粉体工程1_粉体工程1解析

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一、粉体的性能与表征

1.粒径的表示方式：几何学粒径、投影经（Feret经、Martin经、割线经、投影面积相当经、投影周长相当经）、筛分径、球当量经（等表面积当量经、等体积当量经、等比表面积当量经、Stokes经、光散射当量经）

2．粒径分布表示：频率分布和累积分布。频率分布表示各个粒径范围内对应的颗粒百分含量、；累计分布表示大于或小于某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量与该粒径的关系。粒径：粉末体中，颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示，称为粒径。

粒径分布：若干个按大小顺序排列的一定范围内颗粒量占颗粒群总量的百分数，它是用简单的表格、绘图或函数的形式给出的颗粒群粒径的分布状态。

3．平均粒径：将粒径不等的颗粒群想象成有直径为D的均一球形颗粒组成。

4.粒径的测量方法（常用）

观察法（显微镜法）测量结果：粒径、粒径分布的形状参数 筛分法 测量结果：粒径分布直方图

沉降法（重力法、离心法）测量结果：粒径、粒径分布 激光法 测量结果：粒径、粒径分布

5.粉体的堆积性质

粉体中得颗粒以某种空间排列组合形式构成一定的堆积形态，并表现出诸如孔隙率、容积密度、填充物的存在形态、空隙的分布状态等堆积性质

颗粒的真密度：颗粒的质量除以不包括开孔、闭孔在内的颗粒真体积，即颗粒的理论密度

颗粒的表观密度：颗粒的质量除以包含闭孔在内的颗粒体积

安息角又称休止角、堆积角，它是指粉体自然堆积时的自由表面在静止平面状态下与水平面所形成上网最大角度，它可用来 衡量和评价粉体的流动性，即可把它视为粉体的粘度；

安息角有两种形式，一种为注入角或称堆积角，是指在一定高度下将粉体注入一理论上无限大的平板上所形成的休止角;另一种称为排出角，是指将粉体注入某一直径有限的园板上，当粉体堆积到圆板边缘时，如再注入粉体，则多余的粉体将由圆板边缘排出，而在圆板边缘行测安息角；一般而言，粒径均匀的颗粒所形成的两种安息角基本相近，但对于粒度分布宽的粉体，其排出角高于注入角。6.粉体压缩性与成形性（总称为粉体的压制性）

压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力；成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力

影响压缩性的因数有颗粒的塑性或显微硬度 影响成形性的因数有颗粒的形状和结构

一般说来，成形性好的粉末。往往压缩性差；相反，压缩性好的粉末，成形性差

二、粉体表面与界面化学 1.在气相中得分散

主要受范德华力、静电力（由接触电位差引起的静电引力、由镜像力产生的静电引力、库伦力）、液桥作用力还有磁吸引力和固体架桥力 前三个力的大小都随颗粒半径的增大线性增大，静电力比其他两力小得多；当H大于1微米时，范德华力已不再存在，当H小于2~3微米时，液桥力明显，当H大于2~3微米时，静电力起主要作用

气相分散的方法：机械分散、干燥分散、表面改性分散、静电分散、复合分散

2.在液相中的分散：范德华力、双电层静电力、空间位阻作用力、溶剂化作用力、疏液作用力。液相分散的方法：介质调控（相同极性原则）、分散剂调控（添加适当的分散剂，有无机电解质、高分子分散剂、表面活性剂）、机械调控、超声调控

3．表面改性：用物理、化学、机械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的的改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团、表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需求。其目的为：对应用于塑料、橡胶、胶黏剂等高分子材料中的无极矿物填料，表面改性主要是改善其表面的物理化学特性，增强其与基质的相容性，提高其在有机基质中得分散性，从而提高材料的机械强度及综合性能；对于干涂料或油漆中得颜料，目的是为了提高其分散性，并改善涂料的光泽、着色力、遮盖力和耐候性、耐热性、保光性、保色性；控制药物，达到使药物定时定量和定位释放的目的4.改性的方法：1.表面化学改性：利用表面化学方法，如有机物分子中得官能团在颗粒表面的吸附或化学反应对颗粒表面进行局部包覆使颗粒表面有机化而达到表面改性的方法（偶联剂表面改性、表面活性剂改性、高分子分散剂改性、接枝改性）；2.微胶囊包覆：将液体、固体或气体囊心物质分细，然后以这些微滴为核心，使聚合物成膜材料在其上沉淀、涂层，形成一层薄膜，将囊心微滴包覆（化学法、物理法、物理化学法）；3机械化学改性：利用超细粉碎及其他强烈机械力作用有目的地对物体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能、化学吸附和反应活性；4.原位聚合改性：将粉体在乳液单体中均匀分散，然后用引发聚合，从而形成带有弹性包覆层的核-壳结构的纳米粒子（无皂乳液聚合包覆法、预处理乳液聚合法、微乳液聚合法）

