粉体知识点整理资料

11.粉体学的重要意义（粉体容易大批量生产处理，产品质量均匀，成本低，控制精确，成为许多人工合成材料必然选择的合成方法。颗粒的定义：粉体的定义：大量颗粒的集合体，即颗粒群，又称粉末（狭义的粉末是指粒度较小的部分粉体学的特点：粉体技术包括：制备、加工、测试。制备有各种物理、化学、机械方法；加工作业有粉碎、分级、粉体的存在状态：通常所指的粉体是小尺寸的固体，但气体中的液滴、液体中的气泡也属于颗粒；固态的物质中又分为分散态和聚集态，多数粉体为分散态。按分散状态分类：原级颗粒（一次颗粒）、聚集体颗粒（二次颗粒）、凝聚体颗粒（三次颗粒）、絮凝体颗粒微粉体（0.1~10μm）、纳米粉体（<100nm）粒度定义：颗粒尺寸常用的表征方法：粒度定义：颗粒尺寸常用的表征方法：①个数基准分布(又称频度分布)以每一粒径间隔内的颗粒数占颗粒总数ån②长度基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和ånd2③面积基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的总表面 的比例④重量基准分布以每一粒径间隔内的颗粒总重量占全部颗粒的总重量

其中函数法是最精确的粒度描述方法（即用概率理论或者近似函数的经验法莱寻找数学函数形状因子：形状指数形状系数：颗粒的表面积、体积、比表面积等几何参数与某种规定粒径dp筛分析法（一般μm其中最细的是400目，孔径为μ缺点：粒度下限38μm显微镜法：光学显微0.25——250μm；电子显微镜0.001——优点：可直接观察粒子形状；可直接观察粒子团聚；光学显微镜便宜；缺点：代表性差；重复性差；要测量投影面积直径；速度慢；光衍射法粒度测试激光衍射—μm；光小角衍射0.002—μ优点：可观察粒径小，图像富有立体感，较真实，易于识别，可观察微区，一般同时进行成分分析。原子力显微镜（优点：AFM具有操作客易、样品准备简单、操作环境不受限制、分辨率高等优缺点：与SEM相比，成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大光散射法原理：利用颗粒对激光的散射角度随颗粒粒度而改变的原理测定粒度分布电传感法粒度测试：当一个小颗粒通过小孔时所产生的电感应，即电压脉冲与颗粒的体积成正比；水利分析法—沉降法（用于小于0.1mm物料粒度组成的测定001μ。优点：测量重量分布；代表性强；经典理论,不同厂家仪器结果对比性好；价格比激光衍射法便宜()(即粒子比重必须一致):7:粒度测定方法的选定（还要进一步看书根据粒度测定所需时间选择；根据设备投资和分析费选择：填充状态的两个极端，即最疏与最密填充状态。原因是：形状不规则，存在空隙。注意：粉尘的体积与其他固体物质的体积不同粉尘的体积包括尘粒的颗粒体积粉颗粒之间的空隙体积颗粒外开口体积颗粒内闭孔和附面膜体积等五部分描述粉体填充结构的参数（主要掌握前三个容积密度容积密度ρ自然堆积状态下单位体积粉体的质量表观密度）填充率：Ψ，颗粒体积占粉体填充体积的比例如右图。空隙率：εΕ=1-Ψ=1-配位数配位数分布空隙率分布：接触点角度分布：将与观察颗粒相接的第一层颗粒的接触点位置，以任意设定的坐标角度表示的分等径球（均一球）掌握立方体填充（立方最疏填充）和菱面体填充（六方最密填充。立方体填充：配位数为6；菱面体填充：配位数均一球形颗粒的实际填充（不规则填充均一球形颗粒群的随机填充结构（贝尔纳实验）统计分析结论是：（1）空隙率比较大时，配位数分布接近正态分布（2）随着空隙率减小，趋近于最密填充状态的配位数实验结论：高配位数的疏接触点多，填充疏松，空隙率大（P39.）