第四章 粉碎过程

1、1 1第四章第四章 粉碎过程粉碎过程l粉碎基本概念粉碎基本概念l粉碎原理粉碎原理l机械力化学机械力化学l粉碎设备粉碎设备2 2引言引言粉体的制备一般可以分为两类：粉体的制备一般可以分为两类：物理方法物理方法颗粒从大到小的粉碎过程颗粒从大到小的粉碎过程 机械制备法：破碎、粉磨、超细粉碎机械制备法：破碎、粉磨、超细粉碎 物理合成法：物理合成法： 蒸发冷凝、溅射法蒸发冷凝、溅射法化学合成法化学合成法颗粒从小到大的生成过程颗粒从小到大的生成过程 化学液相法、化学气相法、化学固相法化学液相法、化学气相法、化学固相法3 3一、粉碎一、粉碎1.1 粉碎：粉碎：固体物料在外力作用下，克服内聚力，固体物料在外力

2、作用下，克服内聚力， 从而使颗粒的尺寸减小，表面积增加的过程。从而使颗粒的尺寸减小，表面积增加的过程。粉碎过程的粉碎过程的实质实质：克服物料表面质点的表面张力和：克服物料表面质点的表面张力和 克服物料内部质点间的内聚力克服物料内部质点间的内聚力第一节第一节 机械制粉的基本概念机械制粉的基本概念4 4破碎破碎粉磨粉磨粗碎粗碎将物料破碎到将物料破碎到100mm左右左右中碎中碎将物料破碎到将物料破碎到30mm左右左右细碎细碎将物料破碎到将物料破碎到3mm左右左右粗磨粗磨将物料粉磨到将物料粉磨到0.1mm左右左右细磨细磨将物料粉磨到将物料粉磨到60m左右左右超细磨超细磨将物料粉磨到将物料粉磨到5m左右

3、左右粉粉碎碎l破碎：使大块物料破裂成小块物料的加工过程破碎：使大块物料破裂成小块物料的加工过程l粉磨：使小块物料破裂成细粉末物料的加工过程粉磨：使小块物料破裂成细粉末物料的加工过程1.2 破粉碎破粉碎5 5二、粉碎的目的和意义（粉体化）二、粉碎的目的和意义（粉体化）l减小粒径，增大表面积减小粒径，增大表面积l改善粉体的物理化学性能改善粉体的物理化学性能l提高粉体混合的均化效果提高粉体混合的均化效果l有利于运输、储存有利于运输、储存l有利于提高制品的性能有利于提高制品的性能6 6三、粉碎比三、粉碎比粉碎比粉碎比：定量描述固体物料经某一粉碎机械粉碎后，：定量描述固体物料经某一粉碎机械粉碎后， 颗粒

4、尺寸大小变化的参数。颗粒尺寸大小变化的参数。 粉碎比表示方法粉碎比表示方法：平均粉碎比、公称粉碎比、：平均粉碎比、公称粉碎比、 多级粉碎比多级粉碎比7 71、平均粉碎比、平均粉碎比 （i）粉碎前物料的平均直径为粉碎前物料的平均直径为D，粉碎后物料的平均直，粉碎后物料的平均直径为径为d ： iD/dl破碎机：破碎机：330；粉磨机：；粉磨机：5001000评价粉碎设备性能的指标：评价粉碎设备性能的指标：单位电耗、粉碎比单位电耗、粉碎比l粉碎作业程序粉碎作业程序l选择粉碎机械类型选择粉碎机械类型l设备大小设备大小8 82、公称粉碎比、公称粉碎比 （ i公称公称） 破碎机的最大进料口宽度与最大出料口

5、宽度之比破碎机的最大进料口宽度与最大出料口宽度之比。 i公称公称= Dmax / dmax Dmax破碎机的最大进料口宽度；破碎机的最大进料口宽度； dmax破碎机的最大出料口宽度。破碎机的最大出料口宽度。 i=（0.70.9）i公称公称9 93、多级粉碎比（、多级粉碎比（ i总总）多级粉碎：多级粉碎：多台粉碎机串联起来的粉碎过程；多台粉碎机串联起来的粉碎过程；粉碎级数粉碎级数：串联的粉碎机台数称为粉碎级数。：串联的粉碎机台数称为粉碎级数。多级粉碎比多级粉碎比（总粉碎比）：原料粒度与最终粉碎产（总粉碎比）：原料粒度与最终粉碎产 品的粒度之比。品的粒度之比。 i总总=i1i2in【例例】今有一套

6、破碎粉磨系统，一破为颚式破碎机，进料今有一套破碎粉磨系统，一破为颚式破碎机，进料平均粒度为平均粒度为350mm，出料平均粒度为，出料平均粒度为80mm，从二，从二破反击式破碎机卸出的平均粒度为破反击式破碎机卸出的平均粒度为20mm，经球磨，经球磨机粉磨得细粉平均粒度为机粉磨得细粉平均粒度为0.05mm，试分别计算平，试分别计算平均粉碎比均粉碎比i1、i2、i3 和总粉碎比和总粉碎比i。104、粉碎产品的粒度特性、粉碎产品的粒度特性111212四、粉碎方法四、粉碎方法 粉碎机械的施力作用粉碎机械的施力作用压碎压碎劈碎劈碎折断折断磨碎磨碎冲击冲击13131、挤压法、挤压法将物料置于两破碎表面之间并

7、施加压力，使被破碎将物料置于两破碎表面之间并施加压力，使被破碎的物料达到它的压碎强度极限而被破坏的物料达到它的压碎强度极限而被破坏 适合于：适合于： 硬质和大块物料的粗、中碎硬质和大块物料的粗、中碎 挤压磨、颚式破碎机挤压磨、颚式破碎机14142、冲击法、冲击法 使物料在瞬间受到外来的冲击力作用而破碎。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 锤式、反击式、冲击式破碎机、管磨机锤式、反击式、冲击式破碎机、管磨机1515锤式破碎机锤式破碎机依靠高速旋转的工件撞击和打击颗粒，并使其在转依靠高速旋转的工件撞击和打击颗粒，并使其在转子与

