材料工艺学(粉体制备)第3章1(终稿)

四 破碎和磨碎机械
用外力克服固体物料质点间的内聚力，而使大块 物料破坏成碎散细小颗粒的过程称为粉碎。
按照破碎力的作用形式及产物粒度常将粉碎过程 细分为破碎和磨碎。
破碎力主要是压应力及产物粒度大于5mm时称为 破碎； 破碎力主要是磨剥、击碎及产物粒度小于 5mm时称为磨碎；
根据粉碎前后物料粒度大小分为破碎、磨碎、超 细粉碎作业，各作业又可分为许多阶段。
颚式破碎机最早由布莱克（W．E．Black）于 1858年获得发明专利，经过100多年的发展，目前 生产中使用的颚式破碎机主要有双肘板颚式破碎机 和单肘板颚式破碎机2种。
简摆鄂式破碎机工作原理示意图
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五、磨碎及磨碎机械
磨矿作业是破碎过程的继续，它以破碎产 品为给料，把矿石破碎至所要求的粒度。
在选矿工业中，几乎都设有磨矿作业。 在湿法冶金工厂、水泥厂及许多制备非金 属有用矿物的工厂均采用磨矿。
• 我国采用ISO制，其筛孔尺寸以um和mm。
3.2.2 筛分分析来自百度文库法
物料筛析时所用的最小代表性试样质量与试样的粒度 有关，可按下列数值选取：
筛分试样最小质量
最大颗粒 0.1 0.3 0.5 1.0 3.0 5.0 10.0 20.0
粒度/mm
试样最小 0.025 0.05 0.1 0.2 0.5 2.0 5.0 20.0
常用来检查分选作 业的产品或校正用 水析法所得到的分 析结果，以及研究 矿石的结构构造。
粒度范围100~0.01mm， 1~75μm的物料 而粒度在0.1mm以下的 物料则常采用湿筛。
微细物料，最佳测 量 范 围 0.25~50μm 之间。
3.2.1 筛分分析
筛分分析是最古老的粒度分析方法之 一，也是目前试验研究和生产实践中应用 最多的粒度分析方法。
5.2.2 磨机工作条件的影响 磨机的转速率、装球率、磨矿浓度等因素
对磨矿过程有着重大的影响。 对磨机内钢球的运动分析说明，磨机的转
速率及装球率一起决定着磨机内介质的运动 状态，也就严重影响着磨矿作用。当转速率 适宜时有最大的磨矿功效，生产率也最大。
◆ 磨机的钢球不超过 50% ， 装 球 过 多 时 中 心部分的钢球只作蠕 动，不能有效工作。 球磨机的装球率一般 是 40---50% ， 棒 磨 机 是35---45%。
3.2 粒度分析方法
大吨位的碎散物料粒群：粒度分析的方法 粒度分析-----确定物料粒度组成的试验。
筛分分析法 粒度分析方法 水力沉降分析法（或水析法）
显微镜分析法
筛分分析法
水力沉降分析法
显微镜分析法
利 用筛 孔大 小不 同的一 利用不同粒度的颗粒在水介
套 筛子 对物 料进 行粒度 质中沉降速度的差异，将物
挤压， 劈裂， 折断， 磨削， 冲击
*破碎机中以压碎为主，配之以弯折; *磨矿机中是冲击加磨剥。 *劈碎作用只能对强度低的煤块可以采用，硬度大的 金属矿石不能采用。
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4.3 破碎设备
概述 (1)按照破碎机械使用的粒度范围可将破碎机械
分为两大类：碎矿机和磨矿机。 (2)按照破碎方法及机械特征可将破碎机械分
这种方法实质上就是让已知质量的物料 （试样）连续通过筛孔逐层减小的一套筛 子，从而把物料分成不同的粒度级别。
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筛分分析的工具-----标准筛
• 对于粗粒物料（一般6mm以上）多采用手筛进 行人工筛析，也可以自己编织非标准的手筛 进行，筛孔一般为150、120、100、80、70、 50、25、15、12、6mm等； 手筛就是把筛网固定在筛框上而构成的筛 子，这种筛子可以根据需要随时加工。
质量/kg
筛分的方法可干筛或干湿联合筛:
当物料含水、含泥较少，对分析结果的要求又不很严格时，可 以直接进行干筛；
当物料粘结严重、对分析结果的要求又比较严格时，则需要采 用干筛和湿筛联合的方式进行筛分。
干筛：
① 将选好的标准套筛套好； ② 把样品倒入最上层筛面，盖好筛盖，放在
振筛机上筛分10—30分钟； ③ 依次将每层筛子取下，并作检查筛分。
③ 筛析结束后各粒级总重量与原试样重量之差不 得超过原试样重量的1%，否则应重做。
