工程流體與粉體力學(xué)基礎(chǔ)：第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性

1、第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.1 氣態(tài)非均一系的分類 classification of nonidentity in gaseous 固體或液體微粒懸浮在氣體介質(zhì)中形成的氣態(tài)分散系統(tǒng)稱為氣溶膠(aerosol)。 按照形成過程的不同，氣態(tài)非均一系可分為： （1）機(jī)械分散系 (mechanical dispersion) （2）凝結(jié)分散系 (coagulative dispersion)1 （1）機(jī)械分散系 (mechanical dispersion) 1）固體經(jīng)過機(jī)械作

2、用的破碎、研磨等分散作用形成粉粒狀，再由氣流的振蕩、流動(dòng)等作用而使之懸浮于氣體中。這種氣溶膠顆粒稱為塵粒(Grit，d75m)、粉塵 (dust，1d75m )、和亞微粉塵(submicron dust， d 1m ）。 2）液體經(jīng)機(jī)械霧化或噴淋而形成液滴分散懸浮在氣體中。前者形成的顆粒稱為液霧(mist，d10m)。2第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.1 氣態(tài)非均一系的分類 classification of nonidentity in gaseous （2）凝結(jié)分散系(c

3、oagulative dispersion) 1）固體或液體經(jīng)高溫燃燒轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，當(dāng)溫度下降或過飽和時(shí)又凝結(jié)成懸浮狀的氣溶膠。形成的顆粒稱為煙(smoke, d1m)。 2）固體升華成氣體，然后又凝結(jié)成顆粒，常呈小于1m的球?；蚪Y(jié)晶狀，稱為炱(fume)。 3第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.1 氣態(tài)非均一系的分類 classification of nonidentity in gaseous 顆粒的粒度是粉體諸物性中最重要的特性值。粒度(particle size)是顆粒在

4、空間范圍所占大小的線性尺寸。粒度越小，顆粒的微細(xì)程度越大。 表面光滑的球形顆粒只有一個(gè)線性尺寸，即其直徑。粒度就是直徑，也叫粒徑(particle size)。非球形顆?；螂m然大體上球形，但表面不光滑的顆粒，則可用球體、立方體或長方體的代表尺寸表示。其中，用球體的直徑表示不規(guī)則顆粒的粒徑應(yīng)用得最普遍，稱為當(dāng)量直徑或相當(dāng)徑(equivalent diameter)。 一般地將顆粒的平均大小稱為粒度。習(xí)慣上可將粒徑與粒度二詞通用。 4第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 顆粒的粒度

5、 particle size 7.2.1 粒徑的定義definition of particle diameter 按Heywood 規(guī)定，顆粒的寬度b是夾住顆粒投影像的相距最近的兩平行線之間的距離。 與寬度垂直、能夾住顆粒投影像的兩平行線之間的距離定義為顆粒的長度L 。(1) 三軸徑(three dimensional diameter of axle) 將一顆粒放在每邊與其相切的長方體中，長方體的三條互相垂直的邊表示該顆粒在直角坐標(biāo)中的大小，其長L、寬b和高h(yuǎn)稱為顆粒的三軸徑。 5第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion a

6、nd gather of powder7.2 顆粒的粒度 particle size (2)投影徑(projected diameter) 利用顯微鏡測量顆粒的粒徑時(shí)，可觀察到顆粒的投影。此時(shí)顆粒是以最大穩(wěn)定度（重心最低）置于一個(gè)水平面上。如圖7-1所示。 按其在該平面上投影的大小來定義粒徑，在測量上較方便。6第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 顆粒的粒度 particle size 圖7-17第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape

7、, dispersion and gather of powder7.2 顆粒的粒度 particle size 按顆粒投影定義的粒徑有如下幾種： (a) 二軸徑(two dimensional diameter of axle)：顆粒投影的外接矩形的長和寬稱為二軸徑(two)。 (b) Feret徑：與顆粒投影相切的兩條平行線之間的距離稱為Feret徑。如圖7-1(a) (c) Martin徑：在一定方向上將顆粒投影面積分成兩等份的直徑稱為Martin徑。如圖7-1(b)。8第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and g