8、定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互子与定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击、剪切而粉碎。（中、细碎中硬质物料）强力冲击、剪切而粉碎。（中、细碎中硬质物料）16锤式破碎机锤式破碎机2.1 碰撞理论适用于冲击机理分析碰撞理论适用于冲击机理分析17两物体碰撞两物体碰撞 （粉碎体物料、物料物料）（粉碎体物料、物料物料）碰撞前：碰撞前：碰撞结束：碰撞结束： （沿质心连线）（沿质心连线）)( , 2121vvvv21 , uu冲量定量：设质点的质量为冲量定量：设质点的质量为 m，碰撞开始时的速，碰撞开始时的速度度 ，结束瞬时的速度，结束瞬时的速度 ，碰撞冲量，碰撞冲量 ，不计，不计普通力

9、的冲量，则质点动量定理的积分形式为普通力的冲量，则质点动量定理的积分形式为SvmumvuS18动量守恒：动量守恒：0)()(22112211vmvmumum2112vvuukl k=1 理想情况理想情况 完全弹性碰撞完全弹性碰撞：系统动能守恒：系统动能守恒l k=0 极限情况极限情况 非弹性碰撞或塑性碰撞：系统动能不守恒非弹性碰撞或塑性碰撞：系统动能不守恒 碰撞后系统以相同的速度运动碰撞后系统以相同的速度运动l 一般一般0k金属键金属键氢键氢键范德华键范德华键4646E）实际强度）实际强度 材料名称材料名称理论强度（理论强度（GPa）实测强度实测强度(MPa)金钢石金钢石2001800石墨石墨

10、1.415钨钨963000(拉伸的硬丝拉伸的硬丝)铁铁402000（高张力用钢丝）（高张力用钢丝）氧化镁氧化镁37100氧化钠氧化钠4.310石英玻璃石英玻璃1650材料的理论强度和实测强度材料的理论强度和实测强度 47F）影响因素）影响因素（1）强度是随施载速度而变化的动物理量）强度是随施载速度而变化的动物理量 （2）具有明显的尺寸效应）具有明显的尺寸效应 （3）随测试环境的改变而改变）随测试环境的改变而改变 各组成成分对强度的作用各组成成分对强度的作用不是叠加不是叠加的，支配整个体的，支配整个体系的系的不是各组分的平均值不是各组分的平均值，而，而是最小值是最小值 48482. 硬度硬度（莫

11、氏硬度）（莫氏硬度） l表示材料抵抗其表示材料抵抗其它物体刻划或压它物体刻划或压入其表面的能力；入其表面的能力；l在固体表面产生在固体表面产生局部变形所需的局部变形所需的能量能量 矿物矿物名称名称莫氏莫氏硬度硬度晶格能晶格能（kcal/molekcal/mole） 表面能表面能 （erg/cmerg/cm2 2）滑石滑石1-石膏石膏262040方解石方解石364880萤石萤石4638150磷灰石磷灰石51050190长石长石62700360石英石英72990780黄晶黄晶834341080刚玉刚玉937401550金刚石金刚石104000-49矿物硬度的大小，矿物硬度的大小，主要取决于内部结构

12、中质点的联主要取决于内部结构中质点的联结力的强弱结力的强弱共价键：键力很强，如金刚石是硬度最大的晶体；共价键：键力很强，如金刚石是硬度最大的晶体；分子键：键力很弱，如石墨和滑石分子键：键力很弱，如石墨和滑石金属键：键力不很强，金属晶格的硬度一般不很高；金属键：键力不很强，金属晶格的硬度一般不很高；离子键：键力较强，随离子半径下降，电价上升，密度增离子键：键力较强，随离子半径下降，电价上升，密度增 加，硬度增加。加，硬度增加。在矿物中如有水分子或氢氧离子时，矿物硬度显著下降。在矿物中如有水分子或氢氧离子时，矿物硬度显著下降。49503. 弹性弹性 材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能材料在

13、外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复原形状的性质。完全恢复原形状的性质。4. 塑性塑性 材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。保持变形后的形状和尺寸的性质。515. 脆性脆性 材料在外力作用下，直到破坏前无明显的塑性变材料在外力作用下，直到破坏前无明显的塑性变 形而发生突然破坏的性质。形而发生突然破坏的性质。 玻璃、混凝土、水泥等玻璃、混凝土、水泥等6. 韧性韧性 材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质。量，并产生较大变形而不发生

14、破坏的性质。 钢材、木材、橡胶等钢材、木材、橡胶等52527. 易碎性和易磨性易碎性和易磨性 7.1 粉碎的难易程度粉碎的难易程度l强度和硬度难以表示物料粉碎的难易程度强度和硬度难以表示物料粉碎的难易程度l粉碎难易的决定因素是物料的粉碎难易的决定因素是物料的强度强度l物料的性质、粉碎工艺物料的性质、粉碎工艺l硬度大强度小硬度大强度小 的物料比的物料比强度大硬度小强度大硬度小的物料易于的物料易于破碎破碎53537.2 易碎性易碎性 表征物料对粉碎的阻抗表征物料对粉碎的阻抗（物料粉碎的难易程度）（物料粉碎的难易程度）粉碎过程所消耗能量的判据：粉碎过程所消耗能量的判据：l单位质量物料从一定粒度粉碎至

