1.2.4　非金屬礦物的超微細加工設備

在非金屬礦行業或非金屬礦加工中，一般將粒度分布d₉₇≤10μm的產品稱為超細（粉體）產品，相應的加工技術稱為超細粉碎。超細粉碎技術是伴隨現代高技術和新材料產業，如微電子和信息技術、高技術陶瓷和耐火材料、高聚物基復合材料等以及傳統產業技術進步和資源綜合利用與深加工等發展起來的一項新的粉碎工程技術。現已成為最重要的工業礦物及其他原材料深加工技術之一，對現代產業發展具有重要意義。

超細粉體由于粒度細、分布窄、粒度均勻、缺陷少，因而具有比表面積大、表面活性高、化學反應速率快、溶解度大、燒結溫度低且燒結體強度高、填充補強性能好等特性，以及獨特的電性、磁性、光學性能等，廣泛應用于高技術陶瓷、陶瓷釉料、微電子及信息材料、塑料、橡膠及復合材料填料、潤滑劑及高溫潤滑材料、精細磨料及研磨拋光機、造紙填料及涂料、高級耐火材料及保溫隔熱材料等高技術和新材料產業。

由于物料粉碎至微米級及亞微米級，與粗料或細粉相比，超細粉碎產品的比表面積和比表面能顯著增大，因而在超細粉碎過程中，隨著粒度的減小，顆粒相互團聚（形成二次顆粒或三次顆粒）的趨勢逐漸增強，在一定的粉碎條件和粉碎環境下，經過一定的粉碎時間后，超細粉碎作業處于粉碎-團聚的動態平衡過程，在這種情況下，微細物料的粉碎速度趨于緩慢，即使延長粉碎時間（繼續施加機械應力），物料的粒度也不再減小，甚至出現“變粗”的趨勢。這是超細粉碎過程最主要的特點之一。超細粉碎過程出現這種粉碎-團聚平衡時的物料粒度稱為物料的“粉碎極限”。當然，物料的粉碎極限是相對的，它與機械力的施加方式（或粉碎機械的種類）和效率、粉碎方式、粉碎工藝、粉碎環境等因素有關。一般來說，在相同的粉碎功條件下，不同種類物料的粉碎極限也是不相同的。為了提高超細粉碎效率和降低粉碎極限，一般要在粉碎加工，特別是濕式超細粉碎中加入助磨劑或分散劑。因此，如何使用助磨劑和分散劑也是超細粉碎的重要技術之一。

超細粉碎過程不僅僅是粒度減小的過程，同時還伴隨著被粉碎物料晶體結構和物理化學性質的變化。這種變化對相對較粗的粉碎過程來說是微不足道的，但對于超細粉碎過程來說，由于粉碎時間較長、粉碎強度較大以及物料粒度被粉碎至微米級或亞微米級，這些變化在某些粉碎工藝和條件下顯著出現。這種因機械超細粉碎作用導致的被粉碎物料結構和物理化學性質的變化稱為粉碎過程機械化學效應。這種機械化學效應對被粉碎物料的應用性能產生一定程度的影響，正廣泛地應用于超細材料的表面活化處理。

由于粒度微細，傳統的粒度分析方法——篩分分析已不能滿足其要求。與篩分分析相對應的用“目數”來表示產品細度的單位也不適用于表示超細粉體。這是因為通常測定粉體物料目數（即篩分分析）用的標準篩（如泰勒篩）最細只到400目（篩孔尺寸相當于38μm），不可能用來測定超細粉體的粒度大小和粒度分布。現今超細粉體的粒度測定廣泛采用現代科學儀器和測試方法，如電子顯微鏡、激光粒度分析儀、庫爾特計數器、圖像分析儀、重力及離心沉淀儀以及比表面積測定儀等。測定結果用“μm”（粒度）或“m²/g”（比表面積）為單位表示。其細度一般用小于某一粒度（μm）的累積百分含量d_y=xμm表示（式中，x表示粒度大小；y表示被測粉料的比表面積）。對于超細粉體的粒度分布也可用列表法、直方圖、累計粒度分布圖等表示。

目前工業上所采用的超細粉碎方法主要是機械力方法。超細粉碎設備的主要類型有氣流磨、高速機械沖擊磨、輥（滾）磨機、勻漿機、膠體磨等。其中氣流磨、高速機械沖擊磨、旋磨機、輥（滾）磨機等為干式超細粉碎設備，研磨剝片機、砂磨機、勻漿機、膠體磨等為濕式粉碎機。攪拌球磨機、振動球磨機、旋轉筒式球磨機、行星式球磨機等，既可以用于干式，也可以用于濕式超細粉碎。表1-6為上述各類超細粉碎設備的粉碎原理、給料粒度、產品細度及應用范圍。

氣流磨是主要的超細粉碎設備之一，特別是粉碎產品粒度細、純度要求高和附加值較大的物料時。依靠內分級功能和借助外置分級裝置，工業規模的氣流磨機最細可加工d₉₇=3～5μm的粉體產品，產量從每小時幾十千克到幾噸。在國內超細粉碎設備廠商中，氣流磨機的生產廠家最多。目前氣流磨機主要有扁平（圓盤）式、循環管式、靶式、對噴式、流化床逆向射式等幾種機型，數十余種規格。這些氣流磨廣泛用于滑石、石墨、硅灰石、鋯英石、高嶺土、重晶石等非金屬礦物的超細粉碎加工。國產氣流磨在消化吸收國外設備的基礎上也有所創新，尤其是在靶式氣流磨、流化床式氣流磨以及提高扁平式氣流磨的耐磨性等方面有一些發明專利和實用新型專利。國產氣流磨的不足之處是缺少小時產量達到數噸以上的大型設備，因此，用于粉碎大宗的單位產品附加值較低的非金屬礦粉體產品時，單位產品能耗（比能耗）較高。

機械沖擊式超細磨機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物的超細粉碎加工，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，產量從每小時幾百千克到幾噸。

介質超細研磨機包括攪拌球磨機、振動球磨機、旋轉筒式球磨機、行星式球磨機和研磨剝片機、塔式磨、砂磨機等幾種類型。根據攪拌機構不同，國產攪拌球磨機有軸棒式、穿孔圓盤式、螺旋式及棒盤復合式等幾種機型。這種攪拌球磨機已廣泛用于高嶺土、重質碳酸鈣、云母、滑石、各種磨料、涂料顏料等的生產。其中濕式攪拌磨的產品細度可達d₉₀=2μm左右，配置分級機干式攪拌磨的產品細度可達d₉₇=5μm左右。振動球磨機廣泛應用于石墨、滑石、高嶺土、重晶石、方解石、石灰石等非金屬礦的細磨和超細磨。用于超細粉碎的旋轉筒式球磨機的結構特點是磨機的徑長比較大，使用球或鋼段作研磨介質，研磨產品的粒度一般分布較寬，在生產中常與分級機構成閉路粉碎作業，這種球磨機-分級機干式閉路作業應用于超細重質碳酸鈣的生產，給料粒度不大于5mm，產品細度可達d₉₇=5～10μm。該球磨機-分級機干式閉路作業的特點是循環負荷量大。研磨剝片機采用多級串聯配置、連續濕式研磨方式，產品細度可達d₉₅=2μm左右，自1994年以來，累計已有上百臺在煤系高嶺土和重質碳酸鈣的濕法超細粉碎生產線中使用。國產CTM型塔式磨機，采用特殊的天然卵石作研磨介質，連續生產，這種配置分級機的塔式干磨機已經應用于水泥、滑石、膨潤土等的生產，產品細度可達d₉₇=10μm左右。磨砂機主要有臥式和立式兩種機型，產品細度可達d₉₇=2μm左右，主要用于顏料、染料以及重質碳酸鈣、高嶺土等的超細粉碎和分散。

旋（颶）風自磨機是一種新型干式細粉碎和超細粉碎設備。它利用特殊設計的高速回轉裝置產生高頻脈動旋轉氣流場，使加入粉碎機內的顆粒物料互相沖擊、摩擦、剪切或切削實現粉碎。這種粉碎機適用于石灰石、方解石、大理巖、滑石、硅灰石、高嶺土、重晶石、石英、長石、爐渣等物料的粉碎，給料粒度不大于30mm，產品細度可在d₉₇=10～40μm（400～1250目）之間不停機地進行調節。

高壓射流式粉碎機或超細剝片均化機是一種利用高壓（20～60MPa）射流的強大沖擊力和壓力忽然降低的穴蝕效應使物料因沖擊和爆裂作用而被粉碎的一類濕法粉碎設備。這種設備已在云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解聚等中得到應用，依給料粒度的不同，一次粉碎的產品細度最細可達到d₉₇=10～45μm。

