1、概述
超細(xì)粉碎機(jī)及超細(xì)分級機(jī)的發(fā)展及使用與非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展是密不可分的，尤其是近來，我國非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展以及破碎機(jī)行業(yè)的發(fā)展使得超細(xì)粉碎及超細(xì)分級技術(shù)也得到了進(jìn)一步提高。因此，以非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展為背景，來分析我國超細(xì)粉碎機(jī)及超細(xì)分級機(jī)的現(xiàn)狀及其發(fā)展的市場空間。
2、我國非金屬礦物工業(yè)現(xiàn)狀及其制備問題。
目前中國的非金屬礦物工業(yè)已具有相當(dāng)大的規(guī)模，產(chǎn)量和出口量都呈現(xiàn)增長趨勢。但國產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次不高，不能滿足現(xiàn)代的高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，許多非金屬礦物深加工產(chǎn)品還要依賴進(jìn)口，如國內(nèi)高中檔玻璃原料及電子級球形硅微粉完全依賴進(jìn)口。非金屬礦物許多都是白色礦物，對其進(jìn)行深加工作業(yè)的第一基本要求就是提高其白度，其次就是保護(hù)石墨類鱗片和帶有纖維類礦物的礦物纖維。了解礦物的特性和對其深加工的要求，可以巧妙地組合工藝流程，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、簡易，且得到最好的精礦品位和最好的回收率的目的。對非金屬礦物進(jìn)行超細(xì)加工的目的主要是開發(fā)非金屬礦物在超微(細(xì))粉體狀態(tài)的特殊性能。
2.1充分發(fā)展小顆粒的各種效應(yīng)
發(fā)展小顆粒粒子的各種效應(yīng)是我們研究超細(xì)粉體的基本目的。由于超微(細(xì))粉體將會帶來量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)，這對開發(fā)非金屬天然納米材料(如石墨、沸石、高嶺土、硅藻土、珍珠巖等)和合成的非金屬礦物納米材料(如碳酸鈣、鈦白粉、二氧化硅、炭黑等)的用途都是十分重要的。
2.2先有高純化，再有超細(xì)化
高純化是為防止外來雜質(zhì)的干擾，進(jìn)而充分體現(xiàn)物質(zhì)本身的特性。許多產(chǎn)品沒有高純化就沒法體現(xiàn)其價值，例如W(SiO2)為99.99%的超細(xì)粉目前我國僅限于試驗(yàn)室成果，還沒有工業(yè)化實(shí)踐，而進(jìn)口的高檔產(chǎn)品價格可達(dá)15萬噸，W(ZrO)為99.999%的超細(xì)粉價格為普通耐火材料用ZrO粉的 300多倍。有了純度，才有可能談超細(xì)化，否則有了細(xì)度但是純度不夠要求，這等于是浪費(fèi)人力、物力及財力。20年以前超微細(xì)粉體的研究對象是粒徑3m以上的粉體，十年以前則是粒徑1m以上的材料，而近幾年來已進(jìn)展到研究納米級的。隨著顆粒粒徑的變小，材料本身更多的特性也將被開發(fā)。
2.3功能化與復(fù)合化的可能功能化與復(fù)合化是人們對材料性能追求的結(jié)果，也是高新技術(shù)發(fā)展對材料的需求。人們對超微細(xì)粉體在某些方面的獨(dú)特功能進(jìn)行研究并加以利用，同時人為地賦予它新功能，使其更好地為人們服務(wù)。
2.4精細(xì)化與特殊要求的關(guān)系粉體材料的精細(xì)化涉及到它的粒徑、粒度分布、顆粒形狀、比表面積、孔容、孔徑、晶相、導(dǎo)電率、磁性、光吸收率、光導(dǎo)率等一系列的特性。不同特性的粉體在應(yīng)用方面具有不同的效果。例如我們通常所用的用于封裝材料的SiO粉，顆粒形狀不同(角形粉和球形粉)其封裝結(jié)果則完全兩樣;產(chǎn)品粒度分布不同，其結(jié)果也相差許多。
3、我國超細(xì)粉碎機(jī)與超細(xì)分級機(jī)的研發(fā)
