原料破碎与粉体制备

1.2.1破碎一、基本概念破碎（crushing）定义——对块状固体物料施用机械方法，使之克服内聚力，分裂为若干碎块的作业过程。破碎物料多脆性材料，但有较高的韧性和塑性物料，需采取特殊措施。破碎的作用——减小块状物料的粒度，这在不同的工业部门中有不同的意义。如陶瓷、玻璃、水泥行业都要求把块状原料破碎到一定粒度以下，以他后续粉磨。粒度直接影响生产控制和产品质量。冶金行业则需要将矿石破碎到指定粒度，才能实施剔除杂质的选矿作业。1.2原料破碎与粉体制备2/5/20231合肥学院化学与材料工程系方法与分类破碎方法有：(a)挤压；（b）劈裂；（c）折断；(d)磨剥；(e)冲击五种。上述五种方法，挤压所需力较大，劈裂和折断因其作用力较集中，所需力仅为挤压的l／10左右。冲击属瞬时动载荷，对脆性物料有较好的破碎效果，但工作部件磨损较大。磨剥的破碎效率较低，但对一些具有明显解理面的矿物，这种方式有利于破碎产品保持矿物原有晶体形态。2/5/20232合肥学院化学与材料工程系2/5/20233合肥学院化学与材料工程系二、破碎设备（一）颚式破碎机（jawcrusher）颚破的主要破碎工艺部件是动颚和定颚。动颚可绕其悬挂心轴相对定颚作周期性摆动，使处于动、定颚之间的物料受到挤压、劈裂和折断作用而破碎。颚破分为三种类型：简摆式、复摆式、综合摆动式。（二）圆锥破碎机圆锥破碎机破碎工作部件是两个截锥体，一定一动。圆锥破碎机可用于粗碎和中细碎（三）辊式破碎机可分为单辊、双辊、三辊、四辊四种机型。常用的是双辊破碎机。其破碎机构是一对辊子，入两辊之间，受到挤压而破碎。2/5/20234合肥学院化学与材料工程系（四）锤式破碎机锤式破碎机的破碎机构是带锤头的转子，转子由主轴、挂锤体、销轴和锤头构成。此法不适于破碎和湿物料。（五）反击式破碎机反击式破碎机（kickbackcrusher）是锤式破碎机的改进型，物料从进料口沿导料板进入锤击区受到冲击后，小块料沿转子切线方向飞行，大块物料沿与切线成一定角度的方向偏斜抛出，向冲击板高速冲击，碰撞后又反弹回锤击区重复上述过程，反复的冲击破碎。（六）笼式粉碎机笼式粉碎机也是冲击型破碎机，其主要破碎机构是转笼。2/5/20235合肥学院化学与材料工程系1.2.2粉磨（grinding）粉磨与破碎同属粉碎（comminution）作业，可视作粉碎的两个不同作业阶段。一、球磨机的工作原理、特点及类型

球磨机（ballmill）——内装入研磨体和被磨物料，研磨体的装入量为筒内有效容积的25%~50%。按旋转速度的快慢，筒体内研磨体可能出现三种基本运动状况，转速太慢时，研磨体与筒壁间摩擦力太小，其仅被带到相当于动摩擦角的高度就沿壁下滑，即所谓“倾斜态”，物料只受到研磨作用，缺少冲击作用，粉磨效果不佳。转速较大时，研磨体贴附简壁一道回转，被称为“周转态”，基本无冲击和研磨作用。转速适中，研磨体提升到一定高度后抛落下来，则为“抛落态”，其冲击和研磨作用较强，粉磨效果较好。

2/5/20236合肥学院化学与材料工程系二、球磨机的构造概况

球磨机有筒体部分、进料及出料装置、轴承系统和传动系统这几部分。筒体部分由钢板焊接而成，筒体内表面装设了可更换的耐磨材质衬板，不同形式的衬板可调整研磨体的运动状态。如磨体较长，常以隔仓板将磨内空间分割为若干磨仓，使不同尺寸的研磨体按大小顺序，由磨头至磨尾分类填充。此外，隔仓板还具有筛析物料和控制磨内物料流速的作用。球磨机的传动系统有三大类：边缘传动；中心传动；和无齿轮传动研磨体的最大填充率

