生产过程原理第二章粉体制备

1、 材料的性能主要由材料的材料的性能主要由材料的组成组成和显微和显微结构结构决定。决定。显微结构，尤其是无机非金属材料在烧结过程中所形显微结构，尤其是无机非金属材料在烧结过程中所形成的显微结构，在很大程度上由所采用原料的成的显微结构，在很大程度上由所采用原料的粉体粉体的的特性所决定，如粉体的粒度，形状，粒度分布和比表特性所决定，如粉体的粒度，形状，粒度分布和比表面等性质。面等性质。 一、粉碎的涵义一、粉碎的涵义 粉碎粉碎：固体物料在外力（通常是机械力）作用下，：固体物料在外力（通常是机械力）作用下，克服分子间的内聚力，使固体物料外观尺寸由大变小，克服分子间的内聚力，使固体物料外观尺寸由大变小，物

2、料的比表面积由小变大的过程。物料的比表面积由小变大的过程。 通常进厂的原料块度较大，要得到达到工艺要求的通常进厂的原料块度较大，要得到达到工艺要求的粒度和分布粒度和分布需要粉碎。需要粉碎。第二章第二章 粉体制备粉体制备 物料的粉碎通常是在破碎机和粉磨机内进行的，物料的粉碎通常是在破碎机和粉磨机内进行的，所以，按物料粉碎的粗细程度，又划分为所以，按物料粉碎的粗细程度，又划分为破碎破碎和和粉磨粉磨两个过程。两个过程。二、粉碎的目的和意义二、粉碎的目的和意义 粉碎的粉碎的目的目的在于减小固体物料的尺寸，使之变成在于减小固体物料的尺寸，使之变成颗粒体（或称粉体）。其颗粒体（或称粉体）。其意义意义在于：

3、在于： 1 1 有利于不同组分的分离，选矿及除去原料中有利于不同组分的分离，选矿及除去原料中的杂质；的杂质； 2 2 粉碎使固体物料颗粒化，将具有某些流体性粉碎使固体物料颗粒化，将具有某些流体性质，而具有良好的流动性，因而有利于物料的输送及质，而具有良好的流动性，因而有利于物料的输送及给料控制；给料控制； 3. 3.减少固体颗粒尺寸，提高分散度，因而使之容减少固体颗粒尺寸，提高分散度，因而使之容易和流体或气体作用，有利于均匀混合，促进制品的易和流体或气体作用，有利于均匀混合，促进制品的均质化；均质化； 4.4.把固体物料加工成为多种粒级的颗粒料，采用把固体物料加工成为多种粒级的颗粒料，采用多级

4、颗粒级配，可以获得紧密堆积，因而有利于提高多级颗粒级配，可以获得紧密堆积，因而有利于提高制品的密度，而且粉碎加工可破坏封闭气孔，也有利制品的密度，而且粉碎加工可破坏封闭气孔，也有利于提高制品的密度；于提高制品的密度； 5.5.颗粒尺寸愈小，其比表面积也就愈大，表面能颗粒尺寸愈小，其比表面积也就愈大，表面能也愈大，因而可促进物理化学反应速度，促进陶瓷和也愈大，因而可促进物理化学反应速度，促进陶瓷和耐火材料的烧结，提高水泥的水化活性，加速玻璃配耐火材料的烧结，提高水泥的水化活性，加速玻璃配合料的熔化速度。合料的熔化速度。三、破碎的概念三、破碎的概念 对块状固体物料施用机械作用，克服物质的内聚对块状

5、固体物料施用机械作用，克服物质的内聚力，使之由力，使之由大块状大块状物料转变为物料转变为小块状小块状物料的物理作业物料的物理作业过程。过程。 破碎（破碎（crushingcrushing）四、破碎的方式四、破碎的方式a:a:挤压、挤压、 b:b:劈裂、劈裂、 c:c:折断、折断、 d:d:磨剥、磨剥、 e:e:冲击冲击1 1、挤压、挤压 使被破碎的物料达到它的压碎强度极限而被破坏。使被破碎的物料达到它的压碎强度极限而被破坏。 压碎是将物料置于两破碎表面之间并施加压力，适压碎是将物料置于两破碎表面之间并施加压力，适合于硬质和大块物料的粗、中碎。合于硬质和大块物料的粗、中碎。2 2、劈裂、劈裂 物

6、料受到两个楔形工作体的作用而粉碎（在支物料受到两个楔形工作体的作用而粉碎（在支点间施力）。点间施力）。3 3、折断、折断 物料受弯曲作用而被粉碎。物料受弯曲作用而被粉碎。4 4、磨剥、磨剥 物料在两个工作面间，受一定的剪切力的作用而物料在两个工作面间，受一定的剪切力的作用而被破碎。被破碎。适合于韧性物料和小块物料的细磨。适合于韧性物料和小块物料的细磨。5 5、冲击、冲击击碎是使物料在瞬间受到外来的冲击力作用而破碎。击碎是使物料在瞬间受到外来的冲击力作用而破碎。适合于脆性物料的中、细碎和磨碎适合于脆性物料的中、细碎和磨碎 。 不同形式的粉碎机械，破碎物料的方法不同，在不同形式的粉碎机械，破碎物料

7、的方法不同，在一台粉碎机中，也不是单纯使用一种方法，而是往往一台粉碎机中，也不是单纯使用一种方法，而是往往使用两种或两种以上的方法结合起来进行破碎的。使用两种或两种以上的方法结合起来进行破碎的。 根据物料的性质、粒度以及需要破碎的程度来选根据物料的性质、粒度以及需要破碎的程度来选用适当的粉碎方法。用适当的粉碎方法。 对于强度大的物料，粗、中碎，宜采用挤压法；对于强度大的物料，粗、中碎，宜采用挤压法； 对于脆性的破碎，宜采用冲击法或者劈裂法；对于脆性的破碎，宜采用冲击法或者劈裂法； 韧性物料宜采用压碎和研磨；韧性物料宜采用压碎和研磨； 粉磨时大都采用磨剥法和冲击法；粉磨时大都采用磨剥法和冲击法；

