粉体工程(第7讲)(粉碎功)
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精选粉体工程与设备培训讲义
第4章 辊式破碎机
在硅酸盐工业中，辊式破碎机广泛用于中硬质或软质物料中、细碎。辊式破碎机有双辊式和单辊式两种基本类型。
齿面辊子破碎物料时除了施于挤压作用外，还兼施劈裂作用，故适于破碎具有片状节理的软质和低硬度的脆性物料。如煤、干粘土、页岩等，破碎产品粒度也比较均匀。齿面和槽面辊子部不适于破碎坚硬物料
第一篇粉碎机械
第1章 概述§1-1粉碎过程 固体物料在外力作用下，克服了内聚力，使之碎裂的过程——粉碎过程。
粉碎过程的目的：随着粉碎的进行，大块物料碎裂为小块，小块物料碎成细粉，物料的总表面积在不断地增加。因此: 1、可以提高物理作用的效果及化学反应的速度。 2、几种固体物料的混合，也必须在细粉状态下才能得到均匀的效果。 3、固体物科经粉碎后，为烘干、混合、运输和储存等操作难备好有利条件。
பைடு நூலகம்
性能及应用
反击式破碎机结构简单，制造维修方便，工作时无显著不平衡振动，无需笨重的基础。它比锤式破碎机更多地利用了冲击和反冲击作用，进行选择性破碎。料块自击粉碎强烈，因此粉碎效率高，生产能力大，电耗低，磨损少，产品粒度均匀且多呈立方块状。反击式破碎机的粉碎度大，为40左右，最高可达150。粗碎用反击式破碎机喂料尺寸可达2m3，产品粒度小于25mm，可直接入磨；细碎用反击式破碎机的产品粒度小于3mm。选用一台合适的反击式破碎机就能代替以往二级或三级的破碎工作，减少破碎级数，简化生产流程，还可以提高磨机产量。
粉碎过程通常还按以下方法进一步划分：
常用物料粉碎前的尺寸D与粉碎后的尺寸d之比来说明粉碎过程中物料尺寸变化情况。比值i——粉碎度(或称粉碎比)。 每一种粉碎机械所能达到的粉碎比是有一定限度的。破碎机的粉碎度一般为3—30；粉磨机的粉碎度可达500一1000以上。
《粉体科学与工程基础》
《粉体科学与工程基础》一、超细粉碎技术材料粉碎技术是一种将大块的固体物料通过机械作用加工成指定的粒度和形状的过程。
它已经被广泛应用于诸如化工、制药、能源、建筑、冶金等领域。
在这些领域中，材料粉碎技术发挥着至关重要的作用，可以大幅提高生产率、品质，同时也为各行各业提供了更好的解决方案。
气流粉碎具有低温无介质粉碎，可粉碎热敏性、低熔点的物料；粉碎系统为整套系统密闭粉碎模式，减少粉尘污染，同时粉碎物料被污染的程度小；出料粒度均匀，表面光滑，形状规则；可满足连续作业需求，产能高等特点。
1.1 常用气流粉碎工艺常用气流粉碎是采用高速气流 (300 ～ 500m/s)或以过热蒸汽 (300 ～400℃ ) 作为粉碎介质对固体物料进行超微粉碎的设备。
主要用于高硬度物料粉碎 ( 如碳化硼、氧化锆 )、非金属矿粉碎 ( 如石英、高岭土、重晶石、麦饭石 )，以及对粉碎温度、粉碎气氛等无特殊要求的物料粉碎。
1.2 低温深冷气流粉碎工艺对于一些低熔点或热敏性物料，需要在低温气氛下进行粉碎，加工工艺中增设空气冷却器或液氮系统，主要工艺设备由氮气压缩机、液氮贮槽、预冷料仓、液氮汽化器、气流粉碎机、防爆除尘器等组成。
对于易燃易爆、易氧化的物料，可以将气源更换为氮气、二氧化碳等惰性气体，主要应用于磁性材料、稀土材料、各类抗生素药物、化妆品等对环境温度及需要惰性气体保护的物料粉碎。
回佳琦等 [1] 研究了高纯氧化铝粉体气流粉碎工艺过程中，分级轮频率、气流压力及给料频率对氧化铝粒度的影响。
结果表明，气流粉碎能够有效提高粉体的分散性，降低粉体的粒度，使粉体粒径的分布范围由原来的 0 ～ 60μm 降至 0 ～ 6μm。
分级轮频率 70.0Hz、气压 0.8MPa、给料频率 4.0Hz 条件下，得到的高纯氧化铝粉体具有良好的分散性和粒度分布。
邹红生等 [2] 利用球磨和蒸汽动能磨粉碎工艺对粉煤灰进行粉碎，结果表明：蒸汽动能磨制备的超细粉煤灰颗粒尺寸分布均匀，且活性指数明显高于球磨机制备的超细粉煤灰；粉煤灰的活性随着其粒径的减小而明显增大，掺入质量分数为 30%、中位粒径D50=5.14μm 的超细粉煤灰，其活性指数可达 104.5%。
粉体工程粉碎基本概念及破碎机械共86页文档
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左Βιβλιοθήκη 粉体工程粉碎基本概念及破碎机械
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左Βιβλιοθήκη 粉体工程粉碎基本概念及破碎机械
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
基本概念、粉碎功耗、粉碎方法和设备分类解析PPT精品课件
2021/3/1
2
粉碎
粗碎 破碎 中碎
细碎
粗磨 粉磨 细磨
超细磨
物料破碎到100mm 物料破碎到30mm 物料破碎到3mm
物料粉磨到0.1mm 物料粉磨到60μm 物料粉磨到≤ 5μm
（小至亚微米）
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粉碎度（粉碎比） 粉碎前物料的尺寸D与粉碎后物料尺寸d的比值为 粉碎度（破碎比）
E= CR (1/D2-1/D1)
式中：S为物料表面积； E 为粉碎功耗；D1、D2分别为物料粉碎前后的平均粒径；
CR为常数
该学说比较适合粉磨过程。
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3) 基尔比切夫和基克（F. Kick）体积理论
此学说认为物体受外力后必然在内部引起应力，随外力增加， 物体的应力及变形亦随之增大。由于物料的体积变形，导致了物 料的粉碎。因而，粉碎物料所作的功与物料的体积成正比。
材料的实测强度大小与测定条件有关，如试样的尺 寸、加载速度及测定时的介质环境等。
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6.1.4.硬度
表示材料抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力， （固体表面产生局部变形所需的能量）。这一能量与 材料内部化学键强度以及配位数等有关。
无机材料一般以莫氏硬度表示，硬度值越大意味着 硬度越高。
已知某一粉碎机在粉碎某一物料的生产能力Q，利用易碎系数， 可求出这台粉碎机在粉碎另一物料时的生产能力Q1，即
Q1/Q=Km1/Km
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Wi越小，物料的易碎性越好 13
