粉体加工关键技术

第一讲绪论粉体工程(粉体加工技术)：是一门在掌握超细粉碎理论基本上，以超细粉碎设备构造及工作原理、超细粉碎工艺流程为重要学习内容课程。一非金属矿产及加工运用简介非金属矿产发展非金属矿产：是指金属矿产和燃料矿产以外，自然产出一切可以提取非金属元素或具备某种功能可供人们运用、技术经济上有开发价值矿产资源。（因而类矿产大多不是以化学元素，而是以有用矿物为运用对象，因此亦称为工业矿物与岩石。）在人类发展过程中，非金属矿产起了决定性作用。古代：石器（工具）陶器青铜器（金属）非金属矿产受挫近代：技术进步和材料构造多元化，促使了非金属矿产地位不断上升。从科学技术角度看：已进入信息时代从矿产资源运用看：进入一种以非金属资源为中心综合开发时代。(50年代开始，世界非金属矿产产值已经超过金属矿产产值，发达国家非矿产值超过金属矿产2~3倍。)国内非金属矿产发展状况国内是世界上最早运用非金属矿产国家之一。但是近代由于封建制度闭关自守及帝国主义国家列强侵略掠夺，国内非金属矿产发展落后于西方发达国家。国内已发既有经济价值非金属矿产有100各种，是世界上品种齐全、储量丰富少数国家之一。储量居世界前列非金属矿产有：石膏、石墨、滑石、膨润土、石棉、萤石、重晶石等储量在世界上有重要地们非金属矿产有：高岭土、硅藻土、沸石、珍珠岩、石灰石等。非常具备发展潜力非金属矿产有：硅灰石、长石、凸凹棒石、海泡石等。80年代开始国内非金属矿产日益受到关注（非金属在世界市场走俏）近十几年来国内非金属矿产出口增长，已成为出口创汇一种重要方面。但国内非金属矿产加工技术――比较落后出口非金属矿产产品种类――原矿和初级产品（许多工业部门和人们寻常生活所需非金属矿深加工产品还需进口，有甚至是咱们出口原矿或初级产品加工而成。）非金属矿产开发运用新趋势从当前国内外非金属矿产开发运用特点，可反映出如下几种趋势：已开发老品种，其运用范畴和开发深度不断扩大。体现形式――大某些矿种已不限于一两个工业部门少数用途，老矿种新特性新功能不断被发现并得到运用(如高岭土)。新开发新矿种不断浮现，且许多新矿种在应用方面体现出独特性能。由直接运用非金属矿原料或粗加工产品（选矿精矿及粉料产品）向深加工及制成品方向扩展。人工合成非金属矿物和天然非金属矿资源综合运用，也愈来愈受注重。总之，随着科学技术不断进步和社会需求多样化，单纯运用非金属矿物原料或选矿粗加工产品，已在诸多方面不能适应市场发展需要，非金属矿产深加工也成为非金属矿行业发展必然趋势。因此，为适应市场和科学技术发展需要，非金属矿矿产发展方向应为：非金属矿矿产发展：向高纯化、超细化、功能化、多品种、多系列方向发展。非金属矿公司发展：向集团化综合加工方向发展。非金属矿深加工重要内容各类矿产应用特点金属矿产：通过冶炼提炼出其中金属元素这两类矿产都是以变化矿物原料燃料矿产：运用并通过热化学反映提取其中化学构造来达到其运用目。热能或有机化学组分。非金矿产：绝大某些是运用其固有技术物理性能，或运用其加工后来形成物理特性及物理化学性能。材料工业三大支柱：无机非金属材料、金属材料、有机高分子材料无机非金属材料：运用某些矿物原料加工成其有某种功能、能被人们直接运用材料。1）非金属矿产加工运用阶段在开发运用非金属矿产资源途径中，最简朴是直接运用（砂、石、粘土和经选矿提高了运用层次和经济价值产品），但其本质仍是一种原料（制取某种材料原料）。如果要将采出非金属矿产加工成经济价值高各类功能性材料，要通过如下几各加工阶段。（1）初加工非金属矿产初加工――指老式矿物加工办法对矿物或岩石进行破碎、磨矿、分级以及有用矿物分选或富集。初加工任务：为材料工业部门提供从颗粒粒级上或有用矿物品位上都合格原料矿物。（2）深加工非金属矿产深加工――将通过采选粗加工后原料矿产，依照顾客或制品对其技术物理性能及界面性能规定，再进一步进行精细加工过程。（深加工相对初加工加工解决限度而言）非矿深加工产品特性：经深加工矿物已不在是一种原料，而是具备某些优秀性能可供直接运用材料。详细体当前：保持了原料矿物单一材料性与固体分散相特性。矿物与化学成分不发生主线变化所被运用技术物理特性与界面化学性能有质奔腾有时会发生局部晶层构造变异与表面化学性能变化经深加工产品在性能上己远不同于初加工产品，其固有天然矿物性能己发生质变化（进行深加工重要目）。例：膨胀珍珠岩或蛭石、煅烧高岭土、活性白土、轻质碳酸钙(PCC)等。窑CaCO3+(heat)CaO+CO2（生石灰）轻质碳酸钙生产方程式：熟化器CaO+H2OCa(OH)2+热（熟石灰）反映器Ca(OH)2+CO2CaCO3+热重质碳酸钙(GCC)(方解石、白云石)直接超细粉碎加工得到碳酸钙粉体产品。轻质碳酸钙特点：构造或晶体形态可选；凝聚限度可选；粒度分布窄---可觉得某一特定用途“度身定做”。2）非金属矿深加工重要内容精细提纯重要是指采用化学选矿等办法提纯；超细粉碎涉及具备特殊构造矿物剥离及超细分级；矿物改性与改型化学解决改性、界面解决改性、热解决改性；特殊机械加工矿物（或岩石）切、磨、抛、雕等工艺。二超细粉体技术研究内容、作用及发展趋势超细粉体技术研究内容及范畴1）超细粉体定义超细粉体技术是近几十年来发展起来新技术，其名词解释和基本概念尚无统一定义。超细定义：UltrafineSuperfineVaryfine粒径范畴：<100μm<30或<10μm<1μm国外通用<3μm国内定义：超细超微超细微粒径；<3μm或<10μm；<100μm或<300μm100%不大于<30μm定义。李凤生按粉体粒径大小又分为：微米级1μm~30μm；《超细粉体技术》亚微米级0.1μm~<1μm；纳米级0.001μm~<0.1μm细粉10μm~1000μm；老式粉碎和磨粉设备加工超细粉0.1μm~10μm；超细粉碎设备加工郑水林超微细粉0.001μm~0.1μm；难以完全用机械粉碎办法加工，《超细粉碎》需采用其他物理化学办法加工超细粉碎：普通将加工0.1μm~10μm超细粉体粉碎和相应分级技术称超细粉碎2）超细粉体涵盖有关技术制备技术；分级技术；分离技术；干躁技术；输送、混合与均化；表面改性；粒子复合；粒度及性能检测；制造及储运过程中安全、包装与运送，应用等技术。由于粒度级别不同导致粉体材料性质和有关技术有很大差别，又可分为：微米技术；亚微米技术；纳米技术。3）所涉及学科领域化工；材料；医药；生物工程；食品；军工；航天；电子；机械；力学；物理；化学；光学；电磁学；机械力化学；液体力学；空气动力学。超细粉体在国民经济中应用超细催化剂------可使石油解裂速度提高1~5倍油漆、涂料、染料------高附着力、高性能1）化工领域造纸、橡胶------增强、增光、抗老化（碳酸钙、氧化钛）化纤、纺织------提高光滑度（加入氧化钛、氧化硅）日用化工-----化妆品、牙膏等（应用最早行业）医药细化------提高吸取率（超微钙）2）生物、医学亚微米及纳米级针剂保健品细化------提高吸取率超硬、抗冲击材料-----陶瓷粉、硬塑（重量轻）超细氧化剂、炸药-----燃烧速度提高1~10倍3）军事、航空、电子、航天等领域超细氧化铁粉-----高性能磁材料超细氧化硅------高性能电阻材料超细石墨-----高性能显象管和电子对抗材料超细粉碎技术发展、现状及趋势发展简史超细粉碎是随着当代科学技术发展而兴起一门跨学科、跨行业高新技术，同步也是老粉碎技术新发展和新应用。