15、某一指定粒度单位质量物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的能量；所需的能量；l施加一定能量能使一定物料达到的粉碎细度。施加一定能量能使一定物料达到的粉碎细度。 的单位电耗粉碎干燥状态下某物料）耗（粉碎标准物料的单位电thkWEEKbm/易碎性系数易碎性系数547.3 易磨性易磨性 表示粉磨的难易程度表示粉磨的难易程度 。相对易磨性系数相对易磨性系数量标准物料单位功率的产物料单位功率的产量标物qqKm55易磨性系数的表示方法易磨性系数的表示方法：l干法开路粉磨干法开路粉磨：以一定量物料被磨到一定细度时以一定量物料被磨到一定细度时 所需的所需的粉磨时间粉磨时间t（min）；l湿法开路粉磨：以一定量

16、物料被磨到一定细度时湿法开路粉磨：以一定量物料被磨到一定细度时 所需试验磨机的所需试验磨机的千转数千转数Kr。l干法闭路粉磨：以系统达到平衡状态时，磨机每干法闭路粉磨：以系统达到平衡状态时，磨机每 转动一转能够磨得细度合格的产品质量转动一转能够磨得细度合格的产品质量GR（g/r）5656 物质同分子间的引力（内聚力）物质同分子间的引力（内聚力） 内聚力不同内聚力不同 不同的性能不同的性能 粉碎是利用外加机械力部分破坏物质分子间的粉碎是利用外加机械力部分破坏物质分子间的 内聚力内聚力, ,达到粉碎的目的达到粉碎的目的二、二、 粉碎过程机理粉碎过程机理5757 机械粉碎的过程：用机械方法增加表面积

17、机械粉碎的过程：用机械方法增加表面积 机械能机械能 表面能表面能转变转变 部分部分热能热能粉碎效率粉碎效率 影响影响58583PP13平面压缩的Griffith裂纹格里菲斯：格里菲斯：脆性材料断裂的起因是分布在材料脆性材料断裂的起因是分布在材料 中的微小裂纹尖端有应力集中。中的微小裂纹尖端有应力集中。三、格里菲斯三、格里菲斯(Griffith)强度理论强度理论 593.1 应力集中应力集中的概念的概念由于截面的尺寸、形状突然变化而产生的局部应力由于截面的尺寸、形状突然变化而产生的局部应力显著增大的现象显著增大的现象59maxmaxmax6060a) 理想状态下，所施加力没有理想状态下，所施加力

18、没有超过颗粒的应变极限，物料超过颗粒的应变极限，物料作弹性变形，不会被破碎。作弹性变形，不会被破碎。b) 实际上，物料虽未被破碎，实际上，物料虽未被破碎，没有增加新表面，但没有增加新表面，但产生裂产生裂缝和扩展原有的小裂缝缝和扩展原有的小裂缝。c) 粒子形状不规则，使施加力粒子形状不规则，使施加力首先作用在粒子的突出点，首先作用在粒子的突出点，形成应力集中形成应力集中。d)裂缝扩展，材料破坏裂缝扩展，材料破坏(实线为理想状况，虚线为真实状况实线为理想状况，虚线为真实状况)613.2 格里菲斯理论格里菲斯理论： 物体内随机分布许多裂隙；物体内随机分布许多裂隙； 所有裂隙都张开、贯通、独立；所有裂

19、隙都张开、贯通、独立； 裂隙断面呈扁平椭圆状态；裂隙断面呈扁平椭圆状态； 在任何应力状态下，裂隙尖端产生拉应力集中在任何应力状态下，裂隙尖端产生拉应力集中 最终在本质上都是拉应力引起物体破坏。最终在本质上都是拉应力引起物体破坏。 624.1 粉碎产物的粒度分布具有粉碎产物的粒度分布具有2成分性成分性l粗粒粗粒（过渡成分过渡成分）取决于取决于粉碎机粉碎机出口间隙的大小出口间隙的大小l微粉微粉（稳定成分稳定成分）取决于固体原料物性取决于固体原料物性颗粒的破坏过程不是由连续单一的一种破坏形式构颗粒的破坏过程不是由连续单一的一种破坏形式构成，而是两种以上不同破坏形式的组合成，而是两种以上不同破坏形式的

20、组合。62四、四、 粉碎模型粉碎模型63634.2 4.2 粉碎模型粉碎模型l 体积粉碎模型体积粉碎模型l 表面粉碎模型表面粉碎模型l 均一粉碎模型均一粉碎模型实际的粉碎是实际的粉碎是体积和表面体积和表面两种模型的两种模型的叠加叠加；表面粉碎模型构成稳定成分表面粉碎模型构成稳定成分（研磨）；（研磨）；体积粉碎模型构成过渡成分体积粉碎模型构成过渡成分（冲击）。（冲击）。64粉碎理论主要是研究粉碎过程中的粉碎理论主要是研究粉碎过程中的能量消耗能量消耗问题问题64五、物料能耗假说五、物料能耗假说粉碎发生前颗粒本身产生的弹性变形粉碎发生前颗粒本身产生的弹性变形产生非弹性变形而导致粉碎产生非弹性变形而导

21、致粉碎使粉碎机械本身发生弹性扭变使粉碎机械本身发生弹性扭变克服粒子间及粒子与机件之间的摩擦阻力克服粒子间及粒子与机件之间的摩擦阻力粉碎中产生的噪音、发热和机械振动粉碎中产生的噪音、发热和机械振动粉碎机械运转部分的摩擦损失粉碎机械运转部分的摩擦损失能能量量消消耗耗 只有只有10的功被有效利用于破粉碎的功被有效利用于破粉碎6.1 粉碎过程热力学基本概念粉碎过程热力学基本概念 热力学第一定律：能量守衡热力学第一定律：能量守衡 U = Q + W 式中，式中，Q环境对系统输入的热能；环境对系统输入的热能； W环境对系统所做的功；环境对系统所做的功； U系统内能的增量系统内能的增量65六六、粉碎过程热力

