1 粉碎的目的和方法
虽然碳酸钙结晶反应时的原生粒径很小，纳米钙的原生粒径为≤100nm，轻钙的原生粒径为0.5-5µm，但是由于轻钙和纳米碳酸钙在碳化、陈化、压滤、干燥等工序都会有团聚现象发生，特别是压滤机脱水时的挤压，和干燥时由于水分的挥发，粉体收缩，其颗粒发生团聚，从干燥设备中出来的宏观粒径远大于原始粒径（一次粒径），虽然可以在合成过程中加入分散剂和表面改性剂，可以减少团聚，但是仍避免不了团聚，特别是纳米碳酸钙由于表面能高，更容易发生团聚，造成二次团聚，这也是纳米材料制造过程中关键难题。
干燥工艺及设备不同，其团聚情况不同。采用箱式干燥、带式干燥、盘式干燥、浆叶干燥、回转式干燥等干燥形式，其产品出来为块状或颗粒状，需粉碎分级才能使用。强力闪蒸干燥，由于设备配套了内置式的粉碎盘，从旋风分离器、除尘器中分离出来的产品是粉状，由于纳米碳酸钙的容易团聚，强力闪蒸干燥的粉碎能力不是很强，仍有分粗粒子和杂质产生。
所以必须配有粉碎研磨机解聚，分级、过筛，得到细度好、纯度高的产品。
目前浙江省嵊州市众威粉碎设备有限公司生产的粉碎研磨机主要有：万能式的粉碎机、微粉磨、旋风磨等，其中旋风磨是采用德国技术生产的，具有粉碎能力大，设备能耗低、产量大、噪声小，吸油值低、细度、分散性、振实密度好的优点,是进行纳米碳酸钙活化、分散、粉碎处理的理想设备。
2 旋风磨粉碎系统
2.1 概况
ZWV旋风磨是本公司在已有的超微粉碎技术的基础上，引进德国先进技术开发研制的新一代超微粉碎设备，其技术处于国内领先地位，填补了国内外空白，整机及其耐磨装置已获国家专利。该机的研发成功为我国粉体工程行业提供了高效节能的超微粉碎设备，并已出口十多个国家和地区。
ZWV旋风磨原理先进，拥有独特的不拆机可调间隙的功能，粉碎区产生的强烈涡流有着惊人的粉碎效果，并且有良好的物料分散作用。本机与其他粉碎机相比结果显示：物料从ZWV旋风磨进口到出口经过的路线最短，所以其粉碎能耗也最低，乃是对特殊物料加工的高档微粉设备。其卓越的技术性能甚至超过了国外同类设备，完全可替代进口，是目前性能好、体积小、能耗低、噪声小的环保节能型理想微粉设备。
2.2 用途和特点
ZWV旋风磨是一种适合无机物、有机物粉碎的通用超微粉碎机，广泛适用于化工、染料、塑料、非金属矿、医药、饲料、食品等行业的低到中等硬度物料的超微粉碎，对聚乙烯醇、PVC、PE、纤维性物料等几乎所有热敏性物料均能进行超细粉碎，产品粒产最细可达2-5um。特别适应于纳米钙的粒碎分散，效果十分理想。
该机的特点如下：
1、采用锥形的转子与定子，通过升降上箱体（定子）即可调整转子与定子的间隙来控制产品细度和产量，间隙调整范围为0-5mm。
2、转子采用特殊的从欧洲进口的高强度钢材和高硬度耐磨铸件，转子最外端线速度达125米/秒以上，同时具有使用寿命长等特点。
3、运用计算机辅助设计的箱体出料更流畅，噪音更加小，在处理粘性及凝聚性物料时，极大地减少了微粉的粘壁现象。
4、处理风量特大，粉碎时温升低，特别适用于热塑性和纤维物料，产品粒度均匀。
5、在转子下面可选配风叶来加大空气流量。
6、维修、操作和清洗方便。
2.3 设备结构及工作原理
本机是一种涡轮式超微粉碎机。它由机架、机体、粉碎装置、加料斗、传动装置和电机等组成，其内部结构如图1所示。配套由主机、分级机、高压离心风机、关风机、旋风集料器和电控柜等组成整套超微粉碎机线。