超细粉碎技术发展于上世纪60~70年代。压碎机粉碎技术发展16世纪----19世纪中叶新概念磨机诸各种类破碎机至今仍在应用研磨机粉碎工艺不断改进20世纪70年代至今超细粉碎技术逐渐完毕并趋于完善新设备不断延生（1）超细粉碎设备发展超细粉碎技术发展初期，着重粉碎技术和设备研究开发。70年代前，只能粉碎到325目，而当代工业需要多为500~1250目，更高者甚至规定亚微敉或纳米级，因而规定不断推出新超细粉碎设备。美、德、前苏联相继研制出新型气流粉碎机、高效搅拌研磨机、高速冲击式粉碎机、冷冻粉碎机等数十种新型粉碎设备。近年来发展起来超细粉碎机有：行星式球磨机、振动球磨机、搅拌球磨机棒机等。针对某些特殊性能材料，新研制出砂磨机、剥片机、胶体磨机等。（2）粉体分级技术研究与发展由于当代科学技术不断发展，应用部门对超细粉体提出规定越来越高（粉体细、粒径分布窄）。而机械粉碎办法加工出来粉体粒径分布普通较宽，为满足顾客规定，须对粉体进行分级解决。16世纪此前就浮现以筛分为代表分级技术，但筛分对超细粉体则无能为力。70年代开始，随着新型超细粉设备延生，分级技术也有了奔腾性发展。到当前为止，分级办法有两种，干式和湿式。干式分级极限在微米级，湿式分级可达亚微米级。超细粉体分级机重要类型：叶轮式、涡流式、漩流式、碟式、卧螺式等。分级机使用方式：单元操作使用和组合使用。多用粉碎机与分级机组合使用，其长处是：可提高系统产量，避免物料过粉碎，同步可减少能耗和成本。2）超细粉体技术发展趋势由于超细粉体技术是一门跨学科跨行业新兴技术，此后发展就集中在如下几种方面：超细粉体制备超细粉体性能研究超细粉体应用究对于超细粉体制备技术，重要在于研究更新制备原理、办法和设备，其重要目在于：能制备出粉体粒度更细、分布更均匀、分散和表面性能更优粉体产品；设备生产能力大，产量高、能耗低、耐磨性好、使用寿命长；工艺简朴、生产持续、自动化限度高、产品质量稳定。3）此后研究重要任务超细粉体性能研究。可望通过粒子设计对粉体进行改性或复合解决，使其达到抱负性能。4）此后研究重要内容：超细粉体应用，重点放在拓宽超细粉体在国民经济中应用领域和拌随浮现各种问题。开拓超细粉体新应用领域进而引起某些技术领域技术革命或变革是超细粉体同步也是非金属矿行业与否有生命力核心。三授课内容及有关参照资料1授课内容颗粒粒径及颗粒形状1）粉体颗粒几何特性颗粒粒度测量办法 粉体摩擦特性2）粉体特性 颗粒断裂与破碎 超细粉体制备办法简介3）超细粉体粉碎技术超细粉体制备惯用设备（工作原理、设备构造） 超细粉碎设备工作参数分级重要目和原理4）超细粉体分级技术 惯用分级办法简介惯用分级设备（工作原理、设备构造、重要参数）5）超细粉碎工艺 超细粉碎工艺流程超细粉碎工艺实例2使用教材及参照资料教材：《超细粉碎》郑水林编著中华人民共和国建材出版社参照资料：《粉体加工技术》卢寿慈主编中华人民共和国轻工业出版社《超细粉体技术》李凤生主编国防工业出版社《矿物加工颗粒学》曾凡等编著中华人民共和国矿业大学出版社《破碎筛分设备选用手册》唐敬麟主编化学工业出版社《超细粉碎分级技术》盖国胜主编中华人民共和国轻工业出版社3授课安排课堂授课：44学时实验：16学时作业：回答下列问题：什么叫非金属矿产？各类矿产应用特点是什么？什么叫超细粉碎？研究超细粉体制备技术重要目是什么？第二讲颗粒表征一颗粒概述1颗粒与颗粒体颗粒：描述物料细分状态个别物理单元叫颗粒（或颗粒是物料离散单元）。自然界中大某些固体物质都是以颗粒状态存在（土壤、泥沙、尘埃、谷物、面粉、糖、盐、矿砂、药丸、煤粉、涂料等等）。颗粒体：大量颗粒集合体粉体：由大量细小颗粒构成集合体（1mm如下、英国）颗粒分类按颗粒成因分类――自然粒体工业粉尘人工颗粒自然粒体――由自然力作用而成作用方式――风化、冲击波、火山爆发颗粒类型――石英粉砂、泥沙、火山灰工业粉尘――工业生产活动中某些生产环节所产生污染粉尘产尘形式――燃烧、矿石采掘、破碎、运送、掺合等粉尘类型――细粉扩散到大气中人工粒体――人工办法制造粒体（各工业部门产物（产品）颗粒类型――精矿粉、水泥、奶粉、食糖、各种填料、涂料和化肥等按颗粒大小分类颗粒大小分类表粒限（µm）＋500500~100~7575~1010~1~0.1-0.1粒级粗粒中粒细粒亚超细粒超细粒加工工艺破碎粗磨细磨超细粉碎化学法观测手段肉眼放大、显微镜电子显微镜二颗粒几何特性颗粒几何特性重要指颗粒大小、外形、表面积等。对于粉体颗粒来说，颗粒大小最为重要。实际中，惯用颗粒在空间中所占线性（一维）尺寸表达颗粒大小。相应地，表征颗粒尺寸就是物料粒度和其分布特性，它在很大限度上决定颗粒加工工艺性质和效率高低，是选取设备及进行过程控制基本根据，因此，仅对物料应用而言，粒度是最重要指标之一。粒径和粒度粒径：对于单个颗粒来讲，某种表达其大小“线性长度”叫粒径。粒度：在多颗粒系统中，颗粒平均值大小称粒度。粒径是表达一种颗粒大小，而粒度是一组颗粒大小总体概括，单一粒径在实际应用中是不存在，因而习惯上将粒径和粒度通用。粒径种类由于超细粉体是多颗粒系统（各种粉体、液滴、气泡群等），其形状千变万化，用来表达其大小粒径也不同样。粉体颗粒形状有较规则球形体和正立方体，但多数为非球形和正立方体不规则体。对于球形和立方体来说，直径和边长就可以为粒径，但对不规则状粉体来讲，立方体边长，长方体长和等效球体径都可作为其粒径。轴径三轴径：在笛卡尔坐标系中，一种不规则颗粒三维空间最大尺寸外接长方体各边长度，为该颗粒三轴径。（相称每边都与其相切长方形盒子中，长方体三个边长、宽、高）。由轴径计算各种平均径序号计算式名称物理意义1长短轴平均径二轴平均径平面图形上算术平均值2三轴平均径三轴算术平均值3三轴调和平均径与外接长方体比表面各项相似球体直径4二轴几何平均径平面图形上几何平均5三轴几何平均径与外接长方体体积相似立方体一条边6三轴等表面积平均径与外接长方体表面积相似立方体一条边投影径在用显微镜观测颗粒粒径时，由于颗粒最大稳定度（重心最低）总量处在最低平面，因此观测到是颗粒最大投影面积，因而，可按其投影大小定义颗粒粒径，由于颗粒不规则和不拟定性，投影径在如下几种：二轴径：颗粒投影外接矩形长和宽。Fetret（弗雷特）径：与定方向颗粒投影相切两条平行线之间距离；记作。Martin（马丁）径：在一定方向上将颗粒投影面积分为两等份直径；记作。Krumbein(定方向最大径)：在一定方向上颗粒投影最大长度；记作。Heywood（投影面积相称径）：与颗粒投影面积相等圆直径；记作。投影周长相称径：与颗粒投影周长相等圆直径；记作。显然，对于不规则颗粒，在显微镜下所测得各种粒径与颗粒取向关于，但当测量颗粒数目诸多时，因取向所引起偏差大某些可以互相抵消，所得到成果是诸多颗粒粒径记录平均值。因而投影径也可称为记录平均径。当量直径形状规则颗粒可以用某种特性线段来表达其大小（直径、棱长等），由于矿物颗粒形状具备广泛不拟定性，其真实粒径不易拟定，因而惯用某些同体积规则物特性线段作为不规则颗粒“相称粒径”，亦称当量或演算直径。当量直径：通过测定某些与颗粒大小关于性质，推导出与线性量纲关于参数。（如运用某种办法测得一不规则颗粒体积，再计算出该体积球直径，则所计算出直径就是该颗粒一种直径，“球“当量径）。