《颗粒的粉碎制备》PPT课件.ppt

3.1 粉碎的基本概念 (Basic concepts of comminution),3.1.1 粉碎(comminution) 定义：固体物料在外力作用下克服其内聚力使之破碎的过程。 粉碎分为破碎和粉磨两类处理过程： 破碎使大块物料碎裂成小块物料的加工过程。 粉磨使小块物料碎裂成细粉末状物料的加工过程,粉碎的作用和意义： 物料经粉碎尤其是经粉磨后，粒度显著减小，比表面积显著增大，因而 有利于几种不同物料的均匀混合； 有利于提高高温固相反应速度和程度。,3.1.2 粉碎比 (Ratio of size reduction),平均粉碎比：物料粉碎前的平均粒径D与粉碎后的平均粒径d 之比，用符号i表示。 i=D/d 平均粉碎比是衡量物料粉碎前后粒度变化程度的一个指标，也是粉碎设备性能的评价指标之一。 公称粉碎比：粉碎机允许的最大进料口尺寸与最大出料口尺寸之比。 粉碎机的平均粉碎比一般都小于公称粉碎比，前者约为后者的7090%。,比电耗: 单位质量粉碎产品的能量消耗 粉碎比与比电耗是粉碎机械的重要技术经济指标，后者用以衡量粉碎作业动力消耗的经济性；前者用以说明粉碎过程的特征及粉碎质量。两台粉碎机粉碎同一物料且单位电耗相同时，粉碎比大者工作效果好。因此，评价粉碎机的性能要同时考虑其单位电耗和粉碎比的大小。 破碎机械的粉碎比为3100；粉磨机械的粉碎比为5001000或更大。,3.1.5 粉碎流程(Pulverizing circuit),破碎系统的基本流程,（a）简单的粉碎流程； (b) 带预筛分的粉碎流程； (c) 带检查筛分的粉碎流程； (d) 带预筛分和检查筛分的粉碎流程。,开路流程(Opened-circuit)：凡从粉碎（磨）机中卸出的物料即为产品，不带检查筛分或选粉设备的粉碎（磨）流程称为开路（或开流）流程。 优点：比较简单，设备少，扬尘点少。 缺点：当要求粉碎产品粒度较小时，粉碎（磨）效率较低，产品中存在部分粒度不合格粗颗粒物料。 闭路流程(closed-circuit)：凡带检查筛分或选粉设备的粉碎（磨）流程称为闭路（或圈流）流程。 特点：从粉碎机卸出的物料须经检查筛分或选粉设备，粒度合格的颗粒作为产品，不合格粗颗粒物料重新回至粉碎（磨）机再行粉碎（磨）。,3.2 被粉碎物料的基本物性 (Basic properties of materials to be comminuted),3.2.1 强度 材料的强度对外力的抵抗能力，常以材料破坏时单位面积上所受的力（N/m2或Pa）表示。 按受力破坏的方式不同，分为压缩强度、拉伸强度、扭曲强度、弯曲强度和剪切强度等； 按材料内部均匀性和有否缺陷分为理论强度和实际强度。,3.2.1.1 理论强度(Theoretical strength) 理论强度：不含任何缺陷的完全均质材料的强度。它相当于原子、离子或分子间的结合力。,3.2.1.2 实际强度(Actual strength),几乎所有材料破坏时都分裂成大小不一的块状，说明质点间结合的牢固程度不相同，即存在某些结合相对薄弱的局部，使之在受力尚未达到理论强度之前，这些薄弱部位已达到其极限强度，材料已发生破坏。因此，材料的实际强度或实测强度往往远低于其理论强度，一般地，实测强度约为理论强度的1/1001/1000。,材料实测强度影响因素： （1）尺寸：同一材料，小尺寸的实测强度比大尺寸的大； （2）加载速度：加载速度大时测得的强度也较高； （3）测定环境：同一材料在空气中和在水中的测定强度也不相同，如硅石在水中的抗张强度比在空气中减小12%，长石在相同的情形下减小28%。,材料的理论强度和实测强度 表3.1,3.2.4 脆性与韧性(Brittleness and toughness) 脆性材料受力破坏时直到断裂前弹性变形极小,无塑性变形，故其极限强度一般不超过弹性极限。