图1 内部结构图 ZWV的主要工作原理如下：料物由上箱体的顶部加入后，迅速被转子上部的预粉碎刀片打散，散向定子四壁，进入转子和定子组成的粉碎区。转子超高速旋转产生的大量空气流既受机内转动和静止部件的影响，又受风机的恰当导向，被转变成无数个急转的湍流。这些在粉碎区内为数众多的空气湍流，把物料催动，并加速到和空气流同样高的速度。然而，这些物料的运转方向和速度却都在瞬间突然改变，其结果，也是本粉碎机的原理所在，各物料颗粒相互碰撞，并在高速气流中完成较理想的裂解。仅一小部分颗粒是通过机内运动和静止部件的撞击而细化的。物料颗粒在ZWV旋风磨机内的整个逗留期间，总受空气流环围，因此，在超细粉磨过程中不可避免产生的热量也被作为粉磨介质的空气流带走。大流量的空气及其急转的湍流确保其温升最小。上述超高速粉碎原理，使本不带筛选装置的ZWV旋风磨特别适用于为粉磨连同干燥操作在内的课题提供技术上安全、经济上获益的解决方法。
为达到需要的细度和产量，可以增加或降低间隙垫片的高度来达到改变转子和定子间的间隙，从而来控制其产量和细度。
2.4 产品型号与主要技术参数
ZWV旋风磨的主要技术参数见下表
|
名称
型号
|
ZWV50 |
ZWV500 |
ZWV750 |
ZWV1000 |
ZWV1250 |
| 生产率比值 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
| 转子直径(mm) |
250 |
500 |
750 |
1000 |
1250 |
| 转子速度(r/min) |
9550 |
4775 |
3183 |
2387 |
1910 |
| 粉碎粒度(um) |
2-250 |
| 最大处理风量(m3/h) |
1200 |
2100 |
3300 |
4500 |
5100 |
| 产量(kg/h) |
30-800 |
80-2000 |
100-3000 |
200-4500 |
300-6000 |
| 动力(kw) |
11-18.5 |
30-45 |
45-75 |
55-110 |
75-132 |
| 外形尺寸L×B×J(mm) |
1285×600×720 |
1690×880×930 |
2210×1100×1550 |
2510×1330×1640 |
2800×1580×770 |
| 主机重量（kg） |
500 |
1100 |
2300 |
3000 |
3600 |
注：生产率及粉碎粒度视物料不同及配套装置选用匹配有所变化而确定。
3 分级机
3.1 概述
ZFH系列高效涡轮超微分级机是我公司引进德国先进技术，适合低到中等硬度超微粉体材料分组的超微分级设备，使用特殊材料的转子可分级高硬度物料，各项性能指标达到了国际同类型标准。本机带二次进风和高精度涡轮，切割粒径可达3µm。
ZFH高效涡轮超微分级机适用于化工、医药、食品、非金属矿等行业粉体加工中的分粒、除铁、除纤维、精选。例如：非金属矿中石膏粉、碳酸钙等的精选，长石、石英、重晶石的除铁加工和分粒。很容易形成沉淀物的物料，如：颜料、染料、杀虫剂、树脂、水泥和非晶体的石灰石、白垩、E-PVC及填料中无机粉末的分级，同时可对不同密度物料如再生橡胶等分离纤维杂质，特种工业超细粉末的提取，如磁粉等，用途极为广泛。
该机的特点如下：
本机为干式物料空气分级机，具有当今国际上最先进的涡轮分级原理：带有二次进风和无级变速的分级涡轮，分级涡轮与之相联接的配合属国内首创、国际领先的动态气流密封装置，分级精度高，分级范围广，能在3-150µm之间调整成品粒度。一般情况下，能获得小于5µm、含量达97% 以上的超微细粉；
本机占有空间少，结构简单紧凑；操作方便，易损件少，费用低。振动小，噪声低，运转平衡，维修、清洗方便，自动化程度高。
3.2 设备结构及工作原理
ZFH系列高效涡轮超微分级机由上部带分散导向叶片的进料涡壳和高速后向多叶片式分级叶轮组成，分级轮与出口采用动态气流密封；下部为带有二次进风装置的二次分选装置。其主要结构见图1。