22、学粉碎过程热力学热力学第二定律热力学第二定律：系统的熵值：系统的熵值S0过程中的无用功（即损失功）过程中的无用功（即损失功）WL为为 WL = TS = T（S物物 +S环环）热机效率：热机效率： = WE/ WT = 1- WL/ WT WT = WE + WL 式中，式中，WT设备接受的总能量；设备接受的总能量； WE设备所做的有效功设备所做的有效功 666.2 固体的比表面能固体的比表面能 使固体表面增加单位面积所需要的能量。使固体表面增加单位面积所需要的能量。外力作用于固体所做的功：外力作用于固体所做的功：克服材料的内聚力转化为新生表面积上的表面能克服材料的内聚力转化为新生表面积上的表

23、面能在恒温恒压时：在恒温恒压时： dG =dA ：比表面能为：比表面能为6768 粒径的不断减小是不断施加粉碎能量的结果粒径的不断减小是不断施加粉碎能量的结果七、粉碎功耗定律七、粉碎功耗定律nLdddCdE)(Lewis公式公式缺陷：初始物料尺寸的影响缺陷：初始物料尺寸的影响69697.1 7.1 表面积假说表面积假说(Rittinger) 粉碎粉碎能耗能耗与粉碎后物料的与粉碎后物料的新生表面积新生表面积成正比成正比)11()(1212ddCSSCSCERRR适用于排料粒度为适用于排料粒度为0.011毫米的毫米的粉磨粉磨过程过程70707.2 体积假说体积假说(Kick)在相同技术条件下，使几

24、何相似的同类物体的形状在相同技术条件下，使几何相似的同类物体的形状发生同一变化所需的发生同一变化所需的功功，与，与物料的体积物料的体积（质量）（质量）成成正比正比21lgddCEK适用于排料粒度大于适用于排料粒度大于10毫米的毫米的粗碎和中碎粗碎和中碎过程过程71717.3 裂缝假说裂缝假说(Bond)粉碎物料所需要的粉碎物料所需要的功功与物料的直径或边长（正方与物料的直径或边长（正方形的）形的）D的平方根成反比的平方根成反比（直径（直径D是假定物料中是假定物料中80%质量能通过的筛孔尺寸质量能通过的筛孔尺寸）适用于从中碎到粗粉磨作业的比较广泛的范围适用于从中碎到粗粉磨作业的比较广泛的范围)(

25、)11(1212SSCxxCEBB六六. 粉碎过程的效率粉碎过程的效率粉碎过程中直接消粉碎过程中直接消耗于被粉碎物料的耗于被粉碎物料的能量与总能耗之比能量与总能耗之比值即为粉碎效率。值即为粉碎效率。72i粉碎过程效率W w 粉碎机工作部件变形与磨损消耗的功m物料颗粒变形次数 粉碎物料的破碎应力E粉碎物料的弹性模数V粉碎物料的体积粉碎物料每产生单位新表面积所消耗的能量S粉碎物料新产生的表面积in = (S2 /S1)nnwniiSEVmWiS22第三节第三节 粉碎机械力化学粉碎机械力化学一、机械力化学的概念一、机械力化学的概念1.1 机械力化学效应：机械力化学效应：73机械能机械能贮藏贮藏、作用

26、、作用物料物料结构结构物理物理性质性质化学性质化学性质1.2 机械力化学：机械力化学： 研究机械能与化学能相互转换的学科研究机械能与化学能相互转换的学科741.3 机械力化学作用原理机械力化学作用原理 机械激活（活化）：物理性质改变机械激活（活化）：物理性质改变 化学激活：组成、结构改变化学激活：组成、结构改变粉碎过程中物料的变化粉碎过程中物料的变化：l物理变化物理变化l结晶状态变化结晶状态变化l化学变化化学变化二、二、粉碎平衡粉碎平衡粉碎过程中粉碎过程中粗粗颗粒细微化过程与微细粉体凝颗粒细微化过程与微细粉体凝聚过程的平衡聚过程的平衡。75粒度、比表面积与粉碎时间的关系粒度、比表面积与粉碎时间

27、的关系2.1 影响粉碎平衡的因素影响粉碎平衡的因素（1）颗粒团聚）颗粒团聚（2）粉体应力作用出现缓和状态）粉体应力作用出现缓和状态（3）工艺条件、粉体特性）工艺条件、粉体特性2.2 粉碎动态平衡粉碎动态平衡粉碎平衡粉碎平衡 颗粒粒度大小不再变化颗粒粒度大小不再变化能量能量积聚积聚 结构和物性改变结构和物性改变76三、粉体产生活性的原因三、粉体产生活性的原因1. 颗粒细化，颗粒表面积、表面原子数增加颗粒细化，颗粒表面积、表面原子数增加772. 2. 颗粒细化表面能增加颗粒细化表面能增加78793. 3. 粒子细微化使粒子表面活性点数量增加粒子细微化使粒子表面活性点数量增加粉碎后的固体表面具有台阶

28、、弯折、空位等，这粉碎后的固体表面具有台阶、弯折、空位等，这些位置的质点能量高，称些位置的质点能量高，称活化点活化点。4、晶格不规则晶格不规则粉体活性的主要原因粉体活性的主要原因 颗粒表面晶格的不规则化及结晶性的下降颗粒表面晶格的不规则化及结晶性的下降。4.1 晶格畸变：晶格畸变： 晶面间距变化晶面间距变化 无定形化无定形化 密度变化密度变化804.2 4.2 晶型转变：晶型转变：具有同质多晶型具有同质多晶型矿物材料在常温下由于机械力的矿物材料在常温下由于机械力的作用发生晶型转变。作用发生晶型转变。81原因：原因：机械力作用机械力作用 晶格内能量积聚晶格内能量积聚旧键断裂旧键断裂 形成新的结合