低配位数的密接触电多，填充紧密，空隙率小较大球形颗粒中加入一定数量的较小球形颗粒，空隙率可以降低；若进一步加入更小的球形颗粒，空隙率进一步低空隙率随着小颗粒的混入比增加而减填入颗粒的粒径越小，空隙率也越总结即是：小颗粒粒径越小，配位数越大，空隙率越小，填充率越大壁效应：当粉体填入容器时填充结构受容器壁面的影响在容器壁面附近形成特殊的填充结构成为壁效应局部填充结构：空隙率分布、填充数密度分布、接触点分布粉体的含水量：潮湿粉体易于团聚，导致内部保持松散结构，致使填充率降低。含水量较速降低；含水量继续增大，由于颗粒发生相对滑动而使填充率增大。颗粒形状：颗粒越接近球形，通常其空隙率越低。即空隙率随颗粒球形度降低而增加颗粒大小：粒度很小时，颗粒间的附着力大于颗粒重力，发生团聚，此时空隙率较大，即观体积增大；当粒度大于某一临界值，凝聚力可忽略不计，粒度大小则对堆积无明显影响填充速度可降低空隙率。用单一粒径尺寸的颗粒，不能满足致密堆积对颗粒级配的要求采用多组分且组分粒径尺寸相差较（一般相差4-5倍可较好地满足致密堆积对粒度与级配的要求7371：2时，相对而言，可更好地满足致密堆积对粒度与级配的要求；在可能的条件下，适当增大临界颗粒（粗颗粒）尺寸，可较好地满足致密堆积对颗粒级配的要求颗粒间的附着力（当粉体颗粒很小时，由于附着力存在易于团聚颗粒间的附着力（凝聚力）包括范德华力、静电吸引力、水分毛细管力、磁性力、机械咬合力根据颗粒间液体量的多少，有四种的静态液相摆动状态：颗粒接触点上存在透镜状或环状的液相，液相互不连接链索状态：液相相互连接而成网，空气分布其间毛细管状态：颗粒间隙充满液体，仅仅颗粒表面存在气液界面浸渍状态：颗粒群浸在液体中，存在自由液面液桥力大小与颗粒间液体量、颗粒表面润湿性、颗粒形状、液固接触状况等有关T孔隙和RT孔隙：4个球以正三角锥的顶点为球心排列时所形成的四面型孔隙称为T孔隙。这种孔隙6个解除点和4个支路，各个支路都与R孔隙相通。与霍斯菲尔德填充的三角孔相同。R孔隙：4个球并排成正方形，在通过正方形中心的垂线上再排列两个球后形成的长斜方形空隙称为R孔隙。相当粉体的摩擦特性（后三种以了解为主摩擦角：由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角的统称根据颗粒体运动状态的不同，可分为内摩擦角、安息角、壁摩擦角及动内摩擦角内摩擦角：体就会产生滑动。摩擦角表示该极限应力状态下剪应力与垂直应力的关系，它可用莫尔圆和破坏包络线来描述。测试方法：流出法、抽出法、活塞法、慢流法、压力法、剪切盒法等有关莫尔圆的画法和性质式中σ1σ2为两个主应力，这两个关系式也可以用莫尔圆上N点的坐标值来表示，N点与σ1夹圆心角为2θ，σ1σ2为已知时,用公式法或莫尔圆法都可获得通过该点的任一截面上的正应力和剪应力值安息角又称粉尘静止角、休止角、堆积角，是粉体粒度较粗的状态下由自重运动所形成的角测定方法：排出角法、注入角法、滑动角法、剪切盒安息角（休止角）≤30动性好；≤40°基本满足；≥40°流动性差同时注意粘性粉体或粒径小于100~200um的粉体粒子相互作用力较大而流动性差相应地所测休止角较大。质量流优点：避免了粉料的不稳定流动、沟流和溢流；消除了筒仓内的不流动区；形成了先进先出的流动，颗粒漏斗流缺点：出料口流速不稳定；料拱或穿孔崩塌时，细粉料可能被充气，并无法控制地倾泻而出；密实应力下不流动区留下的颗粒可能变质或结块；沿料仓壁长度安装的料位指示器不能正确指示料仓下部的料位；后进先出主动状态：粉体层受重力作用，将要出现崩坏是的极限应力状态；最小主应力为水平方向D自由降落区C垂直运动区B粉碎的定义：在外力作用下使大块物料克服内聚力，碎裂成若干小颗粒的加工过程。；作用与目的：粉碎后，粒度显著减小，比表面积显著增大，有利于几种物料的均匀混合、便于输送和贮存、有利于提高固相高温反应的程度和速度。