本机主要利用涡轮分级轮的分筛理论；旋转涡轮产生的离心力与空气所形成的向心力之间的平衡。其主要工作原理是：待分级的物料通过加料机被高压负压吸风系统吸入分级室，在这里首先被分散导向叶片分散，在涡壳与分级涡轮附近受强而有力的离心力场的作用，符合要求的微粉吸出分级叶轮后被收集装置收集，粗料则落入下箱体，在这里由于受到二次进风的影响而被再次分散，夹杂在粗粉中的细粉再次随气流进入分级区，粗料则沿内壁下落通过关风机被收集。由于涡轮与上箱体采用特殊的密封机构，使得密封效果十分优越，出料粒度更均匀。通过调节驱动电机的转速及二次进风量的大小，可得到最佳的分级效果。
图2 结构及分级原理1出料阀；2机壳； 3两次进风可调装置；4分级轮；5出料口，6进料口；7轴承座；8联轴器驱动装置；9电动机
3.3 主要技术参数
|
型号
名称
|
转子直径（mm） |
转速
（r/min） |
电机功率（KW） |
最大风量（m3/h） |
处理量
（kg/h） |
分级范围
（µm） |
| ZFH-132 |
132 |
1100-11000 |
4 |
500 |
15-300 |
3-150 |
| ZEH-250 |
250 |
700-7000 |
5.5-7.5 |
2000 |
30-800 |
| ZFH-315 |
315 |
500-5000 |
7.5-11 |
3200 |
50-1500 |
| ZFH-400 |
400 |
450-4500 |
11-15 |
5000 |
100-3000 |
| ZFH-500 |
500 |
350-3500 |
22-30 |
7000 |
200-4500 |
| ZFH-630 |
630 |
250-2500 |
30-37 |
9000 |
300-6000 |
| ZFH-800 |
800 |
150-1500 |
37-45 |
12500 |
400-8000 |
注：生产率及粉碎粒度视物料不同配套装置选用匹配有所变化而确定。
4 纳米碳酸钙常用配套工艺流程
目前大型的纳米碳酸钙项目粉碎采用如下流程：ZWV -1000型分碎机，配和ZFH-630分级机，流程如下图3。
5 目前市场上常用的粉碎机对比
目前市场上常用粉碎的粉碎机有万能式粉碎机，微粉气流磨，旋风磨，下面就各个设备用于纳米碳酸钙的性能对比：
| 项 目 |
1 |
2 |
3 |
| 粉碎机主机 |
万能式粉碎机 |
ACM微粉气流磨 |
ZWV旋风磨旋风磨 |
| 分级机 |
气流分级 |
内置分级机 |
ZFH高效涡轮分级机 |
| 生产能力吨/小时 |
1-1.5吨 |
0.5-1 |
1-3吨 |
| 耗电量kw/吨 |
40-80 |
100-150 |
40-80 |
| 粉碎强度 |
较差，容易产生粗粒。 |
分散性好 |
分散性好 |
| 粒度分布 |
不均匀 |
均匀 |
均匀 |
浙江省嵊州市众威粉碎设备有限公司采用目前世界上最先进的技术——德国工艺技术，经国内外多家使用证明，效果卓越，性能理想，在国内绝对处领先水平。
将烘干后的碳酸钙物料，通过输送机送入ZWV旋风磨充分粉碎研磨后，分散后成为气固二项流体，进入ZFH高效涡轮分级机，对粉碎后的物料进分级，粗粉回到物料重新粉碎，保证物料细度的均匀性。细粉中的气固二项流体，通过旋风集料器、脉冲除尘器的收集将成品收集下来进入料仓，洁净空气通过配套高压离心风机排出，物料采用自动包装机进行包装。整套系统采用负压操作，保证了车间的无粉尘操作，具有产量大，细度好，设备耐磨性能好，清洁生产等特点。
作者：刘亚雄1，何渠伟2（1福建省鸿丰纳米科技有限公司，2嵊州市众威粉碎设备有限公司，浙江 嵊州）
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