脆性材料抵抗动载荷或冲击的能力较差，抗拉能力远低于抗压能力（如水泥混凝土、玻璃、陶瓷、铸石）。用冲击粉碎方法可使之产生有效粉碎。 材料的韧性：在外力作用下，塑性变形过程中吸收能量的能力。吸收能量越大，韧性越好；反之亦然。韧性介于柔性和脆性之间。韧性材料的抗拉和抗冲击性能较好，但抗压性能较差。 韧性材料与脆性材料的有机复合，可使二者互相弥补，从而得到其中任何一种材料单独存在时所不具有的良好的综合力学性能。如在橡胶和塑料中填充无机矿物质粉体可明显改善其力学性能；钢筋混凝土的抗拉强度远高于素混凝土的抗拉强度。,型张开型,型滑开型,型撕开型,断裂力学理论被认为是冲击粉碎的基本原理。断裂力学理论的起源最早始于1920年Griffith能量释放率理论的提出，其最大特点在于假定物体已经带有裂纹，据此建立的断裂判据。 裂纹的三种基本类型：,颗粒材料冲击破碎主要由型裂纹引起的。,3.3 材料的粉碎机理,3.3.1 裂纹的类型,3.3.3 断裂(Fracture),材料的断裂和破坏实质上是在应力作用下达到其极限应变的结果。脆性材料与韧性材料的应力应变曲线具有明显的差异（弹性变形与塑性变形）。,脆性材料,韧性材料,脆性材料：在应力达到弹性极限时，材料即发生破坏，无塑性变形。其破坏所需要的功等于应力应变曲线下所包围的面积或近似地等于弹性范围内的变形能。 脆性材料的力学特征： 弹性模量E应力增量与应变增量的比值。在弹性范围内，弹性模量基本为常数E=/ 实际上，矿物材料的应力应变关系并不严格符合虎克定律，应力、应变和弹性模量之间的关系： E= m/ 指数m值与材料有关，如花岗岩的m值为1.13 。此外，加荷速度增大时，m值趋于1。一般矿物的弹性模量多为1010Pa数量级。,韧性材料：当应力略高于弹性极限A，并达到屈服极限C时，尽管应力不增大，应变依然增大，但此时材料并未破坏。自屈服点以后的变形是塑性变形（不可恢复变形）。当应力达到断裂强度D时，材料即破坏。 小结： 无论是脆性破坏还是塑性破坏俱为生成微裂纹和裂纹不断扩展的结果。 二者的区别： 宏观上看，脆性和韧性的不同在于是否有塑性变形； 微观上看，脆性和韧性的不同在于是否有晶格滑移。,3.4 粉碎工艺,物料性质及要求粉碎细度不同，粉碎方式不同。 按外力作用方式不同，物料粉碎一般通过挤压、冲击、磨削和劈裂几种方式进行，各种粉碎设备的工作原理也多以这几种原理为主。 按粉碎过程所处环境分为干式粉碎和湿式粉碎； 按粉碎工艺可分为开路粉碎和闭路粉碎； 按粉碎产品细度又可分为一般细度粉碎和超细粉碎。,3.4.1 粉碎方式,粉碎作用力的作用形式,a 压碎; b 劈碎; c 折碎; d 剪碎; e 锯碎; f 磨碎; g 受阻冲击粉碎; h 自由冲击粉碎,3.4.2 粉碎模型,粉碎产物的粒度分布具有二成分性（严格地讲是多成分性），即合格的细粉和不合格的粗粉。,体积粉碎,表面粉碎,均一粉碎,（1）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。随粉碎过程的进行，中间颗粒逐渐被粉碎成细粉成分。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型较为接近。,（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，被磨削下微粉成分，这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。是典型的研磨和磨削粉碎方式。 （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，直接粉碎成微粉成分。 实际粉碎过程往往是前二种粉碎模型的综合，前者构成过渡成分，后者形成稳定成分。