

圖6 BP磨皮機(300 L，500 L)

圖7打磨機

(a)SEM臥式砂磨機；(b)FSW-40水平桿針式打磨機

輥磨機和輥磨機是利用研磨(擠壓)和摩擦粉碎物料，然後配置精細分級設備生產超細填料和顏料的設備。目前主要型號有VRM輥磨機、輥磨機、環輥磨機(圖8)。

圖8滾壓機和滾壓機

VRM輥磨機；(b)輥磨機；(c) HLM內部分級離心環輥磨機

高壓氣流粉碎機或超細脫皮均質機是壹種利用高壓射流(20 ~ 60 MPa)的強烈沖擊和突然減壓的空化效應，因沖擊和爆炸而粉碎物料的濕式粉碎設備(圖9)。這種設備已應用於雲母和高嶺土的細粉碎和超細粉碎，以及二氧化鈦顏料的分散和解聚。

圖9 CYB高壓均質機

(a)外形圖；(二)工作原理

圖10 JM系列膠體磨

膠體磨是利用壹對固定的研磨體(定子)和高速旋轉的研磨體(轉子)的相對運動產生強烈的剪切、摩擦、沖擊等力，使被加工物料通過兩個研磨體之間的間隙，在上述力和高頻振動的作用下得到有效粉碎和分散的設備。國產膠體磨主要有JTM、JM、DJM三種，立式、立式、臥式(圖10)。目前主要用於加工膠體石墨和分散油漆顏料。

二、精細分級設備

非金屬礦物超細粉碎過程中，除超細粉碎作業外，還必須配置細分級作業。

根據分級介質的不同，細粒分級機可分為兩類:壹類是以空氣為介質的幹式分級機，主要是轉子(渦輪)式空氣分級機；二是以水為介質的濕式分級機，主要包括超細水力旋流器、臥式螺旋離心機、沈降離心機等。表2列出了國內主要細粒分級機的性能和應用。

表2主要精細分類器的性能和應用

圖11顯示了目前國內行業主要的幹式細粒分級機。這些幹式細粒分級機與相應的機械沖擊式超細粉碎機或氣流粉碎機基本匹配，其分級粒度可在d973~20μm m範圍內調節..根據分級機規格或尺寸的不同，單機生產能力從每小時幾十公斤到每小時7000公斤左右不等。

圖11主幹細選粉機

QF 5A微型分級機；(b) FQZ超細分級機；(c) MSS精細分類器；ATP單輪分級機；ATP多輪分級機；(f) LHB渦輪機精細分類裝置；FJW500×6超細分級機

濕式分級機主要有兩種:壹種是基於重力沈降原理的水力分級機；二是基於離心沈降原理的旋流分級機，包括沈降離心機，如臥式螺旋離心分離器(級)、小直徑水力旋流器、LS旋流器、GSDF超細水力旋流器等型號(圖12)，分級粒度可達1 ~ 5微米..

圖12主濕細分級機

(a) LW(WL)螺旋卸料沈降離心機；D型螺旋卸料沈降離心機；(c)沈降離心分類器；盤式離心分級機；超細液壓旋轉機器；(f)旋風裝置

三。技術進步

(1)非金屬礦物超細粉體的幹法加工技術。

1.精細分級技術

自1985以來，幹式分級技術取得了顯著進步。1985中最先進的細粒分級機的產品細度d97小於10 μm；1992 d97 ≤ 6微米；2000年d97≤3.5 μm；2002年d97≤2.5μm m .產能(d97≤10μm，GCC):1985 500kg/h；1990 1000公斤/小時；1995 2000公斤/小時；2000年4000公斤/小時；2005年7000公斤/小時。

