超细粉体(1)

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1、超细粉体制备技术,授课教师：袁明亮 中 文 版 English Version 如有任何意见或建议，请联系 sea5203,目 录,第1章 概论 第2章 粉体细度的表征 第3章 粉体的分散 第4章 粉体力学 第5章 粉碎机理的解析 第6章 超细粉碎的设备与系统 第7章 超细粉体制备技术 第8章 超细粉体的分级 第9章 矿物粉体的表面改性 第10章 常温环境粉体两相分离与输送 第11章 超细粉体产品的生产工艺,第1章 概 论,1.1 粉体工程 1.2 粉体加工技术的应用范围,第2章 粉体细度的表征,2.1 颗粒的粒徑 2.2 颗粒的形状 2.3 颗粒粒度和形状的测量,第3章 粉体的分散,3.1

2、工业生产中的粉体分散 3.2 固体颗粒在空气中的分散 3.3 固体颗粒在液体中的分散,3.1 工业生产中的粉体分散,3.1.1 颗粒悬浮体分散的重要性 3.1.2 颗粒悬浮体分散的极限悬浮粒度 3.1.3 颗粒的流体动力学悬浮,3.2 固体颗粒在空气中的分散,3.2.1 颗粒粘结和颗粒间的作用力 3.2.2 颗粒在空气中的分散途径,3.3 固体颗粒在液体中的分散,3.3.1 固体颗粒的浸湿 3.3.2 固体颗粒在液体中的聚集状态 3.3.3 颗粒在液体中的分散调控 3.3.4 颗粒的聚集状态与颗粒粒度的关系,3.2.1 颗粒粘结和颗粒间的作用力,3.2.1.1 分子作用力是颗粒粘结的根本原因

3、3.2.1.2 颗粒间的静电作用力 3.2.1.3 颗粒在湿空气中的粘结,3.2.2 颗粒在空气中的分散途径,3.2.2.1 机械力分散 3.2.2.2 干燥 3.2.2.3 表面改性 3.2.2.4 静电分散,3.3.2 固体颗粒在液体中的聚集状态,3.3.2.1 颗粒间的相互作用力 a. 分子作用力 b. 双电层静电作用力 c. 溶剂化膜作用力 d. 高分子聚合物吸附层的空间效应 3.3.2.2 颗粒间作用力支配的颗粒聚集状态,3.3.3 颗粒在液体中的分散调控,3.3.3.1 介质调控 3.3.3.2 添加剂调控 3.3.3.3 机械力调控,第1章 概论,l.1粉体工程与粉碎分级 粉碎是

4、伴随人类从原始走向文明的基本技能。 从谷物的研磨到石器的加工 。 粉碎技术为人类向大自然攫取赖依生存的资源提供了有效的帮助。 直到工业化快速发展的当今时代，它仍起着越来越重要的作用。,1.1粉体工程与粉碎分级,物质 宏观 存在 流体和固体 固体物料： 多以粉粒状态存在。 粉碎分级 是粉体加工工艺中的一部分，几乎在所有与粉体工程有关的行业都与粉碎分级技术有着不可分割的联系。 粉体的概念、粉体工程学的起源、基础和背景。 粉体工程学 （颗粒学）,l，1粉体工程与粉碎分级,1.1.1粉体工程学 对粉体的研究，涉及到的学科和行业非常广泛。 粉体工程学 就是在现代科技综合化趋势下由相关学科交叉形成的。 它

5、在不同层次上对各专业学科所涉及粉粒体及其过程的共性问题进行研究，具有横断性。,l，1粉体工程与粉碎分级,粉体工程学的独特属性，首先体现在它以粉粒体作为物质存在的特殊形式为认识的基点。 探索粉粒体及有关过程的规律和解决应用问题为目标。 作为交叉学科它没有确切的研究规则和评价准则，而受具体研究对象的工艺特性和价值观的制约。,l，1粉体工程与粉碎分级,目前对学科和研究对象的命名不统一。 国际上可能采用的相关术语: Fine Particle, Powder和Bulk Solids 汉语的同义词：颗粒、粉体与散体。 颗粒是指几何尺寸相对于所研究约束空间尺度来说比较小的单个块状固体。 颗粒学； 从个体颗

6、粒出发。 粉体工程学：从集合体粉体和工程的观点出发。,l，1粉体工程与粉碎分级,1.1.2粉体工程学科形成的基础 交叉学科应该是对一个真正的科学机遇的反应，而不应该是人为形成的。（ H. A.西蒙诺贝尔奖获得者） 粉体工程学形成的基础： 1）知识储备一体化： 众多学科的粉粒体知识储备形成了一体化或正在向这个方向发展（除了各学科的工艺性差异外）；对粉粒体研究的界限日益模糊，所使用的语言和概念框架日益接近。,1.1粉体工程与粉碎分级,2）不同学科学者具有共同兴趣的问题： 在粉粒体知识储备中蕴含着不同学科学者共同感兴趣的一系列相互联系的具体问题。 （如超细粉碎和分级的问题就引起了材料、化工、电子、冶

7、金、医药等学科学者的共同关注。） 3）共性问题借助于不同学科的研究方法解决： 一些共同性的问题借助于不同学科所提供的工具、技术手段和研究技巧而得到了解决，如激光粒度测定和颗粒图象分析等。 4）学术的交流，行业学科的渗透。,1.1粉体工程与粉碎分级,粉体工程学新兴交叉学科的完善 概念 固体颗粒细化过程就有粉磨、磨矿、制粉、粉碎、打粉、研磨等不同的说法。 粉体工程学专业研究机构 适应粉粒体研究的多元性和交叉横断性特点。,1.1粉体工程与粉碎分级,1. 1. 3科学研究及其技术市场 在市场经济条件下，工程技术的发展需要来自生产应用中实际课题的推动。另一方面，技术研究成果需要广阔的技术市场来扩散销售，

