1我国硅灰石矿产丰富，硅灰石针状粉超细粉碎的研究在不断深入，其产品质量不断提高，应用范围逐步扩大。但在追求大长径比的同时保证产品足够细度方面的研究与发达国家还有一定的差距。而高细度大长径比的硅灰石针状粉具有更大的应用价值：如作为塑料填料，可以提高其制品的强度和尺寸稳定性；造纸填料用的硅灰石针状粉也要求达到1μm的细度；在涂料、油漆中填加的硅灰石针状粉越细，其性能改善越明显。为了获得较为理想的超细硅灰石针状粉，充分利用其固有的优异特性，提高其附加值，超细粉碎与分级技术的研究和提高是关键。

　　2硅灰石针状粉超细粉碎的机理研究

　　21硅灰石的基本性质

　　硅灰石（CaSiO3）是一种变质作用成因的钙质偏硅酸盐矿物，其晶形有α型和β型，α晶型通常为粒状和粉状，β晶型为针状、纤维状，硅灰石晶体主要为β型，呈纤维状、放射状、针状集合体，甚至微小颗粒也保持其针状结构，外观常呈白或灰白色，单束纤维的长度约1～4mm ，由于晶体中普遍存在有横向裂纹，则完整晶体的长度均小于1mm.

　　硅灰石的一般晶面呈玻璃光泽，解理面出现珍珠光泽，{100}解理发育，{001}、{102}解理中等，莫氏硬度415～5 ，密度2178～2191g/ cm 3，性脆，化学稳定性好。通常，α晶型的长径比为5∶1 ，β晶型则为20∶1 ，**高可达30∶1.在粉碎过程中，不可能保持原有的长径比，或多或少地会使长径比减小，并且随粉碎方式的不同会有很大的差异。

　　因此，粉碎机理的研究和合理选择对保护硅灰石的长径比十分关键，特别是超细粉碎更是如此。

　　22粉碎机理研究

　　物料受力方式不同，粉碎产物的形貌各异。

　　在现有粉碎设备中，其施力方式不外乎挤压、冲击、研磨、剪切、摩擦等几种形式。物料在挤压力作用下，受到拉应力和压应力的共同作用沿垂直于施力方向发生膨胀，当物料的抗拉强度小于拉应力时即被粉碎，如高压辊式粉碎机。一般来说，物料的粉碎是由于抗拉强度不足造成的，此时在拉应力的作用下，颗粒被推挤，不仅在其表层产生剪应力且在内部也会发生位错产生空洞，形成裂纹并逐步扩展或沿结构不稳定的解理面移动而剥落形成细粉。

　　冲击粉碎可用碰撞原理来解释，如果碰撞所产生的能量大于粉碎所需要的能量，物料即被粉碎，如机械冲击式粉碎机、气流磨等。冲击力使物料在粉碎腔内产生激烈的碰撞、摩擦和剪切，由于冲击的作用，致使物料产生较大的应力集中，还使得颗粒内部产生散射的应力波，并在内部缺陷、裂纹、晶粒界面等处产生应力集中，使物料**沿这些脆弱面粉碎。冲击速度的大小决定了冲击所产生的能量和应力，但并非冲击速度越大越好，对于不同的物料和不同大小颗粒的物料，它存在一个**佳值，在此值下粉碎能量的利用率和粉碎效率**高。但冲击力作用的方向是随机的，这就使得物料颗粒破裂面的取向不定，容易破坏其晶体结构。

　　在以研磨为主的粉碎过程中，物料受到方向挤压力和切向剪切力的共同作用，使其拉应力增加，当其应力大于其抗拉强度时即被粉碎。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纹剥离，对于纤维矿物来说，适当的剪切力有利于晶体剥离成单根纤维。

　　剪切和摩擦的作用虽然和冲击一样在粉碎过程中的运动取向具有随机分布的特性，但其作用却始终具有使颗粒沿着与力作用方向平行的结晶解理面剥裂的趋势，而解理面往往是颗粒内部强度**弱的结合面。因此，适当大小的剪切力具有一种将晶体束剥离成单根纤维的作用。

　　根据硅灰石的特性、所需产品的特殊要求以及粉碎方式不同所产生的粉碎机理的不同来看，粉碎过程中施于物料颗粒上的作用力为剪切力和摩擦力时才能得到较为理想的高长径比超细硅灰石粉。