膠體磨主要用于膠體石墨等的加工。

1.2.4.1　攪拌磨

攪拌磨球機（簡稱攪拌磨）是指由一個靜止的內填研磨介質的筒體和一個旋轉攪拌器構成的一類超細研磨設備。攪拌球磨機的筒體一般制作成待冷卻夾套，研磨物料時，冷卻夾套內可通過冷卻水或其他冷卻介質，以控制研磨時的溫升。研磨桶內壁可根據不同研磨要求鑲襯不同的材料或安裝固定棒和制作成不同的形狀，以增加研磨作用。攪拌器是攪拌球磨機最重要的部件，主要有軸棒式、圓盤式、穿孔圓盤式、圓柱式、圓環式、螺旋式等。連續研磨時或研磨后，研磨介質和研磨產品（料漿）要用分離裝置分離。這種介質分離裝置種類很多，目前常用的是圓筒篩，篩孔尺寸一般為50～1500μm。

攪拌球磨機主要通過攪拌機攪動研磨介質產生不規則運動，對物料施加撞擊或沖擊、剪切、摩擦等作用使物料粉碎。超細研磨時，攪拌球磨機一般使用平均粒徑小于6mm的球形介質。研磨介質的直徑對研磨效率和產品粒徑有直接影響。此外，研磨介質的密度（材質）及硬度也是影響攪拌球磨機研磨效果的重要因素之一。常用的研磨介質有氧化鋯、氧化鋁或剛玉珠、鋼球（珠）、玻璃珠、天然砂等。

攪拌磨根據作業方式分為間歇式、循環式和連續式；按工藝可分為干式攪拌研磨機和濕式攪拌研磨機；按攪拌器的不同還可分為棒式、圓盤式和螺旋或塔式。

（1）間歇式攪拌磨　如圖1-45所示為間歇式ZJM型攪拌球磨機的結構和工作示意圖。ZJM型攪拌球磨機的結構包括電機、減速機、機架、攪拌軸、磨筒、攪拌臂、配電系統、渦輪副系統等部分。工作原理：在主電機動力驅動下，攪拌軸帶動攪拌臂高速運動，致使磨筒內的介質球與被磨物料做無規則運動；介質球和物料之間發生互相撞擊、剪切和摩擦，從而實現對物料的超細粉磨。其研磨作用主要發生在研磨介質與物料之間。

（2）連續式攪拌磨　連續式攪拌磨根據結構形式可分為立式和臥式兩種，根據作業方式可分為干法和濕法。如圖1-46所示為WPM型立式濕法連續攪拌磨的結構及CYM5000型大型濕法攪拌磨的外形。

與間歇式攪拌磨相比，其結構特點是研磨筒體高而且在研磨筒內壁上安裝有固定臂。立式連續攪拌磨多采用圓盤式攪拌器。其工作過程是料漿從下部給料口泵壓給入，在高速攪動的研磨介質的摩擦、剪切和沖擊作用下，物料被粉碎。粉碎后的細顆粒料漿經過溢流口從上部的給料口排出。物料在研磨室的停留時間通過給料速度來控制。給料速度越慢，停留時間越長，產品粒度就越細。

如圖1-47所示為DM型臥式濕法連續攪拌磨的結構。這種攪拌磨的結構特點，一是獨特的盤式攪拌器消除了磨機在運轉時的抖動并使研磨介質沿整個研磨室均勻分布，從而提高了研磨效率；二是采用動力介質分離篩消除了介質對篩的堵塞及篩面磨損。

（3）螺旋攪拌磨和塔式磨　如圖1-48所示為塔式磨的結構與工作原理及JM型螺旋攪拌磨的外形。螺旋攪拌磨與塔式磨的結構相似，主要由機體、攪拌螺旋、驅動裝置和塔內研磨介質四部分組成。機體為一個焊接筒體，內壁附有保護襯里，筒體上開有能安裝整個攪拌螺旋的大門，便于攪拌機的維護和對攪拌介質的更換。攪拌螺旋一般由螺旋體、螺旋體上的抗磨襯面及底邊螺旋葉片組成。有些攪拌螺旋也可以將耐磨材料整體焊在螺旋體上。驅動裝置包括電機、減速機、攪拌螺旋支承系統等。對有特殊要求的塔式磨還包括輔助啟動系統等。塔內介質包括粉碎介質和粉碎產品輸送介質。粉碎介質一般為耐磨鋼球，球徑較臥式球磨機用球小，也可以使用玻璃球、陶瓷球。對于有特殊純度要求的使用場合，粉碎介質還可以是比被粉碎物粒度尺寸稍大的粉碎物原料。粉碎產品輸送介質有干式和濕式之分，因此塔式磨分為干式塔式磨和濕式塔式磨。干式塔式磨內輸送介質一般為空氣，對易氧化的物料可采用保護氣體。濕式塔式磨內輸送介質一般為水，也可以是油或其他液體。

塔式磨的工作原理如下：在低速旋轉的攪拌螺旋運轉過程中，由于離心力、重力、摩擦力的作用造成粉碎介質與物料實現有序方式的運動循環和宏觀上的受力基本平衡，在攪拌螺旋內為小于提升速度的物料螺旋式上升，在內襯與螺旋外緣間物料為螺旋式下降。然后，在微觀上由于其受力不均勻性形成動態的運動速差、受力變化，造成物料被強力擠壓、研磨以及物料之間的受力折斷、微剪切、劈碎等綜合作用。合格細度物料的輸送則是隨輸送介質上升，其運動過程如圖1-48（a）細箭頭所示，進行內部分級后從塔式磨機體上部自由流出。

立式螺旋攪拌磨主要由筒體、螺旋攪拌器、傳動裝置和機架等組成。磨機筒體固定不動，筒體高度影響研磨介質作用在粉體顆粒上的正壓力。立式螺旋攪拌磨具有較高的筒體高度，筒體沿垂直方向分為兩段。筒體設置有給料孔、卸料孔及排球口。筒體內襯板、內襯可用聚氨酯、合金鋼或工程陶瓷等材料制成。螺旋攪拌器是關鍵部件，立式螺旋攪拌磨采用了新型的組裝結構螺旋攪拌器，螺旋體可采用合金鋼、不銹鋼或聚氨酯等材料制作。傳動系統必須滿足主軸旋轉速度和傳動方向的要求。立式螺旋攪拌磨旋轉效率較高、傳動比較大，體積較小的擺線針輪減速機帶動主軸旋轉。

1.2.4.2　振動磨

振動磨是利用研磨介質（球狀和棒狀）在高頻振動的筒體內對物料進行沖擊、摩擦、剪切等作用，使物料粉碎的細磨和超細磨設備。振動磨按其振動特點分為慣性式、偏旋式；按筒體數目分為單筒式和多筒式；按操作方式又可分為間歇式和連續式。振動磨既可用于干式粉碎，也可用于濕式粉碎。通過調節振動的振幅、振動頻率、介質類型和介質尺寸可加工不同物料，包括高硬度物料和各種細度的產品。產品的平均粒度可達到1μm左右。用于細磨的振動磨機在上小節中已進行了介紹，本部分主要介紹幾種在工業上應用的超細振動磨。

（1）MZ型超細振動磨　MZ型超細振動研磨機有單筒和雙筒兩種機型，雙筒振動磨的結構如圖1-49所示。MZ單筒超細振動磨除了少一個磨管外，基本結構與雙筒振動磨相似，主要由激振器、磨管、空氣彈簧、底盤等構成，如圖1-50所示。工作原理：MZ型超細振動磨是一個無限自由度的彈性結構，由空氣彈簧所支承。磨機的振源是兩端的激振器，由兩端的電機驅動激振器的振子高速轉動，產生交叉方向的激振力，兩端對稱的激振力激發磨筒以同樣頻率圍繞筒體中心軸作強迫振動，磨筒又將振動能量傳遞給研磨介質，大量研磨介質相互撞擊、摩擦、剪切，使被磨物料粉碎。

（2）MZD型超細振動磨　MZD系列單筒式振動磨主要由筒體、激振器、機架、復合彈簧、撓性聯軸節、電動機等部分組成，如圖1-51所示。工作原理：電動機通過輪胎式撓性聯軸器帶動激振器內的偏心塊旋轉，產生周期性的激振力，使支承于減振彈簧上的筒體產生高頻振動，磨機內的介質首先產生強烈的拋射運動，將粗粒物料粉碎；同時研磨介質的高速自轉和慢速公轉對物料產生均勻的研磨作用；進入筒體內的物料在磨介的沖擊和研磨作用下被粉碎，并隨著物料的平衡逐漸向排料口運動，最后從排料口排出。筒體內襯為耐磨非金屬瓷襯，磨襯采用環氧樹脂與筒體駁接，筒體兩端各設進、出料口，采用法蘭與外部設備相連。激振器由滾動軸承和主副偏心塊組成，軸承采用稀油潤滑。在第一次使用時必須加入足量的潤滑油，油面應不低于軸承滾子高度的1/30。主副偏心塊之間的夾角可在0°～90°范圍內根據需要調整，當夾角為零時，激振力最大，磨機的振動也最大，對物料的研磨作用也最強。每個激振器有兩個風扇，主要用于對激振器的冷卻，防止軸承溫度過高。撓性聯軸節主要由撓性片、法蘭、壓板、螺栓等組成。主振裝置主要由4個復合彈簧和一組配重組成。復合彈簧分別布置在每個筒體下方，并與基礎和激振器相連，共同組成一個高頻振動系統。同時4個復合彈簧又對基礎起減振作用以降低基礎負荷。

