我国非金属矿超细粉碎和细粒分级技术的现状与发展
(1.中国矿业大学，北京100083；中材国际咸阳非金属矿产研究设计院，陕西咸阳712021)
21世纪初以来，随着造纸、塑料、橡胶、涂料、陶瓷等相关行业产品产量的快速增长和产品质量要求的提高，我国非金属矿物超细粉体产量以年均10%以上的速度增长，2006年各种超细粉体总产量已超过500×104t。在强劲的市场需求推动下，非金属矿物超细粉体的加工技术和装备也取得了显著进展。本文综述了我国非金属矿物超细粉碎和细粒分级技术与装备的发展现状和最新进展[1 ~ 13]。
非金属矿；超细研磨；精细分级。
作者简介:郑水林，男，1956出生，中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院教授、博士生导师，长期从事矿物加工及非金属矿物深加工的教学与研究工作。邮箱:shuilinzh@yahoo.com.cn .
李国，男，出生于1955，高级工程师。现任中材集团Xi安工程公司总工程师、《中国宝玉石》杂志主编。1982以来，一直从事非金属选矿及超细深加工技术的研发工作。
我国工业超细粉体加工、超细粉碎和精细分级设备的制造始于70年代末80年代初。迄今为止，我国超细粉碎技术和设备的发展大致经历了三个阶段。80年代初至80年代中期，主要引进国外技术和设备。这期间，国内超细粉碎技术、设备制造和工艺刚刚起步，很多方面基本是空白。从80年代中期到90年代中期，国外技术设备的引进与国内的模仿开发同步进行。总的来说，我国的超细粉磨设备体系和超细粉磨技术都是在这个时期形成和发展起来的，超细粉磨设备的主要生产厂家也是在这个时期基本建立起来的。90年代中期后进入自主开发制造阶段，引进为辅。这一时期建立的超细粉末加工厂大多采用了国产技术和设备。从1996年至今，拥有自主知识产权或发明专利的超细粉碎技术和设备数量较之前的10年大幅增加，加工能力、单位产品能耗、耐磨性、工艺匹配、自动控制等设备综合性能显著提高，与国外先进技术和设备综合性能的差距逐步缩小。
第一，超微粉碎
目前工业上使用的超细粉碎方法主要是机械法。主要设备类型有气流磨、高速机械冲击磨、搅拌球磨机、研磨剥离器、砂磨机、振动球磨机、转鼓式球磨机、行星式球磨机、塔式磨、旋风自磨机、高压辊磨机、高压水射流磨机、胶体磨机等。其中气流磨、高速机械冲击磨、旋风自磨机、高压辊磨机等为干式超细粉碎设备，研磨剥离器、砂磨机、高压水射流磨、胶体磨为湿式粉碎机，搅拌球磨机、振动球磨机、转鼓式球磨机、行星式球磨机、塔式磨均可用于干式和湿式超细粉碎。表1给出了上述超细粉碎设备的粉碎原理、给料粒度、产品细度和适用范围。
气流粉碎机有平板(圆盘)式、循环管式、流化床反喷式、旋转喷射式或旋风式等几种类型，几十种规格(图1)。这些气流粉碎机主要用于非金属矿物如滑石、石墨和硅灰石的超细粉碎。
机械冲击或旋转冲击超细粉碎机是国内非金属矿行业广泛使用的一种超细粉碎设备，广泛应用于煤系高岭土、方解石、大理石、白垩、滑石、叶蜡石等中等硬度非金属矿的超细粉碎。图2显示了用于非金属矿物填料和颜料超细研磨的机械冲击式研磨机。
表1超细粉碎设备的类型及应用
图1气流粉碎机
(a)水平盘式气流粉碎机；(b)循环管道气流粉碎机；(c)流化床反向喷射气流粉碎机的结构；LHY旋风气流粉碎机；JFC气流粉碎机
中超细磨机包括搅拌球磨机、振动球磨机、旋转圆筒球磨机、行星球磨机和研磨剥离器、塔式磨、砂磨机等。根据搅拌机理的不同，搅拌球磨机有轴杆式、盘式、螺旋式和杆盘复合型等几种类型(图3)。这种搅拌球磨机已用于高岭土、重质碳酸钙、云母和滑石的超细粉碎。超细振动球磨机有单筒和双筒两种型号(图4)，已应用于石墨、应时和方解石等非金属矿物的细磨和超细磨。用于超细粉碎的转鼓式球磨机的结构特点是磨机直径比较大(图5)，以球或钢段为研磨介质，在生产中往往与选粉机形成闭路研磨作业。这种干式闭路操作的球磨机-分级机广泛应用于超细重质碳酸钙的生产。主要有20 L、80 L、300 L、500 L磨皮机(图6)，采用多级串联配置，连续湿磨。自1994以来，它们被用于煤系高岭土和重质碳酸钙的湿法超细粉碎生产线。砂磨机主要有卧式和立式两种(图7)，主要用于颜料、重质碳酸钙、高岭土的超细粉碎和分散。
图2机械冲击(旋转)超细粉碎机
LHJ机械粉碎机；(b) CM51A超细粉碎机；(c) JCF1000冲击式粉碎机。
图3搅拌球磨机
(a) CYM连续搅拌研磨机；(b) LXJM超细搅拌机；(c)立式螺旋搅拌磨(塔式磨)
图4超细振动球磨机
