材料合成与制备技术ch31VIP

1,第三章粉体的物理制备,2,粉体的定义（补充）,粉体是小于一定粒径颗粒集合，不能忽视分子间的作用力。粉体是一种干燥、分散的固体颗粒组成的细微粒子，和颗粒不完全相同，通俗来说粉体比颗粒具有更细微粒径尺寸。粉体是一种特殊的颗粒材料，少量主要体现粒子的微观特性，大量时共同体现出宏观特性。百度百科,3,概述,到目前为止，人们已经发展了多种方法来制备各种类型的粉体，特别是超微（细）粉体。对于粉体的制备方法，目前尚无确切的科学分类标准。大致分为两大类：1)将块状物质粉末化；2)原子、分子经反应后生成核，核成长成粉末。按照反应系统的物态可分为：固相法、液相法和气相法。,4,概述,按研究粉体的学科分类，可将其分为物理方法、化学方法和物理化学（综合）方法。物理方法制备粉体主要涉及到蒸发、熔融、凝固、形变、粒径变化等物理变化过程。物理方法通常分为粉碎法和构筑法两大类。粉碎法是以大块固体为原料，将块状物质粉碎、细化，从而得到不同粒径范围的粉体；构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成粉体颗粒。,5,化学方法制备粉体通常包含着基本的化学反应，在化学反应中物质之间的原子必然进行重排，这种过程决定物质的存在形态。即这种化学反应有如下特征：（1）固体之间最小反应单元取决于固体物质颗粒大小；（2）反应在接触部位所限定的区间内进行；（3）生成相对反应的继续进行有重要影响。,概述,6,概述,综合方法制备粉体通常在制备过程中要伴随一些化学反应，同时又涉及到颗粒的物态变化过程，甚至在制备过程中要施加一定的物理手段来保证化学反应的顺利进行。显然，制备粉体的综合方法涉及物理理论、方法与手段，也涉及化学基本反应过程。,7,概述,按制备技术分类，又可分为机械粉碎法、气体蒸发法、溶液法、激光合成法、等离子体合成法、射线辐照合成法、溶胶-凝胶法、水热与溶剂热合成法法等等。分类方法不同，研究问题侧重点也不同。我们在本章先主要介绍机械粉碎法，然后简单介绍其它的物理制备方法，在下一章介绍化学制备法。,8,粉体制备方法常规分类（补充）,9,3.1机械粉碎法,3.1.1粉碎概述3.1.1.1基本概念（1）粉碎粉碎是指外力克服固体物理质点间内聚力而使大块物料形成碎散颗粒的总过程。,10,粉碎三种作业,粉碎一词，从广义上讲，包括从块状固体到产出细粒产品的全部连续过程，而这个过程又分为破碎、磨矿（磨粉或磨碎）和超细粉碎（超微粉碎）三种作业。这三者之间并无明显的区别。,11,基本概念,通常将粒度减少至20-5mm的粉碎作业称之为破碎，相应的设备为破碎机；再细的粉碎作业则称之为磨矿，相应的设备为磨矿机。在非金属矿加工业中，一般将d9710m的粉体物料称为“超细粉体”，其相应的粉碎作业称为超细粉碎。,12,表3-1-1粉碎作业的分类,13,物料的基本粉碎方式,物料的基本粉碎方式：压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。1、压碎（补充）物料受到相对压缩力的作用被粉碎成小块。其作用方式有：（1）两块相对运动金属板相互挤压作用。（颚式破碎机）（2）两个相对旋转棍的碾压作用。（辊式破碎机）（3）内锥体在外锥形筒中作偏心旋转的挤压作用。（圆锥破碎机）,14,2、击碎（补充）物料受到外冲击力作用而被粉碎，它适用于脆性材料。其作用方式有：（1）外来坚硬物体的打击作用，如用铁锤锤击。（冲击式破碎机和锤式破碎机）（2）物料自身间及与固定的硬质钢板的高速冲击作用（振动磨）。（3）物料相互之间的撞击作用（气流磨）。,15,3、磨碎（补充）物料在不同形状研磨体之间受到碾压作用而被粉碎成细小颗粒，它适用于块状物料。4、剪切（补充）物料在刀刃等利器的剪切、穿刺、撕裂等作用下被粉碎成小块或碎片，它适用于韧性材料、薄膜、片材以及软质制品。,16,工业上采用的粉碎设备，虽然技术设备不同，但粉碎机制大同小异。一般的粉碎作用力都是这些各种力的组合。如球磨机和振动磨是由磨碎与冲击粉碎的组合；雷蒙磨是压碎、剪碎与磨碎的组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。,17,粉碎作用力的作用形式,压碎,冲击,剪碎,磨碎,冲击,冲击+压碎,剪碎+磨碎,冲击+剪碎,18,（2）破碎段或磨矿段,粉碎是分阶段进行的，因为现有的设备还不能一次就将大块原矿粉碎至要求的细度。物料每经过一次破碎机或磨矿机，称为一个破碎段或磨矿段。,19,对于每一段破碎或磨矿作业，定义物料粉碎前后的粒度（即给料粒度与产物粒度）之比为该段破碎或磨矿作业的破碎比或磨矿比（或叫粉碎比）。各段破碎或磨矿作业破碎比或粉碎比的乘积为该段破碎或磨矿工艺流程的总的破碎比或粉碎比。问题：直径为1m的物料经过破碎比分别为8、6和5三段粉碎处理后产物的粒径为多少？,4.17mm,20,（3）筛分与分级,在粉碎作业中，常常需要设置筛分或分级设备，以控制产品粒度分布和提高粉碎作业的效率。筛分或分级作业不构成单独的破碎或磨矿段，而是与相应的破碎机或磨矿机构成破碎或磨矿段。因此，无论一台破碎机或磨矿机配置一台还是多台分级机都是一个破碎或磨矿段。,21,筛分与分级,把粉碎产品按某种粒度分成大和小二部分的作业称为分级（Sizing，广义）。并分为用筛子筛分（Screening）和流体中进行分级（Classification）二种方式。