8、ather of powder7.2 顆粒的粒度 particle size 按顆粒投影定義的粒徑有如下幾種： (d) 定方向最大直徑（Krumbein徑）：在一定方向上顆粒投影的最大長度。如圖7-1(c)。 (e) 圓當(dāng)量徑（Heywood徑）：與顆粒投影面積相等的圓的直徑。如圖7-1 (d)。 (f) 等周長圓當(dāng)量徑：與顆粒投影圖形周長相等的圓的直徑。 9第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 顆粒的粒度 particle size (a) 等表面積球相當(dāng)徑：與顆粒表面積相等

9、的球的直徑。 (b) 等體積球相當(dāng)徑：與顆粒體積相等的球的直徑。 (c) 等比表面積球相當(dāng)徑：與顆粒等比表面積的球的直徑。 (d) 沉降速度相當(dāng)徑：在同一流體中，與顆粒沉降速度相同的球的直徑，在層流區(qū)稱為Stokes徑或Newton徑。 (3)球當(dāng)量直徑(spherical equivalent diameter) 球當(dāng)量直徑是與顆粒某種性質(zhì)相當(dāng)?shù)那蝮w直徑。據(jù)當(dāng)量性質(zhì)的不同，有下列各種球當(dāng)量直徑。 (4)篩分徑(screening diameter) 粗細(xì)篩孔的算術(shù)或幾何平均值稱為篩分徑。 10第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispers

10、ion and gather of powder7.2 顆粒的粒度 particle size 7.2.2 粒徑的物理意義physical meaning of particle diameter 同一種顆粒，由于采用不同的測量方法，得到的粒徑值不盡相同。(1) Feret徑、Martin徑和圓當(dāng)量徑 圖7-2給出了Feret徑、Martin徑和圓當(dāng)量徑的測量結(jié)果。 11第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 顆粒的粒度 particle size 圖7-2由圖可見，上述三種粒徑

11、之間存在下面的關(guān)系： 12第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 顆粒的粒度 particle size (2) Caucy定理 Caucy定理指出：顆粒的外表面積S等于平均投影面積A的4倍： （7-1） 上式中的常數(shù)4為Caucy系數(shù)。由于放在平面上的顆?？偸翘幱诜€(wěn)定的位置上，顆粒的投影并非完全隨機(jī)，所以Caucy系數(shù)的實(shí)測值大約是3.13.4。 13第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather

12、 of powder7.2 顆粒的粒度 particle size 7.3.1 粒度分布distribution of particle size 顆粒群(particle group)是指含有許多顆粒的粉體或分散體系中的分散相。若顆粒粒徑相等或近似相等時(shí)，可用單一粒徑表示其大小。這類顆粒稱為單粒度或單分散的體系或顆粒群。實(shí)際顆粒大都由粒度不等的顆粒組成，這類顆粒稱為多粒度體系。粒度分布，也叫粒徑分布(size distribution) ，是指用簡單的表格、繪圖和函數(shù)形式表示顆粒群粒徑的分布狀態(tài)。 14第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, di

13、spersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle(1)頻率分布(frequency distribution)和 累積分布(cumulative distribution) 顆粒粒徑分布常表示成頻率分布和累積分布的形式。 頻率分布表示各個(gè)粒徑相對應(yīng)的顆粒的百分含量（微分型）； 累積分布表示小于（或大于）某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量與該粒徑的關(guān)系（積分型）。 百分含量的基準(zhǔn)可用顆粒的個(gè)數(shù)、體積、質(zhì)量，也可用顆粒的長度和面積作為基準(zhǔn)。 15第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geo

14、metrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle(2)粒徑分布的函數(shù)表示functional expression of size distribution a. 正態(tài)分布(normal distribution) 在自然現(xiàn)象或社會(huì)現(xiàn)象中，單個(gè)“隨機(jī)事件”的出現(xiàn)具有偶然性，但就總體而言，卻總具有必然性，即這類事件出現(xiàn)的頻率總是有統(tǒng)計(jì)規(guī)律地在某一常數(shù)附近擺動(dòng)。這種分布規(guī)律就是正態(tài)分布。標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布是概率變量的平均值為零、標(biāo)準(zhǔn)偏差為1的分布。其概率密度函數(shù)為 (

