2.4.3　精细分级设备

在非金属矿超细粉碎加工中，除了超细粉碎作业之外，还应配置精细分级作业。精细分级作业主要有两个作用：一是确保产品的粒度分布满足应用的需要；二是提高超细粉碎作业的效率。许多应用领域不仅对非金属矿超细粉体的粒度大小（平均粒度或中位粒径）有要求，而且对其粒度分布有一定要求。有些粉碎设备，特别是球磨机、振动磨、干式搅拌磨等，研磨产物的粒度分布往往较宽，如果不进行分级，难以满足用户的要求。此外，在超细粉碎作业中，随着粉碎时间的延长，在合格细产物增加的同时，微细粒团聚也增加，到某一时间，粉体粒度减小的速度与微细颗粒团聚的速度达到平衡，这就是所谓的粉碎平衡。在达到粉碎平衡的情况下，继续延长粉碎时间，产物的粒度不再减小甚至增大。因此，要提高超细粉碎作业的效率，必须及时地将合格的超细粒级粉体分离，使其不因“过磨”而团聚。这就是一些超细粉碎工艺中设置精细分级作业的依据。

根据分级介质的不同，精细分级机可分为两大类：一是以空气为介质的干法分级机，主要是转子（涡轮）式气流分级机，如MS型微细分级机、MSS型超细分级机、ATP型超细分级机、LHB型微细分级机等；二是以水为介质的湿法分级机，主要有超细水力旋流器、卧式螺旋沉降式离心机等。

干式精细分级机一般采用旋转涡轮式，只有个别机型采用射流式。涡轮式精细分级机的结构一般包括分级轮、机体、进料、出料、进风（包括二次风、三次风）以及电机和传动、控制装置。分级轮是核心装置，从结构上分级轮可分为圆柱和圆锥两种，从配置方式上圆柱形分级轮又有竖置和横置两种。其直径、叶片形状、叶片间隙等对分级机的分级性能有显著影响。此外，单独设置的精细分级系统还包括风机集料、收尘等装置。目前工业上应用的主要干式精细分级机是MS型、MSS型和ATP型及其相似型或改进型以及LHB型、NEA型、TFS型等干式精细分级机。这些干式精细分级机可与超细粉碎机配套使用，其分级粒径可以在较大的范围内进行调节，其中TSP型、MS型及其类似的分级机的分级产品细度可达d₉₇=10μm左右，MSS型和ATP型、NEA型、LHB型及其类似的分级机的分级产品细度可达d₉₇=3～5μm，TTC型和TFS型分级机的产品细度可达d₉₇=2μm。依分级机规格或尺寸的不同，单机处理能力从每小时几十千克到30t/h左右不等。

（1）ATP型超微细分级机　图2-20所示为ATP型单轮及多轮分级机的结构与工作原理示意图。其结构主要由分级轮、给料阀、排料阀、气流入口等部分构成。工作时物料通过给料阀给入分级室，在分级轮旋转产生的离心力及分级气流的黏滞力作用下进行分级，分级后的微细粒级物料从上部出口排出，粗粒级物料从分级机底部排出。多轮超微细分级机的结构特点是在分级室顶部设置了多个相同直径的分级轮，与同样规格的单分级轮相比，处理能力显著增大。

（2）MS型微细分级机及MSS型微细分级机　图2-21（a）所示为MS（micro separator）型微细分级机的结构和工作原理示意图。它主要由给料管、调节管、中部机体、斜管、环形体及安装在旋转主轴上的叶轮构成。待分级物料和气流经给料管和调节管进入机内，经过锥形体进入分级区；主轴带动叶轮旋转；细粒级物料随气流经过叶片之间的间隙向上经细粒物料排出口排出，粗粒物料被叶片阻留，沿中部机体的内壁向下运动，经环形体和斜管自粗粒级物料排出口排出。上升气流经气流入口进入机内，遇到自环形下落的粗粒物料时，将其中夹杂的细粒物料分出，向上送入分级区进一步分级，以提高分级效率。通过调节叶轮转速、风量、二次气流、叶轮间隙或叶片数及调节管的位置可以调节分级粒度。