,22,筛分与分级,筛分是利用在金属板上穿开适当的孔眼，或用棒相组合，或用金属丝及其它材料织成网的筛子，将颗粒分为通过孔眼和未通过的两部分的作业。分级是利用流体的阻力和重力、惯性力或离心力之间的平衡关系，改变粒度分布的作业。利用空气作为流体的是干法分级。利用液体（如水）作为流体的称为湿法分级。,23,不同的筛面,24,3.1.1.2常用粉碎设备,（1）常用的破碎设备主要有：颚式破碎机圆锥破碎机辊式破碎机反击式破碎机和锤式破碎机等。,25,表3-1-2破碎机类型、性能及应用,26,（2）磨矿设备,常用的磨矿设备主要有：球磨机棒磨机自磨机砾磨机雷蒙磨振动磨,立式磨辊磨机离心自磨机锤磨机涡轮磨及其它高速冲击磨等。,27,表2-1-3磨矿机的种类及应用,28,（3）超细粉碎设备,迄今为止的超细粉碎方法主要是机械力方法，包括利用高速气流冲击的气流磨；利用高速机械回转冲击及剪切作用的冲击式超细粉碎机；利用摩擦研磨作用的搅拌球磨机、振动球磨机、旋转球磨机、行星磨；利用剪切力的胶体磨；利用压应力的高压辊磨机；以及利用高压射流冲击的射流粉碎机等。,29,表3-1-4常用超细粉碎设备的粉碎原理与适用范围,30,（4）筛分设备,常与破碎机配合的筛分设备有：格条筛筒形筛振动筛概率筛细筛等。,31,（5）分级设备,常与磨矿设备配套使用的分级设备分为两类，一是与湿法磨矿设备配合使用的湿法分级设备，有：螺旋分级机、水力旋流器和水力分级机。二是与干法磨矿设备配合使用的干法分级设备，有：空气旋流式分级机和转子离心式分级机。,32,表3-1-5常用分级机的类型及主要应用性能,33,3.1.1.3粉碎过程的机械化学及粉碎极限,（1）粉碎过程机械化学物料颗粒受机械力作用而被粉碎时，还会发生物质结构及表面物理化学性质的变化，这种因机械载荷作用导致颗粒晶体结构和物理化学性质的变化称为机械化学变化。,34,在超微粉碎加工中，由于颗粒微细，而且又承受反复强烈的机械应力作用，表面积首先要发生变化。同时，温度升高、表面积变化还会导致表面能变化。因此，颗粒中相邻原子间断裂之前牢固约束的键力在粉碎后形成的新表面上很自然地被激活。,35,表面能的增大和机械激活作用将导致以下几种变化：,(1)颗粒结构变化，如表面结构自发地重组，形成非晶态结构或重结晶；(2)颗粒表面物理化学性质变化，如表面电性、物理与化学吸附、溶解性、分散与团聚性质；,36,表面能的增大和机械激活作用将导致以下几种变化：,(3)在局部受反复应力作用区域产生化学反应，如由一种物质转变为另一种物质，释放出气体、外来离子进入晶体结构中引起原物格中化学组成变化。此外，对于易燃、易爆物料，其粉碎生产过程中还会伴随有燃烧、爆炸的可能性，这是超微机械粉碎技术应予以考虑的安全性问题。,37,（2）超微(细)机械粉碎极限,粉碎能耗假说(补充)表面积假说（适合微粉碎和超微粉碎）粉碎能耗与粉碎后物料的新生表面积成正比,38,体积假说（适合于粗中粉碎）物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比裂缝假说（适合于两者之间1-100mm）粉碎物料消耗的能量与物料产生的裂缝长度成正比，而裂缝又与物料粒径的平方根成反比。,39,（2）超微(细)机械粉碎极限,粉碎极限是超微粉碎面临的一个重要问题。在超微粉碎中，随着颗粒粒径的减小，被粉碎物料的结晶均匀性增加，颗粒强度增大，断裂能提高，粉碎所需的机械应力也大大增加。因而颗粒度越细，粉碎的难度就越大。,40,粉碎极限,粉碎到一定程度后，尽管继续施加机械应力，粉体物料的粒度不再继续减小或减小的速率相当缓慢，这就是物料的粉碎极限。理论上，固体粉碎的最小粒径可达0.01-0.05m。然而目前机械粉碎设备与工艺很难达到这一理想值。Huiting认为固体物料的粉碎极限为1m。,41,粉碎极限,神保在研究球磨机粉碎时，认为若减小粉磨介质球径，如采用1mm直径的介质球可以产生1-2m之间的超微颗粒。奥田的实验研究结果表明，采用表面粉碎方式，通过往复摩擦粉碎石灰石，可制得最大粒径小于0.6m的超微颗粒。而采用回转磨擦粉碎，可制备粒度为0.2-1m的A12O3超微颗粒。,42,此外，粉碎极限还取决于物料种类、机械应力施加方式、粉碎方法、粉碎工艺条件、粉碎环境等因素。随着超微粉碎技术的发展，物料的粉碎极限将逐渐得到改善。,43,3.1.2破碎与筛分,3.1.2.1破碎设备及应用根据破碎设备的形式和施力特点，破碎设备可分为颚式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、冲击式破碎机和锤式破碎机等。,44,颚式破碎机,颚式破碎机出现于1858年，由于其结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便等优点。所以至今仍在各个行业得到广泛应用，是最常用的粗碎设备。,45,工作原理,该机由电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动颚上下运动，当动颚下行时，定颚与动颚间夹角变小，物料被压碎达到破碎目的；,当动颚上升时定颚和动颚间夹角变大，动颚板在拉杆、弹簧的作用下离开定颚板，此时已破碎物料从破碎腔下口排出。,46,鄂式破碎机工作原理示意图,47,颚式破碎机,根据动颚的运动轨迹和特点。颚式破碎机可分为简摆式（双衬板或双推力机构）和复摆式（单肘板或单推板机构）。