6.2理论
1) Lewis公式 ：粒径减小所耗能量与粒径的n次方成反比。
dE= －C dD/Dn
粉体工程PPT课件
(a)堆积密度，密度大，筛分能力与颗粒密 度成正比；密度小，飘扬，不成正比
(b)粒度分布 ：一般讲，细粒多，则处理 能力大
(c)含水量 ，水分含量高，可用湿法筛分
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CHENLI
39
3．影响筛分的因素 －机械的影响
(a)孔隙率 开孔率愈小，则筛分能力愈小，寿 命相对长
(b)筛孔大小 (c)筛孔形状 (d)振动的振幅与频率 ：粒度小宜用小振幅与高
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简化后
E 1 10% 0 (11)
工业上实际操作的平均筛分效率约为70％
一98％，这与各下述因素有关，筛面的相
对运动，料层的厚薄，筛孔形状和有效面
积比，物料颗粒的大小分布规律和颗粒形
状，过细颗粒的含量以及物料含水率等。
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3．影响筛分的因素 －物料的影响
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2、重力式分级机
利用空气阻力和 重力之间的平衡 关系，调整颗粒 粒度进行分级。
m•g6d3p(sa)
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50
3、粗分级机
产品细度范围为 0.08mm方孔筛筛余 10％一20％左右
结构简单，操作管 理方便，无运动部 件，不易损坏。但 要配风机及除尘器 为辅助设备。
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分级模型
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20
牛顿效率（1）
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牛顿效率（2）
1．牛顿效率ηN ： F原料， A：a成分的量，B：b成分的量 Xf－原料中a成分的含有率； 1-Xf原料中b成分的含有率； Xa－a成分产品中a成分的含有率； 1-Xa－a成分产品中b成分的含有率； Xb－b成分产品中a成分的含有率； 1-Xb－b成分产品中b成分的含有率；
(b)粒度分布 ：一般讲，细粒多，则处理 能力大
(c)含水量 ，水分含量高，可用湿法筛分
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3．影响筛分的因素 －机械的影响
(a)孔隙率 开孔率愈小，则筛分能力愈小，寿 命相对长
(b)筛孔大小 (c)筛孔形状 (d)振动的振幅与频率 ：粒度小宜用小振幅与高
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简化后
E 1 10% 0 (11)
工业上实际操作的平均筛分效率约为70％
一98％，这与各下述因素有关，筛面的相
对运动，料层的厚薄，筛孔形状和有效面
积比，物料颗粒的大小分布规律和颗粒形
状，过细颗粒的含量以及物料含水率等。
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3．影响筛分的因素 －物料的影响
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2、重力式分级机
利用空气阻力和 重力之间的平衡 关系，调整颗粒 粒度进行分级。
m•g6d3p(sa)
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3、粗分级机
产品细度范围为 0.08mm方孔筛筛余 10％一20％左右
结构简单，操作管 理方便，无运动部 件，不易损坏。但 要配风机及除尘器 为辅助设备。
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分级模型
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牛顿效率（1）
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牛顿效率（2）
1．牛顿效率ηN ： F原料， A：a成分的量，B：b成分的量 Xf－原料中a成分的含有率； 1-Xf原料中b成分的含有率； Xa－a成分产品中a成分的含有率； 1-Xa－a成分产品中b成分的含有率； Xb－b成分产品中a成分的含有率； 1-Xb－b成分产品中b成分的含有率；
粉体工程5. 粉碎
2. 每增加一个钢球的重量，就多产生一些中间粒径的颗粒。
3. 粉碎产品的特性值 ，将产品分为两部分，在其粒度分 布中：
te 停留时间平 M 0 常数
均值
物料的分散度
§2.2.4 粉磨动力学*
1. 粉磨动力学是探讨在整个粉磨时间内，随着粉磨 时间增加，粒度减小的问题，即粉磨速率问题
R
dR Kt R dt
粉磨t时间后，某一粒 级的筛余百分含量 粉磨时间 粉磨速度常数
t
Kt
间歇球磨机中，理想情况下，可以假定粉磨速度， 即某一粒级含量的减少速度，与该瞬间磨机中未 磨好的粗粒级的含量成正比
5) 常用粉碎流程的特点
(a)为简单的粉碎流程；(b)为带预筛分的粉碎流程；(c) 为带捡查筛分的粉碎流程；(d)为带预筛分和检查筛分 的粉碎流程。
各种流程特点： （a）流程简单，设备少，操作控制方便，但不能充分发 挥粉碎机的生产能力，有时难以满足生产要求； （b）和（d）带有预先筛分，预先去除了无需粉碎的细 颗粒，所以可增加粉碎流程的生产能力，减小动力消 耗、工作部件的磨损。这种流程适合于原料中细粒级 物料较多的情形； （c）和（d）设有检查筛分环节，故可获得粒度合乎要 求的粉碎产品，为后续工序创造有利条件。但流程复 杂，设备多，投资大操作管理工作量大，因此一般用 于最后一级粉碎作业。
开路流程：凡从粉碎（磨）机中卸出的物料即为产品， 不带检查筛分或选粉设备的粉碎流程称为开路流程。 优点——流程简单，设备少，扬尘点少 缺点——产品要求的粒度小时，粉碎效率低，产品 中会存在粒度不合格的粗颗粒物料
