粉碎林论与粉碎设备发展评述.pdf

文章编号 1005 - 7854200102 - 0036 - 06 粉碎理论与粉碎设备发展评述 赵 敏,卢亚平,潘英民 北京矿冶研究总院,北京100044 摘 要综合评述了粉碎理论和粉碎设备,指出不同的粉碎理论所适用的范畴、 各类粉 碎设备的特点及其应用范围,并指出今后粉碎设备研制的发展趋势。 关键词粉碎理论;粉碎方法;粉碎设备 中图分类号TS21114 2 ; TD9214 文献标识码 A DEVELOPMENT OF COMMINUTION THEORY AND EQUIPMENT ZHAO Min , L U Ya2ping , PAN Ying2min Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy , Beijing100044, China ABSTRACT In this paper ,comminution theory and equipment are reviewed comprehensively1It points out applicable scopes of different comminution theories ,features and applicable scopes of various comminution equipment and development trend of comminution equipment1 KEY WORDS Comminution theory; Comminution ; Comminution equipment 收稿日期 2001 - 01 - 10 作者简介赵 敏,研究生部硕士研究生,工程师。 1 粉碎的目的与意义 固体物料经过粉碎,颗粒由大变小,物料单位质量的表面积增加,可以提高物理作用及化 学反应的速度;在矿物加工过程中,矿石经过粉碎,可以实现不同矿物的彼此解离;几种固体物 料的混合,也必须在细粉状态下,才能均匀混合。 粉体材料最重要的质量指标之一是粒度和粒度分布,而粒度和粒度分布决定了粉体产品 的技术性能和应用范围。例如,物料的比表面积、 化学反应速率、 吸附性、 堆积性、 补强性、 在液 相介质中的沉降速度、 溶解性、 光学性能、 电性、 磁性等,这些都与应用范围有直接关系。而产 品的应用领域对物料的粒度及粒度分布均有严格的要求。 粉碎是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节。粉体技术被看作是高技术工 业最重要的基础技术之一。在各种矿石、 金属、 非金属、 化工原料及建筑材料的加工过程中,粉 碎作业要消耗巨大的能量,而且又是低效作业。这是由于在物料粉碎过程中,会产生发热、 振 第10卷 第2期 2001年6月 矿 冶 MINING 其二是 干式气流粉碎机的研究。当时,我国主要以引进国外先进的设备和技术为主,同时,国内技术 人员进行了大量研究开发工作,经过十几年的努力,国内已能生产各种气流磨、 高速冲击磨、 搅 拌磨、 振动磨,有的设备在性能上已接近国外同类设备的水平。但总的说来,与国外的先进技 术设备相比,我国的超细粉碎技术仍存在一些问题① 已研制出的各种型号规格的超细粉碎设 备中,有些在结构设计、 材质及加工精度等方面,与国外先进设备相比还有一定差距;② 产品的 深加工档次低、 系列少,对用户的需求针对性差;③ 缺少高效的超细分级设备与粉碎设备配套。 