关键词：超细重质碳酸钙 球磨机 分级机
1 前言[1~5]
重质碳酸钙粉（以下简称重钙粉）是以天然方解石、大理石、白云石或白垩为原料，经机械设备粉磨和分级后达到一定细度的产品。一般将400目以下的产品归为粗粉，400－600目称为普通粉，600－800目称为细粉，800－1250目称为超细粉，1250目以上称为超细微粉。我们所说的超细重钙是指经过英国Malvern公司或美国Coulter公司激光粒度分析仪检测，D97≤17um（800目以上）的重钙粉。
目前，国内2500目以下的产品以干法生产为主，2500～6500目以湿法生产为主。2000年，上已出现了干法生产2500～6500目的重钙粉的分级机设备，我国在2003年已有引进。
目前重钙干法加工设备主要由研磨和分级设备组成。成熟的研磨设备主要有雷蒙磨、冲击式粉碎机、干式搅拌磨、气流磨、立式辊轮磨、振动磨和球磨机等；分级设备主要是采用强制涡流原理制造的叶轮式超细分级机。研磨设备与分级机配合，组成超细加工系统，即可实现超细重钙微粉的生产。统观各种加工工艺及设备，一般都可以达到一定的超细效果。但是采用哪种生产工艺和设备加科学合理呢？
重钙的生产原则上要达到：技术成熟，设备运行可靠；吨产品投资少，产品能耗低；投资相同时产量越大越好。
2、常用设备的系统性能比较分析[3~6]
以生产1250目重钙为例，我们分别从生产不同设备生产性能的角度，对不同干法加工设备系统的实际运行参数进行比较，比较结果如表1所示：
表1 常用重钙加工工艺的设备比较
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设备类型
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给料粒度D90(mm)
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佳生产细度范围
（D97目数）
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粉碎机理
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1250目吨产品
电耗kwh/t
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1250目吨产品单机
生产规模，t/h
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4R雷蒙磨（自带分析机）机）
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< 20
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100－400
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碾压与冲击
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200
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0.2－0.4
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冲击磨（配分级机）
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< 8
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600－1000
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高速冲击
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280
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0.2－0.3
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立式磨（自带分级机）
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< 30
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200－1250
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碾压
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150
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1.0－4.0
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振动磨（配分级机）
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< 100目
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1250－6000
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冲击与研磨
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160
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0.5－1.0
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干式搅拌磨（配分级机）
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< 325目
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1250－6000
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低速研磨
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150
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0.3－0.6
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球磨机（配分级机）
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< 6
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600－6000
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冲击与研磨
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160
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1.0－10.0
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由表1数据对比，常用设备生产性能的评价如下：
从佳生产细度范围（D97目数）角度来说，依次为：球磨机、振动磨、干式搅拌磨、立式磨、冲击磨、雷蒙磨；
从1250目吨产品电耗角度来说，依次为：干式搅拌磨、立式磨、球磨机、振动磨、雷蒙磨、冲击磨；
从1250目吨产品单机生产规模角度来说，依次为：球磨机、立式磨、振动磨、干式搅拌磨、雷蒙磨、冲击磨。
根据上述生产性能对比，结合重钙生产实际，对不同设备的运行情况进行进一步的具体分析。
（1）雷蒙磨
在重钙的加工中，雷蒙磨的应用为广泛。从粉磨机理来讲，雷蒙磨属于碾压粉碎，主要靠磨辊施压后，物料自身在低速状态下相互挤压、摩擦和剪切粉碎，伴有间断冲击粉碎作用。生产400目以下的产品，无论在投资还是能耗方面，雷蒙磨都有对优势。但是，碾压粉碎原理决定了雷蒙磨产生的微粉量相对较少，例如，在400目的细粉中，10微米以下的微粉只占到35％左右，而5微米以下的微粉仅占5％左右，远远低于其它设备研磨出的微粉含量。