闭路流程：凡带检查筛分或选粉设备的粉碎流程称为闭 路流程。 循环负荷率——粗颗粒回料质量与该级粉碎产品质量之 比 选粉效率（E）——检查筛分或选粉设备分选出的合格物 料质量m与进该设备的合格物料总质量M 之比
粉体工程课件(ppt 54张)
颗粒大小——粉体系统各种性质影响很大 颗粒集合---吸引力，输送 颗粒制备---粉碎
16.02.2019
颗粒大小决定（影响）： e.g. 水泥的凝结时间、强度； 结构陶瓷的强度、韧度； 功能材料的功能； 催化剂的活性； 食品的味道； 药物的药力； 颜料的着色力；
9
e.g.陶瓷材料性能由： a.材料组分； b.显微结构--粉体特性（颗粒度、形状、团聚 状态、相组分)； 亚微米―纳米级超细粉，加速烧结过程中动力 学过程，降低烧结时间，改善烧结体性能； e.g.水泥工艺是两磨一烧,水泥性能由 a.材料组成（煅烧）； b.颗粒度（颗粒大小及分布）； 水泥（溶胶－凝胶法，DSP）
16.02.2019
13
粉体技术所涉及到的行业和产品应用
食品 颜料 能源 粮食加工、面粉蛋白分离、调味料、保健食品、食品 添加剂、 偶氮颜料、酞青系列颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬 系列 煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆、
电子
电子浆料、电子塑封料、集成电路基片、电子涂料、 荧光粉、铁氧体
16.02.2019
14
粉体技术所涉及到的行业和产品应用
建材 精细 陶 瓷 环保 机械 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉 原料细化处理、梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗 粒表面改性 脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、各类粉 状污水处理剂 粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸造型 砂
16.02.2019
15
DSP水泥;densified systems containing homogeneous 16.02.2019 arranged ultrafine particle;DSP cement
10
非金属矿行业对国民经济和社会就业的贡献和影响不 断提高，2000年非金属矿工业总产值已达548.82亿元， 超过金属矿工业总产值（435.34亿元）。非金属矿产 品与金银铜铁一样，是社会发展不可缺少的重要物质 资料。在出口方面，非金属矿产品是我国改革开放以 来出口创汇增长最快的产品；其巨大贡献是不争的事 实。非金属矿产品在"六五”期间出口12.5亿美元,"七 五"期间达到25.7亿美元，"八五"期间超过53.7亿美元， "九五"期间超过100亿美元。2000年出口创汇24.29亿 美元，2001年达到28亿美元，2002年继续保持增长 势头。件
16.02.2019
颗粒大小决定（影响）： e.g. 水泥的凝结时间、强度； 结构陶瓷的强度、韧度； 功能材料的功能； 催化剂的活性； 食品的味道； 药物的药力； 颜料的着色力；
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e.g.陶瓷材料性能由： a.材料组分； b.显微结构--粉体特性（颗粒度、形状、团聚 状态、相组分)； 亚微米―纳米级超细粉，加速烧结过程中动力 学过程，降低烧结时间，改善烧结体性能； e.g.水泥工艺是两磨一烧,水泥性能由 a.材料组成（煅烧）； b.颗粒度（颗粒大小及分布）； 水泥（溶胶－凝胶法，DSP）
16.02.2019
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粉体技术所涉及到的行业和产品应用
食品 颜料 能源 粮食加工、面粉蛋白分离、调味料、保健食品、食品 添加剂、 偶氮颜料、酞青系列颜料、氧化铁系列颜料、氧化铬 系列 煤粉燃烧、固体火箭推进剂、水煤浆、
电子
电子浆料、电子塑封料、集成电路基片、电子涂料、 荧光粉、铁氧体
16.02.2019
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粉体技术所涉及到的行业和产品应用
建材 精细 陶 瓷 环保 机械 水泥、建筑陶瓷生产、复合材料、木粉 原料细化处理、梯度材料、金属与陶瓷复合材料、颗 粒表面改性 脱硫用超细碳酸钙、固体废弃物的再生利用、各类粉 状污水处理剂 粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固体润滑剂、铸造型 砂
16.02.2019
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DSP水泥;densified systems containing homogeneous 16.02.2019 arranged ultrafine particle;DSP cement
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非金属矿行业对国民经济和社会就业的贡献和影响不 断提高，2000年非金属矿工业总产值已达548.82亿元， 超过金属矿工业总产值（435.34亿元）。非金属矿产 品与金银铜铁一样，是社会发展不可缺少的重要物质 资料。在出口方面，非金属矿产品是我国改革开放以 来出口创汇增长最快的产品；其巨大贡献是不争的事 实。非金属矿产品在"六五”期间出口12.5亿美元,"七 五"期间达到25.7亿美元，"八五"期间超过53.7亿美元， "九五"期间超过100亿美元。2000年出口创汇24.29亿 美元，2001年达到28亿美元，2002年继续保持增长 势头。件
粉体工程---第一章 概论_OK
3
脉石矿物：目前国民经济尚不能利用的矿物。 原矿：是矿山采出的原始产品。
选矿 ： 传统上，把矿石加以破碎，使之彼 此分离（解离），然后将有用矿物加以富集 提纯，无用的脉石被抛弃，这样的工艺过程 叫选矿 。 精矿 ：在选矿过程中选出的有用矿物。
4
品位 給矿或产品中有用成分的质量百 分数（%或g/t）。 原矿品位α 精矿品位β 尾矿品位θ 产率（γ）产品质量与原矿质量之比
粉碎设备多样化定型化―两端化即大型 化和超小型化且不断有新设备问世―磨矿 （振动磨、搅拌磨等）……两高一低即投 资高（设备大笨重等）、产品成本高（电 耗高、材耗高）、效率低―用于粉碎的能 量占总能量的40%以下..