313 各类粉碎设备及其特点[12 ,22] 31311 机械冲击式粉碎机 83矿 冶 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 机械冲击式粉碎机是利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转转子上的冲击元件锤头、 叶 片、 棒体等对物料进行撞击,并使其在定子与转子间、 物料颗粒间产生高频度的相互强力冲 击、 剪切作用而粉碎的设备。其特点是粉碎比大、 运转稳定,适合于中软硬度物料的粉碎。粉 碎成品的颗粒细度和形态由转子上锤头的运动状态和定子间间隙来决定,低速冲击可得细长 的颗粒,而高速冲击则易得物料结晶状态相同的颗粒。 1锤片式粉碎机主要由进料口、 转子、 销连在转子上的锤片、 筛片以及出料口等部分组 成。按照不同的进料方向,又可以把这类粉碎机分为切向式、 轴向式和径向式三种,前两种粉 碎机一般配用的动力比较小,生产率比较低,多为中、 小型粉碎机;后一种粉碎机一般配用的动 力比较大,生产率比较高,多为大、 中型粉碎机。 2齿爪式粉碎机主要由进料斗、 动齿盘转子、 定齿盘、 包角为360 的环筛和排料口等组 成。可用于谷物等的粉碎。齿爪式粉碎机的特点是结构简单、 粉碎室比较窄、 筛片包角为 360 、 生产效率比较高,但噪声和粉尘比较大。 3涡轮式粉碎机其特点是粉碎物温升比较低,适合于粉碎脱脂大豆、 米、 小麦粉、 食盐、 矿物质添加剂和颜料等。80 以上的粉碎物可以通过0115～011 mm的筛孔。 4立式高速冲击粉碎机主要由给料机、 粉碎器和分级器三部分组成。给料机包括料斗 和给料螺旋。粉碎器由动齿盘它是一个旋转的圆盘,在其周边垂直地均布安装着打击棒柱或 齿爪和环状的固定磨圈有槽形的和光面的所组成。分级器是一个旋转的圆盘,在其周边装 有叶片,有长叶片、 短叶片和斜叶片等型式可供选用。在粉碎区和分级区之间有分隔的导向 环,其作用时是使未达到粒度要求的物料在其间作闭路回转流动,并继续被破碎。工作时,物 料从给料螺旋送入后,在动齿盘和固定磨圈之间受到棒柱或齿爪以110 m/ s的线速度的冲击、 剪切和搓擦等作用而粉碎。该机适用于涂料、 食品、 医药品、 合成树脂等弱热性物质的粉碎。 5卧式微粉碎机这是一种水平轴、 双室、 气流分级式粉碎机,主要基于冲击粉碎原理工 作,在粉碎的同时能够进行分级和清除杂质。它由水平轴上安设的两个串联的粉碎 分级室 和风机组成。两串联的粉碎 分级室之间用隔环分隔,第二粉碎室粉碎力更强转子的圆周速 度较大 , 故为细磨区。细粉随气流由风机排出机外捕集。此机的特点是采用两极串联粉碎装 置,故粉碎效率高,能耗较低;产品粒度细平均粒径3～100μm ;机内设有排渣装置,可将难 以粉碎的杂质排除,故产品纯度高;负压操作,可减少粉尘对环境的污染。适用于莫氏硬度低 于5级的物料,例如涂料、 颜料、 非金属矿、 化工原料、 农药等的微粉碎。 6克罗普列克斯粉碎机类似于爪式自由粉碎机,安装有许多短圆柱小棒,在粉碎室外周 设有筛网。在机内装有带许多小棒的圆板,借以粉碎软质或中硬质的材料,也有在两块圆板上 交错安装小棒,逆向运动。此机适宜粉碎玉米及小麦。 7帕尔巴克式粉碎机该机粉碎室较短,分级是采用让物料通过装有叶片的圆板产生负 压,使粗粒通过管道返回压力低的原料入口。粉碎转子和分级叶片采取分别传动的方法,若单 独改变叶片的转速,就可以调速和调节产品的粒度。 8喷射粉碎机该机由重锤式冲击部件、 螺旋给料器、 分级轮、 风扇轮、 转子轴等组成,可 粉碎较硬的物料。产品粒度可用改变转速和改变分级叶片的长度调节,或者用风量调节。冷 却效果好,适应于热敏性物料的粉碎。 31312 气流粉碎机 气流粉碎机是以高速气流 300 ～500 m/ s为动力和载体,使物料颗粒在高速运动中相互 碰撞、 摩擦和剪切而使物料粉碎。