粉体科学与工程全册配套完整课件2

粉体科学与工程全册配套完整课件2粉体科学与工程

第一章绪言第一节粉体及粉体工程的定义

一、粉体（Powder）：粉末，粉末体通常是指由大量的固体颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体。组成粉体的最小单位或个体称为粉体颗粒。

电气石粉体扫描电镜照片放大倍数增大电气石粉体扫描电镜照片电气石粉体扫描电镜照片电气石粉体扫描电镜照片放大倍数增大电气石粉体扫描电镜照片放大倍数增大电气石粉体扫描电镜照片电气石粉体扫描电镜照片放大倍数增大电气石粉体扫描电镜照片放大倍数增大电气石粉体扫描电镜照片放大倍数增大电气石粉体扫描电镜照片放大倍数增大电气石粉体扫描电镜照片电气石粉体扫描电镜照片放大倍数增大电气石粉体扫描电镜照片铁粉球形铜粉高岭土粉活性纳米碳酸钙粉塑料粉橡胶粉球形硅微粉SEM照片片状云母粉照片碳酸钙晶须SEM照片电气石（不规则粒状）粉SEM照片二、粉体工程

它是以粉状和颗粒状物质为对象，研究其性质及加工、处理技术的一门学科。

1、颗粒的分类

按成因分：人工合成、天然形成。按颗粒构成：原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒。三、基本知识

（1）原级颗粒：最先形成粉体物料的颗粒。它是构成粉体的最小单元。又称一次颗粒、基本颗粒。它最能反映粉体的固有性能。粉体的许多性能与原级颗粒的分散状态及它的大小形状有关。

（2）聚集体颗粒：由许多原级颗粒靠着某种化学力表面相连而堆积起来。又称二次颗粒。（硬团聚）在粉体的加工过程中形成。如，化学沉淀物料高温脱水、晶型转化、晶体生长、熔融等过程。聚集体颗粒的表面积之和＜原级颗粒表面积之和。聚集体颗粒中各原级颗粒间彼此结合牢固，必须采用粉碎方法才能使其解体。

（3）凝聚体颗粒：它是由原级颗粒或聚集体颗粒或二者混合物，通过较弱的附着力结合在一起的疏松颗粒群。又称三次颗粒。（软团聚）在粉体加工中产生。如，湿法沉淀粉体的干燥等。凝聚颗粒的表面积≌构成它的颗粒表面积之和。凝聚体颗粒结构较疏松，能够被机械力所解离。

（4）絮凝体颗粒：粉体在液相介质中分散，由于颗粒间的各种物理力，使颗粒松散结合在一起所形成的粒子群，称絮凝体颗粒。（软团聚）絮凝体颗粒的表面积≌构成它的颗粒表面积之和。絮凝体颗粒很容易被微弱的剪切力解絮，也易在表面活性剂（分散剂）的作用下分散开来。炭黑及制品的SEM照片凹凸棒石及制品的SEM照片

2、粉体的分类

按成分分：碳酸钙粉体、硅灰石粉体等。

按粒度分：粉体分类

按成因分：人工合成、天然形成。

按颗粒大小、形状分：单分散、多分散。单分散粉体：颗粒的大小、形态相同。多分散粉体:颗粒的大小、形态各异。粗粉、粒体＞1000μm细粉：10-1000μm

微米级1-10μm超细粉：0.1-10μm

亚微米级0.1-1μm超微细粉：0.001-0.1μm—纳米粉3、粉体的性质粉体的几何性质：粒径、粒度分布、颗粒形状、颗粒群的堆积性质。力学性质：粉体的摩擦性等。粉体的其它性质：电、光、声，吸附等性质。

4、粉体的加工、处理技术包括：粉体的制备、分级、分离、贮存、输送、均化、造粒、改性、提纯等技术。

粉体制备等离子体化学反应装置气流粉碎装置粉体加工过程单元操作粉碎－分级－收尘粉碎－收尘脱水造粒5、粉体制备方法分类粉碎法是利用各种外力，如机械力、流能力、化学能、声能、热能等将块状或粗粒物料加工成细粒松散物料的方法。其中机械粉碎法是目前工业上使用最多的粉体制备方法，制备的粉体粒度可达到亚微米级。构筑法是通过物质的物理状态变化（蒸发、熔融、凝固、形变、粒径变化等物理变化过程）来生成粉体的方法。可制备微米、亚微米或纳米粉体。化学法是通过化学合成来制备粉体的方法。它是制备超细粉体的一种重要方法。溶液反应法（沉淀法）、气相法及喷雾法目前在工业上已大规模用来制备微米、亚微米或纳米粉体。本课程粉体的制备重点介绍粉碎法。第二节粉体工程的应用矿物晶体氧化铝陶瓷铁基粉末冶金制品高温电路基板东风21洲际导弹－两级固体推进航天飞机矿产资源：无机矿物资源陶瓷材料：氧化铝、氧化锆陶瓷化学工业：催化剂冶金工业：粉末冶金材料、耐火材料电子材料：集成电路基板。航空航天：军事领域：固体推进剂机械工业：磨料、润滑剂食品、医药、化妆品Al2O3基板第三节粉碎工程发展趋势

向生命科学、环境保护、信息工程领域延伸粉体的微细化与功能化粉体的深加工与装备现代化肿瘤靶向识别第四节课程内容、考核、教材及参考书一、课程内容

二、考核总成绩＝考试成绩（60%）+平时成绩（40％）其中，平时成绩=实验成绩（50％）＋到课率（50％）

三、教材及参考书教材：1、《粉体工程》，张少明等

编著.中国建材工业出版社,1994.参考书：1、《粉体加工技术》,卢寿慈

主编.中国轻工业出版社,1999.2、《超细粉体技术》,李凤生等，

编著.国防工业出版社，2001.4、《粉体工程与设备》，陶珍东，等主编.化学工业出版社，2003.5、《粉体工程》，蒋阳，等主编.武汉理工大学出版社，2008.6、期刊：《中国粉体技术》、《非金属矿》等。思考题：

1、粉体和粉体工程的定义。2、粉体和颗粒的关系。3、颗粒的分类、粉体的分类。

4、粉体的制备方法及分类。

5、粉体工程在材料领域的作用。第二章粉体的基本性质本章内容

第一节粒径第二节粒度分布第三节颗粒形状第四节颗粒粒度和形状的测量方法第五节颗粒群的堆积性质第六节粉体的摩擦性质粉体的性质与粉体的加工生产过程密切相关。粉体的性质影响其应用性能。因此，世界各国及不同工业领域对粉体产品的性质有明确的规定和要求。