发展趋势 四新—新设备、新材料、新技 术、新的粉碎方法―电热辐射、液电效应、 热力粉碎……
19
1.4.2 磨矿机是每天24h连续工作，每月除计划的 检修停车外，均在工作。 设置一个粉矿仓 磨矿车间磨矿机、分级机通常配置在一个台阶上， 碎矿车间操纵控制的要点在磨矿车间原则上适用。 两个车间综合考虑 1.5 碎矿和磨矿的发展趋势
20
应用领域逐步扩大—饮料、保健品、环 境保护方面......
回收率 精矿中有用成分与原矿中有用 成分质量之比（ε）。
5
Q1 100 % Q0 100
回收率越高，表明选矿过程回收的金属 越多。一般情况下，在保证精矿质量 （品位）的前提下，力求提高回收率。
6
1.1.2 碎矿磨矿的首要任务： 矿石中的有用矿物(待回收矿物)及脉石
矿物(待抛弃矿物)紧密嵌生在一起，将有用 矿物与脉石矿物及各种有用矿物之间相互 解离开来是选别的前提条件，也是磨矿的 首要任务。
17
1．4 碎矿车间和磨矿车间的工作制度 1.4.1 破碎机的工作时间就要与采矿场 的供矿制度相配合；采用两班 6~7h 三班5~6h
脉石矿物：目前国民经济尚不能利用的矿物。 原矿：是矿山采出的原始产品。
选矿 ： 传统上，把矿石加以破碎，使之彼 此分离（解离），然后将有用矿物加以富集 提纯，无用的脉石被抛弃，这样的工艺过程 叫选矿 。 精矿 ：在选矿过程中选出的有用矿物。
4
品位 給矿或产品中有用成分的质量百 分数（%或g/t）。 原矿品位α 精矿品位β 尾矿品位θ 产率（γ）产品质量与原矿质量之比
粉碎设备多样化定型化―两端化即大型 化和超小型化且不断有新设备问世―磨矿 （振动磨、搅拌磨等）……两高一低即投 资高（设备大笨重等）、产品成本高（电 耗高、材耗高）、效率低―用于粉碎的能 量占总能量的40%以下..
发展趋势 四新—新设备、新材料、新技 术、新的粉碎方法―电热辐射、液电效应、 热力粉碎……
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1.4.2 磨矿机是每天24h连续工作，每月除计划的 检修停车外，均在工作。 设置一个粉矿仓 磨矿车间磨矿机、分级机通常配置在一个台阶上， 碎矿车间操纵控制的要点在磨矿车间原则上适用。 两个车间综合考虑 1.5 碎矿和磨矿的发展趋势
20
应用领域逐步扩大—饮料、保健品、环 境保护方面......
