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砂磨機在國外的發(fā)展

在粉體制備領(lǐng)域，最開始得到廣泛使用的設(shè)備是1891年由庫努夫和戴維森發(fā)明的球磨機，但其能量轉(zhuǎn)換效率極低，電機產(chǎn)生的能量大部分都被用來帶動筒體轉(zhuǎn)動，只有很少一部分用來破碎顆粒。而且當目標粒徑在20微米甚至更小時，生產(chǎn)費用隨目標粒徑的降低呈指數(shù)增加，幾乎無法產(chǎn)生經(jīng)濟效益。此外，球磨機最大的問題是研磨速度很低，因為當轉(zhuǎn)速達到臨界轉(zhuǎn)速以上時，研磨介質(zhì)不再發(fā)生拋落和碰撞，而是與筒體一起旋轉(zhuǎn)，這就無法實現(xiàn)顆粒的破碎。而低轉(zhuǎn)速的球磨機想要研磨出粒徑更小的材料就必須提高用于顆粒破碎的能量，只能通過增大研磨介質(zhì)直徑來實現(xiàn)，但是當研磨介質(zhì)直徑太大時對物料的破碎和沖擊效果又明顯下降，這些因素都限制了球磨機的發(fā)展和應(yīng)用。因此，攪拌磨機橫空出世。

攪拌磨機不再通過筒體向磨料傳遞能量，而是由筒體內(nèi)攪拌器的轉(zhuǎn)動給物料傳遞能量，這大大提高了能量利用率。與之前的球磨機相比，攪拌磨機主要有高研磨速度、高填充率以及研磨介質(zhì)小三個特點。高研磨速度以及高填充率大大提高了研磨時的功率密度，使研磨時間顯著縮短，提高了經(jīng)濟效益；而研磨介質(zhì)尺寸的降低實現(xiàn)了對超細粉體的生產(chǎn)。

最早的攪拌磨機發(fā)明于1928年，是由美國的Klein和Szegvari發(fā)明制造的，隨后便在超細粉體領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高研磨效率以及分散效果，都彭公司在1952年研究并制造出了以渥太華硅砂為磨球的立式砂磨機，此設(shè)備與傳統(tǒng)攪拌磨機不同之處在于磨球與物料的分離方法；傳統(tǒng)的分離方法是開式的，而都彭公司研制的立式砂磨機分離方法是密封的，這進一步擴大了攪拌磨機的應(yīng)用范圍。

在一年之后，日本的Kawabata博士發(fā)明了塔磨機，使攪拌磨機的應(yīng)用領(lǐng)域延伸至化工行業(yè)。在同一年代，Szegvan改變了傳統(tǒng)攪拌磨機中攪拌器的形狀，將攪拌器形狀設(shè)計為棒狀。在1965年恩格斯博士為了增大攪拌器的研磨速度，將攪拌磨機的頂部由開頂改為閉頂。在二十世紀八十年代，德國的Frymo公司制造出了以硬砂礫為研磨介質(zhì)、攪拌器形狀為雙錐形的攪拌機。

在進入九十年代之后，瑞典的Sara公司為了進一步提高研磨效率，制造出了大攪拌軸直徑以及大攪拌棒數(shù)量的攪拌磨機。當前在行業(yè)中被廣泛應(yīng)用的立式攪拌磨機是塔磨機，塔磨機主要是利用鋼材料制成的螺旋形攪拌器旋轉(zhuǎn)帶動物料的轉(zhuǎn)動，物料從塔磨機的底部輸入，在研磨腔內(nèi)經(jīng)過磨介的碰撞后從塔磨機頂部排出，從而實現(xiàn)磨礦。塔磨機一般應(yīng)用于目標粒徑為10~30微米的研磨條件下。

塔磨機示意圖

但是隨著行業(yè)的發(fā)展，立式攪拌磨機已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)需求，雖然立式攪拌磨機解決了之前球磨機存在的功率密度偏低等問題，但是立式攪拌磨機制備的產(chǎn)品粒度分布不均勻，而且相對于傳統(tǒng)攪拌磨機而言，立式攪拌磨機開機也十分困難，這也進一步推動了臥式砂磨機的誕生。