将传统的雷蒙磨进行改造，或外加超细分级系统，也可以生产600~1250目的微细产品。但是，因为微粉含量低，用雷蒙磨生产超细粉就面临生产能力小，电耗高的问题，而这些问题又是由设备本身性能决定的，难以得到根本解决。所以，我们认为采用改造的方式，或外配分级机系统的方式，利用雷蒙磨来生产600目以上超细重钙粉，是不经济的。
（2）振动磨
振动磨从分类上可以称为振动球磨机，它是利用高频小振幅机械振动并旋转，使研磨介质与物料之间产生强烈冲击与研磨，从而粉碎物料。将振动磨用于重钙类矿物的粉碎研磨，其优缺点比较如下：
从粉碎细度来看，因振动磨的研磨效率高、研磨时间长，所以振动磨的出磨粉体中细粉含量较高，适合研磨生产1250目以上的超微方解石细粉产品；
从适应物料来说，振动磨适用于硬质物料（莫氏硬度大于5）的粉碎，用于方解石类矿物（莫氏硬度小于3.5）的粉碎，其粉碎能力不能得以充分发挥；
从振动磨结构来看，振动磨的长径比大，研磨低硬度的方解石，将导致过研磨现象严重，使系统能耗显著增加；
从生产运行的操作性能看，振动磨生产过程中运行噪音大，对物料的湿度较敏感；从超细产品的单机生产规模看，振动磨的单机生产能力不大。
由上可见，振动磨用于重钙生产并不是很好的选择。
（3）冲击磨
冲击磨的工作原理是，利用锤头的高速旋转，打击方解石物料，产生细粉。因为主要是冲击粉碎，所以在单位时间内产生的细粉很少。从目前的使用情况看，冲击磨生产方解石粉，能耗较高、设备磨损大；单机生产能力较小。
（4）干式搅拌磨
干式搅拌磨也称为搅拌式球磨机，其研磨效率较高，与分级机配套使用，所生产的产品粒度一般都较细，比较适合进行1250目以上的超细重钙的生产；其主要的缺点是，单机生产能力较小。
（5）立式磨
立式辊轮磨机（简称立式磨）的粉磨机理与雷蒙磨类似，都属于碾压粉碎，这就注定它在单位时间内产生的细粉量也偏少。由于磨辊的施压是采用液压方式进行，磨辊对物料的碾压压力大，所以其粉碎效率要远远好于雷蒙磨。起初，立式磨都为二辊结构，主要用于生产400目以下的粗粉。
为提高单位时间细粉含量，后来又开发了三辊立式磨，细粉含量得到了较大改善，但一般仍以生产1000目以下的产品为主。后来有人对上部的分级机进行了改造，可直接生产1250目以下的微粉。利用出磨的600目－1000目产品，另配超细分级机进行二次分级，也可以生产1250目以上的产品。同时该设备系统投资成本过高。
（6）球磨机
球磨机，也称为回转式球磨机，其粉碎原理是，物料与研磨介质一起，在球磨机的回转过程中相互冲击和研磨，从而产生细粉，其细粉含量低于干式搅拌磨和振动磨，但高于其它的粉碎设备。在经过磨内改造后，因而其研磨能力得到大大改善，就成为高细球磨机，其细粉含量接近振动磨，而过研磨现象又大大低于振动磨。
高细球磨机配分级机工艺是当今世界粉体技术公司强力推荐、欧美著名粉体公司普遍采纳的工艺方案。广泛应用于方解石、重晶石、滑石及高岭土等非矿产品的加工。以生产重钙微粉为例，可以生产600～6000目之间的任一品种，特别适宜于800～2500目之间的产品，单机生产规模可以从1万吨/年到10万吨/年。这一生产工艺完全符合生产重钙类低附加值的产品，要求投资少、技术成熟、工艺设备简单、能耗低而产量则越大越好的原则。该方案的优越性，已经得到实践证明。
综上所述，球磨机、立式磨设备与分级机合理配置，较为适宜于超细重钙粉体的加工。那么哪种设备配置系统为适宜于超细重钙粉体的生产加工呢？
3、球磨机与立式磨系统工艺对比分析[3] [6]
下面结合重钙实际生产，分别从两种工艺系统的性能和加工产品的品质角度，进一步分析球磨机与立式磨的加工系统。两种工艺系统在重钙生产的应用比较如表2所示。
表2 立式磨与球磨机系统比较
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球磨机
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立式磨
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单机生产规模
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大
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大
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325目以下
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不合适
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合适
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325－600目生产
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合适
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很合适
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产品比表面积高
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电耗低
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600－1000目生产
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合适
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很合适
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产品比表面积高
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电耗低
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1000目以上生产
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很合适
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需二次分级
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产品质量稳定，比表面积高
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二次分级下的粉体（下品）产品质量有波动
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电耗
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1250目以下高
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1250目以下低
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1250目以上持平
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1250目以上持平
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产品适用范围
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适合造纸和涂料行业
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适合塑料行业
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系统投资