不同当量直径特性表名称符号公式物理意义或定义体积直径与颗粒具备相似体积圆球直径面积直径与颗粒具备相似表面积圆球直径体积面积直径与颗粒具备相似外表面积和体积比圆球直径沉降速度相称径层流区（）颗粒自由落直径注：――颗粒沉降速度――介质粘度――颗粒密度――液体密度筛分径颗粒可通过最小方筛孔宽度三粒（径）度分布由于所研究粉体是多颗粒系统，如果整个颗粒系统全为粒径相等颗粒，则颗粒系统叫：单粒度体系：颗粒系统颗粒所有相等颗粒系统。多粒度体系：颗粒系统中粉体由不同粒径颗粒构成。粒径（粒度分布）：用简表格、绘图或函数形式来反映出粒度群体中各种颗粒大小及相应关系，称为粒度分布（状态）。用颗粒特性尺寸（线性、面积、体积）和总量（个数、面积、体积）可完整表达出粒度群体颗粒状态。因此，特性尺寸称粒度变量，总量称总体数量。粒度分布表达办法有列表法、作图法和函数法。1列表法列表法：将粒度分析所得到原始数据及由此计算出相应数据列成可供粒度分析表格。原始数据内容：粒度区间、各粒级质量、面积、体积及颗粒数等。长处：通过列表办法简朴反映出各粒级分布状况，找出主导粒级、各粒级频度和累积含量等，同步也是其他表达办法基本资料。缺陷：数据量大时列表麻烦，表中数据不持续，不能立即读出表中未列出数据。（此种办法是粉体粒度分析中最惯用办法）例：在某一组粉体样品中，已知样品总量N（个数/质量）、某一粒度值或大小范畴()和与之相应样品数量n，则某一粒度值或大小范畴样品产率（频率）用如下公式表达：粒度分析综合数据表粒度粒度范畴区间间隔平均粒度颗粒数相对频率负累积频率正累积频率00.0~1.01.00.500.000.00100.011.0~2.01.01.551.671.6798.3322.0~3.01.02.593.004.6795.3333.0~4.01.03.5113.678.3491.6644.0~5.01.04.5289.3317.6782.3355.0~6.01.05.55819.3337.0063.0066.0~7.01.06.56020.0057.0043.0077.0~8.01.07.55418.0075.0025.0088.0~9.01.08.53612.0087.0013.0099.0~10.01.09.5175.6792.677.331010.0~11.01.010.5124.0099.673.331111.0~12.01.011.562.0098.671.331212.0~13.01.012.541.33100.00.00共计3002作图法作图法：在直角坐标系中用矩形或曲线图办法将粒度分布状况表达出来。惯用来表达粒度分布图形有矩形图、频率分布函数图和累积分布函数图。2.1矩形图法作图办法：在直角坐标系中，以粒度范畴为长度在横坐标轴上做矩形底边，以各级频率（颗粒数、百分含量或单位长度频率为矩形高作平行于纵坐标轴矩形。长处：可一目了然地看出各粒级变化及主导级别等状况；缺陷：非持续分布，缺少各粒级范畴内信息，不能完整地反映整个粒群粒度特性。2.2函数曲线图法2.2.1微分分布曲线图（频率分布图）当所提供物料粒度级别多，粒级间隔足够小时，连接矩形图每一种矩形顶边中点，可得到一条光滑曲线，这条曲线既为该粒群微分分布曲线（频率或密度函数曲线）粒度微分分布曲线表达是各个粒径相相应百分含量。物理意义：微分粒度区间（D到）颗粒所占数量——产率。2.2.2积分分布曲线图（累积分布图）将一种粒度到另一种粒度间各级产率相加，也就是通过积分求和办法得出密度函数：上式中称为粒群粒度分布函数，反映粒群函数图线称为该粒群粒度分布函数图（累积分布曲线）。表达不大于或不不大于某指定粒度累积产率百分数。负累积分布曲线：不大于某指定粒度累积分布曲线（）正累积分布曲线：不不大于某指定粒度累积分布曲线（）函数表达法函数法：用数学办法将物为粒度数据归纳、整顿并建立能反映物料粒度分布规律数学模型——粒度特性方程。粒度特性方程便于进行记录分析，数学计算和应用电子计算机进行复杂分析运算。粒度特性方程可以体现：粒度分布状况、通过解析办法可以求出各种平均径、比表面积、单位质量颗粒数等。到当前为止，粒度特性方程均为经验式，上世纪代以来，人们已提出数十种特性方程，在矿物加工中最惯用有3种。盖茨(Gates)高登(Gaudin)舒兹曼(Schutzmann)yy粒度特性方程（GGS）式中：F（D）——筛下物（负累积产率）；%Dmax——物料中最大粒度D——粒度m——分布模数（与材料性质、设备性能关于）鄂式破碎机、辊式破碎机及棒磨机细粒级产品符合该方程，球磨机产物近似符合。罗辛（Rosion）——拉姆勒(Rammler)斯波林(Sperling)、本尼特（Bennett）称RRSB方程。式中：R（D）——筛上物（正累积产率）；%F（D）——筛下物（负累积产率）；%D——粒度De——临界粒度（R（D）=36.8或F（D）=63.2时相应粒度n—分布模数（均匀系数，表达粒度范畴宽窄）四平均粒径在矿物加工过程中，实际所接触是颗粒群体，因而用粒度对粉体群颗粒大小进行描述，即平均粒径。粒群平均径可由作图法和数理记录办法求出。用图示法表达粒群平均粒径在直角坐标系中，以粒径为横坐标，以粒子数频度和累积百分数为纵坐标，做出粒群频率分布曲线和累积分布曲线，在此图上可近似查出如下粒径：峰值粒径――频率分布曲线最高处相应横坐标；（Dmod）中位（中值）粒径――累积分布曲线50%高度处相应横坐标(Dmed)。用记录法求粒群平均粒径用记录办法计算平均粒度办法诸多，但对特定粒群，用不同办法计算所得到平均粒度值是不同，有甚至相差甚远。由于任何一种平均值，仅代表了记录值某一方面，而不能全面表征各数量间关系，因而，在实际应用时，要依照详细对象来合理地选取某一种计算办法。2.1几种用于平均粒径计算表达式如果颗粒粒径遵循某种规律并可用函数表达，则平均粒径可由函数表达式计算。如假设颗粒体下正立方体，以n为颗粒数，d为边长，ρP表达密度，则此粒群是由粒径构成集合体，每种颗粒个数为其物理特性可用各粒径函数加成表达：某些可用计算粒径重要函数表达式颗粒总长颗粒群总表面积颗粒群总体积颗粒群总重量颗粒群比表面积平均比表面积2.1几种平均粒径计算以个数为基准计算由于颗粒群是构成集合体，且每种颗粒个数为则颗粒群总长度可表达到：将所有颗粒视为粒径为D均一颗粒，即可上式中d由D代替得：由有则个数平均径得：以质量为基准计算颗粒群颗粒总长度、总面积和质量等物理参量都与粒群颗粒数n有一定关系，设颗粒为边长为d立方体，总长度为，总面积为，总质量为，各参量与个数关系为：以颗粒比表面积定义为例：由有则个数基准和质量基准可以互换（计算公式14页），各种平均粒径计算见表1-5、1-6（13-14页）。五颗粒形状颗粒形状：颗粒轮廓边界或表面上各点图像，称为颗粒形状。颗粒形状是颗粒几种几何性质（粒度、形状、表面构造、孔构造）中较为重要一种，颗粒形状对颗粒群许多性质和行为均有影响（比表面积、流动性、固着力、增强性、填充性和研磨性等），鉴于上述因素，工业上对作为添加剂粉体产品有不同规定。序号产品种类对性质规定对颗粒形状规定1橡胶填料增强性和耐磨性非长形颗粒2塑料填料高冲击强度长形颗粒3涂料、墨水、化妆品固着力强、反光效果好处状颗粒4磨料研磨性多角状5洗涤剂和食品工业流动性球形颗粒6炸药引爆物稳定性光滑球形颗粒1颗粒形状定性分析颗粒形状千差万别，描述颗粒形状办法分两类：定性分析（语言术语）和定量分析（数学语言）。定性分析就是用某些定性术语来描述颗粒形状。