15、7-2)16第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle 當(dāng)概率變量x的平均值用 ，標(biāo)準(zhǔn)偏差用表示時(shí)，得到概率密度的一般函數(shù)式 個(gè)數(shù)頻率分布為 D50中位徑（百分含量為50時(shí)對應(yīng)的粒徑） (7-3)(7-4)17第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and

16、distribution of particle b. 對數(shù)正態(tài)分布(logarithmic normal distribution) 大多數(shù)情況的粉體和分散系，尤其是粉碎法制備的粉體、氣溶膠中的灰塵顆粒和海濱砂粒等都近似符合對數(shù)正態(tài)分布。 將上式從0Dp積分，得到 (7-5)(7-6)18第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle 若顆粒的粒徑分布符合對數(shù)正態(tài)分布，可按下列公式計(jì)算顆粒的平均粒徑和

17、比表面積。 1) 平均粒徑的計(jì)算(calculation of mean particle size) 平均粒徑的其它表示（長度、面積、體積、表面積等）法的計(jì)算公式，可參考有關(guān)教材選用。(7-8)19第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle 2)比表面積計(jì)算(calculation of specific area) 比表面積可用面積平均徑計(jì)算 式中 表面積形狀系數(shù)； D3 面積平均徑； 個(gè)數(shù)與質(zhì)

18、量兩種基準(zhǔn)分布的相互變換：當(dāng)粒徑分布為對數(shù)正態(tài)分布時(shí)，有 (7-9)(7-10)20第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle c. 羅辛-拉姆勒（Rosin-Rammler）分布 對數(shù)正態(tài)分布在解析法上是方便的，應(yīng)用較廣泛。但是對于粉碎性物料（如粉塵等），在對數(shù)正態(tài)分布圖上作圖所得的曲線（或結(jié)果），偏差卻很大。因此，可以用羅辛-拉姆勒分布函數(shù)表示。(7-11)21第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的

19、分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle7.3.2 顆粒形狀 (size shape) 顆粒形狀與顆粒群的物性之間存在著密切的關(guān)系，它對顆粒群的許多性質(zhì)如粉體的比表面、流動(dòng)性、磁性等，都有重要影響。(一) 形狀因子(shape factor) 常采用某個(gè)量的數(shù)值來表征顆粒的形狀，這些量統(tǒng)稱為形狀因子。各種不同意義和名稱的形狀因子都是無量綱量，其數(shù)值只與顆粒形狀有關(guān)，能在一定程度上表征顆粒形狀對于標(biāo)準(zhǔn)形狀的偏離。22第七章 粉體顆粒

20、的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle(1)形狀系數(shù)(shape coefficient) 有一些形狀因子反映著顆粒的體積、表面積乃至在一定方向上的投影面積與某種規(guī)定的粒度的相應(yīng)冪次關(guān)系。這些冪次的比例關(guān)系常稱為形狀系數(shù)。 1)表面積形狀系數(shù) 與某種粒度相聯(lián)系的表面積形狀系數(shù)。 （7-13）23第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and g

21、ather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle 2)體積形狀系數(shù) 與某種粒度相聯(lián)系的體積形狀系數(shù)。 3)比表面積形狀系數(shù) 設(shè)SV為單位體積顆粒的比表面積，則 式中 比表面積形狀系數(shù)； dj某種規(guī)定的粒度。 （7-14）（7-15） 幾種幾何體的形狀系數(shù)見表7-5。24第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle (2)形狀指數(shù)

22、(shape index) 形狀指數(shù)與形狀系數(shù)不同,它與具體物理現(xiàn)象無關(guān)，對顆粒外形本身，用各種數(shù)學(xué)式表達(dá)。 1) Wadell球形度 式中，一般地，球形度1，球形，球形度=1； AV與顆粒等體積的球的表面面積； AS顆粒的表面面積； dSV比表面積球當(dāng)量徑(7-16)25第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle 有關(guān)物料的球形度測量值見表7-6。 名 稱名 稱鎢 粉0.850煤 塵0.606糖0

