粉碎与分级资源加工学

1、粉碎与分级资源加工学第1页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二本章主要内容概述 粉碎原理 粉碎理论 影响粉碎过程因素 助磨作用 粉碎分级筛分分级 水力分级 气流介质分级 分级结果的描述第三章 粉碎与分级第2页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二 3.1.1 概述粉碎是大块物料在机械力作用下粒度变小的过程 。2）粉碎工程研究的主要内容及发展趋势 1）粉碎的主要作用（1）原料制备（2）混合或共生物料中有用成分的解离（3）增加物料的比表面（4）粉体的改性（5）便于贮存、运输和作用（6）用于环境保护 （1）粉碎基础理论 （2）粉碎设备 （3）粉碎工艺 （4）粉碎过程

2、的粒度监控技术和粉体的粒度检测技术 （5）开发非机械力粉碎技术 第3页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二粉碎比 分阶段粉碎 粉碎产品的细度与性能 单体解离及解离度 可碎性 粉碎原理粉碎的工艺特征 粉碎方法 粉碎理论 3.1.2 粉碎与分级粉碎原理第4页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二粉碎比 被粉碎物料粉碎前的粒度与粉碎产物粒度的比值。以i表示. 极限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比，i=Dm/dm名义粉碎比：粉碎机给料口的有效宽度（0.85B）和排料口宽度（）的比值，i=0.85B/S；真实粉碎比：粉碎前后物料的平均粒度的比值，i=D/d（1） 三种

3、表示形式（3）整个粉碎过程中达到的粉碎比叫总粉碎比。 i=i1i2i3in=Dmax/dmax 3.1.2 粉碎的工艺特征 （2）粉碎过程中，每个阶段达到的粉碎比称为部分粉碎比或阶段粉碎比，用in表示。 第5页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二2) 粉碎的四个阶段：破碎、磨矿、超细粉碎、超微粉碎 阶段；给料最大块粒度mm；产品最大块粒度mm；粉碎比粉碎各阶段产品粒度特征破碎粗碎中碎细碎1500300 350100 315350100 10010 31510040 305 120磨矿一段磨矿二段磨矿超细粉碎超微粉碎0.0750.0001 0.0001 110000.10.07

4、5 0.0750.0001 110003010 10.3 110010.3 0.10.075 1100 3.1.2 粉碎的工艺特征 第6页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二（1）矿石硬度的影响 （2）粉碎粒度与粉碎效率及能耗 （3）选择性粉碎 物料粉碎过程随粉碎粒度的变细，效率下降，能耗大幅度上升，被粉碎颗粒粒度愈细，其抗粉碎的能力愈强。 大多数物料的力学性质是不均匀的，粒度愈粗微裂缝愈多，机械强度愈差，愈易磨。而粒度愈细则机械强度愈好，愈难粉碎。 力学性质不均匀的物料在细磨过程中强度小的被磨细，强度大的则残留下来，这种现象称选择性粉碎。 3.1.2 粉碎的工艺特征 3）

5、粉碎产品的细度与性能第7页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二（4）粉碎过程中细粒物料的凝聚及覆膜现象 物料细磨时，表面积急剧增大，颗粒表面能增大，物料颗粒会自发地聚集在一起以降低表面能，即发生凝聚现象。 胶体分散体系是指分散相大小在1m到lnm之间的分散体系，具有明显的布朗运动现象。（6）随颗粒粒度变细，表面电化学力增强，料浆的粘度增加，料浆的流动性及粒子的分散性变差。采用较稀的料浆浓度或使用化学药剂改变料浆系统的流动、凝聚等性质，才可抵消因颗粒变细而引起的细磨恶化的现象。 3.1.2 粉碎的工艺特征 （5）微细颗粒布朗运动的影响 第8页，共51页，2022年，5月20日，

6、8点39分，星期二（1）单一颗粒：只含有一种组分的均相固体颗粒。（2）单体解离粒：在矿石粉碎产品中，只含有一种矿物的颗粒。（3）连生粒：粉碎产品中，两种矿物或两种以上矿物连生在一起的颗粒。（4）单体解离度：物料群中，某矿物的单体解离颗粒数占该粒群中含有该矿物的颗粒总数的百分数。 C：某矿物的单体解离度；A：该矿物的单体解离粒子个数；：含有该矿物的连生粒子个数。 3.1.2 粉碎的工艺特征 4. 单体解离及解离度 第9页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二（1）材料的强度：材料抵抗外界破坏的能力，以材料破坏时单位面积上所受的力即N/或Pa 来表示 ；按接受力破坏的方式不同，分为