（3）CD型振動磨　如圖1-52所示為CD型振動研磨機的外形。這種雙筒振動磨的結構與前述振動磨基本相同，主要由筒體、激振器、機架、彈簧、撓性聯軸節、電動機等部分組成。這種振動磨的特點是：①研磨筒可以方便地從機架上移開，因此更換容易，同時，筒體可以旋轉90°～120°，因此可以避免筒體內襯的局部磨損；②全部采用油脂潤滑，且可以在設備運轉過程中添加；③振動裝置（軸承盒、軸承、軸、軸承蓋）安裝在機架的左右兩邊，更換軸承較方便。工作原理：裝有研磨介質和待磨物料的振動磨筒體在傳動軸的帶動下做圓振動。當振動頻率不高時，每一個研磨介質僅靠近某一個中間位置做有限的運動。隨著振動頻率的增大，研磨介質的起落沖擊呈放射狀拋射，并在機壁上回轉滑動，圍繞磨筒中心運動。這樣磨筒中的研磨介質就獲得了3種運動：強烈拋射對粗粒物料的沖擊作用；高速同向自轉對物料的研磨作用；慢速公轉對物料的均化作用。物料從入料倉端進入后不斷被沖擊和研磨，并以螺旋狀軌跡運動至排料端排出。這種振動磨既可以用于干磨，也可以用于濕磨。

（4）其他類型振動磨　20世紀80年代以來，在傳統單筒、多筒式振動磨機的基礎上，振動球磨機在能量利用及開發新機型等方面有了較大發展。德國柏林工業大學在研究管式振動磨內動力學和運動學的基礎上，研制了一種新型管式振動磨——旋轉腔式振動磨，這種振動磨與常規管式振動磨相比較，處理量提高0.5～1.0倍，單位能耗降低20％～40％。

旋轉腔的原理：基于一個自由運動的腔，其內充填有研磨介質，它位于管式振動磨內并與研磨介質一起旋轉（圖1-53）。

葉輪旋轉會產生兩種作用：一方面可以使被研磨的物料得以均勻分布；另一方面可以把沖擊強度由圓振動的管壁幾乎不衰減地傳遞到圓筒中心，這個中心一般被認為是低能區。由于采用了這樣的原理，與管式振動磨相比，其顯著特點是提高了能量利用率，消除了內襯及研磨介質的不均勻磨損，并使產品粒度分布較均勻。

如圖1-54所示為結構較新穎的ZMF型內分級式振動磨。這種振動磨采用獨特的環形粉碎腔，并將粉碎和分級集于一身，因而便于控制產品細度和粒度分布。由于介質充填率高達80％～90％以及獨特的三元回轉（垂直翻滾和水平圓周）運動，因而介質對物料的作用強度大，能量利用率較高。

將其他粉碎原理與振動磨粉碎原理相結合開發新的機型是振動球磨機的另一項新發展。如圖1-55所示為Vibro-Energy研磨機。它通過設置于研磨室下部的電機驅動可調節的偏心重塊產生水平振動。這種振動磨的振幅較管式振動磨小，一般為1～2mm；振動頻率為17～24.33Hz；介質充填率為60％～80％；研磨產品細度可達5μm以下。這種振動磨采用環筒形磨腔。其激振軸和環式磨腔采用垂直布置方式，機體在空間作三維高頻振動。介質在整個空間內的能量分布均勻，從而改善了能量利用，提高了粉磨效率。

中國專利CN2075546 U公開了一種將旋轉筒式球磨原理與振動研磨原理相結合的轉筒振動磨機，這種磨機的結構如圖1-56所示。這種振動磨機由驅動裝置、轉筒機構和振動執行機構組成。其中振動執行機構由回轉軸、偏心激振器、振動機架、支承彈簧和定位彈簧構成。回轉軸、傳動齒輪及轉筒均安裝在振動機架上，振動機架置于支承彈簧上，構成一個可振動的框架。該磨機在轉動情況下振動，實現高頻沖擊——離心研磨，因而具有粉碎速度快、能耗低、效率較高等特點，可用于精細陶瓷原料、化工原料、顏料、非金屬礦物等的超細粉碎加工。

1.2.4.3　輥磨機

如圖1-57所示為離心環輥磨的結構與工作原理及HLM型和CYM型環輥磨的外形。該機主要由機體、主軸、甩料盤、磨環、磨環支架、磨圈、分流環、分級輪等構成。

工作原理如下：固定在磨環支架上的磨環與銷軸之間有較大的間隙，當磨環支架隨主軸轉動時，磨環作公轉，受離心力的作用甩向磨圈并壓緊磨圈，同時以銷軸為中心作自轉。物料由螺旋加料器從磨環支架上方加入，被高速旋轉的磨環支架甩入支架與磨圈的縫隙中，受到轉動磨環的沖擊、擠壓、研磨而被粉碎。粉碎后的物料落到甩料盤上，甩料盤與主軸同轉，將物料甩向磨圈與機體之間的縫隙中，受到系統中風機抽風產生的負壓作用而沿縫隙上升進入機體上部，沿分流環進入分級室進行分級，合格的細粉通過分級輪進入收集系統，粗粉被甩向分級環內壁，落入粉碎室重新進行粉碎。這種滾磨機的特點是磨環有單層或多層分布的結構形式，每一層中的磨環數量隨機型大小而異。磨圈與磨環接觸的工作面有直面或曲面，由于磨環數量多，又呈多層分布，物料被粉碎的機會多。

如圖1-58所示為CZJ型自磨型超微粉碎機。該機由機架、機體、粉碎裝置、分級裝置、加料裝置、傳動裝置、翻轉裝置和主電機等組成。CZJ型自磨型超微粉碎機主要由粉碎箱體和磨輪組成。粉碎室內有一個由電機帶動的旋轉主軸，圍繞主軸帶有多個輔助軸，輔助軸上套有磨輪，當主軸旋轉時，輔助軸隨之旋轉，輔助軸上的磨輪既隨著主軸進行公轉，同時又圍繞各種輔助軸自轉。在磨輪公轉和自轉的過程中，磨輪產生強大的離心力，與粉碎室內磨壁發生強烈的輥碾作用，被粉碎的物料在離心力及磨輪旋轉力場帶動下，進入磨壁與磨輪之間，在強大的擠壓力和研磨力作用下物料被粉碎。由于物料受到不斷的反復擠壓作用而被超細化。粉碎后的物料在從進入管進入的上升氣流作用下輸送到上部的超微分級機進行分級，合格的細粉經排料口排出后被收集裝置收集，粗料再次進入粉碎室進行粉碎。

如圖1-59所示為VRM-L型滾輪磨的外形，主要由輥輪、磨盤、導流裝置、內部循環系統及自動控制系統構成。其工作原理如下：物料在離心力的作用下進入磨盤與滾輪之間，受到帶有很高液壓氣動壓力的滾輪的碾磨作用；碾磨后的物料通過碾磨區后受到空氣流的初步分散和分級作用，隨著上升區內空氣流動區域截面積的擴大，空氣的流速下降，粗顆粒因此返回磨盤內繼續碾磨，其他粉體則進入裝有3～6個分級輪的分級機內進一步分級，分出的粗顆粒回到碾磨區，合格細粉隨氣流排出機外被收集。物料在磨機內的循環流動和與機內高速空氣流的接觸使其同時具有干燥物料的作用。

1.2.4.4　膠體磨

膠體磨是利用一對固定磨體（定子）和高速旋轉磨體（轉子）的相對運動產生強烈的剪切、摩擦、沖擊等作用力，使被處理的物料通過兩磨體之間的間隙，在上述諸力及高頻振動的作用下，被有效地粉碎和分散。

國產膠體磨主要有JM系列型號，有直立式、傍立式和臥式三種機型。

JM系列膠體磨的外形如圖1-60所示，其結構主要由定子、轉子、刻度盤、電機、給料斗和排料口等構成。

其結構特點：適用濕式流體物料的精細加工、分散、乳化混合，經過一次或多次循環加工，可使物料達到2～50μm的粒子；主要工作部件定子、轉子采用優質耐磨材料和特種工藝加工而成，通過調整環對定子、轉子間隙進行微量調整。機器上配合刻度盤，易于控制，有效地保證了所加工物料的質量；可根據用戶的物料性質，選擇相應的定子、轉子材質及齒形；結構簡單，拆卸方便，易于清洗，除定子、轉子正常工作具有一定磨損外，其他零部件一般不會損壞；用戶有特殊要求，如需密閉加工物料，可提供進料循環管式連接；工作時，噪聲低于75dB，無振動；可根據物料要求，配置冷卻或加熱系統；配有物料循環加工裝置和強制進料裝置。

工作原理：膠體磨通過不同齒形的定子與調整旋轉轉子相對運動使被加工物料在自重、離心力等復合力的作用下，通過其可變環狀間隙，受到強大剪切力、撞擊力和高頻振動，使物料有效地分散粉碎、乳化、混合。