我國從1995至2005年10年間擁有近160個超細(xì)粉碎機(jī)專利，由此可以看出，我國超細(xì)粉碎機(jī)及超細(xì)分級機(jī)的發(fā)展概況。
3.1超細(xì)粉碎理論及實(shí)踐
3.1.1超細(xì)粉碎理論研究
破碎理論是解決物料粉碎與能量消耗關(guān)系的理論基礎(chǔ)，探索物料粉碎狀態(tài)與能量消耗之間的內(nèi)在聯(lián)系，對指導(dǎo)制造更有利于粉碎、更節(jié)能的粉碎設(shè)備，對降低能耗、節(jié)約能源有重要的理論研究價值和重大的現(xiàn)實(shí)意義。自19世紀(jì)，提出了破碎理論的新概念以來，到上個世紀(jì)80年代加巴洛夫從結(jié)構(gòu)化學(xué)的角度研究了粉碎能耗問題。破碎理論經(jīng)過100多年的發(fā)展與完善，在粉碎領(lǐng)域起著重要的指導(dǎo)作用。但這些理論都在一定程度上存在不足及其局限性，從實(shí)際使用出發(fā)，三大粉碎理論都有各自的適用范圍，具有一定的片面性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的理論落后于實(shí)踐，傳統(tǒng)破碎理論的缺陷與不足日顯突出，在許多領(lǐng)域已不能起到指導(dǎo)作用。為此，尋求更合理、更準(zhǔn)確、更能反映實(shí)際粉碎狀態(tài)的破碎理論已迫在眉睫。物料變形、破碎過程十分復(fù)雜、它不是一個孤立系統(tǒng)，而是一個與外界有物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)，也是一個由穩(wěn)態(tài)一漸變一突變的螺旋式演變過程，同時伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整建立系統(tǒng)，建立物料粉碎功耗方程，需要多學(xué)科的理論做基礎(chǔ)，在多學(xué)科交叉融合的前提下，來建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎這一復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)在演變機(jī)理�；诹骰矚饬髂シ鬯闄C(jī)理，研究了粉碎腔內(nèi)的工質(zhì)壓強(qiáng)與噴嘴個數(shù)對SiC顆粒形貌的影響。提高粉碎腔內(nèi)的工質(zhì)壓強(qiáng)可增加粉碎強(qiáng)度;粉碎腔內(nèi)采用兩個噴嘴以增加顆�；ハ嘧矒舻臋C(jī)率是制備片狀SiC粉的有效方法。采用流化床式氣流磨加多級渦輪分級機(jī)的粉碎系統(tǒng)，可以制備產(chǎn)品質(zhì)量較好的多級別超細(xì)SiC片晶微粉。用三維黏性流動計算軟件 NUMECA對湍流粉碎機(jī)的吸人腔進(jìn)行了定常三維紊流流場的數(shù)值模擬，得到了吸人腔內(nèi)部流場的壓力分布和速度分布，直觀地顯示了吸人腔內(nèi)部的流動現(xiàn)象，為后續(xù)階段的整機(jī)聯(lián)算奠定了基礎(chǔ)。用高壓輥磨與攪拌磨構(gòu)成的復(fù)合粉碎系統(tǒng)進(jìn)行了濕法超細(xì)研磨碳酸鈣物料的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)能有效地提高物料細(xì)度并降低能耗，這可能與顆粒在高壓輥磨受壓后產(chǎn)生微裂隙有關(guān);高壓輥磨預(yù)磨次數(shù)明顯地影響攪拌磨的最終產(chǎn)品粒度和節(jié)能效果;經(jīng)模擬各種不規(guī)則形狀顆粒破壞行為表明，顆粒受壓時產(chǎn)生微裂隙的現(xiàn)象與其各向異性和應(yīng)力分布有關(guān)。各種理論研究表明，超細(xì)粉碎理論應(yīng)該與現(xiàn)行的三大粉碎理論有不同的表現(xiàn)方式，但如何能正確表現(xiàn)，還有待粉碎界人士共同努力去研究，期待早日出現(xiàn)一個完整的表達(dá)公式。做為破碎機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)提示需注意：①開發(fā)粉碎細(xì)物料設(shè)備的思考方法不同于粉碎粗粒物料的;②超細(xì)粉碎機(jī)的開發(fā)應(yīng)該是多力場的。