8、 对粘湿物料采用磨剥法或配以冲击法。对粘湿物料采用磨剥法或配以冲击法。 冲击法应用范围较广，可用于破碎和粉磨。冲击法应用范围较广，可用于破碎和粉磨。五、破碎比五、破碎比 如何定量描述固体物料经某一破碎机械破碎后，如何定量描述固体物料经某一破碎机械破碎后，颗粒尺寸大小变化的参数颗粒尺寸大小变化的参数 破碎比破碎比 破碎比可真实地反映破碎后物料的破碎程度，并破碎比可真实地反映破碎后物料的破碎程度，并能近似地反映破碎机械的作业性能。能近似地反映破碎机械的作业性能。破碎比：破碎比：原料和破碎产品的粒度之比。原料和破碎产品的粒度之比。i=di=di i/d/do o 平均破碎比：平均破碎比：破碎前后物料

9、的平均粒径之比。破碎前后物料的平均粒径之比。公称破碎比：公称破碎比：破碎机的进料口宽度与出料口宽度之比。破碎机的进料口宽度与出料口宽度之比。多台破碎设备串联作业，形成多台破碎设备串联作业，形成多级破碎多级破碎流程：流程：总破碎比总破碎比：各级破碎设备破碎比的连乘积。：各级破碎设备破碎比的连乘积。iij 六、破碎设备六、破碎设备 颚式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、锤式颚式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机和笼式破碎机。破碎机、反击式破碎机和笼式破碎机。1 1、颚式破碎机、颚式破碎机鄂式破碎机鄂式破碎机鄂式破碎机的工作原理示意图鄂式破碎机的工作原理示意图 特点：构造简单

10、，使用、维护、检修容易，工作特点：构造简单，使用、维护、检修容易，工作安全可靠，安全可靠， 破碎物料广；但间歇式工作，有空转行破碎物料广；但间歇式工作，有空转行程，增加非生产性的能耗，破碎比不大，冲击，振动程，增加非生产性的能耗，破碎比不大，冲击，振动剧烈，噪音大，基础笨重，剧烈，噪音大，基础笨重， 可塑性物料或粘性物料可塑性物料或粘性物料易于堵塞出料口易于堵塞出料口，过硬物料过硬物料“楔死楔死”造造 成过载或停成过载或停车车。 用途：它广泛地用于各种块状用途：它广泛地用于各种块状硬质硬质物料的粗碎和物料的粗碎和中碎，中碎， 也有用小型鄂式破碎机进行细碎的。也有用小型鄂式破碎机进行细碎的。2

11、2、圆锥破碎机、圆锥破碎机工作原理工作原理: : 活动圆锥沿着固定圆活动圆锥沿着固定圆锥表面作偏旋运动。靠拢锥表面作偏旋运动。靠拢固定圆锥的地方，该处物固定圆锥的地方，该处物料就受到活动圆锥的挤压料就受到活动圆锥的挤压和磨削作用而破碎。离开和磨削作用而破碎。离开固定圆锥的地方，已被破固定圆锥的地方，已被破碎的物料由于重力和离心碎的物料由于重力和离心力作用就从锥底排料口卸力作用就从锥底排料口卸出。出。 适用于中碎和细碎各种不同硬度的物料。适用于中碎和细碎各种不同硬度的物料。 特点：粉碎比高，效率较高，能耗较小，特点：粉碎比高，效率较高，能耗较小，产品粒产品粒度均匀度均匀， 适合于破碎各种硬度的物

12、料适合于破碎各种硬度的物料，构造复杂，构造复杂，投资费用高，投资费用高， 检修维护比较困难。检修维护比较困难。 3 3、辊式破碎机、辊式破碎机对辊破碎机对辊破碎机工作原理：工作原理： 一对相对转动的辊子，加到两个辊子上的物料，一对相对转动的辊子，加到两个辊子上的物料，由于与辊子表面之间的摩擦作用而被带入两辊的缝隙由于与辊子表面之间的摩擦作用而被带入两辊的缝隙中，受到挤压而破碎；已被破碎的物料被转动的辊子中，受到挤压而破碎；已被破碎的物料被转动的辊子推出，向下卸落。推出，向下卸落。 连续作业，强制卸料，粉碎粘湿的物料也不堵塞。连续作业，强制卸料，粉碎粘湿的物料也不堵塞。 两个辊子间的距离大小决定

13、产品的粒度。两个辊子间的距离大小决定产品的粒度。双辊双辊单辊单辊四辊四辊双辊齿面双辊齿面 适用于适用于中等硬度物料中等硬度物料的中碎和细碎作业，也可作的中碎和细碎作业，也可作于于破碎潮湿的粘性物料。破碎潮湿的粘性物料。 适合于粘土熟料，镁砂，白云石，硅石，高铝熟适合于粘土熟料，镁砂，白云石，硅石，高铝熟料及废砖等。料及废砖等。 特点：辊式破碎机结构简单，维修容易，调节方特点：辊式破碎机结构简单，维修容易，调节方便，而且产品过粉碎少，但破碎比和生产能力小，设便，而且产品过粉碎少，但破碎比和生产能力小，设备重量较大，安装占地也较大，备重量较大，安装占地也较大，辊子磨损不均匀辊子磨损不均匀。4 4、

14、锤式破碎机、锤式破碎机单转子锤式破碎机单转子锤式破碎机工作原理及分类工作原理及分类 通过高速旋转的锤子对料块的冲击进行破碎。由于通过高速旋转的锤子对料块的冲击进行破碎。由于各种脆性材料的抗冲击性差，因此，在此作用原理上，各种脆性材料的抗冲击性差，因此，在此作用原理上，这种破碎机式比较合理的。这种破碎机式比较合理的。 生产能力大，破碎比高，可达生产能力大，破碎比高，可达101015 15 ，适用于脆，适用于脆性物料的二级破碎，也用于煤和熟料的破碎。性物料的二级破碎，也用于煤和熟料的破碎。 此破碎机主要以冲击兼剥磨左右粉碎物料，由于此破碎机主要以冲击兼剥磨左右粉碎物料，由于设有箅条筛，设有箅条筛，

15、排料粒度均匀、过粉碎物少排料粒度均匀、过粉碎物少、能耗低等、能耗低等优点，但由于锤头优点，但由于锤头磨损较快磨损较快，在硬物料破碎的应用上，在硬物料破碎的应用上受到了限制；另外由于篦条怕堵塞，受到了限制；另外由于篦条怕堵塞，不宜于用它破碎不宜于用它破碎湿度大和含粘土的物料湿度大和含粘土的物料。 这种破碎机通常用来破碎石灰石、页岩、煤炭、这种破碎机通常用来破碎石灰石、页岩、煤炭、石膏、白垩等石膏、白垩等中硬以下的脆性物料中硬以下的脆性物料。5 5、反击式破碎机、反击式破碎机 工作原理及分类工作原理及分类 利用板锤的高速冲击和反击板的回弹作用使物利用板锤的高速冲击和反击板的回弹作用使物料受到反复冲

