礦物加工學-碎散物料的粒度組成與粒度分析課件

第一篇 篩分、破碎與磨礦第1章 碎散物料的粒度組成與粒度分析學習目的:主要了解粒度及粒度分析方法，篩分分析方法及由篩分分析結(jié)果所繪制的粒度特性曲線等概念。粒度及其表示方法顆粒的大小是指顆粒在空間范圍所占大小的線性尺度。常用粒徑和粒度兩個術(shù)語來表述，其用法和含義有所不同。粒度（Particle

size

）描述單一顆粒大小的尺寸稱為粒度。粒徑（Particle

diameter）是以單顆粒為對象，表示粒度的大小；1.1

粒度及粒度分析

規(guī)則顆粒的粒徑：如顆粒是理想的規(guī)則幾何體，用1~3個特征長度準確地描述其形狀及大小。

非規(guī)則顆粒的粒徑：常用一個長度量綱——名義直徑表示，通常采用的名義直徑有：軸徑、球當量直徑、投影面積直徑等。1.1

粒度及粒度分析①軸徑：是指顆粒的特征線段的算術(shù)或幾何平均值。二軸平均徑：平面圖形長徑和短徑的算術(shù)平均值db＝(L+b)/2三軸平均徑：立體圖形三維尺寸的算術(shù)平均值dc＝(L+b+h)/31.1

粒度及粒度分析②球當量直徑：是指與顆粒同性質(zhì)的球體直徑球體積直徑：（V為顆粒實際體積）球面積直徑：（S為顆粒的表面積）1.1

粒度及粒度分析dv

3

6V

πS

πds

（3）投影面積直徑：是指與顆粒的投影面積相同的圓的直徑。1.1

粒度及粒度分析粒級—用某種方法（如篩分）將粒度范圍寬的物料分離成若干個粒度范圍窄的級別，這些級別稱為粒級，各粒級均以其上限d1及下限d2表示，如d1~

d2或d2~

d1或-d1+d2

。粒度組成—上述各粒級按粗、細不同順序排列，并指明各粒級占物料群總量的質(zhì)量百分率，這種資料稱為粒度組成。它描述物料群的粒度分布情況，通常以粒度組成表表示。（如下表數(shù)據(jù)）圖1－1

XSB—88型標準振篩機1.1

粒度及粒度分析粒級/mm質(zhì)量/kg產(chǎn)率/%各粒級篩上累積篩下累積12~1622.515151008~1230.02035854~845.03065652~422.51580350~230.02010020合計150.0100表1-1碎散物料粒度組成1.1

粒度及粒度分析（5）平均粒度(1)對的粒級,即粒度范圍較窄的物料群,其平均粒度取其平均值

。(2)對于粒度范圍較寬的物料群,通常有數(shù)個粒級，要用統(tǒng)計學上求平均值的方法計算其加權(quán)算術(shù)平均粒度、加權(quán)幾何平均粒度，或加權(quán)調(diào)和平均粒度。1.1

粒度及粒度分析＜1.1

粒度及粒度分析式中，ri是平均粒度為di的粒級占物料總量的質(zhì)量百分率。由于 ，故有對同一物料群采用不同的計算方法所得到的平均粒度值是不同的，一般：＞＞為了說明物料粒度的均一程度，引入偏差系數(shù)k是來描述散料中各粒級的不均布程度。通常認為，k<40％、40％～60％或是>60％時，散料的各粒級分布依次是均勻的、較均勻的、不均勻的。1.1.2

粒度分析方法（The

methods

of

particle-size

analysis)1、篩分分析法

screening

analysis2、水力沉降分析法

hydraulic

settling

analysis3、顯微鏡分析法

microscope

analysis1.1

粒度及粒度分析1、篩分分析法此法是利用篩孔大小不同的一系列篩子對散料篩分，n層篩子可把物料分成（n+1）個粒級，各粒級的上、下限通常就取相應篩子的篩孔尺寸。-d1，d1～d2，d2～d3，……，dn-1～dn，＞dn該方法的優(yōu)點：設(shè)備簡單，易于操作；缺點：篩分結(jié)果受顆粒形狀和篩分時間影響。適用范圍：0.04mm～100mm的散粒。一般：干篩的分級粒度范圍0.1mm～100mm；濕篩的分級粒度范圍0.04mm～0.1mm。1.1