29、键形成新的结合键 物性改变物性改变 82四、机械力化学与粉碎中的物理化学性质变化四、机械力化学与粉碎中的物理化学性质变化4.1 4.1 机械力活化作用机械力活化作用提高矿物的溶解性提高矿物的溶解性4.2 4.2 提高提高颗粒的颗粒的吸附能力吸附能力4.3 4.3 粉碎粉碎提高离子交换能力提高离子交换能力五、粉碎五、粉碎中的机械力化学反应中的机械力化学反应1. 脱水脱水效应效应 mMg(OH)2+nSiO2 mMgOnSiO2+H2O2. 2. 固相反应：固相反应： 在粉磨过程中，粉体颗粒承受较大应力或反复应在粉磨过程中，粉体颗粒承受较大应力或反复应力作用的局部区域可以产生反应。力作用的局部区域

30、可以产生反应。 反应与宏观温度无关反应与宏观温度无关。分解反应分解反应：化合反应：化合反应：3232NaBrONaBrO3222522NaBrONa OOBr2223232232222313424CaOSiOCaO SiOBaOTiOBaTiOMgOSiOMgSiOAuCOAu OCNiSH ONiOH S置换反应：置换反应：其它反应：其它反应：MgCuOMgOCu3222CaCOSiOCaO SiOCO六、粉碎机械力化学活化作用成因小结六、粉碎机械力化学活化作用成因小结1、粒度、粒度 比表面积比表面积 表面能表面能 2、晶格畸变、晶格畸变 储存部分能量储存部分能量 表面能表面能 3、无定形化

31、、无定形化 储存大量能量储存大量能量 表面能表面能4、 机械能机械能 热能热能 物料温度物料温度 表面活性表面活性七、机械力化学反应模型七、机械力化学反应模型l摩擦等离子区模型摩擦等离子区模型l活化态热力学模型活化态热力学模型l质子作用模型质子作用模型89八、机械力化学八、机械力化学 的应用的应用9090 第一部分第一部分 破碎机械破碎机械颚式破碎机颚式破碎机，圆锥式破碎机，辊式破碎机，圆锥式破碎机，辊式破碎机，锤式破碎机，轮碾式和反击式破碎机锤式破碎机，轮碾式和反击式破碎机第四节第四节 破碎设备破碎设备9191一、颚式破碎机一、颚式破碎机1. 工作原理工作原理活动颚板对固定鄂板作周期性的往复

32、运动，物料在活动颚板对固定鄂板作周期性的往复运动，物料在两鄂板间被挤压粉碎。两鄂板间被挤压粉碎。l 动颚摆向定颚时，落在颚腔中动颚摆向定颚时，落在颚腔中的物料主要受到颚板的挤压作的物料主要受到颚板的挤压作用而粉碎。用而粉碎。破碎过程破碎过程l 动颚摆离定颚时，已破碎的物动颚摆离定颚时，已破碎的物料在重力作用下经颚腔下部的料在重力作用下经颚腔下部的出料口卸出。出料口卸出。卸料过程卸料过程9292优点优点：构造简单；破碎物料广；：构造简单；破碎物料广；缺点缺点：间歇式间歇式工作（破碎和卸料过程在颚腔内工作（破碎和卸料过程在颚腔内 交替进行）交替进行）; 能耗大；破碎比小能耗大；破碎比小用途用途：各

33、种块状：各种块状硬质硬质物料的物料的粗粗碎和碎和中中碎碎2、颚式破碎机的特点、颚式破碎机的特点93933、颚式破碎机的类型、颚式破碎机的类型分类：按活动颚板的运动特征（运动轨迹）分类：按活动颚板的运动特征（运动轨迹）（1）简单摆动式：）简单摆动式：动颚各点为半径不等的园弧，动颚各点为半径不等的园弧， 以压碎和击碎的方式工作。以压碎和击碎的方式工作。9494（2）复杂摆动式：）复杂摆动式：l动动颚颚上部做圆周运动，上部做圆周运动，l中部做椭园曲线运动，中部做椭园曲线运动，l下部推力板做弧线运动下部推力板做弧线运动l压碎和磨碎压碎和磨碎9595（2）复杂摆动式破碎机动颚）复杂摆动式破碎机动颚 上各

34、点的运动轨迹：上各点的运动轨迹：在相同条件下，这类破碎机的在相同条件下，这类破碎机的生产能力比简摆型高生产能力比简摆型高2030%（3）破碎机规格：以进料口的宽度和长度表示）破碎机规格：以进料口的宽度和长度表示 PEJ 150250 PEF2504004. 工作参数工作参数 : 钳角钳角 颚颚式破碎机动式破碎机动颚颚和定和定颚颚间的夹角间的夹角 称为称为钳角钳角P1 -P2cos-f P2sin=0 -fP1 -fP2cos+P2sin=0整理得整理得 -2fcos+(1f2)sin=0或或 tg=2f/（1f2） f=tg, 2 钳角小于物料与颚板之间的摩擦角的钳角小于物料与颚板之间的摩擦角

35、的2倍倍965.工作参数工作参数 : 偏心轴的转速偏心轴的转速l出料口宽度为出料口宽度为el动颚行程为动颚行程为s，lBC以下的物料尺寸均小于出以下的物料尺寸均小于出料口宽度料口宽度97卸出的物料高度：卸出的物料高度：物料自由卸出所需时间：物料自由卸出所需时间：动颚空转行程经历的时间：动颚空转行程经历的时间：tgsh ght2nnt30260n偏心轴转速，偏心轴转速，r/min：s动颚行程，动颚行程，cm；钳角（度）钳角（度）98stgn665偏心轴转速偏心轴转速n：n值值经验公式经验公式：进料口宽度进料口宽度B1200mm时，时，n=310- 145B(r/min) 进料口宽度进料口宽度B1