16、击而破碎的机械。料受到反复冲击而破碎的机械。 与锤式破碎机相比与锤式破碎机相比, ,反击式破碎机的破碎比更大反击式破碎机的破碎比更大, ,并能更充分地利用整个转子的高速冲击能量。并能更充分地利用整个转子的高速冲击能量。 但由于板锤但由于板锤极易磨损极易磨损，它在硬物料破碎的应用上，它在硬物料破碎的应用上也受到限制，通常用来粗碎、中碎或细碎石灰石、煤、也受到限制，通常用来粗碎、中碎或细碎石灰石、煤、电石、石英、白云石、硫化铁矿石、石膏和化工原料电石、石英、白云石、硫化铁矿石、石膏和化工原料等等中硬以下的脆性物料中硬以下的脆性物料。6 6、笼式破碎机（粉碎机）、笼式破碎机（粉碎机） 笼式粉碎机又称

17、笼型碾，其作用原理如图：笼式粉碎机又称笼型碾，其作用原理如图： 由于物料在笼式粉碎机内受钢杆多次反复打击，由于物料在笼式粉碎机内受钢杆多次反复打击，所以它的粉碎比也较大，一般为所以它的粉碎比也较大，一般为30-4030-40左右。左右。 特点：体积小、质量轻、结构简单、容易密闭、特点：体积小、质量轻、结构简单、容易密闭、维修方便、生产能力大，维修方便、生产能力大，对湿度变化的反应较小，以对湿度变化的反应较小，以及便于清洗及便于清洗。 但是，部件但是，部件磨损大磨损大，尤其是钢杆的使用受命短。，尤其是钢杆的使用受命短。 笼式粉碎机笼式粉碎机适合于粉碎较软的物料适合于粉碎较软的物料，如煤、砂岩，如

18、煤、砂岩等。等。第二节第二节 粉磨粉磨 粉磨作业的原料粒度一般在粉磨作业的原料粒度一般在101020mm20mm左右，其产左右，其产品的粒度则视具体的工艺要求而定，通常为数十微米，品的粒度则视具体的工艺要求而定，通常为数十微米，最细可至最细可至2 23 3 m m。一、球磨机的工作原理、特点及类型一、球磨机的工作原理、特点及类型 球磨机球磨机是工业上广泛使用的粉磨机械，能够粉磨各是工业上广泛使用的粉磨机械，能够粉磨各种硬度的物料。种硬度的物料。圆锥球磨机圆锥球磨机 中心转动节能球磨机中心转动节能球磨机 小型球磨机小型球磨机基本原理基本原理 当球磨机筒体以适宜的速度回转时，研磨体在惯当球磨机筒体

19、以适宜的速度回转时，研磨体在惯性离心力和摩擦力的作用下，随筒壁上升到一定的高性离心力和摩擦力的作用下，随筒壁上升到一定的高度，然后抛落下来，使物料受到研磨和冲击而被磨碎。度，然后抛落下来，使物料受到研磨和冲击而被磨碎。 球磨机对物料的球磨机对物料的粉磨作用粉磨作用主要是研主要是研磨体对物料的磨体对物料的碰击碰击与与研磨研磨，在不同的球，在不同的球磨机转速下，研磨体的运动形式有所不磨机转速下，研磨体的运动形式有所不同：同： 1 1、泻落式运动状态（、泻落式运动状态（倾斜态倾斜态）：当球磨机的转速很低时，）：当球磨机的转速很低时，研磨体向下滚动泻落，球磨机主要以研磨方式进行工作，效率较研磨体向下滚

20、动泻落，球磨机主要以研磨方式进行工作，效率较低。低。 2 2、抛落式运动状态（、抛落式运动状态（抛落态抛落态）：当球磨机的转速较高时，）：当球磨机的转速较高时，即以某一适宜的转速回转时，对物料产生冲击和研磨作用，效率即以某一适宜的转速回转时，对物料产生冲击和研磨作用，效率高。高。 3 3、离心式运动状态（、离心式运动状态（周转态周转态）：当球磨机转速很高时，对）：当球磨机转速很高时，对物料不产生任何粉碎作用，这时称为物料不产生任何粉碎作用，这时称为“离心状态离心状态”，效率为零。，效率为零。优点：优点： 1 1、适应性强；、适应性强；2 2、 粉碎比大，可达粉碎比大，可达300300以上；以上

21、；3 3、可湿法作业，又能干法作业；可湿法作业，又能干法作业； 4 4、 结构简单坚固；结构简单坚固；5 5、密封性好。、密封性好。不足之处：不足之处： 1 1、功耗大，效率低；、功耗大，效率低；2 2、 体型庞大；体型庞大；3 3、需配备、需配备昂贵的减速系统；昂贵的减速系统；4 4、研磨体、内衬耗量大；、研磨体、内衬耗量大；5 5、噪音、噪音大。大。球磨机的临界转速：球磨机的临界转速：n n0 0= = dr4 .4230 临界转速临界转速 ：研磨体出现离心状：研磨体出现离心状态，球磨机筒体的最低转速。态，球磨机筒体的最低转速。二、研磨体运动分析二、研磨体运动分析 球磨机的适宜转速球磨机的

22、适宜转速 理论适宜转速：使研磨体产生最大粉碎功时筒体理论适宜转速：使研磨体产生最大粉碎功时筒体转速是球磨机的最适宜转速。转速是球磨机的最适宜转速。 研磨体的脱离角研磨体的脱离角a=54a=54度度4444分时，可使最外层研磨分时，可使最外层研磨体产生最大的粉碎功：体产生最大的粉碎功：n n1 1= = drrr4 .328 .224454cos30cos30 转速比转速比 ：球磨机的最适宜转速与临界转速之比：球磨机的最适宜转速与临界转速之比 =n1/n0=32.4/42.4=32.4/42.4=0.76磨机的工作转速：磨机的工作转速：以在临界转速的以在临界转速的0.760.88倍之间为宜。倍之

