粉體工程的教案

粉體工程的教案第1頁/共100頁影響磨礦機(jī)工作效率的主要因素：

磨機(jī)轉(zhuǎn)速磨礦介質(zhì)的充填率第2頁/共100頁磨機(jī)轉(zhuǎn)速的影響：

a轉(zhuǎn)速過低b正常運(yùn)轉(zhuǎn)c

轉(zhuǎn)速過高第3頁/共100頁磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)速n0：

no---磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速（r/min）;

D0---磨機(jī)筒體的有效內(nèi)徑，即筒體內(nèi)徑減襯板

厚度的兩倍(m)。

第4頁/共100頁理論適宜轉(zhuǎn)速n(r/min)：

轉(zhuǎn)速比＝n/n0=76%第5頁/共100頁

磨機(jī)實(shí)際工作轉(zhuǎn)速ng：應(yīng)考慮磨機(jī)規(guī)格、生產(chǎn)方式、襯板形式、研磨體種類及填充率等。應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。目前國內(nèi)生產(chǎn)的球磨機(jī)工作轉(zhuǎn)速一般是臨界轉(zhuǎn)速的80%-85%，棒磨機(jī)的工作轉(zhuǎn)速更低些。第6頁/共100頁對于干法磨的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速ng(r/min)，有如下經(jīng)驗(yàn)公式：第7頁/共100頁例題：試確定∮3m×9m水泥球磨機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，已知襯板厚度為0.05m。第8頁/共100頁磨介充填率的影響：提高磨介充填率，在筒體容積相同的條件下，進(jìn)行粉碎的有效磨介數(shù)目將增加，這在一定條件下可以使生產(chǎn)能力及產(chǎn)量增加。但磨介充填率也不能過高，磨介充填率一般為40%~45%。

第9頁/共100頁

以上幾種磨礦機(jī)的規(guī)格用筒體的內(nèi)直徑×長度表示，如2700×3600mm。第10頁/共100頁

按排礦方式的不同，球磨機(jī)可分為溢流型和格子型兩種。

格子型球磨機(jī)的排礦端有格子板和礦漿提升裝置，因此排礦速度快，生產(chǎn)效率高，而且減少了過粉碎現(xiàn)象。

溢流型球磨機(jī)磨好的物料從排礦口自動(dòng)溢出，該機(jī)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，并能獲得較細(xì)產(chǎn)品。缺點(diǎn)是排礦速度慢，生產(chǎn)能力低，容易產(chǎn)生過粉碎產(chǎn)品。目前，有優(yōu)先采用格子型球磨機(jī)的趨勢。第11頁/共100頁第12頁/共100頁各種磨礦機(jī)的工作特點(diǎn)和適用范圍：球磨機(jī)：磨礦介質(zhì)與礦石是點(diǎn)接觸，磨得較細(xì)。棒磨機(jī)：磨礦介質(zhì)與礦石是線接觸，可以減少過粉碎，磨礦后粒度均勻。礫磨機(jī)和自磨機(jī)都是不加其它磨礦介質(zhì)的磨礦方式，從而避免了環(huán)境污染，適于化工、陶瓷原料加工。第13頁/共100頁（b）

雷蒙磨

雷蒙磨又稱懸輥式盤磨機(jī)或擺輪式研磨機(jī)，是常用的細(xì)磨設(shè)備。第14頁/共100頁

優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、操作方便、能耗較低、產(chǎn)品粒度可調(diào)范圍較大等。

缺點(diǎn)：一般不能粉磨硬質(zhì)物料，否則磨輥和磨環(huán)磨損較大；另外，不能空車運(yùn)轉(zhuǎn)。

應(yīng)用：廣泛用于非金屬礦物及化工原料、化肥、農(nóng)藥等的細(xì)磨。

第15頁/共100頁2、超細(xì)粉碎設(shè)備

其開發(fā)的主要出發(fā)點(diǎn)：

①原理上考慮提高有效粉碎能，大多是利用沖擊、剪切、摩擦等力的綜合作用進(jìn)行超細(xì)粉碎。

②結(jié)構(gòu)上采用超細(xì)粉碎—分級(jí)組合型式，利用高效氣流分級(jí)裝置不但可提高微細(xì)化粒度，而且可以實(shí)現(xiàn)粒度分布均勻化或特定化。第16頁/共100頁

