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1、引言
    超細(xì)粉體技術(shù)是一門新技術(shù)，其基本概念至今尚無嚴(yán)格的定義。我國通常根據(jù)粉體加工技術(shù)的深度和粉體物料物理化學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用性能的變化，一般將粒徑小于10um的粉體稱為超細(xì)粉體。現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展需要許多呈粉體狀態(tài)的原料和制品。例如：在軍事、航空、航天和電子領(lǐng)域，利用超細(xì)粉體可制造隱身材料；在化工領(lǐng)域，催化劑超細(xì)化后可使石油裂解速度提高1～5倍；藥物經(jīng)超細(xì)粉碎后，藥品的表面能得到極大的增加，提高了藥效的發(fā)揮，方便了人體的吸收等等。
2、國內(nèi)外超細(xì)氣流粉碎設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀
    超細(xì)粉碎設(shè)備按不同的粉碎方式可分為：機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)、振動(dòng)磨、氣流粉碎機(jī)（又稱氣流磨）、攪拌磨等。氣流粉碎機(jī)，與其它粉碎機(jī)不同，它是在高速氣流作用下，物料通過本身顆粒之間的撞擊，氣流對(duì)物料沖擊剪切作用以及物料與其它部件的沖擊、摩擦、剪切而使物料粉碎。因此，經(jīng)氣流粉碎后的物料平均粒度細(xì)，粒度分布較窄，顆粒表面光滑，顆粒形狀規(guī)整，純度高，活性大，分散性好；可粉碎低熔點(diǎn)和熱敏性材料及生物活性制品（因?yàn)闅饬鞣鬯闄C(jī)以壓縮空氣為動(dòng)力，壓縮氣體在噴嘴處的絕熱膨脹會(huì)使系統(tǒng)溫度降低），據(jù)統(tǒng)計(jì)，國際上約25%的氣流粉碎機(jī)是用于藥物的超細(xì)制備。而且若采用N2、C02等氣體時(shí)，可進(jìn)行特殊場合下惰性氣氛中的粉碎。氣流粉碎可在無菌狀態(tài)下操作；生產(chǎn)過程連續(xù)，生產(chǎn)能力大，自控、自動(dòng)化程度高。但是，機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)、振動(dòng)磨、攪拌磨等粉碎設(shè)備的生產(chǎn)周期往往較長，從而使生產(chǎn)效率低；物料粉碎時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，致使熱敏性物料變質(zhì)；而且設(shè)備的磨損會(huì)污染產(chǎn)品。因此這些機(jī)械式粉碎機(jī)已不能完全滿足人們對(duì)超細(xì)粉體物料越來越高的要求，氣流粉碎設(shè)備在生產(chǎn)超細(xì)粉體方面有取代機(jī)械式粉碎機(jī)的趨勢。但氣流磨也存在一些不足之處：設(shè)備制造成本高，能耗大，加工成本也較大；單機(jī)處理能力較差(產(chǎn)量均小于2t/h)，不適合大規(guī)模生產(chǎn)；產(chǎn)品粒度難以達(dá)到亞微米級(jí)，在lOum以下時(shí)產(chǎn)量大幅度下降，加工成本急劇增加。氣流粉碎機(jī)自20世紀(jì)30年代問世以來，經(jīng)過許多研究者的努力，其結(jié)構(gòu)不斷更新，種類不斷增多，先后出現(xiàn)了扁平式（或圓盤）氣流磨、循環(huán)式氣流磨、對(duì)撞式氣流磨、流化床氣流磨、靶式氣流磨、超音速氣流磨等。
2.1  扁平（圓盤）式氣流粉碎機(jī)
    扁平（圓盤）式氣流粉碎機(jī)( Micro - JetMill)是由美國Fluid Energy公司1934年研制成功的。目前，生產(chǎn)該類氣流粉碎機(jī)的主要廠家有美國Fluid Energy and Equipment公司、Sturtevant Mill公司、Jet Pulverizer公司，日本Nippon Pneumatic MFG有限公司、清新企業(yè)（株）(STJ型)、富士產(chǎn)業(yè)（株），中國上海化工機(jī)械三廠cos型）、南京理工大學(xué)江蘇省超細(xì)粉體工程技術(shù)研究中心試驗(yàn)基地(STJ型和GQF型>、宜興清新公司等。
