（中國粉體技術網/班建偉）由于高新技術和新材料產業對礦物粉體的特殊要求，粉體工業正朝著超細粉碎的方向迅速發展。超細粉體的比表面積大、顆粒缺陷少、活性高、反應速率快、填充補強性好、溶解度大、燒結溫度低且燒結強度高，因此，提高超細粉碎技術對現代高技術新材料產業的發展有著極其重要的意義。
超細攪拌磨是現代超細粉碎的主要設備之一,因其具有能量密度高、產品粒度細、環境污染小、設備結構簡單、維修方便等優點廣泛應用于建材、涂料、化工、醫藥、食品、農藥、電子、冶金、陶瓷、顏料等領域。
1 超細攪拌研磨的結構及工作原理
攪拌研磨機主要由傳動裝置、機架、筒體和攪拌裝置構成。筒體內填充有一定數量的研磨介質，研磨介質可以是瓷球、玻璃球、氧化鋯珠、鋼球或天然砂等。攪拌裝置可以有多種形式，如軸棒式、圓盤式、穿孔圓盤式、葉片式、圓柱式、圓環式、螺旋式等，工作方式可以有干法和濕法。對于立式攪拌磨，物料可以從筒體上部利用傳送裝置給入，也可以從筒體下部經泵送入研磨腔內。
工作時，研磨介質隨攪拌器做回轉運動，包括公轉和自轉，物料給入研磨腔后與攪拌中的研磨介質發生碰撞、擠壓、摩擦。在整個筒體內剪切力和擠壓力處處存在，這是由于沿徑向方向，位于不同半徑上的物料和磨介的運動速度不同，沿垂直方向，層與層之間物料和磨球的運動速度也不相等,存在一個速度梯度。在攪拌器附近物料粉碎效率高，磨球除了做圓周運動外,還存在不同程度的上下翻動運動,有一部分磨球與攪拌器發生沖撞、摩擦,在攪拌器附近還存在一定的沖擊力。
綜合起來，在整個研磨室內起粉碎作用的力有剪切力、擠壓力和沖擊力。擠壓、研磨(擠壓+剪切)的作用方式是微粉碎的較好方式,而且能量利用率高、新生表面積大。擠壓、研磨的作用力方式使顆粒表層剝落,產生不完全粉碎,顆粒越小,受擠壓、研磨的表面積越大,而且擠壓、研磨還能克服微粒之間的物理化學力以及粘附、聚結現象。
2 國內外超細攪拌研磨的發展現狀
2 . 1 國外超細攪拌研磨的發展現狀
超細攪拌磨機是隨著現代材料科學技術的進步而發展起來的。國外已有專業制造廠家和許多先進的設備，如美國聯合工業礦物公司、日本細川公司(HOSOKAWA)、德國的耐馳公(NETZSCH)、德國道萊士(Drais)公司和美國美卓(Metso)礦機公司等生產的超細攪拌磨機成套設備。
早期的攪拌磨如圖1所示，最初是用于浮選之前清理礦物表面。它由安裝在一個立式圓筒內的轉子和定子組成，由轉子和定子之間的相對運動產生顆粒之間的磨擦來清理礦物表面，在定子上端裝有冷卻水管，以散發機體內的熱量，該裝置是一臺很有效的細磨設備。之后美國礦山局對該機進行了大量的細磨開發研究，并用來大規模加工高嶺土和鈦白粉。
扎格瓦瑞磨如圖2所示。該磨機采用了由細長鐵棒組成的攪拌器，并在機體外裝有冷卻水套，粉碎是在垂直的圓筒形容器中進行。給料粒度為40～1000μm。典型的產品粒度為10～20μm。磨礦介質材料包括不銹鋼、鎢碳鋼、陶瓷等，尺寸從3～6mm不等。
塔式磨機(立式磨機)是一種垂直安裝、帶有螺旋攪拌裝置的細磨設備(見圖3)。給礦粒度通常小于3mm，由底部泵入，物料經筒體內介質研磨后，合格的產品從磨機的頂部溢出，在排礦口下端安裝有內部分級機，將粗粒物料返回磨機進行再磨。塔磨機的最大給礦粒度為6mm，產品粒度74～20μm。目前國外最大的塔磨機安裝功率1125kW，處理能力超過100t /h 。
艾薩磨機(ISAMILL)，如圖4所示，是由澳大利亞的Mountlsa礦和NETZSCH公司發明的一種細磨設備，用于該礦的鉛鋅分離。該種磨機采用水平高速攪動研磨原理來使礦物解理，其產品粒度d80可達7μm。艾薩磨機的功率強度很大，使用的磨礦介質為陶瓷、河沙、爐渣等。M·高等對磨腔凈容積為3000L，額定電機功率為1120kW的設備采用了新的產品分離器設計的Isa磨機進行研究，發現Isa磨機可非常靈活地將120μm的粗物料磨至5μm甚至更細。
2 . 2 國內