7、压缩强度、拉伸强度、扭曲强度、弯曲强度和剪切强度等；抗压强度抗剪强度抗弯强度抗拉强度按材料内部的均匀性和有否缺陷分为理论强度和实际强度。 p抗压强度 ；F-普氏硬度系数，为抗压强度的百分之一。 3.1.2 粉碎的工艺特征 5. 可碎性 第10页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二通常用“可碎（磨）性系数”来衡量矿石粉碎的难易程度，可碎（磨）性系数的表示如下： 可碎性系数 3.1.2 粉碎的工艺特征 第11页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二 3.1.2 粉碎的工艺特征 第12页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二3.1.3 粉碎方法 （1

8、） 挤压粉碎 挤压粉碎是粉碎设备的工作部件对物料施加挤压作用，物料在压力作用下发生粉碎。 （2） 挤压剪切粉碎 （3） 冲击粉碎 冲击粉碎包括高速运动的粉碎体对被粉碎物料的冲击和高速运动的物料向固定壁或靶的冲击以及运动物料的相互冲击。 （4） 研磨、磨削粉碎 第13页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二(1) 体积粉碎（2）表面粉碎3.1.4 粉碎理论 1. 粉碎模型 颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粒。 在粉碎的某一时刻，仅是颗粒的表面产生破坏，被磨削下微粉成分，这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。 第14页，共5

9、1页，2022年，5月20日，8点39分，星期二粉碎产品粒度分布（3）均一粉碎 施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏，直接粉碎成微粉成分。 3.1.4 粉碎理论 第15页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二1）混合粉碎与单独粉碎的比较3.1.4 粉碎理论 2. 混合粉碎和选择性粉碎 第16页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二 （1）颗粒层受到粉碎介质的作用力即使不足以使强度高的物料颗粒碎裂，但其大部分会通过该颗粒传递至位于力的作用方向上与之相邻的强度低的颗粒上，该作用足以使之发生粉碎。 （2）当两种硬度不同的颗粒相互接触并作相对运动时，硬度大者会对

10、硬度小者产生表面剪切或磨削作用，软颗粒在接触面上会被硬颗粒磨削而形成若干细颗粒。此时，硬质颗粒对软质颗粒起着研磨介质的作用。 (3)两种硬度不同的颗粒在破碎过程中，硬度大的大颗粒的表面不均匀性（锐角）会对硬度小的颗粒起劈裂、压碎等作用，有利于硬度小的颗粒破碎。3.1.4 粉碎理论 2）出现这种选择性粉碎现象的原因 第17页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二1）表面积假说:碎磨过程中所消耗的有用功与表面积成正比，与产品粒度成反比。2）体积假说:外力作用于物体时，物体首先发生弹性变形，当外力超过该物体的强度极限时该物体就发生破裂，故破碎物料所需的功与它的体积大小有关。3）裂纹假

11、说:物料在破碎时外力首先使其在局部发生变形，一旦局部变形超过临界点时则产生裂口，裂口的形成释放了物料内的变形能，使裂纹扩展为新的表面。输入的能量一部分转化为新生表面积的表面能，与表面积成正比；另一部分变形能因分子摩擦转化为热能而耗散，与体积成正比。两者综合起来，将物料粉碎所需要的有效能量设定为与体积和表面积的几何平均值成正比。 3.1.4 粉碎理论 3. 粉碎能耗理论与功指数1）能耗理论第18页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二当n=2时当nl.5时当n1时三个假设可统一地用如下数学模型来表述，式中E为粉碎所需功耗，X为粒径，n为指数。3.1.4 粉碎理论 Rittinge

12、r的表面积假说模型 Bond的裂纹假说模型； Kick的体积假说模型。 第19页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二F、P给料及产品中80%通过的方形筛孔的宽度（微米） W将一短吨（907.185kg）给料粒度为F的物料粉碎到产品粒度为P时所消耗的功；Wi功指数，即将“理论上无限大的粒度”粉碎到80%通过0.01筛孔宽（或65%通过0.075筛孔宽）时所需的功。(2) 功指数 3.1.4 粉碎理论 第20页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二功指数的应用 在测出功指数Wi的情况下可以计算各种粒度范围内的粉碎功耗； 测出被粉碎物料的功指数Wi，可以计算设计条件

13、下的需要功率，根据需用功率的容量，选择粉碎机械； 可以比较不同粉碎设备的工作效率，如两台磨机消耗的功率相同，但产品粒度不同，分别算出两台磨机的操作功指数，就可确定哪台效率高。3.1.4 粉碎理论 第21页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二粉碎速度：粗大颗粒消失速率与参加粉碎的粉体中这些大颗粒所占比率成正比。 上式称之为n阶粉碎动力学方程，xo为给料中大于指定粒级颗粒的比率，x(t)为经过t时间粉碎后产品中大于指定粒级颗粒的比率。k相当于该指定粒级以上大颗粒被粉碎的选择函数。 4. 粉碎动力学 3.1.4 粉碎理论 第22页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期

