【原创】粉体加工技术及装备发展现状与趋势

中国粉体网讯 粉体工业由于它的实用性、前沿性、广泛性，当前在整个国民经济中的战略地位越来越突出。因此超细粉体加工技术和装备的研发与优化将对各行各业的进步起到促进作用。

1、超细粉体概述

超细粉体尚无统一定义，国外一般视粒径小于3μm的为超细粉体，国内普遍视粒径小于30μm的为超细粉体，并进一步细分为微米级（1～30μm）、亚微米级（1～0.1μm）和纳米级（0.001～0.1μm）。

超细粉体在光学、磁学、声学、电学和力学等性质与常态有很大差异，因此被广泛应用于医药、化工、电子、能源和建筑装修等领域。这些性质上的差异可归结为两个方面：一方面是由于颗粒体积变小而引起的体积效应；另一方面是由于颗粒表面原子数目的比例增加而引起的表面效应。

超细粉体制备从原理上主要分为化学合成法和物理粉碎法2种，其中物理粉碎法是目前主要的制备方法，具有工艺简单、产量大、成本低等优点。相关设备主要有搅拌球磨机、振动球磨机、行星式球磨机、雷蒙磨、胶体磨、气流粉碎机等。

2、超细粉体加工技术与装备介绍

（1）搅拌磨机

搅拌磨机中搅拌装置主要有螺旋式、棒式、盘式3种。螺旋式、棒式搅拌磨机主要为立式，盘式搅拌磨机有立式和卧式2种。

普通卧式球磨机筒体旋转消耗能量大，磨矿效率低的问题较突出，而搅拌磨机的筒体静止，能量利用率高，同时研磨介质直径更小，产品粒度更细，搅拌线速度高，单位容积能量密度高，当待磨物料粒度小于100μm时，细磨效率远高于普通球磨机，相同处理量下其规格更小，且更节能。

（2）高速机械冲击磨

高速机械冲击磨利用绕轴高速旋转的转子向物料传输动量，使物料与衬体激烈碰撞而得到超微粉，此过程中产生的研磨、剪切、涡流效应可促进粉体新表面的生成。粉碎后的物料在主气流的带动下进入分级区，达到细度要求的微粉颗粒随气流通过分级转子排出机外，由收集装置捕集；不合格粗粉颗粒在离心力作用下被转子叶片打回筒壁，并返回粉碎区再继续粉碎。

高速机械冲击磨

高速机械冲击磨组的工艺流程

此设备进料便捷、占地面积小、粉碎效率高、粉碎粒度可调，被广泛应用于中、低硬度的方解石、大理石、白垩、滑石等材料；但粉碎过程中具有热效应，不适用于热敏性及低熔点的材料。

此设备主要依靠零件高速运转进行粉碎，会造成零件严重磨损，对材料的污染是不可避免的，因此开发高耐磨材料是促进此类设备发展的重要途径。高速机械冲击磨通常以配套机组运行，将中药粗粉碎、细粉碎、筛分三道工序整合到一套设备中，可提高生产效率、降低劳动强度；整个系统还配有收尘装置，既能改善工作环境，又避免了物料浪费。

（3）气流粉碎机

气流粉碎机的原理是利用高速气流使物料与冲击部件发生碰撞、冲击、剪切等作用而粉碎。根据结构或工作方式的不同，气流粉碎机可划分为：扁平式、循环管式、对撞式、靶式、流化床式。

气流粉碎产品粒度细、分布窄，颗粒表面整洁光滑、粒形规整、分散性好、活性高。气流粉碎机广泛用于加工硬度不大的非金属矿物，如化工原料、食品、药材等。

气流磨结构图

（4）振动磨机

振动磨是以球或棒为介质的超微粉碎设备，包括研磨介质、研磨钵体及偏心激振装置。振动磨所加工的产品细度可至几微米，广泛应用于建材、冶金、化工、陶瓷、玻璃、耐火材料和非金属矿等行业的超细粉体加工。

