1我國硅灰石礦產豐富，硅灰石針狀粉超細粉碎的研究在不斷深入，其產品質量不斷提高，應用范圍逐步擴大。但在追求大長徑比的同時保證產品足夠細度方面的研究與發達國家還有一定的差距。而高細度大長徑比的硅灰石針狀粉具有更大的應用價值：如作為塑料填料，可以提高其制品的強度和尺寸穩定性；造紙填料用的硅灰石針狀粉也要求達到1μm的細度；在涂料、油漆中填加的硅灰石針狀粉越細，其性能改善越明顯。為了獲得較為理想的超細硅灰石針狀粉，充分利用其固有的優異特性，提高其附加值，超細粉碎與分級技術的研究和提高是關鍵。

　　2硅灰石針狀粉超細粉碎的機理研究

　　21硅灰石的基本性質

　　硅灰石（CaSiO3）是一種變質作用成因的鈣質偏硅酸鹽礦物，其晶形有α型和β型，α晶型通常為粒狀和粉狀，β晶型為針狀、纖維狀，硅灰石晶體主要為β型，呈纖維狀、放射狀、針狀集合體，甚至微小顆粒也保持其針狀結構，外觀常呈白或灰白色，單束纖維的長度約1～4mm ，由于晶體中普遍存在有橫向裂紋，則完整晶體的長度均小于1mm.

　　硅灰石的一般晶面呈玻璃光澤，解理面出現珍珠光澤，{100}解理發育，{001}、{102}解理中等，莫氏硬度415～5 ，密度2178～2191g/ cm 3，性脆，化學穩定性好。通常，α晶型的長徑比為5∶1 ，β晶型則為20∶1 ，**高可達30∶1.在粉碎過程中，不可能保持原有的長徑比，或多或少地會使長徑比減小，并且隨粉碎方式的不同會有很大的差異。

　　因此，粉碎機理的研究和合理選擇對保護硅灰石的長徑比十分關鍵，特別是超細粉碎更是如此。

　　22粉碎機理研究

　　物料受力方式不同，粉碎產物的形貌各異。

　　在現有粉碎設備中，其施力方式不外乎擠壓、沖擊、研磨、剪切、摩擦等幾種形式。物料在擠壓力作用下，受到拉應力和壓應力的共同作用沿垂直于施力方向發生膨脹，當物料的抗拉強度小于拉應力時即被粉碎，如高壓輥式粉碎機。一般來說，物料的粉碎是由于抗拉強度不足造成的，此時在拉應力的作用下，顆粒被推擠，不僅在其表層產生剪應力且在內部也會發生位錯產生空洞，形成裂紋并逐步擴展或沿結構不穩定的解理面移動而剝落形成細粉。

　　沖擊粉碎可用碰撞原理來解釋，如果碰撞所產生的能量大于粉碎所需要的能量，物料即被粉碎，如機械沖擊式粉碎機、氣流磨等。沖擊力使物料在粉碎腔內產生激烈的碰撞、摩擦和剪切，由于沖擊的作用，致使物料產生較大的應力集中，還使得顆粒內部產生散射的應力波，并在內部缺陷、裂紋、晶粒界面等處產生應力集中，使物料**沿這些脆弱面粉碎。沖擊速度的大小決定了沖擊所產生的能量和應力，但并非沖擊速度越大越好，對于不同的物料和不同大小顆粒的物料，它存在一個**佳值，在此值下粉碎能量的利用率和粉碎效率**高。但沖擊力作用的方向是隨機的，這就使得物料顆粒破裂面的取向不定，容易破壞其晶體結構。

　　在以研磨為主的粉碎過程中，物料受到方向擠壓力和切向剪切力的共同作用，使其拉應力增加，當其應力大于其抗拉強度時即被粉碎。物料因受剪切力的作用易沿平行于受力方向的解理面或裂紋剝離，對于纖維礦物來說，適當的剪切力有利于晶體剝離成單根纖維。

　　剪切和摩擦的作用雖然和沖擊一樣在粉碎過程中的運動取向具有隨機分布的特性，但其作用卻始終具有使顆粒沿著與力作用方向平行的結晶解理面剝裂的趨勢，而解理面往往是顆粒內部強度**弱的結合面。因此，適當大小的剪切力具有一種將晶體束剝離成單根纖維的作用。

　　根據硅灰石的特性、所需產品的特殊要求以及粉碎方式不同所產生的粉碎機理的不同來看，粉碎過程中施于物料顆粒上的作用力為剪切力和摩擦力時才能得到較為理想的高長徑比超細硅灰石粉。