③材質(zhì)上采用高耐磨材料作襯材，不僅可減少襯材磨損對粉碎產(chǎn)品構(gòu)成的成分或色澤的污染，而且可以提高設(shè)備的使用壽命。第17頁/共100頁

（1）氣流粉碎機(jī)（高壓氣流磨、流能磨）

氣流粉碎機(jī)是利用高速氣流（300~500m/s）或過熱蒸氣（300~400℃）的能量，使顆粒相互沖擊、摩擦、剪切而實(shí)現(xiàn)超細(xì)粉碎的設(shè)備。廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、非金屬礦物的超細(xì)粉碎。第18頁/共100頁

特點(diǎn)：具有產(chǎn)品粒度細(xì)，平均粒度通常可達(dá)1~5um，粒度分布窄、顆粒表面光滑、形狀規(guī)整、純度高、活性大、分散性好等特點(diǎn)。由于粉碎過程中壓縮氣體絕熱膨脹產(chǎn)生焦耳—湯姆遜降溫效應(yīng)，因而還適用于低融點(diǎn)、熱敏性物料的超細(xì)粉碎。第19頁/共100頁

氣流粉碎機(jī)主要類型：扁平式氣流磨循環(huán)管式氣流磨靶式氣流磨對噴式氣流磨流化床對噴式氣流磨第20頁/共100頁（a）扁平式氣流磨扁平式氣流磨工作原理示意圖：第21頁/共100頁

第22頁/共100頁第23頁/共100頁特點(diǎn)：

（1）產(chǎn)品細(xì)度高達(dá)d97=3~7μm，粒度分布窄且無過大顆粒；

（2）粉磨效率高，能耗低，比其他類型氣流磨節(jié)能50%；

(b)流體床對噴式氣流磨第24頁/共100頁（3）采用Al2O3、SiC或PU（聚氨酯

）作易磨損件，磨耗低，產(chǎn)品受污染少，可加工無鐵質(zhì)污染的粉體產(chǎn)品和莫氏硬度10級(jí)的物料；（4）結(jié)構(gòu)緊湊、噪音小、操作自動(dòng)化，但成本高。第25頁/共100頁

德國Alpine公司的產(chǎn)品有AFG型（標(biāo)準(zhǔn)型）：噴嘴水平設(shè)置；AFG—R型：噴嘴三維設(shè)置。

德國—Condux公司的產(chǎn)品有CGS型，其技術(shù)性能及應(yīng)用舉例見表3-3、表3-4。

第26頁/共100頁第27頁/共100頁

粉碎效果至少應(yīng)包含三項(xiàng)內(nèi)容：（1）所達(dá)到的產(chǎn)品粒度、（2）生產(chǎn)能力（3）能量利用率。第28頁/共100頁要提高粉碎細(xì)度:一要增加粉碎區(qū)內(nèi)物料顆粒相互碰撞次數(shù)，即增大碰撞機(jī)率Pc；二要增大顆粒在相互碰撞時(shí)發(fā)生破裂的可能性，即提高應(yīng)力機(jī)率Pσ。表征顆粒粉碎細(xì)度的比表面積增量ΔS與Pc和Pσ的關(guān)系式為：

式中：d為物料粒徑，β為修正系數(shù)。第29頁/共100頁氣流磨粉碎效果的主要影響因素①加料量

②進(jìn)料粒度③工作壓力和進(jìn)料壓力第30頁/共100頁(2)振動(dòng)磨第31頁/共100頁第32頁/共100頁

振動(dòng)磨是利用研磨介質(zhì)（球形或棒狀）在作高頻振動(dòng)的筒體內(nèi)對物料進(jìn)行沖擊、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎的細(xì)磨與超細(xì)磨設(shè)備。

第33頁/共100頁第34頁/共100頁第35頁/共100頁振動(dòng)磨適用于各種硬度脆性物料的細(xì)磨與超細(xì)粉磨。在治金、輕工、建材等行業(yè)廣泛應(yīng)用。