名称定义形状球形圆形球体滚圆形表面比较光滑近似椭圆形多角形具备清晰边沿或粗糙多面形体不规则体无任何对称形体粒状体具备大至相似量钢不规则体片状体板片状形体枝状体形状似树枝体纤维状规则或不规则线状体多孔状表面或体内具有大量孔隙定性分析非常粗糙，不够确切，难以精确地描绘颗粒形状。2颗粒形状定量分析单一颗粒形状尺寸放置在水平面上单一颗粒处在稳定状态时，在互相正交三个方向上测得最大值为：L----长径，B----短径，T----厚度。1）均齐度颗粒两个外表尺寸比值称为均齐度（比率）。长短度N=L/B扁平度M=B/T2）柱状度如颗粒平均厚度记为，则与之比称为柱状比，即。4）布满度体积布满度：颗粒外接长方体体积与该颗粒体积之比，。面积布满度：颗粒投影外接距形面积与该颗粒投影面积之比，。7）球形度（真球度）表达颗粒接近于体形状限度。（球=）8）圆形度定义了颗粒投影形状与圆接近限度9）形状系数形状系数----规则形状颗粒体积、面积分别与其线性尺寸因次比例关系。设颗粒直径为d，面积为S，体积为V，则：则表面形状系数体积形状系数比表面形状系数对于不规则颗粒，形状系数随粒度计算办法而变（如几种投影径），研究粒群颗粒形状时，要分别有其平均值。第一章作业回答下列问题：什么叫非金属矿产？各类矿产应用特点是什么？什么叫超细粉碎？研究超细粉体制备技术重要目是什么？第二章作业粒度分析综合数据表粒度范畴间隔平均粒度颗粒数相对频率负累积频率正累积频率1.4~2.00.61.710.10.1100.02.0~2.80.82.440.40.599.92.8~4.01.23.4222.22.799.54.0~5.61.64.8696.99.697.35.6~8.02.46.813413.423.090.48.0~11.23.29.624924.947.977.011.2~16.04.813.625925.973.852.116.0~22.46.419.216016.089.826.222.4~32.09.627.2737.397.110.232.0~44.812.838.4212.199.22.944.8~64.019.254.460.699.80.864.0~89.625.676.820.2100.00.2合计依照上表所给数据：分别画出粒度分布矩形图、正累积分布曲线图、负累积分布曲线图在粒度分布图上标出峰值粒径和中值粒径设颗粒是边长为d立方体，试求颗粒群体总长度、总表面积、总体积、总质量、比表面积和平均比表面积（ρP=1400kg/m3）分别求出以颗粒基准和质量基准颗粒体平均粒径第3章颗粒粒度和形状测量办法颗粒粒度和形状能明显影响粉体产品性质和用途，颗粒测量在细粒特性方面也很重要，在选矿、超细粉体生产、催化剂、造纸、油漆、颜料和精细化工等工业中，颗粒测量又是过程控制和描述产品特性应用最广技术之一，因而对粉体颗粒粒度和形状测量日益受到人们注重。3.1测量办法分类既有测量办法诸多，有直接测量法、间接测量法。直接测量是依照颗粒几何尺寸进行（筛分法和显微镜法），间接测量是先拟定与颗粒尺寸关于性质参数，然后用理论或经验公式计算粒径大小（沉积法等）。基于各种测量办法使用原理不同，所得参数（粒度变量――长度、面积、体积、质量等）也不同，同步粒度构成（总体数量――颗粒或质量百分数等）也有不同表达办法。不同测量办法对比分类测量办法基本原理测量范畴（μm）特点筛分法丝网筛用一定大小筛子，将被测试样提成两某些，留在筛上面粒径较粗不通过量（筛余量）和通过筛孔粒径较细通过量（筛过量）。37~4000电铸筛5~120沉降法移液管法依照Stokes沉降原理，分散在沉降介质中样品颗粒，其沉降速度是颗粒大小函数，运用移液管测定出液体浓度变化，可计算出颗粒大小和粒度分布。仪器便宜，办法简朴，测定所需时间长，分析计算工作量大。比重计法运用比重计在一定位置所示悬浊液比重随时间变化测定粒度分布1~100仪器便宜，办法简朴，测定工作量大。浊度法运用光透法或X射线透过法测定液体因浓度变化而引起浊度变化，从而测定样品粒度和粒度分布。0.1~100自动测定，数据不需解决便可得到分布曲线，可用于在线粒度分析。天平法通过测定已沉积下来颗粒累积重量，测定样品粒度和粒度分布。0.1~150自动测定和自动记录，仪器较贵，测定小颗粒误差较大。离心沉降法在离心力场中，颗粒沉降也服从Stokes定律，运用圆盘离心机使颗粒迅速沉降并测出其浓度变化，从而得出料度大小和分布。0.01~30BT3000A（0.04~45）测定速度快，可测亚微米级颗粒，应用较广泛。成果受环境和人为影响较大，重复性性较差。电感应法库尔特计数器悬浮在电解液中颗粒，通过一小孔时，由于排出了一某些电解液而使体电阻发生变化，导致小孔两侧电压发生变化，其变化规律是颗粒大小函数。0.4~200辨别率高，重复性好，操作较简便。易堵孔，动态范畴小，不适当测量分布范畴较宽样品。光散射法激光粒度分布仪当分散在液体中颗粒受到激光照射时，会产生光衍射和散射现象，并且颗粒越小散射角越大，通过透镜后在焦平面上形成与颗粒大小和多少关于光环，用光电接受器接受到此信号便可计算出关于数据。0.05~自动化限度高，动态范畴大，测量速度快，操作简便，重复性好，可用于在线粒度测量。显微镜法光学显微镜把样品分散在一定分散液中制取样片，测其颗粒影像，将所测得颗粒按大小分级，便可求出以颗粒个数为基准粒度分布。1~100直观性好，可观测颗粒形状，但分析精确性有时受操作人员主观因素影响，不能自动进行测量和计算。电子显微镜与光学显微镜办法相似，用电子束代替光源，用磁铁代替玻璃透镜，颗粒用显微照片显示出来。扫描电镜0.005~50透射电镜0.001~10测定亚微米及纳米级颗粒粒度分布和形状基本办法，广泛用于科学研究，仪器贵重，需专人操作。3.2试样采用与解决在生产过程中要经常对原料、中间产品和生产管理过程中所需辅助材料进行数量和质量上检查，这时不也许将所有物料拿来检查，只能从总体物料按规定中抽取少量在物理和化学等各方面性质能代表所要检查总体物料总体性质、供分析化验用样品，这种从大量物料中抽取出来少量、具备代表性以供分析化验用样品，称为试样，抽取过程叫采样。3.2.1试样采用普通原则采样工作就是从大量原始物料（总体）中取出少量试样，与总体相比，试样量是极小，但是规定这某些试样理化性质必要尽量接近总体性质，而实验分析目也就量要通过对这一小某些试样化验来理解总体。如果采用试样自身不能对的反映总体各种性质，则阐明该试样不具备代表性，这样状况下，无论制样和化验分析成果如何精确，也谈不上体现总体性能和指标，因此称样品和总体间各方面性质符合限度为样品代表性。由此可见，采样一种很重要问题就是能采集到能充分代表总量各方面性质试样。但由于各种物料均存在不同限度离散性，不也许规定所采试样各方面性质和物料总量完全相似，虽然样品和总体间误差是不可避免，但也应尽量使减少到最低限度，要达到上述规定，就需十分认真地按关于规程和操作办法进行。保证样品具备代表性几种原则：若被检核对象是均匀物质（溶液、各种添加药剂和混合均匀具有颗粒液体），则从中采用少量试样就具备代表性；如果被检核对象在不同步间内都比较均匀，则可在较长时间中采用一次样品，也具备代表性。若被检核对象是不均匀物质时，采用试样量过少时很难保证样品具备代表性，这时要依照详细状况在不同地点或不同步间采用各种试样（子样），并将这些子样汇集到一起成为供化验用试样（总样）。