3.1.2超細(xì)粉碎機(jī)械
我國超細(xì)粉碎技術(shù)起于上世紀(jì)60年代;在引進(jìn)、消化、吸收、研制一系列運(yùn)作下，到上世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)國產(chǎn)細(xì)碎顎式破碎機(jī)，如指狀粉碎機(jī)、塔式磨機(jī)、氣流磨等;到上世紀(jì)90年代中期，我國已基本形成自己的超細(xì)粉碎機(jī)的生產(chǎn)序列，但由于超細(xì)分級機(jī)要符合流體力學(xué)原理，研制難度大一些，因此研制者較少。超細(xì)攪拌磨始于1928年，1952年美國杜邦公司推出立式砂磨機(jī)，上世紀(jì)80年代Drais公司開發(fā)成功DCP環(huán)隙式攪拌磨，使粉碎分散效率大大提高。近年來，德國和日本正在研發(fā)亞微米、納米超細(xì)攪拌磨，如S型、C型和ZR120型離心式超細(xì)攪拌磨。
4、我國粉碎機(jī)械的發(fā)展方向
現(xiàn)代工程技術(shù)將需要越來越多的高純超細(xì)粉體,超細(xì)粉碎技術(shù)在高新技術(shù)研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與非金屬礦物有著密切的聯(lián)系,在未來非金屬礦深加工技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中要考慮高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;現(xiàn)代非金屬深加工技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加工技術(shù)相互滲透,其發(fā)展必須考慮傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和進(jìn)步;為了更好地應(yīng)用有限的非金屬礦資源,必須考慮其綜合利用問題。
超細(xì)粉碎機(jī)及超細(xì)分級機(jī)的發(fā)展及使用與非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展是密不可分的，尤其是近來，我國非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展以及破碎機(jī)行業(yè)的發(fā)展使得超細(xì)粉碎及超細(xì)分級技術(shù)也得到了進(jìn)一步提高。因此，以非金屬礦物工業(yè)的發(fā)展為背景，來分析我國超細(xì)粉碎機(jī)及超細(xì)分級機(jī)的現(xiàn)狀及其發(fā)展的市場空間。
2、我國非金屬礦物工業(yè)現(xiàn)狀及其制備問題。
目前中國的非金屬礦物工業(yè)已具有相當(dāng)大的規(guī)模，產(chǎn)量和出口量都呈現(xiàn)增長趨勢。但國產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和檔次不高，不能滿足現(xiàn)代的高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，許多非金屬礦物深加工產(chǎn)品還要依賴進(jìn)口，如國內(nèi)高中檔玻璃原料及電子級球形硅微粉完全依賴進(jìn)口。非金屬礦物許多都是白色礦物，對其進(jìn)行深加工作業(yè)的第一基本要求就是提高其白度，其次就是保護(hù)石墨類鱗片和帶有纖維類礦物的礦物纖維。了解礦物的特性和對其深加工的要求，可以巧妙地組合工藝流程，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、簡易，且得到最好的精礦品位和最好的回收率的目的。對非金屬礦物進(jìn)行超細(xì)加工的目的主要是開發(fā)非金屬礦物在超微(細(xì))粉體狀態(tài)的特殊性能。
2.1充分發(fā)展小顆粒的各種效應(yīng)