优点为产品不受污染,能保持原来的纯度和白度;能保持原 93赵 敏等粉碎理论与粉碎设备发展评述 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 结晶状态,如长径比。气流磨的缺点被处理的物料不能含水,气流中湿度也不能高,因此气流 进入前应有去湿或油气装置;电耗高,平均每吨产品耗电为100～1000 kWh ,个别物料高达 2000 kWh ,气流磨比机械方式粉碎的能耗要高出数倍。 1扁平式气流粉碎机此机亦称圆盘式气流磨。物料由汾丘里喷嘴加速到超音速导入粉 碎室;高压气流进入气流分配室,分配室与粉碎室相通,气流在自身压力下,强行通过研磨喷嘴 时,产生高达每秒几百米至上千米的气流速度,物料在高速旋流的带动下作循环运动,颗粒间、 颗粒与机体间产生相互冲击、 碰撞、 摩擦而被粉碎。粗粉在离心力作用下甩向粉碎室周壁作循 环粉碎,而微粉在离心气流带动下被导入粉碎机中心出口管进入旋风分离器加以捕集。 2超音速喷射式粉碎机亦称P1J1M气动射流磨。该粉碎机适用于粉碎低熔点食品和 热敏性物料,能保存物料原有的芳香味。国产超音速喷射式粉碎机主要有GTM - 10型、BQF - 200型和BQF - 280型等气流超音速喷射式粉碎机。 3立式环形喷射式粉碎机又称循环管式气流磨,它具有分级的特点。其成品粒度可达 3～012μm ,广泛地应用于填料、 颜料、 金属、 化妆品、 医药品、 食品、 磨料以及具有热敏性、 爆炸 性的化学品等的超细粉碎。 4靶式气流磨它是利用高速气流夹带物料冲击在各种形状的靶板上进行粉碎的设备。 适用于粉碎高分子聚合物、 低熔点热敏性物料,以及纤维状物料。可以根据原料性质和产品粒 度的要求选择不同形状的靶板。靶板作为易损件,应采用耐磨材质制作。 5对喷式气流磨又称逆向喷射磨,是利用物料在一对喷嘴相对喷射的超音速气流中相 撞而粉碎的设备。可用于粉碎莫氏硬度915级以下硬质、 脆性、 韧性的各种物料,产品粒度可 达74μm至亚微米。代表机型有布劳-诺克斯型气流磨Blaw Knox Mill、 特劳斯特型气流 磨Trost Jet Mill和马亚克型气流磨Majac Jet Puluerizer。 6流化床对喷式气流磨它是20世纪90年代最新的超细粉碎设备。其特点是产品细度 达3～10μm ,粒度分布窄;粉磨效率高,能耗低,比其它类型气流磨节能50 ;产品污染少,可 加工无铁质污染的粉体产品和莫氏硬度10级的物料;结构紧凑、 噪音小、 操作自动化,但成本 高。德国Apline公司研制的AFG流化床逆向气流磨较为先进,国内主要有沈阳飞机研究所、 四川绵阳中国空气动力研究中心、 上海化机三厂生产。 31313 磨碎机械 磨碎机主要依靠两个工作表面或介质之间的挤压和摩擦力将物料研磨成极细的产品。 1片磨适用于物料磨碎,也适用于研磨含水分高的物料以及韧性大的物料。按照磨盘 安装位置可以分为立磨和卧磨两种;按照磨片的材质不同可分为刚磨、 金刚砂磨、 石墨、 陶瓷磨 等,用途十分广泛。 2锥形磨粉机适用于小麦、 杂粮和豆类的干磨和湿磨。工作时,依靠两磨头磨齿对物料 的挤压和剪切作用磨碎物料。锥形磨的特点是适应性广、 经久耐用、 加工低廉,但是干磨时成 品的温升较高、 成品质量较差、 耗能大、 生产效率低、 噪声较大、 轧距调整比较复杂。 3对辊式粉磨机根据使用对象不同,又可分为农用小型磨粉机和大、 中型磨粉机。前者 装备有一对磨辊,其结构简单、 操作方便、 生产率低;后者配制有两对磨辊,其结构复杂、 机械化 自动化程度高、 生产率高,如国产MY型磨粉机。 4立式辊磨机亦称立式磨,其结构型式有十余种之多,如莱歇磨Loeshe mill等。