第03章粉碎与分级_资源加工学

3.1.2 粉碎的工艺特征
1) 粉碎比
被粉碎物料粉碎前的粒度与粉碎产物粒度的比值。以i 表示.
（1） 三种表示形式 极限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比，i=Dm/dm 名义粉碎比：粉碎机给料口的有效宽度（0.85B）和排料 口宽度（Ｓ）的比值，i=0.85B/S；
真实粉碎比：粉碎前后物料的平均粒度的比值，i=D/d
1. 助磨剂的种类
助磨剂：在粉碎作业中，能够显著提高粉碎效率或降低能耗 的化学物质。 （1）按助磨剂添加时的物质状态：固体、液体和气体
a）固体助磨剂：如硬脂酸盐类、胶体二氧化硅、碳黑、氧化 镁粉、胶体石墨等。 b）液体助磨剂：包括各种表面活性剂、分散剂等。如用于水 泥熟料、方解石、石灰石等的三乙醇胺：用于石英等的烷基 油酸（钠）：用于滑石的聚羧酸盐：用于硅石灰的六偏磷酸 钠等。 c）气体助磨剂：如蒸气状的极性物质（丙酮、硝基甲烷、甲 醇、水蒸气）以及非极性物质（四氯化碳等）
面积的几何平均值成正比。
3.1.4 粉碎理论
三个假设可统一地用如下数学模型来表述，式中E为粉碎 所需功耗，X为粒径，n为指数。
当n=2时
E
(
x
1 2
x11
)
Rittinger的表面积假说模型
当n＝l.5时
Bond的裂纹假说模型；
当n＝1时
Kick的体积假说模型。
3.1.4 粉碎理论
(2) 功指数
筛上残留率
3. 2. 1 筛分分级
以χ/a为横坐标，γi为纵坐标，i为参数可作出残留率曲线，此曲线 即称为部分分离效率曲线（图3-11）。由图可知，χ /a＝1时，与筛 孔同等大小的颗粒不能通过筛网，χ/α值越小，越易通过。而且， 颗粒与筛网碰撞次数i越多，越易分离。
（2）“料浆流变学调节”学说：助磨剂通过调节浆料的 流变学性质和颗粒的表面电性等，降低浆料（如矿浆） 的粘度，促进颗粒的分散，从而提高浆料的可流动性， 阻止颗粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附以及颗粒之间 的团聚 。
3. 2 分 级
分级：将粒度不同的混合物料按粒度或按在介质中 沉降速度不同分成若干粒度级别的过程。
3.1.4 粉碎理论
3. 粉碎能耗理论与功指数 1）能耗理论
1）表面积假说:碎磨过程中所消耗的有用功与表面积成正比
，与产品粒度成反比。
2）体积假说:外力作用于物体时，物体首先发生弹性变形， 当外力超过该物体的强度极限时该物体就发生破裂，故破碎 物料所需的功与它的体积大小有关。
3）裂纹假说:物料在破碎时外力首先使其在局部发生变形， 一旦局部变形超过临界点时则产生裂口，裂口的形成释放了 物料内的变形能，使裂纹扩展为新的表面。输入的能量一部 分转化为新生表面积的表面能，与表面积成正比；另一部分 变形能因分子摩擦转化为热能而耗散，与体积成正比。两者 综合起来，将物料粉碎所需要的有效能量设定为与体积和表
（2）根据物理化学性质：有机助磨剂和无机助磨剂。
3.1.5 助磨作用
助磨剂的特征
（1）助磨剂应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Ca＋2、Mg+2的能力;受pH的影响较小 （4）助磨剂的分子结构要与磨矿系统复杂的物理化 学环境相适应
3.1.5 助磨作用
2. 助磨剂的作用原理
W
10Wi P
10Wi F
Wi
10 10
P
F
F、P——给料及产品中80%通过的方形筛孔的宽度（微米）
W——将一短吨（907.185kg）给料粒度为F的物料粉碎到产 品粒度为P时所消耗的功；
Wi——功指数，即将“理论上无限大的粒度”粉碎到80%通 过0.01㎜筛孔宽（或65%通过0.075㎜筛孔宽）时所需的功。
3.1.4 粉碎理论
功指数的应用
① 在测出功指数Wi的情况下可以计算各种粒度范 围内的粉碎功耗；
② 测出被粉碎物料的功指数Wi，可以计算设计条 件下的需要功率，根据需用功率的容量，选择粉碎 机械；
③ 可以比较不同粉碎设备的工作效率，如两台磨 机消耗的功率相同，但产品粒度不同，分别算出两 台磨机的操作功指数，就可确定哪台效率高。
C：——某矿物的单体解离度； A：该矿物的单体解离粒子个数； Ｂ：含有该矿物的连生粒子个数。
3.1.2 粉碎的工艺特征
5. 可碎性