双腔回转破碎机由于破碎在两个破碎腔内交替进行，与同规格单腔颚式破碎机相比，在生产同粒度产品时提高工作效率两倍。,48,颚式破碎机优缺点,优点：构造简单、重量轻、价格比较低、便于维修和运输、外形高度小、工作可靠、不易堵塞；缺点：但衬板易磨损、破碎产品粒度不均匀、过大块多、需要给矿设备等。,49,圆锥破碎机,圆锥破碎机按其使用的粒度范围可分为粗碎、中碎和细碎三种。粗碎圆锥破碎机又称为旋回破碎机，是大型矿山破碎坚硬物料的典型设备；中碎和细碎圆锥破碎机又称为菌形圆锥破碎机。,50,工作原理,破碎机工作时，电动机通过水平轴和一对伞齿轮带动偏心轴套旋转，破碎圆锥轴心线在偏心轴套的迫动下做旋摆运动，使得破碎壁表面时而靠近又时而离开轧臼壁的表面，从而使矿石在破碎腔内不断地受到挤压和弯曲而被破碎。,51,旋回破碎机示意图,固定锥,活动锥,52,旋回破碎机,由于破碎锥的运动是旋回摆动，因而在这种破碎机中物料破碎是连续进行的。这一点与颚式破碎机不同。旋回破碎机的破碎锥除了由传动机构推动围绕轴线转动外，还有因偏心轴套与轴之间的摩擦力矩围绕本身轴线的自转运动，自转数约为10-15转分。这种破碎锥的自转运动，可使破碎产品的粒度更加均匀也可使破碎锥衬板均匀磨损。,53,中、细碎圆锥破碎机（菌形圆锥破碎机）示意图,54,中、细碎圆锥破碎机（菌形圆锥破碎机）,根据排矿口调整装置和保险方式的不同，又可分为弹簧圆锥破碎机和液压破碎机。根据破碎腔的形式不同，又可以分为标准型（中碎用）、中间型（中、细碎用）和短头型（细碎用）三种，其中以标准型和短头型应用最为广泛。,55,中、细碎圆锥破碎机（菌形圆锥破碎机）,平行带越长，破碎产品粒度越均匀。圆锥破碎机广泛应用于坚硬物料的中、细碎。破碎产品粒度一般在10mm左右，特殊也可达到3-5mm以下。特点是破碎产品中立方体颗粒居多。,它们的主要区别在于破碎腔剖面形状和平行带长度的不同，标准型最短，短头型最长。,56,辊式破碎机,根据辊子的数目可分为单辊、双辊、三辊和四辊四种。常见的为双辊，也称为对辊破碎机。双辊破碎机的优点是破碎产品中过粉碎粒级较少。适于破碎脆性物料，构造简单、容易制造，但辊筒易磨损、处理量低。,57,58,冲击式破碎机和锤式破碎机,冲击式破碎机也叫反击式破碎机。根据转子数目的不同，可分为单转子和双转子两种。原理是利用高速旋转的转子上板锤对给入破碎腔内的物料产生高速冲击而破碎，被冲击破碎的物料沿切线方向被高速抛向破碎腔另一端的冲击板并被再次受到破碎。物料在破碎腔内，除了物料与板锤及冲击板发生冲击破碎外，高速的物料颗粒之间也相互冲击产生粉碎作用。,59,冲击式破碎机示意图,60,锤式破碎机,具有与冲击式破碎机相似的结构。根据转子的数目也可分为单转子和双转子两种；根据转子许可旋转的方向，转子只能以一个方向旋转工作的为不可逆式，转子可以以正反时钟两个方向旋转的称为可逆式。,61,冲击锤式破碎机,综合了冲击式破碎机的破碎原理和锤式破碎机结构形成的一种破碎机。冲击式破碎机在建材、煤炭、矿山、食品、环保、化工等工业领域都有应用。主要作为中、细碎设备，也可作为粗碎设备。其具有破碎比大，一般为3040，最大可达150。,62,冲击锤式破碎机,冲击式破碎机的主要缺点是板锤在破碎硬矿石时磨损较快，但随着转子结构和材料的改进及物料自衬原理的应用，磨损问题已经得到了一定程度的解决。锤式破碎机主要用于各种中硬且磨蚀性弱的物料的细碎。如石灰石、煤、石棉、水泥熟料、金属浮渣、饲料等的粉碎。,63,冲击锤式破碎机,冲击锤式破碎机和锤式破碎机优缺点：适于破碎中硬物料、特别是易碎物料，如石灰石、方解石、滑石、高岭石等，具有体积小、构造简单、破碎比大、能耗低、处理量大、产品粒度均匀、选择性破碎作用强等优点；但设备易磨损、噪声大。,64,3.1.2.2筛分设备及应用,筛分是将颗粒大小不同的松散物料，通过单层或多层筛子分成若干个不同粒级的过程。矿粒通过筛孔的可能性称为筛分概率。它与筛孔大小、物料粒径、筛子的有效面积、颗粒的运动、物料的含水量和含泥量等因素有关。使用筛分设备时，既要求它的处理能力大，同时也要求尽可能地将小于筛孔的细粒物料过筛到筛下产物中，即筛分效率要高。,65,筛分设备的种类较多，根据它们的结构和工作特点，大体可分为下列几种类型。,（1）固定筛：包括固定格筛、条筛，主要用于大块矿石筛分；（2）滚轴筛：主要用于大块煤及石灰石的筛分；（3）平面摇动筛：主要用于煤和非金属矿石的筛分和脱水；（4）筒形筛：包括圆筒筛、圆锥筛等，主要用于清洗碎石、砂子、洗矿和脱泥；,66,（5）振动筛；包括圆振动筛、直线振动筛、共振筛等，广泛用于煤炭、选矿、建材、化工等领域的分级、脱泥、脱水等；（6）概率筛（摩根森筛，60年代初）：包括旋转概率筛、直线振动概率筛、等厚振动筛和惯性共振式概率筛等，可用于煤、矿石和其它中细粒物料的干、湿式筛分；（7）细筛：其中包括细粒物料的分级、脱水和脱介等。,67,筛分的用途,松散物料通过筛孔分为两种和多种粒度级别，称为筛分作业。筛分设备通常有以下几种用途：（1）预先筛分和检查筛分在破碎前分出粒度符合要求的合格产品称为预先筛分；在破碎后将产品中粒度过大的物料筛出并返回破碎机再破碎称为检查筛分。,68,（2）准备筛分为下一步加工工序而进行的筛分作业称为准备筛分。（3）独立筛分物料经筛分后得到最终产品称为独立筛分，例如石墨经过筛分后分成不同粒级的产品。（4）脱水、脱泥和脱介筛分。,69,格条筛,格条筛包括固定棒条筛和滚轴筛。固定棒条筛是选矿厂中最常见的筛分设备，由平行排列的钢条或钢棒组成格条，格条借横杆连接在一起。