辊磨 机是利用快速转动的若干个辊子对固定磨盘中的物料进行辊压产生的研磨作用而粉碎,有效 粉碎功较高;由于它是风扫式磨,兼具粉磨与烘干的功能。其缺点是磨辊与磨盘的磨损大、 寿 04矿 冶 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 命短,需采用高耐磨材料制作,且检修、 更换较复杂。德国的洪堡公司、 美国的富勒公司和丹麦 的史密斯公司等都相继开发出各自的辊磨机系列产品。 5球磨机球磨机的类型很多,应用广泛。按研磨介质分有球磨机、 棒磨机、 砾磨机、 自磨 机无介质、 半自磨机少量介质。球磨机的优点是结构简单,适应性强,可连续操作适于大 型化;缺点是效率低,耗电高,介质材料消耗大。为适应工业化大规模生产的要求,采用分级机 与球磨机闭路作业生产粉体物料。 6振动磨通过磨机筒体作高频强烈振动使研磨介质对物料产生冲击、 摩擦、 剪切作用而 使物料粉碎。振动磨的缺点是噪音大,对轴承弹簧等部件材质质量要求高,处置某些含结晶水 物料时有粒度粘结、 增大现象。振动磨主要应用在耐火材料、 磁性材料、 化工等领域。国外机 型主要有德国宏堡公司的Palla型振动磨,美国SWECO公司的立式旋振动磨。国内振动磨生 产厂家主要有温州矿山机械厂、 江阴机械厂及青岛矿山机械厂。 7介质搅拌磨介质搅拌磨有立式和卧式两大类,主要由一个静止的筒体和一个旋转的 搅拌器组成,筒体内充满小直径研磨介质,主要通过搅拌器搅动介质产生摩擦、 剪切和少量冲 击粉碎物料,产品细度可小于1μm。介质搅拌磨被认为是最有发展前途的粉碎设备。产品有 美国U1P公司生产的Szegvari搅拌磨、 瑞典SALA公司生产的SAM搅拌磨,国内有长沙矿冶 研究院研制的立式螺旋搅拌磨等。 4 粉碎设备的发展趋势 鉴于粉碎技术及设备的应用涉及化工、 冶金、 建材、 电子、 化工、 医药、 农业等许多领域的广 泛性,以及被粉碎材料种类的多样性,尤其是当代高新技术发展对材料深加工制备提出越来越 高的要求粒度微细化、 粒度分布均匀化或颗粒形状特定化、 品质高纯化、 表面处理功能化等 等,必将促使粉碎技术与设备的不断发展。其发展和研究的主要方面应包括 1开发粉碎与分级相结合的闭路工艺及设备,从而降低能耗,提高生产率; 2提高和改进现有粉碎设备的性能,降低生产成本,增加品种和机型; 3实现工艺研究和设备开发的一体化,针对具体物料特性,进行设备开发设计; 4重视粉碎基础理论的研究。 参考文献 [1]朱尚叙 1 粉磨工艺与设备[M]1 武汉武汉工业大学出版社,19931 [2]孙成林,蔡 玲 1 粉碎工程进展现状[A]1 第四届全国粉体工程学术会议论文集[C]11996 ,101～1021 [3]李 克,等 1 超细粉体的性质、 制备及其对工程学科的影响[J ]1 粉体技术,1998 ,2 35～381 [4]崔越昭,吴一善 1 我国超细粉碎工艺技术现状及发展建议[J ]1 非金属矿,1995 ,3 23～241 [5]盖国胜 1 超细粉碎与分级技术的发展[J ]1 中国粉体技术,1999 ,1 22～261 [6]孙成林 1 破碎机的最新发展[J ]1 中国粉体技术,2000 ,2 32～391 [7]李启衡 1 粉碎理论概要[M]1 北京冶金工业出版社,19931 [8]马正先,等 1 非金属矿超细粉碎技术的发展现状与趋势[J ]1 金属矿山,2000 ,1 41～451 [9]孙成林 1 现代超细粉碎及超细分级技术[J ]1 北京矿冶研究总院学报,1993 ,4 51～581 [10]郭 明 1 国内外破磨设备的现状及发展[J ]1 矿山机械,1997 ,7 1～71 [11]杨华明,王淀佐,邱冠周 1 超细粉碎技术的进展[J ]1 金属矿山,1998 ,9 20～271 [12]张国旺 1 破碎粉磨设备的现状及发展[J ]1 粉体技术,1998 ,3 37～421 下转第30页 14赵 敏等粉碎理论与粉碎设备发展评述 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 艺的优点,对流程进行了等可浮工艺的改造,侧重使用具有选择性的捕收剂丁铵黑药,并且和 分步优先浮选工艺一样产出一个较低品位的硫精矿,使其与较高品位的分离硫精矿合并,得到 最终硫精矿。