三、粉碎

粉碎的分类及主要设备

1、粉碎：依靠外力克服固体支点之间内聚力使物料集合尺寸减小的过程。粉碎分为破碎、粉磨、超细粉碎。粉碎的方法主要包括：挤压粉碎、挤压-剪切粉碎、冲击粉碎、研磨磨削粉碎、粉碎的三种模型：体积粉碎模型（真个颗粒收到破坏）、表面粉碎模型（仅颗粒表面收到破坏）、均一粉碎模型（直接粉碎）2.破碎设备:挤压式、冲破式

挤压式：在破碎的过程中主要通过固定面和活动面对物料的相互挤压而实现破碎物料，包括颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、对辊破碎机；

冲破式：利用高速旋转体上的锤、棒体、冲击板撞击物料，使物料在破碎设备的转子和定子间以很高的频率相互撞击和剪切，以达到粉碎的目的，主要包括锤式破碎机、反击破碎机 简摆式破碎机与复摆式破碎机的区别：

(1).简摆式颚式破碎机破碎比小，卸出的物料多呈片状；复摆式破碎机破碎的物料多为立方体，但易产生过粉碎现象

(2).由于建构及运动方式的不同，复摆式颚式破碎机额板磨损严重(3).复摆式颚式破碎机结构紧凑，与简摆式颚式破碎机相比，在具备相同生产能力时，设备重量减轻20%~30%(4).从破碎施力和促进排料作用力角度考虑，复摆式颚式破碎机的运动轨迹较简摆式更为合理

3.粉磨设备 按施力方式：摩擦式、挤压式、冲击式。根据工作速度分为慢速、快速；前者包括球磨机、砾磨机、自磨机，后者包括棍式磨、振动磨、行星磨、搅拌莫、冲击磨、气流磨。

滚筒式球磨机的特点：对物料的适应性强，生产能力大，粉碎比高，易于调整产品粒度，可进行干磨、湿磨，结构简单，坚固耐用，运行可靠，修理管理方便。工作原理：简筒内装有一定数量的球型研磨体，被磨物料及适量的球磨助剂从加料口加入，按工艺要求对物料，水和研磨体进行配料与筒体回转时，由于磨体在离心力的作用下，贴在筒体内壁与筒体一起回转上升，当研磨体被带到一定高度时，由于重力场作用而被抛出，以一定的速度降落，在研磨体降落过程中筒体内物料受到研磨体的冲击和研磨作用而被粉碎。

悬棍磨又称雷蒙磨优点：自带风力旋风结构，产品粒度可调整，能满足生产0.045mm颗粒细度的要求；更换粉磨原料时，需清扫悬棍磨风道，与与管磨机相比工作量小；该设备运行稳定，能耗较低、噪声也较低，环境效果好；

4.超细粉碎：行星式球磨机、行星式振动磨、搅拌球磨机、高能球磨机 四：分级 1.分级：把粉体按某种粒径大小或不同种类的颗粒进行分选的操作过程，其目的就是实现颗粒粒径的均与化，通过分级把合格的产品分离出来加以利用，把不合格的产品再进行粉碎。2.分机效率

理想的分级就是粗粒不分没有小于粒度d的粉末，同时在细粒不分没有大于粒度d的粉末。分机效率有部分分机效率、牛顿分机效率、分级精度 3.筛分设备

固定式：栅筛，弧形筛；运动筛：回转筛、摇动筛、旋动筛、振动筛（电磁式、机械式）4.流体力分级

重力分级：利用空气阻力和重力之间的平衡关系，对粉料进行分级(只能用来对粒径较大的粉体进行分级)

离心分级：利用回转产生的离心力，其离心加速度大致比重力加速度大两个数量级甚至更大，能很快将颗粒分离 5.超细分级

迅速分级原理：采取适当的分级室，应用恰当的流场使微细颗粒尤其是临界分级颗粒附近的颗粒一经分散就立即离开分级区，以避免它们在分级区内的浓度不断增大而聚集

减压分级：减压可使分级粒度减小，对细颗粒和超细颗粒的分级十分有利

6、筛制：以每1英寸筛网长度上的筛孔数目表示筛目。

筛分效率：指筛分是实际得到的筛下产物的质量与原料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料的质量比。影响筛分因素： ①筛分的物料：堆积密度，粒度分布，含水量