这种筛主要用于粗碎和中碎作业前作预先筛分。其特点是构造简单、无运动部件、无需动力；但易堵塞、所需高差大、筛分效率低。,70,工作原理本设备主要由电机、减速器、旁路机构、筛轴、机罩等组成。工作时，电机通过减速器、传动链条驱动筛轴作同向转动，推动物料在筛面上向前滚动。物料在滚动过程中，小块物料落下，大块物料从筛面滚过，进入破碎机。,滚轴筛,71,筒形筛,筒形筛也叫圆筒筛，由一绕水平轴或略倾斜的轴旋转的筒体组成，筒体由金属丝网或穿孔钢板制成。筒体由电机通过链条、齿轮或摩擦传动装置带动旋转。,72,筒形筛,圆筒筛的特点是结构简单、易维修管理、工作平稳可靠、振动小；但筛面易磨损、电耗大、单位面积处理量低、筛孔易堵塞、筛分效率低、对物料粉碎作用大。圆筒筛主要用于洗矿脱泥和中、细粒物料的分级。,73,振动筛,振动筛是应用最为广泛的一类筛分设备，根据筛框的运动轨迹不同，可分为直线运动振动筛和圆运动振动筛两类。直线运动振动筛是因筛箱的运动轨迹为定向直线振动而得名，包括双轴惯性振动筛和共振筛；圆运动振动筛包括单轴惯性振动筛、自定中心振动筛和重型振动筛等。,74,虽然各种振动筛在工作原理和结构上有一定的区别，但都有共同的主要组成部件，即振动器、筛箱、传动装置和隔振装置等。,75,振动筛的特点,（1）筛体以低振幅、高振动次数作强烈振动，消除了物料的堵塞现象，使筛子具有较高的筛分效率和生产能力。（2）动力消耗小、构造简单、操作维护检修方便。（3）节省厂房面积和高度，便于配置。（4）应用范围广，适用于物料中、细碎前的预先筛分和检查筛分。,76,概率筛（摩根森筛，20世纪60年代初）,概率筛是一种采用大筛孔（相对筛分粒度）原理进行筛分的一种新型筛分机械。在工业上得到应用的概率筛有直线振动式概率筛、惯性共振式概率筛、直线振动式等厚概率筛和旋转概率筛等。前三种统称为振动概率筛。,77,振动概率筛都采用多层筛面和大倾角。筛箱通常用弹簧吊装于厂房楼板或钢架上，筛箱上设2-6层筛面，筛面的筛孔尺寸从上层往下层递减，而筛面倾角递增。旋转概率筛由给料盘、筛分盘、排料盘3个部分组成，3个圆盘均低速旋转。,78,筛孔尺寸实际分离粒度大得多，大大减少了难筛的临界粒度问题，不易形成阻碍透筛的料层，透筛概率高；筛分精度高。,79,细筛（湿筛）,细筛包括弧形筛、击振细筛、直线振动细筛和高频振动细筛、立式圆筒筛和旋流筛等。,弧形筛,高频振动细筛,80,标准筛(补充),目数：是指每平方英寸（25.4mm）筛网上的孔眼数目；孔径估计：孔径（um）=15000/目数；由于开孔率的问题，不同的国家标准也不一样，目前存在美国标准、英国标准和日本标准三种。我国使用的美国泰勒标准。,81,泰勒标准筛制(补充),泰勒筛制的分度是以200目筛孔尺寸0.074mm为基准，乘或除以主模数2的平方根（1.414）的n次方（n1，2，3），就得到较200粗或细的筛孔尺寸，如果用副模数2的四次方根（1.1892）的n次方去乘或除0.074mm，就可以得到分度更细的一系列目数的的筛孔尺寸。,82,泰勒标准筛制(补充),下面列表的筛孔尺寸是采用副模数来分类的。目数筛孔尺寸网丝直径目数筛孔尺寸网丝直径ma(mm)d(mm)ma(mm)d(mm)320.4950.3001150.1240.097350.4170.3101500.1040.066420.3510.2541700.0890.061480.2950.2342000.0740.053600.2460.1782500.0610.041650.2080.1832700.0530.041800.1750.1423250.0430.0361000.1470.1074000.0380.025,83,3.1.2.3破碎筛分工艺流程及设备选型,破碎筛分的基本目的是使具有一定性质的大块物料达到一定的粒度要求。根据物料的性质（尤其是最大粒度和硬度）和对破碎产品粒度的要求不同，破碎筛分流程有多种类型，对设备的选择也多种多样。,84,（1）破碎筛分工艺流程,破碎段数的确定破碎段是破碎流程的最基本单元。破碎段数不同及破碎机和筛子的组合不同，便有不同的破碎筛分流程。需要的破碎段数取决于：给料中的最大块度；要求的最终破碎产品的粒度；各破碎段所能达到的破碎比。,85,常规破碎流程总的破碎比范围在10-140之间。一般用一段很难完成，而即使最大破碎比达140，用三段破碎也能完成，因而一般磨矿作业前通常采用二段或三段破碎。当给料粒度小于300mm时，可取二段。,86,表3-2-1原矿最大粒度与采矿方法的关系,87,表3-2-2各种破碎机在不同工作条件下的破碎比范围,88,预先筛分的确定,预先筛分的目的是在物料进入该破碎段之前预先筛出合格粒级，以减少进入破碎机的物料量，提高破碎机的生产能力；同时也可防止物料产生过粉碎；减小湿细物料对破碎机工作的影响。因此预先筛分的应用主要根据矿石中细粒级的含量来决定。细粒级含量愈高，采用预先筛分愈有利。,89,预先筛分的确定,从技术、经济的角度考虑，在破碎流程中采用预先筛分通常是合算的。但采用预先筛分需要增加厂房高度，所以在破碎机处理能力有富余时，为了配置上的方便也可不设置预先筛分。,90,检查筛分的确定,检查筛分的目的是为了控制破碎产品的粒度，并利于充分发挥破碎机的生产能力。因为各种破碎机都存在一部分大于排矿口宽度的粗粒级，使用检查筛分使不合格粒级返回破碎机，有利于提高破碎效率，更好地发挥破碎机生产能力。