（1）材料的强度：材料抵抗外界破坏的能力，以材料破坏时单 位面积上所受的力即N/㎡或Pa 来表示 ；
按接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；
4. 单体解离及解离度
（1）单一颗粒：只含有一种组分的均相固体颗粒。 （2）单体解离粒：在矿石粉碎产品中，只含有一种矿物的颗粒。 （3）连生粒：粉碎产品中，两种矿物或两种以上矿物连生在一起 的颗粒。
（4）单体解离度：物料群中，某矿物的单体解离颗粒数占该 粒群中含有该矿物的颗粒总数的百分数。
C A 100% A B
3 粉碎与分级
第三章 粉碎与分级
粉碎 本 章 主 要 内 容
分级
概述 粉碎原理 粉碎理论 影响粉碎过程因素 助磨作用
筛分分级 水力分级 气流介质分级 分级结果的描述
3.1.1 概述
粉碎是大块物料在机械力作用下粒度变小的过程 。
1）粉碎的主要作用
（1）原料制备 （2）混合或共生物料中有用成分的解离 （3）增加物料的比表面 （4）粉体的改性 （5）便于贮存、运输和作用 （6）用于环境保护
（3）选择性粉碎 力学性质不均匀的物料在细磨过程中强度小的被磨细
，强度大的则残留下来，这种现象称选择性粉碎。
3.1.2 粉碎的工艺特征
（4）粉碎过程中细粒物料的凝聚及覆膜现象
物料细磨时，表面积急剧增大，颗粒表面能增大，物料 颗粒会自发地聚集在一起以降低表面能，即发生凝聚现象。
（5）微细颗粒布朗运动的影响
2）粉碎工程研究的主要内容及发展趋势
（1）粉碎基础理论 （2）粉碎设备 （3）粉碎工艺 （4）粉碎过程的粒度监控技术和粉体的粒度检测技术 （5）开发非机械力粉碎技术
3.1.2 粉碎与分级－－粉碎原理
粉碎的工艺特征
粉
碎
原 理粉碎Biblioteka 法粉碎比分阶段粉碎
粉碎产品的 细度与性能
单体解离及 解离度
可碎性
粉碎理论
粉碎 各阶 段产 品粒 度特
征
粗碎 破碎 中碎
细碎
磨矿
一段磨矿 二段磨矿
超细粉碎
1500~300 350~100
350~100 100~10
100~40
30~5
30～10 1～0.3
1~0.3 0.1~0.075
3~15 3~15 1~20
1~100 1~100
0.1~0.075 0.075～0.0001 1~1000
抗压强度>抗剪强度>抗弯强度>抗拉强度
按材料内部的均匀性和有否缺陷分为理论强度和实际强度。
f
p 100
σp——抗压强度 ；
F----普氏硬度系数，为抗压强度的百 分之一。
3.1.2 粉碎的工艺特征
通常用“可碎（磨）性系数”来衡量矿石粉碎的难易 程度，可碎（磨）性系数的表示如下：
可碎性系数
该粉碎机在同样条件下破碎指定矿石的生产率 某粉碎机粉碎中硬矿石的生产率
颗粒表面积随能量输入的速率可用下式表示：
ds/de＝k(s∞－s)
机械法制备超细粉体必须具备两个基本条件： ①能量高度集中； ②要使用助磨剂。助磨剂对超细粉碎过程有非常显 著的影响。
3.1.5 助磨作用
助磨剂作用原理假说
（1）“吸附降低硬度”学说：助磨剂分子在颗粒上的吸 附降低了颗粒的表面能或者引起近表面层晶格的位错迁 移，产生点或线的缺陷，从而降低颗粒的强度和硬度， 促进裂纹的产生和扩展。
3.1.4 粉碎理论
4. 粉碎动力学 粉碎速度：粗大颗粒消失速率与参加粉碎的粉体中 这些大颗粒所占比率成正比。
上式称之为n阶粉碎动力学方程，xo为给料中 大于指定粒级颗粒的比率，x(t)为经过t时间粉碎 后产品中大于指定粒级颗粒的比率。k相当于该 指定粒级以上大颗粒被粉碎的选择函数。
3.1.5 助磨作用
（3）以1.4为筛比，为国际标准化组织所提出。
3. 2. 1 筛分分级 2）筛分分析操作方法
取样
筛析
结果计算
结果分析
3. 2. 1 筛分分级
取样过程注意事项：
取样尽可能少。 取样具有代表性。
取样原则：
粒度大多取，粒度小少取
试样最小重量与试样粒度的关系
最大块尺寸 0.1 0.3 0.5 1 3 5 10 20 （mm)
胶体分散体系是指分散相大小在1μm到lnm之间的分散体系 ，具有明显的布朗运动现象。
（6）随颗粒粒度变细，表面电化学力增强，料浆的粘度增 加，料浆的流动性及粒子的分散性变差。采用较稀的料浆 浓度或使用化学药剂改变料浆系统的流动、凝聚等性质， 才可抵消因颗粒变细而引起的细磨恶化的现象。
3.1.2 粉碎的工艺特征
