【HM-AN-22001A】什么是珠磨机

全文共3092字，阅读大约需要10分钟

摘要：本文主要介绍了珠磨机是什么，珠磨（砂磨）、球磨的区别，珠磨机的工作原理，应用领域简单的选型依据及HM&M珠磨机的类型、特征及应用领域。

关键词：珠磨机、工作原理、选型、应用HM&M

1、珠磨机介绍

珠磨机又称砂磨机，是一种在圆柱形容器中通过搅动研磨介质（磨珠）来研磨或分散浆料中的微小颗粒的设备。研磨容器（呈圆筒形）内部装有搅拌器，磨珠和浆料（物料），珠磨机的转子产生磨珠运动，产生强烈的剪切力和对颗粒的冲击。珠磨机应用范围广泛，如粉碎较大的颗粒和分散纳米颗粒。微米或亚微米大小的粒子被有效地压缩成更细的粒子，细到几十纳米。通过优化介质尺寸、转子转速和转子类型，可对每种材料实现最 佳条件的能量和冲击力进行调整。

图1 HM&M珠磨机的产品图

2、珠磨机（砂磨机）/球磨机傻傻分不清楚

珠磨机在球磨机的基础上发展而来，在国外被称作搅拌式球磨机（搅拌轴+球磨机组合），珠磨机和球磨机都是利用研磨介质之间的碰撞、挤压、摩擦等原理来粉碎物料，但珠磨机在研磨效率、制备成本上均优于球磨机，珠磨机制备出的粉料平均粒径也比球磨机制备的产品粒度小得多1。

3、珠磨机的工作原理

图2 珠磨机原理图

以立式布局珠磨机为例，对珠磨原理进行简单介绍。如图2所示，通过泵将浆料（黑色）送入研磨腔后，搅拌转子（银灰）按照预设的转速转动，推动研磨腔内的研磨珠（白色）运动，研磨珠通过撞击或者摩擦剪切的方式将浆料中大颗粒粉碎成小颗粒，或者将小颗粒团聚而成的团簇分散开。浆料经过粉碎或分散后，通过顶部的无筛网离心式珠料分离装置，与研磨珠分离，然后从顶部流出，通过管路回流到搅拌桶，之后再次被泵送入研磨腔，循环往复，直至达到目标细度。

图3 研磨（左）与分散（右）的区别

珠磨机的工作简单分，可分为两种，一种是对大的“分散”使之分散成小颗粒稳定存在。图3黄色图形代表浆料内部的颗粒。左边的一整块大颗粒经过珠磨机处理后，变成一个个小颗粒，此过程称之为粉碎。右边大颗粒则是由小颗粒团聚在一起形成的团簇，经过珠磨机处理后，原本团聚在一起的颗粒全部分散开，并不会重新团聚在一起，此过程称之为分散。

4、珠磨机的应用

通过珠磨机的原理，珠磨主要起到的是粉碎和分散的作用。应用于多个领域，例如医药领域（难溶性药物，混悬剂，微晶药品），墨水涂料颜料领域（如喷墨，彩色光刻胶中金属络合物颜料），电子及半导体材料领域（如多层片式陶瓷电容器（MLCC）中的BaTiO3，化学机械抛光用的 研磨液（CMP Slurry，锂电池行业的原材料，如三元材料磷酸铁锂等），日化领域（如防紫外化妆品中用的二氧化钛）等。下图4所示为珠磨机主要的应用分类。表1和表2展示了一些HM&M珠磨机的应用案例。

表1 HM&M常见应用案例

5、如何选择珠磨机

可以说，珠磨机的应用领域非常广泛，适用各式各样的材料。磨珠尺寸是粉碎分散处理中最 重要的因素。当把微米粒子粉碎成亚微米粒子时，应选择Ø 0.5mm以上的大磨珠。当粉碎或分散亚微米或纳米的粒子时，应选择Ø 0.3mm以下的磨珠。在分散处理中，不需要对粒子施加巨大的冲击力。

通常在使用珠磨机时，会根据处理粒径、样品特性（黏度、硬度）、目标粒径、处理目的等选择合适的处理参数。通过选择合适的磨珠尺寸，搅拌器转速和加入的磨珠量（磨珠填充率），调节粉碎/分散所需要的能量，进而达到处理目的。