　　3硅灰石針狀粉超細粉碎與分級的研究現狀

　　31硅灰石針狀粉超細粉碎設備現狀

　　目前，用于硅灰石針狀粉超細粉碎加工的設備主要有機械沖擊式粉碎機、氣流磨、攪拌磨，雷蒙磨，振動磨等幾種形式。

　　現有機械沖擊式粉碎機主要工作部件是高速轉子和定子，轉子有的采用單盤式，有的采用裝在同一轉軸上的兩個轉盤。其原理都是在高速轉子的作用下，將物料迅速分散到粉碎腔周邊，同時受到沖擊粉碎作用，并在定子和轉子間的間隙處受到離心慣性力和摩擦力的擠壓、剪切而粉碎，細粉被氣流帶出粉碎區經分級機分級后成為產品。對于針狀硅灰石的粉碎來說，沖擊作用的主要目的是提供足夠的粉碎能，保持和維護其長徑比則主要是靠轉子和定子之間的離心擠壓以及高速氣流渦旋所產生的摩擦、剪切作用。因此，該類型設備在一定程度上能達到一定細度（10～30μm）下的較大徑比（10～12）。（//www.51psj.com/news/html/Tech/4366.html）

　　現今用于硅灰石針狀粉超細粉碎加工的氣流磨主要有扁平式氣流磨、單噴式氣流磨和流化床式氣流磨等幾種形式。氣流磨是借助于氣流的高速運動使物料顆粒之間、顆粒與器壁之間產生強烈的沖擊碰撞和摩擦剪切而使物料粉碎。其中流化床氣流磨是集**先進的多噴管技術、流化床技術與渦輪分級技術于一身，實現了流場多元化、料層流態化、分級臥式化。使用氣流磨并選擇合適的參數和工藝條件，目前可保持長徑比為12～15 ，但其能耗太高。

　　攪拌磨是在考慮硅灰石超微粉碎前段提純作業為濕式浮選，前述設備不能濕式作業，為了配合浮選工藝，可以采用以研磨、摩擦作用為主要粉碎機理的塔式攪拌磨進行硅灰石的超細粉碎。利用攪拌磨濕法粉碎時其產品平均細度可達415μm ，平均長徑比為6～8 ，**大可達18～21.

　　振動磨是在筒體高頻振動的同時，筒體內的研磨介質對物料進行劇烈的碰撞、研磨而導致物料逐漸產生疲勞裂紋乃至碎裂，從而達到細磨的目的。利用振動磨粉碎時，細度為90 %小于20μm ，其長徑比大于8∶1的約占57 % ，大于10∶1的約占30 %.

　　32硅灰石針狀粉分級設備現狀

　　目前硅灰石針狀粉分級設備還主要依賴非纖維礦物超細分級設備，并且大部分是將超細粉碎與分級兩部分組合在一個設備內，如流化床式氣流磨、立式機械沖擊式粉碎機。配有分級裝置的超細設備可使其產品粒度純度大大提高。從實驗室和工業實踐中得出的結論來看，纖維狀礦物的粉碎與分級與非纖維狀礦物相比有其特殊性：如對于沖擊為主的機械沖擊式粉碎機，粉碎時間越短其晶型結構越容易保持，硅灰石粉的長徑比就越大，這就同時給分級提出了更高的要求，它必須能及時地將已經粉碎的細粉分選出來，以減少物料顆粒在機內的停留時間。其它粉碎設備也有類似的問題存在。

　　就分級機的結構而言，目前大多采用了渦輪式分級機（無論是單機還是組合機） ，只是相對非纖維礦物超細分級進行了部分參數的調節，如渦輪的轉速、直徑、葉片角度、葉片數量、空氣（包括二次空氣）的流量等參數。從目前工業應用來看，在固定參數的情況下，基本上是一套系統生產一個品種的粉體，個別系統（采用粉碎與分級分開的系統）可以同時生產兩種產品。分級機的研制水平還遠落后于粉碎設備的技術水平。

　　33硅灰石針狀超細粉粉碎分級工藝研究現狀

　　現有硅灰石針狀超細粉粉碎―分級工藝系統的布置形式與非纖維礦物超細粉碎―分級系統基本一樣，所不同的是對某些工藝參數進行了調整。　　在作業方式上有干法和濕法兩種，它們可直接與選礦工藝過程相銜接，如用濕法選出的礦粉需要超細或在選礦過程中需要超細，則濕法超細工藝可直接與之配套進行深加工；若是風選或其它干法選礦工藝則可采用與之相對應的干法超細工藝。到目前為止，還沒有一個規范的系統和工藝參數能適應各種粉碎工況，有關這方面的研究也還很缺乏。