第36頁/共100頁影響振動(dòng)磨粉碎效果的主要因素

磨碎時(shí)間物料充填率振動(dòng)磨加速度系數(shù)第37頁/共100頁磨碎時(shí)間的影響

在一定時(shí)間范圍內(nèi)，隨磨碎時(shí)間增長，被粉碎物料的比表面積增大，物料的細(xì)度降低。第38頁/共100頁被粉碎物料充填率的影響

振動(dòng)磨的磨介充填率一般在60%~70%之間，物料充填率（筒體內(nèi)物料松容積占磨介之間空隙的百分率）在100%~130%之間。第39頁/共100頁其它影響因素

振動(dòng)磨的加速度系數(shù)通常≤10，振動(dòng)頻率1000~1500次/min，振幅3~20mm之間。當(dāng)給料粒度D較大，振幅相應(yīng)較大時(shí)，其間的關(guān)系大致是：振幅A=(1~2)D第40頁/共100頁（3）攪拌磨(砂磨機(jī)、介質(zhì)磨和剝片機(jī)）第41頁/共100頁工作原理第42頁/共100頁

攪拌器除了葉片式外，還有偏心環(huán)式圖（a）、銷棒式圖（b）等。第43頁/共100頁

磨筒有立式與臥式兩種類型，生產(chǎn)方式有濕法與干法，間歇式與連續(xù)式之分。

第44頁/共100頁濕法間歇式攪拌磨

第45頁/共100頁濕法連續(xù)式攪拌磨

第46頁/共100頁影響攪拌磨粉碎效果的主要因素：①物料特性參數(shù)

包括強(qiáng)度、彈性、極限應(yīng)力、流體粘力、顆粒大小及形狀等。如，韌性、粘性、纖維類材料比脆性材料難粉碎，流體（漿料）粘度高，粘滯力大的物料難粉碎，而且能耗高。第47頁/共100頁②過程參數(shù)包括應(yīng)力強(qiáng)度、應(yīng)力分布、單位能耗、通過量及滯留時(shí)間、物料充填率、固體濃度、轉(zhuǎn)速、溫度、研磨介質(zhì)及助磨劑等。

漿料中固體含量（即濃度）對粉碎效果影響很大。固體含量太少（即濃度太低）時(shí)，磨球介質(zhì)間被研磨的固體顆粒少，易形成“空研”現(xiàn)象，因而能量利用率低，粉碎效果差。固體含量太大（即漿料的濃度太高）時(shí)，漿料粘度增大，研磨能耗高，漿料在磨腔介質(zhì)間的運(yùn)動(dòng)困難，易出現(xiàn)“阻塞”堵料現(xiàn)象。因此，漿料中固體物料的含量應(yīng)適當(dāng)，才能獲得較好的粉碎效果。第48頁/共100頁

磨礦介質(zhì)的種類、用量及尺寸大小對粉碎效果有重要影響。磨礦介質(zhì)的粒徑越大，產(chǎn)品的粒徑也越大，產(chǎn)量越高；反之，產(chǎn)品的粒徑也越細(xì)，產(chǎn)量越低。一般磨礦介質(zhì)的粒徑應(yīng)大于10倍給料的平均粒度。磨礦介質(zhì)的密度對研磨效率亦起重要作用。介質(zhì)密度越大，研磨時(shí)間越短。磨礦介質(zhì)的硬度必須比被磨物料的硬度高。磨礦介質(zhì)種類有天然砂、玻璃珠、氧化鋁或剛玉球、氧化鋯球、鋼球、鉻球等。玻璃珠鉻球鋯球第49頁/共100頁第50頁/共100頁③研磨設(shè)備攪拌磨的磨腔結(jié)構(gòu)形狀及控制器的結(jié)構(gòu)形狀尺寸等對粉碎效果影響十分顯著。通常認(rèn)為，臥式攪拌磨較立式攪拌磨的粉碎效果好，但從拆卸維修裝配來說，立式較臥式方便得多。臥式攪拌磨腔顯彎曲向上翹型，較簡單直筒型好，其原因是改變了漿料在磨腔內(nèi)的流場，提高了物料在磨腔同被研磨的效果。攪拌器的形狀及個(gè)數(shù)影響更大，通常圓盤形、月牙形、花盤形攪拌器較棒形攪拌器粉碎效果好。第51頁/共100頁