粒度及粒度分析2、水力沉降分析法此法是利用水力分析裝置，根據(jù)不同粒度的顆粒在水介質(zhì)中沉降速度不同而分成若干粒級。適用范圍：1～75μm特點：不象篩分分析方法那樣嚴格按顆粒的幾何尺寸分級，而按沉降速度分級。因水力沉降過程受顆粒密度和形狀的影響，密度大的小顆粒與密度小的大顆粒有可能進入同一個粒級。1.1

粒度及粒度分析圖1－2淘析分離裝置圖1—玻璃杯，2—虹吸管，3—夾子，4—溢流收集器，5—底座，6—毫米刻度紙條1）淘析法基本原理水力沉降分析法中最簡單而又比較準確的一種方法。利用漸進縮短沉降時間的方法，由細至粗的逐步將各粒級物料自試料中淘析出來。①稱50～100g待淘析礦漿放進一小燒杯內(nèi)加水潤濕，把氣泡趕走；②將試料倒進2～5L的透明帶毫米刻度的器皿內(nèi)，加水至標明的刻度h處，用帶橡皮頭的玻璃棒強烈攪拌，使試料懸??；③停止攪拌，待礦液面基本平靜后即開始按秒表計時，經(jīng)過時間t（由淘析出的粒級大小決定）后打開虹吸管夾子3，將h高的礦漿全部吸出；④重新加水至刻度h處．重復第2步和第3步的操作，經(jīng)多次反復直至吸出的液體不混濁為止；⑤將析出產(chǎn)物沉淀過濾、烘干、稱重，即可算出該粒級的產(chǎn)率。此法通過改變時間t（由長到短）而分別得出各粒級（由細到粗）的產(chǎn)物并算出其對應的產(chǎn)率。2）上升水流法優(yōu) 點：可以連續(xù)地分出各個粒級產(chǎn)物，結(jié)果準確。工作原理根據(jù)礦粒在上升水流

中的自由沉降規(guī)律，利用

上升水流，在相同的流量

下，在不同直徑的分級管

中，產(chǎn)生不同的上升水速，使粒度不同的礦粒按其不

同的沉降速度分成若干粒

度級別。圖1－3

串聯(lián)旋流分級器1、2、3、4、5—旋流器，6—試樣容器，7—壓力表，8—流量控制閥，9—轉(zhuǎn)子流量計，10—溫度計，11—給水管，12—泵，13—最終溢流3）旋流水析分級法工作原理：旋流水析儀利用離心沉淀原理代替重力沉降原理進

行物料分級，其離心沉降過程發(fā)生在旋流器內(nèi)，含有物料

的液流沿切向給入旋流器后，即圍繞溢流管高速旋轉(zhuǎn)。在

離心的作用下，液流沿著圓錐向上進入頂部容器，在容器

里顆粒受到強烈的擾動并趨向于返回到旋流器的錐體部分，在返回途中又受到離心力作用。分離限度以上的顆粒從水

流中脫離出來進入底流容器或遺留在旋流器內(nèi)。分離限度

以下的顆粒在中心軸向回流的作用下，被卷入溢流而排走。3、顯微鏡分析法此法是利用顯微鏡觀察微細顆粒的大小和形狀。適用范圍：0.1～50μm。特點：直觀。根據(jù)光學儀器的分辨距離，普通光學顯微鏡測量粒度的范圍大致以0.3－200μm為宜；透射電子顯微鏡測量范圍為1nm－5μm；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。1.1

粒度及粒度分析圖1－4粉煤灰掃描電鏡照片放大1000倍放大5000倍1.1

粒度及粒度分析4．激光粒度分析法光在行進的過程中遇到粉體顆粒時，將偏離于原來的傳播方向繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象稱為光的散射或者衍射。顆粒尺寸越小，散射角越大；顆粒尺寸越大，散射角越?。患す饬６葍x就時通過測量顆粒的散射光強度或偏振情況、散射光通量或透過光的強度來確定粒度大小的。圖1－5為Malvern激光測粒儀的光路系統(tǒng)。它采用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。測量范圍為

