粉体工程综合实验指导书

粉体工程综合实验指导书

沈阳理工大学无机非金属材料研究所

姜玉芝、刘凤国

2010年10月

1筛分法检测粉体粒度实验

1.1 实验目的

1) 掌握粉体粒度检测方法及粉体粒度分布的表示方法；

2) 了解标准筛的结构、筛目数选择和筛组数确定；

3) 掌握筛分法检测粉体粒度的原理、操作方法及平均粒径的计算；

4) 掌握粉体粒度分布的频率分布和累积分布直方图及分布曲线的绘制方法。

5) 通过实验提高学生的动手能力、实验设计能力以及综合应用理论知识分析问题，解决问题的能力。

1.2 实验原理

筛分法是借助筛网孔径大小将物料进行分离的方法。筛分过程中，筛分物料置于具有一定筛孔大小的单个筛子或一系列筛子上，每个筛子的筛孔尺寸从上至下依次减小，使尺寸大于筛孔的颗粒截留在筛子上面，称为筛上料，而比较小的颗粒通过筛孔至下一个筛子上，直到不能通过筛子为止，这部分称为筛下料。筛分法就是将粉体分成n+1（n 为筛子数）个较均匀的粒子群，精确称量每个粒子群的质量，绘出粉体的粒径分布的频率分布和累积分布直方图和分布曲线，直观表示粉体粒度的分布情况；依据上下筛子的筛孔尺寸，计算不同粒子群的算术平均筛分径和几何平均筛分径，计算公式如下：

算术平均筛分径 = (a 1+a 2) / 2 (1)

几何平均筛分径 =21a a (2)

1.3 实验内容

根据筛分法检测粉体粒度的基本原理，精确称量粉体原料，置于从上至下筛孔尺寸依次减小的一套筛子上，底部放置底盘，上部放置端盖，紧固于振筛机上。规定振筛机为偏心式振动式，在振动过程中能使实验筛按照圆周摇动和上下振动，摇动次数为270~300次/min ，振动次数为140~160次/min 。筛分实验量依据粉末松装密度不同称取50~100g ，筛分时间为15min ，或筛分进行到每min 通过最大组分筛面上的筛分量小于样品量的0.1%时，作为筛分终点。每次筛分时，实际收得各粒级粉末总量应不小于试样量的98%，否则须重新筛分。

精确称取每个筛级得到的粉末量，并除以所得到的粉末总质量，计算出每个筛级粉末的质量分数，精确到0.1%，任何小于0.1%的筛分量以痕量报出。

根据粉体原料粒度检测结果，绘制出粉体原料粒度的频率分布和累积分布直方图和分布曲线。讨论该粉体的粒度分布特征。

1.4 实验原料、设备及仪器

实验原料：-3mm天然矿物原料或其他粉体；

实验仪器及设备：标准筛、振筛机、电子天平、塑料烧杯等。

1.5 实验步骤

1) 粉磨原料的称量。利用电子称准确称取-3mm粒度的粉末物料100g；

2）筛子的组套。将标准筛按照10目、20目、40目、60目、80目、100目、120目、140目、160目、180目、200目、250目、325目和筛底依次从上至下组成一套筛分套筛；