23、间为宜。研磨罐最内层圆弧半径：研磨罐最内层圆弧半径：2min/250 nr研磨罐的最大填充率：研磨罐的最大填充率：理论适宜转速n=32.40d时的最大填充率=0.42三、粉磨作业流程三、粉磨作业流程 粉碎原则是不作粉碎原则是不作过粉碎过粉碎。在连续粉碎的场合下，如。在连续粉碎的场合下，如果碎物料不能及时排出而滞留在粉碎机中，会被继续粉果碎物料不能及时排出而滞留在粉碎机中，会被继续粉碎，从而超过了所要求的粒度，作了过粉碎，浪费了粉碎，从而超过了所要求的粒度，作了过粉碎，浪费了粉碎功，降低了粉碎效率。碎功，降低了粉碎效率。 水泥生产过程中，合理地选折粉磨系统（作业流水泥生产过程中，合理地选折粉磨系

24、统（作业流程），对提高产量和降低电耗，都有着十分重要的意义。程），对提高产量和降低电耗，都有着十分重要的意义。 开路和闭路两种。开路和闭路两种。 开路系统开路系统无分级设备，物料一次通过磨机即成为无分级设备，物料一次通过磨机即成为产品。流程简单，设备少，操作简便，基建投资少。产品。流程简单，设备少，操作简便，基建投资少。易易产生过粉磨现象产生过粉磨现象，效率低，电耗高，产量低。，效率低，电耗高，产量低。 闭路系统闭路系统配有分级设备，出磨物料须经分级设备配有分级设备，出磨物料须经分级设备分选，合格细粉为产品，粗粉返回磨内重磨。可以消除分选，合格细粉为产品，粗粉返回磨内重磨。可以消除过粉磨现象，

25、提高粉磨效率和产量。流程复杂，设备多，过粉磨现象，提高粉磨效率和产量。流程复杂，设备多，基建投资大，操作管理复杂。基建投资大，操作管理复杂。 循环负荷率循环负荷率k k：在闭路系统中，分级机的回料量：在闭路系统中，分级机的回料量t t与与成品量成品量q q之比，一般在之比，一般在5050300300 对球磨机而言，循环负对球磨机而言，循环负荷率与磨机长度有关，磨机荷率与磨机长度有关，磨机越长，则出磨物料越细，循越长，则出磨物料越细，循环负荷率就越低。环负荷率就越低。 由粉碎理论知，随着物料尺寸变小，表面积增大，由粉碎理论知，随着物料尺寸变小，表面积增大，所需耗费的能量也增加。所需耗费的能量也增

26、加。 此外，对于球磨机这一类低频率下工作的机械，此外，对于球磨机这一类低频率下工作的机械，物料达到一定细度后，包附在研磨体表面的粉料形成物料达到一定细度后，包附在研磨体表面的粉料形成弹性垫衬，大大降低粉磨效果，因此，当粉料达到弹性垫衬，大大降低粉磨效果，因此，当粉料达到6060微米的细度后，再用这些低频工作的方法细磨，效率微米的细度后，再用这些低频工作的方法细磨，效率较低，电耗很大，十分不经济。较低，电耗很大，十分不经济。超细粉：超细粉： 1010 m m以下的粉体物料，甚至纳米数量级的微粉。以下的粉体物料，甚至纳米数量级的微粉。 机械式和流能式两类。机械式和流能式两类。 机械式粉碎机：振动磨

27、机、搅拌磨机、行星磨、机械式粉碎机：振动磨机、搅拌磨机、行星磨、胶体磨、冲击磨等。胶体磨、冲击磨等。流能式超细磨：气流磨。流能式超细磨：气流磨。五、超细磨机五、超细磨机、振动磨、振动磨 碰撞、挤压及研磨，产品粒度可细至数微米。碰撞、挤压及研磨，产品粒度可细至数微米。 特点：适应性强，可用于干磨也可用于湿磨；可以粉碎各特点：适应性强，可用于干磨也可用于湿磨；可以粉碎各种软的及硬的物料；可以得到较细的产品，干法可将最大粒径种软的及硬的物料；可以得到较细的产品，干法可将最大粒径 为为1-2mm1-2mm的物料磨至的物料磨至2um2um，湿法可粉磨至，湿法可粉磨至5-0.15-0.1微米；研磨体装载微

28、米；研磨体装载量大，通常占磨筒容积的量大，通常占磨筒容积的70-85%70-85%；电耗少；结构简单，紧凑；电耗少；结构简单，紧凑；但弹簧在高频下振动，易疲劳损坏，使用寿命但弹簧在高频下振动，易疲劳损坏，使用寿命600-800600-800小时小时, ,颗颗粒球形度不好粒球形度不好。 、搅拌磨、搅拌磨 又称摩擦磨、砂磨又称摩擦磨、砂磨。原理原理 由筒体、螺旋搅拌器、传动装置和机架等组成。由筒体、螺旋搅拌器、传动装置和机架等组成。磨矿介质和物料在筒体内作整体的多维循环运动和自磨矿介质和物料在筒体内作整体的多维循环运动和自转运动，物料在磨矿介质重量压力与旋回转共同产生转运动，物料在磨矿介质重量压力

29、与旋回转共同产生的摩擦、挤压、剪切和冲击力的作用下，被粉碎。的摩擦、挤压、剪切和冲击力的作用下，被粉碎。特点特点 1 1、可将物料粉磨至、可将物料粉磨至1m1m或更细；或更细； 2 2、与卧式球磨机相比节能、与卧式球磨机相比节能50%50%以上；以上； 3 3、效率是卧式球磨机的、效率是卧式球磨机的1010倍以上；倍以上； 4 4、产品粒度可调节，、产品粒度可调节，颗粒球形度好，但杂质多颗粒球形度好，但杂质多；可间歇、循环、连续生产；可间歇、循环、连续生产； 5 5、噪声低，振动小；、噪声低，振动小； 6 6、结构简单，操作维护方便，占地面积少。、结构简单，操作维护方便，占地面积少。 适用于软