(a)MZD单鼓振动磨；(b)MZ双筒超细振动磨
图5球磨机
图6 BP磨皮机(300 L，500 L)
图7打磨机
(a)SEM卧式砂磨机；(b)FSW-40水平杆针式打磨机
辊磨机和辊磨机是利用研磨(挤压)和摩擦粉碎物料，然后配置精细分级设备生产超细填料和颜料的设备。目前主要型号有VRM辊磨机、辊磨机、环辊磨机(图8)。
图8滚压机和滚压机
VRM辊磨机；(b)辊磨机；(c) HLM内部分级离心环辊磨机
高压气流粉碎机或超细脱皮均质机是一种利用高压射流(20 ~ 60 MPa)的强烈冲击和突然减压的空化效应，因冲击和爆炸而粉碎物料的湿式粉碎设备(图9)。这种设备已应用于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和解聚。
图9 CYB高压均质机
(a)外形图；(二)工作原理
图10 JM系列胶体磨
胶体磨是利用一对固定的研磨体(定子)和高速旋转的研磨体(转子)的相对运动产生强烈的剪切、摩擦、冲击等力，使被加工物料通过两个研磨体之间的间隙，在上述力和高频振动的作用下得到有效粉碎和分散的设备。国产胶体磨主要有JTM、JM、DJM三种，立式、立式、卧式(图10)。目前主要用于加工胶体石墨和分散油漆颜料。
二、精细分级设备
非金属矿物超细粉碎过程中，除超细粉碎作业外，还必须配置细分级作业。
根据分级介质的不同，细粒分级机可分为两类:一类是以空气为介质的干式分级机，主要是转子(涡轮)式空气分级机；二是以水为介质的湿式分级机，主要包括超细水力旋流器、卧式螺旋离心机、沉降离心机等。表2列出了国内主要细粒分级机的性能和应用。
表2主要精细分类器的性能和应用
图11显示了目前国内行业主要的干式细粒分级机。这些干式细粒分级机与相应的机械冲击式超细粉碎机或气流粉碎机基本匹配，其分级粒度可在d973~20μm m范围内调节..根据分级机规格或尺寸的不同，单机生产能力从每小时几十公斤到每小时7000公斤左右不等。
图11主干细选粉机
QF 5A微型分级机；(b) FQZ超细分级机；(c) MSS精细分类器；ATP单轮分级机；ATP多轮分级机；(f) LHB涡轮机精细分类装置；FJW500×6超细分级机
湿式分级机主要有两种:一种是基于重力沉降原理的水力分级机；二是基于离心沉降原理的旋流分级机，包括沉降离心机，如卧式螺旋离心分离器(级)、小直径水力旋流器、LS旋流器、GSDF超细水力旋流器等型号(图12)，分级粒度可达1 ~ 5微米..
图12主湿细分级机
(a) LW(WL)螺旋卸料沉降离心机；D型螺旋卸料沉降离心机；(c)沉降离心分类器；盘式离心分级机；超细液压旋转机器；(f)旋风装置
三。技术进步
(1)非金属矿物超细粉体的干法加工技术。
1.精细分级技术
自1985以来，干式分级技术取得了显著进步。1985中最先进的细粒分级机的产品细度d97小于10 μm；1992 d97 ≤ 6微米；2000年d97≤3.5 μm；2002年d97≤2.5μm m .产能(d97≤10μm，GCC):1985 500kg/h；1990 1000公斤/小时；1995 2000公斤/小时；2000年4000公斤/小时；2005年7000公斤/小时。
2.机械冲击超细粉碎机
高速机械冲击式粉碎机是主要的干式超细粉碎设备，常与细粒分级机闭路工作，具有粉碎比大、工艺简单的特点。但早期的高速机械冲击式超微粉碎机生产能力较小，近几年发展起来的机械冲击式超微粉碎机在提高其生产能力方面有了很大的进步。如LHJ-260机械式超细粉碎机[图2-(a)]，当进料粒度≤30mm，产品细度d97 = 10μ m时，对硬质高岭石进行超细粉碎，装机容量为195 kW，产量为850 ~ 1400kg/h；滑石，装机容量195 kW，产量1200kg/h；重晶石，装机容量202 kW，产量2000kg/h；硅灰石，装机容量195 kW，产量1300kg/h；膨润土，装机容量202 kW，产量3000 kg/h。
3.环形辊磨机和辊磨机
环辊磨[图8(b)和图8 (c)]是近两年在方解石超细粉碎领域广泛使用的中小型超细粉碎设备。其特点是工艺简单，破碎比大，单位产品能耗低。进料粒度为20mm，内部装有分级装置，产品细度可在D978微米之间调节；单机产量为600 ~ 1800t/h；能耗(d97 = 10 μm)100 kw·h/t
辊磨机[图8 (a)]也是近年来干法超细粉碎技术的主要进展之一。这种粉磨设备的特点是单机生产能力大，方解石生产的重钙产量可达5 ~ 10t/h；并内置分级机，产品细度可在d976~20μm m之间调节..