第一节

粒径

粒径（粒度）Particlediameterorparticlesize

表示颗粒尺寸大小的几何参数。

粒径的定义和表示方法与以下方面有关：

颗粒的形状大小和组成颗粒的形成过程测试方法工业用途

粒径的分类：单个颗粒的单一粒径颗粒群的平均粒径一、单个颗粒的单一粒径

表示方法有多种。1、三轴径Diameterofthethreedimensions

以三维尺寸计算的各种平均径

序号计算式名称物理意义1长短平均径二轴平均径二维图形算术平均2三轴平均径三维图形算术平均3三轴调和平均径与外接长方形比表面积相同的球体直径4二轴几何平均径平面图形上的几何平均5三轴几何平均径与外接长方形体积相同的立方体的一条边6三轴等表面积平均径与外接长方形比比表面积相同的立方体的一条边2、投影径用显微镜测量粒径时，可观察到颗粒的投影。

长径l：颗粒平面投影图中最大距离。短径b：颗粒垂直于长径方向的最大距离。厚度h：在另一投影面上垂直于长径的最大距离。

（1）二轴径Diameterofthetwodimensions颗粒投影的外接矩形的长和宽称为二轴径。

投影径的表示方法：（2）统计平均径：是平行于一定方向（用显微镜）测得的线度，故又称定向径。Feret径，DF（图1－2a）：沿一定方向，与颗粒投影相切的两条平行线间的距离。

Martin径，DM（图1－2b）：在一定方向上将颗粒投影面积分为两等份的直径。定向最大径Krumbein径，DK（图1－2c）：在一定方向上颗粒投影的最大长度。（3）投影当量径圆当量径Heywood（图1－2d）：颗粒投影面积相等的圆的直径。

等周长圆当量径：与颗粒周长相等的圆的直径。

3、球当量直径即把粒子看作理想的球，用它们的直径作为粒子的大小。（1）等体积球当量径与颗粒等体积的球的直径。（2）等表面积当量径与颗粒等表面积的球的直径。（3）等比表面积球当量径与颗粒等比表面积球的直径。（4）Stokes径与颗粒具有相同的沉降末速的球体的直径。它是根据斯托克斯定律求出的粒径。

注：V——颗粒体积；A——颗粒投影面积；几种当量径计算公式二、颗粒群的平均径

设：

颗粒群的粒径分别为：d1,d2,d3,…di…dn;

相对应的颗粒个数为n1

,n2

,n3

,…ni…

nn

,总个数为∑ni

;

相对应的质量数为ω1

,ω2,ω3

,…ωi…ωn

,总个数为∑ωi

;

以颗粒个数为基准和质量为基准的平均粒径计算公式见表2-2。

若粉体由颗粒d1,d2,d3……构成，其物理特性可用各粒径函数的加成表示：

f(d)=f(d1)+f(d2)+f(d3)+……+f(dn)若将粒径想象成一均一球径D表示：则

f(d)=f(D),D即表示平均径。

涉及粒径的表达式有（式中设颗粒为边长为d的立方体）：颗粒群的总长Σ（nd)颗粒群的总表面积Σ（6nd2)颗粒群的总体积（总重量）Σ(nd3),ρΣ(nd3).颗粒群的比表面积Σ(6nd2)/Σ(nd3)平均比表面积Σ(6n/d)Σn

例1：推导个数基准平均径：设粉末由粒径为d1,d2…..dn

的颗粒组成，每种颗粒的个数分别为n1,n2,….nn。由颗粒总长的特性导出其平均径。解：颗粒群的总长可表示为：

n1d1+n2d2+…………+nndn=Σ(nd)=f(d)将全部颗粒视为粒径为D的均一颗粒，上式中的d用D替代：n1D+n2D+…………+nnD=Σ(nD)=DΣ(n)=f(D)

则，由f(d)=f(D),

Σ(nd)=DΣ(n)

则：D＝Σ(nd)/Σ(n)

所得的D即为个数基准平均径.例2:设颗粒群的总质量为Σm,试由比表面积的定义函数求平均粒径.

比表面积定义函数为:将全部颗粒视为边长为D的立方体,则

d4≥d3≥

d2≥

dv≥

ds≥

d1

多数径（众数径dmod）

：粒度分布中含量最高的粒径。

中位径（d50

）：粒度分布的累积值为50%的粒径。

三、计算平均粒径方法的选择

在选择平均粒径的计算方法时，应考虑所研究对象的性质。只有建立在正确的规定性质的基础上，这样的计算公式才有物理意义。例如：研究跳汰理论时，根据Newton-Rittinger沉降规律，确定跳汰过程中粒子在水中沉降动能和平均粒度的关系。

物料颗粒沉降动能等于各粒级粒子沉降动能的累积量，即

单位体积（或重量）的比动能为

式中

E0——物料粒子沉降动能；n——一个粒级中颗粒数；d——一个粒级中颗粒平均粒度；D——物料颗粒平均粒度；——颗粒密度；K——比例系数。因此，研究跳汰理论时，粒群的平均粒度应选用体积（重量）平均直径。第二节粒度分布

粒度分布Particlesizedistribution

：指将颗粒群以一定的粒度范围按大小顺序分为若干级别（粒级），各级别粒子占颗粒群总量的百分数。

个数基准粒度分布（颗粒群总量以个数表示）质量基准粒度分布（颗粒群总量以质量表示）

一、粒度分布的表示方式（一）频率分布

设粒级范围为Δd内的颗粒质量（Wi）占颗粒群总质量W的百分数为Δwi，则（Wi/W）/Δd为频率f（%/Δd）。

（二）累积分布

用大于或小于某一粒径d的颗粒质量Σwi占颗粒群总质量W的百分数来表示筛上(正）累积百分数（R，%）或筛下（负）累积百分数（D，%）。D=100-R%。二、粒度分布表达形式粒度表格、粒度分布曲线、粒度分布特征参数和粒度分布方程。（一）粒度表格是表示粒度分布的最简单形式，也是其它形式的原始形成。（二）粒度分布曲线

能更直观地反映比较颗粒组成特征。

1、频率直方图、频率分布曲线

曲线是各个矩形顶部中点的连线，只有在Δd足够小时才有意义。此时，可用粒级平均径绘制频率分布曲线。(2)累积分布曲线

a.算术坐标累积粒度分布曲线

筛上（正）累积分布曲线筛下（负）累积分布曲线

c.半对数坐标累积粒度分布曲线b.全对数坐标累积粒度分布曲线式中：D1——用算术平均法求得的平均粒径

σ——标准差，其值越小，说明粒度分布越集中。

（三）粒度分布特征参数

1、偏差系数（K偏）σ的计算公式如下：式中：di

—窄范围内粒度平均值,D1—算术平均径,

ri

—频率K偏＜0.4 均匀K偏为0.4—0.6 中等均匀K偏＞0.6 不均匀2、分布宽度

在衡量粒度分布范围时也经常用分布宽度来表示：

SPAN数值越大，说明粒度分布范围越宽。第三节颗粒形状

颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或表面上各点所构成的图像。

研究意义：1、颗粒形状直接影响粉体的特性如影响粉体的比表面积、流动性、固着力、研磨特性及化学活性等，亦直接影响颗粒在混合、贮存、运输、烧结等过程中的行为。2、用于理论计算结果的修正例如：设ρ为颗粒密度，ds为颗粒直径，k为比表面积形状系数,SW为比表面积。则：

ds＝k/ρ×SW

一、定性分析

用定性术语描述颗粒的形状。

定性分析较粗糙，难于确切描述颗粒的形状，不便于进行数学处理。但大致反映了颗粒形状，在工程中广泛使用。球形spherical粒状granular立方体cubical棒状rodlike片状platy,discs针状need-like柱状prismoidal纤维状fibrous鳞状flaky树枝状dendritic海绵状spongy聚集体agglomerate块状blocky中空hollow尖角状sharp粗糙rough园角状round光滑smooth多孔porous毛绒fluffy,nappy

