第三章-粉碎及设备

金刚石
200
约 1800
氧化镁
37
100
石墨
1.4
约 15
氧化钠
4.3
约 10
钨
96
3000（拉伸的硬丝） 石英玻璃
16
50
铁
40
2000（高张力用钢丝）
矿物名称 莫氏硬度
滑石
1
石膏
2
方解石
3
萤石
4
磷灰石
5
典型矿物的莫氏硬度值
晶格能/(KJ/mol) —
2595 2671 2713 4396
矿物名称 长石 石英 黄晶 刚玉
第三章 粉碎及设备
3.1 基本概念 3.2 物料的基本特性
3.2.1 强度 3.2.2 硬度 3.2.3 易碎（磨）性 3.2.4 脆性 3.2.5 韧性
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3.3 基本理论
3.3.1 粉碎模型 3.3.2 粉碎功耗定律 3.3.3 粉碎过程热力学 3.3.4 粉碎过程动力学
3.4 粉碎设备
3.4.1 破碎设备 3.4.2 粉磨设备 3.4.3 超细粉碎设备
破碎：使大块物料碎裂成小块物料的加工过程
粉磨：使小块物料碎裂成细粉末状颗粒的加工过程
相应的机械设备分别称为破碎机械和粉磨机械
进一步的划分
粗碎 — 将物料破碎到100mm左右 破碎中碎 — 将物料破碎到 30mm左右
粉碎
细碎 — 将物料破碎到 3mm左右 粗磨 — 将物料粉磨到 0.1mm左右
粉磨细超磨细磨——将物将料物粉料磨粉到磨到605mm左或右更小至亚微米
4
(2) 粉碎比和粉碎级数
若原始物料粒度为D，经过某台粉碎机械粉碎后的
粒度为d，则比值i(i=D/d)称为粉碎比
也可用粉碎机械的最大进料口宽度与最大出料口宽 度之比来表示，称为公称粉碎比
串联多台粉碎机进行的粉碎作业称为多级粉碎，粉 碎机串联的台数称为粉碎级数，原始物料的粒度与最 后破碎产品的粒度之比称为总粉碎比
将Lewis式中的常数n取2并积分后也可以得到上式
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3) 基克（Kick）定律
提出相同重量，相似物体粉碎时所需的能量只与粉
碎比有关
数学表达式为
E
CK'
lg
x1 x2
CK
lg
S2 S1
此式为Lewis式中的常数n=1时积分所得
4) 邦德（Bond）定律
提出粉碎所需能量与颗粒粒径的平方根成反比
表面粉碎模型
均一粉碎模型
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粉碎产物的粒度分布有所不同： 体积粉碎后的粒度分布较集中，而表面粉碎后的细 粉较多，粒度分布范围较宽
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3.3.2 粉碎功耗定律
通常以粒径的函数来表示粉碎功耗
(1) 经典理论
1) Lewis公式（或综合式）
提出粒径减小所耗能量与粒径的n次方成反比
数学表达式为
dE

CL
与塑性相反的一种性质。脆性材料抵抗动载荷或冲 击的能力较差，采用冲击粉碎可使粉碎效率提高
12
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3.2.5 韧性
指物料在外力的作用下，塑性变形过程中吸收能量 的能力。韧性物料的抗拉和抗冲击性能较好，而抗压 性能较差，采用挤压粉碎可使粉碎效率提高
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3.3 基本理论
3.3.1 粉碎模型
Hüting等人提出了以下三种粉碎模型 体积粉碎模型
金刚石
莫氏硬度 6 7 8 9 10
晶格能/(KJ/mol) 11304 12519 14377 15659 16747
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3.2.2 硬度
指的是抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力。也 可理解为在固体表面产生局部变形所需的能量
硬度的大小与物料内部的化学键以及晶体结构有关。 无机材料常用莫氏硬度或维氏硬度表示
硬度越大，耐磨性越好。硬度作为间接评价指标， 在一定程度上体现了物料粉碎的难易程度
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3.2.3 易碎（磨）性
指的是在一定粉碎条件下，将单位质量物料从一定 粒度粉碎至某一指定粒度所需的能量，或施加一定能 量使物料达到的粉碎细度
易碎（磨）性一般用相对易碎性系数来表示。易碎 性系数越大，物料越易粉碎
3.2.4 脆性
按材料内部的均匀性和百度文库否有缺陷分为理论强度和 实际（测）强度
物料强度的高低在一定程度上体现了其粉碎的难易 程度
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（1）理论强度
不含任何缺陷的完全均质材料的强度称为理论强度。 它相当于原子、离子或分子间的结合力
理论强度：th=(E/a)1/2，其中为表面能，E为弹 性模量，a为晶格常数
（2）实际（测）强度
物料的实际（测）强度往往远低于理论强度（约为 其1/100～1/1000）。
实际强度：=(2E/c)1/2，其中c为裂纹半长。 实际（测）强度还与测定条件（如试样的尺寸、加 载速率及所处环境等）有关
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材料的理论强度和实测强度
材料名称 理论强度/GPa 实测强度/MPa 材料名称 理论强度/GPa 实测强度/MPa
数学表达式为
E

CB'

1 x2
1 x1


CB (
S2
S1 )
此式为Lewis式中常数n=1.5时积分所得
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(2) 粉碎功耗新观点
1) 田中达夫粉碎定律
提出比表面积增量对功耗增量的比与极限比表面积
和瞬时比表面积的差成正比
数学表达式为
dS dE

K (S

S)
式中，S∞为极限比表面积，它与粉碎设备、工艺及 被粉碎物料的性质有关，S为瞬时比表面积，K为常数
2
3.5 粉体的分级
3.5.1 基本概念 3.5.2 分级性能的评价 3.5.3 筛分分级原理与设备 3.5.4 流体系分级原理与设备
3.6 粉碎机械力化学
3.6.1 机械力化学作用 3.6.2 机械力化学的应用
思考题
3
3.1 基本概念
(1) 粉碎
粉碎：固体物料在外力的作用下，克服内聚力，从
而使颗粒尺寸减小，比表面积增大的过程
dx xn
或
dE dx

CL
1 xn
式中，E为粉碎能量，x为粒径，CL、n为常数。上
式是粉碎过程中粒径与功耗关系的通式
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2) 雷廷格尔（Rittinger）定律
提出粉碎物料所消耗的能量与粉碎过程中新增加的 表面积成正比：dE=CRdS
数学表达式为
E

CR'
1 x2

1 x1

各级粉碎比i1,i2,…in与总粉碎比i0的关系为：
i0 i1i2 in
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(3) 粉碎方式
挤压粉碎
冲击粉碎
磨擦-剪切粉碎
劈裂粉碎
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(4) 粉碎流程
简单的粉 带预筛分的 碎流程 粉碎流程
带检查筛分 的粉碎流程
带预筛分和检查 筛分的粉碎流程
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3.2 物料的基本特性
3.2.1 强度
指的是物料对外力的抵抗能力，通常以物料破坏时 单位面积上所受的力来表示，单位为N/m2或Pa