粉體科學與工程全冊配套完整課件2

粉體科學與工程全冊配套完整課件2粉體科學與工程

第一章緒言第一節(jié)粉體及粉體工程的定義

一、粉體（Powder）：粉末，粉末體通常是指由大量的固體顆粒及顆粒間的空隙所構成的集合體。組成粉體的最小單位或個體稱為粉體顆粒。

電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片電氣石粉體掃描電鏡照片電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片鐵粉球形銅粉高嶺土粉活性納米碳酸鈣粉塑料粉橡膠粉球形硅微粉SEM照片片狀云母粉照片碳酸鈣晶須SEM照片電氣石（不規(guī)則粒狀）粉SEM照片二、粉體工程

它是以粉狀和顆粒狀物質為對象，研究其性質及加工、處理技術的一門學科。

1、顆粒的分類

按成因分：人工合成、天然形成。按顆粒構成：原級顆粒、聚集體顆粒、凝聚體顆粒、絮凝體顆粒。三、基本知識

（1）原級顆粒：最先形成粉體物料的顆粒。它是構成粉體的最小單元。又稱一次顆粒、基本顆粒。它最能反映粉體的固有性能。粉體的許多性能與原級顆粒的分散狀態(tài)及它的大小形狀有關。

（2）聚集體顆粒：由許多原級顆?？恐撤N化學力表面相連而堆積起來。又稱二次顆粒。（硬團聚）在粉體的加工過程中形成。如，化學沉淀物料高溫脫水、晶型轉化、晶體生長、熔融等過程。聚集體顆粒的表面積之和＜原級顆粒表面積之和。聚集體顆粒中各原級顆粒間彼此結合牢固，必須采用粉碎方法才能使其解體。

（3）凝聚體顆粒：它是由原級顆?；蚓奂w顆?；蚨呋旌衔?，通過較弱的附著力結合在一起的疏松顆粒群。又稱三次顆粒。（軟團聚）在粉體加工中產生。如，濕法沉淀粉體的干燥等。凝聚顆粒的表面積≌構成它的顆粒表面積之和。凝聚體顆粒結構較疏松，能夠被機械力所解離。

（4）絮凝體顆粒：粉體在液相介質中分散，由于顆粒間的各種物理力，使顆粒松散結合在一起所形成的粒子群，稱絮凝體顆粒。（軟團聚）絮凝體顆粒的表面積≌構成它的顆粒表面積之和。絮凝體顆粒很容易被微弱的剪切力解絮，也易在表面活性劑（分散劑）的作用下分散開來。炭黑及制品的SEM照片凹凸棒石及制品的SEM照片

2、粉體的分類

按成分分：碳酸鈣粉體、硅灰石粉體等。

按粒度分：粉體分類

按成因分：人工合成、天然形成。

按顆粒大小、形狀分：單分散、多分散。單分散粉體：顆粒的大小、形態(tài)相同。多分散粉體:顆粒的大小、形態(tài)各異。粗粉、粒體＞1000μm細粉：10-1000μm

微米級1-10μm超細粉：0.1-10μm

亞微米級0.1-1μm超微細粉：0.001-0.1μm—納米粉3、粉體的性質粉體的幾何性質：粒徑、粒度分布、顆粒形狀、顆粒群的堆積性質。力學性質：粉體的摩擦性等。粉體的其它性質：電、光、聲，吸附等性質。

4、粉體的加工、處理技術包括：粉體的制備、分級、分離、貯存、輸送、均化、造粒、改性、提純等技術。

粉體制備等離子體化學反應裝置氣流粉碎裝置粉體加工過程單元操作粉碎－分級－收塵粉碎－收塵脫水造粒5、粉體制備方法分類粉碎法是利用各種外力，如機械力、流能力、化學能、聲能、熱能等將塊狀或粗粒物料加工成細粒松散物料的方法。其中機械粉碎法是目前工業(yè)上使用最多的粉體制備方法，制備的粉體粒度可達到亞微米級。構筑法是通過物質的物理狀態(tài)變化（蒸發(fā)、熔融、凝固、形變、粒徑變化等物理變化過程）來生成粉體的方法。可制備微米、亞微米或納米粉體?；瘜W法是通過化學合成來制備粉體的方法。它是制備超細粉體的一種重要方法。溶液反應法（沉淀法）、氣相法及噴霧法目前在工業(yè)上已大規(guī)模用來制備微米、亞微米或納米粉體。本課程粉體的制備重點介紹粉碎法。第二節(jié)粉體工程的應用礦物晶體氧化鋁陶瓷鐵基粉末冶金制品高溫電路基板東風21洲際導彈－兩級固體推進航天飛機礦產資源：無機礦物資源陶瓷材料：氧化鋁、氧化鋯陶瓷化學工業(yè)：催化劑冶金工業(yè)：粉末冶金材料、耐火材料電子材料：集成電路基板。航空航天：軍事領域：固體推進劑機械工業(yè)：磨料、潤滑劑食品、醫(yī)藥、化妝品Al2O3基板第三節(jié)粉碎工程發(fā)展趨勢

向生命科學、環(huán)境保護、信息工程領域延伸粉體的微細化與功能化粉體的深加工與裝備現(xiàn)代化腫瘤靶向識別第四節(jié)課程內容、考核、教材及參考書一、課程內容

二、考核總成績＝考試成績（60%）+平時成績（40％）其中，平時成績=實驗成績（50％）＋到課率（50％）

三、教材及參考書教材：1、《粉體工程》，張少明等

編著.中國建材工業(yè)出版社,1994.參考書：1、《粉體加工技術》,盧壽慈

主編.中國輕工業(yè)出版社,1999.2、《超細粉體技術》,李鳳生等，

編著.國防工業(yè)出版社，2001.4、《粉體工程與設備》，陶珍東，等主編.化學工業(yè)出版社，2003.5、《粉體工程》，蔣陽，等主編.武漢理工大學出版社，2008.6、期刊：《中國粉體技術》、《非金屬礦》等。思考題：

1、粉體和粉體工程的定義。2、粉體和顆粒的關系。3、顆粒的分類、粉體的分類。

4、粉體的制備方法及分類。

5、粉體工程在材料領域的作用。第二章粉體的基本性質本章內容

第一節(jié)粒徑第二節(jié)粒度分布第三節(jié)顆粒形狀第四節(jié)顆粒粒度和形狀的測量方法第五節(jié)顆粒群的堆積性質第六節(jié)粉體的摩擦性質粉體的性質與粉體的加工生產過程密切相關。粉體的性質影響其應用性能。因此，世界各國及不同工業(yè)領域對粉體產品的性質有明確的規(guī)定和要求。

第一節(jié)

粒徑

粒徑（粒度）Particlediameterorparticlesize

表示顆粒尺寸大小的幾何參數(shù)。

粒徑的定義和表示方法與以下方面有關：

顆粒的形狀大小和組成顆粒的形成過程測試方法工業(yè)用途

粒徑的分類：單個顆粒的單一粒徑顆粒群的平均粒徑一、單個顆粒的單一粒徑

表示方法有多種。1、三軸徑Diameterofthethreedimensions

以三維尺寸計算的各種平均徑

序號計算式名稱物理意義1長短平均徑二軸平均徑二維圖形算術平均2三軸平均徑三維圖形算術平均3三軸調和平均徑與外接長方形比表面積相同的球體直徑4二軸幾何平均徑平面圖形上的幾何平均5三軸幾何平均徑與外接長方形體積相同的立方體的一條邊6三軸等表面積平均徑與外接長方形比比表面積相同的立方體的一條邊2、投影徑用顯微鏡測量粒徑時，可觀察到顆粒的投影。