但检查筛分会使破碎车间的设备配置复杂化、投资增加，所以一般只在最后一个破碎段采用检查筛分。,91,常用的破碎筛分流程,在矿物加工过程中，常用的破碎筛分流程主要有：两段开路流程、两段一闭路流程、三段开路流程、三段一闭路流程等。,92,图3-2-1两段破碎流程,a）两段开路流程（b）两段一闭路流程,93,图3-2-2三段破碎流程,（a）三段开路流程（b）三段一闭路流程,94,破碎流程的应用,非金属矿加工厂，如石英、长石、石灰石、方解石、硅灰石、高岭石、滑石等大多采用二段破碎流程；三段破碎流程在金属矿选矿厂中的应用较为广泛，尤其是三段一闭路破碎流程。但在小型金属矿选矿厂也多采用两段破碎流程。,95,在一些特殊情况下，也可采用一些特别的破碎流程。如处理极坚硬的矿石和特大规模的选矿厂，为减少各段的破碎比和增加总的破碎比，也可考虑采用四段破碎流程；当原矿含泥量超过510和含水量大干58时，细粒级就会粘结成团，恶化破碎过程的生产条件，如造成破碎机破碎腔和筛分机械的堵塞、发生设备事故等，此时应在破碎流程中增加洗矿设施。,96,（2）破碎筛分设备的选型,1）破碎设备的选型破碎设备类型的选择和规格的确定，主要与所处理矿石的物理性质、处理量、破碎产品的粒度及设备配置等因素有关。所选用的破碎设备必须满足破碎产品粒度、设计处理量和适用给矿中最大粒度的要求。粗破碎机给矿中的最大粒度一般不大于破碎机给矿口宽度的0.80.85倍；中、细碎破碎机不大于0.850.9倍。,97,粗碎设备的选择,金属矿山的粗碎机，一般选用颚式破碎机和旋回破碎机；在某些非金属和水泥等工业中，粗碎也采用冲击式破碎机来处理中等硬度或较软矿石。在设计中选用颚式破碎机或旋回破碎机之前，一般都需从设备安装功率、设备重量、基建投资、生产经营管理费、设备配置情况及工艺操作的优缺点等方面进行技术经济比较，择优选用。,98,中细碎破碎设备选择,破碎硬矿石和中硬矿石或物料的中、细碎破碎设备一般选择圆锥破碎机。中碎选用标准型圆锥破碎机；细碎选用短头型圆锥破碎机。破碎易碎性物料时，可采用辊式破碎机、冲击式破碎机和锤式破碎机。,99,2）筛分设备的选型,固定筛固定筛主要有格筛和条筛。格筛多用在受矿仓及粗碎矿仓的上部，用于控制矿石粒度，一般水平安装。条筛多用作粗碎和中碎前的预先筛分，条筛筛孔宽度为筛下粒度的0.90.8倍，一般筛孔不小于50mm。安装在破碎机前同时起溜槽作用的条筛，需要一定的倾角（3050度）。,100,滚轴筛,滚轴筛常用于粗粒物料的筛分，给料粒度可达500mm，特别适于大块煤、石灰石和页岩等的筛分，也可作洗矿机和给矿机使用。其筛分效率高、被筛物料过粉碎现象小、安装高度低，但构造复杂、笨重；在筛分硬物料时，滚轴磨损快。,101,振动筛,表3-2-1各种振动筛的用途,102,圆筒筛,圆筒筛常用作洗矿和脱泥，也作为中、细粒物料的筛分，可以得到两种以上的产品。它构造简单、容易维修和管理，工作平稳可靠，振动轻；但单位面积处理量较低，筛网易堵塞、筛分效率低，机体笨重，筛面易磨损，耗电大，对物料有粉碎作用。,103,3.1.3磨矿与分级,3.1.3.1磨矿设备及应用工业上常用的磨矿设备有：球磨机、棒磨机、自磨机、涡轮磨、冲击磨、压辊磨、悬辊磨（雷蒙磨）、振动磨等。,104,（1）球磨机,按筒体形状分为：短筒球磨机（球磨机），它的筒体长度与直径之比为1-1.5；管磨机：2-7；圆锥式球磨机。按操作方式分：间歇式和连续式球磨机。按卸料方式分：中心卸料式球磨机；周边卸料式球磨机。按球磨机筒体支承的方式分为：筒体两端的空心枢轴支承在主轴上的球磨机；筒体固定在两个对托轮支承的球磨机；筒体一端为空心枢轴支承的球磨机。,105,按球磨机传动装置的形式分为：中心传动的球磨机：它的传动轴的轴心与球磨机筒体中心线一致；边缘传动的球磨机，它的传动装置是将电动机的动力经减速机传递传动轴，轴心与球磨机筒体中心线平行，再经轴上小齿带动筒体端盖上的齿轮，使球磨机筒体旋转。,106,107,图3-3-1球磨机的种类,108,（a）溢流型；（b）周边排料型；（c）中部周边排料型,109,球磨机的工作原理示意图（补充）,倾泻状态,抛落状态,周转状态,110,球磨机的特点,优点：粉碎比大、结构简单、产品系列标准化，衬板等易磨损部件便于更换，工艺成熟，运转可靠等；可经适应不同情况下的操作，如磨矿与干燥、磨矿与混合同时进行。缺点：粉碎效率低、设备笨重、运转噪声大。,111,（2）棒磨机,湿式棒磨机按排料方式可分为溢流型、开口型和周边型三种，以溢流型为主。棒磨机的转速率较低，一般转速率为6070%；介质充填率也较低，约为35-40%，给料粒度一般为25-30mm，产品粒度一般为0.1-3mm。棒磨机适宜于矿石的细碎和粗磨。,112,与球磨机类似钢棒代替球形研磨介质,113,（3）自磨机和砾磨机,1）自磨机自磨机不需要添加任何磨矿介质，仅仅依靠物料自身进行磨碎。因此又称为无介质磨机。其结构与球磨机大体上相同。为了提高处理能力，磨碎难磨矿石，有时在自磨机中加入少量钢球，这就是所谓的“半自磨”。2）砾磨机采用砾石作为磨矿介质的一类磨矿设备。用作介质的砾石的粒度一般为40-80mm。,114,（4）雷蒙磨（BaymondMill）,又叫悬辊式盘磨机，属于圆盘不动型盘磨机。雷蒙磨配有风力分级机，是单排或双排叶轮式分级机，由一台单独的电机驱动。雷蒙磨以研磨辊子数目的不同分为3R（3辊）、4R（4辊）和5R（5辊）。雷蒙磨具有性能稳定、工艺简单、操作方便、处理能力较大，产品粒度可调等优点。