被粉碎物料的性质：强度、硬度、脆性、韧性、易磨性等强度：材料抵抗外力的能力，通常以材料破坏时单位面积上所受的力来表示，单位N/㎡或Pa实际强度：实际强度一般为理想强度的强度的尺寸效应：试验片体积变小时，强度值增大←裂纹的大小、形状、方向及数量强度随着加荷速度而变化：材料本身兼具弹性性质和延展性质强度随氛围条件而变Griffith强度理Griffith指出，固体材料内部的质点实际上并非严格地规则排布，而是存在许多微裂纹不，，当材料受拉时，这些微裂纹就会逐渐扩展，与其尖端附近产生高度的应力集中，结果使裂纹进一步扩展，直至使材料破坏。裂纹产生和扩展必须满足力和能量两个条件作为力的条件而言，在裂纹尖端产生的局部拉应力必须大于裂纹尖端分子间的结合力就能量条件而言，破碎时的能量消耗于两个方面：一是裂纹扩展时产生新表面所需的表面能s；二是因弹性变形而储存于固体中的能量U。粉碎方式和粉碎模研磨粉碎：主要产生细粒，其效率低、能量消耗大，用于小块物料的细磨。冲击粉碎：主要用于脆性物料的粉碎。体积粉碎模型: 整个颗粒均受到破坏，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粉。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型较接近表面粉碎模型 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，这一破坏作用基本不涉及颗粒部，这是典型的研磨和磨削的粉碎方式均一粉碎模型: 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。此模型仅符合结合极其不紧密的颗粒集合体如药片等特殊粉碎情形。实际粉碎过程是前两者的综合，前者构成过渡成分，后者形成稳定成分；体积粉碎看成冲击粉碎，表面粉碎看成摩擦粉碎；粗碎时宜采用冲击力和压缩力，细碎时采用剪切力和摩擦力。对于低软化点、熔点低的热塑性物料，温度上升会失去结合水的物料，或温度上升会氧化的物料，以及常温时强韧、低温时脆性化的物料，适用低温粉碎。采用技术有预冷物料、包裹或加入冷却介质。混合粉碎（可以提升细粉效率几种粉碎性质不同的物料装入同一粉碎设备进行粉碎时，由于物料相互影响，则粉碎情形比单一物料复杂，会出现选择性粉碎，即易碎的物料更细、难碎的物料更粗。带预筛分的粉碎流带检查筛分的粉碎流abd流程可增加粉碎流程的生产能力，减小动力消耗工作部件的磨损等。适合原料中细粒级物料较多的情形cd流程可获得粒度合乎要求的粉碎产品为后续工序创造有利条件但流程较复杂设备多、建筑投资大，开路（开流）较小时，粉碎效率低，产品中会含有部分不合格的粗颗粒物料闭路（圈流）流程：带检查筛分或选粉设备的粉碎流程：可直接筛选出符合粒度要求的产品对于拟粉碎至厘米级的矿石：可采用挤压粉碎、劈裂粉碎。实际过程中则是多种粉碎相互结合，连续作业。粒子焊接：即在粉碎的过程中，小颗粒间存在压应力，会发生焊接现象，再次形成大颗粒，可称之为二次颗粒破碎机械：颚式破碎机，圆锥破碎常用分 粉磨机械：振动磨，雷蒙超细粉碎机械*：行星球磨机、气流粉碎机（粉体实验仪器会考，还有加上筛分种方法研磨和混合粒度不同、材料各异的产品，研磨产品最小粒度可至0.1影响粉碎效率的因素影响球磨效率的因素原料性质的影响；球磨强度的影响：球磨环境的影响；球磨气氛的影响；研磨介质性质、尺寸呢及球料比的助磨剂助磨作用机理（常为表面活性剂①助磨剂吸附在物料颗粒表面，改变颗粒的结构性质，降低颗粒的强度或硬度②助磨剂吸附在固体颗粒表面，减小颗粒的表面能总之，添加助磨剂使物料颗粒内的裂纹易于扩展，强度或硬度降低，颗粒软化；助磨剂吸附在颗粒表面能平衡因粉碎而产生的不饱和键，防止颗粒团聚，从而抑制粉碎逆过程。助磨剂一般分成三类：碱性聚合无机盐、碱性聚合有机盐、偶极—偶极有机化合物物料在机械力作用下粉碎生成新表面晶格畸变活性增强物料颗粒在机械力作用下，表面层结构发生破坏，并且趋于无定形化，内部贮存了大量能量，使表面层能位更高，因而活化能更小，表面活性更强。