長徑l：顆粒平面投影圖中最大距離。短徑b：顆粒垂直于長徑方向的最大距離。厚度h：在另一投影面上垂直于長徑的最大距離。

（1）二軸徑Diameterofthetwodimensions顆粒投影的外接矩形的長和寬稱為二軸徑。

投影徑的表示方法：（2）統(tǒng)計平均徑：是平行于一定方向（用顯微鏡）測得的線度，故又稱定向徑。Feret徑，DF（圖1－2a）：沿一定方向，與顆粒投影相切的兩條平行線間的距離。

Martin徑，DM（圖1－2b）：在一定方向上將顆粒投影面積分為兩等份的直徑。定向最大徑Krumbein徑，DK（圖1－2c）：在一定方向上顆粒投影的最大長度。（3）投影當量徑圓當量徑Heywood（圖1－2d）：顆粒投影面積相等的圓的直徑。

等周長圓當量徑：與顆粒周長相等的圓的直徑。

3、球當量直徑即把粒子看作理想的球，用它們的直徑作為粒子的大小。（1）等體積球當量徑與顆粒等體積的球的直徑。（2）等表面積當量徑與顆粒等表面積的球的直徑。（3）等比表面積球當量徑與顆粒等比表面積球的直徑。（4）Stokes徑與顆粒具有相同的沉降末速的球體的直徑。它是根據斯托克斯定律求出的粒徑。

注：V——顆粒體積；A——顆粒投影面積；幾種當量徑計算公式二、顆粒群的平均徑

設：

顆粒群的粒徑分別為：d1,d2,d3,…di…dn;

相對應的顆粒個數(shù)為n1

,n2

,n3

,…ni…

nn

,總個數(shù)為∑ni

;

相對應的質量數(shù)為ω1

,ω2,ω3

,…ωi…ωn

,總個數(shù)為∑ωi

;

以顆粒個數(shù)為基準和質量為基準的平均粒徑計算公式見表2-2。

若粉體由顆粒d1,d2,d3……構成，其物理特性可用各粒徑函數(shù)的加成表示：

f(d)=f(d1)+f(d2)+f(d3)+……+f(dn)若將粒徑想象成一均一球徑D表示：則

f(d)=f(D),D即表示平均徑。

涉及粒徑的表達式有（式中設顆粒為邊長為d的立方體）：顆粒群的總長Σ（nd)顆粒群的總表面積Σ（6nd2)顆粒群的總體積（總重量）Σ(nd3),ρΣ(nd3).顆粒群的比表面積Σ(6nd2)/Σ(nd3)平均比表面積Σ(6n/d)Σn

例1：推導個數(shù)基準平均徑：設粉末由粒徑為d1,d2…..dn

的顆粒組成，每種顆粒的個數(shù)分別為n1,n2,….nn。由顆?？傞L的特性導出其平均徑。解：顆粒群的總長可表示為：

n1d1+n2d2+…………+nndn=Σ(nd)=f(d)將全部顆粒視為粒徑為D的均一顆粒，上式中的d用D替代：n1D+n2D+…………+nnD=Σ(nD)=DΣ(n)=f(D)

則，由f(d)=f(D),

Σ(nd)=DΣ(n)

則：D＝Σ(nd)/Σ(n)

所得的D即為個數(shù)基準平均徑.例2:設顆粒群的總質量為Σm,試由比表面積的定義函數(shù)求平均粒徑.

比表面積定義函數(shù)為:將全部顆粒視為邊長為D的立方體,則

d4≥d3≥

d2≥

dv≥

ds≥

d1

多數(shù)徑（眾數(shù)徑dmod）

：粒度分布中含量最高的粒徑。

中位徑（d50

）：粒度分布的累積值為50%的粒徑。

三、計算平均粒徑方法的選擇

在選擇平均粒徑的計算方法時，應考慮所研究對象的性質。只有建立在正確的規(guī)定性質的基礎上，這樣的計算公式才有物理意義。例如：研究跳汰理論時，根據Newton-Rittinger沉降規(guī)律，確定跳汰過程中粒子在水中沉降動能和平均粒度的關系。

物料顆粒沉降動能等于各粒級粒子沉降動能的累積量，即

單位體積（或重量）的比動能為

式中

E0——物料粒子沉降動能；n——一個粒級中顆粒數(shù)；d——一個粒級中顆粒平均粒度；D——物料顆粒平均粒度；——顆粒密度；K——比例系數(shù)。因此，研究跳汰理論時，粒群的平均粒度應選用體積（重量）平均直徑。第二節(jié)粒度分布

粒度分布Particlesizedistribution

：指將顆粒群以一定的粒度范圍按大小順序分為若干級別（粒級），各級別粒子占顆粒群總量的百分數(shù)。

個數(shù)基準粒度分布（顆粒群總量以個數(shù)表示）質量基準粒度分布（顆粒群總量以質量表示）

一、粒度分布的表示方式（一）頻率分布

設粒級范圍為Δd內的顆粒質量（Wi）占顆粒群總質量W的百分數(shù)為Δwi，則（Wi/W）/Δd為頻率f（%/Δd）。

（二）累積分布

用大于或小于某一粒徑d的顆粒質量Σwi占顆粒群總質量W的百分數(shù)來表示篩上(正）累積百分數(shù)（R，%）或篩下（負）累積百分數(shù)（D，%）。D=100-R%。二、粒度分布表達形式粒度表格、粒度分布曲線、粒度分布特征參數(shù)和粒度分布方程。（一）粒度表格是表示粒度分布的最簡單形式，也是其它形式的原始形成。（二）粒度分布曲線

能更直觀地反映比較顆粒組成特征。

1、頻率直方圖、頻率分布曲線

曲線是各個矩形頂部中點的連線，只有在Δd足夠小時才有意義。此時，可用粒級平均徑繪制頻率分布曲線。(2)累積分布曲線

a.算術坐標累積粒度分布曲線

篩上（正）累積分布曲線篩下（負）累積分布曲線

c.半對數(shù)坐標累積粒度分布曲線b.全對數(shù)坐標累積粒度分布曲線式中：D1——用算術平均法求得的平均粒徑

σ——標準差，其值越小，說明粒度分布越集中。

（三）粒度分布特征參數(shù)

1、偏差系數(shù)（K偏）σ的計算公式如下：式中：di

—窄范圍內粒度平均值,D1—算術平均徑,

ri

—頻率K偏＜0.4 均勻K偏為0.4—0.6 中等均勻K偏＞0.6 不均勻2、分布寬度

在衡量粒度分布范圍時也經常用分布寬度來表示：

SPAN數(shù)值越大，說明粒度分布范圍越寬。第三節(jié)顆粒形狀

顆粒形狀是指一個顆粒的輪廓邊界或表面上各點所構成的圖像。

研究意義：1、顆粒形狀直接影響粉體的特性如影響粉體的比表面積、流動性、固著力、研磨特性及化學活性等，亦直接影響顆粒在混合、貯存、運輸、燒結等過程中的行為。2、用于理論計算結果的修正例如：設ρ為顆粒密度，ds為顆粒直徑，k為比表面積形狀系數(shù),SW為比表面積。則：

ds＝k/ρ×SW

一、定性分析

用定性術語描述顆粒的形狀。

定性分析較粗糙，難于確切描述顆粒的形狀，不便于進行數(shù)學處理。但大致反映了顆粒形狀，在工程中廣泛使用。球形spherical粒狀granular立方體cubical棒狀rodlike片狀platy,discs針狀need-like柱狀prismoidal纖維狀fibrous鱗狀flaky樹枝狀dendritic海綿狀spongy聚集體agglomerate塊狀blocky中空hollow尖角狀sharp粗糙rough園角狀round光滑smooth多孔porous毛絨fluffy,nappy