3) 100g粉末原料置于最顶层的10目筛面上，盖好端盖，紧固于振筛机上；

4) 开启振筛机进行筛分，15min后关闭振筛机，停止筛分；

5) 取下套筛组，准确称量每个筛级的粉末量，并做好记录；

6) 计算所获得粉末总质量，若所获得粉末总质量与试样总质量之比大于98%，本次筛分检测完成。否则，应重复上述1）~5）步骤，直至合格为止；

1.6 数据整理

1) 数据整理。将筛分检测所得到各粒级的质量分别除以筛分后所获得粉末总质量，得到每个粒级的质量分数，将计算结果列成表；

2）依据计算结果，分别绘制出原料粉末粒度的频率分布和累积分布直方图及分布曲线；

1.7实验中应注意的问题

1) 实验操作前，要认真学习电子称的操作规程和使用方法，勿将物料直接置于秤盘上；

2）筛分实验前，应熟悉振筛机的操作规程，严格按照规定的操作步骤进行，防止误操作，保证人身安全，保证机械设备的正常运转；

3) 筛分后各级粉末质量的称量要精心，避免物料的丢失；

4) 筛分检测粒度后的粉体原料要用自封塑料袋封装起来，标明实验日期、粉体名称、组号、实验班级等，供超细粉体制备用。

5)实验结束后，将电子秤、振筛机、标准筛和实验操作台及其所用工具等打扫干净后，放回原处，摆放整齐；

6)打扫实验室卫生，关闭总电源，离开实验室。

1.8实验报告的撰写

利用实验报告专用纸，填好班级、姓名、学号等各个相关栏目后，按着整个实验的具体顺序，记录每一步骤的具体内容，包括电子称、标准筛、振筛机的型号、规格等，认真撰写实验报告。内容包括实验目的、实验原理、操作步骤、实验结果整理及实验结果讨论等内容，尤其是实验结果的讨论，应结合所学的理论知识，对实验结果进行理论分析，讨论该粉体的粒度大小和粒度分布特征。

2 超细粉末制备实验

2.1 实验目的

1) 了解球磨机的结构、工作原理及工作参数；

2) 掌握球磨机生产中主要研磨介质填充率的等工艺参数的确定；

3) 学会以球磨机为主要设备进行无机非金属粉体制备的基本操作方法；

4) 理解粉体加工的粒度概念，熟悉粉体制备的过程。

5) 提高学生动手能力、实验设计能力以及综合应用理论知识分析问题，解决问题的能力。

2.2 实验原理

本实验基于滚筒式球磨机的工作原理进行的。干法研磨是粉体加工中最常见的一种制备方法。而滚筒式球磨机是干法粉体加工中最常用的细磨设备之一。滚筒式球磨机的工作原理：筒体内装有一定数量的球形研磨介质，被研磨的物料及适量的球磨助剂从加料口加入，按工艺要求对物料、研磨介质进行配料。当筒体回转时，装在筒体内的研磨介质在离心力的作用下，贴在筒体内壁与圆筒一起回转上升，当研磨体被带到一定高度时，由于重力场作用而被以抛物线形式抛出，以一定的速度降落，在研磨体降落过程中，筒体内的物料受研磨体的冲击和研磨作用而被粉碎。同时物料间和物料与研磨介质间也形成相互间的冲击和研磨，粒度逐渐变小，从而达到物料被破碎和磨细的目的。

本项实验所使用的粉体原料为天然矿物。该种矿物原料是粉体加工中常用原料之一，经过破碎后得到粒度为-3mm，经过粉磨后获得粒度为－60µm的粉体，可以作为有机高分子材料的添加剂使用，以此提高有机高分子基复合材料的相关性能等。

在自然界中，不同的矿物原料硬度不同，应了解其物料特性和对粉体产品性能要求的基础上，确定实验所用研磨介质的硬度应比物料硬度大3；研磨介质的最大球径应比待磨物料的最大粒径大10倍以上；研磨介质的材质应视对粉体产品的性能要求和所采用的回转筒体的材质而确定，对于无机非金属矿物粉体的研磨一般采用氧化铝磨球、氧化锆磨球和ZTA磨球等；研磨介质的级配应考虑来料的最大粒径和对粉体产品的粒径要求确定，来料粒径分布宽，应采用较宽研磨介质级配；研磨介质的填充率应考虑进料粒径、粒径分布、硬度和生产能力而确定，粒度大、粒度分布宽、硬度大、产量要求大时应采用较高的研磨介质填充率，一般研磨体的填充率为25%~45%之间，对于干法粉