36、200mm时，时，n=160 - 42B(r/min)B为破碎机进料口宽度（为破碎机进料口宽度（m） 6. 工作参数工作参数 : 生产能力生产能力经验公式经验公式 Q=K1K2K3qe (t/h)q标准条件下的单位出口宽度的生产能力（标准条件下的单位出口宽度的生产能力（t/mm.h），）， e破碎机出料口宽度（破碎机出料口宽度（mm）；）； K1物料易碎性系数，物料易碎性系数， K2物料容积密度修正系数，物料容积密度修正系数，K2= s /1.6 s容积密度（容积密度（t/m3）；）； K3进料粒度修正系数进料粒度修正系数997.工作参数工作参数 : 功率功率lL：颚口长度，：颚口长度，mlH

37、：颚膛高度，：颚膛高度，mlr：偏心轴的偏心距，：偏心轴的偏心距，mln：偏心轴转速，：偏心轴转速，r/min100简颚式：简颚式：LHsnN8 . 6复颚式：复颚式：LHrnN12101101二、二、圆锥破碎机圆锥破碎机 利用两个锥形容器的间隙构成一个研磨区利用两个锥形容器的间隙构成一个研磨区活动圆锥沿着固定圆锥表活动圆锥沿着固定圆锥表面作偏旋运动。靠拢固定面作偏旋运动。靠拢固定圆锥的地方，该处物料就圆锥的地方，该处物料就受到活动圆锥的挤压和磨受到活动圆锥的挤压和磨削作用而破碎削作用而破碎（中碎和细中碎和细碎各种不同硬度的物料碎各种不同硬度的物料）102特点：特点：l 粉碎比高粉碎比高l 效

38、率较高效率较高l 能耗较小能耗较小l 产品粒度均匀产品粒度均匀l 构造复杂，费用高构造复杂，费用高工作参数工作参数钳角钳角(中细碎圆锥破碎机中细碎圆锥破碎机)钳角钳角 指两锥面间的夹角指两锥面间的夹角 = 2 12 2定锥工作表面与水平线的夹角；定锥工作表面与水平线的夹角； 1动锥工作表面与水平线的夹角；动锥工作表面与水平线的夹角； 物料与锥面之间的摩擦角。物料与锥面之间的摩擦角。103104104三、辊压粉碎三、辊压粉碎一对相对转动的辊子（或一个转动的辊子和一块鄂一对相对转动的辊子（或一个转动的辊子和一块鄂板），加到两个辊子上的物料，由于与辊子表面之板），加到两个辊子上的物料，由于与辊子表面

39、之间的摩擦作用而被带入两辊的缝隙中，受到挤压而间的摩擦作用而被带入两辊的缝隙中，受到挤压而破碎破碎（强制卸料）（强制卸料）齿辊粉碎机演示齿辊粉碎机演示动画动画类型：类型：l单辊、双辊和多辊；单辊、双辊和多辊；l光面和齿面光面和齿面钳角钳角物料与两辊接触点的切线的夹角物料与两辊接触点的切线的夹角称为辊式破碎机称为辊式破碎机的钳角的钳角 2钳角应小于或等于物料与辊钳角应小于或等于物料与辊子之间的摩擦角子之间的摩擦角的两倍的两倍105工作参数工作参数生产能力生产能力106 D辊子直径（米）；辊子直径（米）； L辊子长度（米）；辊子长度（米）； e两辊间隙（米）；两辊间隙（米）； n辊子转速（转辊子转

40、速（转/分）；分）； 破碎物料的松散系数破碎物料的松散系数（对于中硬物料（对于中硬物料 =0.20.3，对粘湿性物料，对粘湿性物料 =0.40.6） 物料容积密度（吨物料容积密度（吨/米米3） Q=60 DLen （吨（吨/时）时）辊式破碎机特点：辊式破碎机特点：l 中等硬度物料的中碎和细碎作业中等硬度物料的中碎和细碎作业 破碎潮湿的粘性物料破碎潮湿的粘性物料；l 结构简单结构简单；l 产品过粉碎少产品过粉碎少；l 破碎比和生产能力小破碎比和生产能力小；l 设备重量较大设备重量较大； 辊子磨损辊子磨损107108108四、锤式破碎机四、锤式破碎机依靠高速旋转的工件撞击和打击颗粒，并使其在转依靠

41、高速旋转的工件撞击和打击颗粒，并使其在转子与定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互子与定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击、剪切而粉碎。（中、细碎中硬质物料）强力冲击、剪切而粉碎。（中、细碎中硬质物料）109109五、盘式粉碎五、盘式粉碎构造构造原理：挤压和剪切原理：挤压和剪切工作区域：工作区域：喂入区喂入区接收区接收区引入区引入区研磨区研磨区第二部分第二部分 粉磨设备粉磨设备l 球磨机球磨机l 辊磨机辊磨机l 锤击机锤击机l 振动磨振动磨l 气流磨气流磨1101111111、工作原理、工作原理：球磨机筒体以适宜的速度回转，研：球磨机筒体以适宜的速度回转，研磨体在磨体在惯性离心力