二、定量分析

參數(shù)主要有：

形狀指數(shù)

形狀系數(shù)

粗糙度系數(shù)

（一）形狀指數(shù)

表示單一顆粒外形的幾何量的各種無因次組合稱為形狀指數(shù)。它是對單一顆粒本身幾何形狀的指數(shù)化。

根據不同的使用目的，先作出理想形狀的圖像，然后將理想形狀與實際形狀進行比較，找出二者之間的差異并指數(shù)化。常用的形狀指數(shù)

1、均齊度：根據三軸徑B、L、T之間的比值可導出下面的指數(shù)：

長短度(N)=長徑/短徑=L/B（≥1）

扁平度(M)=短徑/高度=B/T（≥1）

2、體積充滿度fV：又稱容積系數(shù)，表示顆粒的外接直方體體積與顆粒體積VP之比。

（≥1）

3、面積充滿度fb：又稱外形放大系數(shù)，表示顆粒投影面積A與最小外接矩形面積之比。

（≤1）

這個指數(shù)常用于粉末冶金方面。

4、球形度：表示顆粒接近球體的程度。

（≤1）

對于形狀不規(guī)則的顆粒，當測定其表面積困難時，可采用實用球形度，即：

（≤1）5、圓形度Ψc：又稱輪廓比，表示顆粒的投影與圓接近的程度。

（≤1）（二）形狀系數(shù)

在表征粉末體性質和具體物理現(xiàn)象和單元過程等函數(shù)關系時，把與顆粒形狀有關的因素概括為一個修正系數(shù)加以考慮，該系數(shù)即為形狀系數(shù)。

意義：

形狀系數(shù)是用來衡量實際顆粒與理想顆粒形狀（球形、立方體等)

的差異程度。

1、表面積形狀系數(shù)

（>1）

2、體積形狀系數(shù)

（≤1）3、比表面積形狀系數(shù)

（>1）規(guī)則形狀顆粒的形狀系數(shù)（三）粗糙度系數(shù)

粒子表面往往是高低不平的，有著許多微小裂紋和孔洞。其表面的粗糙程度用粗糙度系數(shù)R來表示：

（>1）R=

第四節(jié)顆粒粒度和形狀的測量方法圖像分析儀透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡實體顯微鏡直接觀察法裝置普通光學顯微鏡：0.5~200μm掃描電子顯微鏡：0.005~50μm透射電子顯微鏡：幾十納米~幾微米測量范圍振動篩分機激光粒度儀納米激光粒度儀庫爾特粒度儀比表面儀常用粒度測試方法優(yōu)缺點：篩分法

優(yōu)點：簡單、直觀、設備造價低、常用于大于40μm的樣品。

缺點：不能用于40μm以下的樣品；結果受人為因素和篩孔變形影響較大。光學顯微鏡法

優(yōu)點：簡單、直觀、可進行形貌分析，適合分布窄（最大和最小粒徑的比值小于10：1）的樣品。

缺點：無法分析分布范圍寬的樣品，無法分析小于1微米的樣品。電鏡法

優(yōu)點：適合測試超細顆粒和納米顆粒、分辨率高。

缺點：樣品少、代表性差、儀器價格昂貴。顯微物鏡的分辨率即物面上能分開的最短距離。庫爾特法

優(yōu)點：操作簡便，可測顆?？倲?shù)，速度快，準確性好。

缺點：適合分布范圍較窄的樣品。沉降法

優(yōu)點：儀器可以連續(xù)運行，價格低，準確性和重復性較好，測試范圍較大。

缺點：測試時間較長，操作比較復雜。激光法

優(yōu)點：操作簡便，測試速度快，測試范圍大，重復性和準確性好，可進行在線測量和干法測量。

缺點：結果受分布模型影響較大，儀器造價較高。

三、測量方法的選擇應考慮：粒度范圍測定目的要求的精度物料的特點等…。第五節(jié)顆粒群的堆積性質

顆粒群（粉體層、填充層）中的顆粒（填充物）以某種空間排列組合形式構成一定的堆積狀態(tài)，并表現(xiàn)出諸如空隙率、容積密度、填充物的存在形態(tài)、空隙的分布狀態(tài)等堆積性質。堆積性質由粉體的物理性質所決定，它與粉體層的壓縮性、粉體的流動性、填充層內的流體流動等粉體特性密切相關，并直接影響加工過程參數(shù)和成品及半成品質量。

一、空隙率與填充率空隙率：填充層中未被顆粒占據的空間體積與包含空間在內的整個填充層表觀體積之比稱為空隙率,以ε表示即:

式中V、VD、VC分別表示填充層表觀體積、顆粒所占據的體積和空隙體積。

VD：包括顆粒的內孔而不包括顆粒的外孔在內。Openpore填充率：

顆粒體積占表觀體積的比率。用Ф表示即：

1、等徑球形顆粒的排列有以下兩種基本的平面排列形式：正方排列（圖a)：90°角是其特征。單斜方排列（圖d)：60°角是其特征。二、粉體顆粒的填充與堆積

取相鄰接的8個球連接其球心得一個平行六面體基本單元體。組成六種形式的空間排列：

若將排列2回轉90°即成排列4，排列3回轉125°16′則成為排列6，其堆積性質相同。因此，六種排列實際上只有四中，其中立方體為最松填充，屬不穩(wěn)定排列；菱面體為最密填充，屬最穩(wěn)定排列。單元體堆積性質：

配位數(shù)：與一個球相接觸的球數(shù)。一般隨著排列變形程度的增加，空隙率將減小，而配位數(shù)將增加。等徑球粒的隨機填充與顆粒的特性、填充方式、容器的尺寸和器壁的表面性質有關。

2、異徑球形顆粒的填充

在等徑球形顆粒規(guī)則排列的空隙中，填充進較小直徑的球形顆粒，可以得到更高密度的填充層。

一次填充：一次填充后的堆積性質類別空隙率小球的直徑混合物空隙率小球的體積比立方體0.47640.723dp0.2710.391正斜方體0.39540.528dp0.3070.147菱面體0.25950.255dp0.414dp0.1900.0190.070

Horsfield填充

：Horsfield填充球序球體半徑球數(shù)空隙率1次球Er10.2602次球J0.414r110.2073次球K0.225r120.1904次球L0.177r180.1585次球M0.116r180.149最后填充球極小極多0.039⒊非球形顆粒的隨機填充非球形顆粒堆積與填充性質的關系：容器中顆粒填充的空隙率，隨著容器直徑的減小和顆粒床層高度的增加而變大。隨著顆粒球形度的增加，空隙率會減小。顆粒表面的粗糙度的增大，會使空隙率增大。由于細粉粒具有粘結性，因此呈現(xiàn)出較高的空隙率形成松填充。具有粒度分布的粉體，趨于產生較緊密的堆積。振動的頻率與振幅對粉體層的空隙率有較大影響。三、密度

容積密度ρv，又稱松密度，指在一定填充狀態(tài)下，包括顆粒間全部空隙在內的整個填充層單位體積中的顆粒質量，它與顆粒的密度ρa和空隙率ε有如下關系：

容積密度不是定值，隨空隙率變化而變化。真密度ρs：指顆粒的質量除以不包括內外孔在內的顆粒真體積，即所謂的“物質密度”。表觀密度ρa：指顆粒的質量除以不包括外孔在內的顆粒體積。如果顆粒無內孔時，則ρa=ρs。振實密度ρbt：指顆粒的質量除以振動后顆粒的表觀體積。顆粒密度ρp：指顆粒的質量除以包括內外孔在內的顆粒的表觀體積。這五種顆粒的密度有如下關系：

