粉体工程第3章课件.ppt

1、磨机工作原理,影响磨矿机工作效率的主要因素： 磨机转速 磨矿介质的充填率,磨机转速的影响：,a 转速过低 b 正常运转 c 转速过高,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)。,理论适宜转速n (r/min) ： 转速比 n/n0 =76%,磨机实际工作转速ng：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3m9m水泥球磨机的

2、工作转速，已知衬板厚度为0.05 m。,磨介充填率的影响：,提高磨介充填率，在筒体容积相同的条件下，进行粉碎的有效磨介数目将增加，这在一定条件下可以使生产能力及产量增加。但磨介充填率也不能过高，磨介充填率一般为40%45%。,以上几种磨矿机的规格用筒体的内直径长度表示，如27003600mm。,按排矿方式的不同，球磨机可分为溢流型和格子型两种。 格子型球磨机的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。 溢流型球磨机磨好的物料从排矿口自动溢出，该机优点是结构简单，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，有优先采用格子型球磨机

3、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。 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。 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、陶瓷原料加工。,（b） 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。,2 、超细粉碎设备 其开发的主要出发点： 原理上考虑提高有效粉碎能，大多是利用冲击、剪

4、切、摩擦等力的综合作用进行超细粉碎。 结构上采用超细粉碎分级组合型式，利用高效气流分级装置不但可提高微细化粒度，而且可以实现粒度分布均匀化或特定化。,材质上采用高耐磨材料作衬材，不仅可减少衬材磨损对粉碎产品构成的成分或色泽的污染，而且可以提高设备的使用寿命。,（1）气流粉碎机（高压气流磨、流能磨） 气流粉碎机是利用高速气流（300500m/s）或过热蒸气（300400）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15um，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

5、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。,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,（a）扁平式气流磨 扁平式气流磨工作原理示意图 ：,特点：（1）产品细度高达d97=37m，粒度分布窄且无过大颗粒；（2）粉磨效率高，能耗低，比其他类型气流磨节能50%；,(b)流体床对喷式气流磨,（3）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； （4）结构紧凑、噪音小、操作自动化，但成本高。,德国Alpine公司的产品有AFG

6、型（标准型）：喷嘴水平设置；AFGR型：喷嘴三维设置。 德国Condux公司的产品有CGS型，其技术性能及应用举例见表3-3、表3-4。,粉碎效果至少应包含三项内容： （1）所达到的产品粒度、 （2）生产能力 （3）能量利用率。,要提高粉碎细度: 一要增加粉碎区内物料颗粒相互碰撞次数，即增大碰撞机率Pc； 二要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P。 表征颗粒粉碎细度的比表面积增量S与Pc和P的关系式为： 式中：d为物料粒径，为修正系数。,气流磨粉碎效果的主要影响因素 加料量,进料粒度,工作压力和进料压力,(2) 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

7、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。,振动磨适用于各种硬度脆性物料的细磨与超细粉磨。在治金、轻工、建材等行业广泛应用。,影响振动磨粉碎效果的主要因素,磨碎时间 物料充填率 振动磨加速度系数,磨碎时间的影响 在一定时间范围内，随磨碎时间增长，被粉碎物料的比表面积增大，物料的细度降低。,被粉碎物料充填率的影响 振动磨的磨介充填率一般在60%70%之间，物料充填率（筒体内物料松容积占磨介之间空隙的百分率）在100%130%之间。,其它影响因素 振动磨的加速度系数通常10，振动频率10001500次/min，振幅320mm之间。 当给料粒度D较大，振幅相应较大时，其间的关系大

8、致是： 振幅A= (12)D,（3）搅拌磨(砂磨机、介质磨和剥片机）,工作原理,搅拌器除了叶片式外，还有偏心环式图（a）、销棒式图（b）等。,磨筒有立式与卧式两种类型，生产方式有湿法与干法，间歇式与连续式之分。,湿法间歇式搅拌磨,湿法连续式搅拌磨,影响搅拌磨粉碎效果的主要因素： 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。,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。 浆料中固体含量（即浓度）对粉碎效

9、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（即浆料的浓度太高）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。 因此，浆料中固体物料的含量应适当，才能获得较好的粉碎效果。,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

10、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,研磨设备 搅拌磨的磨腔结构形状及控制器的结构形状尺寸等对粉碎效果影响十分显著。 通常认为，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。卧式搅拌磨腔显弯曲向上翘型，较简单直筒型好，其原因是改变了浆料在磨腔内的流场，提高了物料在磨腔同被研磨的效果。 搅拌器的形状及个数影响更大，通常圆盘形、月牙形、花盘形搅拌器较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，

11、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，从而达到了使其粉碎的目的。,（二）超声粉碎系统,典型的超声粉碎系统如图3-23所示。,（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。一般来说，采用超声波粉碎系统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，工业上很少大规模使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

12、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,大部分非金属材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。对于金属材料，同样会出现低温脆性，在不同的温度变化范围，物料的冲击韧性会出现延展性、过渡及脆性三个区。,因此，对于非金属材料，在其脆性区，抗拉、抗压及硬度增高，塑性、冲击韧性和延伸率降低。因此，低温粉碎多用于冲击式粉碎机的超细粉碎。而对于采用挤压、研磨粉碎过程效果并不十分明显。,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

13、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。,低温粉碎装置 分为系统封闭循环式、排放式和部分排放式三大类。 系统封闭循环式是指将使物料致冷的液氮通过特殊回收装置回收并再次冷却后循环利用，这种方法主要用于大规模工业化生产。,排放式是指使物料冷却的液氮对物料实施一次冷冻后变成气体

14、，随被粉碎的物料经粉碎、分离后排入空气放出。这种方法主要用于实验室及中小规模生产。,部分排放式是指系统中一部分液氮气体从分离器排出后再进入粉碎机内循环利用，而另一部分则排空放出。这种方法主要用于实验室及中小规模生产。,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物料，如橡胶、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

15、本非常昂贵，使用时受到限制。,三、用于层状矿物的剥片法 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，即先将矿物制成浆料，再利用高压均浆器的活塞泵加压到200250Pa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

16、，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。,高岭土化学超声剥片试验,高岭土化学超声剥片试验,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

17、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。,助磨剂特点： （1）具有良好的选择性分散作用； （2）能够调节料浆的粘度； （3）具有较强的抗Ca2 、Mg2+的能力; （4）受pH的影响较小等。,常用的助磨剂根据其化学结构

18、有以下三类： 碱性聚合无机盐，在这类中，除了用于硅酸盐矿物的磨矿外，一般多聚磷酸盐优于多聚硅酸盐； 碱性聚合有机盐，在这类中，常用的是聚丙烯酸脂，它受pH的影响最小： 偶极偶极有机化合物，如烷烃醇胺等。,二、 粉碎助剂的作用原理 1、列宾捷尔和威斯特沃德提出的表面化学吸附效应: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。,理论依据（1）： 降低表面能，可以减小断裂应力。,理论依据（2）： 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。,理论依据（3）：,理论

19、依据（4）： 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、克兰帕尔等人提出的流变学分散效应: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。,理论依据：,三、 粉碎助剂的添加 所用粉碎设备不同，粉碎助剂的添加方式也不尽相同。在此简单介绍气流粉碎时的助剂添加量和添加方式等。,1、助剂添加量 添加量与粉碎助剂的种类有关。一般来说，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、焦磷酸钠和碱金属的硅酸盐类无机粉碎助剂，极限添加量可达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%。,有人研究认为，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