23、.848水 泥0.570煙塵(圓形)0.820玻璃塵(有棱角)0.526鉀 鹽0.700軟木顆粒0.505砂(圓形)0.700云母塵粒0.108可可粉0.606球形度球形度26第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 顆粒形狀與分布 shape and distribution of particle 2) Krumbein球形度 式中一般地， Krumbein球形度40(540)篩 孔篩 網(wǎng)粒度分布形狀參數(shù)光學(xué)顯微鏡0.25250通常是顆粒投影像的某種尺寸或某種相當(dāng)尺寸放大投影器

24、，圖像分析儀(與光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡相聯(lián))電子顯微鏡0.0015全息照相2500激光，光散射X光小角散射0.00220000.005-0.1顆粒對光的散射或消光顆粒對X光的散射激光粒度儀, 光子相干粒度儀粒度分布56第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 重力沉降 2100 沉降效應(yīng)：沉積量，懸浮液的濃度等隨時(shí)間或位置的變化比重計(jì)、沉降天平,光透過式、X射線透過式粒度分布

25、離心沉降0.0110光透過式，X射線透過式粒度分布篩分法顆粒在電阻傳感區(qū)引起的電阻變化電磁振動(dòng)式、音波振動(dòng)式粒度分布直方圖氣體透過床層中顆粒表面對氣流的阻力,氣體分子在顆粒表面的吸附氣體透過粒度儀表面積,均粒度常壓粘滯流250庫爾特粒度儀粒度分布,個(gè)數(shù)計(jì)量常壓滑動(dòng)流0.052氣體吸附10BET吸附儀表面積,均粒度57第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape (二)各種分析方法

26、簡介( introduce of some analyzing methods) 1)篩分析法(sieve method) 粉體試樣通過一系列不同篩孔的標(biāo)準(zhǔn)篩，將其分離成若干個(gè)粒級。分別稱重，求得以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示的粒度分布。適于約100mm至20m粒度測量。 注意，由于制造工藝的原因，出廠篩子的篩孔尺寸難以保證一致；在使用過程中，篩子也會(huì)因變形而失去篩孔尺寸的準(zhǔn)確性，因此，篩子必須校準(zhǔn)。應(yīng)備用一種已知粒度分布的標(biāo)準(zhǔn)樣品對篩子進(jìn)行定期檢查。 58第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.

27、4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 篩分機(jī)(screen classifier)可分為電磁振動(dòng)和音波振動(dòng)兩種類型。電磁振動(dòng)篩分機(jī)用于較粗的顆粒(例如大于400目的顆粒)，音波振動(dòng)式篩分機(jī)用于更細(xì)顆粒的篩分。篩分法雖然可以得到粒度分布的直方圖，但因使用的篩數(shù)有限，其測量結(jié)果精度不高。目前，篩分法僅限于測量大顆粒的粒度分布。59第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey me

28、thods of particle size and shape 2)顯微鏡法(microscope method) 顯微鏡是唯一可以觀察和測量單個(gè)顆粒的方法，因此它是測量粒度的最基本方法。 根據(jù)光學(xué)儀器的分辨距離，光學(xué)顯微鏡測量粒度的范圍大致以0.3200m為宜；透射電子顯微鏡的測量范圍為lnm5m；掃描電子顯微鏡的分辨能力比透射電子顯微鏡低，測量的最小粒度約為10nm。60第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of pa

29、rticle size and shape (3)光散射法和消光法 (astigmatic and absorbency methods) 光散射法(light screening method) 通過測量顆粒的散射光強(qiáng)度或偏振情況、散射光通量 或透過光的強(qiáng)度來確定粒度。 圖7-12表示英國Malvern激光測粒儀的光路。 61第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 它采用

30、He-Ne激光，利用衍射散射的角分布隨粒徑改變的原理來求顆粒群粒度分布。激光經(jīng)過透鏡組擴(kuò)束成直徑約8mm的平行光，穿射經(jīng)過顆粒群產(chǎn)生衍射，在接收透鏡(Fourier變換透鏡)的后聚焦平面位置放置一多元電探測器。 62第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 接收透鏡有焦距不同的 6 組。對大顆粒范圍，選用長焦距透鏡。光電探測器由30個(gè)同心的半圓環(huán)以及中間的一個(gè)小孔組成，各環(huán)互