ρs≥ρa≥ρp≥ρbt≥ρv

粉體的摩擦性質指粉體中固體粒子之間以及粒子與固體邊界表面因摩擦而產生的一些特殊的物理現(xiàn)象，以及由此表現(xiàn)出的一些特殊的力學性質。表示該性質的物理量是摩擦角（或摩擦系數(shù)），它取決于顆粒間的摩擦力和內聚力。常用的摩擦角有休止角、內摩擦角、壁摩擦角和滑動角。第六節(jié)粉體的摩擦性質

一、休止角φ

（安息角、堆積角）

指粉體自然堆積時的自由表面與靜止平衡狀態(tài)下的水平面所形成的最大角度。

休止角可用來衡量和評價粉體的流動性。注入角（堆積角）：指在某一高度下將粉體注入到一理論上無限大的平板上所形成的休止角。排出角：指將粉體注入到某一有限直徑的圓板上，當粉體堆積到圓板邊緣時，如再注入粉體，則多余粉體將由圓板邊緣排出而在圓板上形成的休止角。休止角的形式：注入角與排出角兩種形式休止角的差別與粉料粒度分布有關，粉料粒度分布均勻，兩種休止角基本相同。

休止角的測定方法（a）火山口法；（b）排出法；（c）殘留圓錐法；（d）等高注入法；（e）容器傾斜法；（f）回轉圓筒法。影響休止角的因素：粒度相同時，料堆底直徑越大，測休止角越?。涣６仍叫?，休止角越大；顆粒球形度越大，休止角越??；流動堆積角為靜止堆積角的70％。填充狀態(tài)對休止角的影響二、內摩擦角

在如圖所示的單面直接剪斷試驗中，當施以水平剪力將粉粒料層沿內部某一斷面（面積為A）剛好切斷產生滑動時，作用于此面的剪切應力與垂直應力滿足的關系式：單面直剪法式中為內摩擦系數(shù)，而內摩擦角φ為：內摩擦角產生的原因

內部因素：粗糙度、附著水分、粒度分布、空隙率等；外部因素：靜止存放時間、振動時間、加壓等。內摩擦角的影響因素粉體層中粒子的相互嚙合產生切斷阻力；內部顆粒間存在摩擦力。內摩擦角測量儀器常用單面或雙面直剪儀和三軸剪刀儀。三、壁摩擦角與滑動角

1、壁摩擦角

粉體層與固體壁面之間的摩擦特性用壁摩擦角表示。

壁摩擦角在粉料貯存料倉設計和密相氣力輸送阻力計算中，是個很重要的參數(shù)。

壁摩擦角的測定可在內摩擦角測定的有關儀器如直剪儀等中進行，此時只需將其下部粉體層換成與所測固體器壁相同材料的平板即可。

壁摩擦系數(shù)μw為：

式中F為水平力，WW砝碼的重力，WS粉料的重力，W0容器的重力。

壁摩擦角φw被定義為：

壁摩擦角的影響因素：

顆粒的大小和形狀，壁面的粗糙度，顆粒與壁面的相對硬度，壁表面上的水膜形成情況，粉料靜置存放時間等。2、滑動角滑動角φs表示的是單個粒子與壁面的摩擦特性。通常用滑動角來表示粉體與傾斜固體壁面之間的摩擦特性?；瑒咏堑臏y量將載有粉體的平板逐漸傾斜，當粉體開始滑動時，平板與水平面的夾角即為滑動角。思考題：1、舉例說明粉體的基本性質對其在材料中應用性能的影響。2、粉體的粒度組成特征的表征方法主要有哪些？試述它們的基本內容。3、空隙率與填充率的定義；顆粒填充與堆積方式；密度的分類及定義。4、表示粉體摩擦性質常用的物理量有哪些？測量這些物理量的方法有哪些？5、設顆粒是邊長為d的立方體，顆粒群的總質量為Σm，顆粒密度為ρ，試求由面積定義的平均粒徑。第三章粉碎

第一節(jié)定義、粉碎階段的劃分粉碎法是借用各種外力，如人力、爆破、機械力、流能力、化學能、聲能、熱能等使現(xiàn)有的固體塊料粉碎成粉體的方法。其過程稱為粉碎。粉碎階段的劃分

根據粉碎機械施加外力的方式差異分為：

（1）擠壓（圖a）

由于緩慢增長的擠壓力作用，使夾在兩塊工作面之間的物料粉碎。

（2）磨剝（圖b）

靠運動的工作面對物料摩擦時所施的剪切力，或者靠物料之間磨擦時的剪切作用而使之粉碎。

（3）劈裂（圖c）

物料因楔形工作體的劈力作用而粉碎。

第二節(jié)機械粉碎法

一、粉碎方式

（4）沖擊（圖d）由于沖擊力作用使物料粉碎。沖擊力的產生是由于運動著的工作體對物料的沖擊；高速運動的工作體向懸空的物料沖擊；高速運動的物料向固定的工作面沖擊;高速運動的物料互相沖擊。

根據物料的性質、粒度及需要粉碎的程度來選擇粉碎方式。

（1）粒度較大或中等的堅硬物料采用壓碎、沖擊，粉碎工具上帶有形狀不同的齒牙；

（2）粒度較小堅硬的物料采用壓碎、沖擊、碾磨，粉碎工具的表面無齒牙，是光滑的；

（3）粉狀或泥狀的物料采用研磨、沖擊、壓碎；

（4）磨蝕性弱的物料采用沖擊、劈碎、研磨，粉碎工具上帶有銳利的齒牙；

（5）磨蝕性強的物料采用壓碎為主，粉碎工具的表面是光滑的；

（6）韌性材料采用剪切或快速打擊；

（7）多成分的物料采用沖擊作用下的選擇粉碎，也可將多種力場組合使用。力學性質不均勻的物料在粉碎過程中強度小的組分粉碎速度快于強度大的組分，因此強度小的被粉碎較細，強度大的則較粗，這種現(xiàn)象稱選擇性粉碎。

有三種表示形式：

平均粉碎比：粉碎前后物料的平均粒徑之比。它是物料粉碎前后粒度變化程度的指標，并能反映機械的作業(yè)情況。

公稱粉碎比：粉碎機的最大進料口寬度與最大出料口寬度之比。它是用來表示和比較粉碎機械的這一特征。

極限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比。

一般地，破碎機的粉碎比為3~100；粉磨機的粉碎比可達500~1000或更大。二、粉碎比若原始物料粒度為D，經過某臺粉碎機械粉碎后的粒度為d，則比值I=D/d，稱為粉碎比。

粉碎比與單位電耗是粉碎機械的基礎技術經濟指標。前者用以說明粉碎過程的特征及粉碎質量；后者用以衡量粉碎作業(yè)動力消耗的經濟性。

物料的粉碎往往需要多臺粉碎機串聯(lián)起來進行粉碎。

幾臺粉碎機串聯(lián)起來進行粉碎的作業(yè)叫做多級粉碎，粉碎機串聯(lián)的臺數(shù)叫做粉碎級數(shù)。

三、粉碎級數(shù)原始物料的粒度與最后粉碎產品的粒度之比叫做總粉碎比。

各級粉碎比i1、i2、i3、in與總粉碎比i0有如下關系：

如果已知各粉碎機的粉碎比，即可根據要求的總粉碎比求得所需粉碎機的級數(shù)。

四、粉碎基礎理論概述

(一）粉碎模型Rosin-Rammler等認為：粉碎產物的粒度分布具有二分性，即合格細粉和不合格粗粉。

（1）體積粉碎模型。整個顆粒受到破壞，粉碎后生成物多為粒度大的中間顆粒。隨著粉碎過程進行，顆粒粉碎為細粒。沖擊粉碎和擠壓粉碎與此模型接近。（2）表面粉碎模型。在粉碎的某一時刻，僅是顆粒的表面產生破壞，被磨削下微粉，這一破壞作用基本不涉及顆粒內部。這種情形是典型的研磨和磨削粉碎形式。（3）均一粉碎模型。施加于顆粒的作用力使顆粒產生均勻的分散性破壞，直接粉碎成微粉。

