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砂磨機(jī)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(jī)，但其能量轉(zhuǎn)換效率極低，電機(jī)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(dāng)目標(biāo)粒徑在20微米甚至更小時(shí)，生產(chǎn)費(fèi)用隨目標(biāo)粒徑的降低呈指數(shù)增加，幾乎無法產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。此外，球磨機(jī)最大的問題是研磨速度很低，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速以上時(shí)，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(shí)現(xiàn)顆粒的破碎。而低轉(zhuǎn)速的球磨機(jī)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(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)研磨介質(zhì)直徑太大時(shí)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(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，攪拌磨機(jī)橫空出世。

攪拌磨機(jī)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(jī)相比，攪拌磨機(jī)主要有高研磨速度、高填充率以及研磨介質(zhì)小三個(gè)特點(diǎn)。高研磨速度以及高填充率大大提高了研磨時(shí)的功率密度，使研磨時(shí)間顯著縮短，提高了經(jīng)濟(jì)效益；而研磨介質(zhì)尺寸的降低實(shí)現(xiàn)了對超細(xì)粉體的生產(chǎn)。

最早的攪拌磨機(jī)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(xì)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(jī)，此設(shè)備與傳統(tǒng)攪拌磨機(jī)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(jī)分離方法是密封的，這進(jìn)一步擴(kuò)大了攪拌磨機(jī)的應(yīng)用范圍。

在一年之后，日本的Kawabata博士發(fā)明了塔磨機(jī)，使攪拌磨機(jī)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(jī)中攪拌器的形狀，將攪拌器形狀設(shè)計(jì)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(jī)的頂部由開頂改為閉頂。在二十世紀(jì)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(jī)。

在進(jìn)入九十年代之后，瑞典的Sara公司為了進(jìn)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(jī)。當(dāng)前在行業(yè)中被廣泛應(yīng)用的立式攪拌磨機(jī)是塔磨機(jī)，塔磨機(jī)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(jī)的底部輸入，在研磨腔內(nèi)經(jīng)過磨介的碰撞后從塔磨機(jī)頂部排出，從而實(shí)現(xiàn)磨礦。塔磨機(jī)一般應(yīng)用于目標(biāo)粒徑為10~30微米的研磨條件下。

塔磨機(jī)示意圖

但是隨著行業(yè)的發(fā)展，立式攪拌磨機(jī)已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)需求，雖然立式攪拌磨機(jī)解決了之前球磨機(jī)存在的功率密度偏低等問題，但是立式攪拌磨機(jī)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(jī)而言，立式攪拌磨機(jī)開機(jī)也十分困難，這也進(jìn)一步推動了臥式砂磨機(jī)的誕生。

在20世紀(jì)九十年代，為了克服立式攪拌磨機(jī)由于物料重力因素造成的種種缺陷，歐洲的學(xué)者們研制出了臥式砂磨機(jī)，解決了立式攪拌磨機(jī)因物料重力難以啟動等問題，而且臥式砂磨機(jī)還全部繼承了立式攪拌磨機(jī)原有的優(yōu)點(diǎn)。臥式砂磨機(jī)還安裝了使研磨介質(zhì)與物料強(qiáng)制分離裝置，還可以實(shí)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(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪音。因此在之后幾十年，臥式砂磨機(jī)在超細(xì)粉體制備領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前在行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的臥式砂磨機(jī)是Isa磨機(jī)，最早的Isa磨機(jī)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(jī)示意圖

砂磨機(jī)在國內(nèi)的發(fā)展

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

在上世紀(jì)八十年代，攪拌磨機(jī)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(jī)；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(jī)，所以MQL塔磨機(jī)又被叫作螺旋攪拌磨機(jī)。而在同一時(shí)期，位于河南的東方機(jī)械廠也制造出了改變攪拌器結(jié)構(gòu)的攪拌磨機(jī)。在上個(gè)世紀(jì)末，清華大學(xué)制造出了干式連續(xù)攪拌磨機(jī)，而與此同時(shí)，徐州機(jī)械廠對濕式攪拌磨機(jī)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(xì)材料的生產(chǎn)能力。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國在微細(xì)材料制造設(shè)備的研發(fā)上不斷取得進(jìn)步。首先武漢理工大學(xué)成功研制出了研磨粒度可達(dá)0.1nm的干式離心自磨機(jī)；長沙礦冶研究院為了解決磨機(jī)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(jī)，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(jī)的發(fā)展主要有以下五個(gè)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(jī)取代了傳統(tǒng)的球磨機(jī)。

（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(jī)應(yīng)運(yùn)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(jī)發(fā)展成為環(huán)形棒式砂磨機(jī)。

（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(jìn)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(jī)。

（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(jī)得以問世。

資料來源：硅納米材料的濕法超細(xì)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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