　　4討論與建議

　　硅灰石針狀粉的主要技術指標是微細纖維的高長徑比，因此在超細粉碎過程中不僅要求它能被剝離與粉化，還要求它在剪切力的作用下能沿長軸方向劈開而發生分散，即借助于剪切、摩擦、氣流渦旋和有效的分級來獲得高長徑比的硅灰石針狀粉。纖維晶型的保持與粉碎設備的機型、分散介質、礦物特性、粉碎機械力特性及其對纖維的作用等因素有關。目前在設備設計中對硅灰石纖維礦物的針對性不夠，致使產品質量很難達到國外同類產品的技術性能指標。

　　為了得到理想的硅灰石針狀粉，關鍵在于如何使得粉碎機理符合硅灰石解理的要求，根據以上研究分析，作者建議進行以下幾個方面的工作：（1）針對現有的粉碎系統進行必要的參數調整。如氣流磨的結構要使得拐彎處的剪切作用增強，為此要合理設計腔體形狀、尺寸等結構參數，如沖擊式氣流磨的沖擊板的形狀、采用異形結構、合理傾角大小等；工作參數也要進行配套調整，如氣流速度，超音速氣流磨的氣流速度可達音速的215倍。較為理想的是在粉碎過程中能讓硅灰石纖維長軸垂直撞擊而使纖維沿解理面振裂，或使纖維長軸平行滾動摩擦而粉碎。國外新開發的氣流旋微粉機或渦流微粉機就是基于這一原理設計的，因為氣流的旋轉或渦流可使纖維長軸定向，然后再行碰撞，這樣效果會十分顯著。機械沖擊式粉碎機的定子和轉子的結構變化可使其間的剪切作用增強，利用轉子和定子間的多個環隙（數微米以下） ，同時調整其操作參數（如轉速，風量等）可使粉碎室內形成多級強旋流而增強摩擦和剪切作用，從而獲得較為理想的長徑比。用此類沖擊式粉碎機在轉子轉速為3000rpm～7000rpm下的試驗表明，硅灰石的直徑可達5μm以下，平均長徑比可達12～15以上。由于機械沖擊式粉碎機能耗比氣流磨低得多，因此該類型設備如果設計得當仍具有較強的競爭力。

　　（2）研制開發**設備和配套工藝。針對硅灰石的特性，研究開發新型超細粉碎分級設備并優化工作參數，以適應其產品質量不斷提高的要求。如用于增強填料的硅灰石產品的長徑比要求越來越大，目前大多要求其長徑比大于15 ，并要求產品細度在5μm甚至1～2μm以下。從試驗中發現，對于粉碎來說，產品的細度較易保證，但長徑比的保證較難；對于分級來說，對于細度要求太小又要求長徑比較大較為困難，因為在分級過程中，由于碰撞等原因會使粉碎得到的長徑比進一步減小。（//www.51psj.com/news/html/Tech/4366.html）因此在系統設計時一方面要注意粉碎與分級的參數匹配問題，另一方面要注意分級機的結構設計，如渦輪分級機的渦輪結構形式不應使粉碎得到的產品在其分級過程中再次受損，設計時可對渦輪葉片的傾角大小和方向（葉片前向或后向設置）、葉片數量等參數進行調整；同時操作參數（如風量）也需相應調整。先進的組合超細過程常把機械粉碎和化學制備、微波粉碎、電弧粉碎、激光粉碎等粉碎方法結合起來，綜合發揮各自的優勢，因此可以考慮開發組合式粉碎機組，但目前機械粉碎仍是礦物原料**適宜的加工方式。

　　（3）大力開展相關技術的研究。助磨劑可以削弱顆粒解理面處微裂紋的抗張強度，有利于促使顆粒沿解理面產生剝離。因此適當、適量的助磨劑有利于提高長徑比，但目前有關硅灰石粉碎助磨劑的研究還較少。硅灰石的改性研究也較少，如何在改性時保持其長徑比不變也是需要研究的課題之一。超細硅灰石針狀粉的粒度評價以及測量方法還沒有統一的標準，粒度測試大多在高倍顯微鏡或電子顯微鏡下通過觀察數計每個樣品的長度和直徑后，采用平均取值的辦法進行表征，這一方法不僅耗時量大，而且結果因人而異，不夠科學，如能將人工計數統計改為由計算機來完成就客觀省時得多，因此應加強硅灰石性能指標表征和測量方法方面的研究和相關儀器設備的研制開發工作。