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低
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高
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运行与维护
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简单
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较复杂
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纵观球磨机和立式磨在重钙中的使用，二者各有优缺点。但是目前还是使用球磨机的比较多，为什么？在此，我们就立式磨的加工再次深入讨论一个问题，即为什么二次分级下的粉体（下品）质量（细度）存在波动？
我们知道，在立式磨生产重钙的过程中，出立式磨的产品细度一般在1000目以下，如果想生产1250目以上的产品，就必须用立式磨出来的粉进行二次分级，分选出的细粉为1250目以上产品，分级下的粉体称为下品，请看下面的试验举例，同样用立式磨出品的800目粉进行二次分级：
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图1 1250目产品和下品1 图2 1500目产品和下品2
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从上面的图可见，分级母料都是立式磨出品的800目粉，因要求生产的超细产品不同，导致下品1和下品2的粒度分布肯定不一样，这样下品的质量就很难界定。
再者我们结合粉体的比表面积、中位径（D50）、粒度平均值、大切割粒径（D100）四个主要性能指标，对两种设备生产出的同一1250目产品品质进行检测分析对比，以美国Coulter粒度分析仪为检测手段，结果如表3所示。
表3 两种工艺的1250目产品品质对比
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球磨机工艺
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立式磨工艺
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中位径（D50），um
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1.898～2.090
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2.305～2.972
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大切割粒径（D100），um
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17～18
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18～20
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产品比表面积，m2/kg
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1603～1556
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1476～1421
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平均值，um
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2.683～2.988
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3.315～3.762
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由表3可见，球磨机工艺生产的产品，其中位径、粒度平均值明显小于立式磨工艺，由此反映出球磨机工艺生产出的粉体比表面积明显好于立式磨工艺。再者球磨机配超细分级机工艺的大切割粒径也好于立式磨工艺。
4、国内外干法加工系统的应用情况
目前，欧洲、美国及由他们提供技术和设备的其它和地区，基本上都是球磨机配大型分级机的加工工艺及设备。而由日本和我国的台湾省提供技术及设备的地方，主要是三辊立式磨配分级机的工艺，但也有球磨配分级机的工艺。国内外重钙干法工艺系统的应用情况总结如表4所示[5~7]。
表4 国内外重钙干法工艺系统应用情况表
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系统名称
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欧美等
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日本及台湾等
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国内
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特点
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球磨+分级机
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广泛使用
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使用
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广泛使用
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可生产产品品种多、较大规模
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立式磨
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很少使用
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广泛使用
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使用
（台商）
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1500目以下产品、大规模
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雷蒙磨、冲击磨、振动磨等
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使用
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生产规模小
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5、结论
综上所述，在生产超细重钙的常用设备中，球磨机系统表现出高的优越性和普遍性。这也是由球磨机本身具有较高的研磨能力决定的[6]。
（1）从粉体的重要技术指标——比表面积的角度来说，球磨机具有高的优越性。因为球磨机具有较高的研磨能力，生产实践证实其出磨细粉含量D50≈10um。因此球磨机的高效研磨能力是产品比表面积的重要保证。
（2）从生产规模来说，球磨机系统的生产规模远大于其它设备。而且其生产产品的品种可以在600～6500目任意调整。在重钙生产中，球磨机的高粉磨效率也是实现规模化主要因素之一，在确保较高的分级效率条件下，也可以使系统能耗大为降低。同时，规模化有利于运行成本的摊薄，显著降低了企业的运行成本，企业的竞争力大大增强
（3）从系统设备配置的角度来说，球磨机是超细重钙加工的关键前提之一。
（4）球磨机配分级机的重钙生产路线也是一条符合我国国情的工艺路线。工艺流程简单、操作方便、维护量少。