(2)超细碳酸钙浆料生产技术
随着国内造纸工业的快速发展和现代造纸技术的应用，超细碳酸钙浆料的需求以每年两位数以上的速度快速增长，推动了超细碳酸钙浆料生产技术的快速进步。搅拌磨规格:1995 300 L搅拌磨；500 L搅拌磨2000左右；2003年，3000 L立式搅拌磨；2005年3500~5000 L搅拌磨。单机产能(d90≤2μm干重):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。
超细碳酸钙浆料加工技术的重要进步还体现在产品的细度和粘度上:生产的高品质特种表面涂料GCC:浆料固含量75% ~ 78%；粘度< < 350 MPa·s；；最大粒径3 ~ 5微米，-2μm含量≥97%，1μm含量≥75%；平均粒径为0.3 ~ 0.5 μ m
(3)超细煅烧高岭土原料的超细粉碎技术
超细粉碎是生产超细煅烧高岭土的关键技术之一。我国硬质高岭石超细粉碎设备从1995的BP80粉碎剥皮机发展到1999的BP300粉碎剥皮机，再到2000年的BP500粉碎剥皮机。2001和2005年，CYM3000和CYM5000大型搅拌磨相继问世。年产1万吨生产线超细粉碎技术进展如表3所示。
表3万吨生产线超细粉碎技术进展
(4)高长径比针状硅灰石粉体的加工技术
高长径比针状硅灰石粉体的加工是硅灰石矿物深加工的重要技术之一。近年来，山西泰华公司开发的TH1200矿物纤维制粉系统和南方硅灰石矿业公司的ACM-700E冲击式粉碎机，可以加工出12以上高长径比的超细硅灰石粉体。这两种设备的破碎比较大，单位产品能耗低。
四。结论
21世纪初以来，随着造纸、塑料、橡胶、涂料、陶瓷等相关工业部门产品产量的快速增长和产品质量要求的提高，我国非金属矿物超细粉体产量以年均10%以上的速度增长，2006年各种超细粉体总产量已超过500×104t。在强劲的市场需求推动下，非金属矿物超细粉体的加工技术和装备也取得了显著进展。未来的发展趋势是提高产品细度(降低破碎极限)，提高单机产量(大型设备)，降低能耗和磨损(单位产品)，稳定产品质量；同时，发展高效、低耗、大通量的分级技术和设备；在现有设备和技术的基础上，开发人工智能技术，根据原料的特性和产品的细度要求，自动优化生产工艺配置和操作参数，达到高效、低耗、稳定产品质量的目的。
参考
【1】郑水林。中国非金属矿物粉体工业的发展现状及趋势。中国粉末工业的一面镜子第二卷。北京:中国建筑材料工业出版社，2006，88-93。
[2]郑水林。非金属矿加工业发展现状。中国非金属矿产工业指南，2006 (3): 3-8。
郑水林，祖占良。非金属矿物破碎加工技术现状。中国非金属矿产工业指南，2006(增刊):3-8。
张国旺，黄晟晟，李子强，等。国内外超细搅拌磨的研究现状及发展。中国非金属矿产工业指南，2006年(增刊):119-123。
李三华，张家宝。CYM-5000L立式搅拌磨在非金属矿物超细粉碎中的应用。中国非金属矿产业指南，2007 (1): 50-51。
刘，，郭，等。再论新型离心环辊磨的开发与应用。中国非金属矿产工业指南，2006年(增刊):124-126。
[7]孙，连，王庆发.CYM系列超微怡丰磨的研制及其在非金属加工中的应用。中国非金属矿产工业指南，2006年(增刊):131-133。
王，潘志东，谢平波，等。超细碳酸钙的离心分级(英文)。硅酸盐学报，2006，34 (8): 927-931。
闫国栋冯建明。煤系煅烧高岭土生产集成新技术。中国非金属矿产工业指南，2006(增刊):97-99。
[10]张孟贤。中国硅灰石深加工现状及应用。中国非金属矿产工业指南，2005 (5): 14-16。
孙，谢文海。超细粉碎机发展的市场空间。中国非金属矿产工业指南，2007 (2): 44-46。
我国非金属矿超细粉碎和细粒分级技术的现状与发展
郑水林1郭丽2
(1中国矿业大学化学与环境工程学院，北京100083；2襄阳非金属矿产研究设计院，山西襄阳712021
文摘:综述了我国非金属矿超细粉碎和微细分级技术及设备的现状和最新进展。
关键词:非金属矿物，超细粉碎，精细分级。