,115,116,广泛应用于方解石、大理石、白恶、石灰石、滑石、硅灰石、石膏、煤系高岭石、陶土、长石、重晶石、膨润土、石墨、透闪石、伊利石、绢云母等非金属矿物以及煤、化工原料、农药等的细磨。主要用于加工200-400目左右的细粉。,117,（5）立式磨（又称压辊磨）,立式磨属于辊子型盘磨机一类，因为除依靠辊子自重研磨物料外，还有拉紧系统对辊子压力将物料压碎，所以又称为压辊磨以便与悬辊磨（即雷蒙磨）区别。立式磨是水泥工业应用较广的一种节能设备，其突出特点是处理能力较雷蒙磨大，单位产品能耗较低，由于内置分级装置，产品粒度可调节。,119,（6）其它磨机,有：旋磨机、离心自磨机、柱磨机、高压辊磨机、JCW超微锤式机械粉碎机、涡轮式粉碎机等,120,3.1.3.2分级设备及应用,分级设备包括机械分级机、水力分级机、细筛、水力旋流器和风力分级机等。（1）螺旋分级机（2）水力旋流器（结构及简单的工作原理）（3）水力分级机（4）风力分级机（5）吊悬筛,121,水力旋流器,由上部筒体和下部锥体两大部分组成的非运动型分离设备。分离原理是离心沉降。,122,水力旋流器,当待分离固液混合物以一定的压力从旋流器周边进入旋流器后被迫作回转运动。由于其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，液体混合物中的固体粗颗粒克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随液体混合物做回转运动。,水力旋流器,在后续给料的推动下，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分层排列。随着液体混合物从旋流器的柱滤体部分流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层液体混合物收缩压迫之下，含有大量细小颗粒的内层液体混合物不得不改变方向而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流，而粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终由底流口排出，成为沉砂，从而达到分离分级的目的。,124,3.1.3.3磨矿分级工艺流程及设备选型,磨矿是在矿石经破碎机破碎之后的继续粉碎作业，常称之为磨粉或磨矿作业。,125,对于非金属矿的加工来说，磨矿分级作业的用途有三种：,一是为下续选矿提纯作业制备欲分选（离）矿物单体，并满足分选作业要求细度的入选原料，如果是湿法分选还要通过分级作业满足下续分选作业对矿浆浓度的要求；二是为下续超细粉碎或精细分级作业提供满足其给料粒度要求的粉体原料；三是加工出满足塑料、橡胶、油漆、涂料、饲料、陶瓷、耐火材料等相关应用领域细度要求的细粉产品。,126,（1）作为选矿准备作业的磨矿分级流程,由于干法分选效率较低，因此细粒矿石的分选或提纯，如磁选、浮选、离心分离等多在湿法环境下进行，因此，作为选矿准备作业的磨矿分级作业一般采用湿法工艺。磨机一般采用球磨机、棒磨机、自磨机或半自磨机、砾磨机、振动磨等；分级机一般采用螺旋分级机、水力旋流器，水力分级机等。,127,一般是采用一段磨矿分级工艺流程，分级溢流的细度能达到80通过200目（-74m）。如果入选矿浆的细度要求较高以及需要进行阶段分选（如鳞片石墨的浮选），就要采用二段磨矿流程或多段再磨再选的工艺流程。,128,图3-3-2一段磨矿流程,129,二段磨矿分级工艺流程,二段磨矿分级工艺流程比较复杂，根据第一段磨矿机与分级机联结方式的不同，两段磨矿流程可分为三种类型；第一段开路；第一段完全闭路；第一段局部闭路。第二段磨矿机总是闭路工作。,130,图2-3-3二段磨矿工艺流程,（1）第一段开路；（2）第一段闭路；（3）第一局部闭路,131,（2）作为制备超细粉碎作业原料的磨矿工艺流程,这主要是指为气流磨、搅拌磨、超细振动磨等超细粉碎作业进行预粉碎，降低入磨粒度，以确保超细粉碎作业产品细度的磨矿（或磨粉）工艺流程。这种磨矿工艺流程可采取干法工艺，也可采取湿法工艺，依下续超细粉碎作业的性质而定。,132,究竟选用什么磨粉设备，依下述超细粉碎工艺设备所要求的产品细度、处理能力等而定。在满足给料细度的条件下要使所选磨粉设备的产量与超细粉碎工艺设备的处理量匹配或大于下续超细粉碎工艺设备的处理量。,133,（3）直接加工细粉产品的磨矿工艺流程,在塑料、橡胶、油漆涂料、造纸、陶瓷、耐火材料，胶粘剂、油墨、玻璃、机械、电子等工业领域需要大量的细度为200800目左右的非金属矿物粉体产品。除了对晶形及表面有特殊要求的矿物，如石墨以及用作珠光云母基材的白云母等外，一般加工150800目粉体产品的磨粉工艺大多采用干法粉碎与分级工艺流程。,134,主要设备是各类干法磨粉机，如雷蒙磨、立式磨、离心磨、旋磨机、振动磨、干式球磨机、涡轮磨、锤磨机及其他机械冲击式磨机。一般都采用一段磨粉工艺流程，除了磨机和分级机外，一般还包括配套的旋风集料器，鼓风机、除尘器以及给料机等。,135,这种磨粉工艺流程和设备的选择主要考虑以下因素：,1）产品的细度及其级配，制定产品细度及其级配指标的主要依据是国家标准及相关应用领域对相应粉体产品的质量要求或标准。2）产品品种及产量。3）产品的纯度要求。4）产品的颗粒形状。5）单位产品能耗。