超細粉碎是非金屬礦深加工的關鍵技術之一。我國自八十年代開始，研制成功多種類型的超細粉碎機，填補了我國多項空白。CM51型高速沖擊式超細粉碎機就是其中的一種。幾年來，它已廣泛用于煤系高嶺土、高嶺巖、滑石、方解石、硅灰石、重晶石、石墨、葉臘石、云母等非金屬礦的超細粉碎的生產(chǎn)實踐，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。該設備不僅具有結構緊湊，占地面積小、破碎比大、流程短、能耗低等優(yōu)點，而且還具有礦物超細粉碎和提純的雙重功能。是很多非金屬礦，特別是用作涂料和功能填料的非金屬礦理想的超細粉碎設備。本文對物料在破碎腔內的粉碎和選分機理進行研究和探討。
1、 CM51型超細粉碎機的工作原理
CM51型超細粉碎機的結構如圖1所示。
物料經(jīng)雙螺旋給料機②給入粉碎機中。該機有兩個直列粉碎室，中間由圓環(huán)形擋料環(huán)③、④隔開，每一粉碎室均有兩組固定在主軸上的轉子，在轉子末端裝有可更換的刀片。其中⑥、⑧兩組刀片形狀相同，并與主軸橫斷而有一定的夾角；⑦和⑨兩組刀片形狀相同，與主軸橫斷面無夾角。在每個粉碎室的底部，各設有一個排渣孔⑩，在磨礦過程中，難磨粒子和重礦物雜質進入⑩中，由排渣螺旋排出機外。從而達到節(jié)能和提高產(chǎn)品質量的目的。
該機主要由主軸帶動刀片在機內高速旋轉，依靠刀片與物料的沖擊作用、刀片與襯板之間對物料的剪切作用，以及物料與襯板、物料粒子之間的撞擊作用，達到粉碎的目的。
2、粉碎機理的研究與探討
該機最大入料粒度為8mm．物料進入第一粉碎室內，大顆粒物料首先受到高速旋轉刀片的打擊。這個打擊力的大小可用下式表示：
F= kmAv/At
式中：m-打擊物體的質量；Aw打擊前后顆粒速度的變化；At-打擊作用的時間；k-比例常數(shù)。
在這里，刀片打擊物料顆粒，與物料顆粒沖擊刀片的力是一對作用與反作用力。因此根據(jù)上式可知，顆粒的質量越大，沖擊速度越大，顆粒所受的沖擊力也越大。在第一粉碎室內，刀片的末端運動速度可達64m/s，而且刀片打擊礦粒可看成自由碰撞，故At很小，因此對給入的大顆粒沖擊極大。因此第一粉碎室內物料主要以沖擊粉碎為主。隨著顆粒度的減小，所受沖擊力也逐漸減小，當達到某一粒度時，物料被水平氣流送入第二粉碎室。在這里單顆粒的粒度急劇減小，當直徑為8mm的球形顆粒，粒度減小至20μm時，質量減小到原來的10-8左右，所受的沖擊力也按相同數(shù)量級降低。因此在第二粉碎室中，物料顆粒主要以剪切和研磨為主。為此，我們做了多種試驗，以求得到驗證。
2.1 刀片磨損試驗
我們采用山東平度滑石礦的二級滑石塊，莫氏硬度為1.5，共處理礦石43. 24t，其刀片磨損情況見表1。
從試驗結果看出，刀片磨損從頭到尾依次減少，而且第二室的刀片磨損量遠遠低于第一室，這充分證明物料在粉碎室內所受到的沖擊作用依次減弱。
2.2 刀片與粉碎機襯板間隙大小對粉碎的
影響 在試驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)刀片與磨機襯板之間的間隙大小對微粉產(chǎn)量的影響很大。間隙的過大或過小均會使微粉產(chǎn)量降低，其間隙大小與微粉產(chǎn)量之間的關系如圖2所示：根據(jù)所粉碎的礦所不同，間隙Hd一般為2～3mm，這表明在這種條件下，被粉碎物料所受的剪切和研磨作用為最大。當間隙過小時，較大的顆粒難以進入刀片與襯板之間，當間隙過大時，刀片與襯板之間的顆粒層過厚，使之剪切和研磨作用減弱，因而影響微細粉的產(chǎn)量。
