什么是珠磨机

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

一、 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

二、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。

三、 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。

四、 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

五、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。

1️⃣  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。

2️⃣  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）。

3️⃣  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。

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。