0.5~1800μm。圖1－5

Malvern激光測粒儀的光路簡圖1.1

粒度及粒度分析圖1－6粉煤灰合成沸石的激光粒度分布圖1.1

粒度及粒度分析5．電傳感法電傳感法是將被測顆粒分散在導電的電解質(zhì)溶液中，在該導電液中置一開有小孔的隔板，并將兩個電極分別于小孔兩側(cè)插入導電液中。在壓差作用下，顆粒隨導電液逐個地通過小孔。每個顆粒通過小孔時產(chǎn)生的電阻變化表現(xiàn)為一個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（顆粒體積或粒度的間隔），進行計數(shù)，因此可以給出顆粒體積或粒度（體積直徑）的個數(shù)分布。通常測量范圍約為

0.4－800μm。圖1－7

電傳感器原理1.1

粒度及粒度分析方法大致粒范圍（μm）測量依據(jù)的性質(zhì)或效應表達的粒度直接得的分布篩分分析＞40篩孔d篩質(zhì)量（體積）光學顯微鏡0.25~250通常是顆粒投影像的某種尺da，dF，dST

等個

數(shù)電子顯微鏡0.01~5寸或某種相當尺寸激光：光散射、0.02~2000顆粒對光的散射或消光（因散同效應的球直徑質(zhì)量（消光、X光小角散射0.005~0.1射和吸收）,顆粒對X光的散射體積）或個數(shù)重力沉降離心沉降2~1000.01~10沉降效應：沉積量，懸浮液的濃度、密度或消光等隨時間或位置的變化同沉降速度的球

直徑，在層流區(qū)即dst質(zhì)量（體積）電傳感法0.4~800顆粒在小孔電阻傳感區(qū)引起的電阻變化體積直徑dV，但常為同效應的球直徑個

數(shù)氣體透過常壓粘滯流常壓滑動流2~500.05~2＜10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dSV=6/SV／／／氣體吸附表1－2

常見礦物粒度的測量分析方法顆粒的形狀顆粒的輪廓邊界或表面上各點的圖像，稱作顆粒的形狀。顆粒形狀與物性之間存在著密切的關(guān)系，它對顆粒群的許多性質(zhì)產(chǎn)生影響。在礦物加工中，顆粒的形狀是一個重要的幾何特征。顆粒的形狀可歸納為以下幾種:球狀（圓球形體）、渾圓狀（不規(guī)則圓狀）、多角狀（具有清晰邊沿或粗糙的多面形體）、不規(guī)則體（無任何對稱性的形體）、粒狀（具有大體相同量綱的不規(guī)則形體）、片狀（板片狀形體）、枝狀（樹枝狀形體）、纖維狀（規(guī)則或不規(guī)則的線狀體）、多孔狀（表面或體內(nèi)有發(fā)達的孔隙）等。附1.1