第三節(jié)其它粉碎法一、超聲粉碎（一）基本原理超聲粉碎是利用超聲波振動(dòng)能使固體物料破碎。通常是將待粉碎的固體物料分散在液體(一般是水)介質(zhì)中，然后將超聲波發(fā)生器置于該液體介質(zhì)中。超聲波發(fā)生器產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻超聲振動(dòng)，其超聲能傳遞給液體中的固體顆粒，當(dāng)固體顆粒內(nèi)部聚集的能量足以克服固體結(jié)構(gòu)的束縛能時(shí)，固體顆粒破碎，從而達(dá)到了使其粉碎的目的。

第52頁/共100頁（二）超聲粉碎系統(tǒng)

第53頁/共100頁

典型的超聲粉碎系統(tǒng)如圖3-23所示。第54頁/共100頁（三）功能評(píng)價(jià)超聲波粉碎制得產(chǎn)品的細(xì)度與諸多因素有關(guān)，固體顆粒結(jié)構(gòu)越致密，粉碎產(chǎn)品的粒度越粗。一般來說，采用超聲波粉碎系統(tǒng)只能生產(chǎn)出微米級(jí)的產(chǎn)品，而且生產(chǎn)能力小，產(chǎn)量低，能耗高，生產(chǎn)成本高。因此，工業(yè)上很少大規(guī)模使用其來生產(chǎn)超細(xì)粉體，多用于分散和乳化以及中小規(guī)模或?qū)嶒?yàn)室級(jí)別的小批量超細(xì)產(chǎn)品的生產(chǎn)制備。其應(yīng)用主要集中在醫(yī)藥、食品、化工及生物工程領(lǐng)域。

第55頁/共100頁二、

低溫粉碎方法該方法是為了解決常溫下難粉碎的物料（如橡膠、塑料）、熱敏性材料及食品和生物材料等的粉碎而采用的一種方法。第56頁/共100頁低溫粉碎原理

大部分非金屬材料在低溫下具有各自的脆化點(diǎn)及玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)（見圖），當(dāng)溫度低于脆化點(diǎn)時(shí)，物料會(huì)變脆。對于金屬材料，同樣會(huì)出現(xiàn)低溫脆性，在不同的溫度變化范圍，物料的沖擊韌性會(huì)出現(xiàn)延展性、過渡及脆性三個(gè)區(qū)。

因此，對于非金屬材料，在其脆性區(qū)，抗拉、抗壓及硬度增高，塑性、沖擊韌性和延伸率降低。因此，低溫粉碎多用于沖擊式粉碎機(jī)的超細(xì)粉碎。而對于采用擠壓、研磨粉碎過程效果并不十分明顯。第57頁/共100頁第58頁/共100頁低溫粉碎致冷劑液氮甲烷

第59頁/共100頁低溫粉碎方法有如下三類：

(1)先使原材料在低溫下冷卻，達(dá)到低溫脆化狀態(tài)，再投入常溫態(tài)的粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎。該法可用于與食品有關(guān)的材料的粉碎及廢物的粉碎。

(2)在原材料為常溫、粉碎機(jī)內(nèi)部溫度為低溫的情況下進(jìn)行粉碎，可防止原材料粉碎過程中局部過熱變質(zhì)。該法用于熱硬化性樹脂和食品原材料的粉碎。第60頁/共100頁(3)將原材料冷凍至液氮溫度（-196℃），將粉碎機(jī)內(nèi)部溫度保持在合適的低溫狀態(tài)而進(jìn)行粉碎。該法用于熱塑性樹脂的粉碎。

第61頁/共100頁低溫粉碎裝置分為系統(tǒng)封閉循環(huán)式、排放式和部分排放式三大類。系統(tǒng)封閉循環(huán)式是指將使物料致冷的液氮通過特殊回收裝置回收并再次冷卻后循環(huán)利用，這種方法主要用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。第62頁/共100頁