發(fā)展小顆粒粒子的各種效應(yīng)是我們研究超細(xì)粉體的基本目的。由于超微(細(xì))粉體將會帶來量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)，這對開發(fā)非金屬天然納米材料(如石墨、沸石、高嶺土、硅藻土、珍珠巖等)和合成的非金屬礦物納米材料(如碳酸鈣、鈦白粉、二氧化硅、炭黑等)的用途都是十分重要的。
2.2先有高純化，再有超細(xì)化
高純化是為防止外來雜質(zhì)的干擾，進(jìn)而充分體現(xiàn)物質(zhì)本身的特性。許多產(chǎn)品沒有高純化就沒法體現(xiàn)其價值，例如W(SiO2)為99.99%的超細(xì)粉目前我國僅限于試驗(yàn)室成果，還沒有工業(yè)化實(shí)踐，而進(jìn)口的高檔產(chǎn)品價格可達(dá)15萬噸，W(ZrO)為99.999%的超細(xì)粉價格為普通耐火材料用ZrO粉的 300多倍。有了純度，才有可能談超細(xì)化，否則有了細(xì)度但是純度不夠要求，這等于是浪費(fèi)人力、物力及財力。20年以前超微細(xì)粉體的研究對象是粒徑3m以上的粉體，十年以前則是粒徑1m以上的材料，而近幾年來已進(jìn)展到研究納米級的。隨著顆粒粒徑的變小，材料本身更多的特性也將被開發(fā)。
2.3功能化與復(fù)合化的可能功能化與復(fù)合化是人們對材料性能追求的結(jié)果，也是高新技術(shù)發(fā)展對材料的需求。人們對超微細(xì)粉體在某些方面的獨(dú)特功能進(jìn)行研究并加以利用，同時人為地賦予它新功能，使其更好地為人們服務(wù)。
2.4精細(xì)化與特殊要求的關(guān)系粉體材料的精細(xì)化涉及到它的粒徑、粒度分布、顆粒形狀、比表面積、孔容、孔徑、晶相、導(dǎo)電率、磁性、光吸收率、光導(dǎo)率等一系列的特性。不同特性的粉體在應(yīng)用方面具有不同的效果。例如我們通常所用的用于封裝材料的SiO粉，顆粒形狀不同(角形粉和球形粉)其封裝結(jié)果則完全兩樣;產(chǎn)品粒度分布不同，其結(jié)果也相差許多。
3、我國超細(xì)粉碎機(jī)與超細(xì)分級機(jī)的研發(fā)
我國從1995至2005年10年間擁有近160個超細(xì)粉碎機(jī)專利，由此可以看出，我國超細(xì)粉碎機(jī)及超細(xì)分級機(jī)的發(fā)展概況。
3.1超細(xì)粉碎理論及實(shí)踐
3.1.1超細(xì)粉碎理論研究
破碎理論是解決物料粉碎與能量消耗關(guān)系的理論基礎(chǔ)，探索物料粉碎狀態(tài)與能量消耗之間的內(nèi)在聯(lián)系，對指導(dǎo)制造更有利于粉碎、更節(jié)能的粉碎設(shè)備，對降低能耗、節(jié)約能源有重要的理論研究價值和重大的現(xiàn)實(shí)意義。自19世紀(jì)，提出了破碎理論的新概念以來，到上個世紀(jì)80年代加巴洛夫從結(jié)構(gòu)化學(xué)的角度研究了粉碎能耗問題。破碎理論經(jīng)過100多年的發(fā)展與完善，在粉碎領(lǐng)域起著重要的指導(dǎo)作用。但這些理論都在一定程度上存在不足及其局限性，從實(shí)際使用出發(fā)，三大粉碎理論都有各自的適用范圍，具有一定的片面性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的理論落后于實(shí)踐，傳統(tǒng)破碎理論的缺陷與不足日顯突出，在許多領(lǐng)域已不能起到指導(dǎo)作用。為此，尋求更合理、更準(zhǔn)確、更能反映實(shí)際粉碎狀態(tài)的破碎理論已迫在眉睫。物料變形、破碎過程十分復(fù)雜、它不是一個孤立系統(tǒng)，而是一個與外界有物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)，也是一個由穩(wěn)態(tài)一漸變一突變的螺旋式演變過程，同時伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整建立系統(tǒng)，建立物料粉碎功耗方程，需要多學(xué)科的理論做基礎(chǔ)，在多學(xué)科交叉融合的前提下，來建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎這一復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)在演變機(jī)理�；诹骰矚饬髂シ鬯闄C(jī)理，研究了粉碎腔內(nèi)的工質(zhì)壓強(qiáng)與噴嘴個數(shù)對SiC顆粒形貌的影響。