粉磨系统输入能量的较大一部分还将转化为热能，使粉体物料表面温度升高，在很大程度上提高了颗粒的表面活性因此，物料经机械粉碎后形成的微细颗粒表面性质大大不同于原有粗颗粒，机械力的持续作用使颗粒表面的活性点不断增多，颗粒表面处于亚稳高能活性状态，易于发生化学或物理学的变化。影响机械力化学的因素粉磨强度的影响：即能量对原子重新组合的影响。强度过低，形成非晶时间较长，甚至无法形成非晶；强度较高，形成非晶时间较短，利于非晶成分扩散，继续粉磨或造成相便；当强度达到某一值时候，会使得原料形成稳定化合物。①经高能粉磨处理的物料，不仅使粒度减小，比表面积增大，而且由于反应的活性提高，可使后续热处理过程的烧成温度大幅度降低。②由于机械粉碎的同时兼有混合作用，使多组分的原料在颗粒细化同时达到均匀化，特别是均匀化程度提高，使制备的产品性能更好。③便于制备宏观、纳米乃至分子尺度的复合材料④便于制备某些常规方法难以制备的材料。①通常需要长时间的机械处理，能量消耗大，且反应难以进行完全，在实际应用中，通常对物料进行适当的粉磨来制备前驱体而不是最终产物。②研磨介质的磨损会造成物料污染，影响粉磨产物纯③处理金属材料时，需要用氮气、氩气等惰性气体保护，否则可能发生氧化、燃烧等不希望发生的反应粉体的分粉体的分级与分一一、粉体的筛筛分定义筛面的种类及特点条筛：结构简单，无运动部件，不需要动力；但筛孔易堵塞，需要的高差大，筛分效率一般为50-60%板状筛：比较牢固、刚度大、使用寿命长；缺点是，开孔率较小，约为40-60%，一般用于中等粒度的物料筛分，筛孔尺寸一般12-50mm。编制筛面：钢丝编织而成。筛孔为正方形或长方形，开孔率可达95%。具有开孔率高、质量轻、制造方便的优点缺点是使用寿命短（提高寿命：采用弹簧钢或不锈钢筛分作业（常与粉碎作业相联系的磨损；较难筛的细颗粒很快通过上层筛面而不易形成堵塞，有利于提高筛分质量；缺点是维修不方便由细到粗的筛序混合筛序:筛分机械回转筛工作原理：物料在滚筒内由于摩擦力作用被提升至一定高度，后因重力作用沿筛面向下滚动，随之又筛孔易堵塞，筛分效率低下摇动筛：电动机通过皮带轮传动，是偏心轴旋转，然后用连杆带动筛框做定向往复运动振动筛摇动筛和振动筛的区别：振动筛：筛面振动方向与筛面成一定角度。物料主要做相对滑动摇动筛：运动方向基本平行于筛二二、超细粉体的分超细分级原远大于重力场情形，换言之，较小的颗粒也能获得较大的沉降速度减压分级原理：颗粒粒径近于或小于气体分子的平均自由程（程之平均值）时，由于颗粒周围产生分子滑动因而导致颗粒所受阻力减小。常压时，颗粒粒径越小，其沉降度受到的影响越显著干式分级种类：重力分级、离心式分级、惯性分级等三、固气分固气分离定义：从气体与悬浮细颗粒的混合相中分理处固体颗粒的单元操目的在气力输送或一些产品生产中，需要把粉体从气体中分离出为环境保护与绿色生产，需要把气体中所含的粉尘出去（一般除尘=收尘固气分离设备的分类（按收尘原理分类重力收尘器：利用重力使粉尘颗粒沉降至器底（沉降室；可收集粉尘粒径在50μm以上分离粒径一般大于μ。器；分离粒径可达μ。式收尘器、颗粒层收尘器等；分离粒径可达μ。μm按照作业方式分类，则分为干式除尘器和湿式除尘器两类。l组成：进气管、外圆筒、锥形筒、贮灰箱、锁风阀、排风l工作原理：利用含尘气体高速旋转产生的惯性离心力而使粉尘颗粒（般可达2s）沿外圆筒的切线方向进入直筒并进行旋转运动。含尘气体在旋转过程中产生较大离心力，由于颗粒的惯性比空气大的多，因此将大部分颗粒甩向筒壁，颗粒离心沉降至筒壁后失去动排出。操作管理方便，维修量小，在处理颗粒粒径10μm以上的含尘气体l缺点：流体阻力损失大，因而电耗高，壳体易磨损，要求卸料闸门等严格锁风，否则会严重影响收尘效率lll主要工作原理：利用多孔纤维滤布将含尘气体中的粉尘过滤出来的收尘设备与旋风收尘器相比，收尘效率高，对于5μm的颗粒，收尘效率可99%以上；可以捕集1μm的颗粒。堵塞，使其应用受到一定限制。