JM系列膠體磨的結構如圖1-61所示，主要由進料斗、蓋盤、調節套、轉齒、定齒、甩輪、出料斗、磨座、甩油盤、電機座、電機罩、接線盒罩、方向牌、刻度板、手柄等構成。傳統立式膠體磨，由特制長軸電機直接帶動轉齒，與由底座調節盤支承的定齒相對運動而工作。磨齒一般為高硬度、高耐磨性耐酸堿材料，根據不同需要，可選擇相應的磨頭以達到理想的加工效果。依靠一對錐形的轉齒和定齒做相對運動使被加工物料受到強大剪切力、摩擦力、離心力和高頻振動，達到使物料粉碎、乳化、均質和分散的目的。

1.2.4.5　砂磨機

砂磨機是另一種形式的攪拌磨礦機。因最初使用天然砂和玻璃珠做研磨介質而得名。砂磨機可分為敞開型和密閉型兩類，每種又可分為立式和臥式兩種。

（1）立式砂磨機　如圖1-62所示為DCP-SUPERFLOW型立式砂磨機（德萊士公司）結構及工作原理示意圖。該機主要由筒體、轉子、定子殼、研磨腔、出料以及冷卻、動力裝置等構成。轉子垂直放置在筒體內，筒體在頂部通過機械密封密閉。外部轉子表面裝有大量的攪拌棒釘。上半部轉子有槽狀的開口，定子殼由外層定子、定子底壁和內層定子組成。外層研磨腔內水平排列著定子棒釘，內層定子的棒釘螺旋排列。內層定子上方有一個面積很大的保護篩網與中央排料管連接。研磨腔中轉子及其外部、內部工作表面位于定子中間，使研磨腔的內外層銜接良好。保護篩網位于研磨腔上端。研磨腔內充滿直徑為200μm～1.5mm的磨珠。

研磨腔裝滿物料時，保護篩網始終在裝料線的上方。由于給料泵的壓力，物料在內層研磨腔上方因離心力與磨球分離后反方向進入研磨機中心，物料首先通過安裝在內層定子上的筒狀保護篩網，然后向下由中央的排料管排出。工作原理：磨珠在外層研磨腔轉子與定子棒釘之間，以及內層研磨腔的定子棒釘和內層轉子表面之間流動。需要研磨或分散的物料從磨機上端均勻地進入外層轉子。物料首先向下流入外層研磨腔，磨珠由轉子和定子棒釘運動產生能量帶動物料，然后沿軸向由定子下端流入內層研磨腔，內層轉子的光滑表面和垂直螺旋狀排列的定子棒釘產生強烈的擾動。

由于密度和尺寸的差異，磨珠由于離心力的作用通過開口進入外層研磨腔的進口區域。新加入的物料帶動磨珠向下流入研磨腔。如此，磨珠在外層研磨腔之間實現再循環。整套排料管和保護篩網可以很容易地從內層定子上拆下。由于保護篩網在磨珠進口的上方，沒有必要在拆下篩網前放出磨珠。

如圖1-63所示為HPM320型立式砂磨機的結構示意圖。其結構主要由進料系統、研磨筒、研磨盤、傳動系統和電控系統等組成。工作時研磨筒內大部分裝填研磨介質，介質是由陶瓷或特殊材料制成的粒徑不等的球形顆粒。物料從立式倉筒的底部加入，與研磨介質混合。攪拌軸由傳動系統驅動，以適當的轉速攪拌物料與介質的混合物，由于研磨介質之間的摩擦和碰撞作用，物料得到研磨，經過一定的停留時間，得到粒度分布符合要求的漿料。該機整體采用模塊化設計，筒體為可拆分結構，主機和進料系統采用變頻控制。

（2）臥式砂磨機　密閉臥式砂磨機的結構示意圖如圖1-64所示，主要由研磨容器、分散器、分離器及攪拌軸密封器等部分組成。研磨容器包括冷卻夾套和不銹鋼制的圓筒式容器；分散器由分散圓盤或分散棒裝在攪拌軸上組成，依靠三角皮帶傳動進行高速旋轉；分離器為伸入式圓筒形篩網或無網型動態分離器，用于分離漿料和研磨介質。

密閉臥式砂磨機的特點：研磨介質的充填率高，研磨容器能充分利用，研磨介質的能量密度大，剪切作用力較強，比一般敞開型砂磨機和立式砂磨機研磨效率高，單位產品能耗低；因研磨容器密閉，故可在加壓下操作，可以研磨高濃度漿料，也能適用于高觸變性、低流動性漿料；能避免溶劑的揮發和氣化的損失，因此適合于研磨有機溶劑和有毒性漿料；由于空氣不能進入容器內，在分散器高速攪拌下，溶劑不易發泡；停車放置后，篩網和容器不易結皮，可減輕清理工作。

如圖1-65所示為LME型耐馳圓盤臥式砂磨機。LME型砂磨機的研磨盤常見有偏心、三偏心或圓形結構；分離系統采用“轉子/縫隙筒”動態離心分離器，在砂磨機運行過程中，空心轉子和主軸一起旋轉，研磨介質在離心力的作用下甩出空心轉子，位于空心轉子內的分離器幾乎不受磨損，過流面積大，分離效果好；密封采用帶強制冷卻液的機械密封組件，密封效果好，運行可靠；砂磨機筒體帶有滑軌，便于維修。

1.2.4.6　氣流磨

氣流磨又稱噴射磨或能流磨，是利用高速氣流（300～500m/s）或過熱蒸汽（300～400℃）的能量對固體物料進行超細粉碎的機器設備。氣流磨是最常用的超細粉碎設備之一，廣泛應用于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。除了產品粒度細之外，氣流粉碎的產品還具有粒度分布較窄、顆粒表面光滑、顆粒形狀規則、純度高、活性大等特點。

工業型氣流磨自20世紀40年代問世以來，發展很快，機型已由最初的水平圓盤式（扁平式）發展到循環管式、對噴式、塔靶式和流化床式等多種類型及10余種規格。這些氣流粉碎機廣泛用于滑石、石墨、硅灰石、鋯英石、高嶺土、重晶石等非金屬礦的超細粉碎加工。

（1）水平圓盤式氣流磨　平圓盤式氣流磨，又稱為扁平式氣流粉碎機，是工業上應用最早的氣流粉碎設備，國外商品名稱為Micronizer。如圖1-66所示，這種氣流粉碎機主要由進料系統、進氣系統、粉碎、分級及出料系統等組成。由座圈和上下蓋用C形快卸夾頭緊固，形成一個空間即為粉碎-分級室（靠近座圈內壁為粉碎區域，靠近中心管為分級區域）。介質（壓縮空氣、過熱蒸汽或其他惰性氣體）由進料噴氣口進入座圈外側的配氣管。介質在自身壓強作用下，通過切向配置在座圈四周的數個噴嘴（超音速拉瓦爾噴嘴或音速噴嘴）產生高速噴射流與進入粉碎室內的物料碰撞。一般在上、下蓋及座圈內壁安裝有不同材質制成的內襯以滿足不同物料粉碎的需要。由料斗、加料噴嘴和文丘里管組成的加料噴射器作為加料裝置。料斗中的物料加料噴嘴射出來的噴氣流引射到文丘里管，在文丘里管中物料和氣流混合并增壓后進入粉碎室。已粉碎的物料被氣流帶到中心阻管處并越過阻管軸向進入中心排氣管，向上（或向下）進入捕集裝置。

氣流磨工作原理：氣流磨以沖擊粉碎為主，同時進行磨碎和剪碎，并帶有自分級功能。由于各噴嘴的傾角都是相等的，所以各噴氣流的軸線切于一個假象的圓周，這個圓周稱為分級圓。整個粉碎-分級室被分級圓分成兩部分，分級圓外側到座圈內側之間為粉碎區，內側到中心排氣管之間為分級區。在粉碎區內物料受到噴嘴出口處噴氣流極高速度的沖擊，具有一定速度的顆粒互相沖擊碰撞，到達粉碎的目的。

在粉碎機內的介質噴氣流既是粉碎的動力，又是分級的動力。被粉碎物料由主旋流帶入分級區，以層流的形式運動而進行分級。大于分級粒徑的顆粒返回粉碎區繼續粉碎，而小于分級粒徑的顆粒隨氣流進入中心排氣管排出機外。

（2）循環管式氣流磨　如圖1-67所示為循環管式氣流磨的外形及結構與工作原理示意圖。循環管式氣流磨主要由機體、機蓋、氣體分配管、粉碎噴嘴、加料系統、連接不銹鋼軟管、接頭、分級導葉、混合室、加料噴嘴、文丘里管等組成。壓力氣體通過加料噴射器產生的高速射流使加料混合室內形成負壓，將粉體原料吸入混合室并被射流送入粉碎腔。粉碎、分級主體為梯形截面的變直徑、變曲率“O”形環道，在環道的下端有數個噴嘴有角度地向環道內噴射高速射流的粉碎腔，在高速射流的作用下，使加料系統送入的顆粒產生激烈的碰撞、摩擦、剪切、壓縮等作用，使粉碎過程在瞬間完成。被粉碎的粉體隨氣流在環道內流動，其中的粗顆粒，由于離心力和慣性力的作用在環道上端的分級腔中被分離，經下降管返回粉碎腔繼續粉碎，細顆粒隨氣流與環道氣流成130°夾角逆向流出環道。流出環道的氣固兩相流在出粉碎機前以很高的速度進入一個蝸殼，形成分級室，進行第二次分級，較粗的顆粒在離心力作用下分離出來，返回粉碎腔；細顆粒隨氣流通過分級室中心出料孔排出粉碎機，進入捕集系統進行氣固分離。