回收率 精矿中有用成分与原矿中有用 成分质量之比（ε）。
5
Q1 100 % Q0 100
回收率越高，表明选矿过程回收的金属 越多。一般情况下，在保证精矿质量 （品位）的前提下，力求提高回收率。
6
1.1.2 碎矿磨矿的首要任务： 矿石中的有用矿物(待回收矿物)及脉石
矿物(待抛弃矿物)紧密嵌生在一起，将有用 矿物与脉石矿物及各种有用矿物之间相互 解离开来是选别的前提条件，也是磨矿的 首要任务。
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1．4 碎矿车间和磨矿车间的工作制度 1.4.1 破碎机的工作时间就要与采矿场 的供矿制度相配合；采用两班 6~7h 三班5~6h
粉体工程第六章粉碎过程及设备
表6-2
矿物名称
滑石 石膏 萤石 长石 金刚石
典型矿物的莫氏硬度 值
莫氏硬度 1 2 4 6 晶格能 表面能
(kca/mole) (erg/cm2)
2595 2671 11304 0.04 0.15 0.36
10
16747
1.55
• 近年来，显微硬度计的应用日益广泛，它在显微镜下可测边长仅 有千分之几到百分之几毫米的压入量，并且可以观察弹性变形， 这是宏观压入法难以看到的。 • 硬度测定方法虽有不同，但它们都是使物料变形及破坏的反映， 因而用不同方法测得的各种硬度有互相换算的可能。例如，莫氏 硬度每增加一级，压入硬度约增加 60%；又如，莫氏硬度与韦氏 硬度的关系是 • 莫氏硬度≈（韦氏硬度）1/3 • 晶体硬度的测定结果说明，硬度还与晶体的结构有关。凡离子或 原子越小、离子电荷或电价越大、晶体的构造质点堆集密度越大 者，其平均刻划硬度和研磨硬度也越大，因为如此构造的晶体有 较大的晶格能，刻入或磨蚀都较困难。不仅构造相异的晶体的硬 度不同，而且同一晶体的不同晶面甚至同一晶面的不同方向的硬 度也有差异，因为硬度决定于内部质点的键合情况。 • 金钢石之所以极硬，是由于其碳原子的价数高而体积小。因此， 虽然它的构造质点在晶格内的堆集密度较小，但其硬度却异常大。
•
• 4. 粉碎产品的粒度特性 • 物料经粉碎或粉磨后，成为多种粒度的集合体，为了考察
其粒度分布情况，通常采用筛析方法或其它方法将它们按一定的 粒度范围分为若干粒级。
1.凡从粉碎（磨）机中卸出的物料即为产 品，不带检查筛分或选粉设备的粉碎（磨 ）流程称为开路（或开流）流程。 优点是比较简单，设备少，扬尘点也少。 缺点是当要求粉碎产品粒度较小时，粉碎 （磨）效率较低，产品中会存在部分粒度 不合格的粗颗粒物料。
粉碎技术基本理论粉碎技术7
粉体的表面能与粉体的结构、原子之间的键型和结合力、表面的原子数、 表面官能团等有关。 物料粉碎后产生了新的表面，部分机械能转变为新生表面的表面能。 粉体的表面能与以下两点关系很大： （1）表面改性剂和粉体表面的作用 （2）粉体的应用性能； 通常：表面能越高，吸附性越强，越容易团聚，越不易在高聚物中均匀分散 。对无机填料进行有机表面改性实际上就是降低其表面能，使其不产生团聚 。
• 固体在溶液中的吸附是最常见的吸附现象之一，粉体的湿法表面改性过程实 际上就是粉体（吸附剂）吸附溶液中表面改性剂分子（溶液中的某一组分） 的过程。
（3）表面电性－－双电层－ξ电位
• 任何两个不同的物体接触都会在 两相间产生电势，这是因电荷分 离引起的。两相各有过剩的电荷 ，电量相等，正负号相反，相互 吸引，形成双电层
(1) 石英粉（硅微粉）
• 石英等硅酸盐矿物经机械粉碎后，表面上产生游离基或离子，形成
O O Si
O
O O Si O
O
➢ 石英粉体颗粒在水和空气的作用下，表面可能产生
Si OH Si O Si Si
H OH ……
H
3
(2) 高岭土
• 天然高岭土主要由片状结晶的高岭石组成，其结构单元为由一 个层状硅氧四面体和一个铝氧八面体通过共同的氧离子连接而 成的1:1型层状硅酸盐矿物组成。
• 由于物质表层质点各方向作用力不平衡，使表层质点比内部质点具有额外 的势能，这种能量只有表面层的质点才有，所以叫表面能。
• 热力学中，又称为表面自由能。 • 对于液体，表面自由能在数值上等于液体的表面张力，其值易测。但是固
体不用，虽然原则上可以用其表面张力来描述，但固体的表面张力不一定 等于其表面应力。这是因为固体是一种刚性物质，流动性很差，能承受剪 应力作用来抵抗表面收缩的趋势。
粉体工程粉碎基本概念及破碎机械
钳角小，使破碎机 的生产能力增加，但 破碎比小。钳角大， 可以增大破碎比，但 会降低生产能力，同 时落入颚腔中的物料 小易夹牢，可能被向 上挤出不到破碎的目
的。
b.偏心轴转速
颚式破碎机偏心轴的转速直接反映活动颚 板的摆动次数。在一定范围内，偏心轴的转 速增加，生产能力随之增加；但是超过一定 限度时，反而会使生产能力降低，并且电耗 增加。
粉体工程与设备
—粉碎基本概念及破碎机械
烟台大学环境与材料工程学院
学习重点
1、粉碎基本概念 2、几种破碎机工作原理 3、几种破碎机特有结构
粉末的制备
机械制粉
物理制粉
化学制粉
机械研磨 气流研磨 液体雾化 蒸发凝聚 气相沉积 还原化合 电化学法