　　3硅灰石针状粉超细粉碎与分级的研究现状

　　31硅灰石针状粉超细粉碎设备现状

　　目前，用于硅灰石针状粉超细粉碎加工的设备主要有机械冲击式粉碎机、气流磨、搅拌磨，雷蒙磨，振动磨等几种形式。

　　现有机械冲击式粉碎机主要工作部件是高速转子和定子，转子有的采用单盘式，有的采用装在同一转轴上的两个转盘。其原理都是在高速转子的作用下，将物料迅速分散到粉碎腔周边，同时受到冲击粉碎作用，并在定子和转子间的间隙处受到离心惯性力和摩擦力的挤压、剪切而粉碎，细粉被气流带出粉碎区经分级机分级后成为产品。对于针状硅灰石的粉碎来说，冲击作用的主要目的是提供足够的粉碎能，保持和维护其长径比则主要是靠转子和定子之间的离心挤压以及高速气流涡旋所产生的摩擦、剪切作用。因此，该类型设备在一定程度上能达到一定细度（10～30μm）下的较大径比（10～12）。（//www.51psj.com/news/html/Tech/4366.html）

　　现今用于硅灰石针状粉超细粉碎加工的气流磨主要有扁平式气流磨、单喷式气流磨和流化床式气流磨等几种形式。气流磨是借助于气流的高速运动使物料颗粒之间、颗粒与器壁之间产生强烈的冲击碰撞和摩擦剪切而使物料粉碎。其中流化床气流磨是集**先进的多喷管技术、流化床技术与涡轮分级技术于一身，实现了流场多元化、料层流态化、分级卧式化。使用气流磨并选择合适的参数和工艺条件，目前可保持长径比为12～15 ，但其能耗太高。

　　搅拌磨是在考虑硅灰石超微粉碎前段提纯作业为湿式浮选，前述设备不能湿式作业，为了配合浮选工艺，可以采用以研磨、摩擦作用为主要粉碎机理的塔式搅拌磨进行硅灰石的超细粉碎。利用搅拌磨湿法粉碎时其产品平均细度可达415μm ，平均长径比为6～8 ，**大可达18～21.

　　振动磨是在筒体高频振动的同时，筒体内的研磨介质对物料进行剧烈的碰撞、研磨而导致物料逐渐产生疲劳裂纹乃至碎裂，从而达到细磨的目的。利用振动磨粉碎时，细度为90 %小于20μm ，其长径比大于8∶1的约占57 % ，大于10∶1的约占30 %.

　　32硅灰石针状粉分级设备现状

　　目前硅灰石针状粉分级设备还主要依赖非纤维矿物超细分级设备，并且大部分是将超细粉碎与分级两部分组合在一个设备内，如流化床式气流磨、立式机械冲击式粉碎机。配有分级装置的超细设备可使其产品粒度纯度大大提高。从实验室和工业实践中得出的结论来看，纤维状矿物的粉碎与分级与非纤维状矿物相比有其特殊性：如对于冲击为主的机械冲击式粉碎机，粉碎时间越短其晶型结构越容易保持，硅灰石粉的长径比就越大，这就同时给分级提出了更高的要求，它必须能及时地将已经粉碎的细粉分选出来，以减少物料颗粒在机内的停留时间。其它粉碎设备也有类似的问题存在。

　　就分级机的结构而言，目前大多采用了涡轮式分级机（无论是单机还是组合机） ，只是相对非纤维矿物超细分级进行了部分参数的调节，如涡轮的转速、直径、叶片角度、叶片数量、空气（包括二次空气）的流量等参数。从目前工业应用来看，在固定参数的情况下，基本上是一套系统生产一个品种的粉体，个别系统（采用粉碎与分级分开的系统）可以同时生产两种产品。分级机的研制水平还远落后于粉碎设备的技术水平。

　　33硅灰石针状超细粉粉碎分级工艺研究现状

　　现有硅灰石针状超细粉粉碎―分级工艺系统的布置形式与非纤维矿物超细粉碎―分级系统基本一样，所不同的是对某些工艺参数进行了调整。　　在作业方式上有干法和湿法两种，它们可直接与选矿工艺过程相衔接，如用湿法选出的矿粉需要超细或在选矿过程中需要超细，则湿法超细工艺可直接与之配套进行深加工；若是风选或其它干法选矿工艺则可采用与之相对应的干法超细工艺。到目前为止，还没有一个规范的系统和工艺参数能适应各种粉碎工况，有关这方面的研究也还很缺乏。