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3.2.3 筛析结果的处理
当筛析过程的物料质量损失不超过1%，可以把各个粒级的 质量之和作为100%来计算。可采用表格法或曲线法对筛分分析 进行处理。
1、表格法
粒级 mm
质量 kg
-16+12 2.25
-12+8 3.00
-8+4 4.50
-4+2 2.25
-2+0 3.00
合计 15.00
个别产率 %
15.00 20.00 30.00 15.00 20.00 100.00
筛上（正）累计产率 %
15.00 35.00 65.00 80.00 100.00
筛下（负）累计产率 %
100.00 85.00 65.00 35.00 20.00
为：颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎 机、冲击式破碎机、磨矿机等。 (3)根据处理物料的粒度，常将破碎设备分为粗 碎破碎机和中细碎破碎机。
4.3.1 颚式破碎机
这种设备的规格以给料口处两颚板间的间隙和 颚板的宽度来表示，例如目前世界上使用的规格最 大的颚式破碎机为16802130mm，可以破碎最大粒 度达1220mm的物料，当排料口的宽度为203mm时， 其处理能力为725 t / h。
矿粒越细,机械强度越大，越难破碎磨 碎。
所以，用机械的方法将物料破碎到1μm 以下是很困难的。
4.2 破碎方法
所谓破碎方法，是指破碎力对待破碎物料的 作用方式。
目前，岩矿的破碎几乎都是采用机械破碎 法。
任何一种破碎机都不是只用一种力破碎矿石 的，通常是以某种力为主，配合其他种类力的 作用，因此破碎机械施于矿石的力是复杂的。
细粉料 1400 ℃ 1500 ℃ 1500 ℃ 970 ℃ ，0.4μm
具有较高的自由能表面，明显的特征之一是“表面熔点”远低于 “体积熔点”。粉末冶金及陶瓷的烧结过程也正是基于这点才得 以实现。
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三 粒度组成及粒度分析
颗粒的粒度、粒度分布及形状能显著影响粉末及其产品 的性质和用途。例如: ①水泥的凝结时间、强度与其细度有关； ②陶瓷原料和坯釉的粒度及粒度分布影响着许多工艺性能和 理化性能； ③磨料的粒度及粒度分布决定其质量等级等。
5.1 球磨机的机构及工作原理
1、磨机的主要部件 2、磨介或球荷：直径25--150mm，装入量为25—45% 3、物料的运动：
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磨机内钢球的三种运动状态中，周转状态下由于球与衬 板及球与球之间无相对运动，故无磨矿作用，应避免出现这 种状态。在倾斜下次之。
在抛落状态下，球荷之间及球与衬板之间有相对运动， 有磨剥及冲击共同作用磨碎矿石。这种状态是磨机的最佳工 作状态。
也就越低。一般来说，给料粒度越粗，磨碎到规定 细度所需要的时间越长，磨机的生产率也就越低。
磨机给矿粗时对磨机不利，对碎矿则有利，磨机 给矿细时对磨机有利又对碎矿不利。因此，考虑磨 机给矿粒度时应把碎矿与磨矿综合考虑，应使在某 一粒度下对碎矿及磨矿的整体最有利，总费用最 低，此粒度及磨机最适宜的粒度，它通常由实验确 定。
材料工艺学
----------粉体制备
一、粉体的应用
近代材料科学的发展， “精微粉”、“超微粉”具有 许多特异的性能被广泛应用。
基本上每种材料均少不了粉体---特别是微粉， 例 如 ： 粉 末 冶 金 过 程 ----- 即 是 首 先 将 金 属 制 成 微 粉，后经过混料、冷压成型、烧结、机加工等工序 制成了零件或物件。
d
• 规则矿粒:
d
• 不规则矿粒:
针对单个矿粒：粒度 ; 针对碎散物料: 粒群
（1）粒级：用某种分级方法（如筛分）将粒度范围 宽的碎散物料粒群分成粒度范围窄的若干级别，这些 级别称为粒级。
（2）粒度组成：粒度组成是指记录碎散物料粒群中 各个粒级的质量分数的文字资料，它表明物料的粒度 构成情况，是对碎散物料粒度分布特征的一种数字描 述。 （3）平均粒度：平均粒度是碎散物料粒群中颗粒粒 度大小的一种统计表示方法。
标准套筛最上面有筛盖，防止筛分时物料的溅 失，最下面设有筛底，收集最底层筛子的筛下产 品。