30、至中硬物料的粉碎，研磨介质钢球或瓷适用于软至中硬物料的粉碎，研磨介质钢球或瓷球，多采用湿法，进料粒度球，多采用湿法，进料粒度0.150.15毫米左右。毫米左右。、行星磨、行星磨工作原理工作原理 在旋转盘的圆周上，装有个即随在旋转盘的圆周上，装有个即随转盘公转又做高速自转的球磨罐。在球转盘公转又做高速自转的球磨罐。在球磨罐做公转加高速自转的作用下，球磨磨罐做公转加高速自转的作用下，球磨罐内的研磨球在惯性力的作用下对物料罐内的研磨球在惯性力的作用下对物料形成很大的高频冲击、磨擦力，对物料形成很大的高频冲击、磨擦力，对物料进行快速细磨。进行快速细磨。 n 进料粒度：进料粒度：980 m左右；出料粒度

31、：小于左右；出料粒度：小于74 m (最小粒最小粒 度可达度可达0.5m)。n 制备的制备的粉末球形度较好，但产量低粉末球形度较好，但产量低。n 球磨罐转速快球磨罐转速快(不为罐体尺寸所限制不为罐体尺寸所限制)，球磨效率高。，球磨效率高。n 公转：公转：37250 r/min，自转，自转78527 r/min。4 4、气流磨、气流磨原理：原理： 气流粉碎机利用气体（压缩空气或过热蒸气）气流粉碎机利用气体（压缩空气或过热蒸气）作为能源，高速喷射进入粉碎室内，带动干燥的粗作为能源，高速喷射进入粉碎室内，带动干燥的粗物料作高速运动，高速运动的物料颗粒由于互相之物料作高速运动，高速运动的物料颗粒由于互

32、相之间发生剧烈的碰撞和摩擦作用下被粉碎。间发生剧烈的碰撞和摩擦作用下被粉碎。流化床式气流磨流化床式气流磨 结构形式结构形式 进料粒度约在进料粒度约在0.1 mm0.1 mm之间，之间， 出料细度可达出料细度可达 m m左右。左右。n优点：优点：不需要任何固体研磨介质不需要任何固体研磨介质，故可以保证物料，故可以保证物料的纯度；在粉碎过程中，颗粒能自动分级，粒度较均的纯度；在粉碎过程中，颗粒能自动分级，粒度较均匀；匀；能够连续操作能够连续操作，有利于生产自动化。，有利于生产自动化。n缺点是耗电量大，附属设备多；干磨时，噪音和粉缺点是耗电量大，附属设备多；干磨时，噪音和粉尘都较大。尘都较大。第三节

33、第三节 分级分级一、概述一、概述 分级分级（separationseparation）是对由不同粒径的颗粒构成的）是对由不同粒径的颗粒构成的松散物料按粒度大小进行分选的一种单元操作。松散物料按粒度大小进行分选的一种单元操作。 将固体颗粒物料按其大小进行分级的操作通常有将固体颗粒物料按其大小进行分级的操作通常有筛筛分和流体分级分和流体分级。 利用具有一定大小孔径的筛面，将固体颗粒物料，利用具有一定大小孔径的筛面，将固体颗粒物料，按粒径大小进行分级的操作称为按粒径大小进行分级的操作称为筛分筛分。 利用流体作用，将固体颗粒物料，按其大小进行分利用流体作用，将固体颗粒物料，按其大小进行分级的操作称为级

34、的操作称为流体分级流体分级。 筛分一般适用于较粗的物料，通常与破碎作业配筛分一般适用于较粗的物料，通常与破碎作业配合；合； 流体分级作业通常与粉磨作业配合使用。流体分级作业通常与粉磨作业配合使用。二、筛分分级二、筛分分级 干法筛分干法筛分：非粘性或粒度较粗的干物料多采用；：非粘性或粒度较粗的干物料多采用； 湿法筛分湿法筛分：对潮湿及夹带泥质的物料，或粒度较：对潮湿及夹带泥质的物料，或粒度较细的物料多采用。细的物料多采用。 筛面材质多为低碳钢、锰钢等金属筛面材质多为低碳钢、锰钢等金属; ; 橡胶筛面、橡胶筛面、聚氨酯合成材料筛面。聚氨酯合成材料筛面。棒条筛棒条筛冲孔板筛冲孔板筛编织网筛编织网筛分

35、类：分类： 筛面有效面积筛面有效面积： 筛孔总净面积和筛面面积之比。筛孔总净面积和筛面面积之比。 有效面积越大，筛分效率越高。有效面积越大，筛分效率越高。 通过筛孔概率：通过筛孔概率： （）（）（）（） d d越接近筛孔尺寸越接近筛孔尺寸a a，通过的概率，通过的概率越小；越小； 粒度为（粒度为（0.70.71.11.1）a a的颗粒为的颗粒为难难筛颗粒。筛颗粒。三、流体分级三、流体分级 流体分级流体分级是根据尺寸不同的固体颗粒在流体介质是根据尺寸不同的固体颗粒在流体介质中的沉降速度不同而进行分级。这种分级方法不仅对中的沉降速度不同而进行分级。这种分级方法不仅对粗颗粒进行分级，而且对细颗粒的分

36、级，其效率比任粗颗粒进行分级，而且对细颗粒的分级，其效率比任何筛机都高。何筛机都高。 此外，由于尺寸虽然相同但是密度不同的固体颗此外，由于尺寸虽然相同但是密度不同的固体颗粒，在流体介质中的沉降速度也是不同的，故在分级粒，在流体介质中的沉降速度也是不同的，故在分级的同时可按物料的密度不同进行分级，从而把混在原的同时可按物料的密度不同进行分级，从而把混在原料中的有害杂质除去，提高原料质量。料中的有害杂质除去，提高原料质量。 常用的流体介质是常用的流体介质是空气和水空气和水，分，分干法和湿法干法和湿法两两类，干法以空气或其它气体作工作介质，湿法以水作类，干法以空气或其它气体作工作介质，湿法以水作工作

37、介质。工作介质。 干法干法流体分级设备流体分级设备有：重力式分级机、粗分级有：重力式分级机、粗分级机、离心式分级机、旋风式分级机、螺旋分级机、圆机、离心式分级机、旋风式分级机、螺旋分级机、圆锥分级机；锥分级机； 湿法：水力旋流分级机等。湿法：水力旋流分级机等。粗分级机粗分级机第四节第四节 超微粉合成超微粉合成 超微粉粒度一般为超微粉粒度一般为1 1100nm100nm左右（纳米粒子），左右（纳米粒子），具有与原固体显著不同的性质。具有与原固体显著不同的性质。粉体制备方法：粉体制备方法：粉碎法粉碎法和和合成法。合成法。 粉碎法是粉碎法是由粗颗粒来获得细粉的方法，制粉得到由粗颗粒来获得细粉的方法，