14、二助磨剂：在粉碎作业中，能够显著提高粉碎效率或降低能耗的化学物质。（1）按助磨剂添加时的物质状态：固体、液体和气体（2）根据物理化学性质：有机助磨剂和无机助磨剂。 a）固体助磨剂：如硬脂酸盐类、胶体二氧化硅、碳黑、氧化镁粉、胶体石墨等。b）液体助磨剂：包括各种表面活性剂、分散剂等。如用于水泥熟料、方解石、石灰石等的三乙醇胺：用于石英等的烷基油酸（钠）：用于滑石的聚羧酸盐：用于硅石灰的六偏磷酸钠等。c）气体助磨剂：如蒸气状的极性物质（丙酮、硝基甲烷、甲醇、水蒸气）以及非极性物质（四氯化碳等） 3.1.5 助磨作用 1. 助磨剂的种类 第23页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二

15、（3）具有较强的抗Ca2、Mg+2的能力;受pH的影响较小（4）助磨剂的分子结构要与磨矿系统复杂的物理化学环境相适应助磨剂的特征（1）助磨剂应具有良好的选择性分散作用；（2）能够调节料浆的粘度3.1.5 助磨作用 第24页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二颗粒表面积随能量输入的速率可用下式表示：ds/dek(ss)机械法制备超细粉体必须具备两个基本条件：能量高度集中；要使用助磨剂。助磨剂对超细粉碎过程有非常显著的影响。2. 助磨剂的作用原理 3.1.5 助磨作用 第25页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二助磨剂作用原理假说（1）“吸附降低硬度”学说：助磨

16、剂分子在颗粒上的吸附降低了颗粒的表面能或者引起近表面层晶格的位错迁移，产生点或线的缺陷，从而降低颗粒的强度和硬度，促进裂纹的产生和扩展。（2）“料浆流变学调节”学说：助磨剂通过调节浆料的流变学性质和颗粒的表面电性等，降低浆料（如矿浆）的粘度，促进颗粒的分散，从而提高浆料的可流动性，阻止颗粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附以及颗粒之间的团聚 。3.1.5 助磨作用 第26页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二分级：将粒度不同的混合物料按粒度或按在介质中沉降速度不同分成若干粒度级别的过程。分级是物料按粒度分离的一种形式。 筛分分级水力分级气流分级 分级的方式3. 2 分 级 第27页

17、，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二分筛：将粒度不同的混合物料通过单层或多层筛子分成若干不同粒度级别的过程。独立筛分当筛分产品作为最终产品供给用户使用时。准备筛分当筛分作业是为下一道工序提供不同粒级的原料时。预先筛分当筛分作业用于粉碎前将粒度合格的物料预先分出时.辅助筛分当筛分与粉碎设备配合使用时。检查筛分筛分作业用于控制粉碎产品粒度时。闭路粉碎系统：粉碎设备与分级设备配合并且不合格的粗粒产品返回粉碎机进行再次粉碎的粉碎系统。开路粉碎系统：粉碎产品不经分级或不返回粉碎的粉碎系统。3. 2. 1 筛分分级 1. 筛分方法及其特点 第28页，共51页，2022年，5月20日，8点

18、39分，星期二 标准筛制 （1）以1.414为筛比，如美国、英国、加拿大等国所采用。 （2）以1.259为筛比，如法国、前苏联等国所采用。 （3）以1.4为筛比，为国际标准化组织所提出。3. 2. 1 筛分分级 1） 筛分分析和标准筛 筛序：按筛孔尺寸从大到小排序，各个筛子所处的层次次序。筛比：按筛序叠好的每两个相邻筛子的筛孔尺寸之比。筛基：作为标准筛基准的筛子。第29页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二2）筛分分析操作方法取 样筛 析结果计算结果分析3. 2. 1 筛分分级 第30页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二取样过程注意事项： 取样尽可能少。

19、取样具有代表性。取样原则： 粒度大多取，粒度小少取试样最小重量与试样粒度的关系最大块尺寸（mm)0.10.30.51351020样品最小重量（kg)0.0250.050.10.20.525203. 2. 1 筛分分级 第31页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二（1） 干 筛（2） 湿 筛（3） 干湿联合筛析法筛分终点：在1分钟内所得的筛下物料量小于筛上物料量的1时，认为筛分已到终点。3. 2. 1 筛分分级 3）筛析方法第32页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二2. 筛分原理 1）筛分概率 筛上残留率 3. 2. 1 筛分分级 第33页，共51页，202