,136,总之，在选择磨矿分级工艺设备时要比较以下几个指标：,1）粉碎中等硬度物料（如以方解石为标准）的产品细度。2）在指定产品细度条件下，粉碎中等硬度物料的小时产量。3）在指定产品细度及小时产量及粉碎中等硬度物料条件下，加工单位产品的能耗。4）在指定产品细度及小时产量及粉碎中等硬度物料条件下，加工单位产品的磨耗。除此之外，还要考虑工艺设备的质量监控水平、投资、占地面积及其它相关因素。,137,3.1.4超细粉碎,3.1.4.1概述在非金属矿加工业中，一般将d97=10m的粉体物料称为“超细粉体”。超细粉碎设备：气流磨、冲击式超细粉碎机、搅拌球磨机、振动球磨机、旋转球磨机、行星磨、胶体磨、高压辊磨机、射流粉碎机等。为了提高粉碎效率，减少能耗和满足市场对超细粉体粒度分布的要求，一般超细粉碎作业还设有精细分级设备。,138,主要发展趋势,（1）在现有超细粉碎设备基础上完善工艺配套，提高综合性能。分级粒度细、精度高、处理能力大的精细分级设备将是主要发展方向之一；（2）研制发展新型超细粉碎设备。这种新型设备与现有设备相比至少应具有下述特点中的一种：即效率高、能耗低、粉碎比大、粉碎极限粒度小、适用范围宽或可用于特殊物料，如低熔点、韧性、高硬度、易燃易爆物料等的加工，或者可实现超细粉碎与表面改性等的复合加工；,139,主要发展趋势,（3）开发非机械力超细粉碎加工技术；（4）完善和发展粒度大小及其分布的自动监控技术及粒度检测方法和仪器。,140,3.1.4.2超细粉碎设备及应用,（1）气流磨气流磨又叫喷射磨或能流磨，是一种较成熟的超细粉碎设备。它利用高速气流（300500ms）和过热蒸气（300400）的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞和摩擦，从而导致矿粒粉碎。,141,工业型气流磨自20世纪40年代初问世以来，发展很快，机型已由最初的水平圆盘式或扁平式（商品名称为“Micronizer”）发展到循环管式（Jet-O-Mizer）、对喷式、塔靶式和流化床对喷式等五大类，规格达数十种。,142,水平圆盘式气流磨,这类气流粉碎机的腔体成圆盘状，故而得名，如图所示。圆周上的多个气流入口与固定的喷射环管成一定角度，使喷射气流所产生的旋转涡流既能使粒子得到良好的冲撞、摩擦，又能在离心力的作用下达到分级的目的。喷嘴喷射出来的空气膨胀的作用能降低粉碎室的温度。,143,144,气流磨是最常用的超细粉碎设备之一，广泛应用于非金属矿物及化工原料等的超细粉碎。产品细度一般可达15m。产品粒度上限取决于混合气流中的固体含量，与单位能耗成反比。,145,在固体含量较低时，d97可保持410m；但是，当固体含量较高时，增大到2030m。经过预先磨矿，降低入磨粒度，这种磨机可得到平均粒度1m左右的产品。除了产品粒度细以外，气流粉碎的产品还具有粒度分布较窄、颗粒表面光滑、颗粒形状规则、纯度高、活性大、分散性好等特点。,146,2AB10型气流粉碎机,AB10型气流粉碎机,147,（2）高速机械冲击式超细粉磨机,高速机械冲击式超细粉磨机是指利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转体（棒、锤、叶片等），对给料加以激烈的冲击，使其与固定体或颗粒之间冲击碰撞，以较强大的力量使颗粒粉碎的超细磨矿设备。,148,优点：冲击式超细磨机与其他型式的磨机相比，具有单位功率粉碎能力大、易于调节粉碎粒度、应用范围广、机械安装占地面积小。且可进行连续、闭路粉碎等优点。缺点：但是，由于机件的高速运转及与颗粒的冲击和碰撞，不可避免地会产生磨损问题，因而不适用于处理硬度太高的物料。,149,日本细川公司制造的（SuperMicroMill）超细粉碎机。这种超细粉磨机适用于粉碎中等硬度以下的脆性物料，如滑石、方解石、高岭上、云母、石墨、硅灰石、膨润土、硅藻土及颜料、燃料等的粉碎加工。我国咸阳和西安制造的CM型系列超细粉磨机，以及辽宁制造的CX型系列超细粉碎机与日本细川公司的SuperMicroMill属于同一类型。这两种设备已广泛用于我国滑石、方解石、煤系高岭上、硅灰石、云母等非金属矿以及农药等的超细粉碎加工。,150,（3）介质搅拌磨,介质搅拌磨主要由一个静置的内填小直径研磨介质的研磨筒和一个旋转搅拌器（搅拌装置）构成。搅拌磨的研磨筒一般做成带冷却夹套，研磨物料时冷却套内可通入不同温度的冷却介质，以控制研磨时的温度。研磨筒内壁可根据不同研磨要求镶衬不同的材料。还可安装固定臂（棒）。搅拌器是搅拌磨最重要的部件，有多种结构型式，如油棒式、圆盘式、穿孔圆盘式、圆柱式、圆环式等等。,151,20世纪30年代末期，美国矿山局发明。,152,介质搅拌磨,连续磨矿时，研磨介质和研磨产品（料浆）要用分离装置分离，这种分离装置阻止研磨介质随料浆一起排出。介质分离器种类很多，目前常用的是圆筒筛，这种筛的筛面由两块平行的筛板组成，介质不直接打击筛面。这种筛子的筛孔尺寸一般为501500um。为了防止磨损，筛子的前沿和尾部用耐磨材料制造。圆筒筛的不足之处是难以分离粘度较高的矿浆。,153,介质搅拌磨,搅拌磨主要通过搅拌器搅动研磨介质产生冲击、摩擦和剪切等作用使物料粉碎。在搅拌磨中，研磨介质不是作整体运动而是作不规则运动。这种不规则运动对物料施加三种作用力：研磨介质之间的互相冲击产生的冲击力；研磨介质的转动产生的摩擦和剪切力；研磨介质填入搅拌棒（臂）或圆盘所留下的空间而产生的撞击力。