搅拌磨超细粉碎技术的发展历程

1 搅拌磨

搅拌磨的细磨作用是通过搅拌器把动力直接施加于研磨介质上而实现。与球磨机相比，普通球磨机和振动磨需转动或振动包括研磨介质在内的笨重的筒体；搅拌磨的全部输入功率直接使用于搅动研磨介质，能量利用率一般提高10～20 倍，从而达到高效率超细粉碎物料的目的。

在各种超细磨设备当中，搅拌磨凭借其高效、低能耗、操作简便以及能获得平均粒径小于 1μm、粒度分布均匀的超细粉体，成为国内外研究的热点。近几年国外在超细粉碎设备中取得了很大的突破，比较典型的有：(1)前苏联的“依列粉碎机”；(2)西欧国家的 JIYU 粉碎机；(3)德国 Alpine 公司的流态化床逆向气流磨(AFG)；(4)日本的MICROS 超细粉碎机、MF细磨机和 PJM气流磨。这些设备在结构和条件合理时，能使物料粉碎到 5μm 以下，甚至 2μm 的超细粉体，相应的物料分级有干式(循环气流分级、离心机械分级、选择气流分级)和湿式(水力旋流器、螺旋离心分级)分级。

2 搅拌磨超细粉碎技术的发展
1928 年 klein 和 Szegvari 提出搅拌磨的基本原理，在搅拌桶中加入天然砂粒，然后应用人工研磨介质(瓷球、玻璃球、钢球等)，用搅拌器研磨物料，从而掀开了搅拌磨的历史。他们用搅拌器和球形介质完成了细粒湿磨，用于涂料工业，并成立了UP公司(UnionProcess lnc)，专门从事搅拌磨的设计制造和推广应用。

1939年美国矿山局设计了一种研磨机，用于浮选之前清理矿物表面。该研磨机由安装在一个立式圆筒内的转子和定子组成，由转子和定子之间的相对运动产生颗粒之间的摩擦来清理矿物表面，后发现该装置是一台很有效的细磨设备。50 年代末至60年代初，美国矿山局对该研磨机进行了大量的细磨研究，并用来大规模加工高岭土和氧化钛。

1948 年美国杜邦公司(DuPont)开发出了高速搅拌磨 Sandmill—砂磨机，主要用于生产油漆工业的颜料，并成为搅拌磨发展的重大转折点。50 年代由日本 KubotaTowerMill 公司的河端重胜博士开发出新型的搅拌磨—塔式磨，采用螺旋搅拌器，用于冶金、矿业中加工煤、水泥、硫化矿和多种工业矿物，并出口美国、澳大利亚。这种塔式磨在超细磨与化学处理领域已取得了显著的效益(表1)。

表1 塔式磨加工的部分产品

1956 年 Szegvari 发明了另一类搅拌磨机，该磨机采用由细长铁棒组成的搅拌器，并在机体外面装有冷水套，磨矿是在垂直的圆筒形容器中进行。给矿粒度由40μm～1mm，产品粒度可达10～20μm，磨矿介质为不锈钢、钨碳钢、陶瓷或者砾石，介质尺寸 3～6mm 不等。连续作业的 Szegvari 细磨机于 1964年获得了专利。1965～1967 年，Engels 将搅拌磨的开顶改为封闭式，有利于进一步提高搅拌磨的转速。1970 年，Wilhelm 增加了搅拌磨介质分离器，能处理磨矿粘度达到 5Pa·s 的物料。

70 年代初瑞典 MatterPartnerAG 公司开发了TRZK(干)和 NRZK(湿)式搅拌磨，主要用于加工水煤浆。70 年代中期，改进了搅拌磨的排矿装置，使搅拌器转速不断提高，于 1976 年由 Durr 发明了卧式搅拌磨。这种搅拌磨的能量高度集中，磨损降低，磨矿效率得到了很大程度的提高。

1979年美国MPSI公司引进了日本的塔式磨专利产品，生产出立式搅拌磨，并应用于铅锌矿、金矿等工业部门。

80 年代，德国Fryma公司开发了双锥形砂磨机，改进了搅拌器；美国 Attritor 搅拌磨的开发，在陶瓷原料加工中获得广泛应用。

90年代初，美国Aquaflne公司和英国Joy公司研制出了槽式水平搅拌磨；瑞典Sala 公司的新型底部给料搅拌磨，节能60%。近年来日本三井三池株式会社、美国 UP 公司、德国NETZSCH 公司和英国 Torrance ＆ Son公司生产的间歇式、循环式搅拌磨，已广泛应用于精细陶瓷、磨料、粉末冶金、硬质合金、磁性材料、油漆和非金属矿等领域，产品细度可达1μm。

表2 搅拌磨加工的部分产品

目前，国外已将搅拌磨应用于颜料、陶瓷、造纸填料及复杂矿物处理。表 2 是经搅拌磨加工的产品。随着工业的迅速发展，逐渐认识了超细粉体的重要地位，其需求量日益增大。

我国从 80年代起借鉴国外技术开始搅拌磨的生产，郑州东方机器制造厂、苏州非金属矿工业设计研究院、长沙矿冶研究院等一些单位相继研制了各式搅拌磨，并在化工、非金属矿、涂料和粉末冶金行业得到了初步应用。但从整体上来看，品种少、结构有待改进，基础工作远远落后于国外水平。由于应用的需要，对于搅拌磨超细粉碎的基础研究工作主要集中在湿法细磨上，这是因为与干法相比，湿法超细粉碎具有能连续进行、易实现自动化、分散性好、防止粉尘污染等优点。