由于各种子样合到一起总样质量相对化验所需试样量多余诸多，因而在进行化验前对总样进行缩分减量解决，直减到适合化验用量为止。子样：采样器具操作一次所采用一份试样。总样：从一种采样单元中取出所有子样合并而成试样。3.2.2试样采用从总体物料中采样办法和地点诸多，如从持续物流中采样，从一批物料中采样，从许多已装满物料袋中取样，从堆上和车中取样等。从胶带输送机上取样从胶带输送机上取样地点重要有两处，一是在输送机卸料端取样，另一处是在输送机胶带上取样。在卸料端取样时，取样工具为接料斗，注意防止粗细颗料离淅现象，接料斗接料面积最佳为全断面接，如不能全断面接料，使料斗长断面垂直于皮带轮作横向移动。在胶带上面取样时，必须将胶带上一小段长度内物料所有取下，由于胶带边、中间、表层和底部物料大小不同。取样可用机械刮样器或停机手工采出。2）从斗式输送机中采样随机抽取一某些料斗，将斗内物料所有取出。3)袋中取样在袋中取样时，可随机或有顺序地间隔选取数袋物料，用勺式取样器在每袋中采用。4）在车厢或容器内取样尽量不要在车厢内取样，如一旦需要在车厢内取样时，应先布置取样点，然后用取样勺取样。从料堆上取样最佳不要在料堆上取样，由于形成料椎时容易形成粗细粒分离现象（对粒度较大物料而言）。如必须在料堆上取料时，须在堆上中下布置若干测点（下测点不要贴近地面），用勺式取样器取样，有条件可用气动取样器取样。3.2.3试样解决从总体物料中所采用总样，还不能直接作为化验用试样，1)量太多，2)物料有时会发生团聚现象，因而在测定前要对试样进行掺合、缩分和分散解决。试样掺和缩分为了使在总体中不同地取样点取出各子样所合并成总样更具备代表性，要对合并成总样进行掺合（混合），目使其更均匀，然后缩分，目是从掺合好总样中进一步取出能代表总样性质适合化验用量少量用品。因此：掺合（混合）：将试样混合均匀过程缩分：按规定办法将一某些试样留下，别的某些弃掉以减少试样数量过程。缩分办法：（1）抓取取样从预先混匀物料中多次随意地抓取少量物料，此种办法简朴，但误差往往较大。（2）堆锥四分法此种办法兼能完毕掺合和缩分操作过程。其主环节是先把试样物料掺合好并堆成一种圆锥体，然后把圆锥体压成厚度均匀圆饼形，并均匀提成四份（扇形），取其相对两份留作试样继续缩分或直接作为化验用样，别的两份弃掉。详细操作办法：将待缩分物料堆成圆锥体，堆锥时物料要从锥顶撒落，每铲不能太满并分2~3次撒落。堆好后至少要进行一次移堆。摊平（压平）堆锥时要用力均匀，向四周推力要一至。所分四份要均匀，最佳用十字分样板划分。堆锥法在操作不当时会产生较大误差，当粒度较大时会产生粒度偏析现象。试样过大时需重复多次，劳动量较大。（3）等分格法对于性质较均匀物料，可用等分格法进行缩分试样。详细操作办法：将预先掺合好试样摊成一种等厚扁长方形，然后划提成20等分（5×4），再将其中一份样品所有取出。长处是留样量小。（4）缩分器（二分器）法叉溜式缩分器是由一列平等交错排列，供料宽度相等斜槽构成。使用时将物料从顶端均匀地左右摆动撒入，试样从下部两侧均等分出。依操作次数可得到原样1/2,1/4,1/8,······分量，直到试样被缩分到所需要数量为止。长处：缩分精度高，受人为影响因素小。被测物料分散解决粉体颗粒再团聚是个自发过程，特别是超细粉体，团聚现象更容易发生。无论何种测量办法，分析成果精确性在很大限度上都依赖于测量前对被测物料分散解决。以便使颗粒粒子呈单颗粒离散状态分散在介质中。粒度越细物料，分散解决必要性越明显。惯用颗粒分散解决过程有分析介质选取、分散剂添加、悬浮液浓度和施加外力等四个方面。（1）选取分析介质分析介质是指粒度测量时采用介质，广泛应用是液体，特别是水及各种溶液。介质作用就是使颗粒表面充分润湿，以便在颗粒表面形成较厚溶剂化膜，促使颗粒彼此分离。对介质规定是：极性表面矿粒以极性液体为介质（石英、硅酸盐等矿粒）；非极性表面矿粒以非极性液体为介质（煤、石墨等矿粒）；密度大矿粒要采用稠度大液体（用水（酒精）+甘油、植物油、苯、庶糖等）；溶液中不能有气泡产生（粘度大时搅拌产生）。（2）添加分散剂作用：使有些疏水性矿粒增长亲水性。粒度测量中惯用介质和分散剂六聚偏磷酸钠高岭土、石英、石灰石、重晶石、硅石、滑石粉分散聚磷酸钠用于硅酸盐矿物分散草酸钠粘土类鞣酸石墨（3）悬浮液浓度被测悬浮液浓度也是影响颗粒分散一种重要因素，浓度高时不利于分散，且过高浓度会使体系偏离Stokes定律。因而除个别办法（光学显微镜、电子显微镜）外，实际配备悬浮液浓度都很低：光透法0.02~0.1%（质量百分浓度）；沉降法0.1~3%；片状钠基膨润土0.01~0.05%（非常低）（4）施加外力细物料不但容易团聚，并且有时尚有不同限度强度，因而除用上述介质和分散剂分散外，还必要施加一定外力以克服粒间吸引势能来达到分散目。手工摇动机械搅拌加热或超声波解决真空抽气颗粒往往会发生各种颗粒结团形成“团粒”现象。“团粒”是妨碍精确进行粒度分布测量因素之一。因而在测量前要先将“团粒”分离开来。这种促使“团粒”分离成单体颗粒过程叫分散。分散普通在悬浮液状态下进行，颗粒在悬浮液中分散有三个阶段，一为润湿过程，即液体润湿颗粒（或团粒）表面；二为团粒中颗粒分离；三为分散状态保持。在这三个阶段中，使“团粒”分离是关健。有些时候仅靠分散介质润湿等作用还局限性以使她们不久彻底地分离开来，这样就必要施以外力分散。外力分散效果最佳是超声分散，分散时间普通为3-5分钟。此外尚有搅拌、研磨等。这些分散办法也往往结合起来使用（例如在超声分散过程中高速搅拌），分散效果更好。颗粒分散效果检查：1)将已配备好悬浮液滴一滴在显微镜载物片上，盖上另一片玻璃以减慢挥发速度，然后放在显微镜下观测，若颗粒互不粘结，以单颗粒形式存在，效果为好。2)如测量仪器能测量悬浮液浓度，在正式测试粒度前，对悬浮液重复进行搅拌，并进行多次测量，当悬浮液浓度无明显变化时，可以为分散效果较好。3.3颗粒粒度测量办法3.3.1筛分法筛分是最古老、最惯用、最简便和最直观粒径测量和分级办法。19世纪中叶此前，重要用来对较粗颗粒物料按其粒径大小进行大体分级，到19世纪中期可以制造出高精度筛子后来，筛分法才作为一种颗粒粒径测量办法得到广泛应用。筛分基本作法：使已知质量试样相继通过逐个变细筛网，并称量每个筛网上收集（剩余）试料量，计算出每个粒级质量百分数即可。筛分办法有干筛和湿筛两种。筛孔也有圆形和方形两种。用于测量粒径和分级惯用一组筛孔由大到小套筛，也称实验筛系。筛孔尺寸系列在一套原则筛系中，相邻筛网筛孔有一定比例关系，泰勒筛当代筛或，习惯上将称间隔系列，比较惯用。将系列称持续系列，用于有特殊规定或实验研究上。筛分办法（干法）选取筛径一方面选取筛最大和最小筛径--按大概不超过5%留在最粗筛网上和通过最细筛网，拟定出最粗和最细筛子孔径，再按向下或向上选出中间筛径系列，或在最大和最小筛径之间选5-7个筛径构成一套。筛分样用量与筛子直径、粉体密度和颗粒大小关于：75μm<D<250μm时，用量约40-60g，250μm>D>1000μm时，用量约100-150g。将一套筛子按孔径大小由上到下叠加在一起，由最上层加入粗料，最下层有一种接细粉容器。筛分时间对数坐标系中，第一阶段通过量与第二阶段通过量之间为过渡段，第一阶段与第二阶段两段延伸交点所需筛分时间（或继续筛分5min，如果通过量不大于试样总量0.2%，以为筛分终点。