• 美国泰勒标准筛、美国国家标准筛及英国标准筛 等的筛号，是以筛网上每英寸长度内所具有的方 形筛孔数目-----网目命名。
• 前苏联标准筛的筛号以1厘米长度内的筛孔数或 筛孔尺寸（微米）命名。
• 德国标准筛筛号以1厘米长度内或1平方厘米筛面 内的筛孔数目命名，德国标准筛各层的筛丝直径 约为筛孔的2/3。
特别是对高熔点金属，这一过程可以在低于熔点 的温度下完成，同时具有耐磨耐高温的特性。
①往塑料、橡胶等材料中加入某些粉体可以明显的改 善其性能，如耐磨性、自润滑性及塑性等；
②在造纸、化肥、农药、牙膏、油漆、颜料、固体润 滑剂、涂料以及磨料磨具等方面发挥着重要作用；
③复印机中所使用的碳粉、录音带、录相带中的磁性 粉末也是众所周知的重要用途；
④将陶瓷粉末分散在金属中而得到陶瓷增强的金属陶 瓷材料。
要求：---要求粉体极细，而且粒径分布 要窄。
超细粉体技术，超细粉体不仅本身是一种 功能材料，而且为新的功能材料的复合与开 发展现了广阔的应用前景，在国民经济各领 域有着广泛的应用，起着极其重要的作用。
二、粉体的性质
粉体已经渗透到非常广泛的材料工程领域中，粉体的质
4.1 岩矿的机械强度
岩矿的机械强度，是指岩矿单位面积所 能承受的外力，也就是岩矿抗破坏的能力。 岩矿被破碎的难易程度就与这种阻力有关。
通常用静载下测定的抗压强度、抗拉强 度、抗剪强度和抗弯强度等来表示岩矿的抗 破碎能力。
随着矿石粒度的减小，各种影响强度的 宏观裂纹逐渐消失，不同的矿物聚合体逐 渐解离，同种矿物聚合体粒子增多，因此 细矿粒的机械强度增大。
量则具有关键的作用。
粉体颗粒的大小、 粒度分布、 颗粒形状、 杂质的种类及含量、 相组成及相对含量、 缺陷比例及性质、
聚集程度等。
最重要的质量指标之一是粒 度。 粒度决定了粉体产品 的许多技术性能和应用范 围。粉体的比表面积、化学 反应速率、吸附性能、分散 性、流变性、沉降速度、溶 解性能、光学性能等等都与 粉体的粒度大小和粒度分布 有关。
• 对于粒度在几毫米以下（6—0.038mm）的物 料，则采用标准筛在振筛机上进行筛析。
标准筛是一套筛孔尺寸有一定比例、筛孔大小 和筛丝直径均按照标准制造的筛子。
在使用标准筛时，需要按照筛孔的大小从上到 下依次将各个筛子排列起来，这时各个筛子所处的 层位次序叫做筛序；
在叠好的筛序中，相邻两个筛子的筛孔尺寸之 比称为筛比。
人们在制造粉体时希望能控制这些特性，以便 用最经济的工艺得到高度重复的制品。
从烧结工艺上看，烧成收缩和粉体粒径及表面性 质成比例，希望细，这样可有较低的烧结温度。
表1 粉料的粗细与烧结温度的关系
化合物名称
TiO2 ZrO2 Al2O3 PZT
一般粒度粉料 1600 ℃ 1700 ℃ 1750 ℃
1100 ℃（1μm ）
球磨机人们称为粉碎机之王，经过漫长 的发展历史，它已在超细粉碎领域占据着举 足轻重的位置。近期在球磨机的基础上，开 发出了多种形式的广义球磨机，如振动球 磨、离心球磨、行星磨、离心滚动磨等。这 些新机型的开发意味着球磨机正提高到一个 新的水平，其中许多机型已进入实用阶段。
5.2 影响磨碎过程的因素
5.2.1 物料性质的影响 物料的硬度越大，可磨性就越小，磨机的生产率
为了掌握生产线的工作情况和产品是否合格，在生产过 程中必须按时取样并对产品进行粒度分布的检验。
粉碎和分级也需要测量粒度。
3.1 粒度及其表示方法
• 粒度---颗粒或粒子大小的量度，它表明 物 料 粉 碎 的 程 度 ， 一 般 用 mm 或 μm 作 单 位。 在实践中通常借用“直径”一词来表 示，记为d。
分析的方法，n层筛子就 料分成若干粒度级别。 可把物料分成（n+1）个
级别，以颗粒能通过的
最 小正 方形 筛孔 作为该 这种分析方法的测定结果既
级别的粒度。
受颗粒形状的影响，又受颗
优 点： 设备 简单 ，易于 粒密度的影响。 操作。
缺点：受颗粒形状的影 响较大。
在显微镜下对颗粒 的尺寸和形状直接 进行观测的一种粒 度分析方法。
如果1分钟内所得筛下物小于筛上物料量的 1%，则认为筛分已到“终点”，否则应该在 振筛机上继续筛到“终点”。
干湿联合筛：
① 先用细孔筛（如200目筛子）进行湿筛，待矿 泥或细粒筛除干净后将筛上物烤干称重，根据 原试料重量及筛上物重量推算筛下物重量。
② 筛上物进行干法筛分，最底层细筛的筛下物仍 并入洗出的细泥量合并计算。