一、物料粉碎的基本概念
1、粉碎的定义 固体物料在外力作用下克服其内聚力使之破
1、 颚式破碎机
粗碎大块坚硬或磨蚀性很强的物料。构造 简单，价格低廉，维护方便。
（1）工作原理
颚式破碎机依靠活动颚 板对固定额板作周期性的往 复运动，当靠近时，物料在 两块颚板间被压碎，当离开 时，已被破碎的物料由于自 重从破碎腔卸出。
（2）类型及构造 a.简单摆动颚式破碎机 活动颚板以悬挂轴 为支点作往复摆动， 其运动行程以活动颚 板的底部，即卸料口 处为最大。
构简单紧凑，维修方便。
（1）工作原理
反击式破碎机的破碎作用主要分为3个方面： ①自由破碎 ②反弹破碎 ③铣削破碎 其中，以物料受板锤冲击的作用最大。
（2）反击装置
（3）性能特点
优点是破碎效率高，动力消耗低，产品粒度均 匀；破碎比大，可减少破碎级数，简化生产流程； 结构简单，维护方便；适应性好，尤其对于中等硬 度和脆性物料。其缺点是打击板和反击板的磨损较 快，特别在破碎坚硬物料时；防堵性能差，不适宜 破碎黏湿性和塑性物料；机器运转时产生的粉尘较 多，噪声也较大。
粉体工程
第2章统计平均径：弗雷特直径≥马丁直径体积直径：面积直径：面积体积直径：表面积形状因数：体积形状因数：球形度：一个与待测的颗粒体积相等的球形体的表面积与该颗粒的表面积之比。
第5章内摩擦角确定方法：三轴压缩试验、直剪试验、破坏包络线方程破坏面与最小主应力作用方向夹角：破坏面与最最大主应力作用方向（铅垂方向）夹角（摩擦角）：第6章粉碎：固体物料在外力作用下克服内聚力，使颗粒的尺寸减小，比表面积增大的过程。
粉磨：使小块物料碎裂成细粉状物料的加工过程。
平均粉碎比：粉碎前平均粒径D与粉碎后平均粒径d之比i。
乘积。
粉碎级数：串联粉碎机的台数。
粉碎的作用和意义：粒度减小，比表面积增大，利于不同物料的均匀混合，便于输送储存，利于提高高温固相反应程度和速度。
搅拌磨：1分类：4结构形式，3工作方式，2工作环境，安放形式，密闭形式2工作原理：内置搅拌器，搅拌器的高速回转使研磨介质和物料在整个筒内不停翻滚，产生不规则运动，使研磨介质和物料之间产生相互撞击和摩擦的双重作用，使物料被磨得很细并得到均匀分散的良好效果。
第7章活化点的分布模式：表面层分布、局部区域分布、整体均匀分布机械力化学导致的化学变化：脱水效应、固相反应第10章分离效率：分离后获得的某种成分的质量与分离前粉体中所含该成分质量之比。
m/m0*100% 分级精度：实际分级曲线相对于理想分级曲线的偏离程度，其偏离程度即曲线的陡峭程度可以用来表示分级的精确度，即分离精度。
筛分设备三种筛序：由粗到细的筛序、由细到粗的筛序，混合筛序筛孔大小表示：用筛目数M表示；或用1cm2面积上所具有的筛孔数表示K=（M/2.5）∧2。
筛分机械：六角形、超细分级原理：离心分级、惯性分级、迅速分级、减压分级气固分离设备收尘效率：串联时：收尘器按原理分类与特点：重力惯性离心过滤电收尘器第11章混合：物料在外力（重力机械力等）作用下发生运动速度和运动方向的改变，使各组分颗粒均匀分布的操作过程。
粉体工程第七章
粉体工程与纳米技术第七章混合与造粒混合造粒第一节混合一、混合目的二、混合机理一、混合目的通过机械的或流体的方法使得不同物理性质（如粒度、密度等）和化学性质（如成分等）的颗粒在宏观上分布均匀的过程。
二、混合机理（1）移动混合（对流混合）——粒子团块从物料中的一处移动到另一处，类似于流体的对流。
扩散混合剪切混合混合状态模型工业上所能达到的最佳混合程度三、混合过程混合时间前期过程后期过程逆混合或偏析适当改变条件，使混合-偏析平衡向有利于混合的方向转化，从而改变混合操作。
最佳混合状态四、影响混合的因素（１）物料本身性质物料形状五、检验标准检验标准：不均质的程度（以长度、面积单位混合长度第二节造粒将小粒径的粉体（或浆体）加工成较大粒级颗粒的过程。
粒化意义粒化过程（三阶段）：第一阶段——形成球粒；（１）凝聚造粒含少量液体的粉体，因液体表面张力作用而凝聚。
用搅拌、转动或气流使干粉流动，再添加适量的液体粘结剂，像滚雪球似的使制成的粒子长大。
盘式成球机用螺旋、活塞、辊轮、回转叶片对加湿的粉体加压，并让其通过孔板、网挤出制得颗粒。
（３）压缩造粒利用物料的低熔点特性，根据物料熔融态时的粘度范围，通过特殊的布料装置，将熔融液均匀在其下方匀速移动的钢带上，在钢带下方设置的连续喷淋装置的冷却作用下，使物料在输送、移运过程中得到冷却、固化、包装，从而达将浓缩的浆液通过喷嘴或离心转盘喷出形成微小液滴，在高温热风的作用下，水分迅速蒸发形成干燥颗粒。
喷雾干燥塔。
第6章 粉碎过程及设备 2012粉体工程与设备课件
• 闭路流程：凡带检查筛分或选粉设备的 粉碎（磨）流程称为闭路（或圈流）流 程。
• 特点：从粉碎机卸出的物料须经检查 筛分或选粉设备，粒度合格的颗粒作为 产品，不合格粗颗粒物料重新回至粉碎 （磨）机再行粉碎（磨）。
循环负荷率：
粗颗粒回料质量与粉碎（磨）产品质量之比。 数学表达式：
K＝L/Q×100%
别为xF、 xA、 xB （物料循环过程中无损失） 。
则有
F=L+Q