同時我們還進行了柔性物料（云母）與脆性物料（重品石）的粉碎試驗；相同物料（硬質高嶺土）不同入料粒度組成的粉碎試驗。發(fā)現(xiàn)脆性物料比柔性物料的處理能力高2～3倍。- 8mm硬質高嶺土的處理能力比用一325目硬質高嶺土粉作為入料的處理能力更大。這些實例都充分證明，該機第一室以沖擊粉碎為主，第二室以剪切研磨粉碎為主。根據(jù)不同粉碎對象，調整給料粒度組成，是充分發(fā)揮該設備能力的關鍵因素。
3、分選機理的研究與探討
該超細粉碎機與眾不同的是在每個粉碎室的下部各設有一個排渣孔（見圖1）。使混入的雜質和難磨粒子得以及時排出機外，對降低能耗、提高產(chǎn)品質量起到明顯的作用。
如圖3所示，在粉碎過程中粉碎腔內形成兩個不同的氣流。一個是以兩個擋料環(huán)內經(jīng)為直徑的水平運動氣流，它是由尾部風機形成的，主要起輸送物料的作用，簡稱輸送區(qū)；另一個是環(huán)繞水平空氣柱作圓周運動的環(huán)繞氣流，它是由轉子帶動刀片高速旋轉，再帶動空氣形成的，促使物料與空氣流一起做高速圓周運動，簡稱粉碎區(qū)。在粉碎區(qū)內，大顆粒物料和密度大的難磨粒子，所受的離心力也大，在旋轉過程中被拋向機壁。而刀片各質點的線速度越靠近機壁亦越大，故有利于大顆粒的粉碎。而難磨粒子一般密度比較大，當被粉碎到一定程度后，主要運動軌跡是沿機壁做圓周運動，當運動至排渣口時，被排渣螺旋帶出機外。
在粉碎機腔體內，水平氣流的風速可達12. 67m/s，根據(jù)流體力學原理，該區(qū)是負壓區(qū)。在粉碎區(qū)內被粉碎到一定粒度的顆粒會被吸入到水平氣流中。在水平氣流中，任何一個顆粒都具有兩個分速度，一個是水平運動速度Vx，另一個是垂直沉降速度V，。Vy為顆粒的干涉沉降速度，其大小適合于斯托克斯公式范圍，故在相同條件下，比重大的、粒度大的顆粒Vy亦大，當V，大到一定程度時較大顆粒又返回粉碎區(qū)的環(huán)流中進行再磨。
我們對滑石和硬質高嶺土分別進行了試驗研究，結果列于表2中。
從化驗結果可知，人們一直擔心的磨礦過程中的鐵污染問題，在這里得到了很好地解決。綜上所述，CM51型超強粉碎機內部的氣流運動相當一個平臥的空氣旋流器，在環(huán)繞氣流（粉碎區(qū)）和水平氣流（輸送區(qū)）的交界面上形成一個過渡區(qū)（紊流區(qū)），在這里物料進行了多次“淘洗”，及時把合格產(chǎn)品送入水平氣流排除機外，同時又能把不合格粗顆粒送回環(huán)繞氣流進行再磨，有利于提高設備的粉碎效率，降低粉碎能耗。
4、結論
(1) CM51型沖擊式超細粉碎機是一種高效、節(jié)能型的超細粉碎設備。它具有結構簡單、配套設備少、流程短、破碎比大、節(jié)能、無污染等一系列優(yōu)點，特別適合非金屬礦中小型深加工企業(yè)。
(2)該設備兩個粉碎室的結構表明，第一室以沖擊粉碎為主，第二室以剪切、研磨作用為主。因此，它適合于處理- 8mm以下的混合料。對于- 200目以下的粉料，無法發(fā)揮第一室的沖擊作用，致使設備處理能力降低，能耗上升。
(3)該設備的排渣功能可以時排除混入的雜質和難磨粒子，尤其是常規(guī)磨礦中的鐵污染問題得到解決。這種集超細粉碎與排渣提純的雙重功能是該機有別于其它超細粉碎設備的特點之一，這對非金屬礦，特別是用于涂料、填料行業(yè)的非金屬礦微粉的除鐵、除鈦、以及除各種重礦物雜質等，該機有獨到之處。