样品最小重 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 2 量（kg) 5
5 20
3. 2. 1 筛分分级
3）筛析方法 （1） 干 筛 （2） 湿 筛 （3） 干湿联合筛析法
筛分终点：在1分钟内所得的筛下物料量小 于筛上物料量的1％时，认为筛分已到终点。
3. 2. 1 筛分分级
2. 筛分原理 1）筛分概率
闭路粉碎系统：粉碎设备与分级设备配合并且不合格的粗粒产 品返回粉碎机进行再次粉碎的粉碎系统。
开路粉碎系统：粉碎产品不经分级或不返回粉碎的粉碎系统。
3. 2. 1 筛分分级
1） 筛分分析和标准筛
筛序：按筛孔尺寸从大到小排序，各个筛子所处的层次次序。 筛比：按筛序叠好的每两个相邻筛子的筛孔尺寸之比。 筛基：作为标准筛基准的筛子。 标准筛制 （1）以1.414为筛比，如美国、英国、加拿大等国所采用。 （2）以1.259为筛比，如法国、前苏联等国所采用。
超微粉碎
0.075～0.0001 0.0001 1~1000
3.1.2 粉碎的工艺特征
3） 粉碎产品的细度与性能
（1）矿石硬度的影响 大多数物料的力学性质是不均匀的，粒度愈粗微裂缝愈多
，机械强度愈差，愈易磨。而粒度愈细则机械强度愈好， 愈难粉碎。
（2）粉碎粒度与粉碎效率及能耗
物料粉碎过程随粉碎粒度的变细，效率下降，能耗大幅 度上升，被粉碎颗粒粒度愈细，其抗粉碎的能力愈强。
3.1.2 粉碎的工艺特征
可碎 磨 性系数 该粉碎机在同样条件下破碎指定矿石的生产率 某粉碎机粉碎中硬矿石的生产率
3.1.3 粉碎方法
（1） 挤压粉碎
挤压粉碎是粉碎设备的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。 （2） 挤压－剪切粉碎
（3） 冲击粉碎 冲击粉碎包括高速运动的粉碎体对被粉碎物料的冲击和 高速运动的物料向固定壁或靶的冲击以及运动物料的相 互冲击。
（3）均一粉碎 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。 粉碎产品粒度分布
3.1.4 粉碎理论
2. 混合粉碎和选择性粉碎
1）混合粉碎与单独粉碎的比较
3.1.4 粉碎理论
2）出现这种选择性粉碎现象的原因
（1）颗粒层受到粉碎介质的作用力即使不足以使强度高 的物料颗粒碎裂，但其大部分会通过该颗粒传递至位于力的 作用方向上与之相邻的强度低的颗粒上，该作用足以使之发 生粉碎。
（4） 研磨、磨削粉碎
3.1.4 粉碎理论
1. 粉碎模型
(1) 体积粉碎 颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。 随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粒。
（2）表面粉碎 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。
3.1.4 粉碎理论
（2）粉碎过程中，每个阶段达到的粉碎比称为部分粉 碎比或阶段粉碎比，用in表示。 （3）整个粉碎过程中达到的粉碎比叫总粉碎比。
i=i1×i2×i3×…×in=Dmax/dmax
3.1.2 粉碎的工艺特征
2) 粉碎的四个阶段：破碎、磨矿、超细粉碎、超微粉碎
阶段；给料最大块粒度mm；产品最大块粒度mm；粉碎比
分级是物料按粒度分离的一种形式。
分级的方式
筛分分级 水力分级 气流分级
3. 2. 1 筛分分级
1. 筛分方法及其特点
分筛：将粒度不同的混合物料通过单层或多层筛子分成若
干不同粒度级别的过程。
独立筛分——当筛分产品作为最终产品供给用户使用时。 准备筛分——当筛分作业是为下一道工序提供不同粒级的 原料时。 预先筛分——当筛分作业用于粉碎前将粒度合格的物料预 先分出时. 辅助筛分——当筛分与粉碎设备配合使用时。 检查筛分——筛分作业用于控制粉碎产品粒度时。
（2）当两种硬度不同的颗粒相互接触并作相对运动时， 硬度大者会对硬度小者产生表面剪切或磨削作用，软颗粒在 接触面上会被硬颗粒磨削而形成若干细颗粒。此时，硬质颗 粒对软质颗粒起着研磨介质的作用。
(3)两种硬度不同的颗粒在破碎过程中，硬度大的大颗粒 的表面不均匀性（锐角）会对硬度小的颗粒起劈裂、压碎等 作用，有利于硬度小的颗粒破碎。