42、惯性离心力 和和摩擦力摩擦力的作用下，随筒壁上升的作用下，随筒壁上升到一定的高度，然后抛落到一定的高度，然后抛落 下来，使物料受到下来，使物料受到研磨研磨和和冲击冲击而被磨碎。而被磨碎。一、球磨机一、球磨机1121122. 特点特点：l结构简单，可以粉磨各种结构简单，可以粉磨各种 硬度的物料，粒度可调；硬度的物料，粒度可调；l电耗大，起动力矩大。电耗大，起动力矩大。l一般将粒度为一般将粒度为2540mm的物的物料磨至料磨至1.50.07mm，同时具，同时具有作为配合料混合的作用有作为配合料混合的作用 1131133. 球磨机的分类球磨机的分类 1、筒体形状（长度直径比）：、筒体形状（长度直径比

43、）： 短形球磨机，管磨机，短形球磨机，管磨机， 锥形球磨机锥形球磨机 2、装入的研磨体：球磨机，棒磨机、装入的研磨体：球磨机，棒磨机3、操作方式：间歇，连续、操作方式：间歇，连续 4、卸料方式：中心，周边、卸料方式：中心，周边 5、传动方式：中心传动，周边传动、传动方式：中心传动，周边传动6、生产方式：干法，湿法（水份高、生产方式：干法，湿法（水份高, 30%左右）左右）1141151161171174、研磨体在球磨机中的运动状态、研磨体在球磨机中的运动状态球磨机对物料的粉磨作用主要是球磨机对物料的粉磨作用主要是研磨体对物料的冲研磨体对物料的冲击与研磨击与研磨，在不同的球磨机转速下，研磨体的运

44、动，在不同的球磨机转速下，研磨体的运动形式有所不同形式有所不同泻落式、抛落式、离心式泻落式、抛落式、离心式118118（1）泻落式运动状态泻落式运动状态：当球磨机的转速很低时，物料主要靠介质相互滑动当球磨机的转速很低时，物料主要靠介质相互滑动时产生时产生研磨研磨和和压碎压碎作用而粉碎。作用而粉碎。棒磨机和管磨机一般在棒磨机和管磨机一般在这种运动状态下工作这种运动状态下工作119119（2）抛落式运动状态抛落式运动状态：当球磨机的转速适中时，：当球磨机的转速适中时，即以某一即以某一 适宜的转速回转时，对物料产生适宜的转速回转时，对物料产生冲击冲击（主）和（主）和研磨研磨（辅）作用。（辅）作用。研

45、磨体重力的径向分力与惯性离心力平衡时，研磨体重力的径向分力与惯性离心力平衡时，研磨体脱离筒壁研磨体脱离筒壁120120（3）离心式（周转）运动状态离心式（周转）运动状态：当球磨机转速很高：当球磨机转速很高时，所有介质都随筒体转动而不会下落，此时便称时，所有介质都随筒体转动而不会下落，此时便称为介质的离心运动状态。对物料不产生任何粉碎作为介质的离心运动状态。对物料不产生任何粉碎作用。用。将研磨体看成是一个将研磨体看成是一个“质点系质点系”，并假设质点间无摩擦。取其并假设质点间无摩擦。取其最外层的一个研磨体最外层的一个研磨体A作质点作质点作用在研磨体作用在研磨体A上的力上的力：研磨体的重力研磨体的

46、重力G；磨机筒体对研磨体法向力磨机筒体对研磨体法向力N；筒体对研磨体的摩擦力筒体对研磨体的摩擦力F1215 5、研磨体运动的本方程式、研磨体运动的本方程式 N+Gcos=man 脱离角脱离角：研磨体：研磨体A的中心与磨机的中心与磨机中心的连线与铅垂线之间的夹角，中心的连线与铅垂线之间的夹角，假设在假设在A点脱离筒体。点脱离筒体。 m研磨体研磨体A的质量；的质量； an研磨体研磨体A的向心加速度的向心加速度D0磨机筒体的有效内径（磨机筒体的有效内径（m）；）；磨机筒体的转动角速度（磨机筒体的转动角速度（rad/s）122牛顿第二定律：牛顿第二定律：研磨体运动的基本方程式研磨体运动的基本方程式：研

47、磨体脱离角研磨体脱离角l与筒体转速与筒体转速(n)和筒体有效内径和筒体有效内径(R0)有关有关l与研磨体的质量和上升的高度无关与研磨体的质量和上升的高度无关1235.3 适宜转速适宜转速：最外层研磨体最外层研磨体获得最大粉碎功时的转速获得最大粉碎功时的转速 K(转速比转速比): K=n/ nc=22.8/30=76% 12403 .32Dn 5.2 临界转速临界转速nc：研磨体出现离心状态时研磨体出现离心状态时球磨机筒体的最低转速球磨机筒体的最低转速:：磨机筒体的有效直径03 .42Dnc5.4 磨机的磨机的实际工作转速实际工作转速ng： 考虑研磨体考虑研磨体冲击冲击和和研磨研磨综合作用综合作

48、用大型磨机：大型磨机： 磨机转速低于理论适宜转速（研磨为主）磨机转速低于理论适宜转速（研磨为主）小直径磨机：小直径磨机： 实际工作转速较理论适宜转速略（增加冲击力）实际工作转速较理论适宜转速略（增加冲击力）125对于干法磨的实际工作转速对于干法磨的实际工作转速ng(r/min)，经验公式，经验公式 ：)5 . 11 (,8 . 1/2 .32,28 . 12 . 0/2 .32,2000nnmDDnnmDmDDnmDggg时当时当时当磨机功率计算磨机功率计算126磨机产量计算磨机产量计算1271281285、研磨体、研磨体（1）研磨体的材质和种类）研磨体的材质和种类研磨体：硬度大、比重大，同时