建议在筛震机上振动一定期间（15~30min）后,称取每个筛子上筛余物质量。筛提成果解决筛分过程中损失量不得总入料量5%，否则重做（注意清除筛面上附着物）。筛分测量成果数据表筛号1234567筛孔宽度（μm）<>筛余量（g）筛余量（%）负累积重量（%）平均孔宽（μm）<>试样量（%）3.3.2沉降法沉降法测量颗粒粒度是基于颗粒在液体中沉降时遵从某种规律而得以广泛应用，重要是根椐颗粒在液体中最后沉降速度来拟定颗粒大小。而实际操作时，都不是直接测量颗粒最后沉降速度，而是测量某一种与沉降速度有关其他物理参量，如压力、密度、重量、浓度或光透率等，进而求得颗粒粒径和分布。上述各参量测量可以在液面下某一固定深度进行，即测量这些参数在该处随时间变化规律，也可以某一拟定沉降时间后，再测定沿液体高度变化规律，至于使用哪种办法测，要依测量仪器构造特性来定，但它们基本原理都是相似，即建立在Stokes沉降理论基本上。1)Stokes沉降理论最后沉降速度：设颗粒密度为粒径为D，在密度为粘度为无限容积液体中作沉降运动，由于>，由Stokes沉降理论得最后沉降速度(3-1)解得：(3-2)Stokes公式假设条件：颗粒为球形刚体；一种独立下沉颗粒；颗粒下降时作层流流动；与颗料相比，液体容器为无限大且不存在温度梯度。2）沉降法测量临界粒径（1）粒径测量上限Stokes公式是在是以层流为条件，就是说只有在层流区，阻力系数CD才干用十分简朴公式表达。超过层流区后，CD与Re间关系就比较复杂了，因而拟定Stokes公式合用范畴，也就是拟定沉降法测量颗粒粒径临界值是十分重要。实验发现，只有当颗粒雷诺数Re<<1时，颗粒在液体中沉降才保持为层流状态。这时(3-3)当前大多以Re=0.2作为层流区边界，代入(3-3)式得并与(3-1)式联立求解得：(3-4)分析：颗粒密度大，临界粒径小，粘度大，临界粒径大。例：石英砂在水中沉降，密度2.65g/cm3，Dcr约60μm，铁粉密度7.0g/cm3，Dcr只有39μm。增大η值（0.5或1.0）可提高沉降法测量上限，但误差会增大。Allen以为，Re=0.2时，求出粒径比实际约小2.5%，当Re=1.0时，约小6.2%。由上述讨论可知，重力沉降法测量上限普通应为60-70μm。（2）粒径测量下限当颗粒在液体中下沉时，除受到重力、浮力和流动阻力作用之外，还会受到周边液体分子热运动不断撞击。由分子运动学理论可知，任意温度下，液体分子（或气体分子）自身会不断地作不规则随机热运动——布朗运动。布朗运动详细特性就是以很高速度和频率撞击到任意表面上。简朴地讲，这种运动对液体中沉降较大颗粒来说可以忽视不计，但对于特别小颗粒来讲，布朗运动对其是有影响。如一定期间t后，颗粒在任一方向上由于布朗运动所引起位移为：(3-4)同样，同一粒径颗粒在同条件液体中重力沉降距离h也可计算出来。重力沉降位移h和布朗运动记录平均位移y对照表粒径D/μm0.10.250.501.001.502.002.505.00hμm0.0060.0350.140.551.252.223.4613.8yμm2.941.861.340.930.760.660.580.42条件：球形颗粒时间1s密度=2g/cm3要点：a)2~3μm如下颗粒粒径不适当用重力沉降法测量；b)如试样中有10%颗粒不大于上表粒径下限，尽量不使用重力沉降法测；记录平均位移y颗粒密度无关，而重力沉降位移h与密度关于，因此密度大颗粒测量下限可更小些。用离心沉降法测量，测量下限可以减少，由于颗粒受到离心加速度远不不大于重力加速度，这样可以明显减小布朗运动影响，显然转速越高，可测量粒径下限越低（以达0.05μm）。但由于速度过高时，其最后沉降速度必然加大，由(3-3)式知，其临界上限会相应减小，转速很高离心沉降式粒度测定仪测量上限约为10μm（0.05μm~10μm）。3)离心沉降式粒度测量仪测量原理及测量办法由以上对重力沉降办法及原理讨论，该法在实际应用中重要受两个方面限制，对于较细颗粒测量时间长和测量下限不能在小（2.5μm颗粒距离为15cm时沉降时间约7.4h）。而离心沉降法在很大限度上可以克服上述局限性，离心沉降时，颗粒受阻力、浮力和离心力作用（重力相对于离心力很小略去），为此只要以离心加速度ω2r代替重力加速度即可得到最后沉降速度与颗粒粒径关系为：（3-5）（3-6）1-光源2-接受元件3—驱动马达4—中空圆盘由以上所述可见，不论是重力沉降还是离心沉降，Stokes公式只是建立了沉降速度与粒径之间单值相应关系，因此要想求出颗粒粒径，必要一方面懂得颗粒沉降速度。但是所有依沉降原理测粒径仪器几乎都不是直接测沉降速度，而是测量一种与之有关物理量来拟定沉降速度。至于测量哪个物理量，依仪器而定。如移液管法（浓度）、比重计法（密度）、沉降天平法（质量）和光透法（光浊度）。由于离心沉降法在测试时是将测试液体放在高速旋转中空圆盘内，因而光浊度为测量信号是离心式沉降仪测量颗粒沉降速度唯一选取。中空圆盘由透明玻璃制成（有机玻璃），旋转轴水平布置，转速1500~8000r.p.m。操作时先向中空转子内充已知容积沉降液，之后启动转子并加速到所需转速后，沉降液被甩向轮边沿，形成一种水环。这时再将配制好试样由转子中心注入，试样则沿转子壁面甩向水环内表面然后迅速并均匀地扩散到整个表面，随后颗粒便在离心力场作用下向轮缘方向沉降。当颗粒沉降到光源照射位置时，由于颗粒大小和多少都会产生不同消光值（I/I0），对面光信号接受装置及时接受并记录下来，事实上不同消光值所表征也是颗粒径尺度和分布规律。3.3.3光散射法光散射是近年来得到广泛应用一种颗粒测量办法，它遵循光散射原理。简朴地说，穿过纯净介质光束沿直线传播，但当纯净介质中存在颗粒时，光线将向四周散射，且光散射各参数与颗粒粒径密切有关。光散射法所使用光源有白炽光和激光，当前，激光光源得到了广泛应用，因而把此类仪器称为激光粒度分析仪。1）激光衍射式粒度测量仪测量原理当分散在液体中颗粒受到激光照射时，一某些光将偏离激光束本来传播方向，以一定角度发散，这就是激光在颗粒作用下衍射或散射现象。不同粒径颗粒使激光产生散射作用不同，大颗粒散射角小；小颗粒散射角大，并且颗粒越小，其散射角越大。该散射光通过富氏透镜后，在透镜焦平面上将形成“靶芯”状散射光环，光环半径与颗粒大小关于，光环光强度与有关粒径颗粒多少关于，通过放置在焦平面上光电接受器阵列，就可以接受到激光对不同粒径颗粒光散射信号。将光电接受器阵列上接受到信号经A/D转换等变换后传播给计算机，衍射理论和散射理论对这些信号进行解决，就可以得到样品粒度分布了。百特激光粒度分布仪特性（BT9300）能源半导体激光器发出波长为0.6328微米单色光，经空间滤波和扩束透镜，滤去杂光形成直径最大10mm平行单色光束。该光束照射测量区中颗粒时，会产生光衍射现象。衍射光强度分布服从夫朗和费衍射理论。在测量区后付立叶转换透镜是接受透镜（已知透镜范畴），在它后聚焦平面上形成散射光远磁场衍射图形。在接受透镜后聚焦平面上放置一多环光电检测器，它接受衍射光能量并转换成电信号输出。检测器上中心小孔（中央检测器）测定容许样品体积浓度。在分析光束中颗粒衍射图是静止并集中在透镜光轴范畴。因而颗粒动态通过度析光束也没关于系。它衍射图在任何透镜距离总是常数。透镜转换是光学，因而极快。测量范畴：0.1μm--3400.1μm重复性误差：<3%测试时间：2—3min测试办法：湿法，样品槽式或循环泵式第3章作业（复习题）依照测量原理分，粒度测量有几种办法什么叫子样、总样和采样单元用于测量粒径试样，在测定之前要通过哪些解决过程对颗粒测量试样进行缩分和分散解决重要目是什么用沉降法测量颗粒粒径时，临界粒径受什么因素制约，采用什么办法或手段可以增大粒径测量范畴（涉及自己想法）离心沉降法为什么能减少粒度测量下限，如何提高上限。规定：纯熟掌握Stokes公式推导过程，假设条件及各参数含义。