    圖1為早期圓盤式氣流粉碎機(jī)示意圖。其原理是壓縮空氣（空氣、過熱蒸汽或惰性氣體）通過加料噴射器的高速射流所產(chǎn)生的負(fù)壓，使物料吸入混合室，通過與粉碎室半徑方向成一定角度并分布在同一水平上的噴嘴，被高速射流噴入粉碎室，噴氣流夾帶著物料以極高的速度旋轉(zhuǎn)，在粉碎室半徑上形成流體動(dòng)力特性梯度，物料顆粒之間以巨大的動(dòng)量相互碰撞（約占粉碎量的80%左右），又與粉碎室的內(nèi)壁碰撞（占20%左右）而粉碎。被粉碎粒子隨旋轉(zhuǎn)流高速旋轉(zhuǎn)獲得很大的離心力，又受到氣流向粉碎室中心排出的向心力，兩個(gè)力的方向相反，顆粒在這兩個(gè)力的作用下分級(jí)。因此，在圓盤式氣流粉碎機(jī)內(nèi)，粉碎和分級(jí)是同時(shí)進(jìn)行的。
    與其他氣流粉碎機(jī)相比，圓盤式氣流粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且自身具有自動(dòng)分級(jí)功能。其缺點(diǎn)是，當(dāng)被粉碎的物料（如氧化硅、碳化硅等）硬度較高時(shí)，物料隨氣流高速運(yùn)動(dòng)會(huì)與磨腔內(nèi)壁產(chǎn)生劇烈的沖擊、摩擦、剪切，導(dǎo)致磨腔磨損，并且對(duì)產(chǎn)品造成一定的污染。此類粉碎機(jī)多用于較軟、較脆的物料，如國外無機(jī)顏料Tio2的氣流粉碎，幾乎都采用扁平式氣流粉碎機(jī)。
2.2循環(huán)式氣流磨
    JOM系列循環(huán)式氣流粉碎機(jī)是由美國Fluid Energy公司1941年研制成功。目前國外的生產(chǎn)廠家有美國Fluid Energy公司、日本清新企業(yè)，國內(nèi)主要有上海化工機(jī)械三廠研制的QON75、QON100及宜興清新粉體機(jī)械有限公司開發(fā)的JOM系列。
    JOM型循環(huán)式氣流磨（如圖2所示）是目前應(yīng)用最廣泛的氣流磨。其工作原理是壓縮氣體通過加料噴嘴2產(chǎn)生高速射流，在加料混合室內(nèi)形成負(fù)壓，使原料自動(dòng)吸入混合室，并被射流送入下部的粉碎區(qū)，氣流經(jīng)過一組噴嘴1進(jìn)入粉碎室，并將物料顆粒加速，使顆粒相互沖擊、碰撞、摩擦而粉碎。底部的高壓氣體經(jīng)噴嘴加速后高速射入管道，挾帶粉碎后的顆粒沿上行管向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)入分級(jí)區(qū)。該機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是0型結(jié)構(gòu)既能加速顆粒運(yùn)動(dòng)，又能增強(qiáng)離心力場的作用，從而提高了粉碎和分級(jí)效率；分級(jí)區(qū)的彎曲管壁設(shè)計(jì)，使磨損大大減輕。但是，與其它氣流粉碎機(jī)相比，氣流及物料對(duì)管道內(nèi)壁的沖刷、磨損太嚴(yán)重，不適用于硬度較高的材料的超細(xì)化。常用于熱敏性化學(xué)品、纖維、金屬、藥物、食品、顏料、填料等的粉碎，其粉碎細(xì)度可達(dá)3～0.2um。
1998年10月7日公開的實(shí)用新型專利“內(nèi)循環(huán)氣流粉碎機(jī)”，它由兩個(gè)疊加組成的圓盤形粉碎倉和分級(jí)裝置等組成，可以對(duì)超細(xì)物料在瞬間進(jìn)行兩次粉碎，并使其在粉碎倉內(nèi)自然選粉、分級(jí)。可將莫氏硬度≤8的干燥、脆性物料深加工超細(xì)粉碎至小于5～2um，尤其適用于非金屬礦物的深加工。
2.3  沖擊式氣流磨
    沖擊式氣流磨的粉碎動(dòng)力源主要是顆粒與沖擊部件（如沖擊板、沖擊環(huán)等）的沖擊力，目前，常見的有靶式氣流磨、超音速?zèng)_擊板式氣流粉碎機(jī)、沖擊環(huán)式氣流粉碎機(jī)等。
2. 3.1靶式氣流磨
    靶式氣流磨是最早發(fā)明的氣流磨之一，其靶子結(jié)構(gòu)有固定和活動(dòng)的兩種形式。固定靶式氣流磨如圖3所示，其原理是高速氣流挾帶物料沖擊到前方的靶上進(jìn)行沖擊粉碎，粉碎后的物料隨氣流經(jīng)出口排出，進(jìn)入后序的分級(jí)器中。活動(dòng)靶式氣流磨中的靶呈圓柱形，且緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，物料沖擊傾斜的圓柱形靶而得到粉碎。靶式氣流磨常用于處理較粗的粒子，沖擊力很大，沖蝕非常嚴(yán)重。因此，靶式氣流磨的工業(yè)化應(yīng)用受到一定的限制。