循環管式氣流粉碎機的主要粉碎部位是加料噴射器和粉碎腔。加料口下來的原料受到加速噴射器出來的高強氣流沖擊使粒子不斷加速，由于粒子粗細不均，造成在氣流中運動速度不同，因而使粒子在混合室與前方粒子沖撞造成粉碎，這部分主要是對較大顆粒進行粉碎。粉碎腔是整個粉碎機的主要粉碎部位。氣流在噴射口以高的速度向粉碎室噴射，使射流區域的粒子激烈碰撞造成粉碎。在兩個噴嘴射流交叉處也對粉體沖擊形成粉碎作用；此處漩渦中每一高速流周圍產生低壓區域，形成很強的漩渦，粉末在漩渦中運動速度非常快，相互激烈摩擦造成粉碎。

（3）流化床逆向噴射氣流磨　如圖1-68所示是兩種不同給料方式的流化床逆向噴射氣流磨的結構及工作原理示意圖。工作時，物料通過星形閥給入料倉，螺桿加料器將物料送入粉碎室（或如圖1-69所示直接給入粉碎室內），壓縮空氣通過粉碎噴嘴急劇膨脹，加速產生的超音速噴射流在粉碎室下部形成向心逆噴射流場，在壓差的作用下使磨室底部的物料流態化，被加速的物料在噴射嘴的交匯點匯合，產生劇烈的沖擊、碰撞、摩擦而粉碎，經粉碎的物料隨上升的氣流一起運動到粉碎室上部的一定高度，粗顆粒在重力的作用下，沿磨室壁面回落到磨室下部，細粉隨氣流一起運動到上部的渦輪分級機，在高速渦輪產生的流場內，粗顆粒在離心機作用下被拋向筒壁附近，并隨失速粗粉一起回落到磨室下部再進行粉碎，而符合細度要求的微粉則通過分級片流道，經排氣管輸送至旋風分離器作為產品收集，少量微粉由袋式捕集器作進一步氣固分離，凈化空氣由引風機排出機外。連接管可使料倉與粉碎室的壓力保持一致。料倉上、下料位由精密料位傳感器自動控制星形閥給料，粉碎室料位由分級機上動態電流變速器自動控制螺桿加料器加料速度，使粉碎室始終處于最佳狀態。

在渦輪分級機與排氣管間的運動間隙處設計了特別的氣封結構，粗顆粒不會經間隙混入微粉中，從而保證了產品粒度完全由渦輪的轉速進行控制，而渦輪的轉速由控制臺中的變速器控制，所以，產品的粒度可在最大限度內任意調節，確保了超微分級的精密性和準確性，同時在渦輪分級機傳動結構上設計了特殊的氣封隔離裝置，可靠地防止了微粉進入軸承，從而克服了高速軸承磨損問題。

流化床式氣流粉碎機的獨到之處在于其將傳統的氣流磨的線、面沖擊粉碎變為空間立體沖擊粉碎，并將對噴沖擊所產生的高速射流能利用于粉碎室的物料流動中，使磨室內產生類似于流化狀態的氣固粉碎和分級循環流動效果，提高了沖擊粉碎效率和能量利用率。將沖擊粉碎區和氣固流動帶置于粉碎室中部空間內，避免了磨室壁里受高速料流的沖擊而產生磨蝕作用，從而改善了噴射沖擊磨最嚴重的磨損問題。因此，流化床氣流磨除了可以粉碎傳統氣流磨所能粉碎的多種物料外，還特別適用于高硬物料和防污染物料的超細粉碎。

流化床式氣流粉碎機有單筒體和雙筒體兩種結構形式，單筒體物料由上筒體側面的斜溜管依靠物料的自重落入粉碎室［圖1-68（b）］，較適用于重物料。雙筒體實際上是在單筒體旁附加一個料斗，物料由料斗底部的螺旋加料器加入粉碎室［圖1-68（a）］，較適用于輕物料。該機也可在一個筒身上安裝多個分級葉輪，如圖1-69所示，以提高產品的細度或產量。流化床式氣流磨的噴嘴有多種形式，其中AFG型噴嘴為水平布置，AFG-R型在粉碎室底部增設了一個噴管，上面的噴管傾斜安裝，對不易流化的物料較適用。

（4）對噴式氣流磨　如圖1-70所示為Trost Jet Mill對噴式氣流磨的結構示意圖。該型氣流磨的粉碎部分采用對噴式氣流粉碎機結構，分級部分則采用扁平式氣流磨的結構。因此，它兼有對噴式和扁平式氣流磨的特點。被粉碎的物料隨氣流上升到分級室2，在這里氣流形成主旋流，使顆粒產生分級。粗顆粒處于分級室外圍，在氣流帶動下，返回粉碎室6進一步粉碎。細顆粒經由產品出口1排出粉碎機進行氣-固分離，成為合格產品。

如圖1-71所示為馬亞克型對噴式氣流磨的結構示意圖。物料經螺旋加料器5進入上升管9中，粗顆粒沿粗顆粒返回管10返回粉碎室8，在來自噴嘴6的兩股相對的噴氣流作用下，發生沖擊粉碎。粉碎后的物料被氣流帶入分級室進行分級。細顆粒通過分級轉子2后成為產品。在粉碎室中，已被粉碎的物料，從粉碎室底部的出口管進入上升管9中，出口管安設在粉碎室的底部，可以防止物料沉積后堵塞粉碎室。為了盡可能地把合格的細顆粒分離出去，在分級器下部經二次風入口11通入二次空氣。通過調節分級器內氣流的上升速度及分級轉子的轉速可以調節最終產品的細度。

對噴式氣流磨噴嘴和粉碎室的結構及工作原理示意圖如圖1-72所示。夾帶物料的兩股加速氣流在粉碎室內相向高速沖擊、碰撞，粉碎后的物料向上進入分級區分級。一般分級后的粗顆粒自行返回粉碎室與新噴入的加速運動顆粒進行沖擊、碰撞，進一步被粉碎。

（5）旋沖（氣旋）式氣流粉碎機　旋沖式氣流粉碎機是內部上方裝有分級結構的噴射式氣流粉碎機。其原理是通過螺旋加料器加入，依靠噴嘴噴射效應吸引向粉碎機內腔供料，通過噴嘴出口噴出的超音速氣流，原料在加速管部被加速成高速流，在沖擊面上受到沖撞（圖1-73）。

物料受到沖撞后在高速旋轉的氣流和物料本身相互摩擦等作用下達到微粉碎的目的。粉碎后的物料隨氣流上升到分級葉輪處進行分級，合格細粒物料排出機外，粗粒物料落下繼續循環粉碎。緩慢旋轉的圓環狀沖擊面由下部驅動，圓環的整個外面為沖擊面，所以局部的磨損和變形極少。該機為粉碎效率較高的沖擊面型的粉碎部和分級效率較高的分級部的組合構造，是一種集粉碎和分級于一體的內閉路粉碎系統。產品的粒度可通過分級葉輪的轉速進行調節。由于沖擊面結構為一個緩慢旋轉的環狀體，避免了局部磨損。物料沖擊面大而均勻，一般常用氧化鋁、超硬合金、耐磨合金等制造。

（6）靶式氣流磨　早期的靶式氣流粉碎機又稱為單噴式氣流磨。在這類氣流粉碎機中，物料的粉碎方式是顆粒與固定板（靶）進行沖擊碰撞。固定板（靶）一般用堅硬的耐磨材料制造并可以拆卸和更換。如圖1-74所示為QD400型塔靶式氣流磨的結構示意圖，它主要由料斗、噴射泵、塔靶及氣室、噴嘴、反射靶、分級室、分級機、變頻調速器及定容式風機等構成。其中塔靶置于多噴嘴對噴的中心部位，構成保持物料沸騰的粉碎室。物料在高速氣流的對噴及反射靶的沖擊力作用下被粉碎。粉碎后的物料經過分級室的慣性重力分離和上部的離心分級控制排料的細度。

1.2.4.7　高壓均質機

高壓均質機是利用高壓射流壓力下跌時的穴蝕效應，使物料因高速沖擊、爆裂和剪切等作用而被粉碎的超細粉碎設備。高壓均質機既有粉碎作用，也有均質作用。

高壓均質機的工作原理是通過高壓裝置加壓，使漿料處于高壓之中并產生均化，當礦漿到達細小的出口時，便以每秒數百米的線速度擠出，噴射在特制的靶體上，由于礦漿擠出時的互相摩擦剪切力，加上漿體擠出后壓力突然降低所產生的穴蝕效應，以及礦漿噴射在特制的靶體上所產生的強大沖擊力，使得物料沿層間解離或缺陷處爆裂，從而達到超細剝片的目的（圖1-75）。下面以CYB型高壓均質機為例介紹這種超細粉碎設備的結構、工作原理。CYB型高壓均質機中，物料的粉碎和分散是在均質閥里進行的。物料在高壓下進入調節間歇的閥件時，物料獲得極高的流速（200～300m/s），從而在均質閥里形成一個巨大的壓力下跌，在空穴效應、湍流和剪切的多種作用下將粗粒物料加工成微細的液狀分散物。