第4章粉体惯用物理力学特性4.1粉体堆积物性几乎所有非金属矿粉体颗粒都是由较大块度矿物或岩石粉碎而成，因此其物理和力学性质还基本遵从于所属矿物与岩石，但大块矿物与岩石经粉碎成较小颗粒后，特别是粉碎成超细颗粒，还是有诸多性质发生了变化，重要是以量变为主，其中粉体堆积物性变化是一种重要方面。4.1.1粉体密度粉体颗粒密度分真密度和堆积密度(容积密度)。真密度重要反映是矿物成分密实限度，其定义可以理解为单位体积颗粒体（不含孔隙）质量，也称为比重。真密度：不具有内外表面孔隙颗粒与同温度（20ºC）、同体积纯水质量之比，用表达。颗粒真密度只与构成矿物成分关于，而与颗粒大小无关。堆积密度(容积密度)：颗粒群体在自由松散或有一定压力状态下单位充填体积质量。填充粉体质量/粉体填充体积=式中：M----填充粉体质量VB----填充粉体体积粉体颗粒堆积密度不但取决于颗粒形状、颗粒尺寸与分布，还取决于粉体堆积方式，因而，依堆积方式不同又分为松动堆积密度和紧密堆积密度。松动堆积密度——在重力作用下自然布满状态后密度（与存贮容器和包装袋设计关于）。紧密堆积密度——通过机械振动破坏粉体中空隙后而便其达到紧密充填状态后密度。由粉体堆积密度定义知自然或紧密堆积粉体填充体积由矿物实际体积孔隙体积构成，为了衡量充填体积中实际体积和孔隙多少，惯用填充率和孔隙率来表征。填充率——在一定充填状态下，颗粒实际体积占粉体所填充体积比率。如果令实际体积为Vp，堆积体积为VB，则：颗粒实际体积/粉体填充体积=孔隙率——粉体中所含空隙体积占粉体所填充体积比率。如果令空隙体积Vv，堆积体积VB，则：4.1.2颗粒（粉体）安息角安息角（自然坡度角）是反映粉体流动性一种重要指标。粉体与流体流动行为重要差别在于：当粉体从容器中流到一平面上时，与流体不同，流下粉体是堆积在平面上，且堆积尺寸随粉体流下而增长，同步堆与平面夹角（堆积角）也不断增长，当增长到一定角度α时，不再继续增长，则称这个角度为安息角。安息角：所堆积粉体由自重运动所形成堆积角。通过特定方式使粉体下落到固定平台上堆成加圆锥体最大底角。从容器到平面流动行为示意图在提高容器内流动行为示意图在旋转容器内流动行为示意图安息角越小，阐明粉体流动性越好。球形颗粒较小(23~28)，较规则颗粒约30º左右，不规则颗粒约35º，极不规则颗约35º。对细颗粒粉体，具备较强可压缩性和团聚性，这时安息角与其形成过程有很大关系，如从容器中流好速度、容器提高速度和转筒旋转等关于，因而不能算是细颗粒体基本物性。4.1.3粉体白度某些白色和近白色非金属矿产品如陶瓷、涂料、白水泥、滑石、高岭土、硅灰石、石膏、重质和轻质碳酸钙等材料在应用时有对其白度规定，因而有时需对粉体白度进行测量。定义：表征物体白限度(GB/T17749－1999),用W或W10表达。办法简述：当光谱反射比均为1抱负完全反射漫射体白度为100，光谱反射比均为零绝对黑体白度为零时，采用原则规定条件，测出试样三刺激值，再用所规定公式计算出白度。三刺激值：匹配某一颜色所需要三个原色刺激量，用X,Y,Z表达。白度值越大，则白色限度越大。完全反射漫射体白度等于100。但是人对白感觉和物体光谱反射比大小并不是简朴线性关系，而是与诸多复杂因素关于。因此白度并没有确认标尺,在不同领域有不同白度评价公式。因而，白度定量表达和测量统一、量值精确一致是一件不容易事。为此国际照明委员会（CIE）曾专门成立关于技术委员会，企图在目视评价、测量仪器及定量公式等方面解决测量和原则化问题，通过近工作和研究，于1982年CIE第二十届大会正式推荐CIE1982白度计算公式。当代色度学采用CIE所规定测量原理、数据解决和计算办法，称为CIE原则色度学色度系统。各个国家都公认，国际照明委员会（CIE）关于色度学规定，是色度学基本原则。几种计算白度公式设光照条件为在10℃视场d65光源,照射下，X,Y,Z为直接测得试样三刺激值，则惯用几种计算白度公式为：CIE86白度公式(甘茨白度，国际白度委员会1986发布)R457白度是一种简易白度表达办法，国内此前在纸张和塑料等行业曾采用过，(457—峰值波长)。GB5950白度国内《建筑材料与非金属矿产品白度测量办法》原则号GB/T5950-1996

Hunter白度L、a、b为Hunterlab测色系统参量Stensby白度Stephansen白度以上六种计算白度公式系用WSD-III型全自动白度仪测量时可选取白度计算公式。4.2力学特性4.2.1粉体摩擦性1）粉体库伦定律粉体虽然有流动性，但与液体有很大不同，在无任何侧向限制时还可以堆积成一定角度堆，而不向液体那样流向四周，因素是粉体各颗粒间不存在一种非常重要特性——摩擦性。正是粉体颗粒间有磨擦性，限制了堆积颗粒向下滑动。但继续堆积时，重力加大到一定限度，粉体会突然滑移，理论和实验成果都表白，开始滑移时，滑移面上切向应力τ是正应力σ函数。（4-1）当粉体开始滑移时，如滑移面貌一新上切向应力τ与正应力σ成正比时，有：（4-2）称满足这个条件粉体为库伦粉体，则式（4-2）为库伦定粉体定律。式中：μC是粉体摩擦系数（内摩擦系数），C是初抗剪强度，C=0时，称简朴库伦粉体。库伦定律是粉体流动（临界流动）充要条件。当粉体中任一平面内剪应力：处在静止状态，满足沿该平面滑移；不发生。2）粉体内摩擦角物体在平面和斜面上运动示意图对简章库伦粉体，库伦定律为：上式两边同步乘以滑移面面积得到力形式库伦定律为：（4-3）这一关系式等同于物体在平面上摩擦定律，当将物体放在与平面成φ角斜面上时，物体重力N分解成与斜面垂直FN和与斜面平行Ft两个分力。则：（4-4）（4-5）当斜面角度局限性以使物体下滑或处在临界状态时，沿斜面分力Ft与正应力FN所引起摩擦力相等：而则：（4-6）式（4-6）也称为库伦摩擦系数，φ则称为粉体内摩角。3）粉体内摩擦角测定粉体内摩擦角测定装置由上下两个盛粉体圆盒构成。下盒放在有滚珠导轨上，并可通过匀速电机或手动施加水平方向力，上盒与测力装置相连，并有一上盖对两盒同步加垂直应力。4.2.2粉体强度特性材料强度是指对外力抵抗能力，普通以材料破坏时单位面积上所受力，即N/m2或Pa来表达。按受力方式不同，可分为压缩强度、拉伸强度、弯曲强度和剪切强度等。按材料内部均匀性和与否有缺陷又分为理论强度和实际强度。1）理论强度不含任何缺陷完全远均质材料强度称为理论强度。它相称于原子、离子或分子间结合力。由离散子间库伦引力形成离子键和由原子间互作用力形成共价键结合力最大，为最强键。普通来说，原子或分子间作用力间距而变化，并在一定距离后保持平衡，而理论强度即是这一平衡所需要能量，可通过能量计算求得：γ——表面能；E——弹性模量；a——晶格常数材料理论强度计算值是相称大。2）实际强度当完全均质材料所受应力达到其理论强度时，所有原子和分子间结合将同步发生破坏，则整个材料将分散为原子或分子单元（特细均匀破碎）。