根据上升和抛落运动两部分研磨体在筒体断面上的面积，求得理论适宜转速时的最大填充率为0.42。2/5/20237合肥学院化学与材料工程系三、粉磨作业流程

粉磨系统开路系统——开路（opencircuit），无分级设备，物料从磨机中出来即为产品；流程简单，设备少，操作简便，基建投资少，其缺点是物料必须全部达到合格细度才能出磨，容易产生过粉磨，因而开路系统粉磨效率低，电耗高，产量低。闭路系统——闭路（closedcircuit），配分级设备，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。可以消除过粉磨现象，可调控产品粒度，且能提高粉磨效率和产量。其缺点是流程复杂，设备多，基建投资大，操作管理复杂。2/5/20238合肥学院化学与材料工程系多台粉磨设备串联运行时，构成多级粉磨流程。在闭路系统中，分级机的回料量T与成品量Q之比，以百分数计，称为循环负荷率K。各种不同粉磨系统的循环负荷率一般在50％～300％。对球磨机而言，循环负荷率与磨机长度有关，磨机越长则出磨物料越细，循环负荷率就越低。2/5/20239合肥学院化学与材料工程系四、影响磨机效率的主要因素

1.入磨物料的性质粒度、易磨性、温度和水分四个方面①入磨物料粒度大，则研磨体的尺寸也要相应增大，而研磨体个数减少削弱了粉磨效果，从而降低了产量，增加了电耗。②易磨性是表征物料粉磨难易程度的物理参数，易磨性好产量高，反之则产量低。③入磨物料的温度如高于常温，致使磨内温度升高，物料易磨性下降。④入磨物料水分应适中。水分过大易粘在研磨体和衬板上，形成“物料垫”，水分过少则影响磨内散热，易产生“窜磨”跑粗现象。适宜的物料水分为l％～15％。2/5/202310合肥学院化学与材料工程系易碎系数Ｋｍ：为了表征物料粉碎难易程度的综合影响，可用相对易碎系数来反映物料的易碎性。

某物料的Ｋｍ＝Ｅｂ／Ｅ：采用同一粉碎机械，在相同物料尺寸变化条件下，粉碎标准物料的单位电耗Ｅｂ与粉碎干燥状态下某一物料的单位电耗Ｅ之比，即。物料的易碎系数愈大，愈容易粉碎。2.助磨剂添加少量助磨剂，可以消除细粉粘附和聚集现象，提高粉磨效率，降低电耗，提高产量。2/5/202311合肥学院化学与材料工程系

3．粉磨产品细度产品要求越细，则磨机产量越低。

4．设备和流程

设备规格越大产量越高，流程则以闭路流程为佳。5.研磨体

研磨体的形状、大小、装填量、级配以及补充等对磨机产量有明显的影响。磨介填充率一般在２５％～４５％之间,干法粉磨取值较低.2/5/202312合肥学院化学与材料工程系6干法磨机通风

良好的磨内通风可冷却磨内物料，改善易磨性，排除水蒸气，增加极细物料的流速，使之及时卸出磨机。7干法磨水冷却

主要是磨内雾化喷水，可有效带出磨内热量，消除静电凝聚，有利于提高产量。8磨机的操作

喂料量适当且均衡稳定是提高产量的重要措施。2/5/202313合肥学院化学与材料工程系五、其他形式的磨机

（一）无介质磨磨机结构与球磨机相似，其筒体直径很大而长度较小．长径比一般小于1，磨内无研磨体（或加少量研磨体），靠物料自身相互间的冲击和研磨作用形成一种自磨机制，故又称自磨机。

（二）辊式磨

有立式、卧式两种类型。其粉碎机构为锥辊（球）和磨盘（环），靠挤压和摩擦使辊、盘间的物料磨碎。物料由上部加料口均匀加入并撒落在磨盘上，受到磨辊的碾压作用而粉碎。由于其合格细粉靠气力输送出磨，这类磨机都在磨体内装备了选粉机，如以废热气体作工作介质，可实现粉磨、烘干、分级一体化。当今世界最大的辊磨台时产量已达700t／h，功率5750kw。

2/5/202314合肥学院化学与材料工程系（三）辊压机

辊压机是高压粒间挤压粉碎理论生产的一种新型磨机，辊压机的粉碎机构是一对相向转动的辊子，一定一动，两辊间施以高压，其名义挤压应力为5～10MPa。突出优点是能量利用率高，破碎比大，与球磨机相比，节能效果高达50％。2/5/202315合肥学院化学与材料工程系2/5/202316合肥学院化学与材料工程系六、超磨机