CYB型高壓均質機的結構如圖1-76所示，機器的均質系統分別由一級閥和二級閥組成，兩者的均質壓力可以在其額定的壓力范圍內任意選擇，兩者可同時使用，也可單獨使用。均質閥的結構有平型和W型兩種，平型閥能承受高壓沖擊，具有耐磨性好、使用壽命長等優點。W型閥是一種能在一級閥件內產生多次均質過程結構的閥，可提高均質效果。泵體閥的結構分球形閥和蝶形閥兩種，球形閥具有耐高壓、使用壽命長等優點，蝶形閥具有結構簡單、容積效率高等優點。

1.2.4.8　機械沖擊式超細磨

機械沖擊式超細磨機是指圍繞水平或垂直軸高速旋轉的回轉體（棒、錘、葉片等）對物料進行激烈的打擊、沖擊、剪切等作用，使其與器壁或固定體以及顆粒之間產生強烈的沖擊碰撞，從而使顆粒粉碎的超細粉碎設備。目前機械沖擊式超細粉碎機的機型有CM51A、CM53等型號的超細粉磨機、旋風式超細磨（LHJ型機械磨）、JCF型沖擊磨等。這些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物的超細粉碎。以下主要介紹CM51A、CM53等型號的超細粉磨機和JCF型沖擊磨。

（1）CM型超細粉磨機　CM51A及CM53型超細粉磨機的結構示意圖如圖1-77所示。該機主要由三部分組成：給料部分、粉碎部分和物料輸送部分。

①給料部分　采用雙螺旋給料機進行強制給料。通過調節螺旋的旋轉速度調整給料量，并可控制過粗顆粒進入粉磨機內。給料電機與主機之間設有自動控制系統。根據主機工作狀態，設計主電機工作電流上、下限，當主機電流超過上限時，給料機自動停止給料；當低于下限時給料機自動恢復給料。給料速度的調節是通過螺桿和變速皮帶輪進行無級調速。

②粉碎部分　有兩個粉碎室，每室各裝有兩排轉子，每排轉子上分別固定有可更換的錘頭。兩個粉碎室之間由可更換的擋料環隔開。更換不同內徑的擋料環，可調節磨機的處理能力和產品細度。各粉碎室內壁均裝有可更換的帶有細齒型的襯板，它與各排錘頭的間隙約為3mm。每室兩排錘頭之間各裝有4枚撞針，通過調整撞針偏心距來調節它與錘頭側面間隙的大小。

③物料輸送部分　在主風機產生負壓和細磨機主軸右端的風扇作用下，將已磨細的物料送入分級機內進行分級。合格的超細顆粒進入產品收集裝置，粗粒物料沿器壁落入返料筒，回到粉磨機再磨，或單獨作為產品。

（2）JCE型沖擊磨　如圖1-78所示為JCE型沖擊磨的結構示意圖。JCE型沖擊磨主要由加料器、粉碎部件、分級部件、機殼及底架、主電機等組成。工作時，原料由星形閥從設備上部加入，經過斜管進入分級室，在進料中已達到產品細度要求的粉料，從分級輪中排出機外，余下的物料進入粉碎室，受到沖擊錘的強烈沖擊；同時，在沖擊錘與襯板之間的間隙處受到沖擊、摩擦剪切等作用；被粉碎的物料隨氣流上升至分級輪處進行分級。細粒級產品從排料（氣）口排出機外，粗顆粒沿筒壁下降至粉碎室進一步粉碎；空氣從下部的吸風口進入粉碎室，并上升到分級室，然后從上部的排料口隨細粒級產品一起排出機外。

1.2.4.9　超微細加工工藝設計

目前工業上采用的超細粉碎作業（即一段超細粉碎）有以下幾種工藝流程。

①開路流程　如圖1-79（a）所示，一般扁平或盤式、循環管式等氣流磨因具有自行分級功能，常采用這種開路工藝流程。另外，間隙式超細粉碎也常常采用這種流程。這種工藝流程的優點是工藝簡單。但是，對于不具備自行分級功能的超細粉碎機，由于這種工藝流程中沒有設置分級機，不能及時地分出合格的超細粉體產品，因此，一般產品的粒度分布范圍較寬。

②閉路流程　如圖1-79（b）所示，其特點是分級機與超細粉碎機構成超細粉碎-精細分級閉路系統。一般球磨機、攪拌磨、高速機械沖擊式磨機、振動磨等的連續粉碎作業常采用這種工藝流程。其優點是能及時地分出合格的超細粉體產品，此外，可以減輕微細顆粒的團聚和提高超細粉碎工作效率。

③帶預先分級的開路流程　如圖1-79（c）所示，其特點是物料在進入超細粉碎機之前先經分級，細粒級物料直接作為超細粉碎產品，粗粒級物料再進入超細粉碎機粉碎。當給料中含有較多的合格粒級超細粉碎粉體時，采用這種工藝流程可以減輕粉碎機的負荷，降低單位超細分產品的能耗，提高作業效率。

④帶預先分級的閉路流程　如圖1-79（d）所示，這種工藝流程實質是如圖1-79（b）和圖1-79（c）所示兩種工藝流程的組合。這種組合作業不僅有助于提高粉碎效率和降低單位產品能耗，還可以控制產品的粒度分度。這種工藝流程還可簡化為只設1臺分級機，即將預先分級和檢查分級合并用同一分級機［圖1-79（e）］。

⑤帶最終分級的開路流程　如圖1-79（f）所示，這種粉碎工藝流程的特點是可以在粉碎機后設置1臺或多臺分級機，從而得到兩種以上不同細度及粒度分布的產品。

⑥帶預先分級和最終分級的開路流程　如圖1-79（g）所示，這種工藝流程實質是如圖1-79（c）和圖1-79（f）所示兩種工藝流程的組合。這種組合作業不僅可以預先分離出部分合格細粒級產品以減輕粉碎機的負載，而且后設的最終分級設備可以得到兩種以上不同細度及粒度分布的產品。

在粉碎方式上，超細粉碎工藝可以分為干式（一般一段或多段）粉碎、濕式（一段或多段）粉碎、干濕組合式多段粉碎等三種。粉碎的段數主要取決于原料的粒度和要求的產品細度。對于粒度比較粗的原料，可采用先進行細粉碎或細磨再進行超細粉碎的工藝流程，一般可將原料粉碎到74μm或43μm后再采用一段超細粉碎工藝流程；對于產品粒度要求很細又易于團聚的物料，為提高作業效率，可采用多段串聯的超細粉碎工藝流程。但是，一般來說，粉碎段數越多。工藝流程也就越復雜，工程投資也就越大。

（1）干式超細粉碎工藝　干式超細粉碎工藝是一種廣泛應用的硬脆性物料的超細粉碎工藝。干粉生產工藝無需設置后續過濾、干燥等脫水工藝設備，因此工藝簡單，生產流程較短。以下介紹較典型的氣流磨、機械沖擊磨、介質磨（球磨機、振動磨、攪拌磨、塔式磨）等超細粉碎工藝。

①氣流磨超細粉碎工藝　常見的氣流磨超細粉碎工藝主要有空氣流粉碎工藝、過熱蒸汽粉碎工藝、惰性氣體粉碎工藝和易燃易爆物料的粉碎工藝等。

如圖1-80所示為圓盤式氣流磨常溫空氣流粉碎工藝流程。該流程布置方式的主要特點是壓縮空氣在冷卻降溫后進行除油除水。因為在壓縮空氣中的油和水不僅會污染產品，而且還可能使受潮的物料堵塞粉碎系統。如果選用無油潤滑的空壓機，則只需除水。

該工藝流程適用于某些對水分含量要求很嚴的物料。當粉碎水分含量要求不太嚴的物料時，可以取消流程中的某些凈化環節。如果廢氣流夾帶量不大，或夾帶量雖大，但布袋除塵器12的過濾面積有富余時，也可以去掉旋風分離器11。有些氣流磨排出的廢氣流，已具有足夠的壓頭來克服布袋除塵器的阻力，這時引風機13也可以取消。有時，需要在低溫下粉碎，如粉碎某些低熔點或熱敏性物料，這時需要低溫空氣，在這種情況下，上述流程必增設空氣冷卻器等。在某些場合下，例如干燥和粉碎的聯合作業或者粉碎和氧化反應，粉碎與表面處理等的聯合作業，需要熱空氣流，這時，流程中要增設加熱器等。

如圖1-81所示為流化床氣流磨常溫空氣流粉碎工藝流程，該工藝是目前非金屬礦超細粉碎常見的工藝。

②機械沖擊磨超細粉碎工藝　機械沖擊磨超細粉碎工藝有開路粉碎與閉路粉碎兩種配置。開路粉碎工藝一般適用于具有內分級功能（即內置分級器構成內閉路）的超細粉碎機。

如圖1-82所示為機械沖擊磨開路超細粉碎工藝流程的典型工藝。物料經破碎機或粗粉碎機粉碎后，通過提升機2和給料機3定量均勻地給入超細粉碎機5，經超細粉碎機5粉碎后的物料隨空氣流進入袋式捕集器6，細粉料被布袋捕集落入錐底，由星形排料器排出成為產品，氣體透過布袋經引風機9吸入并排空。為了減輕袋式捕集器的負荷或減少布袋的過濾面積，也可以在袋式捕集器前面設置一個旋風集料器，粉碎后的物料經旋風集料器收集后再進入袋式捕集器或收塵器。