31、相絕緣。小孔的后面為另一個(gè)光電探測器。每個(gè)半圓環(huán)能將顆粒群在聚焦平面上的衍射圖形在該環(huán)范圍的光通量接收下來，訊號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后用計(jì)算機(jī)處理，給出顆粒群的粒度分布。消光法(light extinction method) 通過測量經(jīng)顆粒群散射和吸收后光強(qiáng)度在入射方向上的衰減來確定粒度。63第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 上兩種測量法屬于成像以外的光學(xué)法。其特點(diǎn)為非接觸測

32、量，適于對氣溶膠作在線測量。 光散射法和消光法粒度測量具有快速、通過光電轉(zhuǎn)換易實(shí)現(xiàn)測量和數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。64第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape (4)電傳感法庫爾特計(jì)數(shù)器(Coulter counter) 電傳感法是將被測顆粒分散在導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液中，在該導(dǎo)電液中放置一個(gè)開有小孔的隔板，并將兩個(gè)電極分別放在小孔兩側(cè)的導(dǎo)電液中。在壓差作用下，顆粒隨導(dǎo)電液逐個(gè)地通過小

33、孔。每個(gè)顆粒通過小孔時(shí)產(chǎn)生的電阻變化表現(xiàn)為一個(gè)與顆粒體積或直徑成正比的電壓脈沖。 儀器對脈沖按其大小歸檔(顆粒體積)，進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以給出顆粒體積或粒度的個(gè)數(shù)分布。65第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 這類儀器最早由英國庫爾特(Coulter)公司生產(chǎn)，故稱庫爾特計(jì)數(shù)器, 也稱庫爾特粒度儀。 它可測量懸浮液中顆粒的大小和個(gè)數(shù)。當(dāng)懸浮于電解質(zhì)中的顆粒通過小孔時(shí)，可引起電導(dǎo)

34、率的變化，其變化峰值與顆粒的大小有關(guān)。 此法主要用于需要對顆粒計(jì)數(shù)的場合。該儀器適合粒度范圍窄的樣品，由于大顆粒會(huì)將小孔堵塞，所以不適合寬粒度樣品的測量。其測量粒度的下限約為0.3m。 66第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape (5)氣體吸附法absorbed gas method 氣體吸附是測量和研究固體表面結(jié)構(gòu)的重要方法之一。氮吸附BET法一般被認(rèn)為是測量顆粒物質(zhì)比表

35、面的標(biāo)準(zhǔn)方法。 用BET法測量顆粒的粒度，一般來說結(jié)果是不準(zhǔn)確的，只能供參考。 此外，氣體透過法還常用Blaine儀，其詳細(xì)資料可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 67第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 沉降法 precipitation analysis 光透過原理與沉降法相結(jié)合，產(chǎn)生一大類粒度儀，稱為光透過沉降粒度儀。據(jù)光源不同，可細(xì)分為可見光(白光)、激光和X光等不同類型；按力場不

36、同又細(xì)分為重力場和離心力場兩類。 一束光通過盛有懸浮液的測量容器時(shí)，一部分光被反射或吸收，僅有一部分光到達(dá)光電傳感器，后者將光強(qiáng)轉(zhuǎn)變成電信號。據(jù)LambertBeer公式，透過光強(qiáng)與懸浮液濃度或顆粒投影面積有關(guān)。顆粒在力場中沉降，可用斯托克斯定律計(jì)算其粒徑大小，進(jìn)而得到其累積粒度分布。 68第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 1）重力場光透過沉降法 gravitatio

37、nal field penetrant precipitation method 該方法有很多種型號的產(chǎn)品，其測量范圍為0.11000m。有的儀器是以可見光為光源，有的儀器則以X光為光源。 用可見光源，可測量各種材料的顆粒粒度。 粒度范圍在0.11m之間光學(xué)定律不成立，所以，需用消光系數(shù)進(jìn)行修正。X光源不需修正。 顆粒的沉降速度與顆粒和懸浮介質(zhì)(例如水)的密度差有關(guān)，當(dāng)密度差大時(shí)，其沉降速度快。如果密度差小，特別對于細(xì)顆粒，建議采用離心法。 69第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7