二、定量分析

参数主要有：

形状指数

形状系数

粗糙度系数

（一）形状指数

表示单一颗粒外形的几何量的各种无因次组合称为形状指数。它是对单一颗粒本身几何形状的指数化。

根据不同的使用目的，先作出理想形状的图像，然后将理想形状与实际形状进行比较，找出二者之间的差异并指数化。常用的形状指数

1、均齐度：根据三轴径B、L、T之间的比值可导出下面的指数：

长短度(N)=长径/短径=L/B（≥1）

扁平度(M)=短径/高度=B/T（≥1）

2、体积充满度fV：又称容积系数，表示颗粒的外接直方体体积与颗粒体积VP之比。

（≥1）

3、面积充满度fb：又称外形放大系数，表示颗粒投影面积A与最小外接矩形面积之比。

（≤1）

这个指数常用于粉末冶金方面。

4、球形度：表示颗粒接近球体的程度。

（≤1）

对于形状不规则的颗粒，当测定其表面积困难时，可采用实用球形度，即：

（≤1）5、圆形度Ψc：又称轮廓比，表示颗粒的投影与圆接近的程度。

（≤1）（二）形状系数

在表征粉末体性质和具体物理现象和单元过程等函数关系时，把与颗粒形状有关的因素概括为一个修正系数加以考虑，该系数即为形状系数。

意义：

形状系数是用来衡量实际颗粒与理想颗粒形状（球形、立方体等)

的差异程度。

1、表面积形状系数

（>1）

2、体积形状系数

（≤1）3、比表面积形状系数

（>1）规则形状颗粒的形状系数（三）粗糙度系数

粒子表面往往是高低不平的，有着许多微小裂纹和孔洞。其表面的粗糙程度用粗糙度系数R来表示：

（>1）R=

第四节颗粒粒度和形状的测量方法图像分析仪透射电子显微镜扫描电子显微镜实体显微镜直接观察法装置普通光学显微镜：0.5~200μm扫描电子显微镜：0.005~50μm透射电子显微镜：几十纳米~几微米测量范围振动筛分机激光粒度仪纳米激光粒度仪库尔特粒度仪比表面仪常用粒度测试方法优缺点：筛分法

优点：简单、直观、设备造价低、常用于大于40μm的样品。

缺点：不能用于40μm以下的样品；结果受人为因素和筛孔变形影响较大。光学显微镜法

优点：简单、直观、可进行形貌分析，适合分布窄（最大和最小粒径的比值小于10：1）的样品。

缺点：无法分析分布范围宽的样品，无法分析小于1微米的样品。电镜法

优点：适合测试超细颗粒和纳米颗粒、分辨率高。

缺点：样品少、代表性差、仪器价格昂贵。显微物镜的分辨率即物面上能分开的最短距离。库尔特法

优点：操作简便，可测颗粒总数，速度快，准确性好。

缺点：适合分布范围较窄的样品。沉降法

优点：仪器可以连续运行，价格低，准确性和重复性较好，测试范围较大。

缺点：测试时间较长，操作比较复杂。激光法

优点：操作简便，测试速度快，测试范围大，重复性和准确性好，可进行在线测量和干法测量。

缺点：结果受分布模型影响较大，仪器造价较高。

三、测量方法的选择应考虑：粒度范围测定目的要求的精度物料的特点等…。第五节颗粒群的堆积性质

颗粒群（粉体层、填充层）中的颗粒（填充物）以某种空间排列组合形式构成一定的堆积状态，并表现出诸如空隙率、容积密度、填充物的存在形态、空隙的分布状态等堆积性质。堆积性质由粉体的物理性质所决定，它与粉体层的压缩性、粉体的流动性、填充层内的流体流动等粉体特性密切相关，并直接影响加工过程参数和成品及半成品质量。

一、空隙率与填充率空隙率：填充层中未被颗粒占据的空间体积与包含空间在内的整个填充层表观体积之比称为空隙率,以ε表示即:

式中V、VD、VC分别表示填充层表观体积、颗粒所占据的体积和空隙体积。

VD：包括颗粒的内孔而不包括颗粒的外孔在内。Openpore填充率：

颗粒体积占表观体积的比率。用Ф表示即：

1、等径球形颗粒的排列有以下两种基本的平面排列形式：正方排列（图a)：90°角是其特征。单斜方排列（图d)：60°角是其特征。二、粉体颗粒的填充与堆积

取相邻接的8个球连接其球心得一个平行六面体基本单元体。组成六种形式的空间排列：

若将排列2回转90°即成排列4，排列3回转125°16′则成为排列6，其堆积性质相同。因此，六种排列实际上只有四中，其中立方体为最松填充，属不稳定排列；菱面体为最密填充，属最稳定排列。单元体堆积性质：

配位数：与一个球相接触的球数。一般随着排列变形程度的增加，空隙率将减小，而配位数将增加。等径球粒的随机填充与颗粒的特性、填充方式、容器的尺寸和器壁的表面性质有关。

2、异径球形颗粒的填充

在等径球形颗粒规则排列的空隙中，填充进较小直径的球形颗粒，可以得到更高密度的填充层。

一次填充：一次填充后的堆积性质类别空隙率小球的直径混合物空隙率小球的体积比立方体0.47640.723dp0.2710.391正斜方体0.39540.528dp0.3070.147菱面体0.25950.255dp0.414dp0.1900.0190.070

Horsfield填充

：Horsfield填充球序球体半径球数空隙率1次球Er10.2602次球J0.414r110.2073次球K0.225r120.1904次球L0.177r180.1585次球M0.116r180.149最后填充球极小极多0.039⒊非球形颗粒的随机填充非球形颗粒堆积与填充性质的关系：容器中颗粒填充的空隙率，随着容器直径的减小和颗粒床层高度的增加而变大。随着颗粒球形度的增加，空隙率会减小。颗粒表面的粗糙度的增大，会使空隙率增大。由于细粉粒具有粘结性，因此呈现出较高的空隙率形成松填充。具有粒度分布的粉体，趋于产生较紧密的堆积。振动的频率与振幅对粉体层的空隙率有较大影响。三、密度