2.機械沖擊超細粉碎機

高速機械沖擊式粉碎機是主要的幹式超細粉碎設備，常與細粒分級機閉路工作，具有粉碎比大、工藝簡單的特點。但早期的高速機械沖擊式超微粉碎機生產能力較小，近幾年發展起來的機械沖擊式超微粉碎機在提高其生產能力方面有了很大的進步。如LHJ-260機械式超細粉碎機[圖2-(a)]，當進料粒度≤30mm，產品細度d97 = 10μ m時，對硬質高嶺石進行超細粉碎，裝機容量為195 kW，產量為850 ~ 1400kg/h；滑石，裝機容量195 kW，產量1200kg/h；重晶石，裝機容量202 kW，產量2000kg/h；矽灰石，裝機容量195 kW，產量1300kg/h；膨潤土，裝機容量202 kW，產量3000 kg/h。

3.環形輥磨機和輥磨機

環輥磨[圖8(b)和圖8 (c)]是近兩年在方解石超細粉碎領域廣泛使用的中小型超細粉碎設備。其特點是工藝簡單，破碎比大，單位產品能耗低。進料粒度為20mm，內部裝有分級裝置，產品細度可在D978微米之間調節；單機產量為600 ~ 1800t/h；能耗(d97 = 10 μm)100 kw·h/t

輥磨機[圖8 (a)]也是近年來幹法超細粉碎技術的主要進展之壹。這種粉磨設備的特點是單機生產能力大，方解石生產的重鈣產量可達5 ~ 10t/h；並內置分級機，產品細度可在d976~20μm m之間調節..

(2)超細碳酸鈣漿料生產技術

隨著國內造紙工業的快速發展和現代造紙技術的應用，超細碳酸鈣漿料的需求以每年兩位數以上的速度快速增長，推動了超細碳酸鈣漿料生產技術的快速進步。攪拌磨規格:1995 300 L攪拌磨；500 L攪拌磨2000左右；2003年，3000 L立式攪拌磨；2005年3500~5000 L攪拌磨。單機產能(d90≤2μm幹重):0995年65438+300 kg/h，2000年500 kg/h，2003年1000 kg/h，2005年2000kg/h；能耗:0995年65438+250 kw·h/t，2000年180 kw·h/t，2003年120 kw·h/t，2005年90kw·h/t。

超細碳酸鈣漿料加工技術的重要進步還體現在產品的細度和粘度上:生產的高品質特種表面塗料GCC:漿料固含量75% ~ 78%；粘度< < 350 MPa·s；；最大粒徑3 ~ 5微米，-2μm含量≥97%，1μm含量≥75%；平均粒徑為0.3 ~ 0.5 μ m

(3)超細煆燒高嶺土原料的超細粉碎技術

超細粉碎是生產超細煆燒高嶺土的關鍵技術之壹。我國硬質高嶺石超細粉碎設備從1995的BP80粉碎剝皮機發展到1999的BP300粉碎剝皮機，再到2000年的BP500粉碎剝皮機。2001和2005年，CYM3000和CYM5000大型攪拌磨相繼問世。年產1萬噸生產線超細粉碎技術進展如表3所示。

表3萬噸生產線超細粉碎技術進展

(4)高長徑比針狀矽灰石粉體的加工技術

高長徑比針狀矽灰石粉體的加工是矽灰石礦物深加工的重要技術之壹。近年來，山西泰華公司開發的TH1200礦物纖維制粉系統和南方矽灰石礦業公司的ACM-700E沖擊式粉碎機，可以加工出12以上高長徑比的超細矽灰石粉體。這兩種設備的破碎比較大，單位產品能耗低。

四。結論

21世紀初以來，隨著造紙、塑料、橡膠、塗料、陶瓷等相關工業部門產品產量的快速增長和產品質量要求的提高，我國非金屬礦物超細粉體產量以年均10%以上的速度增長，2006年各種超細粉體總產量已超過500×104t。在強勁的市場需求推動下，非金屬礦物超細粉體的加工技術和裝備也取得了顯著進展。未來的發展趨勢是提高產品細度(降低破碎極限)，提高單機產量(大型設備)，降低能耗和磨損(單位產品)，穩定產品質量；同時，發展高效、低耗、大通量的分級技術和設備；在現有設備和技術的基礎上，開發人工智能技術，根據原料的特性和產品的細度要求，自動優化生產工藝配置和操作參數，達到高效、低耗、穩定產品質量的目的。

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