三種模型中，均一模型僅符合結合不緊密的顆粒集合體如藥片等的特殊粉碎情形。一般可不考慮這種模型。實際粉碎過程往往是前兩種過程的綜合。前者構成過渡成分，后者形成穩(wěn)定成分。體積粉碎與表面粉碎產物的粒度分布不同：

(二）裂縫與斷裂的基本理論理想狀態(tài)下，所施加力沒有超過顆粒的應變極限，物料作彈性變形，不會被破碎。實際上，物料雖未被破碎，但產生裂縫和擴展原有的小裂縫。粒子形狀不規(guī)則，施加力首先作用在粒子的突出點，形成應力集中。

d)裂縫的擴展穩(wěn)定擴展：是指在一次加載過程中，裂縫隨載荷上升而緩慢延長，載荷停止，裂縫擴展停止。失穩(wěn)擴展：當外力達到一定程度，超過斷裂參量臨界值時，裂紋以高達1500～200m/s增長，直至斷裂，稱失穩(wěn)擴展。斷裂強度和應變的關系

脆性材料的斷裂破壞是由于已經存在裂縫擴展的結果;斷裂強度取決于施加載荷前就已存在的裂縫的大小。e)顆粒斷裂物理學

英國科學家格里菲斯（Griffith）提出了微裂紋理論，為脆性斷裂的主要理論基礎。

格里菲斯微裂紋理論認為，實際材料中總是存在許多細小的裂紋和缺陷，在外力的作用下，這些裂紋和缺陷附近產生應力集中現(xiàn)象。當應力達到一定程度時，裂紋開始擴展而導致斷裂。

奧羅萬（Orowan）在格里菲斯理論的基礎上，引入延性材料的塑性功來描述延性材料的斷裂。

強度：被破碎物料對外力的抵抗能力。

實測強度約為理論強度的1/100～1/1000。硬度：表示材料抵抗其它物體刻劃或壓入其表面的能力，即使固體表面產生局部變形所需的能量。

一般，硬度越大，越耐磨。

（三）被粉碎物料的物性

可碎（磨）性：表示方法多種。

用可碎（磨）性系數(shù)定量地衡量礦物機械強度對破碎的影響。可碎（磨）性系數(shù)＝該機在相同條件下破碎（研磨）指定物料的生產率/該機破碎（研磨）中等硬度物料（如石英）的生產率

脆性：與塑性相反的一種性質，容易斷裂的性質。受力破壞時直到斷裂前只出現(xiàn)極小的彈性變形而不出現(xiàn)塑性變形。故其極限強度一般不超過彈性極限。脆性材料抗動載荷或沖擊的能力較差，采用沖擊粉碎效果好。韌性：在外力作用下，塑性變形中吸收能量的能力。

韌性材料抗壓性能較差，抗拉和抗沖擊性能好。（二）被粉碎物料的物性

(四）粉碎功耗學說

研究物料在破碎過程中能量消耗與哪些因素有關，并確定外力破碎物料時所做的功的學說。粉碎機械的能量消耗粉碎發(fā)生前顆粒本身產生的彈性變形產生非彈性變形而導致粉碎使粉碎機械本身發(fā)生彈性扭變克服粒子間及粒子與機件之間的摩擦阻力粉碎中產生的噪音、發(fā)熱和機械振動粉碎機械運轉部分的摩擦損失只有10％的功被有效利用于破粉碎。該假說認為，粉碎能耗和粉碎后物料的新生表面積成正比，或粉碎單位重量物料的能耗與新生表面積成正比。A∝ΔS

或 A/ΔS=k1式中A——粉碎能耗；

ΔS——粉碎后物料表面積的增加；

k1——比例常數(shù)。該假說由德國學者P．R．雷廷格（P．R．Rittinger）于1867年提出。（1）Rittinger的表面積假說

（2）Kick等的體積假說

由俄國學者吉爾皮切夫與德國學者基克（kick）提出。

該假說認為，外力作用于物體時，物體首先發(fā)生彈性變形，當外力超過該物體的強度極限時該物體就發(fā)生破裂，故粉碎物料所需的功與它的體積成正比。粉碎后顆粒的粒度也成正比減小。粉碎能耗A與給料及粉碎后產品粒度之間的關系為：D——顆粒群的調和平均粒度；

d——粉碎產品的調和平均徑；

k——常數(shù)。

[例題]用粉碎機粉碎平均粒徑為160mm的礦石，制得平均粒徑為60mm的粉體，加工能力為14t/h,所需動力為8（HP）。用同一粉碎機粉碎同一種礦物而得粉體粒徑為40mm時，加工能力為7（t/h），所需動力為多少？若據kick公式，得到由上兩式解得：P=5.7(HP)

（3）Bond的裂縫假說

F．C．榜德（F．C．Bond）于1952年提出了介于“表面積假說”和“體積假說”之間的“粉碎能耗的裂縫假說”。該假說認為：物料在破碎時外力首先使其在局部發(fā)生變形，一旦局部變形超過臨界點時則產生裂口，裂口的形成釋放了物料內的變形能，使裂紋擴展為新的表面。輸入的能量一部分轉化為新生表面積的表面能，與表面積成正比；另一部分變形能因分子摩擦轉化為熱能而耗散，與體積成正比。兩者綜合起來，將物料粉碎所需要的有效能量設定為與體積和表面積的幾何平均值成正比。

裂縫假說計算能耗A的公式為：A——破碎1噸物料的能耗（kW·h/t)；

w1——功指數(shù)，即將“理論上無限大的粒度”粉碎到80%通過0.01㎜篩孔寬（或65%通過0.075㎜篩孔寬）時所需的功。

d80，D80——產品及給料中負累積含量為80%的粒度（μm）。三種假說的統(tǒng)一公式(Lweis公式)如下：式中

dA——顆粒粒度減小dd時的粉碎能耗；

C，a——系數(shù)；

d——顆粒粒徑。

將上式積分，并使a值分別取2、1、1.5，可分別得到Rittinger定律、kick定律和Bond定律三種假說的表示式。表面積假說適合于細粉碎，體積假說適合于粗粉碎，裂縫假說適用范圍介于以上兩者之間。

四、粉碎設備

根據處理物料的粒度不同，粉碎設備可以粗略地分為破碎機和粉磨機兩大類。破碎機又可分為粗碎機、中碎機和細碎機；粉磨機又可分為粗磨機、中磨機、細磨機和超細磨機。按照結構及工作原理不同，破碎機和粉磨機可以分為多種類型。粗碎機:顎式破碎機、粗碎圓錐式破碎機(旋回破碎機）；中、細碎機：反擊式破碎機、標準圓錐破碎機、中型圓錐破碎機、短頭圓錐破碎機和輥式破碎機等；粉磨機：各種類型的球磨機及超細粉碎設備(如，砂磨機、氣流磨、高速機械沖擊式磨機及振動磨）。

常用的破碎機械（一）破碎設備1、顎式破碎機顎式破碎機是應用廣泛的一種粗破碎機。常用的顎式破碎機按動顎的運動特征主要有簡單擺動型、復雜擺動型和綜合擺動型。顎式破碎機工作示意圖