容积密度ρv，又称松密度，指在一定填充状态下，包括颗粒间全部空隙在内的整个填充层单位体积中的颗粒质量，它与颗粒的密度ρa和空隙率ε有如下关系：

容积密度不是定值，随空隙率变化而变化。真密度ρs：指颗粒的质量除以不包括内外孔在内的颗粒真体积，即所谓的“物质密度”。表观密度ρa：指颗粒的质量除以不包括外孔在内的颗粒体积。如果颗粒无内孔时，则ρa=ρs。振实密度ρbt：指颗粒的质量除以振动后颗粒的表观体积。颗粒密度ρp：指颗粒的质量除以包括内外孔在内的颗粒的表观体积。这五种颗粒的密度有如下关系：

ρs≥ρa≥ρp≥ρbt≥ρv

粉体的摩擦性质指粉体中固体粒子之间以及粒子与固体边界表面因摩擦而产生的一些特殊的物理现象，以及由此表现出的一些特殊的力学性质。表示该性质的物理量是摩擦角（或摩擦系数），它取决于颗粒间的摩擦力和内聚力。常用的摩擦角有休止角、内摩擦角、壁摩擦角和滑动角。第六节粉体的摩擦性质

一、休止角φ

（安息角、堆积角）

指粉体自然堆积时的自由表面与静止平衡状态下的水平面所形成的最大角度。

休止角可用来衡量和评价粉体的流动性。注入角（堆积角）：指在某一高度下将粉体注入到一理论上无限大的平板上所形成的休止角。排出角：指将粉体注入到某一有限直径的圆板上，当粉体堆积到圆板边缘时，如再注入粉体，则多余粉体将由圆板边缘排出而在圆板上形成的休止角。休止角的形式：注入角与排出角两种形式休止角的差别与粉料粒度分布有关，粉料粒度分布均匀，两种休止角基本相同。

休止角的测定方法（a）火山口法；（b）排出法；（c）残留圆锥法；（d）等高注入法；（e）容器倾斜法；（f）回转圆筒法。影响休止角的因素：粒度相同时，料堆底直径越大，测休止角越小；粒度越小，休止角越大；颗粒球形度越大，休止角越小；流动堆积角为静止堆积角的70％。填充状态对休止角的影响二、内摩擦角

在如图所示的单面直接剪断试验中，当施以水平剪力将粉粒料层沿内部某一断面（面积为A）刚好切断产生滑动时，作用于此面的剪切应力与垂直应力满足的关系式：单面直剪法式中为内摩擦系数，而内摩擦角φ为：内摩擦角产生的原因

内部因素：粗糙度、附着水分、粒度分布、空隙率等；外部因素：静止存放时间、振动时间、加压等。内摩擦角的影响因素粉体层中粒子的相互啮合产生切断阻力；内部颗粒间存在摩擦力。内摩擦角测量仪器常用单面或双面直剪仪和三轴剪刀仪。三、壁摩擦角与滑动角

1、壁摩擦角

粉体层与固体壁面之间的摩擦特性用壁摩擦角表示。

壁摩擦角在粉料贮存料仓设计和密相气力输送阻力计算中，是个很重要的参数。

壁摩擦角的测定可在内摩擦角测定的有关仪器如直剪仪等中进行，此时只需将其下部粉体层换成与所测固体器壁相同材料的平板即可。

壁摩擦系数μw为：

式中F为水平力，WW砝码的重力，WS粉料的重力，W0容器的重力。

壁摩擦角φw被定义为：

壁摩擦角的影响因素：

颗粒的大小和形状，壁面的粗糙度，颗粒与壁面的相对硬度，壁表面上的水膜形成情况，粉料静置存放时间等。2、滑动角滑动角φs表示的是单个粒子与壁面的摩擦特性。通常用滑动角来表示粉体与倾斜固体壁面之间的摩擦特性。滑动角的测量将载有粉体的平板逐渐倾斜，当粉体开始滑动时，平板与水平面的夹角即为滑动角。思考题：1、举例说明粉体的基本性质对其在材料中应用性能的影响。2、粉体的粒度组成特征的表征方法主要有哪些？试述它们的基本内容。3、空隙率与填充率的定义；颗粒填充与堆积方式；密度的分类及定义。4、表示粉体摩擦性质常用的物理量有哪些？测量这些物理量的方法有哪些？5、设颗粒是边长为d的立方体，颗粒群的总质量为Σm，颗粒密度为ρ，试求由面积定义的平均粒径。第三章粉碎

第一节定义、粉碎阶段的划分粉碎法是借用各种外力，如人力、爆破、机械力、流能力、化学能、声能、热能等使现有的固体块料粉碎成粉体的方法。其过程称为粉碎。粉碎阶段的划分

根据粉碎机械施加外力的方式差异分为：

（1）挤压（图a）

由于缓慢增长的挤压力作用，使夹在两块工作面之间的物料粉碎。

（2）磨剥（图b）

靠运动的工作面对物料摩擦时所施的剪切力，或者靠物料之间磨擦时的剪切作用而使之粉碎。

（3）劈裂（图c）

物料因楔形工作体的劈力作用而粉碎。

第二节机械粉碎法

一、粉碎方式

（4）冲击（图d）由于冲击力作用使物料粉碎。冲击力的产生是由于运动着的工作体对物料的冲击；高速运动的工作体向悬空的物料冲击；高速运动的物料向固定的工作面冲击;高速运动的物料互相冲击。

根据物料的性质、粒度及需要粉碎的程度来选择粉碎方式。

（1）粒度较大或中等的坚硬物料采用压碎、冲击，粉碎工具上带有形状不同的齿牙；

（2）粒度较小坚硬的物料采用压碎、冲击、碾磨，粉碎工具的表面无齿牙，是光滑的；

（3）粉状或泥状的物料采用研磨、冲击、压碎；

（4）磨蚀性弱的物料采用冲击、劈碎、研磨，粉碎工具上带有锐利的齿牙；

（5）磨蚀性强的物料采用压碎为主，粉碎工具的表面是光滑的；

（6）韧性材料采用剪切或快速打击；

（7）多成分的物料采用冲击作用下的选择粉碎，也可将多种力场组合使用。力学性质不均匀的物料在粉碎过程中强度小的组分粉碎速度快于强度大的组分，因此强度小的被粉碎较细，强度大的则较粗，这种现象称选择性粉碎。

有三种表示形式：

平均粉碎比：粉碎前后物料的平均粒径之比。它是物料粉碎前后粒度变化程度的指标，并能反映机械的作业情况。

公称粉碎比：粉碎机的最大进料口宽度与最大出料口宽度之比。它是用来表示和比较粉碎机械的这一特征。

极限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比。

一般地，破碎机的粉碎比为3~100；粉磨机的粉碎比可达500~1000或更大。二、粉碎比若原始物料粒度为D，经过某台粉碎机械粉碎后的粒度为d，则比值I=D/d，称为粉碎比。