20、2年，5月20日，8点39分，星期二以/a为横坐标，i为纵坐标，i为参数可作出残留率曲线，此曲线即称为部分分离效率曲线（图3-11）。由图可知， /a1时，与筛孔同等大小的颗粒不能通过筛网，/值越小，越易通过。而且，颗粒与筛网碰撞次数i越多，越易分离。 实际表明，物料粒度小于筛孔的3/4的颗粒容易透过筛孔，被称为易筛粒；而大于筛孔3/4的颗粒，因透筛困难，称为难筛粒。 3. 2. 1 筛分分级 第34页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二筛分效率 :实际得到的筛下产物量与入筛物料中所含粒度小于筛孔的物料量的比的百分数 。筛上产物，原料，筛下产物， 筛分效率，；C筛下产物重量；

21、入筛原物料重量；入筛原物料中小于筛孔级别的物料含量， 用小于筛孔的所有物料来计算筛分效率，其结果称总筛分效率；只用小于筛孔物料的个别粒级或几个粒级计算，则称为部分筛分效率 （2） 筛分效率 3. 2. 1 筛分分级 第35页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二某一时刻存在于筛面上但比筛孔小的物料重量t 筛分时间；k为比例系数；负号表示物料量是随筛分时间增长而减少的 (3) 筛分动力学 3. 2. 1 筛分分级 第36页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二水力分级，又称为湿式分级，是利用颗粒在液体介质流中沉降的速度差，或运动轨迹的不同进行分级的过程。 水力分级

22、中分级介质的运动有三种形式：一是介质的流动方向与颗粒沉降方向相反的垂直上升介质流(a)；二是水平介质流（b）；三是旋转介质运动流（c）。 3.2.2 水力分级 第37页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二1）淘析 法基本原理沉降分析法中最简单而又比较准确的一种方法。 利用渐进缩短沉降时间的方法，由细至粗的逐步将各粒级物料自试料中淘析出来。7445382010t5t4t3t2t13.2.2 水力分级 第38页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二2）上升水流法优 点 可以连续地分出各个粒级产物，结果准确。 工作原理根据矿粒在上升水流中的自由沉降规律，利用上升水流

23、，在相同的流量下，在不同直径的分级管中，产生不同的上升水速，使粒度不同的矿粒按其不同的沉降速度分成若干粒度级别。3.2.2 水力分级 第39页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二 气流介质分级主要用于超细粉碎粉体的分级，由于气流介质分级时物料是干的，也称为干式分级 。 分级介质的运动有三种形式：一逆流平衡分级(a)；二横切气流式分级（b）；三离心分级（c）。 3.2.3 气流介质分级 1）干式分级机理 第40页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二3.2.3 气流介质分级 2. 气流介质分级应具备的基本条件 （1） 物料充分分散；（2）分离作用力既瞬时作用于点

24、或线上，又持久作用于整个分级区域内；（3）对气流作整流处理，避免产生局部涡流；（4）分离出的颗粒应立即卸出，避免再混合。第41页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二粒度分配曲线:以粒度为横坐标，各粒级在粗粒级或细粒级中的分配率为纵坐标，绘出的表示分级效果的曲线 。分级粒度:分配率50%所对应的粒度利用分离曲线确定分离粒度，并可用偏差EP表示分级效率 3. 2. 4 分级效果的评价 1. 粒度分配曲线 第42页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二 2. 分级效率 f：分级效率，%：入料中小于规定粒度的粒子含量，%；：细粒级产物中小于规定粒度的粒子含量，%；：分

25、级后细粒级产物中的固体产率，%；：粗粒级产物中小于规定粒度的粒子含量，%；3. 2. 4 分级效果的评价 第43页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二3. 2. 4 分级效果的评价 第44页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二粒度分布粒度特性分析方法 粒度分布即粉体中各粒度区间的颗粒含量占总量的比例. 累积分布和分布密度 粒度分布的表示方法 列表法 图示法 特性函数法 筛分分析沉降分析显微分析比表面分析形状分析3. 2. 5 粉碎产品粒度特征 1. 粒度分布 第45页，共51页，2022年，5月20日，8点39分，星期二1）累积分布和分布密度 则函数F(Dp)称为随机变量dp的累积分布函数，函数f(Dp)称为dp的分布密度或频率分布函数。在粒度分析中，通常以累积筛余（大于某一筛孔尺寸的颗粒质量百分数）或累积筛下（小于某一筛孔尺寸的颗粒质量百分数）来表示累积分布。若将粒径dp作为随机变量，当其取值小于任意指定的Dp这一事件具有概率PdpDp，且此概率仅与Dp值有关，即它是Dp的函数F(Dp)，则可表示为：PdpDpF(Dp)如果在Dp区间里有