機械沖擊磨閉路超細粉碎工藝流程的典型工藝如圖1-83所示。這是超細粉碎機與微細分級機串聯設置的超細粉碎工藝流程。物料經給料機2給入超細粉磨機1中進行粉碎，粉碎后的物料經閥門7隨氣流吸入微細分級機5內分級，粗顆粒被甩向機壁降落到底部并返回給料機中，細粒粉料經布袋捕集器6捕集后經星形排料器8排出為產品，氣體通過布袋經風機10吸入并排空。

③介質研磨超細粉碎工藝　介質研磨機包括旋轉筒式球磨機、攪拌磨、振動磨、塔式磨等。

球磨機是最典型的粉碎設備。由于其處理能力較大，在現代分級技術與大型分級設備發展以后，球磨機與精細分級機組合可大規模生產d₉₇=5～40μm的細粉體和超細粉體，已成為目前5萬～10萬噸/年大型超細重質碳酸鈣生產線的優選工藝設備之一。球磨機超細粉碎工藝的特點：一是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去，避免過磨導致超細粉料團聚和粉碎能耗增大；二是一臺球磨機后設多級和多臺分級機，生產多種不同細度和粒度分布的產品。

如圖1-84所示為球磨機干式超細粉碎工藝流程。原料從進料裝置喂入，經由進料道進入球磨機，原料在鋼球或鋼段的沖擊和研磨作用下達到特定的細度。通過卸料篩板的產品經由球磨機外殼排料孔進入輸送裝備。經過定量給料系統將物料分派給渦輪超細分級機。調整分級機可以生產不同細度和粒度分布的產品。粗粒物料返回球磨機繼續研磨。影響球磨機超細粉碎細度和產量的主要工藝因素有：研磨介質的品種、尺寸和填充率；原料粒度及給料速度；磨機的轉速；分級機的轉速等。這種球磨機的襯板及研磨介質有兩種：一種是鐵質的；另一種是非鐵質的。鐵質襯板用奧氏體錳鋼或高錳鋼制造，介質為各種不同品種的鋼球或合金。非鐵質襯板采用燧石、氧化鋁（剛玉）等制造，介質為燧石、氧化鋁（剛玉）、陶瓷球、高硬度卵石等。

在工業生產中，干式攪拌磨超細粉碎工藝主要有連續閉路和間歇開路兩種類型。間歇開路生產工藝比較簡單，其結構主要由給料機、攪拌磨、研磨介質添加與分離裝置、集料和收塵裝置、引風機等組成。如圖1-85所示為較典型的攪拌磨干式連續閉路超細粉碎工藝流程。典型的攪拌磨一段干式連續閉路超細粉碎設備主要由原料準備（預粉碎和原料倉）、給料系統（斗式提升機和螺旋給料機）、研磨介質儲存及添加系統（研磨介質儲倉和斗式提升機及螺旋給料機）、干式攪拌磨和超細分級機系統（攪拌球磨機和空氣分級機）以及集料和除塵設備（施）等組成。影響干式攪拌磨超細粉碎產品細度和產量的主要工藝因素包括：研磨介質的密度、直徑以及填充率（介質體積占研磨筒體有效容積的百分數）；物料的停留時間；攪拌磨的轉速；分級機的性能。

如圖1-86所示為高壓輥磨機干法連續超細粉碎工藝流程。它主要由空壓機1、ECP高壓輥磨機9、UPZ分散機3、ATP超細分級機8等組成。該工藝包括給料、高壓輥磨機、打散和分級4個部分。安裝有料位計的料倉將原料以及分級后的粗粒物料給入高壓輥磨機，對于流動性好的細粒物料采用預壓螺旋給料；主要由輥子（一個定輥、一個動輥）、傳動裝置（電機、皮帶輪、齒輪軸）、液壓系統、橫向防漏裝置等組成，輥子的輥面有光面和紋面兩種，根據物料性質選擇；物料經高壓輥磨機擠壓粉碎后一般呈小餅狀排出，因此，必須對其進行打（分）散，方可進一步進行分級，打散設備一般選用高速機械沖擊式粉碎機；為了控制產品粒度分布，滿足產品的細度要求，采用渦輪式精細分級。

（2）濕式超細粉碎工藝　與干法超細粉碎相比，由于水本身具有一定程度的助磨作用，加之濕法粉碎時粉料容易分散，而且水的密度比空氣的密度大，有利于精細分級，因此濕法超細粉碎工藝具有粉碎作業效率高、產品粒度細、粒度分布窄等特點。所以，一般生產d₉₇<5μm的超細粉體產品，特別是最終產品可以濾餅或漿料銷售時，優先采用濕法超細粉碎工藝。但用濕法超細粉碎工藝生產干粉產品時，需要后續脫水設備（過濾和干燥），而且由于干燥后容易形成團聚顆粒，有時還要在干燥后進行解聚，因此，配套設備較多，工藝較復雜。

目前工業上常用的濕法超細粉碎工藝是攪拌磨、砂磨機、振動磨和球磨機超細粉碎工藝。以下主要介紹較典型的攪拌磨、砂磨機、振動磨濕式超細粉碎工藝。

①攪拌磨濕式超細粉碎工藝　攪拌磨濕式超細粉碎工藝主要由濕式攪拌磨及其相應的泵和儲漿罐組成。原料（干粉）經調漿桶添加水和分散劑調成一定濃度或固液比的漿料后給入儲漿罐，通過儲漿罐泵入攪拌磨中進行研磨。研磨段數依據給料粒度和對產品細度的要求而定。在實際中，可以選用一臺攪拌磨（一段研磨），也可采用兩臺或多臺攪拌磨串聯研磨。研磨后的漿料進入儲漿罐并經磁選機除去鐵質污染及含鐵雜質后進行濃縮。如果該生產線建在靠近用戶的地點，可直接通過管道或料罐送給用戶；如果較遠，則將濃縮后的漿料再進行干燥脫水，然后進行解聚（干燥過程中產生的顆粒團聚體）和包裝。

如圖1-87所示為典型的三段連續濕式攪拌磨工藝流程。該工藝主要由三級濕式攪拌磨及其相應的泵和儲漿罐組成。原料（干粉）經調漿桶1添加水和分散劑調成一定濃度或固液比的漿料后給入儲漿罐2，通過儲漿罐2泵入攪拌磨3中進行研磨；經攪拌磨3研磨后的漿料通過分離研磨介質后給入儲漿罐4，泵入攪拌磨5中進行第二次（段）研磨；經第二次研磨后的漿料通過分離研磨介質后進入儲漿罐6，然后泵入攪拌磨7中進行第三次（段）研磨；經第三次研磨后的漿料進入儲漿罐8，并經磁選機9除去鐵質污染及含鐵雜質后進行濃縮。然后直接通過管道或料灌送到用戶，或將濃縮后的漿料再進行干燥脫水、解聚和包裝。

影響濕式攪拌磨超細粉碎的主要工藝因素有：原料的粒度大小及分布、介質的密度、直徑及填充率；攪拌磨的轉速或線速度；物料在攪拌磨中的停留時間；漿料濃度及助磨劑或分散劑的品種和用量等。

②砂磨機濕式超細粉碎工藝　立式砂磨機的超細粉碎工藝配置和工藝影響因素與攪拌磨相似。臥式砂磨機研磨工藝一般包括配置、分散（前處理）、研磨和篩析等。串聯的臥式砂磨機可分為一機一罐、一機兩罐、多機（兩臺以上砂磨機）的超細研磨工藝。臥式密閉砂磨機的工藝配置方式主要有兩種。

a.連續研磨工藝　加料泵將預分散的物料送入砂磨機，研磨筒內裝有研磨介質。磨細后的物料經動態分離器排出。根據產品細度要求不同，可以采用單臺連續或多臺串聯連續研磨工藝，如圖1-88（a）所示。

b.循環研磨工藝　加料泵將預分散的物料送入砂磨機，研磨后的物料經動態分離器分離后返回物料循環筒，進行多次循環研磨。循環時間或次數視最終產品細度而定。該工藝適用于對產品細度要求高的情況，如圖1-88（b）所示。

（3）設備選型　在超細粉碎工廠設計中，主要設備設計與計算的依據是：超細粉碎廠的建設規模、產品結構或品種、產品細度及粒度分布、純度、粒型等數量和質量要求；被粉碎物料的硬度、粒度、比表面積、化學成分、黏度等物理化學性能；超細粉碎廠的工作制度；設計的超細粉碎工藝流程圖或設備聯系圖，包括質量流程圖及漿料流程圖；設備計算參數的試驗資料及類似廠的生產指標或數據；所建廠的自動控制水平及設備作業率；定型設備的產品樣本，新設備的工業實驗數據及鑒定資料。