②筛分机械：孔隙率，筛孔大小，筛孔形状，筛面种类的比较，筛面程度，振动的幅度与频率，加料的均匀性，加料速度与料层厚度。

五、分离 分离：把任何形状或密度的固体颗粒从流体介质中分离出来的过程。

①分离效率：收尘效率（总分离效率）（除尘效率）：分离器的出口处气体中粉尘的质量与进口处气体中粉尘的质量之比。②总分离效率的定义：分离后获得的粉体某种成分的质量与分离前粉体中所含该成分的质量之比称为总分离效率。

分离目的：根据生产工艺的要求，从粉尘或悬浮液中回收有价值的固相或液相，必须将此非均匀想物系中得两相实行分离 1.气固分离（气溶胶）

收集分离（捕集推移阶段、分离阶段）、排尘、排气(分离区域、排尘区域、排气区域

2.旋风收尘器（进气管，外圆筒、锥形筒、贮灰箱、锁风阀、排风管）原理：利用含高速旋转产生的惯性离心力使粉尘颗粒与气体分离的一种干式收尘设备。它的特点是结构简单，尺寸紧凑，易制造，造价低，无运动部件，操作管理方便，维修量小，缺点是流体阻力损失大，高电耗，壳体易磨损，要求卸料闸门严格锁风 3.袋式收尘器的工作原理与特点

利用显微滤布将含粉尘气体中得粉尘过滤出来的收尘设备，优点是收尘效率高，结构简单，技术要求不高，投资费用低，操作简单可靠。缺点是耗费较多的织物，允许的气体温度较低

4.重力分离器：又称降尘室，是最简单的收尘设备，它是一

个截面较大的空室，含尘气体经过空室时，气流速度降低，粉尘便在重力的作用下沉降到空室底部的灰仓中。特点是结构简单，容易建造，流体阻力小，但占地面积大，收尘效率低，故一般收集500微米以上的粗大颗粒，适合高浓度和腐蚀性大得粉尘做初次收尘，以减轻第二次收尘设备的运转负荷

5.电收尘器工作原理：它是以高压直流点的正负两极简维持

一个足以使气体电离的静电场，气体电离所产生的正负离子作用于通过静电场的粉尘表面而使粉尘荷电；它具有以下优点：收尘效率高，能处理较大的气体量，能处理较高温度，高压和耐腐蚀性的气体，能量消耗小，操作过程可实现全自动化。收尘器的正极称为沉积极或集尘极，负极称为电晕极。还包括振打装置、气体均布装置、壳体保温箱及排灰装置

6.影响点收尘器性能的因素

粉尘的比电阻、气体的含尘浓度、粉尘颗粒组成、气体成分、温度、湿度、露点、含硫量、收尘器的漏风、电极肥大、电极积灰、操作电压

7.液固分离：颗粒粒径小于1微米的为真溶液，1mm~0.1微

米的为胶体溶液，大于0.1微米的为悬浮液

过滤法的概念：利用一种多孔性物质作为过滤介质，使被过滤的液体通过小孔而将悬浮物截留获得清液（滤液）其原理：利用具有很多毛细孔的材料作为介质，在压力作用下，使料浆中得水分自毛细孔通过，将固体物截留在介质上，从而把料浆中得水分除去的操作

第六章：混合与造粒

1.混合机理：扩散混合（颗粒小规模随机移动）、对流混合（颗粒大规模随机移动）、剪切混合（相互滑移），三个的本质都是施加爱适当形式的外力使混合物中各种组分颗粒产生相互间的相对位移，这是发生混合的必要条件

2.混合效果评价：标准偏差、混合度、均与度、混合指数

3.影响混合的因素：物理性质（物料颗粒的形状、粒度及粒度分布、密度、表面性质、休止角、流动性、含水量、黏结性），混合机的结构形式（混合机的形状、尺寸、所用搅拌部件的集合形状和尺寸、结构材料及其表面加工质量、进料和卸料的设置形式），操作条件（混合料内和组分的多少及其所占混合机体积的比率，个组分进入混合机的方式、顺序和速率、搅拌部件或混合机容器的旋转速度