F（100-xf）=L （100-xA） +Q （100-xB）
• 消元可得
Q xA xf F xA xB
选粉效率=
Q(100 F (100
xB ) xF )
(xA (xA
x f )100 xB )100
xB xF
100%
6.3 材料的粉碎机理
• 6.3.1 格里菲斯(Griffith)强度理论
• 固体材料内部的质点并非严格地规则排布，存在许 多微裂纹，当材料受拉时，微裂纹逐渐扩展，于其 尖端附近产生高度应力集中，致使裂纹进一步扩 展，直至材料破坏。
• 设裂纹扩展时，其表面积增加ΔS，令比表面能为 γ，则表面能增加γΔS，此时其附近约一个原子 距离a 之内的形变能为，裂纹扩展所需的能量即由 此所储存的变形能所提供。
表面能实质上是表面上不饱和价键所致不同物质的键合情形存在差异因而形成稳定新表面所需能量也不同即使同一各向异性材料因其各表面上不饱和键的情形各异表面能也不同如0k下真空中naci的100面的表面能为18910而110面的表面能为445105jcm固体表面能较液体复杂得多但除固体具有各向异性和形成新表面是由出现新表面和质点在表面上重新排布二步所组成液体的这二个步骤几乎是同时完成的外其本质与液体的表面能相同
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粉碎法。
3. 化学粉碎法 结晶水化合物与无结晶水者相比，由于
结晶水使体积膨胀，利用这一性质进行粉碎
的方法称为化学粉碎法。例如将难以粉碎的 超硬合金材料加热，并与氯气作用生成氯化 物，如果将生成物投入水中，则结晶水可引 起体积膨胀，产生自然崩坏的效果。
例1 超硬合金材料
氯化物
水冷
例2 砂岩在粉碎前，先在铁笼中加热， 而后在水中萃冷爆裂。利用了石英在加热过
本讲概要： 内容：粉碎
重点：碎料粒子碰撞速度
难点：粉碎介质碰撞速度 疑点：低温粉碎
储存在弹性体内的应变能E在数值上应等 于外力所做的功W：
E=W
（2-32）
在整个加载过程中荷载所作的功：
E W
dP
Δ x E
Pd ()
（2-33）
2.1.5 粉碎需用功（有效粉碎功） 粉碎一个粒子需用功：
假定：粉碎产物的粒度分布的两成分性
粗粒成分：取决于出口间隙的大小
微粉成分：取决于原料的物性
可推论材料颗粒的破坏过程不 是由连续单一的破坏形式所构成，
而是两种以上不同破坏形式的组合。
Hiitting提出的粉碎模型： [A] 体积粉碎模型 整个颗粒都受到破坏
[B] 表面积粉碎模型 仅在颗粒的表面产生破坏
理想粉碎
MB 粉碎介质质量
UB 碰撞碎料粒子速度
能量转化率：100%→粒子的破碎能
破碎粒径x的粒子所需介质质量和碰撞速度的
关系
E 1 2 MBUB 2
5/3m
（2-40）
( 5m 5 ) / 3m
U B [0.3
1 2 2 / 3 1/ m 1 / 2 ( ) ( 0 v 0 ) 5 / 3 ]1/ 2 M B .x ( 3m 5) / 2m Y
（3）同时，还可以分析出其
（4）通常，又将体积粉碎看作是冲击粉 碎，表面粉碎看作摩擦粉碎。
但须指出，体积粉碎未必就是冲击粉碎，
因为冲击力小时冲击粉碎主要表现为表面粉
碎，而摩擦粉碎中往往还伴随压缩粉碎作用， 压缩作用却为体积粉碎。
（5）一般粗粉碎采用冲击力和压缩力， 微粉碎采用剪切力和摩擦力。
2.1.9 混合粉碎 混合粉碎：对同样体积，破坏载荷不同
的两种物料混合在一起进行粉碎，破坏载荷
小的粒子优先被粉碎的粉碎方式。
球磨机粉碎模型
应用： （1）适用于附着性、凝聚性强而流动性
差的微粉体混合物
（2）混合物中一成分必须是更微细粒子
的生产过程。
（3）粘性较大的物料的粉碎，如粘土 的粉碎，由于粘土具有高水分和高塑性，采
2. 粉碎介质碰撞速度
3. 混合粉碎 4. 低温粉碎 5. 影响粉碎效率的因素
（2-36）
E 5/3 1 2 / 3 1 2 / 3 0.897 ( ) . s M Y
说明：（1）石英和大理石的破碎能
（2-37）
石英
大理石
实验点为X-Y记录仪 记录的荷载-变形曲线积分 值，实线代表用测定的物
性值代入式（2-37）的计
算值。石英的计算值和实
验值大致相等，说明其是
物料 E 介质
物料击介质
介质
物料
U
物料
介质击物料
物料
物料击物料
那一种粉碎方式、粉碎效率高呢？
2.1.6 碎料粒子碰撞速度（物料-物料） 假定粉碎处在最大粉碎效率状态下，即
物料粒子具有的运动状态完全转变为破碎能，
则粒径x的1个粒子破碎所需的碰撞速度U
1 E MU2 2 E 1 2 （2-38） U M 2 1/ m 5/3m 1 ( 2m 5 ) 1 2 / 3 U [1.79 ( ) ( 0 v 0 ) 5 / 3 ]1/ 2 .x 5 / 2m （2-39） Y
1 2 / 3 1/ 3 5 / 3 E Pd () 0.832 ( ) x P Y
（2-34）
3 M x 6 E P 5/3 1 1 1 2 / 3 4.992 ( ) .( 2 ) M Y x
（2-35）
平松氏：
2.8P s 2 x