38、.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 2) 離心光透過沉降法 centrifugal light penetrant precipitation method 在離心力場中，顆粒的沉降速度明顯提高，該法適合測量納米級顆粒。典型的粒度儀可測量0.00730m的顆粒，若與重力場沉降相結(jié)合，則可將測量上限提高到1000m。 與重力場光透過沉降法一樣，該法可以采用可見光，也可采用X光，其優(yōu)缺點(diǎn)如上所述。 70第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and ga

39、ther of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 7.4.2 顆粒形狀的測量survey method of particle shape 測量顆粒形狀的唯一方法是圖像分析儀。 常見的圖像分析儀是由光學(xué)顯微鏡、圖像板、攝像機(jī)和微機(jī)組成,其測量范圍為1100m 。71第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle siz

40、e and shape 用攝像機(jī)得到的圖像，是具有一定灰度值的圖像，需要按一定的閾值轉(zhuǎn)變成二值圖像。功能強(qiáng)的圖像分析儀應(yīng)具有自動(dòng)判斷閾值的功能。顆粒的二值圖像經(jīng)補(bǔ)洞運(yùn)算、去噪音運(yùn)算和自動(dòng)分割等處理，將相互連接的顆粒分割為單顆粒。通過上述處理后，再將每個(gè)顆粒單獨(dú)提取出來，逐個(gè)測量其面積、周長、及各形狀參數(shù)。由面積、周長可得到相應(yīng)的粒徑，進(jìn)而可得到粒度分布。 圖像分析法是測量粒度的方法，也是測量形狀的方法。優(yōu)點(diǎn)是具有可視性，可信程度高。 72第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆

41、粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 7.4.3 測量方法的選擇selection of survey method 對于同一種樣品，用不同的方法，測量的結(jié)果也不同，有時(shí)相差很大甚至有數(shù)量級的差別。因此，對某一類要測量的樣品選擇方法時(shí)，往往要先用幾種方法進(jìn)行測量對比。選擇時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：73第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle si

42、ze and shape (1)應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)的應(yīng)用場合來選擇。 如，對于制造過濾板的粉末，為了計(jì)算流體通過過濾板的壓力降，顯然應(yīng)選用透過法測量粉末的比表面積。但若為研究過濾板的過濾性能，則往往需測量其粒度分布。 (2)對于給定的粉體樣品，首先要估計(jì)其粒度范圍。若樣品不在其范圍內(nèi)，得不到正確的結(jié)果。74第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape (3)根據(jù)被測顆粒本身存在形式的特點(diǎn)

43、，例如取樣的難易程度、分散的難易程度以及可取得的樣品量等來考慮相應(yīng)適宜的方法。如正在結(jié)晶長大或因溶解正在減少的顆粒，常要求快速、實(shí)時(shí)、在線測量，此時(shí)常用光散射法、消光法及全息照相法。 (4)要求的準(zhǔn)確度和精密度，常規(guī)測試還是非常規(guī)測試，儀器價(jià)格等。 75第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 選擇粒度儀的方法可歸納為： 若需測個(gè)數(shù)，可選用庫爾特計(jì)數(shù)器。 若需測形狀，可選用圖

44、像分析儀。 若需測霧滴，可選用激光法。 若需測粒度，可選沉降法，也可選激光法。 76第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 顆粒粒度和形狀的測量方法survey methods of particle size and shape 粉體狀態(tài)主要有兩種：堆積態(tài)及懸浮態(tài)。常見的工業(yè)懸浮態(tài)粉體大致有四種類型：固相顆粒在氣相中懸??；固相顆粒在液相中懸浮；液相顆粒在另一種液體(不互溶液體)中懸浮及液相顆粒在氣相中懸浮。77第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrica

45、l shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle7.5.1 顆粒懸浮體分散的重要性importance of suspending particle dispersing 例如，顏料顆粒在液相(油相或水相)中的分散是涂料制備的基本要求；膨潤土顆粒在鉆井液（油基或水基）中的分散；微細(xì)礦粒的分選，則要求其首先在礦漿中充分分散；分級的精確及高效與否，首先要靠粉體的充分分散。78第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion an

46、d gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle 固體顆粒在空氣中的分散，對于懸浮態(tài)粉體及堆積態(tài)粉體非常重要。只有保證分散，才能保證輸運(yùn)粉體物料通暢；只有在充分分散狀態(tài)下，才能實(shí)現(xiàn)微細(xì)粉體的干法分級。 另外，在粉體測試中，若粉體試料沒有充分分散，即使用很精密的儀器，也難以得到精確的測量結(jié)果。79第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle(一