粉碎比与单位电耗是粉碎机械的基础技术经济指标。前者用以说明粉碎过程的特征及粉碎质量；后者用以衡量粉碎作业动力消耗的经济性。

物料的粉碎往往需要多台粉碎机串联起来进行粉碎。

几台粉碎机串联起来进行粉碎的作业叫做多级粉碎，粉碎机串联的台数叫做粉碎级数。

三、粉碎级数原始物料的粒度与最后粉碎产品的粒度之比叫做总粉碎比。

各级粉碎比i1、i2、i3、in与总粉碎比i0有如下关系：

如果已知各粉碎机的粉碎比，即可根据要求的总粉碎比求得所需粉碎机的级数。

四、粉碎基础理论概述

(一）粉碎模型Rosin-Rammler等认为：粉碎产物的粒度分布具有二分性，即合格细粉和不合格粗粉。

（1）体积粉碎模型。整个颗粒受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程进行，颗粒粉碎为细粒。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型接近。（2）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内部。这种情形是典型的研磨和磨削粉碎形式。（3）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。

三种模型中，均一模型仅符合结合不紧密的颗粒集合体如药片等的特殊粉碎情形。一般可不考虑这种模型。实际粉碎过程往往是前两种过程的综合。前者构成过渡成分，后者形成稳定成分。体积粉碎与表面粉碎产物的粒度分布不同：

(二）裂缝与断裂的基本理论理想状态下，所施加力没有超过颗粒的应变极限，物料作弹性变形，不会被破碎。实际上，物料虽未被破碎，但产生裂缝和扩展原有的小裂缝。粒子形状不规则，施加力首先作用在粒子的突出点，形成应力集中。

d)裂缝的扩展稳定扩展：是指在一次加载过程中，裂缝随载荷上升而缓慢延长，载荷停止，裂缝扩展停止。失稳扩展：当外力达到一定程度，超过断裂参量临界值时，裂纹以高达1500～200m/s增长，直至断裂，称失稳扩展。断裂强度和应变的关系

脆性材料的断裂破坏是由于已经存在裂缝扩展的结果;断裂强度取决于施加载荷前就已存在的裂缝的大小。e)颗粒断裂物理学

英国科学家格里菲斯（Griffith）提出了微裂纹理论，为脆性断裂的主要理论基础。

格里菲斯微裂纹理论认为，实际材料中总是存在许多细小的裂纹和缺陷，在外力的作用下，这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象。当应力达到一定程度时，裂纹开始扩展而导致断裂。

奥罗万（Orowan）在格里菲斯理论的基础上，引入延性材料的塑性功来描述延性材料的断裂。

强度：被破碎物料对外力的抵抗能力。

实测强度约为理论强度的1/100～1/1000。硬度：表示材料抵抗其它物体刻划或压入其表面的能力，即使固体表面产生局部变形所需的能量。

一般，硬度越大，越耐磨。

（三）被粉碎物料的物性

可碎（磨）性：表示方法多种。

用可碎（磨）性系数定量地衡量矿物机械强度对破碎的影响。可碎（磨）性系数＝该机在相同条件下破碎（研磨）指定物料的生产率/该机破碎（研磨）中等硬度物料（如石英）的生产率

脆性：与塑性相反的一种性质，容易断裂的性质。受力破坏时直到断裂前只出现极小的弹性变形而不出现塑性变形。故其极限强度一般不超过弹性极限。脆性材料抗动载荷或冲击的能力较差，采用冲击粉碎效果好。韧性：在外力作用下，塑性变形中吸收能量的能力。

韧性材料抗压性能较差，抗拉和抗冲击性能好。（二）被粉碎物料的物性

(四）粉碎功耗学说

研究物料在破碎过程中能量消耗与哪些因素有关，并确定外力破碎物料时所做的功的学说。粉碎机械的能量消耗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只有10％的功被有效利用于破粉碎。该假说认为，粉碎能耗和粉碎后物料的新生表面积成正比，或粉碎单位重量物料的能耗与新生表面积成正比。A∝ΔS

或 A/ΔS=k1式中A——粉碎能耗；

ΔS——粉碎后物料表面积的增加；

k1——比例常数。该假说由德国学者P．R．雷廷格（P．R．Rittinger）于1867年提出。（1）Rittinger的表面积假说

（2）Kick等的体积假说

由俄国学者吉尔皮切夫与德国学者基克（kick）提出。

该假说认为，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，故粉碎物料所需的功与它的体积成正比。粉碎后颗粒的粒度也成正比减小。粉碎能耗A与给料及粉碎后产品粒度之间的关系为：D——颗粒群的调和平均粒度；

d——粉碎产品的调和平均径；

k——常数。

[例题]用粉碎机粉碎平均粒径为160mm的矿石，制得平均粒径为60mm的粉体，加工能力为14t/h,所需动力为8（HP）。用同一粉碎机粉碎同一种矿物而得粉体粒径为40mm时，加工能力为7（t/h），所需动力为多少？若据kick公式，得到由上两式解得：P=5.7(HP)

（3）Bond的裂缝假说

F．C．榜德（F．C．Bond）于1952年提出了介于“表面积假说”和“体积假说”之间的“粉碎能耗的裂缝假说”。该假说认为：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。

裂缝假说计算能耗A的公式为：A——破碎1吨物料的能耗（kW·h/t)；

w1——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。

d80，D80——产品及给料中负累积含量为80%的粒度（µm）。三种假说的统一公式(Lweis公式)如下：式中

dA——颗粒粒度减小dd时的粉碎能耗；

C，a——系数；

d——颗粒粒径。

将上式积分，并使a值分别取2、1、1.5，可分别得到Rittinger定律、kick定律和Bond定律三种假说的表示式。表面积假说适合于细粉碎，体积假说适合于粗粉碎，裂缝假说适用范围介于以上两者之间。

四、粉碎设备

根据处理物料的粒度不同，粉碎设备可以粗略地分为破碎机和粉磨机两大类。破碎机又可分为粗碎机、中碎机和细碎机；粉磨机又可分为粗磨机、中磨机、细磨机和超细磨机。按照结构及工作原理不同，破碎机和粉磨机可以分为多种类型。粗碎机:颚式破碎机、粗碎圆锥式破碎机(旋回破碎机）；中、细碎机：反击式破碎机、标准圆锥破碎机、中型圆锥破碎机、短头圆锥破碎机和辊式破碎机等；粉磨机：各种类型的球磨机及超细粉碎设备(如，砂磨机、气流磨、高速机械冲击式磨机及振动磨）。

常用的破碎机械（一）破碎设备1、颚式破碎机颚式破碎机是应用广泛的一种粗破碎机。常用的颚式破碎机按动颚的运动特征主要有简单摆动型、复杂摆动型和综合摆动型。颚式破碎机工作示意图

颚式破碎机结构简单，机体重量轻，维修方便，破碎比3～5，价格便宜，适合于各种硬度原料的粗碎，特别适用于中、小型厂。颚式破碎机的规格用进料口的宽度（mm）和长度（mm）来表示。例如：PEJ1500×2100颚式破碎机。

2、旋回破碎机、圆锥破碎机

这两种破碎机的结构基本相同，工作原理也一致。

旋回破碎机

旋回破碎机给料圆锥破碎机（a）旋回破碎机（粗碎圆锥破碎机)