顆粒的形狀分析顆粒形狀的定量分析已有許多方法，常用的有以下幾種：形狀系數(shù) （shape

coefficient）它是根據(jù)顆粒的面積和體積兩個特征導出的。設(shè)顆粒的直徑為d，體積為V，面積為S，則有表面形狀系數(shù)：

φs=S/d2體積形狀系數(shù)：

φv

=V/d3比表面形狀系數(shù)：φsv

=φs/φv其中，直徑d對于規(guī)則顆粒為三軸平均徑dc

，對于不規(guī)則顆粒為投影面積直徑da附1.1

顆粒的形狀分析規(guī)則顆粒形

狀

類

型φsφvφsv=φs/φv球形（l=b=h=dc)ππ/66圓錐體（l=b=h=dc)0.8ππ/129.7立方體（l=b=h=dc)616不規(guī)則顆粒渾圓形：經(jīng)水沖蝕的沙子、熔凝煙灰、霧化金屬等2.7～3.40.32～0.418.34～8.29粉磨的角狀礦粒：煤、石灰石、沙子等2.5～3.20.2～0.2812.5～11.43片狀礦粒：石墨粉、滑石等2.0～2.80.12～0.1616.67～17.5薄板片：云母、石墨等1.6～1.70.01～0.0316.0～56.67表1-3顆粒的形狀系數(shù)（2）形狀指數(shù)（shapeindex）形狀指數(shù)和形狀系數(shù)不同，它和具體的物理現(xiàn)象無關(guān)，只用數(shù)學表達式來描述顆粒的外形。常見的形狀指數(shù)有球形度、粗糙度、伸長度和扁平度等。球形度：形狀球形類球形多角形長條形扁平形φ1.01.0～0.80.8～0.650.65～0.5＜0.5表1－5顆粒的球形度附1.1

顆粒的形狀分析粗糙度：粗糙度直接關(guān)系到顆粒間摩擦、黏附、吸水性以及孔隙率等物理化學現(xiàn)象，是一個不容忽視的參數(shù)。伸長度：

n

=長徑/短徑=l/b扁平度：

m=短徑/厚度=b/h附1.1

顆粒的形狀分析顆粒的表面積顆粒的表面積包括內(nèi)表面積和外表面積兩部分。外表面積是指顆粒輪廓所包絡的表面積，它由顆粒的尺寸、外部形貌等因素所決定。內(nèi)表面積是指顆粒內(nèi)部孔隙、裂紋等的表面積。附1.1

顆粒的形狀分析或顆粒是細化的固體，粒度越細的粒群，其表面積越大。比表面積單位體積(或單位質(zhì)量)物體的表面積，稱為該物體的比表面積。Sv

S V

m2

m3

附1.1

顆粒的形狀分析（1）BET吸附法BET吸附法是在試樣顆粒的表面上吸附截面積已知的吸附劑分子，根據(jù)吸附劑的單分子層吸附量計算出試樣的比表面積，然后換算成顆粒的平均粒徑。附1.1

顆粒的形狀分析實驗可測得一系列的P和V，以

對作圖為一直線，由該直線的斜率和截距可以求得Vm，再由Vm值及吸附氣體分子的截面積A，可計算出試樣的比表面積Sw，即式中：V0

—1mol氣體在標準狀況下(0℃,101.325kPa)

的體積；A—1個吸附質(zhì)氣體分子的截面積；

NA—阿佛加德羅常數(shù)，6.022×1023

。若以N2作吸附質(zhì)，在液氮溫度時，1個分子在吸附劑表面所占有的面積為16.2

A2，上式可簡化為：附1.1

顆粒的形狀分析（2）氣體透過法氣體透過法的理論根據(jù)是kozenyCarman關(guān)于層流狀態(tài)下氣體通過固定顆粒層時透過流動速度與顆粒層阻力的關(guān)系式。ΔP－粉體層的阻力；L－粉體層的厚度；μ－氣體的粘度；u－氣體的透過流動速度；ε－粉體層的空隙率。附1.1

顆粒的形狀分析1.2

篩分分析（screening

analysis）1.2.1篩分工具1、標準篩篩序：按篩孔尺寸從大到小排序，各篩子所處的層位次序稱為篩序。篩比：每兩個相鄰篩子篩孔尺寸的比值稱為篩比。以用。以為篩比，如美國、英國、加拿大等國所采為篩比，如法國、前蘇聯(lián)等國所采用。（輔3）助以篩1比.4為：篩如比，等為。國際標準化組織所提出?；Y：標準篩中所確定一系列篩子中的某個篩子作為基準篩稱基篩。網(wǎng)目：單位長度的篩面上所具有的篩孔數(shù)稱網(wǎng)目。

標準篩：是一套篩孔尺寸有一定比例的、篩孔邊長及篩絲直徑按有關(guān)標準制造的篩子。（見書P7）1.2

篩分分析2、非標準篩并非是隨意制做的篩子，對某些主要特征一般都作出規(guī)定。如：煤炭工業(yè)規(guī)定篩孔尺寸依次為：100mm，50mm，25mm，13mm，6mm，3mm，0.5mm.