图2-21（b）所示为MSS（super separator）型微细分级机的结构示意图。它主要由机身、分级转子、分级叶片、调隙锥、进风管、给料管和排料管等构成。工作时物料从给料管被风机抽吸到分级室内，在分级转子和分级叶片之间被分散并进行反复循环分级，粗颗粒沿筒壁自上而下，由下面的粗粒物料出口处排出；超细粉体随气流穿过转子叶片的间隙由上部细粒物料出口排出。在调隙锥处，由于二次空气的风筛作用，将混入粗粉中的细粒物料进一步析出，送入分级室进一步分级。三次空气可强化分级机对物料的分散和分级作用，使分散和分级作用反复进行，因而有利于提高分级精度和分级效率。

这种分级机的特点是分级粒度较MS型更细，产品粒度分布较窄。

（3）LHB型分级机　图2-22所示为LHB型涡轮式精细分级机的结构示意图。分级机主机由电机、分级轮、筒体、进料装置、排料装置等组成，通过调节分级轮的转速并配以合理的二次进风来实现对物料的有效分级。

进料控制系统由进料变频器及摆线针轮星形卸料阀组成，通过调节变频器输出频率高低来实现对进料的连续匀速控制。叶轮转速通过变频器调整，并设计了失压保护、过电流保护、料位控制、运行状态监视及报警系统等保护措施。该型分级机的特点是立式单分级轮结构、流场稳定，分级（切割）点较精确、分级效率较高、单位产品能耗较低。

（4）其他干式分级机　其他干式分级机还有WFJ型、FJJ型（类似ATP型）、FYW型、ADW型、FJW型、XFJ型、QF型、FQZ型、AF型、HF型、HTC型、FJG型以及TTC型、NEA型、TSP型、TFS型精细分级机等。

（5）湿式分级机　在湿法超细磨矿或黏土类矿物的湿法提纯工艺中，为了提高磨矿效率以及控制最终产品细度和粒度分布，有时要设置湿式精细分级设备。目前工业上常用的湿式精细分级设备主要有卧式螺旋卸料沉降离心机和超细水力旋流器（组）。

①卧式螺旋卸料沉降离心机　图2-23所示为卧式螺旋卸料沉降离心机的结构与工作原理示意图。

卧式螺旋卸料离心机主要由柱-锥形转鼓、螺旋推料器、行星差速器、挡料板、差速器、扭矩调节器、减振垫、布料器、外壳和机座等零件组成。转鼓通过主轴承水平安装在机座上，并通过连接盘与差速器外壳连接。螺旋推料器通过轴承同心安装在转鼓里，并通过外在键与差速器输出轴内在键相连。

卧式螺旋卸料沉降离心机的主要技术参数为转鼓直径、长度、转速、分离因素、电机功率等。

②超细水力旋流器（组）　超细水力旋流器直径一般为10～50mm。这种小直径的水力旋流器通常制成带有长的圆筒部分和小锥角的锥形部分，内衬耐磨陶瓷、模铸塑料、人造橡胶或用聚氨酯材料制造。聚氨酯是近十多年来制造超细水力旋流器的主要材料。

在工业生产中，为弥补小直径旋流器处理能力小的缺点，通常采用若干个小直径旋流器并联安装形成旋流器组，这种旋流器组可由几个或数十个小直径水力旋流器组成。图2-24（a）所示为TM-3型道尔克隆旋流器组构造。图2-24（b）所示为两种海王牌旋流器组。图2-24（c）所示为GSDF型超细水力旋流器的构造图。它是由四个同心圆环构成的三个环形空间，溢流、进料、底流分别在外、中、内的环形空间里，锥底孔与外环相通形成溢流；其锥顶孔则通入内环形成底流。通过调整进浆压力、溢流压力和底流压力可获得不同细度的产品。这种超细水力旋流器是由许多个小直径（ϕ10mm）旋流器组成的，例如GSDF10-99超细水力旋流器组是由99个直径为10mm的小旋流器组成，可用于5μm以下浆料的精细分级。