顎式破碎機結構簡單，機體重量輕，維修方便，破碎比3～5，價格便宜，適合于各種硬度原料的粗碎，特別適用于中、小型廠。顎式破碎機的規(guī)格用進料口的寬度（mm）和長度（mm）來表示。例如：PEJ1500×2100顎式破碎機。

2、旋回破碎機、圓錐破碎機

這兩種破碎機的結構基本相同，工作原理也一致。

旋回破碎機

旋回破碎機給料圓錐破碎機（a）旋回破碎機（粗碎圓錐破碎機)

旋回破碎機是連續(xù)碎礦和排礦的，故生產能力較高，單位電耗較低，破碎比可達3－5。

缺點是：結構復雜，造價較高，檢修較困難，機身較高。

適合于各種硬度原料的粗碎，常用于生產能力較大的工廠。

（b）圓錐破碎機

分為標準、中型、短頭三種類型。它們與旋回破碎機不同之處有二：一是錐體形狀不同。二是兩錐體的放置方式不同。

圓錐破碎機的生產能力大，破碎比i=3~5，產品粒度均勻。適合于各種硬度物料的中碎（標準型、中型）、細碎（短頭型、中型）。

旋回破碎機以給料口寬度表示，例如，500mm的旋回破碎機。

圓錐破碎機用可動錐底直徑表示，如，1200mm規(guī)格的圓錐破碎機。規(guī)格的表示方法：

3、輥式破碎機

按輥的數(shù)目分，有單輥，對輥和多輥三種。輥面有光滑的，齒狀的和溝槽狀的。

雙輥破碎機四輥破碎機工作原理：

雙輥破碎機結構輥式破碎機結構優(yōu)點：結構簡單、造價低廉，工作可靠，調整破碎比方便，過粉碎程度低，粒度較均勻，能粉碎粘濕物料。

缺點：生產能力低，要求將物料均勻連續(xù)地喂到喂到輥子全長上，否則輥子磨損不均，影響所得產品粒度的均勻性，需要經常修理。

適用于中等硬度以下原料的中、細碎，主要用于小廠。

輥式破碎機經適當改進后可用來生產超細粉體，如油墨工業(yè)、涂料工業(yè)、油漆工業(yè)采用輥式破碎機可使固體填料粉碎到5μm以下。

4、沖擊式破碎機

錘式破碎機反擊式破碎機沖擊式破碎機有一個高速旋轉的轉子，上面裝有沖擊錘。當物料進入破碎機后，被高速旋轉的錘子沖擊，并獲得能量，高速拋向破碎機壁或特設的硬板，再次受到沖擊，或物料之間相互沖擊而被破碎。

沖擊式破碎機

反擊式破碎機

反擊式破碎機按其結構特征可分為單轉子和雙轉子兩大類。

反擊式破碎機優(yōu)點：

①利用沖擊進行破碎，使物料沿脆弱面破開，破碎效率高，能耗小，處理能力大，產品粒度均勻。

②破碎比大。

③具有選擇性破碎的特點。

④結構簡單，制造方便。

缺點：錘頭磨損嚴重，壽命很短。反擊式破碎機破碎比很大，一般40左右，最大可達150。常用于中等硬度以下脆性物料的中碎和細碎，也可用于粗碎。其規(guī)格：用轉子直徑和轉子長度表示。（二）粉磨設備

1、常用粗、中、細磨設備

（1）利用介質沖擊力和自身重量的粉磨設備

①分類按結構分類

此類磨機的規(guī)格用筒體的內直徑×長度表示。按研磨介質分類：球磨機：內裝有鋼球、陶瓷球、玻璃球等。

棒磨機：內裝鋼棒。

礫磨機：內裝耐磨礫石。用花崗石或瓷質材料作襯板。

自磨機：不裝磨礦介質，利用礦石自身磨礦。按是否連續(xù)操作分類：連續(xù)磨機

間歇磨機

按操作工藝分類：

干法磨機

濕法磨機

②磨機工作原理研磨體運動分析

③研磨體運動分析及磨機轉速的確定

磨機臨界轉速n0：

no---磨機的臨界轉速（r/min）;

D0---磨機筒體的有效內徑，即筒體內徑減襯板厚度的兩倍(m)。

轉速比＝n/n0=76%

理論適宜轉速n(r/min)：磨機實際工作轉速應考慮磨機規(guī)格、生產方式、襯板形式、研磨體種類及填充率等。應通過實驗確定。

目前國內生產的球磨機工作轉速一般是臨界轉速的80%-85%，棒磨機的工作轉速更低些。

對于干法磨的實際工作轉速ng（r/min)，有如下經驗公式

：

例題：試確定∮3m×9m水泥球磨機的工作轉速。已知襯板厚度為０.０5m.

按排礦方式的不同，磨機可分為以下兩種類型：

格子型磨機：排礦端有格子板和礦漿提升裝置，因此排礦速度快，生產效率高，而且減少了過粉碎現(xiàn)象。

溢流型磨機：磨好的物料從排礦口自動溢出，優(yōu)點是結構簡單，并能獲得較細產品。缺點是排礦速度慢，生產能力低，容易產生過粉碎產品。目前，有優(yōu)先采用格子型磨機的趨勢。

各種磨礦機的工作特點和適用范圍：球磨機：磨礦介質與礦石是點接觸，磨得較細，適于中細磨。

棒磨機：磨礦介質與礦石是線接觸，可以減少過粉碎，磨礦后粒度均勻，適于粗磨。礫磨機和自磨機都是不加其它磨礦介質的磨礦方式，從而避免了環(huán)境污染，適于化工、陶瓷原料及其它原料的加工。（2）

雷蒙磨

雷蒙磨又稱懸輥式盤磨機或擺輪式研磨機，是常用的細磨設備。

優(yōu)點：性能穩(wěn)定、操作方便、能耗較低、產品粒度可調范圍較大等。

缺點：一般不能粉磨硬質物料，否則磨輥和磨環(huán)磨損較大；另外，不能空車運轉。

應用：廣泛用于非金屬礦物及化工原料、化肥、農藥等的細磨。

（1）氣流粉碎機（又稱噴射磨、流能磨）

氣流粉碎機是利用高速氣流（300–500m/s）或過熱蒸氣（300–400℃）的能量，使顆粒相互沖擊、摩擦、剪切而實現(xiàn)超細粉碎的設備。廣泛應用于化工、醫(yī)藥、非金屬礦物的超細粉碎。

特點：具有產品粒度細，平均粒度通?？蛇_1–5μm，粒度分布窄、顆粒表面光滑、形狀規(guī)整、純度高、活性大、分散性好等特點。由于粉碎過程中壓縮氣體絕熱膨脹產生焦耳–湯姆遜降溫效應，因而還適用于低融點、熱敏性物料的超細粉碎。