排放式是指使物料冷卻的液氮對物料實(shí)施一次冷凍后變成氣體，隨被粉碎的物料經(jīng)粉碎、分離后排入空氣放出。這種方法主要用于實(shí)驗(yàn)室及中小規(guī)模生產(chǎn)。第63頁/共100頁第64頁/共100頁

部分排放式是指系統(tǒng)中一部分液氮?dú)怏w從分離器排出后再進(jìn)入粉碎機(jī)內(nèi)循環(huán)利用，而另一部分則排空放出。這種方法主要用于實(shí)驗(yàn)室及中小規(guī)模生產(chǎn)。

第65頁/共100頁第66頁/共100頁低溫粉碎方法評(píng)價(jià)

采用低溫粉碎，可粉碎常溫中難以粉碎的物料，如橡膠、熱塑性塑料等。對于熱敏性及受熱易變質(zhì)、易分解物質(zhì)如食品、蛋白質(zhì)、藥品等具有良好的粉碎效果。同時(shí)，利用脆化溫度的不同可進(jìn)行選擇性粉碎。對易燃易爆品的處理可提高安全性。但冷凍粉碎方法生產(chǎn)成本太高，因此，多用于附加值高的醫(yī)藥生物類產(chǎn)品的超細(xì)化。由于液氮中往往含有其它成分，因此對產(chǎn)品有一定污染。若要提高液氮的純度，則成本非常昂貴，使用時(shí)受到限制。第67頁/共100頁三、用于層狀礦物的剝片法

剝片就是利用層狀礦物（高嶺石、云母等）的層狀結(jié)構(gòu)及層間作用力小的特點(diǎn)，采用物理或化學(xué)的方法使礦物沿其層面剝開，成為超薄、微細(xì)的片狀礦物，滿足造紙、涂料、油漆等行業(yè)的特殊要求。

第68頁/共100頁（一）剝片方法的分類目前較為成熟的技術(shù)有磨剝法、高速噴射法和化學(xué)剝片法。磨剝法有攪拌磨等方法。第69頁/共100頁

高速噴射法是以氣體或液體為載體對層狀礦物進(jìn)行超細(xì)剝片。以氣體作為載體的稱為高速氣流噴射法。以液體作為載體的稱為高速液噴射法，即先將礦物制成漿料，再利用高壓均漿器的活塞泵加壓到200—250Pa的壓力，以200m/s的速度通過噴嘴的摩擦擠壓后，礦物晶體承受的壓力驟然降低，因而會(huì)沿晶體的基本結(jié)構(gòu)層膨脹開裂，從而達(dá)到剝片的效果。第70頁/共100頁

化學(xué)剝片法又稱化學(xué)浸泡法、化學(xué)分裂法，是利用化學(xué)浸泡劑滲入礦物晶體基本結(jié)構(gòu)層之間，使層間結(jié)構(gòu)力變?nèi)?，出現(xiàn)松懈、剝離、剝落現(xiàn)象。同時(shí)利用化學(xué)和機(jī)械的雙重力破壞礦物的層間引力，可進(jìn)一步提高剝片效果。例如，高嶺石加入的浸泡劑有尿素、腐植酸，加入六偏磷酸鈉充分分散，用高速攪拌機(jī)攪拌從而達(dá)到分裂的效果。第71頁/共100頁高嶺土化學(xué)－超聲剝片試驗(yàn)第72頁/共100頁高嶺土化學(xué)－超聲剝片試驗(yàn)第73頁/共100頁第四節(jié)粉碎助劑粉碎助劑（助磨劑）：能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學(xué)物質(zhì)。添加粉碎助劑的目的：提高粉碎產(chǎn)品細(xì)度；提高磨機(jī)生產(chǎn)能力；改善粉體物料的性能，如流動(dòng)性、填充性、分散性、貯存穩(wěn)定性等；減輕物料之間的相互作用（粘結(jié)、團(tuán)聚）和在研磨介質(zhì)和磨腔表面的粘附等。第74頁/共100頁第75頁/共100頁第76頁/共100頁一、