8、达到推动生产力发展并获得经济效益的目的。 因而，对一门学科来说，其理论技术与生产应用之间的密切程度基本决定了该学科的发展前景。,1.1粉体工程与粉碎分级,粉体工程学学科的科学研究及其技术市场： 1）粉体工程学涉及面广、技术成果实用性和普遍性强，而具有广泛的课题来源和转移成果的技术市场。 立足于粉粒体及处理过程的这一基本点，粉体工程学面对来自众多行业的相似技术问题。 如同样的粉粒体混合过程涉及了医药、食品、精细化工、饲料、冶金、非金属材料等行业，混合均匀度直接影响各相关产品的质量，如何实现高均匀度混合成了一致的问题。,1.1粉体工程与粉碎分级,2）广泛的课题来源使粉体工程学的发展无行业限制，不易

9、受由于商品市场波动而造成行业兴衰的影响。 作为对固体物料进行深度加工的粉粒体技术，其新成果的应用需要在具体工艺的协作下才能推出新产品。,1.1粉体工程与粉碎分级,3）交叉的特点使粉体工程学串联了各相关学科的成果，形成针对粉粒体及处理过程的新技术成果，综合扩展了原成果的应用范围，在技术市场上起了穿针引线之功能。 1.2粉碎分级技术的应用范围 见表11,1.2粉碎分级技术的应用范围,1.2.1非金属矿物的加工 非金属矿产品是重要的工业资源，占矿物开采总量的大部分，达到300亿吨年。 非金属矿大部分经粉碎分级后直接用于农业、化工、造纸、塑料、橡胶和涂料等产品之中。 非金属矿的种类多，根据其用途对粒度

10、、粒度分布和纯度提出不同的要求。 1）涂布级高岭土 造纸：片状特性，高岭土颗粒的强力剪切。 涂布级的超细重质碳酸钙： 立方体，颗粒的体积粉碎和表面的研磨。,1.2粉碎分级技术的应用范围,2)硅灰石 复合材料增强用的硅灰石，在粉碎时应尽量保持它原始的针状结晶状态，使产品成为天然的短纤维增强材料。 强力冲击式粉碎 3）云母 由于它的多层结构，用做电介材料和珠光颜料。颗粒的径厚比。 作为珠光颜料的云母粉体,其表面不能有太多的划伤，否则影响光学效果。 应选用高压射流式粉碎机，利用颗粒内部层间的膨胀压力而将颗粒剥离，达到预期的粉碎效果。,1.2粉碎分级技术的应用范围,4）重质碳酸钙 橡胶和塑料的填料：是

11、由方解石或大理石经过粉碎分级而成。它的硬度较低，加工过程中要求有较高的白度。 雷蒙磨和球磨机或振动磨与分级机结合的冲击加超细研磨。 5）锆英砂 硅酸锆，原料中常含有铁、钛等杂质。性质稳定，耐磨（耗能超细粉碎），其微粉作为陶瓷釉料的乳浊剂。,1.2粉碎分级技术的应用范围,1.2.2材料工业的应用 1）水泥 常用的建筑材料。 A 生产量大，影响面大 我国水泥的产量已达五亿吨，需要粉磨的物料量高达十几亿吨。如此巨大的处理量,在生产过程中需要对原料和熟料分别进行粉碎研磨。 B 细度 随着对混凝土制品强度要求的提高，水泥的细度也在逐渐增加。原料细度的提高有利于改善原料各组分的混合均匀度，降低游离氧化钙的

12、含量。 水泥熟料的硬度较大，而细粉含量的高低在一定程度上决定了混凝土早期强度的高低。水泥的粒度分布对混凝土在不同龄期的强度有着决定性的影响。,1.2粉碎分级技术的应用范围,C 矿渣水泥、粉煤灰水泥 为了改善混凝土强度，降低水化热和减小收缩，近年来磨细矿渣、磨细粉煤灰等混凝土掺和料的用量逐年增加。 2）陶瓷工业 陶瓷工业的原料制备过程中需要对物料进行粉磨和混合。为了后续的挤压成型，多采用湿法的批次粉磨的工艺。 A 细 泥坯的流变性和成型烧结质量。一般说来，物料研磨的越细，泥坯的塑性越好，成型的产品率越高，烧结时的变形越小。 如果原料粉磨的越细，多种原料颗粒的混合度就越高，固相反应越均匀彻底，产品

13、的性能也就越好。,1.2粉碎分级技术的应用范围,B 铁 粉磨技术在陶瓷工业中应用的另一特点，研磨过程一定要避免金属物的污染。使用的衬板多为隧石、橡胶或聚氨酯等非金属材料，研磨介质采用球石或陶瓷磨球。采用高性能的超细搅拌磨。 3）橡胶、塑料 A 充填 橡胶、塑料等以高分子材料为基体的复合材料中，常常填充大量的无机粉体填料，目的是提高复合材料的硬度、强度等物理指标和赋予复合材料新的功能。降低成本，改善制品各方面性能。重质碳酸钙和滑石是目前最常用的无机粉状填料，具有价低、无毒、色白、质软等优点。,1.2粉碎分级技术的应用范围,B 改性 在对物料进行超细粉碎分级的基础上，对粉体表面进行改性是一项关键的工艺技术。 3）粉末冶金 粉末冶金等金属材料的生产过程中，由于金属的延展性，通过粉碎方法直接制取金属粉体原料困难较大。大量的金属粉体原料是通过粉碎金属氧化物的细粉，再还原得到。 微细锡、铜、锌粉 雾化,