,3.5 特种粉碎 （1）低温粉碎。冷却温度至少必须控制在材料的脆化温度以下，例如聚乙烯在-100以下，汽车轮胎在-70以下。一般认为，如果橡胶、塑料之类物质物质被冷却至极低温度之下，就会像玻璃一样脆而易于粉碎。 （2）热膨胀法。必须指出，与上述热性质相反，有的材料各组成素材的热膨胀系数不同。利用这一性质，如在粉碎前加热材料，则可降低材料的强度。 （3）溶融喷冷粉碎法。对于树脂类、药品等低融点材料，可将其加热到溶融高温液体状态，由喷嘴喷出冷却而得到细颗粒，此即为溶融喷冷粉碎法。 （4）化学粉碎法。结晶水化合物与无结晶水者相比，由于结晶水使体积膨胀，利用这一性质进行粉碎的方法称为化学粉碎法。例如，将难以粉碎的超硬合金材料加热，并与氯气作用生成氯化物，如果将生成物投入水中，则结晶水可引起体积膨胀，产生自然崩坏的效果。,破碎粉磨设备,1. Jaw Crusher (颚式破碎机) 颚式破碎机是广泛应用得一种粗碎和中碎破碎机。,定颚,动颚,推力板,连杆,偏心轴,悬挂轴,简摆式,复摆式,液压式,工作原理及类型,圆锥破碎机工作示意图,动锥,定锥,破碎后的物料,破碎腔,2 圆锥破碎机,破碎机构：一对圆柱形辊子，相互平行水平安装在机架上，前辊和后辊作相向旋转。 物料加入到喂料箱内，落在转辊上面，在辊表面的摩擦力作用下被拉进两辊之间，受辊子的挤压而粉碎。粉碎后的物料被转辊推出向下卸落。 辊式破碎机连续工作，且有强制卸料作用，粉碎粘湿物料也不致堵塞。,3.辊式破碎机,料层粉碎原理 粉碎是一个能耗很高，而能量利用率又很低的过程。据统计，粉碎过程中真正消耗于物料粒度减小的能量不足全部粉碎能量的5%，大部分能量以热、声、振动等形式损失了。因此，探索高效节能的粉碎方法和原理一直是粉碎界的重要任务。 70年代末，德国Klausthal技术大学的K.Schnert教授提出了料层粉碎原理，即“多碎少磨”。该原理是辊压机的理论基础。 将待粉碎的物料颗粒装在一套专门制作的模具内，装入量要使物料具有一定厚度，即形成物料层。将模具放在压力机上施以高压，压力在50300MPa之间变化。然后分析颗粒粒度、压力、能耗和物料量等参数间的关系。 结果表明，料层粉碎与传统的粉碎方法相比，不但产品粒度细，而且单位粉碎能耗低。试验结果表明，辊压机和球磨机组成的粉磨系统与单一球磨系统相比，具有节能约30%和提高生产能力约30%的效果。,4. 锤式破碎机,工作原理： 通过高速旋转的锤子对料块进行冲击粉碎 类型：转子数目：单转子、双转子 锤子排列：单排式、多排式,单转子锤式破碎机,机壳,转子,篦条,打击板,弹性联轴器,(1) 单转子锤式破碎机,9. 振动磨(vibrating ball mill),振动磨的类型 按振动特点分：惯性式、偏旋式； 按筒体数目分：单筒式和多筒式； 按操作方法分：间歇式和连续式。,M2001.5惯性式振动磨示意图,1附加偏重；2筒体；3耐磨橡胶衬；4锥形环；5电动机；6弹性联轴器；7滚动轴承；8偏心轴激振器；9振动器内管；10振动器外管；11弹簧；12支架,早期典型的搅拌磨结构示意图,冷却夹套,立式敞开型,卧式密闭型,搅拌器,研磨介质,出料口,进料口,Cooling Water,搅拌磨的类型,间歇式,循环式,连续式,砂磨机-不同结构研磨盘,偏心磨盘,圆形磨盘,三角磨盘,圆齿磨盘,改进1- 机械密封法兰包覆PU,进口机封法兰磨损,瑞驰机封法兰包覆,改进2 -整体动态介质分离器- DTS,DTS-整体切向涡轮,DCC-整体径向涡轮,改进3 聚氨酯耐磨内衬超长寿命,进口设备铸铁内筒- 磨损引起铁污染,进口内筒= 29万 国内试制铁污染,改进4 - 磨盘/轴套采用新型PU材料,寿命延长3-5倍,PU磨盘老化及或化学腐蚀,改进5-进料法兰PU耐磨材料包覆,某进口砂磨机 Import