各种不同类型的气流粉碎设备 （中国粉体技术网/班建伟）随着传统产业技术的不断升级以及现代高技术和新材料产业的快速发展，微纳米粉体技术在国民经济生活和科学研究中起着越来越重要的作用，其应用与研究遍布各个行业和领域。 微纳米粉体作为微纳米材料的重要组成部分，是制备各种新型功能材料的关键性基础材料。
目前制备微纳米粉体的方法主要有球磨、搅拌磨、振动磨和高速旋转撞击式粉碎以及气流粉碎等。其中，超微气流粉碎因其产品粒度细、分布窄、精度高、均匀性与分散性好以及生产能力大和自动化程度高等特点，在食品、医药、化工、矿物等领域得到了广泛应用。随着超微气流粉碎技术的不断完善与研究的深入，其应用范围也拓展到了其他领域。
1 基本原理及发展现状
超微气流粉碎技术是将干燥、净化后的压缩气体通过喷嘴产生高速气流，在粉碎腔内带动颗粒高速运动，使颗粒受到冲击、碰撞、剪切等作用而被粉碎; 被粉碎的颗粒随气流分级，细度要求合格的颗粒由捕集器收集，而未达要求的粗颗粒再返回粉碎室继续粉碎，直至达到所需细度并被捕集器收集。
常见气流粉碎机的结构 经过一个世纪的快速发展，目前工业上用于制备超细粉体的气流粉碎机有靶式、对喷式、扁平式、循环管式和流化床对撞式5 种类型。随着行业对微纳米粉体材料要求越来越高，气流粉碎机的使用要求也随之提高。当前对气流粉碎机的改进主要集中在提高粉碎效率、避免粉碎过程中物料与环境的双向污染、降低和避免设备的磨损等研究方向并取得了一定成果。
如气流、机械组合式超微粉碎机和混流式粉碎机等。 这类气流粉碎机除具有无污染、精度高、耐热敏性、粉体造型好、环境友好等特点外，还将多种技术结合起来，使产品更加细化，同时降低生产成本。
2 在物理粉碎中的应用
传统超微气流粉碎技术是对物料进行单纯的物理粉碎。 在粉碎时由于无其他物质的掺杂，且过程温度较低，既能保持物料原有的化学性质，又可减少材料中热敏性成分的损失；同时，气流粉碎后的矿物、金属等粉末的团聚现象、分散性和均匀性等均优于传统机械法所制备的粉末，使得超微气流粉碎技术在矿物等加工中有着不可替代的地位。
超微气流粉碎技术在非金属矿物中如滑石、石英、高岭土、钛白粉、硅灰石等的应用也很广泛。气流粉碎后粉末的粒径分布较球磨后的粉末更窄，且产量大。如粉碎氧化铈时，在加速距离85mm，粉碎压力0.85Mpa 和分级机转速1050rad/min 的理想工艺参数下，产品粒度范围为1-5μm，产量可达53kg/h。
同时，气流粉碎机的操作参数也会影响硅土和滑石等矿物的机械化学性能。另外，超微气流粉碎技术还可实现多组分矿物的分离。
金属粉末的制备常用球磨法，但产量较低、粒度分布宽、团聚严重且易引入杂质，而气流粉碎法得到的粉末粒度小、无团聚、分布均匀、性能较好，适合脆性金属和合金的破碎制粉。
近年来，超微气流粉碎技术在其他行业中常被用做预处理手段制备微米级粉末，以进一步制备纳米颗粒。同时，在处理蚕丝和羊绒毛等生物材料机械粉碎后的团聚问题上，该技术也显示出强大的优势。
3 在化学研究中的应用
除了对物料进行单纯的物理粉碎，超微气流粉碎技术还常用于粉体的表面改性，最近又发展起超音速气流下的无溶剂反应。
3.1 化学改性
超微气流粉碎技术对微纳米粉体的表面改性主要是通过机械力化学等物理化学作用完成的，含物理粉碎和化学反应两个过程，具有效率高、无污染的特点。 它将颗粒的粉碎与改性结合起来，以流体－压缩空气为工作介质，流体的压力转化为速度作用于粉体上，一方面使颗粒在粉碎室内产生碰撞、冲击、剪切和摩擦等机械力作用，颗粒在被粉碎的同时，由于其内部键的断裂形成具有高活性的新鲜表面，使改性剂能更有效地覆盖在粉体表面，达到改性的目的；另一方面由于改性剂的作用，粉体表面自由能大大降低，从而使粉碎效率得到提高。
以气流粉碎机为主要设备的气流粉碎-表面改性一体化工艺，不仅可实现超细粉碎的同时完成粉体的表面改性，而且还能有效克服气流粉碎和表面改性两种工艺单独作用时改性剂与粉体表面亲和性差、附着作用弱且不均匀的缺点；同时又能降低能耗，提高生产效率。
苏小莉等以硬脂酸和硅烷偶联剂为改性剂，在气流粉碎机中对纳米氧化锌进行解团聚和表面改性。 结果表明，改性剂分子通过化学键合和物理吸附作用在氧化锌表面并形成牢固的包覆膜，有效降低了颗粒的表面活性，减轻了团聚。
3.2 绿色化学反应
上世纪90 年代兴起的绿色化学，力图克服在生产和使用化学物质的过程中对环境造成的污染。 其中，无溶剂反应是绿色化学反应中最彻底的方法。由于无需溶剂，克服了反应过程中溶剂对环境造成的污染，并且利于降低生产成本，提高经济效益。 常用的无溶剂反应方法有研磨、球磨、超声波照射、加热静止或室温下静止反应等。
超音速气流下的无溶剂反应是近年发展的新型方法，具有操作简单、反应时间短、产量高和环境友好的特点。在高速气流下，反应物颗粒被充分破碎，其表面活性和比表面能大大提高；同时，粉碎过程中颗粒间发生激烈碰撞与摩擦，使颗粒表面分子得到充分扩散；另外，高速气流赋予颗粒极高的动能，除部分转化为新增表面能，还能转化为分子内能，使颗粒表面瞬时温度高于周围环境温度，这些都有利于反应的进行。 需要指出的是，由于气流粉碎过程中的降温效应，使得研究人员对该方法的研究限制在低温固反应相范围内。
4. 展望
超微气流粉碎技术在对物料的物理性粉碎和表面改性中已得到广泛应用，并拓展到无溶剂低温固相反应领域，但也存在着不足。 其中能量利用率低是当前乃至今后一段时间急需解决的最主要问题，因此，发展新型气流粉碎设备以降低能耗，提高粉碎效率；同时加强对气流粉碎技术的粉碎基础理论研究来指导实际工作，摆脱实际应用中常依赖经验参数的局面，也是超微气流粉碎技术今后重要的研究方向。 相信随着超微气流粉碎技术的不断发展和进步，其在各行各业中必将发挥越来越重要的作用。
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