在20世紀九十年代，為了克服立式攪拌磨機由于物料重力因素造成的種種缺陷，歐洲的學者們研制出了臥式砂磨機，解決了立式攪拌磨機因物料重力難以啟動等問題，而且臥式砂磨機還全部繼承了立式攪拌磨機原有的優(yōu)點。臥式砂磨機還安裝了使研磨介質(zhì)與物料強制分離裝置，還可以實現(xiàn)對研磨腔的自動清洗，不僅使設(shè)備的能量利用率顯著提高，還減少了在機器運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪音。因此在之后幾十年，臥式砂磨機在超細粉體制備領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。當前在行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的臥式砂磨機是Isa磨機，最早的Isa磨機是由德國的耐馳公司研發(fā)的，該設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品粒徑可低至7微米。

Isa磨機示意圖

砂磨機在國內(nèi)的發(fā)展

我國的砂磨機研制工作起步較晚，重慶化工機械廠在二十世紀七十年代研制出了我國第一臺可投入使用的砂磨機。迄今為止我國的砂磨機研究工作已經(jīng)開展了四十余年，也取得了非常顯著的進步。

在上世紀八十年代，攪拌磨機得到了飛速的發(fā)展，我國很多地方的研究院都研制出了各種各樣的粉體制造設(shè)備。比如，長沙的礦冶研究院研究并制造出了JM型塔式攪拌磨機；之后，位于秦皇島的冶設(shè)所研發(fā)了攪拌器為螺旋形的MQL型塔磨機，所以MQL塔磨機又被叫作螺旋攪拌磨機。而在同一時期，位于河南的東方機械廠也制造出了改變攪拌器結(jié)構(gòu)的攪拌磨機。在上個世紀末，清華大學制造出了干式連續(xù)攪拌磨機，而與此同時，徐州機械廠對濕式攪拌磨機的研發(fā)也大獲成功，這兩種設(shè)備的問世極大提高了我國對于微細材料的生產(chǎn)能力。

進入新世紀以來，我國在微細材料制造設(shè)備的研發(fā)上不斷取得進步。首先武漢理工大學成功研制出了研磨粒度可達0.1nm的干式離心自磨機；長沙礦冶研究院為了解決磨機的啟動以及磨損問題，改變了攪拌器結(jié)構(gòu)，用圓盤式與葉片式結(jié)合的攪拌器取代了傳統(tǒng)的圓盤式攪拌器，研究并制造出了LXJM3600型立式攪拌磨機，而且此設(shè)備之后也在業(yè)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。

砂磨機的發(fā)展主要有以下五個階段：

（1）通過在研磨腔底部增加分離器，并增加了棒式的攪拌元件，使立式攪拌磨機取代了傳統(tǒng)的球磨機。

（2）通過改變攪拌元件的形狀（將棒式改為圓盤型），并將分離器的位置由之前的底部改為頂部，立式圓盤砂磨機應(yīng)運而生。

（3）將攪拌器形狀改成棒銷式，并將頂部的篩網(wǎng)分離器改為縫隙式分離器，立式圓盤式砂磨機發(fā)展成為環(huán)形棒式砂磨機。

（4）將攪拌器的形態(tài)由原先的立式棒銷型攪拌器改為臥式圓盤型攪拌器，并進一步升級了分離器，用動態(tài)轉(zhuǎn)子離心分離器取代了縫隙式分離器，研制出了臥式圓盤型砂磨機。

（5）再次改變了攪拌器形狀，用棒銷式攪拌器取代了圓盤式攪拌器，并再次升級了分離器，采用大過濾面積的分離器，臥式棒銷型循環(huán)砂磨機得以問世。

資料來源：硅納米材料的濕法超細研磨制備工藝基礎(chǔ)研究，王鵬超

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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