旋回破碎机是连续碎矿和排矿的，故生产能力较高，单位电耗较低，破碎比可达3－5。

缺点是：结构复杂，造价较高，检修较困难，机身较高。

适合于各种硬度原料的粗碎，常用于生产能力较大的工厂。

（b）圆锥破碎机

分为标准、中型、短头三种类型。它们与旋回破碎机不同之处有二：一是锥体形状不同。二是两锥体的放置方式不同。

圆锥破碎机的生产能力大，破碎比i=3~5，产品粒度均匀。适合于各种硬度物料的中碎（标准型、中型）、细碎（短头型、中型）。

旋回破碎机以给料口宽度表示，例如，500mm的旋回破碎机。

圆锥破碎机用可动锥底直径表示，如，1200mm规格的圆锥破碎机。规格的表示方法：

3、辊式破碎机

按辊的数目分，有单辊，对辊和多辊三种。辊面有光滑的，齿状的和沟槽状的。

双辊破碎机四辊破碎机工作原理：

双辊破碎机结构辊式破碎机结构优点：结构简单、造价低廉，工作可靠，调整破碎比方便，过粉碎程度低，粒度较均匀，能粉碎粘湿物料。

缺点：生产能力低，要求将物料均匀连续地喂到喂到辊子全长上，否则辊子磨损不均，影响所得产品粒度的均匀性，需要经常修理。

适用于中等硬度以下原料的中、细碎，主要用于小厂。

辊式破碎机经适当改进后可用来生产超细粉体，如油墨工业、涂料工业、油漆工业采用辊式破碎机可使固体填料粉碎到5μm以下。

4、冲击式破碎机

锤式破碎机反击式破碎机冲击式破碎机有一个高速旋转的转子，上面装有冲击锤。当物料进入破碎机后，被高速旋转的锤子冲击，并获得能量，高速抛向破碎机壁或特设的硬板，再次受到冲击，或物料之间相互冲击而被破碎。

冲击式破碎机

反击式破碎机

反击式破碎机按其结构特征可分为单转子和双转子两大类。

反击式破碎机优点：

①利用冲击进行破碎，使物料沿脆弱面破开，破碎效率高，能耗小，处理能力大，产品粒度均匀。

②破碎比大。

③具有选择性破碎的特点。

④结构简单，制造方便。

缺点：锤头磨损严重，寿命很短。反击式破碎机破碎比很大，一般40左右，最大可达150。常用于中等硬度以下脆性物料的中碎和细碎，也可用于粗碎。其规格：用转子直径和转子长度表示。（二）粉磨设备

1、常用粗、中、细磨设备

（1）利用介质冲击力和自身重量的粉磨设备

①分类按结构分类

此类磨机的规格用筒体的内直径×长度表示。按研磨介质分类：球磨机：内装有钢球、陶瓷球、玻璃球等。

棒磨机：内装钢棒。

砾磨机：内装耐磨砾石。用花岗石或瓷质材料作衬板。

自磨机：不装磨矿介质，利用矿石自身磨矿。按是否连续操作分类：连续磨机

间歇磨机

按操作工艺分类：

干法磨机

湿法磨机

②磨机工作原理研磨体运动分析

③研磨体运动分析及磨机转速的确定

磨机临界转速n0：

no---磨机的临界转速（r/min）;

D0---磨机筒体的有效内径，即筒体内径减衬板厚度的两倍(m)。

转速比＝n/n0=76%

理论适宜转速n(r/min)：磨机实际工作转速应考虑磨机规格、生产方式、衬板形式、研磨体种类及填充率等。应通过实验确定。

目前国内生产的球磨机工作转速一般是临界转速的80%-85%，棒磨机的工作转速更低些。

对于干法磨的实际工作转速ng（r/min)，有如下经验公式

：

例题：试确定∮3m×9m水泥球磨机的工作转速。已知衬板厚度为０.０5m.

按排矿方式的不同，磨机可分为以下两种类型：

格子型磨机：排矿端有格子板和矿浆提升装置，因此排矿速度快，生产效率高，而且减少了过粉碎现象。

溢流型磨机：磨好的物料从排矿口自动溢出，优点是结构简单，并能获得较细产品。缺点是排矿速度慢，生产能力低，容易产生过粉碎产品。目前，有优先采用格子型磨机的趋势。

各种磨矿机的工作特点和适用范围：球磨机：磨矿介质与矿石是点接触，磨得较细，适于中细磨。

棒磨机：磨矿介质与矿石是线接触，可以减少过粉碎，磨矿后粒度均匀，适于粗磨。砾磨机和自磨机都是不加其它磨矿介质的磨矿方式，从而避免了环境污染，适于化工、陶瓷原料及其它原料的加工。（2）

雷蒙磨

雷蒙磨又称悬辊式盘磨机或摆轮式研磨机，是常用的细磨设备。

优点：性能稳定、操作方便、能耗较低、产品粒度可调范围较大等。

缺点：一般不能粉磨硬质物料，否则磨辊和磨环磨损较大；另外，不能空车运转。

应用：广泛用于非金属矿物及化工原料、化肥、农药等的细磨。

（1）气流粉碎机（又称喷射磨、流能磨）

气流粉碎机是利用高速气流（300–500m/s）或过热蒸气（300–400℃）的能量，使颗粒相互冲击、摩擦、剪切而实现超细粉碎的设备。广泛应用于化工、医药、非金属矿物的超细粉碎。

特点：具有产品粒度细，平均粒度通常可达1–5μm，粒度分布窄、颗粒表面光滑、形状规整、纯度高、活性大、分散性好等特点。由于粉碎过程中压缩气体绝热膨胀产生焦耳–汤姆逊降温效应，因而还适用于低融点、热敏性物料的超细粉碎。

2、超细粉碎设备

气流粉碎机主要类型：扁平式气流磨循环管式气流磨靶式气流磨对喷式气流磨流化床对喷式气流磨

①扁平式气流磨工作原理：该气流磨规格以粉碎室内径（mm）表示。

扁平式气流磨已相当成熟，国内外生产厂家较多。上海细创粉体装备有限公司QS型气流磨的主要技术参数如下：QS型气流磨②流体床对喷式气流磨

工作原理：细川密克朗（上海）粉体机械有限公司AFG型气流磨耐驰（上海）机械仪器有限公司网页上海细创粉体装备有限公司QLD流化床式气流粉碎机

QLD流化床式气流粉碎机

QLD流化床式气流粉碎机工艺流程图

产品细度97=1~200μm，粒度分布窄且无过大颗粒；

流化床气流磨的特点：粉磨效率高，能耗低，比其他类型气流磨节能50%；

采用Al2O3、SiC或PU（聚氨酯

）作易磨损件,磨耗低，产品受污染少，可加工无铁质污染的粉体产品和莫氏硬度10级的物料；结构紧凑、噪音小、操作自动化，

但成本高。

评价粉碎机粉碎效果至少应包含三项内容：所达到的产品粒度生产能力能量利用率提高粉碎细度的途径:增加粉碎区内物料颗粒相互碰撞次数，即增大碰撞机率Pc；增大颗粒在相互碰撞时发生破裂的可能性，即提高应力机率Pσ。表征颗粒粉碎细度的比表面积增量ΔS与Pc和Pσ的关系式为：