38、制粉得到1 1微米以下的粉料较为困难，能耗大，微米以下的粉料较为困难，能耗大， 效率低，杂质效率低，杂质易于混入，粒子易于变形。易于混入，粒子易于变形。 物理工艺物理工艺主要为构筑法，通过各元素的原子、分主要为构筑法，通过各元素的原子、分子的成核核长大生成超微粉。子的成核核长大生成超微粉。 化学工艺化学工艺的制备过程以化学反应为主。的制备过程以化学反应为主。 特点：纯度、粒度可控、均匀性好，颗粒微细，特点：纯度、粒度可控、均匀性好，颗粒微细，并可实现颗粒在分子水平上的复合、均化。并可实现颗粒在分子水平上的复合、均化。 合成法包括：物理工艺和化学工艺。合成法包括：物理工艺和化学工艺。 合成法合成

39、法是由离子、原子、分子通过反应、成核和是由离子、原子、分子通过反应、成核和成长、收集、后处理来获得微细颗粒的方法。成长、收集、后处理来获得微细颗粒的方法。物理气相沉积法物理气相沉积法（physical vapor deposition，pvd） 又叫蒸发又叫蒸发- -凝聚法，是指将希望制备的物质用物理凝聚法，是指将希望制备的物质用物理方法转移到气相，然后在基体表面沉积生成涂层方法转移到气相，然后在基体表面沉积生成涂层/ /粉体粉体的方法。的方法。 具体过程：将原料加热至高温具体过程：将原料加热至高温( (用电弧用电弧或等离子流等加热或等离子流等加热) )，使之气化，接着在具，使之气化，接着在具

40、有很大温度梯度的环境中急冷，凝聚成微粒有很大温度梯度的环境中急冷，凝聚成微粒状物料，这一过程不伴随化学反应。状物料，这一过程不伴随化学反应。 采用这种方法能制得颗粒直径在采用这种方法能制得颗粒直径在2nm2nm100nm100nm范围的微粉；适于制备单一氧化物、范围的微粉；适于制备单一氧化物、复合氧化物、碳化物或金属的微粉。复合氧化物、碳化物或金属的微粉。从气相析出的固从气相析出的固体的各种形态体的各种形态 1 1、固相反应法、固相反应法 以固态物质为出发原料来制备粉末的方法，至少以固态物质为出发原料来制备粉末的方法，至少含一种固态物质。含一种固态物质。 一般是将单质、盐或氧化物按一定比例充分

41、混合，一般是将单质、盐或氧化物按一定比例充分混合，研磨后进行煅烧，通过固相反应直接制备超微粉或者研磨后进行煅烧，通过固相反应直接制备超微粉或者再次粉碎制得超微粉。再次粉碎制得超微粉。 主要进行化合反应、热分解反应以及氧化还原反主要进行化合反应、热分解反应以及氧化还原反应。应。 热分解反应法热分解反应法 热分解反应基本形式热分解反应基本形式(s(s代表固相，代表固相，g g代表气相代表气相) )： sls2sls2十十g1 g1 很多金属的硫酸盐、硝酸盐等，都可以通过热分解很多金属的硫酸盐、硝酸盐等，都可以通过热分解法而获得特种陶瓷用氧化物粉末。法而获得特种陶瓷用氧化物粉末。 如将硫酸铝铵（如将

42、硫酸铝铵（alal2 2(nh(nh4 4) )2 2(so(so4 4) )4 424h24h2 2o o）在空气中）在空气中进行热分解，即可制备出进行热分解，即可制备出alal2 2o o3 3粉末。粉末。 化合反应法化合反应法 两种或两种以上的固体粉末，经混合后在一定两种或两种以上的固体粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随气体逸出。化合反应的基本形式：时也伴随气体逸出。化合反应的基本形式： a(s)+b(s)c(s)+d(g)a(s)+b(s)c(s)+d(g) 钛酸钡粉末、尖晶石粉末、莫来石粉末的合成钛酸钡

43、粉末、尖晶石粉末、莫来石粉末的合成都是化学反应法：都是化学反应法： baco baco3 3+tio+tio2 2batiobatio3 3+co+co2 2 al al2 2o o3 3+mgomgalo+mgomgalo4 4 3al 3al2 2o o3 3+2sio+2sio2 23al3al2 2o o3 32sio2sio2 2 氧化还原法氧化还原法 非氧化物特种陶瓷的原料粉末多采用氧化物还原方非氧化物特种陶瓷的原料粉末多采用氧化物还原方法制备。或者还原碳化，或者还原氮化。如法制备。或者还原碳化，或者还原氮化。如sicsic、sisi3 3n n4 4等粉末的制备。等粉末的制备。

44、sicsic粉末的制备：将粉末的制备：将siosio2 2与碳粉混合，在与碳粉混合，在1460146016001600的加热条件下，逐步还原碳化。其大致历程如下：的加热条件下，逐步还原碳化。其大致历程如下： siosio2 2 + c sio+co + c sio+co sio + 2c sic+co sio + 2c sic+co sio + c sio + c si+co si+co si + c si + c sic sic si si3 3n n4 4粉末的制备：粉末的制备： 在在n n2 2条件下，通过条件下，通过siosio2 2与与c c的还原的还原- -氮化。反应温度在氮化。反

45、应温度在16001600附近。其基本反应如下：附近。其基本反应如下： 3sio3sio2 2+6c+2n+6c+2n2 2 si si3 3n n4 4+6co+6co固相法通常具有以下固相法通常具有以下特点特点： 1 1）固相反应一般包括物质在相界面上的反应和物）固相反应一般包括物质在相界面上的反应和物质迁移两个过程。质迁移两个过程。 2 2）一般需要在高温下进行。）一般需要在高温下进行。 3 3）整个固相反应速度由最慢的速度所控制。）整个固相反应速度由最慢的速度所控制。 4 4）固相反应的反应产物具阶段性：原料）固相反应的反应产物具阶段性：原料最初产最初产物物中间产物中间产物最终产物。最终