47、)固相顆粒在空氣中的分散 dispersing of solid particle in air 微細(xì)顆粒，尤其是微米級或亞微米級顆粒，在空氣中特別容易粘結(jié)成團(tuán)，給微粉加工不利。 (1)分子作用力是顆粒粘結(jié)的根本原因 眾所周知，分子之間總存在著范德華力。這種力是吸引力，其大小與分子間距的7次方成反比，作用距離極短(約1nm)，是典型的短程力。80第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle 對于半徑分別為R1和

48、R2的兩個(gè)球體，分子作用力可按下式計(jì)算： 對于球與平板，則有 式中 h間距，nm； A哈馬克(Hamaker)常數(shù)，J 哈馬克常數(shù)是物質(zhì)的一種特征常數(shù)。不同物質(zhì)，其哈馬克常數(shù)不相同。(7-28)(7-29)81第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle(2)空氣中顆粒粘結(jié)的其它原因other reasons for particle cementation in air 1)顆粒間的靜電作用力 electro

49、static acting force during particles 大多數(shù)顆粒在干空氣中是自然帶電的。帶電的途徑有三個(gè)：一是顆粒在其生產(chǎn)過程中帶電，如電解法或噴霧法，可使顆粒帶電；二是顆粒與帶電表面接觸帶電。三是氣態(tài)離子的擴(kuò)散作用使顆粒帶電。82第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle 靜電吸引力的產(chǎn)生主要由兩種作用而引起： a.接觸電位差引起的靜電引力electrostatic acting for

50、ce resulted from contact potential difference 顆粒與其它物體接觸時(shí)，顆粒表面電荷會(huì)等量地吸引對方的異號電荷，使物體表面出現(xiàn)剩余電荷，從而產(chǎn)生接觸電位差，接觸電位差引起靜電引力。 b.由鏡象力產(chǎn)生的靜電引力electrostatic acting force resulted from image force 鏡象力實(shí)際上是一種電荷感應(yīng)力。其大小可以計(jì)算出。一般情況下，顆粒與物體間的鏡象力可以忽略不計(jì)。 83第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powd

51、er7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle 2)顆粒在濕空氣中的粘結(jié) particle cementation in wet air 當(dāng)空氣的相對濕度超過65%時(shí)，水蒸氣開始在顆粒表面及顆粒間凝集，顆粒之間因形成液橋而大大增強(qiáng)了粘結(jié)力。液橋粘結(jié)力主要是由毛細(xì)壓力及表面張力（在液橋曲面產(chǎn)生）作用引起的附著力組成，其大小可以計(jì)算。84第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder parti

52、cle 液橋粘結(jié)力比分子作用力約大12個(gè)數(shù)量級。因此，在濕空氣中，顆粒間的粘結(jié)主要原因是液橋力。 完全潤濕的顆粒之間的液橋力最大。 3)顆粒表面潤濕性的調(diào)整作用 regulation of wet surface 改變顆粒表面潤濕性可顯著地影響顆粒間的粘著力。85第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle(3)顆粒在空氣中的分散方法dispersion method of particle in air 1)

53、機(jī)械分散mechanical dispersion 機(jī)械分散是指用機(jī)械力把顆粒聚團(tuán)打散。機(jī)械分散的必要條件是機(jī)械力(通常是指流體的剪切力及壓差力)應(yīng)大于顆粒之間的粘著力。通常，機(jī)械力是由高速旋轉(zhuǎn)的葉輪或高速氣流的噴射以及沖擊作用所引起的流體強(qiáng)湍流運(yùn)動(dòng)造成的。 機(jī)械分散較易實(shí)現(xiàn)，它是一種強(qiáng)制性分散?；ハ嗾辰Y(jié)的顆粒盡管可以在分散器中被打散，但是它們之間的作用力還存在，因此，排出分散器后還會(huì)有可能重新粘結(jié)聚團(tuán)。機(jī)械分散也存在一些問題，如脆性顆粒有可能被粉碎、機(jī)械設(shè)備磨損后分散效果下降等。86第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion a