式中d为物料粒径，β为修正系数。影响气流磨粉碎产品细度的主要因素：①加料量

②进料粒度③工作压力和进料压力（2）搅拌磨(砂磨机、介质磨）工作原理

按搅拌器的结构形式可分为叶片式、偏心环式和销棒式。搅拌磨的结构（a）偏心环式（b）销棒式搅拌磨的分类

按磨筒安放形式有立式与卧式两种类型。

立式卧式湿法间歇式搅拌磨

按工作环境有湿法与干法之分。按工作方式有间歇式、连续式和循环式之分。

湿法循环式搅拌磨

无锡市源鑫机械厂湿法连续式搅拌磨

影响搅拌磨粉碎效果的主要因素①物料特性参数

包括强度、弹性、极限应力、流体粘力、颗粒大小及形状等。

如，韧性、粘性、纤维类材料比脆性材料难粉碎，流体（浆料）粘度高，粘滞力大的物料难粉碎，而且能耗高。②过程参数包括应力强度、应力分布、单位能耗、通过量及滞留时间、物料充填率、固体浓度、转速、温度、研磨介质及助磨剂等。如，浆料中固体含量对粉碎效果影响很大。固体含量太少（即浓度太低）时，磨球介质间被研磨的固体颗粒少，易形成“空研”现象，因而能量利用率低，粉碎效果差。固体含量太大（即浓度太高）时，浆料粘度增大，研磨能耗高，浆料在磨腔介质间的运动困难，易出现“阻塞”堵料现象。

磨矿介质的种类、用量及尺寸大小对粉碎效果有重要影响。磨矿介质的粒径越大，产品的粒径也越大，产量越高；反之，产品的粒径也越细，产量越低。一般磨矿介质的粒径应大于10倍给料的平均粒度。磨矿介质的密度对研磨效率亦起重要作用。介质密度越大，研磨时间越短。磨矿介质的硬度必须比被磨物料的硬度高。磨矿介质种类有天然砂、玻璃珠、氧化铝或刚玉球、氧化锆球、钢球、铬球等。玻璃珠铬球锆球③研磨设备搅拌磨的磨腔结构形状及搅拌器的结构形状尺寸等对粉碎效果影响十分显著。通常卧式搅拌磨较立式搅拌磨的粉碎效果好，但从拆卸维修装配来说，立式较卧式方便得多。卧式搅拌中，磨腔弯曲上翘型比简单直筒型效果好，其原因是改变了浆料在磨腔内的流场，提高了物料在磨腔内的研磨效果。通常圆盘形、月牙形、花盘形搅拌器比棒形搅拌器粉碎效果好。第三节其它粉碎法一、超声粉碎

（一）基本原理

超声粉碎是利用超声波振动能使固体物料破碎。通常是将待粉碎的固体物料分散在液体（一般是水）介质中，然后将超声波发生器置于该液体介质中。超声波发生器产生强烈的高频超声振动，其超声能传递给液体中的固体颗粒，当固体颗粒内部聚集的能量足以克服固体结构的束缚能时，固体颗粒破碎，从而达到使其粉碎的目的。

（二）超声粉碎系统

（三）功能评价超声波粉碎制得产品的细度与诸多因素有关，固体颗粒结构越致密，粉碎产品的粒度越粗。采用超声波粉碎系统一般只能生产出微米级的产品，而且生产能力小，产量低，能耗高，生产成本高。因此，工业上很少大规模用其来生产超细粉体，多用于分散和乳化，以及中小规模或实验室级别的小批量超细产品的生产制备。其应用主要集中在医药、食品、化工及生物工程领域。

二、

低温粉碎方法该方法是为了解决常温下难粉碎的物料（如橡胶、塑料）、热敏性材料及食品和生物材料等的粉碎而采用的一种方法。低温粉碎原理大部分物料在低温下具有各自的脆化点及玻璃化转变点（见图），当温度低于脆化点时，物料会变脆。在物料脆性区，抗拉、抗压及硬度增高，塑性、冲击韧性和延伸率降低。因此，低温粉碎多用冲击式粉碎机。采用挤压、研磨粉碎效果不十分明显。低温粉碎致冷剂液氮甲烷

低温粉碎方法有如下三类：

1、先使原材料在低温下冷却，达到低温脆化状态，再投入常温态的粉碎机中进行粉碎。该法可用于与食品有关的材料的粉碎及废物的粉碎。

2、在原材料为常温、粉碎机内部温度为低温的情况下进行粉碎，可防止原材料粉碎过程中局部过热变质。该法用于热硬化性树脂和食品原材料的粉碎。3、将原材料冷冻至液氮温度（-196℃），将粉碎机内部温度保持在合适的低温状态而进行粉碎。该法用于热塑性树脂的粉碎。

低温粉碎方法评价

采用低温粉碎，可粉碎常温中难以粉碎的橡胶和热塑性塑料等。对于热敏性及受热易变质、易分解物质如食品、蛋白质、药品等具有良好的粉碎效果。同时，利用脆化温度的不同可进行选择性粉碎。对易燃易爆品的处理可提高安全性。但冷冻粉碎方法生产成本太高，因此，多用于附加值高的医药生物类产品的超细化。由于液氮中往往含有其它成分，因此对产品有一定污染。若要提高液氮的纯度，则成本非常昂贵，使用时受到限制。

三、层状矿物的剥片法

剥片就是利用层状矿物（高岭石、云母等）的层状结构及层间作用力小的特点，采用物理或化学的方法使矿物沿其层面剥开，成为超薄、微细的片状矿物，满足造纸、涂料、油漆等行业的特殊要求。

（一）剥片方法的分类

目前较为成熟的技术有磨剥法、高速喷射法和化学剥片法。磨剥法有搅拌磨等方法。

高速喷射法是以气体或液体为载体对层状矿物进行超细剥片。以气体作为载体的称为高速气流喷射法。以液体作为载体的称为高速液喷射法。高速液喷射法：先将矿物制成浆料，再利用高压均浆器的活塞泵加压到200—250Pa的压力，以200m/s的速度通过喷嘴的摩擦挤压后，矿物晶体承受的压力骤然降低，因而会沿晶体的基本结构层膨胀开裂，从而达到剥片的效果。