1、目标粒径和处理物质本身的硬度决定了粉碎/分散所需要的能量。通过选择合适的参数，能调节粉碎/分散所需要的能量。

2、磨珠和粒子之间的碰撞频率会影响粉碎/分散速度（碰撞频率由搅拌器转速和磨珠大小控制）。

3、磨珠间的空隙大小与磨珠自身的大小成正比例，而这个空隙大小会影响粒子的最 终尺寸。

图5 磨珠间的空隙

所以，磨珠尺寸越小，磨珠与粒子的接触机会将更多。请注意，磨珠间的空隙指的是当磨珠紧密堆积时，由

磨珠包围的空间（图5）。此外，较小的磨珠能加快处理速度，这是因为在同一体积中，相对于大尺寸的磨珠数量，小尺寸的磨珠数量更多，从而增加了磨珠和粒子之间的碰撞频率。

如前所述，根据不同的处理目的来选择合适的磨珠大小非常重要。下一步，则是选择最 佳的磨珠分离方法，而这取决于磨珠的大小。磨珠的分离方法是决定珠磨机类型的重要因素之一。磨珠分离方法通常分为狭缝分离法，筛网分离法和离心分离法，每种方法都具有其优选的磨珠尺寸。以下将介绍这三种方法。

狭缝式磨珠分离器

这种方法是通过浆料出口处的狭小的缝隙将浆料与磨珠分离。缝隙宽度约为磨珠直径的1/3。配备有狭缝分离器的珠磨机，适用于Ø 0.3mm或更大的磨珠。如果使用小于Ø 0.3mm的磨珠，狭缝处可能会被磨珠和粗大粒子堵塞，导致浆料的供给压力增加。即使是处理高粘度的浆液，这种方法也能保证操作稳定并且不会有磨珠的漏出。

筛网式磨珠分离器

该分离器在浆料出口处设置有筛网，通过筛网来对浆料和磨珠进行分离，类似于狭缝式磨珠分离器。该分离器由金属线的网状物构成，网中的窄小间隙用于磨珠和浆料的分离。配备这种分离器的珠磨机通常选用大于Ø 0.1mm的磨珠。与狭缝式相比，筛网式的分离面积更多，能适用于更小的磨珠的分离。然而，当磨珠小于或者等于Ø 0.1mm的情况下，便需要配备更细的筛网，而这种情况下筛网处容易被磨珠和浆料中的粗大粒子堵住发生堵塞。这种磨珠分离法不适合处理高粘度浆料。

离心式磨珠分离器

该分离器是利用离心力分离磨珠，它内部有呈排列

状的分离板。由于磨珠的密度是浆料的4到5倍，产生在磨珠上的离心力能有效地起到重力筛选的作用来分离磨珠。该方法的一个重要特征是没有狭窄的间隙。不需要浆料通过狭窄的间隙，即使是使用15或30μm大小的磨珠，也不会发生堵塞。因此，当使用微珠（指Ø 0.1mm或以下的磨珠）分散或粉碎处理亚微米粒子和纳米粒子时，离心式磨珠分离器为最 佳。

不同类型的磨珠分离器的比较

在珠磨机进行粉碎或分散操作前，首先应确定合适的磨珠尺寸。如前所述，磨珠大小由原材料的属性和处理的手段和目的（分散或粉碎）决定。在确定磨珠大小之后，再选择合适的磨珠分离器类型。

图6 磨珠分离器的类型及其应用

由于每种磨珠分离器具有其自身的优点和缺点，所以在选择磨珠分离器时，应根据不同磨珠分离器的特点和磨珠尺寸来进行选择。将粒子粉碎至微米或亚微米时，应选用较大的磨珠，这时将采用狭缝和筛网分离器。将粒子分散至亚微米的情况下，由于所选的磨珠尺寸小于Ø 0.3mm，故采用筛网式和离心式。将粒子分散至纳米的情况下，应选用Ø100μm以下的磨珠，所以选择离心式磨珠分离器。

横卧式和垂直式的珠磨机比较

珠磨机按搅拌器放置位置划分，有横卧式和垂直式两种。由于作用在磨珠上的离心力是重力的100至1000倍，因此重力的影响小到可以忽略不计。因此，两种类型之间的处理性能上没有显著差异。

然而，就可操作性和维修简易性而言，存在以下优点和缺点。

横卧式

・占地面积大

・磨珠堆积时的高度较低，起动功率低

・回收残留浆液和排出磨珠需要更多的工作和时间

・更换零件相对容易

垂直式

・占地面积小

・磨珠堆积时的高度高，起动功率高

・回收残留浆液和排出磨珠更容易

・更换零件不是很容易

4、珠磨机的应用

HM&M有狭缝式和离心式珠料分离系列珠磨机。根据原材料的属性（硬度、黏度、粒度等）和处理的手段和目的（粉碎和研磨），细分成如下6类珠磨机。涵盖了从微米级矿石的研磨到纳米颗粒的低损伤分散的浆液处理技术，为各种浆液的处理选择最 合适的处理装置。

Apex Mill系列包含1种狭缝式磨珠分离机，支持从微米到纳米尺寸的粉碎处理。此外，还有4种离心式磨珠分离机，通过使用小粒径的磨珠（最 小磨珠直径:0.015mm）来分散粒径至纳米或亚微米。此外，还提供小型LABO系列的珠磨机，适用于新产品和新处理方法的研究。

图7 HM&M珠磨机