气流粉碎设备研究现状和展望

1 前言
气流粉碎机又称气流磨，是指利用高速气流(300～500m/s)或过热蒸汽(300～400℃)的能量，使颗粒相互冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的设备。与其他类型的粉碎机相比具有以下优点：①产品粒度好。物料的平均粒度(D50)一般在5μm以下，且粒度分布窄。②产品纯度高，特别适用于药品等不允许被污染的物料的粉碎。③可粉碎低熔点和热敏性物料。④产品颗粒活性高，分散性好。⑤生产过程连续，生产能力大，自动化程度高。

2 气流粉碎机的分类及评价
气流粉碎机的种类很多，目前尚没有统一的分类标准。按照颗粒被粉碎的方式可分为单气流作用式和多气流作用式，按照流体介质种类可分为高速气流式和热蒸汽流式等。按原化工部制订的ZBG90005-87专业标准-超细粉碎机械名词术语，将目前的气流粉碎机分为5 种，即：扁平式气流粉碎机、O气流粉碎机(循环式)、靶式气流粉碎机、对冲式气流粉碎机、流化床式气流粉碎机。

2.1 扁平式气流粉碎机
扁平(圆盘)式气流粉碎机(Micro-Jet-Mill)是一种早期开发的气流粉碎机，是一种利用颗粒间及颗粒与粉碎腔的内壁的碰撞、剪切、摩擦而实现粉碎的设备。它的主要部件是一个圆盘粉碎腔，布置在喷射环上与粉碎腔平面成一定角度的若干个(6～24个)高压工质喷嘴，喷射式加料器、成品捕集器等。这种机型结构简单，操作方便，而且具有自分级功能，特别适用于脆性软质物料的粉碎。

突出的缺点是粉碎腔磨损严重，对产品构成一定污染，极限粒径比较高。南京化工大学的钱海燕等通过对Al₂O3和SiO₂的粉碎实验表明，Al₂O₃的极限粒径为4.8μm，SiO₂的极限粒径为3.5μm。长沙矿山研究院的李关昌等通过在中心区设分级叶轮来降低粉碎粒径并取得一定成功，据报道，所生产的超细锆英粉平均粒径可达0.4～3μm。

目前这种机型的生产厂家主要有美国的Sturterant Mill公司、Jet Pulverizer公司、英国的Apex Construction公司、日本的清新企业(STJ型)、中国的上海化机三厂(QS型)、南京理工大学江苏省超细粉体工程技术研究中心试验基地(STJ型和GQF型)等。

2.2 循环式气流粉碎机
JOM循环式气流粉碎机(Jet-O-Mizer)主要由O型循环管、高压工质喷嘴、文丘里管及加料喷射器等几部分构成。物料进入循环管后，通过颗粒和管壁的摩擦碰撞等实现物料的粉碎。

这种机型虽然体积小、生产能力大，但是对管道壁的磨损严重，不适合高硬度和高纯度要求的物料的粉碎，通常需要使用超硬、高耐磨材料(刚玉、超硬合金等) 作衬里。目前的主要生产厂家有美国Reduction公司、Aljet Engineering公司(PJ型)、日本清新企业、上海化机三厂(QSB型，QON系列)等。

2.3 靶式气流粉碎机
靶式气流粉碎机是靠物料粒子高速撞击冲击部件(冲击靶、冲击环等)而使物料粉碎的一种气流粉碎机。

固定靶式气流粉碎机是最早出现的一种气流粉碎机，它由高速气流夹带物料颗粒高速撞击固定靶板而使物料粉碎。另外还有一种活动靶式气流粉碎机，它的靶呈圆柱形并且缓慢转动，从而使靶的磨损比较均匀。由于气流夹带物料对靶板的冲击十分强烈，一般会使靶板的冲蚀非常严重，对产品造成一定的污染。南京理工大学的工程技术人员曾采用碳化硅、碳化钨、渗氮处理材料及刚玉等制作靶板进行粉碎试验，连续喷射石英10h后，靶上都冲蚀出了一个3 ～10mm深的射流孔。因此，冲击靶式气流粉碎机的工业化应用受到一定限制。一般只用来处理较粗的粒子，而且应用比较少，已经趋于淘汰。