　　4讨论与建议

　　硅灰石针状粉的主要技术指标是微细纤维的高长径比，因此在超细粉碎过程中不仅要求它能被剥离与粉化，还要求它在剪切力的作用下能沿长轴方向劈开而发生分散，即借助于剪切、摩擦、气流涡旋和有效的分级来获得高长径比的硅灰石针状粉。纤维晶型的保持与粉碎设备的机型、分散介质、矿物特性、粉碎机械力特性及其对纤维的作用等因素有关。目前在设备设计中对硅灰石纤维矿物的针对性不够，致使产品质量很难达到国外同类产品的技术性能指标。

　　为了得到理想的硅灰石针状粉，关键在于如何使得粉碎机理符合硅灰石解理的要求，根据以上研究分析，作者建议进行以下几个方面的工作：（1）针对现有的粉碎系统进行必要的参数调整。如气流磨的结构要使得拐弯处的剪切作用增强，为此要合理设计腔体形状、尺寸等结构参数，如冲击式气流磨的冲击板的形状、采用异形结构、合理倾角大小等；工作参数也要进行配套调整，如气流速度，超音速气流磨的气流速度可达音速的215倍。较为理想的是在粉碎过程中能让硅灰石纤维长轴垂直撞击而使纤维沿解理面振裂，或使纤维长轴平行滚动摩擦而粉碎。国外新开发的气流旋微粉机或涡流微粉机就是基于这一原理设计的，因为气流的旋转或涡流可使纤维长轴定向，然后再行碰撞，这样效果会十分显著。机械冲击式粉碎机的定子和转子的结构变化可使其间的剪切作用增强，利用转子和定子间的多个环隙（数微米以下） ，同时调整其操作参数（如转速，风量等）可使粉碎室内形成多级强旋流而增强摩擦和剪切作用，从而获得较为理想的长径比。用此类冲击式粉碎机在转子转速为3000rpm～7000rpm下的试验表明，硅灰石的直径可达5μm以下，平均长径比可达12～15以上。由于机械冲击式粉碎机能耗比气流磨低得多，因此该类型设备如果设计得当仍具有较强的竞争力。

　　（2）研制开发**设备和配套工艺。针对硅灰石的特性，研究开发新型超细粉碎分级设备并优化工作参数，以适应其产品质量不断提高的要求。如用于增强填料的硅灰石产品的长径比要求越来越大，目前大多要求其长径比大于15 ，并要求产品细度在5μm甚至1～2μm以下。从试验中发现，对于粉碎来说，产品的细度较易保证，但长径比的保证较难；对于分级来说，对于细度要求太小又要求长径比较大较为困难，因为在分级过程中，由于碰撞等原因会使粉碎得到的长径比进一步减小。（//www.51psj.com/news/html/Tech/4366.html）因此在系统设计时一方面要注意粉碎与分级的参数匹配问题，另一方面要注意分级机的结构设计，如涡轮分级机的涡轮结构形式不应使粉碎得到的产品在其分级过程中再次受损，设计时可对涡轮叶片的倾角大小和方向（叶片前向或后向设置）、叶片数量等参数进行调整；同时操作参数（如风量）也需相应调整。先进的组合超细过程常把机械粉碎和化学制备、微波粉碎、电弧粉碎、激光粉碎等粉碎方法结合起来，综合发挥各自的优势，因此可以考虑开发组合式粉碎机组，但目前机械粉碎仍是矿物原料**适宜的加工方式。

　　（3）大力开展相关技术的研究。助磨剂可以削弱颗粒解理面处微裂纹的抗张强度，有利于促使颗粒沿解理面产生剥离。因此适当、适量的助磨剂有利于提高长径比，但目前有关硅灰石粉碎助磨剂的研究还较少。硅灰石的改性研究也较少，如何在改性时保持其长径比不变也是需要研究的课题之一。超细硅灰石针状粉的粒度评价以及测量方法还没有统一的标准，粒度测试大多在高倍显微镜或电子显微镜下通过观察数计每个样品的长度和直径后，采用平均取值的办法进行表征，这一方法不仅耗时量大，而且结果因人而异，不够科学，如能将人工计数统计改为由计算机来完成就客观省时得多，因此应加强硅灰石性能指标表征和测量方法方面的研究和相关仪器设备的研制开发工作。