,154,介质搅拌磨,在搅拌磨中，一般使用球形研磨介质，其平均直径小于6mm，用于超细粉碎时，一般小于lmm。研磨介质粒径大小对研磨效率和产品粒径有直接影响。介质的粒径越大，产品的粒径也越大，产量愈高；反之，介质的粒径愈小，产品粒度愈细，产量愈低。一般研磨介质的粒径大小视原料粒度和要求的产品细度而定。为了提磨矿效率，研磨介质的粒径应大于10倍的给料平均粒径。,155,介质搅拌磨,研磨介质的密度对研磨效率亦起重要作用。介质密度愈大，研磨时间愈短，所以在选用研磨介质时，还应考虑其密度。研磨介质的硬度必须比被磨物料的硬度高，以增大研磨强度。根据经验，介质的莫氏硬度最好比被磨物料大3以上，还要不产生生污染且容易分离。常用的研磨介质有：天然砂、玻璃珠、氧化铝或刚玉球、氧化铅球、钢球、铬球等。,156,介质搅拌磨,搅拌磨既可用于湿磨，也可用于干磨。干磨时常与分级机构成闭路作业。湿磨时，料浆粘度是一个重要的控制参数。料浆粘度最高可达30泊（3000厘泊），最佳范围是10002000厘泊。磨时，要防止物料在介质及筒体内衬上的粘附及微细物料间的团聚。搅拌磨可以批量（间歇）生产，也可连续生产，产品细度最细可达1m以下。因此，广泛应用于颜料、高级陶瓷原料以及高岭土、滑石、云母、碳酸钙、硅灰石、锆砂等非金属矿物的超细粉碎加工。,157,搅拌磨的机型：机型很多，按搅拌轴的不同大体可分为臂（棒）式搅拌磨、圆盘式搅拌磨、螺旋（塔式）磨、棒盘式搅拌磨、环隙式搅拌磨等等。,158,（4）振动磨,振动磨是利用研磨介质（球形或棒状）在作高频振动的筒体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎的细磨与超细磨设备。,159,振动磨,在振动磨中，介质的运动取决于振动类型、磨筒形状和充填率。振动磨的研磨介质充填率一般介于6070，介质直径（球形或柱状、棒状）依给料粒度和所要求的产品细度而定，产品粒度要求越细，介质直径应越小。,160,振动磨,介质种类包括不锈钢珠、瓷球、氧化铝球、刚玉球、氧化铅球、钢球、钢段、钢棒等。振动磨的加速度系数（2Ag，g是重力加速度）通常小于或等于10，振动频率在1001500之间（相当于=10015O弧度秒）、振幅A介于320mm。当给料粒度增大时，振幅应相应增大。,161,振动磨,振动磨干法生产时对物料的湿度较敏感，一般物料的湿度（或水份含量）越高，产量越低。振动磨的粉碎特性为：振动的振幅、振动频率越高，则产品粒度越细；物料充填率以6080为宜；在一定范围内，产品比表面积与粉碎时间成正比。根据给料粒度，通过选择适宜的介质尺寸、调节振动的振幅和频率以及给料量和介质的充填率等可以得到所要求的产品细度。,162,补充：,研磨介质充填率指的是研磨介质的总体积占研磨容器的容积的百分率。研磨物料的充填率指的是研磨物料的松散容积占研磨介质之间空隙的百分率。若充填率过小，则会使生产率低下；若过高，则没有足够的空间使研磨介质和物料充分运动，以至于产生的冲击较小，而不利于合金化进程。机械合金化,163,振动磨,与旋转筒式球磨机相比，振动磨具有研磨介质充填率高(球磨机30%-40%)。研磨强度大、粉碎效率高、处理量较同容量球磨机大10倍以上，而且结构简单、操作灵活方便，既可进行间歇干式或湿式粉碎，也可进行连续干式和湿式粉碎；通过调节振动的振幅、振动频率、介质类型、配比和介质直径等可加工多种不同粒度和粒度分布的产品，包括用于粗磨、细磨和超细磨。,164,振动磨,用于超细磨的振动磨可加工平均粒度1um甚至小于1um的超细粉产品。但大规格振动磨对于机械零件（弹簧、轴承等）的机械强度要求较高。振动磨的种类，按其振动特点可分为惯性式、偏旋式；按筒体数目可分为单筒式和多筒式；接操作方式又可分为间歇式和连续式。,165,（5）胶体磨,胶体磨又称分散磨（ColloidorDipersionMill），是利用一对固定磨子（定子）和高速旋转磨体（转子）的相对运动产生强烈的剪切（液流剪切作用）、摩擦、冲击等力。被处理的浆料通过二磨体之间的微小间隙，在上述诸力及高频振动的作用下，被有效地粉碎、分散、混合、乳化、微粒化。,166,167,胶体磨,胶体磨的特点是：可以在较短时间内对颗粒、聚合体或悬浮液等进行粉碎、分散、均匀混合、乳化处理。处理后的产品粒径可达几m至lm以下。因此，广泛应用于化工、涂料、颜料、染料、化妆品、医药、食品、农药等行业。由于二磨体间隙可调（最小可达lm以下），因此，容易控制产品粒度。,168,结构简单、操作维护方便、占地面积小。由于固定磨体和高速旋转磨体的间隙极小，因此加工精度高。胶体磨按其结构，可分为盘式、锤式及透平式和孔口式等类型。,169,（6）高压射流式粉碎机,利用高压射流的强大冲击力和压力突然降低后的穴法效应，使物料因冲击和爆裂作用而被粉碎。我国某单位研制的CBY型超细剥片均化机也是利用高压射流的超细粉碎设备。这种设备已获国家实用新型发明专利。这种设备可用于中等硬度以下物料，如高岭土、云母、伊利石等的湿式超细粉碎或剥片。,170,171,3.1.4.3超细粉体分级设备,根据分级介质的不同，当今工业型微细分级机可分为两大类：一是以空气为介质的干法分级机，主要有空气旋流式分级机和转子（涡轮）式气流分级机；二是以水为介质的湿法分级机，主要有水力旋流器、旋分机、卧式螺旋离心机和沉降式离心机等。一般都在离心力场中进行。,172,3.1.4.4粉碎助剂的应用,3.1.4.4.1定义粉碎助剂又称助磨试剂