49、耐磨研磨体：硬度大、比重大，同时耐磨材质：中碳钢、高碳钢或铬钢；非金属材料材质：中碳钢、高碳钢或铬钢；非金属材料形状：钢球，钢段和钢棒形状：钢球，钢段和钢棒 129129（2） 研磨体的大小和级配研磨体的大小和级配 大小：在使物料能击碎的前提下，大小：在使物料能击碎的前提下，选用尺寸较小选用尺寸较小的研磨体的研磨体 （基本原则）。（基本原则）。 35种级配种级配（3）研磨体的磨损和补充）研磨体的磨损和补充130130（4） 研磨体的装载量研磨体的装载量sGLRGVV20填充系数填充系数VG研磨体的堆积体积研磨体的堆积体积 V0磨机筒体的有效体积磨机筒体的有效体积G：研磨体的重量（：研磨体的重量

50、（t）R：磨机筒体的内半径（：磨机筒体的内半径（m）L：磨机的有效长度（：磨机的有效长度（m）例：某水泥厂例：某水泥厂2.413m磨机筒体的有效内径为磨机筒体的有效内径为2.3米，有效长度米，有效长度12.41米，研磨体的容重为米，研磨体的容重为4.5吨米吨米3填充系数为填充系数为27.7，求研磨体的装载量？，求研磨体的装载量？解：由上题所给公式解：由上题所给公式 GR2L s知知G3. 14(2.32)212.410.2774.5 64.24（吨）（吨）答：研磨体的装载量为答：研磨体的装载量为64.24吨吨1311321326、影响球磨机生产能力的主要因素、影响球磨机生产能力的主要因素 l入

51、磨物料的粒度入磨物料的粒度 l入磨物料的水分入磨物料的水分 （控制在（控制在11.5） 水份大：水份大：“磨内圈磨内圈”、“堵塞堵塞” 水份小：水份小：“跑磨跑磨”l 给料量给料量 1331337、助磨剂（、助磨剂（p165） 粉磨过程中的缓冲作用：粉磨过程中的缓冲作用：细粉对磨机内壁和研磨细粉对磨机内壁和研磨体的粘结作用将引起粉磨效率的降低。体的粘结作用将引起粉磨效率的降低。助磨剂：助磨剂：能够显著提高粉碎效率或降低能耗的化能够显著提高粉碎效率或降低能耗的化 学物质。学物质。 消除细粉粘附和凝聚现象，消除细粉粘附和凝聚现象， 能够加速物料粉磨过程，能够加速物料粉磨过程， 提高粉磨效率的外加剂

52、。提高粉磨效率的外加剂。134134助磨剂作用机理助磨剂作用机理减弱或防止减弱或防止 “包球包球”、“缓冲垫层缓冲垫层” 作用；作用；降低物料的表面张力；降低物料的表面张力；非极性助磨剂削弱聚合作用；非极性助磨剂削弱聚合作用；减弱物料微粒裂缝的减弱物料微粒裂缝的“愈合作用愈合作用”1351358、磨机粉碎系统工艺流程、磨机粉碎系统工艺流程136尾卸提升循环烘干磨工艺流程尾卸提升循环烘干磨工艺流程137中卸提升循环烘干磨工艺流程中卸提升循环烘干磨工艺流程138139139二、高速机械冲击式粉碎机二、高速机械冲击式粉碎机工作原理工作原理：利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转：利用围绕水平或垂直轴高速

53、旋转的回转（棒、锤、叶片等），对给料加以剧烈的冲击，（棒、锤、叶片等），对给料加以剧烈的冲击， 使其与固定体或颗粒之间冲击碰撞，从而使颗粒使其与固定体或颗粒之间冲击碰撞，从而使颗粒粉碎。（冲击、摩擦、气流粉碎作用）粉碎。（冲击、摩擦、气流粉碎作用）类型：类型：高速冲击锤式、板式粉碎机、高速棒销式磨机高速冲击锤式、板式粉碎机、高速棒销式磨机按转子的布置方式：立式、卧式按转子的布置方式：立式、卧式140140三、气流粉碎机三、气流粉碎机1、工作原理工作原理气流粉碎机利用高速喷射的气体（压缩空气或过热气流粉碎机利用高速喷射的气体（压缩空气或过热蒸气）作为颗粒的载体，带动干燥的粗物料作高速蒸气）作为颗

54、粒的载体，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间发生剧烈运动，高速运动的物料颗粒由于互相之间发生剧烈的碰撞和摩擦作用而被粉碎的碰撞和摩擦作用而被粉碎 。141高速气流、颗粒间、冲击或碰撞高速气流、颗粒间、冲击或碰撞142142143143n循环管式n圆盘式1441442、特点、特点 l粒度小（粒度小（0.23微米）；微米）；l粒度分布比较窄粒度分布比较窄 ；l产品纯度高；产品纯度高；l可用于热敏性强，受热变质，熔点低和易爆物料可用于热敏性强，受热变质，熔点低和易爆物料；l制造容易，操作简单制造容易，操作简单 1451453、分类分类 根据粉碎室形状：分为卧式（多采用）和立式

55、两大类根据粉碎室形状：分为卧式（多采用）和立式两大类 根据气流的运动状态：分为顺流式和逆流式根据气流的运动状态：分为顺流式和逆流式 空气压力通常为空气压力通常为0.60.7MPa 单位空气消耗量一般为单位空气消耗量一般为320m3/kg 单位功耗为单位功耗为0.52.5kW.h/kg，产品粒度，产品粒度1-5微米微米常用的主要有扁平式、循环管式、对喷式、靶式、流化床常用的主要有扁平式、循环管式、对喷式、靶式、流化床式气流粉碎机式气流粉碎机146146四、搅拌磨四、搅拌磨1、工作原理工作原理由筒体、螺旋搅拌器、传动装置和由筒体、螺旋搅拌器、传动装置和机架等组成。筒体内填充一定的磨机架等组成。筒体内填充一定的磨矿介质，螺旋搅拌器作缓慢旋转，矿介质，螺旋搅拌器作缓慢旋转，磨矿介质和物料在筒体内作整体的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