等可浮工艺于1994年投入使用至今,稳定了铜、 硫的回收率,而银的回收率也得 到较大幅度的提高。1994～1998年铜、 硫、 银回收率统计结果如下 年度19941995199619971998 铜回收率/ 8015080157801748016780181 硫回收率/ 8118681131811448114881126 银回收率/ 53125516551856115613 4 结 语 银是该铜矿床最重要的有价伴生元素,综合回收银、 提高其实收率能使企业获得较大的经 济效益。为提高伴生银的综合回收指标,研究了矿床中银的赋存状态,并结合选矿试验和生产 实践,认为伴生银回收率低主要是尾矿中银的损失造成,其次是损失在铜硫分离的硫精矿中, 再其次是入选矿石的硫品位偏高和大幅度波动引起,并且试验表明,铜硫分步优先浮选工艺和 中矿再磨都能提高伴生银的回收率。在实际生产中,分步优先浮选工艺存在难以操作、 硫回收 率低等缺点,同时 “再磨” 的条件也不成熟,充分吸取分步优先浮选工艺的优点,逐渐形成了能 基本满足回收伴生银条件的等可浮浮选工艺。此外,实际生产中应尽量提高铜硫粗选的银回 收率,从而减少最终尾矿中银的损失,而且矿山供矿要密切配合,减少入选矿石中硫品位的波 动,以利于银回收指标的稳定和提高。 参考文献 〔1〕 北京矿冶研究总院 1 江西永平铜矿银的赋存状态及在选矿流程中损失状态的研究[R]119891 〔2〕 江西铜业公司永平铜矿,北京矿冶研究总院 1 江西永平铜矿伴生金银赋存规律研究[R]119901 〔3〕 北京矿冶研究总院,江西铜业公司永平铜矿 1 永平铜矿中矿再磨工业性试验报告[R]119951 〔4〕 李崇德,等 1 永平铜矿选矿工艺的技术改造[J ]1 矿冶,2000 ,93 24～281 上接第41页 [13]盖国胜,等 1 超细粉碎与分级设备进展[J ]1 金属矿山,2000 ,5 30～411 [14]朱瀛波,应东风 1 高速冲击式超细粉碎及分级设备的应用[J ]1 有色金属选矿部分 ,1998 ,2 27～291 [15]唐继尧 1 超细粉碎机[J ]1 矿山机械,1992 ,1 29～301 [16]陈炳辰 1 磨矿分级进展上 [J ] 1 金属矿山,1999 ,11 12～171 [17]陈炳辰 1 磨矿分级进展下 [J ] 1 金属矿山,1999 ,12 16～231 [18]黄明利,盖国胜 1 冲击式超细粉碎机进展[A]1 第五届全国粉体工程学术会议论文集[C]11998 ,10～141 [19]沈再春 1 农产品加工机械与设备[M]1 北京农业出版社,19961 [20]陆振曦,陆守道 1 食品机械原理与设计[M]1 北京中国轻工业出版社,19991 [21][日]神保元二,等 1 粉碎[M]1 王少儒,孙成林译 1 北京中国建筑工业出版社,19851 [22]李兴国 1 食品机械学[M]1 成都四川教育出版社,19911 03矿 冶 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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