隨著工業技術的發展，微納米粉體由于存在特殊的體積效應和表面效應，其光學、磁學、聲學、電學和力學等性質與常態有很大差異，被用作許多功能新材料的關鍵性基礎原料，與之相對應的微納米粉體加工技術也得到了空前的發展。氣流粉碎機（氣流磨）利用高速氣流使物料與沖擊部件發生碰撞、沖擊、剪切等作用，不僅可以制備出粒度細、分布窄，顆粒表面整潔光滑、粒形規整、分散性好、活性高的微納米粉體，而且整套粉碎系統為整套系統密閉粉碎模式，減少粉塵污染，同時粉碎物料被污染的程度小。

不過，由于氣流粉碎機的種類很多，工作原理各有不同，對于各種物料的粉碎效果也各不相同，因此需要根據不同的物料選擇合適的氣流粉碎機。目前根據氣流粉碎機結構或者工作方式的不同，通常可將其分為：對撞式、扁平式、流化床式、循環管式和靶式等，而在此基礎上，還可以根據物料特性，采取低溫深冷氣流粉碎和惰性氣體保護等方式對氣流粉碎機的粉碎效果進行進一步優化。

如何選擇合適結構的氣流磨？

1、對撞式氣流粉碎機——粘性、脆性硬質物料的無污染粉碎

對撞式氣流粉碎機又稱對噴式氣流磨、逆向噴射磨，以美國Donaldson公司研制的Majac型和Plastoiner公司研制的Trost型為典型代表。設備工作時，兩股經過加速的物料與高速氣流一起在水平直線上的某點相遇并發生對撞完成粉碎過程，被粉碎的細顆粒在分級轉子的作用下隨氣流進入外部分級機，經過氣固分離，成為產品。而粗顆粒留在分級室外緣并返回至粉碎室再粉碎，直至滿足粒度要求進入外部分級機。

Trost型對噴式氣流磨粉碎室結構（來源：材料科學與工程技術）

由于對撞式氣流粉碎機的破碎過程主要依靠顆粒間的高速碰撞，其撞擊速度為兩股氣流撞擊速度所疊加而成，因此能夠達到事半功倍的效果，具有撞擊力強，粉碎速度快，能量利用率高，產品粒度細的特點，在粉碎硬度較大以及具有脆性或粘性的物料粉碎上具有突出優勢。同時由于其原理是利用顆粒相互撞擊，避免了高速射流對固定沖擊部件的磨損，可生產出較高純度的微納米粉體。

2、扁平式氣流粉碎機

扁平式氣流粉碎機，又稱水平圓盤式氣流磨，最早為美國Fluid Energy公司于1934年所研制，是工業上應用最早、最廣泛的氣流粉碎機。常規的扁平式氣流磨的主要部件是一個圓盤粉碎腔，其周圍以一定角度布置了若干個（6～24個）高壓工質噴嘴，文丘里管加料器、成品捕集器等，工作時待粉碎的物料在氣體的帶動下進入文丘里管，利用文丘里管的特殊結構，物料被加速至超音速后進入粉碎室。在粉碎室內，物料在高速旋流的帶動下作循環運動，顆粒間、顆粒與機器內壁相互沖擊、碰撞、摩擦而被粉碎。粗顆粒由于離心力的作用被甩向粉碎室周壁作循環粉碎，細顆粒則在離心氣流作用下進入旋風分離器被收集。

扁平式氣流粉碎機及其結構、原理

該設備具有結構簡單、操作方便的優點，拆卸、清理、維修都較為容易，同時還能夠自行分級，適用于脆性軟質物料的粉碎。不過機體內壁在粉碎硬度較大的物料時，會由于與物料的劇烈碰撞、摩擦造成磨腔受損，對產品造成一定的污染，因此不適合高硬度顆粒的粉碎。此外，扁平式氣流粉碎機的能量大部分為無用功，粉碎過程中能耗會隨產品粒度變小而成倍提高，物料一般只加工到D₅₀=1μm左右。

3、流化床式氣流粉碎機

流化床式氣流磨是目前氣流粉碎機的主導機型，主要是將對噴原理與流化床中膨脹氣體噴射流相結合，常用于化工原料、醫藥、化妝品、高級陶瓷、磁粉等物料生產。設備工作時，空氣通過若干個逆向噴嘴噴入粉碎區，待粉碎的物料被粉碎室內的高壓氣流加速形成流化態。而后被加速的物料在各噴嘴交匯點處互相碰撞、摩擦從而粉碎，粉碎后的細物料由上升氣流帶至超細分級器分級，符合產品要求的細物料再由旋風分離器收集，粗物料則在重力作用下沉降返回粉碎區后繼續粉碎。