ll常见滤布：棉织滤布：生产成本低，耐高温性能差毛织滤布：造价高，耐热性能好，透气性好，阻力小，耐酸碱合成纤维：聚酰胺纤维耐磨性好，耐碱、不耐酸，工作温度80以下聚丙烯乙腈纤维的强度高，耐酸，不耐碱，工作温度110~130；聚酯纤维耐热耐酸耐碱性能均较好，工作温度140~160；玻璃纤维过滤性好，阻力小，化学性能稳定，造价低指的是每平方厘米面积上，高1cm粉料柱沿高度方向测定的电阻值。当粉尘比电阻在102～109Ω·m时，除尘效率最高。含尘浓度：①温度对粉尘比电阻：温度波动会使得粉尘比电阻发生波动，因此要使得温度保持较小的波动范围②温度对气体黏度：气体温度越高，气体黏度越大，除尘效率越低③温度对击穿电压：温度升高，击穿电压降低，除尘效率降低气流速度：通过电场的气流速度越大，除尘效率越高；反正则相反①气体湿度对空气击穿电压的影响：气体湿度上升，击穿电压上升，提高除尘效率②气体湿度对粉尘比电阻的影响：气体湿度对粉尘比电阻影响很大。不同电除尘器对此有不同的湿度要求沉降浓缩一般用作过滤、离心分离、干燥等的前以工序。A层：最上面的澄清层。凝聚良好时，由于沉降-B因残留微粒子而变得浑浊，界面不明显。该界面高度与时间的关系，可以用作增稠器设计和操作的基本数据，其关系曲线称为间歇性沉降曲线。B干扰沉降层其浓度与悬浊液初期浓度几乎C层：BD的中间浓度的过渡层。通过凝聚

沉降浓缩过A澄清区B凝聚沉降区C浓缩区D致密区E粒D层：颗粒紧密堆积，毛细管流减少的状态，沉降速度极小E层：含少量水分的固体颗粒层按颗粒物性分离的类型：过滤、离心分离、喷雾干燥（沉降浓缩也可以算进取离心沉降机（离心机离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械例如)喷雾干燥原理：于干燥室中将稀料经雾化后，形成极细的雾群，是料液表面积大大增加，在与热空气的接触中喷雾干燥对于大规模生产，特别是生产干压粉料，相对经济。喷雾干燥机主要构造有：雾化器、干燥塔、热空气分配器、给料器、进气管、排风管、收集器、泥浆泵料仓的种类:料仓内的粉体流质量流或整体流：料仓内整个粉体层能够大致均匀地下降流出（先进先出，适应于流动性优良的粉体或细粒散体）漏斗流或核心流：料仓内粉体层的流动区域呈漏斗形，使料流顺序紊乱，甚至有部分粉体滞留不动，造成先加入的物料后流出（后进先出）孔口流出（砂时计原理）拱的类气压平衡拱：因料仓卸料器气密性差，空气漏入料仓，当上下气体压力达到平衡时所形成的料拱；防止结拱的措施：改善料仓的几何形状及尺寸；降低料仓内粉体的压力；减小料仓壁摩擦阻力。偏析现象及其防防止偏析的方法：尽量减小料堆斜坡上粉体的流动长度，如在料仓内设置同心状或方格状隔板；改变投料方法；设置挡板；使用该流体以改变粉体的流型。偏析机理：渗流偏析：密度偏析振动（喂料斗和斜槽需考虑）：在振动力作用下，大颗粒向粉体层表面上升，小颗粒向下运动，细料累积并密实时候，就能支撑住大颗粒。颗粒的下落轨迹：料堆上的颗粒冲撞：外围；弹性小、粒度小则偏析于料堆靠近供料点安息角的影响：特点：生产效率高，运输距离长，工作平稳可靠、结构简单、操作方便输送带起来了曳引和承载作用，输送带主要有织物芯胶带和钢绳芯胶带两大类。输送带面有橡胶带和聚氯乙烯塑料带两种，前者应用较广，后者前景好。橡胶带：若干层帆布组成，帆布层之间用用硫化方法浇上一层薄的橡胶，耐磨，有弹性；橡胶带的连接方法分为硫化胶结和机械连接。2)螺旋输送机（同时具有一定的破碎效果优点：结构简单，在料槽外部除传动装置外，没有其他转动部件，占地面积小，易封闭，管理、维护、操作简单，便于多点装料和多点卸料。2)螺旋输送机（同时具有一定的破碎效果优点：结构简单，在料槽外部除传动装置外，没有其他转动部件，占地面积小，易封闭，管理、维护、操作简单，便于多点装料和多点卸料。缺点：运行阻力大，一般比其他输送机消耗的动力大，机件磨损快。不适于运送块状、磨