46、产物。 5)5)固相法制备超微粉比较简单，但生成的粉末易于固相法制备超微粉比较简单，但生成的粉末易于结团，经常需要二次粉碎，成本较高。结团，经常需要二次粉碎，成本较高。2 2、液相法、液相法 液相法是目前实验室和工业上最为广泛的合成液相法是目前实验室和工业上最为广泛的合成超微粉体材料的方法。超微粉体材料的方法。 与固相法比较，液相法可以在反应过程中利用多与固相法比较，液相法可以在反应过程中利用多种精制手段；另外，通过所得到的超微沉淀物，很容种精制手段；另外，通过所得到的超微沉淀物，很容易制取各种反应活性好的超微粉体材料。易制取各种反应活性好的超微粉体材料。1 1、冷冻干燥法、冷冻干燥法 首先制

47、备含有金属离子的盐首先制备含有金属离子的盐溶液，然后将溶液雾化成微小溶液，然后将溶液雾化成微小液滴，同时进行急速冷冻使之液滴，同时进行急速冷冻使之固化，可得到冻结液滴，冻结固化，可得到冻结液滴，冻结液滴经升华将水分完全汽化，液滴经升华将水分完全汽化，成为溶质无水盐，最后在低温成为溶质无水盐，最后在低温下煅烧即可合成超微粉。下煅烧即可合成超微粉。（一）、溶剂蒸发法（一）、溶剂蒸发法 将配制好的阳离子盐溶液喷入到低温有机液体中（用干冰或将配制好的阳离子盐溶液喷入到低温有机液体中（用干冰或丙酮冷却的乙烷浴内），使液体进行瞬间冷冻和沉淀在玻璃器皿丙酮冷却的乙烷浴内），使液体进行瞬间冷冻和沉淀在玻璃器皿

48、的底部，将冷冻球状液滴和乙烷筛选分离后放入冷冻干燥器，在的底部，将冷冻球状液滴和乙烷筛选分离后放入冷冻干燥器，在维持低温降压条件下，溶剂升华、脱水，再在煅烧炉内将盐分解，维持低温降压条件下，溶剂升华、脱水，再在煅烧炉内将盐分解，可制得超细粉体，这一方法称冰冻干燥法。可制得超细粉体，这一方法称冰冻干燥法。冰冻干燥法原料及实验装置冰冻干燥法原料及实验装置（a a）冰冻装置；（）冰冻装置；（b b）真空干燥装置）真空干燥装置2 2、喷雾干燥法、喷雾干燥法 用雾化喷嘴将盐溶液处理为雾状，随即进行干燥用雾化喷嘴将盐溶液处理为雾状，随即进行干燥和捕集，捕集物可直接或经热处理后作为产物颗粒。和捕集，捕集物可

49、直接或经热处理后作为产物颗粒。 喷雾干燥法是将溶液分散成小液滴喷入热风中，喷雾干燥法是将溶液分散成小液滴喷入热风中，使之快速干燥的方法。使之快速干燥的方法。 在干燥室内，用喷雾器把混合的盐（如硫酸盐）在干燥室内，用喷雾器把混合的盐（如硫酸盐）水溶液雾化成水溶液雾化成1 1020m m或更细的球状液滴，这些液滴或更细的球状液滴，这些液滴在经过燃料燃烧产生的热气体时被快速干燥，得到类在经过燃料燃烧产生的热气体时被快速干燥，得到类似中空球的圆粒粉料，并且成分保持不变。似中空球的圆粒粉料，并且成分保持不变。 以以zroclzrocl2 28h8h2 2o o和和y y2 2o o3 3，为原料按化学计

50、算量配成，为原料按化学计算量配成含含3 3y y2 2o o3 3( (摩尔分数摩尔分数) )的料液，采用高速离心喷雾干燥的料液，采用高速离心喷雾干燥机制备机制备pszpsz一一3y3y干粉，然后，在干粉，然后，在800800温度下煅烧成粉温度下煅烧成粉末。末。3、喷雾热解法、喷雾热解法 喷雾热解法是将金属盐溶液喷雾至高温气氛中，喷雾热解法是将金属盐溶液喷雾至高温气氛中，溶剂蒸发和金属盐热解在瞬间同时发生，从而直接合溶剂蒸发和金属盐热解在瞬间同时发生，从而直接合成氧化物粉末的方法。该方法也称为喷雾焙烧法、火成氧化物粉末的方法。该方法也称为喷雾焙烧法、火焰喷雾法、溶液蒸发分解法焰喷雾法、溶液蒸发

51、分解法等等。 （二）、生成物沉淀法（二）、生成物沉淀法 以溶液为原料，利用沉淀或水解反应制备超微粉以溶液为原料，利用沉淀或水解反应制备超微粉的化学类方法。的化学类方法。 沉淀法沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂是在原料溶液中添加适当的沉淀剂, , 使得使得原料溶液中的阳离子形成各种形式的沉淀物原料溶液中的阳离子形成各种形式的沉淀物( (沉淀颗沉淀颗粒的大小和形状可由反应条件来控制粒的大小和形状可由反应条件来控制) )，然后再经过，然后再经过滤、洗涤、干燥，有时还需经过加热分解等工艺过程滤、洗涤、干燥，有时还需经过加热分解等工艺过程而得到超微粉。沉淀法又可分为而得到超微粉。沉淀法又可分为直接沉

52、淀法、共沉淀直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。法和均匀沉淀法。 1 1、直接沉淀法直接沉淀法 就是使溶液中的某一种金属阳离子发生化学反应就是使溶液中的某一种金属阳离子发生化学反应而形成沉淀物，其优点是容易制取高纯度的氧化物超而形成沉淀物，其优点是容易制取高纯度的氧化物超微粉。微粉。 2 2、共沉淀法共沉淀法 如果原料溶液中有多种成份阳离子，因它们以均如果原料溶液中有多种成份阳离子，因它们以均相存在于溶液中，所以经沉淀反应后，就可得到各种相存在于溶液中，所以经沉淀反应后，就可得到各种成份均一的沉淀，这就是所谓成份均一的沉淀，这就是所谓共沉淀法共沉淀法，它是制备含，它是制备含有两种以上金属元素的复