超细粉一般是指粒径在10um以下的粉体物料。超细磨主要有机械式和流能式两类。有振动磨、搅拌磨和冲击磨

多用于硬度不高的天然矿物、化工原料、填料等脆性物料的超细粉碎，如充以液氮，还能进行深冷粉碎。能适应干法和湿法及连续或分批作业等多种要求。搅拌磨的粉碎机构由固定的研磨腔体和装在其轴心的搅拌器构成，工作时搅拌器旋转，带动研磨体运动，对物料施加粉碎力。2/5/202317合肥学院化学与材料工程系冲击磨的结构特征是具有围绕水平或竖直转轴高速旋转的回转工作件，借助回转件的强烈冲击，使入磨物料与其他固定工作件碰撞磨擦而粉碎。还能用于纤维状物料或塑性固形物的粉碎。机械式超细磨机普遍存在着机损和物料污染问题。流能式超细磨是目前主要的超细粉碎设备。喷嘴是气流磨最主要的组成部分，其作用是将流动介质的压力能转换成速度能，产生高速气流，使物料颗粒相互之间或颗粒与固定板发生激烈的冲击碰撞而粉碎。现代气流磨的Ma一般为15～302/5/202318合肥学院化学与材料工程系1.2.3超微粉合成方法超微粉(ultramicron)的粒度一般为1～100nm。目前尚不能用机械粉碎方法获得。当物质微细化到这种程度时，将表现出与原固体显著不同的性质，成为物质的新状态，如大颗粒金属粉具有连续的导电能带，而超微金属粉的电子能级却是离散的。表面效应——指颗粒物质表面原子与内部原子的数量之比达到不可忽略的程度时，某些物性发生改变的现象。如熔点下降、晶体结构异常等。2/5/202319合肥学院化学与材料工程系一、化学反应法多以固相物质为原料，利用氧化还原反应、固体热分解反应、固相反应等化学方法制备超微粉。如硅可先氧化成四氯化硅，然后在锌蒸气中还原成硅微粉。热分解法是利用晶体的热分解反应来制备微粉，其产品粒度可通过调节反应速度加以控制，反应速度快时，成核数量多，粒度小；反之则粒度较粗。2/5/202320合肥学院化学与材料工程系二、冷冻干燥法

首先制备含有金属离子的盐溶液，然后将溶液雾化成微小液滴，同时进行急速冷冻使之固化，可得冻结液滴，经升华将水分完全汽化，成为溶质无水盐，最后在低温下煅烧，即可合成超微粉。

设盐水溶液的初始状态为点①，经急速冷冻至状态点②，成为冰与盐的固体混合物。再将物系恒温减压至状态点③，该点恒压升温至状态点④，成为无水盐超微粉体。2/5/202321合肥学院化学与材料工程系

三、喷雾干燥法

用雾化喷嘴将盐溶液处理为雾状，随即进行干燥和捕集，捕集物可直接或经热处理后作为产物颗粒。

四、蒸发凝聚法

物理方法。目前比较普遍的做法是将金属在惰性气氛中加热，使之熔融蒸发，气化的金属原子被周围的惰性气体冷却，凝聚成原子的集合体，形成微细颗粒。制备出最小粒径为2nm的超微颗粒，颗粒的粒径可由加热温度和冷却速度控制。温度低且冷却速度高，则粒度较小；反之，则粒度较大。2/5/202322合肥学院化学与材料工程系五、生成沉淀法溶液中的离子A+和B-的浓度超过其浓度积[A+]·[B-]时，A和B开始结合，进而形成晶格，当晶格生长到一定程度时发生重力沉降，将此沉淀物过滤、洗涤、干燥，再反应形成微粉。目前应用较为广泛的是共沉淀法和化合物沉淀法。(一)共沉淀法(coprecipition)即溶液中所用的离子完全沉淀，均匀分布在主成分中，以获得组成均匀的沉淀物颗粒。但由于溶液中的沉淀生成条件因不同金属而异，让组成材料的多种离子同时沉淀十分困难。2/5/202323合肥学院化学与材料工程系(二)化合物沉淀法化合物沉淀法可弥补共沉淀法的缺点，其溶液中的金属离子是依据由于配比组成相等的化学计量组成的化合物形成沉淀的，沉淀物一般具有在原子尺度上的均匀组成。(三)醇盐水解法

金属醇盐属有机金属化合物，可与水反应生成氧化物、氢氧化物、水合物等沉淀。这种水解反应一般进行很快，只有个别情况例外。如沉淀为氧化物，可直接干燥成为成品微粉，氢氧化物水合物沉淀则需经焙烧才能获得氧化物微