s 5/3 P 5/3 ( 2) ( ) x / 2.8
缺陷数量所致。
（3）实际生产中的有效粉碎功只有2-3%，能 不能设计提高有效粉碎功破碎设备？ 多破少磨！
设想：
近似于球压坏的破碎机械： 例1 颚式破碎机
例2
辊压机
特点： （1）粉碎力不是作用于单颗粒上，而是作用于颗粒群体上，
与单颗粒粉碎相比，一次作用可粉碎较大数量的物料。
（2）粉碎力是纯压力，施力过程较慢，作用时间较长，缓慢 施力使物料颗粒表现出较低的强度。 （3）粉碎力极大，对物料的压力可达50-300Mpa，极高的粉碎 力使物料被粉碎到极细的粒度，同时颗粒内会形成大量的微裂纹， 使颗粒强度大幅度降低。
界限粒径/μm
脆性破坏→脆性破坏 +塑性变形
石英 长石 石灰石 大理石 石膏 煤—1 煤—2 10—20 10—20 20—30 20—30 30—40 10—20 20—30
脆性破坏+塑性变形→ 塑性变形
1— 2 2— 3 2—3 2—3 3— 5 3—4 4—5
在一定粒度下，反复的机械力作用不会 导致破碎，而仅仅产生变形，在超微粉碎中
程中的晶型转变的特性及热胀冷缩的特性使
结构变疏松。
李宾修都江堰的实例
李冰 战国时期秦国人
都江堰位于四川成都平原西部的岷江上，距成都56公里，是二 千多年前，中国战国时期秦国蜀郡太守李冰及其子率众修建的一座 大型水利工程，是我国现存的最古老而且依旧在灌溉田畴，造福人 民的伟大水利工程。
总之，要充分研究材料的热性质，化学 性质与粉碎之间的关系，并加以利用。
说明：（1）单个颗粒 越大，破碎所需的能量 越高，也就是破碎所需 的表面能就越高，例如， 1cm和10cm的对比。
表面能：单位面积上的键和
能量。
（2）破碎粒径为1cm 的物料时，单位质量破碎 能大于10cm粒径的物料所 需的破碎能，这是由于它 们的质量一定，由于1cm 的粒子中所含的缺陷数量
少于10cm的粒子中所含的
例
反击式破碎机
为什么冲击破碎机的介质（打击板）很 重？破碎大块物料。
为什么转子转速很快？增大单位时间的
碰撞次数。 由此可见，气流粉碎机的出现，一是避 免介质的污染，二是以很高的碰撞速度粉碎 可获得超微粒子；三是以小颗粒作为原料加
入，来增大碰撞次数。
故事连接:
2.1.8 粉碎模型
目的：为基础理论研究奠定基础
第
七
讲
提问问题： 1. 粉碎速度 2. 易碎性 3. 选择答案 材料的强度随物料的体积变小而 减小 增加 材料的强度随加荷速度增大而 减少 增大
随着粉碎粒径的减小粉碎需用功 减少 增大
4. 实测强度是如何确定或表示 5. 强度与加荷速度的关系 6. 加荷速度 7. 加荷速度快 为什么？ 强度大 强度小
（2-41）
以上为理想状态下的计算结果，实际上 还需要更快的速度。尽管如此，不难断定，
在超微粒子制备中，采用粉碎介质对碎料粒
子进行碰撞粉碎的方法比加速碎料粒子碰撞 破碎方式更合理。 但值得注意的是，由于碎料粒子个数是
按粒径减少的3 次方增加，因此，必须增加
粉碎介质和碎料粒子单位时间的碰撞概率。
用粘土与石灰石的混合比为3：7时。
2.1.10 低温粉碎 适用：对于融点、软化点低的热可塑性
材料和因温度上升而失去结合水由氧化作用
而变质的材料，以及常温时强韧、低温时脆 性化的材料。
1. 低温击碎
聚乙烯 汽车轮胎
2. 熔融喷冷
树脂类
药品等低融点材料
树脂类
汽车轮胎
可将其加热到溶融高温液体状态，由喷 嘴喷出冷却而得到细颗粒。此即为溶融喷冷
2.1.11 影响粉碎效率的因素 粉碎效率：单位能耗、单位质量条件下
产生的新表面积
1. 材料塑性性质 脆性破坏：结构或构件在破坏前无明显 变形或其它预兆破坏类型。
延性破坏（ductile failure）： 结构 或构件在破坏前有明显变形或其它预兆的破
坏类型。
粗颗粒
细颗粒
表2-7
试料
由脆性破坏转变为塑性变形的界限粒径
它成为粉碎效率的负因素。
2.加荷速度 加荷速度的加荷周期与试件的固有周期
相近，因此，以碎料粒子固有周期近似值作
为加荷周期进行粉碎，可显著提高粉碎效率。
3.碎料粒子的碰撞速度 最佳碰撞速度：操作范围窄，作为操作
条件进行控制是困难的。
4.材料的强度和硬度
小结： 1. 粉碎需用功 碎料粒子碰撞速度
例2
振动磨机
例3
搅拌磨
表面粉碎
说明： （1）由球磨机、振动磨、气流粉碎三种
不同磨机粉磨同一种物料，分别测定产品的
粒度分布结果是：从球磨机到振动磨再到气 流粉碎，粒度分布愈来愈宽，因此，可以说
明，其粉碎模型近乎由体积粉碎至表面粉碎。
（2）反之，由粒度分布结果可以推断哪 一种粒度分布是由哪种磨机粉磨而成。
*采用加速碰撞碎料粒子方法制备超微粒
子是有限的。
表2-6 粒径100μm粒子破碎所需的碰撞速度
试料
石英玻璃 硼硅玻璃 石英 长石
碰撞速度（m/s）
114 225 66 49
石灰石
大理石
23
22
石膏
13
例
气流粉碎机
循环管式气流粉碎机
扁平式气流粉碎机
2.1.7 粉碎介质碰撞速度（介质→物料）
接近弹性体的材料。而大
理石的实验值大于计算值，
可谓是含塑性性质的材料。
（2）测定强度后，计算破碎能 一个粒子破碎能：