振动磨原理示意图

振动磨按操作方式不同可分为间歇式和连续式，按磨筒数量不同分为单筒式和多筒式，按振动特点不同分为有惯性式和偏旋式。

振动磨机工作原理是：利用研磨介质在作高频振动的筒体内对物料进行冲击、研磨、剪切等作用，使物料在短时间内被粉碎。

振动磨具有结构紧凑、体积小、质量小、操作简单、维修方便、能耗低、产量高、产品粒度均匀等优点，缺点是噪音大，大规格振动磨对弹簧、轴承等机器零件的技术要求高。

（5）雷蒙磨机

雷蒙磨机具有占地面积小、低耗能、资金投入少等优点，在磨粉设备中占有重要地位。雷蒙磨的工作原理为：受离心力影响，磨辊牢牢压在磨环上，铲刀铲起物料送至磨环与磨辊间隙，通过碾压物料形成粉末，然后经风机将粉末吹起进入分析机，符合细度要求的物料进入旋风分离器分离收集，不合格的则落回磨腔接着研磨。

雷蒙磨粉机（4R型）结构图

随着非金属矿物在超细粉体的普遍应用，对于非金属矿物产出细度的控制愈发严格。在此背景下，传统雷蒙磨粉机的不足对相关的设备制造厂家及矿业产品企业造成困扰。例如产品细度低、机械故障率高、排污量大、成品粉末的收集与分离无法达到预期等。

（6）胶体磨

胶体磨是一种流体超微粉碎机械，同时还具有粉碎、分散、乳化、均质、搅拌等功能。胶体磨一般分为立式、卧式、管道式等。

胶体磨工作原理为：转齿（转子）与定齿（定子）相对高速旋转，物料向下透过两齿时受到强大的剪切、摩擦、振动等作用，从而达到超细粉碎效果。胶体磨主要用于食品、涂料、化妆品、医药、日用化工等行业。

胶体磨主要优点是结构简单、保养维修方便，适用于较高粘度、较大颗粒的物料粉碎，但其中不允许混有石英砂、碎玻璃、金属屑等硬物质，所加工的产品粒径可达几微米甚至1μm以下。胶体磨主要缺点是作离心运动的流量不恒定，且随物料粘性变化显著；转、定子和物料间的高速摩擦产生的较大热量使物料变性，表面较易磨损，导致细化效果显著下降。

2024年10月29日在上海跨国采购会展中心，由北京粉体技术协会与中国粉体网联合主办“中国粉体工业发展年会”。届时盐城工学院张长森教授作《粉体加工技术及装备发展现状与趋势》报告，为参会嘉宾分享粉碎以及分级技术与装备发展现状。

专家介绍

张长森，教授，研究生导师，盐城工学院教学名师，1982年毕业于武汉建筑材料工业学院无机非金属材料专业，主要从事无机非金属材料的科学研究和材料科学与工程专业教育教学改革研究；先后主持和参加国家自然科学基金项目3项、江苏省科研项目10余项，与企业合作横向技术服务10余项，取得了良好的社会的效率和经济效率，其成果获省部科技进步奖3项；在国内外刊物科研论文70多篇，其中被SCI、EI等收录20余篇；长期从事粉体工程和固体废弃物综合利用的研究工作，获授权发明专利20余件。主编出版“粉体技术及设备”等教材3部，“煤矸石资源再生利用技术”等专著2部。

参考来源：

汪光辉，超细粉体加工设备研究现状，中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司

李兆军，中国科学院过程工程研究所，粉体材料质量一致性初探

胡桂玉，4R型雷蒙磨粉机磨粉系统的零部件设计探讨，福建船政交通职业学院

吴祖璇，超细粉体制备技术研究，江苏北矿金属循环利用科技有限公司

李蕊汐，超微粉碎技术在中药制备领域的应用与研究进展，天津中医药大学

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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