超細(xì)粉碎是非金屬礦深加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國(guó)自八十年代開(kāi)始，研制成功多種類(lèi)型的超細(xì)粉碎機(jī)，填補(bǔ)了我國(guó)多項(xiàng)空白。CM51型高速?zèng)_擊式超細(xì)粉碎機(jī)就是其中的一種。幾年來(lái)，它已廣泛用于煤系高嶺土、高嶺巖、滑石、方解石、硅灰石、重晶石、石墨、葉臘石、云母等非金屬礦的超細(xì)粉碎的生產(chǎn)實(shí)踐，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該設(shè)備不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小、破碎比大、流程短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有礦物超細(xì)粉碎和提純的雙重功能。是很多非金屬礦，特別是用作涂料和功能填料的非金屬礦理想的超細(xì)粉碎設(shè)備。本文對(duì)物料在破碎腔內(nèi)的粉碎和選分機(jī)理進(jìn)行研究和探討。
1、 CM51型超細(xì)粉碎機(jī)的工作原理
CM51型超細(xì)粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
物料經(jīng)雙螺旋給料機(jī)②給入粉碎機(jī)中。該機(jī)有兩個(gè)直列粉碎室，中間由圓環(huán)形擋料環(huán)③、④隔開(kāi)，每一粉碎室均有兩組固定在主軸上的轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子末端裝有可更換的刀片。其中⑥、⑧兩組刀片形狀相同，并與主軸橫斷而有一定的夾角；⑦和⑨兩組刀片形狀相同，與主軸橫斷面無(wú)夾角。在每個(gè)粉碎室的底部，各設(shè)有一個(gè)排渣孔⑩，在磨礦過(guò)程中，難磨粒子和重礦物雜質(zhì)進(jìn)入⑩中，由排渣螺旋排出機(jī)外。從而達(dá)到節(jié)能和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
該機(jī)主要由主軸帶動(dòng)刀片在機(jī)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，依靠刀片與物料的沖擊作用、刀片與襯板之間對(duì)物料的剪切作用，以及物料與襯板、物料粒子之間的撞擊作用，達(dá)到粉碎的目的。
2、粉碎機(jī)理的研究與探討
該機(jī)最大入料粒度為8mm．物料進(jìn)入第一粉碎室內(nèi)，大顆粒物料首先受到高速旋轉(zhuǎn)刀片的打擊。這個(gè)打擊力的大小可用下式表示：
F= kmAv/At
式中：m-打擊物體的質(zhì)量；Aw打擊前后顆粒速度的變化；At-打擊作用的時(shí)間；k-比例常數(shù)。
在這里，刀片打擊物料顆粒，與物料顆粒沖擊刀片的力是一對(duì)作用與反作用力。因此根據(jù)上式可知，顆粒的質(zhì)量越大，沖擊速度越大，顆粒所受的沖擊力也越大。在第一粉碎室內(nèi)，刀片的末端運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)64m/s，而且刀片打擊礦粒可看成自由碰撞，故At很小，因此對(duì)給入的大顆粒沖擊極大。因此第一粉碎室內(nèi)物料主要以沖擊粉碎為主。隨著顆粒度的減小，所受沖擊力也逐漸減小，當(dāng)達(dá)到某一粒度時(shí)，物料被水平氣流送入第二粉碎室。在這里單顆粒的粒度急劇減小，當(dāng)直徑為8mm的球形顆粒，粒度減小至20μm時(shí)，質(zhì)量減小到原來(lái)的10-8左右，所受的沖擊力也按相同數(shù)量級(jí)降低。因此在第二粉碎室中，物料顆粒主要以剪切和研磨為主。為此，我們做了多種試驗(yàn)，以求得到驗(yàn)證。
2.1 刀片磨損試驗(yàn)
我們采用山東平度滑石礦的二級(jí)滑石塊，莫氏硬度為1.5，共處理礦石43. 24t，其刀片磨損情況見(jiàn)表1。
從試驗(yàn)結(jié)果看出，刀片磨損從頭到尾依次減少，而且第二室的刀片磨損量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一室，這充分證明物料在粉碎室內(nèi)所受到的沖擊作用依次減弱。
2.2 刀片與粉碎機(jī)襯板間隙大小對(duì)粉碎的
影響 在試驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)刀片與磨機(jī)襯板之間的間隙大小對(duì)微粉產(chǎn)量的影響很大。間隙的過(guò)大或過(guò)小均會(huì)使微粉產(chǎn)量降低，其間隙大小與微粉產(chǎn)量之間的關(guān)系如圖2所示：根據(jù)所粉碎的礦所不同，間隙Hd一般為2～3mm，這表明在這種條件下，被粉碎物料所受的剪切和研磨作用為最大。當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，較大的顆粒難以進(jìn)入刀片與襯板之間，當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，刀片與襯板之間的顆粒層過(guò)厚，使之剪切和研磨作用減弱，因而影響微細(xì)粉的產(chǎn)量。