53、合氧化物超微粉的重要方法。有两种以上金属元素的复合氧化物超微粉的重要方法。希望溶液中的金属离子能同时沉淀，同时沉淀十分困难。希望溶液中的金属离子能同时沉淀，同时沉淀十分困难。 1 1、沉淀剂；、沉淀剂；2 2、phph值；值；3 3、浓度；、浓度；4 4、温度；、温度；5 5、表面活性、表面活性剂；剂；6 6、搅拌；、搅拌；7 7、洗涤、脱水、煅烧、硬团聚等。、洗涤、脱水、煅烧、硬团聚等。直接沉淀法直接沉淀法 共沉淀法共沉淀法 例：四方氧化锆或全稳定立方氧化锆的共沉淀制备。以例：四方氧化锆或全稳定立方氧化锆的共沉淀制备。以zroclzrocl2 2 8h 8h2 2o o和和y y2 2o o

54、3 3( (化学纯化学纯) )为原料来制备为原料来制备zrozro2 2-y-y2 2o o3 3的纳米粉的纳米粉体的过程如下：体的过程如下：y y2 2o o3 3用盐酸溶解得到用盐酸溶解得到yclycl3 3，然后将，然后将zroclzrocl2 28h8h2 2o o和和yclycl3 3配制成配制成定浓度的混合溶液，在其中加定浓度的混合溶液，在其中加nhnh4 4ohoh后便有后便有zr(oh)zr(oh)4 4和和y(oh)y(oh)3 3的沉淀粒子缓慢形成。反应式如的沉淀粒子缓慢形成。反应式如下：下： zroclzrocl2 2+2nh+2nh4 4oh+hoh+h2 2ozroz

55、r（ohoh）4 4+2nh+2nh4 4cl cl ycl ycl3 3+3nh+3nh4 4ohyohy（ohoh）3 3+ 3nh+ 3nh4 4clcl 得到的氢氧化物共沉淀物经洗涤、脱水、煅烧可得到具有得到的氢氧化物共沉淀物经洗涤、脱水、煅烧可得到具有很好烧结活性的很好烧结活性的zrozro2 2（y y2 2o o3 3）微粒。）微粒。 3 3、均匀沉淀法均匀沉淀法 在沉淀法中在沉淀法中, , 为避免直接添加沉淀剂产生的局部为避免直接添加沉淀剂产生的局部浓度不均匀浓度不均匀, , 可在溶液中加入某种物质可在溶液中加入某种物质, , 使之通过溶使之通过溶液中的化学反应液中的化学反应,

56、 , 缓慢地生成沉淀剂。只要控制好沉缓慢地生成沉淀剂。只要控制好沉淀剂的生成速度淀剂的生成速度, , 就可避免浓度不均匀现象就可避免浓度不均匀现象, , 使过饱使过饱和度控制在适当的范围内和度控制在适当的范围内, , 从而控制粒子的生长速度从而控制粒子的生长速度, , 获得凝聚少、纯度高的超微粉获得凝聚少、纯度高的超微粉, , 这就是这就是均匀沉淀法均匀沉淀法。 其代表性的试剂是尿素其代表性的试剂是尿素, , 它的水溶液在它的水溶液在7070左右左右发生分解反应发生分解反应: (nh: (nh2 2) )2 2co + 3hco + 3h2 2o 2nho 2nh4 4oh + cooh +

57、co2 2, , 生成的生成的nhnh4 4oh oh 起到沉淀剂的作用起到沉淀剂的作用, , 可得到金属氢氧化物可得到金属氢氧化物或碱式盐沉淀。或碱式盐沉淀。 采用氨基磺酸可制得金属硫酸盐沉淀采用氨基磺酸可制得金属硫酸盐沉淀, , 可合成球可合成球型的含水碱式硫酸铝型的含水碱式硫酸铝, , 是制备是制备alal2 2o o3 3 超微粉的原料。超微粉的原料。 4 4、化合物沉淀法、化合物沉淀法 化合物沉淀法可弥补共沉淀法的缺点，其溶液中化合物沉淀法可弥补共沉淀法的缺点，其溶液中的金属离子是以具有与配比组成相等的化学计量组成的的金属离子是以具有与配比组成相等的化学计量组成的化合物形成沉淀的，因

58、而，沉淀物一般具有在原子尺度化合物形成沉淀的，因而，沉淀物一般具有在原子尺度上的均匀组成。不过要得到最终产物，还需进行热处理，上的均匀组成。不过要得到最终产物，还需进行热处理，其组成均匀性可能由于加热过程中出现热稳定性不同的其组成均匀性可能由于加热过程中出现热稳定性不同的中间产物而受到影响。中间产物而受到影响。1 1、溶胶、溶胶- -凝胶法凝胶法 溶胶溶胶- -凝胶法是目前最常用的合成方法。凝胶法是目前最常用的合成方法。 该方法是指从金属的有机化合物或无机物的溶液该方法是指从金属的有机化合物或无机物的溶液出发，在低温下通过水解、聚合等化学反应，首先生出发，在低温下通过水解、聚合等化学反应，首先

59、生成溶胶进而形成具有一定空间结构的凝胶，然后经适成溶胶进而形成具有一定空间结构的凝胶，然后经适当热处理或减压干燥，制备出相应的粉末、薄膜和本当热处理或减压干燥，制备出相应的粉末、薄膜和本体材料的方法。具体过程如下图所示：体材料的方法。具体过程如下图所示： （三）、其他液相法（三）、其他液相法 金属醇盐：金属醇盐：m(or)n r是烷基是烷基(1) 金属与醇直接反应金属与醇直接反应m +nroh = m(or)n + h2(2)(2)金属氯化物在氨的存在下与醇反应金属氯化物在氨的存在下与醇反应mcln+ nroh+nnh3 = m(or)n + nnh4cl2na. 水解与聚合水解与聚合 水解反

60、应：水解反应：m(or)n+xh2om(oh)x(or)n-x+xroh 失水聚缩反应：失水聚缩反应：-m-oh+ho-m-m-o-m-+h2o 失醇聚缩反应：失醇聚缩反应：-m-oh+ro-m-m-o-m-+roh 形成化合物的总反应：形成化合物的总反应： m(or)n+xh2om(oh)x(or)n-x+xroh m(oh)x(or)n-xmon/2+x/2h2o+(n-x)rohb. 凝胶的形成凝胶的形成：初始粒子成核、长大、连接成键形成：初始粒子成核、长大、连接成键形成网络网络c. 凝胶的干燥凝胶的干燥d.煅烧煅烧 用用ba(oet)ba(oet)2 2和和ti(oet)ti(oet)