其篩比接近于2。1.2

篩分分析3、標準篩與非標準篩的應用一般標準篩用于細物料的篩分分析，非標準篩用于粗物料的篩分分析。1.2

篩分分析1.2.2

篩分試驗篩分試驗包括取樣、篩分、稱重、記錄、結(jié)果處理等。結(jié)果分析取

樣篩

析計

算1.2

篩分分析

取樣過程注意事項：＊取樣盡可能少；＊取樣具有代表性。

取樣原則：＊粒度大多取，粒度小少取。表1－6試樣最小重量與試樣粒度的關(guān)系最大塊尺寸（mm）0.10.30.51351020樣品最小重量（kg）0.0250.050.10.20.525201.2

篩分分析篩分試驗分類：

按篩分物料粒度的大小分為大篩分與小篩分，大篩分使用非標準篩，小篩分使用標準篩；

按篩分時是否使用水介質(zhì)促進篩分的進行又分為干篩與濕篩。濕篩：手持固定有標準篩的高頻電磁振動器在水盆里篩分；干濕聯(lián)合篩析法：先用細孔篩濕篩，篩上物過濾烘干再干篩。篩分終點：在1分鐘內(nèi)所得的篩下物料量小于篩上物料量的1％時，認為篩分已到終點。1.2

篩分分析產(chǎn)率分為粒級產(chǎn)率與累積產(chǎn)率，粒級產(chǎn)率是該粒級的質(zhì)量占被篩物料總質(zhì)量的百分率，累積產(chǎn)率又分為篩上累積產(chǎn)率（又叫正累積）及篩下累積產(chǎn)率（又叫負累積）。表1-1

碎散物料粒度組成1.2

篩分分析粒級/mm質(zhì)量/kg產(chǎn)率/%各粒級篩上累積篩下累積－16＋1222.51515100－12＋830.0203585－8＋445.0306565－4＋222.5158035－2＋030.02010020合計150.01001.3

粒度特性曲線和粒度特性方程式1.3.1

粒度特性曲線粒度分析的結(jié)果除用表格表示外，還可用曲線表示，稱為粒度特性曲線，或粒度分析曲線，它是以散料粒度組成表為依據(jù)繪制的，一般曲線的橫坐標代表粒度，縱坐標代表產(chǎn)率。若縱坐標為粒級產(chǎn)率，則稱為部分粒度特性曲線；若縱坐標為累積產(chǎn)率，則稱為累積粒度特性曲線。圖1－8

部分粒度特性曲線和柱狀圖累積粒度特性曲線的作用：1、可確定任何指定粒度的相應累積產(chǎn)率；或由指定的累積產(chǎn)率查得相應的粒度；2、可求出任一粒級（d1～d2）的產(chǎn)率，它等于粒度d1及d2所對應的縱坐標的差值；3、由曲線的形狀可大致判斷物料的粒度組成情況。1.3

粒度特性曲線和粒度特性方程式對于篩上累積產(chǎn)率（正累積）的粒度特性曲線：（1）若曲線向左下角凹進，表明物料中細粒級含量多；1.3

粒度特性曲線和粒度特性方程式（2）若曲線向右上角凸起，表明物料中粗粒級含量多；1.3

粒度特性曲線和粒度特性方程式（3）若曲線近似直線，表明物料中粗、細粒級分布均勻。1.3

粒度特性曲線和粒度特性方程式當所提供物料粒度級別足夠多、粒級間隔足夠小時，在矩形圖中，連接每個矩形頂邊中點可得到一平滑曲線，即為該粒群的頻率分布曲線。1.3

粒度特性曲線和粒度特性方程式圖1－11

粒度分布曲線圖（a）頻率分布曲線 （b）累積分布曲線（a）（b）1.3

粒度特性曲線和粒度特性方程式對于粒度范圍很寬的物料，為了清楚表達粒度分布情況，可將累積粒度特性曲線繪制在半對數(shù)坐標系或全對數(shù)坐標系中。把橫坐標或縱坐標取對數(shù)后，相鄰粒度級之間在橫軸上的間距，細粒級增長，粗粒級縮短。1.3

粒度特性曲線和粒度特性方程式圖1-13是全對數(shù)負累積粒度特性曲線，因縱坐