乾式粉砕と湿式粉砕の違いとは？

粒子に対して、機械的エネルギーを加えて個体粒子を細かくすることを「粉砕」と呼んでいますが、粉砕の種類には「乾式粉砕」と「湿式粉砕」の2種類があります。

こちらの記事では乾式粉砕と湿式粉砕の2つの種類について、それぞれの特徴やメリット・デメリットのほか、用途に応じた選び方や活用事例などをまとめています。どのような違いがあるのかを知りたいと考えている方は、ぜひ参考にしてみてください。

乾式粉砕とは

大気中または不活性ガス雰囲気で乾燥した粉体を粉砕する方式を「乾式粉砕」と呼びます。乾式粉砕の場合、一般的にはシングルミクロンまでの粉砕が限界とされています。これは乾燥粉体の場合細かくなるほどに比表面積が大きくなり、付着凝集性が増大することから一定の粒子系になると付着と解砕を繰り返して粉砕が進まなくなるためです（中にはサブミクロンレベルまでの粉砕が行えるケースがあるものの、凝集や回収などが難しいといった面があります）。

さらに乾式粉砕の場合は、付着凝集を防止するために粉砕助剤を用いる場合も多く見られますが、粉体と助剤には相性が良いもの、そうではないものがあるため注意が必要となります。この点から、助剤を使用する場合には粉体に合わせたものを使うことが大切です。

乾式粉砕のメリット

湿式粉砕と比較した場合、効率の良い粉砕を行える点が乾式粉砕のメリットです。その理由として、乾式粉砕の場合は粒子に対し直接エネルギーを加えられる点が挙げられます。さらに、スラリー化処理や乾燥、媒液処理などの工程が不要であることから、プロセスの簡易化が行いやすい点、粉砕から微粒子化まで幅広い処理が行えるといった面もあります。

また乾式粉砕の場合は個体に対して直に粉砕の力を加えられるため、他の粉砕方式と比べると粉砕にかかるコストが安価であることや、粉砕面の活性化によって周りの物質と相互作用を起こすことからメカニカルアロイング効果が発現しやすいとされている点もメリットとして挙げられています。

乾式粉砕のデメリット

乾式粉砕を用いた場合、数ミクロンから付着性や凝集性が大きくなります。この点から、超微粉砕からナノ粉砕を行いたい場合には不利になる点がデメリットとされています。

湿式粉砕とは？

スラリー化（粉体と溶媒を混合した状態）された状態で粉砕を行う方法を「湿式粉砕」といいます。湿式粉砕にはさまざまな方法があり、例えば粉体媒体によるせん断力・摩擦力などによって粉砕する方法や、砕料同士の摩擦力で粉砕する方法、高圧流体を衝突させることによって粉砕する方法などがあります。

さらに湿式粉砕の場合は前述の乾式粉砕が苦手とするナノ粉砕を行うこともでき、ナノ〜ミクロンまで非常に幅広い粉砕粒径への対応が可能です。また、処理条件を粉体に合わせて選定することによって再凝集を抑え、分散を抑えられます。

このように、乾式粉砕では難しい超微粒化処理も湿式粉砕で対応できるため、ナノ〜ミクロンの超微粒子を作成することが必要な場合には、この湿式粉砕を用いて処理されるケースが一般的となっています。

湿式粉砕のメリット

超微粉砕からナノ粉砕に対応可能であるため、乾式粉砕と比較するとより細かい粉砕を行えます。さらに、粉体に合わせた処理条件を選定することによって再凝集を抑制し、分散状態を保てる点などが湿式粉砕のメリットとされています。また、粘性があるため効率の良い粉砕を行うこともできます。

湿式粉砕のデメリット

湿式粉体の場合、目的となる粉体に溶媒が加わってくることになります。例えば、最終工程が粉の場合には乾燥させる工程が必要となるように、乾式粉砕と比較した場合は処理量が増える点がデメリットです。