2、超細粉碎設備

氣流粉碎機主要類型：扁平式氣流磨循環(huán)管式氣流磨靶式氣流磨對噴式氣流磨流化床對噴式氣流磨

①扁平式氣流磨工作原理：該氣流磨規(guī)格以粉碎室內徑（mm）表示。

扁平式氣流磨已相當成熟，國內外生產廠家較多。上海細創(chuàng)粉體裝備有限公司QS型氣流磨的主要技術參數(shù)如下：QS型氣流磨②流體床對噴式氣流磨

工作原理：細川密克朗（上海）粉體機械有限公司AFG型氣流磨耐馳（上海）機械儀器有限公司網頁上海細創(chuàng)粉體裝備有限公司QLD流化床式氣流粉碎機

QLD流化床式氣流粉碎機

QLD流化床式氣流粉碎機工藝流程圖

產品細度97=1~200μm，粒度分布窄且無過大顆粒；

流化床氣流磨的特點：粉磨效率高，能耗低，比其他類型氣流磨節(jié)能50%；

采用Al2O3、SiC或PU（聚氨酯

）作易磨損件,磨耗低，產品受污染少，可加工無鐵質污染的粉體產品和莫氏硬度10級的物料；結構緊湊、噪音小、操作自動化，

但成本高。

評價粉碎機粉碎效果至少應包含三項內容：所達到的產品粒度生產能力能量利用率提高粉碎細度的途徑:增加粉碎區(qū)內物料顆粒相互碰撞次數(shù)，即增大碰撞機率Pc；增大顆粒在相互碰撞時發(fā)生破裂的可能性，即提高應力機率Pσ。表征顆粒粉碎細度的比表面積增量ΔS與Pc和Pσ的關系式為：

式中d為物料粒徑，β為修正系數(shù)。影響氣流磨粉碎產品細度的主要因素：①加料量

②進料粒度③工作壓力和進料壓力（2）攪拌磨(砂磨機、介質磨）工作原理

按攪拌器的結構形式可分為葉片式、偏心環(huán)式和銷棒式。攪拌磨的結構（a）偏心環(huán)式（b）銷棒式攪拌磨的分類

按磨筒安放形式有立式與臥式兩種類型。

立式臥式濕法間歇式攪拌磨

按工作環(huán)境有濕法與干法之分。按工作方式有間歇式、連續(xù)式和循環(huán)式之分。

濕法循環(huán)式攪拌磨

無錫市源鑫機械廠濕法連續(xù)式攪拌磨

影響攪拌磨粉碎效果的主要因素①物料特性參數(shù)

包括強度、彈性、極限應力、流體粘力、顆粒大小及形狀等。

如，韌性、粘性、纖維類材料比脆性材料難粉碎，流體（漿料）粘度高，粘滯力大的物料難粉碎，而且能耗高。②過程參數(shù)包括應力強度、應力分布、單位能耗、通過量及滯留時間、物料充填率、固體濃度、轉速、溫度、研磨介質及助磨劑等。如，漿料中固體含量對粉碎效果影響很大。固體含量太少（即濃度太低）時，磨球介質間被研磨的固體顆粒少，易形成“空研”現(xiàn)象，因而能量利用率低，粉碎效果差。固體含量太大（即濃度太高）時，漿料粘度增大，研磨能耗高，漿料在磨腔介質間的運動困難，易出現(xiàn)“阻塞”堵料現(xiàn)象。

磨礦介質的種類、用量及尺寸大小對粉碎效果有重要影響。磨礦介質的粒徑越大，產品的粒徑也越大，產量越高；反之，產品的粒徑也越細，產量越低。一般磨礦介質的粒徑應大于10倍給料的平均粒度。磨礦介質的密度對研磨效率亦起重要作用。介質密度越大，研磨時間越短。磨礦介質的硬度必須比被磨物料的硬度高。磨礦介質種類有天然砂、玻璃珠、氧化鋁或剛玉球、氧化鋯球、鋼球、鉻球等。玻璃珠鉻球鋯球③研磨設備攪拌磨的磨腔結構形狀及攪拌器的結構形狀尺寸等對粉碎效果影響十分顯著。通常臥式攪拌磨較立式攪拌磨的粉碎效果好，但從拆卸維修裝配來說，立式較臥式方便得多。臥式攪拌中，磨腔彎曲上翹型比簡單直筒型效果好，其原因是改變了漿料在磨腔內的流場，提高了物料在磨腔內的研磨效果。通常圓盤形、月牙形、花盤形攪拌器比棒形攪拌器粉碎效果好。第三節(jié)其它粉碎法一、超聲粉碎

（一）基本原理

超聲粉碎是利用超聲波振動能使固體物料破碎。通常是將待粉碎的固體物料分散在液體（一般是水）介質中，然后將超聲波發(fā)生器置于該液體介質中。超聲波發(fā)生器產生強烈的高頻超聲振動，其超聲能傳遞給液體中的固體顆粒，當固體顆粒內部聚集的能量足以克服固體結構的束縛能時，固體顆粒破碎，從而達到使其粉碎的目的。

（二）超聲粉碎系統(tǒng)

（三）功能評價超聲波粉碎制得產品的細度與諸多因素有關，固體顆粒結構越致密，粉碎產品的粒度越粗。采用超聲波粉碎系統(tǒng)一般只能生產出微米級的產品，而且生產能力小，產量低，能耗高，生產成本高。因此，工業(yè)上很少大規(guī)模用其來生產超細粉體，多用于分散和乳化，以及中小規(guī)?；驅嶒炇壹墑e的小批量超細產品的生產制備。其應用主要集中在醫(yī)藥、食品、化工及生物工程領域。

二、

低溫粉碎方法該方法是為了解決常溫下難粉碎的物料（如橡膠、塑料）、熱敏性材料及食品和生物材料等的粉碎而采用的一種方法。低溫粉碎原理大部分物料在低溫下具有各自的脆化點及玻璃化轉變點（見圖），當溫度低于脆化點時，物料會變脆。在物料脆性區(qū)，抗拉、抗壓及硬度增高，塑性、沖擊韌性和延伸率降低。因此，低溫粉碎多用沖擊式粉碎機。采用擠壓、研磨粉碎效果不十分明顯。低溫粉碎致冷劑液氮甲烷

低溫粉碎方法有如下三類：

1、先使原材料在低溫下冷卻，達到低溫脆化狀態(tài)，再投入常溫態(tài)的粉碎機中進行粉碎。該法可用于與食品有關的材料的粉碎及廢物的粉碎。

2、在原材料為常溫、粉碎機內部溫度為低溫的情況下進行粉碎，可防止原材料粉碎過程中局部過熱變質。該法用于熱硬化性樹脂和食品原材料的粉碎。3、將原材料冷凍至液氮溫度（-196℃），將粉碎機內部溫度保持在合適的低溫狀態(tài)而進行粉碎。該法用于熱塑性樹脂的粉碎。

低溫粉碎方法評價

采用低溫粉碎，可粉碎常溫中難以粉碎的橡膠和熱塑性塑料等。對于熱敏性及受熱易變質、易分解物質如食品、蛋白質、藥品等具有良好的粉碎效果。同時，利用脆化溫度的不同可進行選擇性粉碎。對易燃易爆品的處理可提高安全性。但冷凍粉碎方法生產成本太高，因此，多用于附加值高的醫(yī)藥生物類產品的超細化。由于液氮中往往含有其它成分，因此對產品有一定污染。若要提高液氮的純度，則成本非常昂貴，使用時受到限制。

三、層狀礦物的剝片法

剝片就是利用層狀礦物（高嶺石、云母等）的層狀結構及層間作用力小的特點，采用物理或化學的方法使礦物沿其層面剝開，成為超薄、微細的片狀礦物，滿足造紙、涂料、油漆等行業(yè)的特殊要求。

（一）剝片方法的分類

目前較為成熟的技術有磨剝法、高速噴射法和化學剝片法。磨剝法有攪拌磨等方法。

高速噴射法是以氣體或液體為載體對層狀礦物進行超細剝片。以氣體作為載體的稱為高速氣流噴射法。以液體作為載體的稱為高速液噴射法。高速液噴射法：先將礦物制成漿料，再利用高壓均漿器的活塞泵加壓到200—250Pa的壓力，以200m/s的速度通過噴嘴的摩擦擠壓后，礦物晶體承受的壓力驟然降低，因而會沿晶體的基本結構層膨脹開裂，從而達到剝片的效果。