然而，世上没有一种绝对均质宏观材料，因此材料破坏往往都分裂成大小不一块状，阐明各质点间结合牢固限度并不相似，即存在着某些相对薄弱局部，使得在材料受力未达到理论强度之前，这些薄弱部位就已达到极限强度，因而，材料实际（实测）强度远远低于其理论强度（1/100~1/1000）。（金刚石1800Mpa/200GPa；铁200~1800Mpa/40GPa；石英玻璃50Mpa/16GPa）。事实上，每种材料实际强度与其自身构成、均质限度关于，材料实际强度是通过对材料进行实际测定得到，但材料实测强度大小还与测定条件关于（尺寸大小；加载速度；测定期介质环境等）。粉体材料强度要点：强度高低是材料内部价键结合能体现，从某种意义上讲，粉碎过程是通过外部作用力对物料施以能量，当该能量足以超过其结合能时，材料即发生形变以至粉碎。3）硬度硬度也是反映材料在抵抗外力对其破坏一种重要指标。其详细定义应为：硬度——材料抵抗其他物体对其作用而产生局部破坏或变形能力。也可以理解为在固体表面产生局部破坏或变形所需能量，这一能量与材料内部化学键强度及配位数关于。硬度测量办法：刻划法；压入法；弹子回跳法和磨蚀法等。实际应用中惯用创造测某种测定办法人名命名各种硬度：莫氏硬度――刻划法布氏硬度、韦氏硬度――压入法肖氏硬度――弹子回跳法普通无机非金属材料用莫氏硬度表达，金属材料用布氏硬度表达。材料莫氏硬度分10级，由小到大排列为：1滑石；2石膏；3方解石；4萤石；5磷灰石；6长石；7石英；8黄晶；9刚玉；10金刚石近年来显微硬度计应用日益广泛，在显微镜下可测边长仅有千分之几到百分之几毫米压入量，并可观测其弹性变形。硬度所代表材料物性关系与晶体构造关于，原子离子小电荷或电价大，晶体构造质点越大者，则硬度大；硬度大者，耐磨性越好；虽和强度定义不同，但本质同样（与质点键结合状况关于），两者之间详细关系虽尚未拟定，普通硬度强度也高。4）材料脆性和韧性材料脆性脆性是一种与韧性相反性质，从变形方面看，脆性材料受力破坏时，直到断裂前也只是浮现极小变形，因此强度极限不会超过弹性极限。从强度上看，脆性材料运动载荷或冲击能力差，也就是说其抗拉伸能力远不及抗压缩能力（硅酸岩材料、建材、陶瓷等；1/10~1/20）。因此破碎脆性高材料选用冲击类粉碎机械。材料韧性是指在外力作用下，塑性变形过程中吸取能量能力（外力撤掉后释放能力）。吸取能量大，韧性越好，是介于柔性和脆性之间一种材料能。与脆性材料正好相反，韧性材料抗拉伸和抗冲击性较好，但抗压缩性较差。因而复合材料工程中，让脆性材料与韧性材料有机地复合，可使两者间优势互补，从而得到一种综合性能非常好材料，且是任何一种单独存在时所不能具备。（橡胶和塑料中加无机矿物粉体；砼中加钢筋）易磨（碎）性仅用强度和和硬度局限性以精准地表达材料粉碎难易限度，因粉碎过程除决定于材料物性外，还受物料粒度、粉碎方式（设备、工艺）等诸多因素关于。因而学用易磨性来表达材料粉碎难易限度。易磨性――在一定粉碎条件下将物料粉碎至某一粒度所需要比功耗，即单位质量物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需能量。第5章材料粉碎机理与过程5.1粉碎概论5.1.1材料破坏、破碎与粉碎概念要使材料达到粉碎状态，一方面应使其破碎，而材料破碎又是在破坏基本上完毕。破坏：固体物料在外力作用下产生了不能恢复永久形变时称物体发生了破坏。破坏过程：承受力作用――弹性变形（未坏前）――继续受力――变形――材料硬化――永久变形(强度极限)――极限状态――破坏。特性：材料在互相垂直应力作用下被拉裂或剪坏，破坏了试样完整性后，载荷不再增长。破碎：破坏后来材料继续施加作用力，使已坏了材料进一步碎裂（使大块物料碎裂成小块物料）加工过程。粉碎：使小块物料破裂成粉末状物料加工过程称粉碎。破碎和粉碎相应机械称破碎和粉碎机械，其加工过程称破碎和粉磨过程，按相应粒度可分为：粗碎――将物料破碎至100mm左右粗粉碎――将物料破碎至0.1mm左右破碎中碎――将物料破碎至30mm左右粉磨中粉碎――将物料破碎至60μm左右细碎――将物料破碎至3mm左右细粉碎――将物料破碎至5μm如下破碎和粉碎粒体受力特性：由于破碎和粉碎粒体粒度和断裂面形状不尽相似，因此对其应力不易拟定，且粉碎与单个材料破坏不同，它是指对集团作用，普通以粉碎总量所消耗能量来衡量粉碎难易和施加力多小，由于各个颗粒在粉碎时所受状态不同，要一一拟定是不也许，只能拟定其近似状态，因此建立粉碎理论是相称困难。5.1.2基于裂纹及其扩展格里菲斯（Griffith）理论前面以经提到，材料实际强度要比理论强度小多，对这种现象解释，来源于Griffith强度理论。在抱负状况下，如果施加外力未超过物体应变极限，则物体被压缩而作弹性变形，当除去载荷时，物体又会恢复原状而未被粉碎。事实上，在上述过程中物体虽未破坏，没有增长新表面，却生成若干裂纹，特别是扩展了物体原有微裂纹，加上由于局部薄弱面存在（如不均质量性节理面，原有大裂纹）。Griffith以为，由于材料中存在这些细微裂纹，在则因颗粒形状不规则，致使所施加力一方面作用在材料表面突出点上，会在裂纹或突出点周边产生应力集中现象。且裂纹尖端应力最大，应力集中限度用应力集中系数表达（最大集中应力/最大主力）。如果最大应力是拉应力，由于脆性材料抗拉强度小，极易导致裂纹扩展，但裂纹扩展还必要力和能量两个条件。裂纹扩展力条件：在裂纹尖端产生拉应力必要不不大于裂纹尖端分子之间结合力。由由于是1/1000~1/100即是2~3个数量级，以2个数量级为例，/==102得：如则裂纹扩展能量条件：裂纹扩展时产生新表面所需表面能：因变形而贮存于固体中条件EV>Es则裂纹扩展临界应力为：格里菲斯理论理解要点：当材料应力达到抗拉强度时，裂纹将扩展，当与拉应力垂直裂纹长度增长时，应力集中将更大，而裂纹扩展一旦开始，就必然导致材料破坏。裂纹产生和扩展不是材料破碎唯一形式，但是脆性材料破坏重要过程。裂纹产生和扩展必要满足力和能量两个条件，即在裂纹尖端产生拉应力必要不不大于裂纹尖端分子之间结合力和材料因变形而储存能量要不不大于裂纹扩展时产生新表面能所需能量。5.2粉碎施力办法与作用固体材料在机械力作用下由块状物料变为粒状或由粒状变为粉状过程均属于粉碎范畴，由于物料性质及粉碎细度不同，粉碎方式办法也相应不同，按施加外力方式不同，物料粉碎普通通过挤压、冲击、磨削和劈裂几种方式进行，各种粉碎设备也工作原理也多以这几种原理为主。按粉碎过程所处环境不同干式和湿式；按粉碎工艺分开路和闭路，按粉碎产品细度不同分普通细度和超细粉碎。1）挤压粉碎挤压粉碎是粉碎设备工作部件对物料施加挤压作用，物料在压力作用下发生粉碎。挤压磨、鄂式破碎机属此类粉碎设备。物料在两个工作面之间受到相对缓慢压力而被破碎。因压力作用缓慢和均匀，故物料粉碎过程较均匀。这种办法多用粗碎，近年来有几mm如下鄂破碎机。挤压式产出物料有时会呈片状粉料，因惯用粉磨前预粉碎设备。2）挤压――剪切粉碎是挤压和剪切两种基本粉碎办法相结合粉碎方式，雷蒙磨（悬摆式）及各种立式磨通惯用挤压――剪切方式粉碎物料。3）冲击粉碎冲击粉碎涉及高速运动粉碎体对被粉碎物料冲击、高速运动物料向固定壁（靶）冲击及物料之间高速冲击。这种冲击粉碎可在较短时间内发生多次冲击碰撞，且每次碰撞粉碎时间都是在瞬间完毕，粉碎体与被粉碎物料动量互换非常迅速。4）研磨、磨削粉碎研磨