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砂磨机在国外的发展

在粉体制备领域，最开始得到广泛使用的设备是1891年由库努夫和戴维森发明的球磨机，但其能量转换效率极低，电机产生的能量大部分都被用来带动筒体转动，只有很少一部分用来破碎颗粒。而且当目标粒径在20微米甚至更小时，生产费用随目标粒径的降低呈指数增加，几乎无法产生经济效益。此外，球磨机最大的问题是研磨速度很低，因为当转速达到临界转速以上时，研磨介质不再发生抛落和碰撞，而是与筒体一起旋转，这就无法实现颗粒的破碎。而低转速的球磨机想要研磨出粒径更小的材料就必须提高用于颗粒破碎的能量，只能通过增大研磨介质直径来实现，但是当研磨介质直径太大时对物料的破碎和冲击效果又明显下降，这些因素都限制了球磨机的发展和应用。因此，搅拌磨机横空出世。

搅拌磨机不再通过筒体向磨料传递能量，而是由筒体内搅拌器的转动给物料传递能量，这大大提高了能量利用率。与之前的球磨机相比，搅拌磨机主要有高研磨速度、高填充率以及研磨介质小三个特点。高研磨速度以及高填充率大大提高了研磨时的功率密度，使研磨时间显著缩短，提高了经济效益；而研磨介质尺寸的降低实现了对超细粉体的生产。

最早的搅拌磨机发明于1928年，是由美国的Klein和Szegvari发明制造的，随后便在超细粉体领域中得到了广泛的应用。为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华硅砂为磨球的立式砂磨机，此设备与传统搅拌磨机不同之处在于磨球与物料的分离方法；传统的分离方法是开式的，而都彭公司研制的立式砂磨机分离方法是密封的，这进一步扩大了搅拌磨机的应用范围。

在一年之后，日本的Kawabata博士发明了塔磨机，使搅拌磨机的应用领域延伸至化工行业。在同一年代，Szegvan改变了传统搅拌磨机中搅拌器的形状，将搅拌器形状设计为棒状。在1965年恩格斯博士为了增大搅拌器的研磨速度，将搅拌磨机的顶部由开顶改为闭顶。在二十世纪八十年代，德国的Frymo公司制造出了以硬砂砾为研磨介质、搅拌器形状为双锥形的搅拌机。

在进入九十年代之后，瑞典的Sara公司为了进一步提高研磨效率，制造出了大搅拌轴直径以及大搅拌棒数量的搅拌磨机。当前在行业中被广泛应用的立式搅拌磨机是塔磨机，塔磨机主要是利用钢材料制成的螺旋形搅拌器旋转带动物料的转动，物料从塔磨机的底部输入，在研磨腔内经过磨介的碰撞后从塔磨机顶部排出，从而实现磨矿。塔磨机一般应用于目标粒径为10~30微米的研磨条件下。

塔磨机示意图

但是随着行业的发展，立式搅拌磨机已经难以满足生产需求，虽然立式搅拌磨机解决了之前球磨机存在的功率密度偏低等问题，但是立式搅拌磨机制备的产品粒度分布不均匀，而且相对于传统搅拌磨机而言，立式搅拌磨机开机也十分困难，这也进一步推动了卧式砂磨机的诞生。

在20世纪九十年代，为了克服立式搅拌磨机由于物料重力因素造成的种种缺陷，欧洲的学者们研制出了卧式砂磨机，解决了立式搅拌磨机因物料重力难以启动等问题，而且卧式砂磨机还全部继承了立式搅拌磨机原有的优点。卧式砂磨机还安装了使研磨介质与物料强制分离装置，还可以实现对研磨腔的自动清洗，不仅使设备的能量利用率显著提高，还减少了在机器运转时产生的噪音。因此在之后几十年，卧式砂磨机在超细粉体制备领域得到了极为广泛的应用。当前在行业中应用最广泛的卧式砂磨机是Isa磨机，最早的Isa磨机是由德国的耐驰公司研发的，该设备生产的产品粒径可低至7微米。

Isa磨机示意图

砂磨机在国内的发展

我国的砂磨机研制工作起步较晚，重庆化工机械厂在二十世纪七十年代研制出了我国第一台可投入使用的砂磨机。迄今为止我国的砂磨机研究工作已经开展了四十余年，也取得了非常显著的进步。

在上世纪八十年代，搅拌磨机得到了飞速的发展，我国很多地方的研究院都研制出了各种各样的粉体制造设备。比如，长沙的矿冶研究院研究并制造出了JM型塔式搅拌磨机；之后，位于秦皇岛的冶设所研发了搅拌器为螺旋形的MQL型塔磨机，所以MQL塔磨机又被叫作螺旋搅拌磨机。而在同一时期，位于河南的东方机械厂也制造出了改变搅拌器结构的搅拌磨机。在上个世纪末，清华大学制造出了干式连续搅拌磨机，而与此同时，徐州机械厂对湿式搅拌磨机的研发也大获成功，这两种设备的问世极大提高了我国对于微细材料的生产能力。

进入新世纪以来，我国在微细材料制造设备的研发上不断取得进步。首先武汉理工大学成功研制出了研磨粒度可达0.1nm的干式离心自磨机；长沙矿冶研究院为了解决磨机的启动以及磨损问题，改变了搅拌器结构，用圆盘式与叶片式结合的搅拌器取代了传统的圆盘式搅拌器，研究并制造出了LXJM3600型立式搅拌磨机，而且此设备之后也在业内得到了广泛的应用。

砂磨机的发展主要有以下五个阶段：

（1）通过在研磨腔底部增加分离器，并增加了棒式的搅拌元件，使立式搅拌磨机取代了传统的球磨机。

（2）通过改变搅拌元件的形状（将棒式改为圆盘型），并将分离器的位置由之前的底部改为顶部，立式圆盘砂磨机应运而生。

（3）将搅拌器形状改成棒销式，并将顶部的筛网分离器改为缝隙式分离器，立式圆盘式砂磨机发展成为环形棒式砂磨机。

（4）将搅拌器的形态由原先的立式棒销型搅拌器改为卧式圆盘型搅拌器，并进一步升级了分离器，用动态转子离心分离器取代了缝隙式分离器，研制出了卧式圆盘型砂磨机。

（5）再次改变了搅拌器形状，用棒销式搅拌器取代了圆盘式搅拌器，并再次升级了分离器，采用大过滤面积的分离器，卧式棒销型循环砂磨机得以问世。

资料来源：硅纳米材料的湿法超细研磨制备工艺基础研究，王鹏超

（中国粉体网编辑整理/平安）

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