    邢東海研制出一種塔靶式氣流粉碎機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊，能使粉體經(jīng)多次沖靶粉碎。在此基礎(chǔ)上，林業(yè)部林產(chǎn)工業(yè)設(shè)計(jì)院臨安化工制劑廠進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了球靶式氣流粉碎機(jī)，其靶呈半球形，使靶面磨損減小，物料不易沉積，沖擊力強(qiáng)，提高了粉碎效率和粉碎的顆粒細(xì)度，廣泛應(yīng)用于石灰石、方解石、石英砂、云母等的超細(xì)加工。結(jié)合靶式氣流粉碎機(jī)和扁平式氣流粉碎機(jī)各自的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了旋噴式氣流磨和SSTJ型超細(xì)粉碎機(jī)（日本清新企業(yè)研制），但兩者還是有很大的不同，后者的靶是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的靶，而且靶面設(shè)計(jì)特別，使沖擊力更大。
2.3.2超音速?zèng)_擊板式氣流粉碎機(jī)
    超音速?zèng)_擊板式氣流粉碎機(jī)在美國、德國、日本、比利時(shí)都有專利，由日本NPK公司1967年開發(fā)成功。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，其工作原理為：原料從料斗1進(jìn)入，右上方設(shè)置螺旋推料器以防止粉料架橋，高壓氣體從下部空氣管進(jìn)入，與物料在混合室內(nèi)混合，并以超音速與斜置的沖擊板4相沖擊，物料得到粉碎。其最大的缺點(diǎn)是沖擊板的沖蝕非常嚴(yán)重，顆粒對(duì)噴管內(nèi)壁以及噴嘴的磨蝕也很嚴(yán)重，從而嚴(yán)重影響了這種粉碎機(jī)的推廣應(yīng)用。常用于纖維狀物料、金屬粉末和各種延展性物料等的粉碎。
    呂烘燦等人研制了一種新型板式氣流粉碎機(jī)，粉碎機(jī)內(nèi)設(shè)置內(nèi)襯反擊板，機(jī)殼內(nèi)設(shè)置循環(huán)冷卻水套降溫，粉體不堆積，廣泛用于鎂鋁合金和橡膠等易燃易爆物的粉碎。
2.3.3沖擊環(huán)式氣流粉碎機(jī)
    美國Flu/d Energy公司、日本細(xì)川公司將固定的沖擊部件改成了可旋轉(zhuǎn)的沖擊環(huán)，避免了前面兩種氣流粉碎機(jī)中高速氣流或氣固流對(duì)某一固定點(diǎn)的長時(shí)間連續(xù)沖擊引起的局部磨損，使整個(gè)環(huán)面的各個(gè)部位輪流作被沖擊面，整個(gè)環(huán)面受到均勻同等的磨損，從而延長了沖擊環(huán)的使用壽命。麗且，沖擊環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向與噴射氣流的方向相反，因此其相對(duì)速度提高，增大了粉碎效果。圖5為MJ型沖擊環(huán)式氣流粉碎機(jī)。在此基礎(chǔ)上，細(xì)川公司又生產(chǎn)了一種型號(hào)Super Micron Mill，經(jīng)試用，其粉碎細(xì)度可達(dá)10um。
2.4對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)
    對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)又稱對(duì)噴式氣流粉碎機(jī)。它是以兩股高速氣流挾帶顆粒相互對(duì)撞而粉碎，能量利用率高，避免了上面三種氣流粉碎機(jī)高速氣流對(duì)沖擊部件的磨損，解決了被粉碎顆粒的污染問題。美國Majac公司早期研制的對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)如圖6所示，其工作原理是兩股相同壓力和相同速度的壓縮空氣從兩側(cè)呈一直線進(jìn)入粉碎區(qū)，同時(shí)物料由螺旋加料器送入粉碎區(qū)，在混合后碰撞而粉碎，粉碎后的顆粒隨氣流向低壓區(qū)運(yùn)動(dòng)，細(xì)粉通過上部排出，粗粉回落入粉碎區(qū)再次粉碎。
    20世紀(jì)80年代中期，日本生產(chǎn)出了TJ型對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)。薛彬等人研制出了一種雙圓盤對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)，其特征在于有兩個(gè)相交的圓盤狀粉碎室，粉碎室周圍有若干只能產(chǎn)生兩殷旋向相同的超高速旋流的射流噴嘴，顆粒在圓盤相交部位受到強(qiáng)烈的對(duì)撞和摩擦而被快速粉碎，撞擊力度大，生產(chǎn)能耗低。專門針對(duì)硬度較高的磨料和耐火材料而設(shè)計(jì)了AB120B型對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)。另外，還有哈爾濱多元超細(xì)粉體工程有限責(zé)任公司、上虞市和力粉體有限公司等在國外設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)作了一定的改進(jìn)，提高了粉碎設(shè)備的性能。