54、nd gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle 2)干燥處理drying process 潮濕空氣中顆粒之間形成的液橋是顆粒聚團(tuán)的主要原因。液橋力往往是分子力的十倍或者幾十倍，因此，杜絕液橋的產(chǎn)生或破壞已經(jīng)形成的液橋是保證顆粒分散的重要措施之一。 3)顆粒表面處理surface treatment of particle 顆粒表面經(jīng)處理后，會(huì)有一層薄膜，它可有效地抑制液橋的產(chǎn)生；同時(shí)也可降低顆粒間的分子作用力。87第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion

55、and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle 4)靜電分散electrostatic dispersion 對于同質(zhì)顆粒，由于表面帶電相同，靜電力會(huì)起排斥作用?？梢岳渺o電力來進(jìn)行顆粒分散。關(guān)鍵是如何使顆粒群充分帶電。采用接觸帶電，感應(yīng)帶電等方式可使顆粒帶電，但最有效法是電暈帶電。使連續(xù)供給的顆粒群通過電暈放電形成的離子電簾，使顆粒帶電。 88第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 di

56、spersion of powder particle7.5.2 固相顆粒在液體中的分散dispersing of solid particle in liquid 固相顆粒在液體中的分散過程，本質(zhì)上依賴于兩種基本作用：即固體顆粒與液體的作用浸濕；在液體中固體顆粒之間的相互作用。(1)固體顆粒的浸濕wetting of solid particle 固體顆粒被液體浸濕的過程主要源于顆粒表面的潤濕性(對該液體)。潤濕性通常用潤濕接觸角來度量。一般地，接觸角越小，潤濕性越好；完全潤濕時(shí)，接觸角為零。對于密度大于液體密度的，又可被液體完全潤濕的固體顆粒，其進(jìn)入液體(即被液體完全浸濕)沒有障礙。89第

57、七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle 對于部分潤濕，即接觸角小于90的顆粒，欲進(jìn)入液相將受到氣液界面張力的反抗作用。 在紊流場中，顆粒最大漂浮粒度有顯著降低。固體顆粒被液體浸濕過程，實(shí)際上是液體與氣體爭奪固體表面的過程。主要取決于固體表面及液體的極性差異。如果固體及液體都是極性的，液體很易取代氣體而浸濕固體表面；如果兩者都是非極性的，情況也如此；一旦兩者極性不同，如固體是極性，液體是非極性的，則固體顆粒的

58、浸濕過程就不能自發(fā)進(jìn)行，常需要對顆粒表面改性或施加外力來達(dá)到目的。 90第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle 固體顆粒的浸濕規(guī)律: wetting rule of solid particle 1)具有完全潤濕性的顆粒，它們沒有接觸角，極易被液體浸濕； 2)不完全潤濕顆粒(接觸角0)，它們能否被液體浸濕，主要取決于顆粒的密度及粒度。密度及粒度足夠大，顆粒將被浸濕而進(jìn)入液體中； 3)流體動(dòng)力學(xué)條件對顆粒的

59、浸濕有重要作用，提高液體湍流強(qiáng)度可降低顆粒的浸濕粒度。 91第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle(2)固體顆粒在液體中的聚集狀態(tài)aggregation status of solid particle in liquid 固體顆粒被浸濕后，在液體中的聚集狀態(tài)大致有兩種：形成聚團(tuán)或者分散懸浮。 顆粒在液體中的聚集狀態(tài)取決于：顆粒間的相互作用；顆粒所處的流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)及物理場。 1) 顆粒間的相互作用力 液

60、體中顆粒間的作用力遠(yuǎn)比在空氣中復(fù)雜，除了分子作用力外，還有雙電層靜電力、結(jié)構(gòu)力及因吸附高分子而產(chǎn)生的空間效應(yīng)力。92第七章 粉體顆粒的幾何形態(tài)與粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉體顆粒的分散 dispersion of powder particle a.分子作用力molecular acting force 當(dāng)顆粒在液體中時(shí)，必須考慮液體分子同組成顆粒的分子群的作用以及此種作用對顆粒間分子作用力的影響。 對于同質(zhì)顆粒，它們在液體中的分子作用力恒為吸引力，但它們的值比在真空中要小，一般大約小4倍。