粉碎助劑的種類

按助劑添加時(shí)的物質(zhì)狀態(tài)可分為固體、液體和氣體助劑；根據(jù)物理化學(xué)性質(zhì)可分為有機(jī)助劑和無機(jī)助劑。液體助劑：胺類、醇類、酯類、醚類以及某些無機(jī)鹽類，水也是一種液體粉碎助劑；氣體助劑：品種不多，只有水蒸氣、丙酮?dú)怏w和惰性氣體等；固體助劑：品種很多，如膠體白炭黑、硅粉、炭黑、硬脂酸鈣、硬脂酸鈉、無機(jī)鹽氰亞鐵酸鉀、硬脂酸等。第77頁/共100頁助磨劑特點(diǎn)：（1）具有良好的選擇性分散作用；（2）能夠調(diào)節(jié)料漿的粘度；（3）具有較強(qiáng)的抗Ca2＋

、Mg2+的能力;（4）受pH的影響較小等。第78頁/共100頁常用的助磨劑根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)有以下三類：①堿性聚合無機(jī)鹽，在這類中，除了用于硅酸鹽礦物的磨礦外，一般多聚磷酸鹽優(yōu)于多聚硅酸鹽；②堿性聚合有機(jī)鹽，在這類中，常用的是聚丙烯酸脂，它受pH的影響最?。孩叟紭O－偶極有機(jī)化合物，如烷烴醇胺等。第79頁/共100頁二、

粉碎助劑的作用原理1、列賓捷爾和威斯特沃德提出的表面化學(xué)吸附效應(yīng):認(rèn)為助磨劑分子在礦粒表面上吸附，降低了礦粒的表面能，或者引起表面層晶格的位錯(cuò)遷移，產(chǎn)生點(diǎn)或線的缺陷，促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而降低礦粒的強(qiáng)度或硬度。第80頁/共100頁理論依據(jù)（1）：降低表面能，可以減小斷裂應(yīng)力。第81頁/共100頁

理論依據(jù)（2）：助劑在新生表面的吸附，可以減小裂紋擴(kuò)展所需應(yīng)力，防止新生裂紋閉合，促進(jìn)裂紋擴(kuò)展。第82頁/共100頁第83頁/共100頁

理論依據(jù)（3）：第84頁/共100頁

理論依據(jù)（4）：實(shí)驗(yàn)表明，添加0.5g/L草酸鈉后,赤鐵礦的莫氏硬度降低了42.5%。第85頁/共100頁2、克蘭帕爾等人提出的流變學(xué)分散效應(yīng):認(rèn)為助磨劑可以改變礦漿的流變學(xué)性質(zhì)和礦粒的表面電性，降低礦漿的粘度，促進(jìn)顆粒的分散，阻止礦粒在介質(zhì)或襯板上的粘附以及礦粒之間的凝聚，從而提高礦漿的流動(dòng)性。第86頁/共100頁

理論依據(jù)：第87頁/共100頁三、粉碎助劑的添加

所用粉碎設(shè)備不同，粉碎助劑的添加方式也不盡相同。在此簡單介紹氣流粉碎時(shí)的助劑添加量和添加方式等。

第88頁/共100頁1、助劑添加量

添加量與粉碎助劑的種類有關(guān)。一般來說，無機(jī)粉碎助劑添加量較大，多為百分之幾；有機(jī)粉碎助劑添加量較少，多為千分之幾。

例如，氣流粉碎二氧化鈦時(shí)，六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉和堿金屬的硅酸鹽類無機(jī)粉碎助劑，極限添加量可達(dá)1%（以二氧化鈦重量計(jì)）。在氣流粉碎氧化鐵紅顏料時(shí)，粉碎助劑硬脂酸的最佳添加量為0.5%，而粉碎天然氧化鐵時(shí)為1%。

第89頁/共100頁有人研究認(rèn)為，粉碎助劑的添加量，以保證每個(gè)物料顆粒上都形成單分子膜，效果最佳。各種粉碎助劑的添