流化床氣流粉碎機（來源：江蘇密友）及原理

與其他粉碎機相比，流化床氣流粉碎機中的物料是在氣體膨脹狀態下粉碎，粉碎腔體溫度控制在常溫狀態溫度不會升高，對熱敏性物料具有很好的適應性。而且其結合了對撞式氣流粉碎機的優勢，利用氣流的帶動自身高速碰撞粉碎，與壁面很少碰撞，具有粒度分布窄、粉碎效率高、能耗低、產品污染小、配件磨損小等優點，適用于莫氏硬度九級以上物料的粉碎。不過作為一種新型的粉碎設備，其造價成本仍然較高，且由于物料需處理為流態化才能被氣流束碰撞粉碎，因此流化床式氣流磨通常要求被粉碎的物料需要有足夠的細度，對密度大的材料要求更為明顯。

4、循環管式氣流分級機

循環管式氣流磨(立式環形噴射式氣流磨)也是一種具有自分級功能的氣流粉碎機，通常根據截面分成等圓截面和變截面循環管式，目前最常用的為美國Fluid Energy and Equipment公司研制的Jet-O-Mizer變截面循環管式氣流磨。該設備的主體結構為一個變曲率變直徑的“O”形循環管道，設備工作時，將壓縮氣體從加料噴射器高速射出，通過在加料混合室內形成負壓來實現物料自動吸入的過程。之后待粉碎的物料被文丘里管加速射入“O”形循環管道下端粉碎腔，由多個超音速噴嘴以不同角度向粉碎腔噴射高速射流，使得物料間發生碰撞、摩擦、剪切而被粉碎。完成粉碎的物料隨氣流進入“O”形循環管道上端分級腔內，粗物料在離心力作用下沿分級環道外徑方向返回粉碎腔繼續粉碎，細物料則隨向心氣流流出環道，并可在曲率半徑更小的蝸殼形分級室完成二次分級。

循環管式氣流分級機最突出的優點在于可在無動力裝置的情況下粉碎，并自行分級。同時其主機設備體積小，生產能力大，常用于脆性、低硬度物料粉碎，粉碎后粒度可至3~0.2μm，且物料不易黏壁。然而，由于氣流與物料對管內壁的沖刷、磨損太嚴重，粉碎效率低、能耗大，不適合硬度較高的材料的細化。

5、靶式氣流磨

靶式氣流磨又稱為單噴氣流磨，主要利用高速氣流攜帶物料沖擊在各種形狀的活動式或固定式靶板上進行粉碎，除此之外，物料還與粉碎室內壁發生多次反彈粉碎。粉碎后的物料隨氣流經出口排出后進入分級器。

靶式氣流粉碎機（來源：常州力馬）及其原理

由于靶式氣流磨在實際生產中可根據物料的性質和產品粒度選用不同形狀的靶板，并且入料方位可調性較好，其粉碎力較大，能夠處理韌性比較大的物料，常用于粉碎高分子聚合物、低熔點熱敏性、纖維狀的較粗物料。但設備靶板及混合管易磨損、沖蝕嚴重，需定期更換配件，對物料有一定污染，產品粒度分布較寬，動能消耗較大。

如何選擇粉碎介質？

1、惰性氣體保護氣流粉碎機

現代工業中的許多易燃、易爆、易氧化粉體材料都有超細化的要求，為了保障粉碎過程的安全性，一般需要采用惰性氣體作為氣流粉碎研磨介質，實現干式物料的超細粉碎。工作時，系統開機時首先用惰性氣體不斷充入系統中將空氣趕走，直至全系統達到氧探測儀設定的數值，然后再啟動加料裝置將物料粉碎。

江蘇密友惰性氣體保護氣流粉碎機

2、低溫深冷氣流粉碎工藝

常用氣流粉碎是采用高速氣流(300～500m/s)或以過熱蒸汽(300～400℃)作為粉碎介質，不適用于一些低熔點或熱敏性物料。低溫深冷氣流粉碎主要采用冷媒與物料進行熱交換，使物料降溫到脆化狀態，脆化后的物料在粉碎腔中通過粉碎機構進行無數次的撞擊最后成為細小顆粒狀，粉碎后的物料細度可以達到微米等級（600~2000目）。

冷媒通常需要根據物料的性質選擇，目前較常采用的冷媒為液態氮氣，其最低的冷卻溫度可達到零下196度，對某些需要急速冷卻、脆化溫度低的物料是首選的冷卻劑。而對冷卻脆化溫度要求不高的物料可選用壓縮空氣或冷氣機的預冷空氣與物料產生熱交換。

目前低溫深冷氣流粉碎工藝廣泛應用于高聚合物、化工、稀土、生物、食品、醫藥、保健品等行業低熔點、熱敏性物料的超微粉碎，也可用于易燃、易爆、易氧化等物料的超微細粉碎，但相比惰性氣體而言，費用較高。

參考來源：

1、張軍,劉建國,王賓.粉體加工中氣流粉碎技術的研究進展[J].現代礦業.

2、張麗霞.非金屬礦物超細粉體制備技術研究進展[J].中國非金屬礦工業導刊.

3、汪光輝,沈進杰,劉亞輝.超細粉體加工設備研究現狀[J].現代礦業.

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