また、スラリー化・乾燥・媒液処理の工程が必要となることから設備に対するコストがかさみやすいため、乾式粉砕によって対応可能なケースにおいては、乾式での処理が望ましいとされている点もポイントといえます。

用途に応じた粉砕方式の選び方

乾式粉砕

鉱石やセラミックスなど、硬度が高く乾燥した状態で使用する材料を粉砕する場合においては、乾式粉砕が用いられています。

湿式粉砕

医薬品や化学材料など、微粒子化や熱管理が必要とされる材料を粉砕する場合には、湿式粉砕が用いられています。

粉砕機の種類と適用範囲

ボールミル

ボールミルは、回転する円筒内に粉砕媒体（主に鋼球やセラミックボール）を投入し、回転運動によって原料に衝撃・摩擦・圧縮を与えて粉砕する装置です。乾式・湿式いずれの粉砕方式にも対応しており、鉱業や化学工業など幅広い分野で使用されています。

適用範囲

• 乾式粉砕： セメント、鉱石、石灰石、石炭、顔料、ガラスなど
• 湿式粉砕： 化学材料、セラミックス、塗料、インキ、医薬品原料などのスラリー製品

特徴

• 比較的シンプルな構造で大型化が可能なため、大量処理に適している。
• 回転速度やボールサイズ、充填率、ライナー材質などを調整することで、粉砕粒度や処理効率を制御できる。
• 乾式では粉塵管理が必要であり、湿式では溶媒との分離工程（ろ過・乾燥）が必要になる。
• 湿式粉砕では液体の粘性や添加剤の分散性が粉砕効率や粒度分布に影響を与えるため、使用条件の最適化が重要。

ビーズミル

ビーズミルは、微細なビーズ（ジルコニア、ガラス、セラミックなど）を粉砕媒体として用い、ミル内で高速撹拌により原料を衝突・摩擦・せん断して微細化する装置です。湿式専用で、ナノ粒子レベルの粉砕や分散に特化しています。

適用範囲

湿式粉砕： 顔料、インク、塗料、電子材料、医薬品、化粧品原料、食品添加物、ナノ材料など

特徴

• ナノサイズ（100nm以下）の超微粒子化が可能で、粒子径分布の制御にも優れている。
• 密閉系での処理が可能なため、揮発性や酸化しやすい原料の処理にも適する。
• ビーズの材質やサイズ、回転数、滞留時間などの条件設定により、粉砕効率や分散状態を最適化できる。
• 高エネルギー密度処理が可能で、少量・高付加価値製品の製造にも適している。

ジェットミル（流動層式気流粉砕機）

ジェットミルは、圧縮空気や高圧ガスをノズルから噴出し、その衝突・摩擦エネルギーによって原料を粉砕する装置です。機械的接触がなく、摩耗やコンタミネーションを抑えた粉砕が可能です。

適用範囲

乾式粉砕： 医薬品、有機化学品、無機顔料、金属酸化物、化粧品原料、食品粉末、電子材料など

特徴

• 摩耗やコンタミを嫌う素材に最適。超微粉砕（1μm未満）が可能で、粒度分布も狭い。
• 低温粉砕が可能なため、熱に弱い原料（感熱性）にも対応できる。
• 分級装置と併用することで、目的粒径の粒子のみを回収可能。
• 動的な可動部がなく、メンテナンス性に優れている。

業界別の活用事例

鉱業

鉱石の粗粉砕を行う際には、主に乾式粉砕が使用されています。

化学工業

化学工業業界における化学薬品の微粉砕を行う場合には、湿式粉砕が適しているといえます。例えば、化粧品の製造において、なめらかな質感や発色の良さなどを実現するために活用されています。

医薬品

医薬品業界において、医薬品原料をナノ化する場合には湿式粉砕が使用されています。医薬品の製造工程において、有効成分の効果を最大限に引き出す目的で活用されています。