我國超細攪拌磨機的研制開始于20世紀70年代初，到目前為止，已有30年的發展歷程，取得了較大的進步。重慶化工機械廠研制出我國第一臺砂磨機(Sand mill)，也稱高速攪拌磨機，應用涂料、染料、油墨及顏料等工業。在吸收國外先進技術的基礎上，相繼開發了臥式砂磨機、雙筒砂磨機、窄隙砂磨機和密閉型砂磨機等設備，其立式砂磨機有50、80、120、300、500L。
80年代初長沙礦冶研究院和秦皇島黑色冶金設計研究院相繼開發了JM-600、JM-1000和MQL-500型立式螺旋攪拌磨機(塔式磨機)。90年代中期中科院金屬所開發出塔式磨浸機，已成功地應用于金礦再磨作業，取得了較好的成績。在開發塔式磨機的同時，長沙礦冶研究院、鄭州東方機器廠等開發研制成功了超細棒式攪拌磨機，最近幾年，制造廠家增多，但進展不大。
隨著國內重質碳酸鈣、高嶺土等非金屬礦行業的發展和需求，蘇州非金屬礦工業設計研究院聯合江蘇一些制造廠家研制了BP80、BP300、BP500型剝片機(高速盤式攪拌磨機)，成功地用于高嶺土、重鈣、膨潤土等行業。
張國旺等研制出了3600L大型立式超細攪拌磨機，用其生產亞微米超細重質碳酸鈣，產品細度- 2μm 含量大于68%，處理能力4.6t/h(固含量72%，按漿料計)時，能耗小于45kW·h/t；產品細度- 2μm含量大于90%，處理能力2.1t/h ( 固含量72%，按漿料計)時，能耗小100kW·h/t。用于生產亞微米超細硫酸鋇，處理能力3.6～4t/h(漿料，固含量80%)時，產品粒度-2μm大于90%；用于煤系高嶺土的超細剝片，給料-325目≥97%，濕磨后-2μm≥90%～95%。處理能力1.3～1.5t /h, 固含量42%～46%。
吳建明等研發了GJ5×2大型雙槽高強度攪拌磨機。該設備采用了獨特的雙槽結構，降低了整體高度解決了操作維修困難的問題。槽體斷面采用方斷面，較六邊形或八邊形斷面產生的紊流更強烈，有利于提高攪拌磨效率，加工也較容易。攪拌裝置采用了獨特的雙葉輪形式，不僅能使介質產生強烈的徑向運動，而且還會產生強烈的軸向運動。采用了獨特的壓縮空氣啟動方式。在山西朔州某高嶺土公司的應用表明，給料粒度-45μm時，產品粒度可以達到-2μm含量85%～88%，生產能力為1.5t/h左右。
王清華等開發了1500L大型攪拌研磨設備。該設備電機動力為132kW，配套設備動力30kW；占地40m2，高8m；設備的處理能力可達150～1500kg/h。粉磨滑石和重質碳酸鈣的平均細度可達亞微米級。該設備的工作原理是原料與粉碎介質分別從頂部給入，在轉子攪拌混合下將原料研磨粉碎；被粉碎的產品與介質同時向下移動并從磨機底部向外排出。在磨機的底部將粉料和介質分開后，物料送入超細分級機進行分級處理；細粉作為產品用除塵器捕集，粗粉送回磨機再磨。介質循環使用，以便將磨機內熱量帶出。對生產超細粉來說，原料的最大粒徑小于300μm，最好是40～100μm。粉碎介質主要采用陶瓷球和鋼球。為獲得高純產品，磨機的定子和轉子均采用耐磨材料或表面包層。
3 前景展望
隨著造紙、塑料、橡膠、涂料、陶瓷等相關工業部門產量的迅速增長以及對產品質量要求的提高，非金屬礦業正在向大型化、現代化生產發展，因此需要一種高效、實用、能耗省且價格適中的大處理量、窄粒亞微米級超細攪拌磨機。
今后超細攪拌磨機的研究重點和發展方向將主要集中在以下幾個方面：
①大型超細攪拌磨機生產亞微米粉體或漿料(例如：重質碳酸鈣、高嶺土、硫酸鋇)；
②離心超細攪拌磨機生產納米涂料、油墨及顏料；
③窄粒級超細低污染攪拌磨機的研究，應用于新材料開發；
④大型礦業用攪拌磨機應用于礦物加工(例如金礦、鉛鋅礦、鐵礦和鑰礦等)的再磨作業；
⑤加強超細攪拌磨機粉磨機理研究，開發新型高效超細攪拌磨機適應不同礦物粉體材料制備；
⑥在現有設備基礎上發展人工智能技術，根據原料特點和產品要求自動優化磨機操作參數。
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