4、造粒：为了是干压和半干压成型的需要，将细磨后的陶瓷粉料制备成具有一定大小的团粒的坯料，这个过程叫做造粒.5、造粒的作用：使造出的粉料，体积密度大，形状规

则大，成型性能大。

6、造粒方法：造粒方法：压缩法，挤出法，滚动法，喷浆法，流化法。

七、粉料的储藏与粉体运输 1.料仓内粉体流动的流动形式

粉体的流动是指粉体层沿剪切面的滑移和位移

分为重力流动、振动流动、机械流动以及在流体介质中得流动，其中重力流动是粉体流动的主要形式 2粉料卸出的流动形式：漏斗流、整体流

漏斗流：当料仓内粉料在卸出时，只有料仓中央部分形成料流，而其它区域的的粉料流不稳定或停滞不动，其流动区域呈漏斗状

整体流：物料从出口的全面积上卸出

整体流与漏斗流有以下优点：避免了粉料的不稳定流动、沟流和溢流;消除了筒仓内的不流动区，形成先进先出，物料批次之间和不同高度上的料层之间基本去交叉，最大限度地避免了储存期间的结块问题、变质问题或偏析问题；颗粒料的密度在卸料时是常数，可以很好的控制物料，而且改善了计量式喂料装置的功能，物料的密实程度和透气性能将是均与的，流动的边界可预测，因此可有把握地用静态流条件进行分析

3.料仓的故障及防止措施

（1）粉体偏析：物体颗粒在运动成堆或从料仓中卸料时，由于颗粒密度，颗粒形状，表面形状等差异，常常产生物料的分级效应，使粉体层的组织呈不均匀的想象。

防止粉体偏析的措施：均与投料、料仓的构造、物料改性

（2）粉体静态拱（压缩拱、楔形拱、黏结黏附拱、气压平衡拱）

防止措施：改善料仓的几何形状及其尺寸，如加大卸料口、采用偏心卸料空、减小料仓的顶角；降低料仓的粉体压力；使仓璧光滑，减小料仓壁摩擦阻力；采取助流装置，如空气炮清堵器、仓璧振打器、振动漏斗和仓内搅拌器

4、气力输送：利用气流作用使粉体流态化。使颗粒状物料悬浮在空气中，然后借助空气或气体在管道内流动来输送干燥的散状固体粒子或颗粒物料的输送方法，通常称为气力输送。

八、超细粉末的制备

液相法：以均相的溶液为出发点，通过各种途径使溶质与溶剂分离，溶液形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，在经过一定温度处理后得到超细粉体。

①溶剂蒸发法：主要过程是将金属盐溶液先制成微小液滴，再加热使溶剂蒸发.溶质析成所需的超细粉体。冷冻干燥法（防止团聚）

喷雾干燥法：用喷雾器将金属盐溶液喷入高温介质中。溶剂迅速蒸发而析出金属盐的超微粉。

②喷雾热解法：把溶液喷入到高温的气氛中，溶剂的蒸发和金属盐的热风解同时迅速进行，从而直接制得金属氧化物超微粉的方法。

③沉淀法：直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法 是指原料溶液中添加适当的沉淀剂，经过化学反应生成不溶性的氢氧化物、碳酸盐。硫酸盐或醋酸盐等。后经过滤、洗涤、干燥。再将沉淀物加热分解得到所需的化合物粉末。④水解法：利用金属盐在酸性介质中强迫水解产生均匀分散的金属氧化物或水合氧化物，经过滤、洗涤加热分解来制备超微粉体的方法。

包括：无机盐水解法、醇盐水解法、微波水解法

⑤氧化还原法：将原料物质直接氧化、还原来合成金属及其氧化物粉末的方法。⑥水热法与溶剂热法

水热法：在特定的密闭的反应容器中，采用水溶液作为反应体系通过对反应体系加热（大于100度）而产生高压（大于9.81Mpa）使在常温常压下不溶或难溶的物质溶解、反应、并进行重结晶、从而实现无机材料的合成与制备的一种方法。

⑦溶胶—凝胶法：以有机盐或无机盐为原料、在有机介质进行水解、缩聚反应，使溶液经溶胶—凝胶化过程得到凝胶，凝胶经加热或冷冻干燥，最后煅烧得到超微粉的方法。⑧微乳液法：指两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳状液。在较小的微区内径成核聚结、团聚，热处理后得到纳米粒子。

固相法：机械粉碎法、固相化学反应法（高温固相反应法、室温固相反应法）、固态燃烧合成法（自蔓延高温合成、固态复分解法）

九、小于5um，颗粒对人体造成危害