国内的吕烘灿等人研制了一种新型板式气流粉碎机(中国实用专利CN2300452)，机内设置了内衬反射板，并设计了循环冷却水套，粉体不堆积，广泛应用于镁铝合金和橡胶等的粉碎。

2.4 对撞式气流粉碎机
对撞式气流粉碎机是一种利用两股高速射流相互对撞来使其中固体颗粒被粉碎的装置，成功解决了高速气流对冲击部件的严重磨损问题，以美国Majac公司研制的马亚克型气流粉碎机(Majac JetPulverizer)为代表。

这种机型生产能力大，冲击强度大，可以粉碎莫氏硬度9.5以下的硬质、脆性、韧性的各种物料。由于避免了高速射流对固定冲击部件的磨损，因此可生产较高纯度的产品。用该机型生产云母粉细度可达325目以下。目前的主要型号有日本的TJ系列、国产的QLM型等。

2.5 流化床式气流粉碎机
流化床式气流粉碎机(Fluidized Bed Opposed JetMill)于1981年由德国的Apline公司首先研制成功(AFG型)，是目前气流粉碎机的主导机型，应用广泛，型号比较多。

流化床式气流粉碎机按照给料方式可以分为重力给料式和螺杆给料式两种。它的工作原理是，物料利用二维或三维设置的数个喷嘴(3～7个)喷汇的气流冲击能，及其气流膨胀呈流化床悬浮翻腾而产生的碰撞、摩擦进行粉碎，并在负压气流带动下通过顶部设置的涡轮式分级装置，细粉排出机外由旋风分离器及袋式收集器捕集，粗粉受重力沉降返回粉碎区继续粉碎。
它的突出优点是，噪音低，占地小，产品细度高(d97可达3～10μm)，粒度分布窄，能耗低，与扁平式气流粉碎机相比约可节能30%～40%，粉碎效率高，采用Al2O3、SiC等材料做易磨损件，因而可生产莫氏硬度大于10的产品和高纯度产品。

然而这种机型虽然涵盖了多喷管、流场多元化、料层流态化、卧式分级化等技术，也并非没有缺点，它的缺点主要表现在：①粉碎室底部为卸料方便,多设计成圆锥形状，但是对于二维流场的机型来说，由进料装置输送的物料一旦进入这个盲区，则无法粉碎；②粉碎腔内的流场只能部分实现流态化，喷嘴上部及粉碎腔边缘则不能形成流态化；③由于物料在粉碎腔内流态化后才能被气流束缚撞击粉碎，因此对于进料粒度上限有一定要求。对于密度大、纤维状、片状的物料更难于粉碎。生产厂家也比较多，主要有德国的Apline 公司(AFG型) ，Natzsch-Condux公司(CGS型)，上海化机三厂，昆山市超微粉碎机厂(QYF型)等。

以上介绍了几种常用的气流粉碎机，各自有优缺点，相比较而言，流化床式气流粉碎机具有明显的优势，代表了气流粉碎设备发展的主流方向。

3 展望
目前，我国超细气流粉碎设备的研制和生产得到了很大发展，为我国粉体工业做出了重要贡献，但是和发达国家相比还存在不小的差距，主要表现在，自主创新的机型偏少，多数厂家还停留在仿制国外同类产品的阶段；大型化、专业化、能生产高纯度、高细度的产品少。因此，我国超细气流粉碎设备的发展应该注意以下几个方面：
(1) 加强基础理论研究，以指导设备的自主创新开发。
(2) 在现有设备的基础上，大力发展工艺优化方面的研究，优化工艺流程。对于大规模生产的粉体，可以有针对性的研制专用机型。
(3) 加强与粉体机械配套的自动控制和在线检测设备及相关软件的研制开发，以便提高设备的自动化水平，降低能耗。