同時(shí)我們還進(jìn)行了柔性物料（云母）與脆性物料（重品石）的粉碎試驗(yàn)；相同物料（硬質(zhì)高嶺土）不同入料粒度組成的粉碎試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)脆性物料比柔性物料的處理能力高2～3倍。- 8mm硬質(zhì)高嶺土的處理能力比用一325目硬質(zhì)高嶺土粉作為入料的處理能力更大。這些實(shí)例都充分證明，該機(jī)第一室以沖擊粉碎為主，第二室以剪切研磨粉碎為主。根據(jù)不同粉碎對(duì)象，調(diào)整給料粒度組成，是充分發(fā)揮該設(shè)備能力的關(guān)鍵因素。
3、分選機(jī)理的研究與探討
該超細(xì)粉碎機(jī)與眾不同的是在每個(gè)粉碎室的下部各設(shè)有一個(gè)排渣孔（見(jiàn)圖1）。使混入的雜質(zhì)和難磨粒子得以及時(shí)排出機(jī)外，對(duì)降低能耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量起到明顯的作用。
如圖3所示，在粉碎過(guò)程中粉碎腔內(nèi)形成兩個(gè)不同的氣流。一個(gè)是以?xún)蓚�(gè)擋料環(huán)內(nèi)經(jīng)為直徑的水平運(yùn)動(dòng)氣流，它是由尾部風(fēng)機(jī)形成的，主要起輸送物料的作用，簡(jiǎn)稱(chēng)輸送區(qū)；另一個(gè)是環(huán)繞水平空氣柱作圓周運(yùn)動(dòng)的環(huán)繞氣流，它是由轉(zhuǎn)子帶動(dòng)刀片高速旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)空氣形成的，促使物料與空氣流一起做高速圓周運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)粉碎區(qū)。在粉碎區(qū)內(nèi)，大顆粒物料和密度大的難磨粒子，所受的離心力也大，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被拋向機(jī)壁。而刀片各質(zhì)點(diǎn)的線速度越靠近機(jī)壁亦越大，故有利于大顆粒的粉碎。而難磨粒子一般密度比較大，當(dāng)被粉碎到一定程度后，主要運(yùn)動(dòng)軌跡是沿機(jī)壁做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至排渣口時(shí)，被排渣螺旋帶出機(jī)外。
在粉碎機(jī)腔體內(nèi)，水平氣流的風(fēng)速可達(dá)12. 67m/s，根據(jù)流體力學(xué)原理，該區(qū)是負(fù)壓區(qū)。在粉碎區(qū)內(nèi)被粉碎到一定粒度的顆粒會(huì)被吸入到水平氣流中。在水平氣流中，任何一個(gè)顆粒都具有兩個(gè)分速度，一個(gè)是水平運(yùn)動(dòng)速度Vx，另一個(gè)是垂直沉降速度V，。Vy為顆粒的干涉沉降速度，其大小適合于斯托克斯公式范圍，故在相同條件下，比重大的、粒度大的顆粒Vy亦大，當(dāng)V，大到一定程度時(shí)較大顆粒又返回粉碎區(qū)的環(huán)流中進(jìn)行再磨。
我們對(duì)滑石和硬質(zhì)高嶺土分別進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果列于表2中。
從化驗(yàn)結(jié)果可知，人們一直擔(dān)心的磨礦過(guò)程中的鐵污染問(wèn)題，在這里得到了很好地解決。綜上所述，CM51型超強(qiáng)粉碎機(jī)內(nèi)部的氣流運(yùn)動(dòng)相當(dāng)一個(gè)平臥的空氣旋流器，在環(huán)繞氣流（粉碎區(qū)）和水平氣流（輸送區(qū)）的交界面上形成一個(gè)過(guò)渡區(qū)（紊流區(qū)），在這里物料進(jìn)行了多次“淘洗”，及時(shí)把合格產(chǎn)品送入水平氣流排除機(jī)外，同時(shí)又能把不合格粗顆粒送回環(huán)繞氣流進(jìn)行再磨，有利于提高設(shè)備的粉碎效率，降低粉碎能耗。
4、結(jié)論
(1) CM51型沖擊式超細(xì)粉碎機(jī)是一種高效、節(jié)能型的超細(xì)粉碎設(shè)備。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配套設(shè)備少、流程短、破碎比大、節(jié)能、無(wú)污染等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別適合非金屬礦中小型深加工企業(yè)。
(2)該設(shè)備兩個(gè)粉碎室的結(jié)構(gòu)表明，第一室以沖擊粉碎為主，第二室以剪切、研磨作用為主。因此，它適合于處理- 8mm以下的混合料。對(duì)于- 200目以下的粉料，無(wú)法發(fā)揮第一室的沖擊作用，致使設(shè)備處理能力降低，能耗上升。
(3)該設(shè)備的排渣功能可以時(shí)排除混入的雜質(zhì)和難磨粒子，尤其是常規(guī)磨礦中的鐵污染問(wèn)題得到解決。這種集超細(xì)粉碎與排渣提純的雙重功能是該機(jī)有別于其它超細(xì)粉碎設(shè)備的特點(diǎn)之一，這對(duì)非金屬礦，特別是用于涂料、填料行業(yè)的非金屬礦微粉的除鐵、除鈦、以及除各種重礦物雜質(zhì)等，該機(jī)有獨(dú)到之處。