2.5  流化床氣流粉碎機(jī)
生產(chǎn)此種氣流粉碎機(jī)的主要廠家是德國的Alpine公司（AFG型噴嘴水平設(shè)置，AFG -R型噴嘴三維設(shè)置），日本、中國也有生產(chǎn)。美國Majac公司研制的對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)是流化床氣流粉碎機(jī)的先導(dǎo)，德國Alpine公司1981年也進(jìn)行了成功的研制。
    圖7為流化床氣流粉碎機(jī)（螺桿加料式）e19]，其工作原理是：物料加入后利用二維（或三維）設(shè)置的數(shù)個(gè)噴嘴噴匯的沖擊能，以及氣流膨脹呈流化床懸浮翻騰而產(chǎn)生的碰撞、摩擦進(jìn)行粉碎，同時(shí)在交匯點(diǎn)周圍向上得氣流，在負(fù)壓氣流帶動(dòng)下通過頂部設(shè)置的分級(jí)裝置分級(jí)，細(xì)粉排出，粗粉受重力作用而返回粉碎區(qū)繼續(xù)粉碎。與對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)相比，具有分散效果好、產(chǎn)品粒度可通過分級(jí)機(jī)進(jìn)行調(diào)整、磨損小（因?yàn)橥ㄟ^噴嘴的介質(zhì)只有空氣）、能耗小、適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。常用于醫(yī)藥、化妝品、高級(jí)陶瓷、磁粉等生產(chǎn)。
    中國的超細(xì)粉碎機(jī)廠商中，流化床氣流粉碎機(jī)的生產(chǎn)廠家最多（約20家）．如上海化工機(jī)械三廠、上虞市和力粉體有限公司、昆山市超微粉碎機(jī)廠(QYF流化床對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)、西安秦嶺超細(xì)粉廠等。另外，還有一些研究單位也對(duì)此種類型粉碎機(jī)的改進(jìn)做出了很大的貢獻(xiàn)，如中國科學(xué)院化工冶金研究所研制的FJM型流化床對(duì)噴式氣流粉碎機(jī)、北京石油大學(xué)研制的流化床對(duì)噴式超細(xì)氣流粉碎機(jī)、河北省邢臺(tái)市農(nóng)藥廠研制的多噴嘴流化床氣流粉碎機(jī)、宜興市凱新材料開發(fā)研究中心研制的一種流化床氣流粉碎機(jī)等。但是型號(hào)和規(guī)格都不是很全。
    除了前面所提及的粉碎機(jī)外，還有高國儒等研制的旋流式氣流磨，其結(jié)構(gòu)包括一圓柱形粉碎腔、旋轉(zhuǎn)氣流的驅(qū)動(dòng)裝置和一收塵裝置，粉碎腔周圍開有多個(gè)對(duì)稱的噴嘴口，高壓氣流通過高壓噴嘴口切向噴入粉碎腔，不僅可實(shí)現(xiàn)10um左右的微細(xì)粉加工，而且設(shè)備簡單、效率高、物料受污染程度小，可適用于化工、輕工、礦產(chǎn)、建材、陶瓷、醫(yī)藥等領(lǐng)域。
3、展望
    超細(xì)氣流粉碎機(jī)的種類很多，結(jié)構(gòu)各不相同，每種機(jī)型都有其優(yōu)缺點(diǎn)。自2000年以來，粉碎設(shè)備在以前的基礎(chǔ)上有了較大改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)不斷完善，粉碎性能不斷提高。為了滿足信息技術(shù)、生物技術(shù)和新材料技術(shù)發(fā)展對(duì)粉體產(chǎn)品的粒度、純度和粒度分布提出的更高要求，超細(xì)氣流粉碎技術(shù)研究中應(yīng)注重以下幾個(gè)方面的發(fā)展：在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，完善、優(yōu)化超細(xì)氣流粉碎設(shè)備，開發(fā)新型設(shè)備，并重視粉碎、分級(jí)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)；大型設(shè)備不多，在上述的超細(xì)氣流粉碎機(jī)中，相比較而言，流化床對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)具有明顯的優(yōu)勢，因此應(yīng)加強(qiáng)理論研究，以指導(dǎo)粉碎設(shè)備的設(shè)計(jì)；由于氣流粉碎機(jī)最大的缺點(diǎn)是能量利用率低，所以應(yīng)當(dāng)尋求降低能耗、增加能量利用率的途徑等。