超細粉碎設備的選擇和規格的確定主要與所處理的物料的物理性質（硬度、密度、水分、給料粒度等）、處理量、粉碎產品細度和粒度分布、純度、粒型以及設備工藝配置等因素有關。所選用的設備必須滿足產品粒度、設計產量或處理量和適應給料中最大顆粒粒度的要求。

對于前面不設置提純和濕法加工工序或后續不設置加工工序的物料，一般當產品細度d₉₇≥5μm時，在目前的技術經濟下，優先選擇干法加工工藝和干法超細粉碎設備，如氣流粉碎機、高速機械沖擊式粉碎機、離心或旋風自磨機、干式球磨機、振動磨、攪拌磨等。除了內設精細分級裝置或具有自行分級功能的超細粉碎設備，如氣流磨等外，一般在選用時還要同時考慮相應的精細分級設備，才能滿足產品細度分布的要求。

干法超細粉碎工藝具有工藝簡單，在生產干粉時無需設置后續過濾、干燥等脫水工藝，便于操作，容易實現自動控制，投資較省，運費較低等特點。但是，當需要設計生產d₉₇<5μm的超細粉體產品，或者最終產品可以濾餅或漿料銷售時，應當優先選用濕法超細粉碎工藝和設備。另外，如果被粉碎物料是經過前置其他濕法工藝（如水洗、提純等）加工的，也即在超細粉碎作業之前設置水洗、提純等濕法加工工序的，則不管最終產品粒度要求如何，應當優先考慮濕法超細粉碎工藝和設備。此外，如果經超細粉碎后的粉料還進行濕法加工，也應優先選用濕法超細粉碎工藝和設備。還有一些特殊情況，如用做珠光云母原料的碎白云母的加工，為確保片狀顆粒形狀和表面的光潔度，要選用濕法超細粉碎工藝和設備。

干法超細粉碎設備的類型很多，選型時主要考慮原料的物理性質（硬度、密度、黏性、水分等）及粒度，產品細度和粒度分布、純度、粒形、設計產量及產品的價值等。同時要在相同條件下比較各種不同類型干法超細粉碎設備的生產能力、單位產品電耗、磨耗、設備運轉穩定性、自動控制水平、維護和檢修性能以及工藝配套性能等。

一般對于價值較大、產品純度要求較高、粒形較規則的物料，如稀土、精細磨藥品及保健品、名貴中藥材、生物制品等，可優先考慮選擇氣流粉碎機。對于大宗的工業礦物超細粉體的加工，如重質碳酸鈣、普通滑石粉、高嶺土、硅灰石等應當優先考慮其他干式超細粉碎設備，如高速機械沖擊式超細粉碎機，選擇筒式球磨機（帶分級機）、離心旋風自磨機、振動磨、干式攪拌磨（帶分級機）、塔式磨等，原因是這些工業礦物粉體的單位價值相對較低，而氣流粉碎機的單位產品能耗相對較高。物料的硬度也是干式超細粉碎設備要考慮的一個重要因素。一般來說，氣流粉碎機（除物流化床對噴式氣流磨之外）、高速機械沖擊式粉碎機、離心旋風式自磨機等不合適加工莫氏硬度大于7的高硬度物料。

選定了設備的類型后，接下來就要確定設備的規格和臺數。設備規格和臺數的確定主要依據所要求的產品細度條件下設備的處理量而定。設備的處理量或生產能力最好以同種物料的工業生產實例（相同產品細度和粒度分布條件下）或在指定產品細度和粒度分布條件下的工業設備的試驗結果來確定。

在沒有相同物料作參照的情況下，超細粉碎設備的處理量的計算還要考慮物料種類、硬度、密度、黏度、含水量、雜質種類和含量以及給料粒度、粒度分布所帶來的差別，一般可按下述經驗公式計算。

p_d=k₁k₂k₃k₄p₀　　（1-4）

式中，p_d為所選的超細粉碎設備的指定細度和粒度分布條件下的單機處理量，kg/h或t/h；p₀為所選的超細粉碎設備在相同的細度和粒徑分布條件下粉碎中等硬度物料，如方解石的單機生產能力，kg/h或t/h；k₁為物料硬度修正系數，該修正值尚缺乏定量研究，一般每大于一個莫氏硬度，相同細度和粒度分布的產量下降15％～20％；k₂為物料密度修正系數，一般來說，物料密度越大，相同細度和粒度分布時的粉碎機的產量或處理量越大，根據經驗，密度差別小于0.5g/cm³生產能力變化不大，可不予考慮，超出此范圍，即要考慮修正，具體修正值最好通過試驗確定；k₃為物料黏度或含水量、雜質種類和含量等的修正指數，一般來說，物料較參照物含水率高或黏度大，難磨性雜質（如石英、鐵質等礦物）含量多，則必須進行修正，具體修正值以設備對這些因素的敏感性不同而不同，目前尚缺乏具體物料的定量研究；k₄為給料粒度和粒度分布不同的修正系數，在設備所允許的最大給料粒度以下，對于氣流磨、轉筒式球磨機、振動球磨機和攪拌球磨機等，一般來說，給料粒度越細，處理量或產量越大，但對于高速機械沖擊式超細粉碎機、離心和旋風自磨機等超細粉碎機設備，給料中必須要有一定量的在允許范圍內的粗粒物料，因此，產量或處理量不一定總是隨給料粒度的細化而顯著提高，所以，具體修正值要依設備類型而定。

總之，在計算超細粉碎機的單機處理量時，最好是參照同種物料在相同或相近產品細度和粒度分布下的工業生產數據或相近機型的工業試驗數據。另外，還要說明的是，設備廠家提供的設備的技術性能參數是對一般物料而言的，所給出的生產能力隨產品的細度要求不同及不同物料而有較大的變化，因此，在選型計算時，如無相同物料在相同產品細度條件下的生產數據，最好是先在有代表性的原料的定性工業設備或樣機上進行一定時間的工業試驗，以確保選型計算的準確和可靠。

設計中擬選用的超細粉碎機的臺數根據所要設計的超細粉碎工段的產量或處理量（t/h）按下式計算：

　　 （1-5） 　　

式中，p_a為設計的超細粉碎工段的產量或處理量，t/h；p_d為設計中擬選用的超細粉碎機的單機生產能力或處理量，t/h；k_d為生產過程中的物料損失率，％；n_d為擬選用的超細粉碎機需要的臺數，臺。

相對于干式超細粉碎設備而言，濕式超細粉碎設備的類型較少，定型的主要有攪拌磨或摩擦磨（Attrition）、研磨剝片機、砂磨機、振動磨、球磨機和膠體高壓勻漿機等，其中，除膠體磨和高壓勻漿機外，上述其他濕式粉碎設備都是介質粉碎機，磨機筒體內充填鋼珠、氧化鋁珠、氧化鋯珠、玻璃珠以及氧化鋁/氧化鋯復合珠等研磨介質。這些研磨介質的粒徑大小及配比、充填率等直接影響最終研磨產品的細度和產量。

這些使用研磨介質的濕法超細粉碎設備一般能用于各種硬度物料的超細研磨加工，因此，選型時主要比較在相同給料粒度和物料性質及相同產品細度、純度、粒型等條件下，各種不同類型濕法研磨機的生產能力、單位產品電耗、單位產品磨耗、設備運轉的可靠性和產品質量的穩定性、自動控制水平、維護檢修性能及工藝配套性等。

濕式超細粉碎設備規格和臺數的確定一定要以給料粒度和指定產品細度所需的設備的處理量而定。濕式超細粉碎設備生產能力的設計計算尚未建立起一套完善的方法，在設計中最好是參照同種物料在相同或相近產品細度、粒度分布、純度、粒形等條件下的工業生產數據或工業試驗數據確定。如果設計所參照的工業生產數據或工業試驗數據存在物料性質或產品細度方面的差別，可參考式（1-4）進行計算選擇。

對于攪拌磨、研磨剝片機及砂磨機來說，在計算粉碎機處理量或產量時還要考慮設計工藝與所參照的工業生產或工業試驗在設備生產方式上的差別。這是因為對于這幾種磨機有3種不同的生產方式，即間歇或批量式、循環式、連續式。間歇式和循環式一般是單機生產或對機并聯生產，連續式有時是由幾臺攪拌磨或研磨剝片機串聯成的機組進行生產。只有生產方式相同，而且給料粒度和產品細度均勻的同種物料的工業生產或工業試驗數據才可直接用來確定設計設備的處理量。如果工業生產或工業試驗是間歇式操作或生產，其他條件，如物料品種、物理化學性質、給料粒度、產品細度等均與設計加工的物料相同，則可通過物料在磨機內的停留時間來計算連續運轉的磨機的處理量或生產能力。

對于單機：

　　 （1-6） 　　

對于串聯機組：

　　 （1-7） 　　

式中，P_d為所需的超細磨機的小時生產能力，t/h；H為物料在磨機內的停留時間或間歇操作時達到指定細度的研磨時間，min；P₀為同規格磨機在H分鐘內的產量或間歇操作時每次的研磨物料量或裝料量，t；n為串聯磨機的臺數。