提高粉碎腔內(nèi)的工質(zhì)壓強(qiáng)可增加粉碎強(qiáng)度;粉碎腔內(nèi)采用兩個噴嘴以增加顆�；ハ嘧矒舻臋C(jī)率是制備片狀SiC粉的有效方法。采用流化床式氣流磨加多級渦輪分級機(jī)的粉碎系統(tǒng)，可以制備產(chǎn)品質(zhì)量較好的多級別超細(xì)SiC片晶微粉。用三維黏性流動計算軟件 NUMECA對湍流粉碎機(jī)的吸人腔進(jìn)行了定常三維紊流流場的數(shù)值模擬，得到了吸人腔內(nèi)部流場的壓力分布和速度分布，直觀地顯示了吸人腔內(nèi)部的流動現(xiàn)象，為后續(xù)階段的整機(jī)聯(lián)算奠定了基礎(chǔ)。用高壓輥磨與攪拌磨構(gòu)成的復(fù)合粉碎系統(tǒng)進(jìn)行了濕法超細(xì)研磨碳酸鈣物料的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)能有效地提高物料細(xì)度并降低能耗，這可能與顆粒在高壓輥磨受壓后產(chǎn)生微裂隙有關(guān);高壓輥磨預(yù)磨次數(shù)明顯地影響攪拌磨的最終產(chǎn)品粒度和節(jié)能效果;經(jīng)模擬各種不規(guī)則形狀顆粒破壞行為表明，顆粒受壓時產(chǎn)生微裂隙的現(xiàn)象與其各向異性和應(yīng)力分布有關(guān)。各種理論研究表明，超細(xì)粉碎理論應(yīng)該與現(xiàn)行的三大粉碎理論有不同的表現(xiàn)方式，但如何能正確表現(xiàn)，還有待粉碎界人士共同努力去研究，期待早日出現(xiàn)一個完整的表達(dá)公式。做為破碎機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)提示需注意：①開發(fā)粉碎細(xì)物料設(shè)備的思考方法不同于粉碎粗粒物料的;②超細(xì)粉碎機(jī)的開發(fā)應(yīng)該是多力場的。
3.1.2超細(xì)粉碎機(jī)械
我國超細(xì)粉碎技術(shù)起于上世紀(jì)60年代;在引進(jìn)、消化、吸收、研制一系列運(yùn)作下，到上世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)國產(chǎn)細(xì)碎顎式破碎機(jī)，如指狀粉碎機(jī)、塔式磨機(jī)、氣流磨等;到上世紀(jì)90年代中期，我國已基本形成自己的超細(xì)粉碎機(jī)的生產(chǎn)序列，但由于超細(xì)分級機(jī)要符合流體力學(xué)原理，研制難度大一些，因此研制者較少。超細(xì)攪拌磨始于1928年，1952年美國杜邦公司推出立式砂磨機(jī)，上世紀(jì)80年代Drais公司開發(fā)成功DCP環(huán)隙式攪拌磨，使粉碎分散效率大大提高。近年來，德國和日本正在研發(fā)亞微米、納米超細(xì)攪拌磨，如S型、C型和ZR120型離心式超細(xì)攪拌磨。
4、我國粉碎機(jī)械的發(fā)展方向
現(xiàn)代工程技術(shù)將需要越來越多的高純超細(xì)粉體,超細(xì)粉碎技術(shù)在高新技術(shù)研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與非金屬礦物有著密切的聯(lián)系,在未來非金屬礦深加工技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中要考慮高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;現(xiàn)代非金屬深加工技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加工技術(shù)相互滲透,其發(fā)展必須考慮傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和進(jìn)步;為了更好地應(yīng)用有限的非金屬礦資源,必須考慮其綜合利用問題。