化学剥片法又称化学浸泡法、化学分裂法，是利用化学浸泡剂渗入矿物晶体基本结构层之间，使层间结构力变弱，出现松懈、剥离、剥落现象。同时利用化学和机械的双重力破坏矿物的层间引力，可进一步提高剥片效果。例如，高岭石加入的浸泡剂有尿素、腐植酸，加入六偏磷酸钠充分分散，用高速搅拌机搅拌从而达到分裂的效果。第四节粉碎助剂粉碎助剂（助磨剂）：能够显著提高粉碎效率或降低能耗的化学物质。添加粉碎助剂的目的：提高粉碎产品细度；提高磨机生产能力；改善粉体物料的性能，如流动性、填充性、分散性、贮存稳定性等；减轻物料之间的相互作用（粘结、团聚）和在研磨介质和磨腔表面的粘附等。一、

粉碎助剂的种类

按助剂添加时的物质状态可分为固体、液体和气体助剂；根据物理化学性质可分为有机助剂和无机助剂。液体助剂：胺类、醇类、酯类、醚类以及某些无机盐类，水也是一种液体粉碎助剂；气体助剂：品种不多，只有水蒸气、丙酮气体和惰性气体等；固体助剂：品种很多，如胶体白炭黑、硅粉、炭黑、硬脂酸钙、硬脂酸钠、无机盐氰亚铁酸钾、硬脂酸等。二、粉碎助剂的作用

1、表面化学吸附效应

由列宾捷尔和威斯特沃德提出。认为助磨剂分子在矿粒表面上吸附，降低了矿粒的表面能，或者引起表面层晶格的位错迁移，产生点或线的缺陷，促进裂纹的产生和扩展，从而降低矿粒的强度或硬度。

由格里菲斯（Griffith）微裂纹理论可知，降低表面能，可以减小断裂应力。

助剂在新生表面的吸附，可以减小裂纹扩展所需应力，防止新生裂纹闭合，促进裂纹扩展。

实验表明，添加0.5g/L草酸钠后,赤铁矿的莫氏硬度降低了42.5%。2、流变学分散效应

由克兰帕尔等人提出。认为助磨剂可以改变矿浆的流变学性质和矿粒的表面电性，降低矿浆的粘度，促进颗粒的分散，阻止矿粒在介质或衬板上的粘附以及矿粒之间的凝聚，从而提高矿浆的流动性。

三、粉碎助剂的添加

以气流粉碎为例。1、助剂添加量

添加量与粉碎助剂的种类有关。无机粉碎助剂添加量较大，多为百分之几；有机粉碎助剂添加量较少，多为千分之几。

例如:气流粉碎二氧化钛时，六偏磷酸钠、焦磷酸钠等无机粉碎助剂，添加量可达1%（以二氧化钛重量计）。在气流粉碎氧化铁红颜料时，粉碎助剂硬脂酸的最佳添加量为0.5%，而粉碎天然氧化铁时为1%。

研究认为，粉碎助剂的添加量，以保证每个物料颗粒上都形成单分子膜，效果最佳。各种粉碎助剂的添加量均应通过试验确定。

2、粉碎助剂浓度

大多数液体粉碎助剂需要配成一定浓度后才能加入粉碎机中。浓度过大，会降低效果。一般较稀的溶液效果更好些。

例如，在粉碎二氧化钛颜料时，若采用三乙醇胺作粉碎助剂，可用乙醇稀释成10%溶液，也可用丙酮稀释至200g/L，还可用水稀释成50%溶液使用。3、添加方式

有的粉碎助剂在粉碎初期有效，有的在粉碎后期，尤其在分级时有效。四、粉碎助剂在磨矿工艺中的应用

五、粉碎助剂开发应用趋势

（1）应用工业废料开发粉碎助剂新品种，如，亚硫酸纸浆废液的开发，其有效成分为木质素黄酸盐。

（2）将多种有效助磨成分配合在一起，组成复合助剂。发挥最佳助磨效果。

（3）助磨剂的多功能化，不仅起助磨作用，还能改善产品性能。思考题：1、粉碎理论及应用。2、粉碎方式有哪些种类？物料粉碎方式的选择应考虑哪些方面的因素？3、常用的粗、中、细碎和常用的粗、中、细、超细磨设备分别有哪些？了解它们的工作原理及适用范围。4、试分析影响气流磨、搅拌磨粉碎效果的主要因素。5、试述助磨剂的作用及添加方式。第四章

粉体的分级

第一节概述一、分级的定义和意义定义：把粉碎产品按某种粒度大小或不同种类颗粒进行分选的操作过程称为分级。

意义:（1）使粉碎产品粒度控制在所要求的范围内，还可以实现颗粒粒径均匀化。（2）使粒度已达到要求的产品及时分离出去，以防止产品过碎和能源浪费。

分级方式：筛分（用于粗粉，一般大于325目）在流体中进行分级（用于细粉，一般小于325目）

分级机与粉碎机的组合形式：

假设将任意一组颗粒进行分级，在粗粒部分中未混入小于do粒度的颗粒，同时在细粒中也未混入大于do的颗粒，此时，由于do粒度的分级进行得完全，可称为理想的分级。此时的分级效率为100%。实际的分级机很难达到这样的分级状态。二、分级效率（1）部分分级效率

图4-1（a）中曲线a是粉末原料的粒度分布曲线，曲线b是分级后粗粒部分的粒度分布曲线。设粒度d和d+Δd区间的原料重量为Wa，同区间的粗粒的重量为Wb，则Wb/Wa=ηd称为部分分级效率，又叫区间回收率。

以颗粒粒度为横坐标，以部分分级效率为纵坐标可绘出图4-1（b）所示的曲线C，C曲线即叫做部分分级效率曲线。

部分分级效率曲线越陡，其分级效率越高，反之，分级效率越低。图4-1部分分级效率曲线

ηd=50%的颗粒粒径称为分级粒径，它表示该粒级在粗、细产品中的分配各占一半。粒径大于分级粒径的各粒级在粗粉中的分配率大于50%，反之，粒径小于分级粒径的各粒级在粗粉中的分配率小于50%。

（2）牛顿分级效率

将某一粒度分布的粉粒用分级机进行二分，令大粒部分名为粗粒级，小粒部分为细粒级，则牛顿分级效率的综合表达形式为：

（4-1）牛顿效率实用式：

牛顿效率的物理意义为实际分级机达到理想分级的质量比。

a-原料中实有的粗粒级比率（质量百分数）；b-粗粒级中实有的粗粒比率；C-细粒部分中实有的粗粒比率。

（3）分级精度（S）

通常是根据部分分级效率曲线，取部分分级效率为75%和25%的粒度d75和d25表示。S=d75/d25或者S=d25/d75当粒度分布较宽时，分级精度可用下式表示：S=d90/d10或S=d10/d90当粒度分布较小时，分级精度可用下式表示：S=（d90-d10）/d50

对于理想分级，S＝1，实际分级时，S值越接近于1，其分级精度越高。

第二节筛分

一、概述

（一）筛分定义

把固体颗粒置于具有一定大小孔径或缝隙的筛面上，使通过筛孔的成为筛下料，被截留在筛面上的成为筛上料，这种分级方法称为筛分。（二）筛分分类

按物料含水分的不同分类：

筛分干法筛分湿法筛分按筛面结构分类：有格子筛（栅筛