化學剝片法又稱化學浸泡法、化學分裂法，是利用化學浸泡劑滲入礦物晶體基本結構層之間，使層間結構力變弱，出現(xiàn)松懈、剝離、剝落現(xiàn)象。同時利用化學和機械的雙重力破壞礦物的層間引力，可進一步提高剝片效果。例如，高嶺石加入的浸泡劑有尿素、腐植酸，加入六偏磷酸鈉充分分散，用高速攪拌機攪拌從而達到分裂的效果。第四節(jié)粉碎助劑粉碎助劑（助磨劑）：能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學物質。添加粉碎助劑的目的：提高粉碎產品細度；提高磨機生產能力；改善粉體物料的性能，如流動性、填充性、分散性、貯存穩(wěn)定性等；減輕物料之間的相互作用（粘結、團聚）和在研磨介質和磨腔表面的粘附等。一、

粉碎助劑的種類

按助劑添加時的物質狀態(tài)可分為固體、液體和氣體助劑；根據物理化學性質可分為有機助劑和無機助劑。液體助劑：胺類、醇類、酯類、醚類以及某些無機鹽類，水也是一種液體粉碎助劑；氣體助劑：品種不多，只有水蒸氣、丙酮氣體和惰性氣體等；固體助劑：品種很多，如膠體白炭黑、硅粉、炭黑、硬脂酸鈣、硬脂酸鈉、無機鹽氰亞鐵酸鉀、硬脂酸等。二、粉碎助劑的作用

1、表面化學吸附效應

由列賓捷爾和威斯特沃德提出。認為助磨劑分子在礦粒表面上吸附，降低了礦粒的表面能，或者引起表面層晶格的位錯遷移，產生點或線的缺陷，促進裂紋的產生和擴展，從而降低礦粒的強度或硬度。

由格里菲斯（Griffith）微裂紋理論可知，降低表面能，可以減小斷裂應力。

助劑在新生表面的吸附，可以減小裂紋擴展所需應力，防止新生裂紋閉合，促進裂紋擴展。

實驗表明，添加0.5g/L草酸鈉后,赤鐵礦的莫氏硬度降低了42.5%。2、流變學分散效應

由克蘭帕爾等人提出。認為助磨劑可以改變礦漿的流變學性質和礦粒的表面電性，降低礦漿的粘度，促進顆粒的分散，阻止礦粒在介質或襯板上的粘附以及礦粒之間的凝聚，從而提高礦漿的流動性。

三、粉碎助劑的添加

以氣流粉碎為例。1、助劑添加量

添加量與粉碎助劑的種類有關。無機粉碎助劑添加量較大，多為百分之幾；有機粉碎助劑添加量較少，多為千分之幾。

例如:氣流粉碎二氧化鈦時，六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等無機粉碎助劑，添加量可達1%（以二氧化鈦重量計）。在氣流粉碎氧化鐵紅顏料時，粉碎助劑硬脂酸的最佳添加量為0.5%，而粉碎天然氧化鐵時為1%。

研究認為，粉碎助劑的添加量，以保證每個物料顆粒上都形成單分子膜，效果最佳。各種粉碎助劑的添加量均應通過試驗確定。

2、粉碎助劑濃度

大多數(shù)液體粉碎助劑需要配成一定濃度后才能加入粉碎機中。濃度過大，會降低效果。一般較稀的溶液效果更好些。

例如，在粉碎二氧化鈦顏料時，若采用三乙醇胺作粉碎助劑，可用乙醇稀釋成10%溶液，也可用丙酮稀釋至200g/L，還可用水稀釋成50%溶液使用。3、添加方式

有的粉碎助劑在粉碎初期有效，有的在粉碎后期，尤其在分級時有效。四、粉碎助劑在磨礦工藝中的應用

五、粉碎助劑開發(fā)應用趨勢

（1）應用工業(yè)廢料開發(fā)粉碎助劑新品種，如，亞硫酸紙漿廢液的開發(fā)，其有效成分為木質素黃酸鹽。

（2）將多種有效助磨成分配合在一起，組成復合助劑。發(fā)揮最佳助磨效果。

（3）助磨劑的多功能化，不僅起助磨作用，還能改善產品性能。思考題：1、粉碎理論及應用。2、粉碎方式有哪些種類？物料粉碎方式的選擇應考慮哪些方面的因素？3、常用的粗、中、細碎和常用的粗、中、細、超細磨設備分別有哪些？了解它們的工作原理及適用范圍。4、試分析影響氣流磨、攪拌磨粉碎效果的主要因素。5、試述助磨劑的作用及添加方式。第四章

粉體的分級

第一節(jié)概述一、分級的定義和意義定義：把粉碎產品按某種粒度大小或不同種類顆粒進行分選的操作過程稱為分級。

意義:（1）使粉碎產品粒度控制在所要求的范圍內，還可以實現(xiàn)顆粒粒徑均勻化。（2）使粒度已達到要求的產品及時分離出去，以防止產品過碎和能源浪費。

分級方式：篩分（用于粗粉，一般大于325目）在流體中進行分級（用于細粉，一般小于325目）

分級機與粉碎機的組合形式：

假設將任意一組顆粒進行分級，在粗粒部分中未混入小于do粒度的顆粒，同時在細粒中也未混入大于do的顆粒，此時，由于do粒度的分級進行得完全，可稱為理想的分級。此時的分級效率為100%。實際的分級機很難達到這樣的分級狀態(tài)。二、分級效率（1）部分分級效率

圖4-1（a）中曲線a是粉末原料的粒度分布曲線，曲線b是分級后粗粒部分的粒度分布曲線。設粒度d和d+Δd區(qū)間的原料重量為Wa，同區(qū)間的粗粒的重量為Wb，則Wb/Wa=ηd稱為部分分級效率，又叫區(qū)間回收率。

以顆粒粒度為橫坐標，以部分分級效率為縱坐標可繪出圖4-1（b）所示的曲線C，C曲線即叫做部分分級效率曲線。

部分分級效率曲線越陡，其分級效率越高，反之，分級效率越低。圖4-1部分分級效率曲線

ηd=50%的顆粒粒徑稱為分級粒徑，它表示該粒級在粗、細產品中的分配各占一半。粒徑大于分級粒徑的各粒級在粗粉中的分配率大于50%，反之，粒徑小于分級粒徑的各粒級在粗粉中的分配率小于50%。

（2）牛頓分級效率

將某一粒度分布的粉粒用分級機進行二分，令大粒部分名為粗粒級，小粒部分為細粒級，則牛頓分級效率的綜合表達形式為：

（4-1）牛頓效率實用式：

牛頓效率的物理意義為實際分級機達到理想分級的質量比。

a-原料中實有的粗粒級比率（質量百分數(shù)）；b-粗粒級中實有的粗粒比率；C-細粒部分中實有的粗粒比率。

（3）分級精度（S）

通常是根據部分分級效率曲線，取部分分級效率為75%和25%的粒度d75和d25表示。S=d75/d25或者S=d25/d75當粒度分布較寬時，分級精度可用下式表示：S=d90/d10或S=d10/d90當粒度分布較小時，分級精度可用下式表示：S=（d90-d10）/d50

對于理想分級，S＝1，實際分級時，S值越接近于1，其分級精度越高。

第二節(jié)篩分

一、概述

（一）篩分定義

把固體顆粒置于具有一定大小孔徑或縫隙的篩面上，使通過篩孔的成為篩下料，被截留在篩面上的成為篩上料，這種分級方法稱為篩分。（二）篩分分類

按物料含水分的不同分類：

篩分干法篩分濕法篩分按篩面結構分類：有格子篩（柵篩