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1、碎散物料的粒度组成与粒度分析,主要内容,1.1粒度及粒度分析 1.2筛分分析 1.3粒度特性和粒度特征方程,主要了解粒度及粒度分析方法，筛分分析方法及由筛分分析结果所绘制的粒度特性曲线等概念。,颗粒的大小是指颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。常用粒径和粒度两个术语来述，其用法和含义有所不同。 （1）粒径（Particle diameter）是以单颗粒为对象，表示颗粒的大小； （2）粒度（Particle size ）则以颗粒群为对象，表示所有颗粒大小的总体概念，包含有颗粒群的平均粒度和粒度分布（组成）。,1.1 粒度及粒度分析 1.1.1 粒度及其表示方法,1.1 粒度及粒度分析,规则颗粒的粒
2、径：如颗粒是理想的规则几何体，用13个特征长度准确地描述其形状及大小。 非规则颗粒的粒径：常用一个长度量纲名义直径表示，通常采用的名义直径有：轴径、球当量直径、投影面积直径等。,1.1 粒度及粒度分析, 轴径：是指颗粒的特征线段的算术或几何平均值。 二轴平均径：平面图形长径和短径的算术平均值 db(L+b) 三轴平均径：立体图形三维尺寸的算术平均值 dc(L+b+h)/3,1.1 粒度及粒度分析, 球当量直径：是指与颗粒同性质的球体直径 球体积直径： （V为颗粒实际体积） 球面积直径： （S为颗粒的表面积） 自由降落直径 ：,1.1 粒度及粒度分析,（3）投影面积直径：是指与颗粒的投影面积相同
3、的圆的 直径。,1.1 粒度及粒度分析,1.1 粒度及粒度分析,（3）粒级用某种方法（如筛分）将粒度范围宽的物料分离成若干个粒度范围窄的级别，这些级别称为粒级，各粒级均以其上限d1及下限d2表示，如d1 d2或d2 d1或-d1+d2 。 （4）粒度组成上述各粒级按粗、细不同顺序排列，并指明各粒级占物料群总量的质量百分率，这种资料称为粒度组成。它描述物料群的粒度分布情况，通常以粒度组成表表示。（如下表数据）,表1-1 碎散物料粒度组成,1.1 粒度及粒度分析,图11 XSB88型标准振筛机,1.1 粒度及粒度分析,（5）平均粒度 (1)对 的粒级,即粒度范围较窄的物料群,其平均粒度取其平均值
4、。 (2)对于粒度范围较宽的物料群,通常有数个粒级，要用统计学上求平均值的方法计算其加权算术平均粒度、加权几何平均粒度，或加权调和平均粒度。,1.1 粒度及粒度分析,1.1 粒度及粒度分析,式中，ri是平均粒度为di的粒级占物料总量的质量百分率。,由于 ，故有,对同一物料群采用不同的计算方法所得到的平均粒度值是不同的，一般 ：,1.1 粒度及粒度分析,为了说明物料粒度的均一程度，引入偏差系数k是来描述散料中各粒级的不均布程度。,通常认为，k60时，散料的各粒级分布依次是均匀的、较均匀的、不均匀的。,1.1 粒度及粒度分析,1.1.2 粒度分析方法（The methods of particle
5、-size analysis) 1、筛分分析法 screening analysis 2、水力沉降分析法 hydraulic settling analysis 3、显微镜分析法 microscope analysis,1.1 粒度及粒度分析,1、筛分分析法 此法是利用筛孔大小不同的一系列筛子对散料筛分，n层筛子可把物料分成（n+1）个粒级，各粒级的上、下限通常就取相应筛子的筛孔尺寸。 -d1，d1d2，d2d3，dn-1dn，dn 该方法的优点：设备简单，易于操作； 缺点：筛分结果受颗粒形状和筛分时间影响。 适用范围：0.04mm100mm的散粒。 一般：干筛的分级粒度范围0.1mm100m
6、m； 湿筛的分级粒度范围0.04mm0.1mm。,1.1 粒度及粒度分析,2、水力沉降分析法 此法是利用水力分析装置，根据不同粒度的颗粒在水介质中沉降速度不同而分成若干粒级。 适用范围：175m 特点：不象筛分分析方法那样严格按颗粒的几何尺寸分级，而按沉降速度分级。因水力沉降过程受颗粒密度和形状的影响，密度大的小颗粒与密度小的大颗粒有可能进入同一个粒级。,1.1 粒度及粒度分析,图12 淘析分离装置图 1玻璃杯，2虹吸管，3夹子，4溢流收集器，5底座，6毫米刻度纸条,1）淘析法,基本原理,水力沉降分析法中最简单而又比较准确的一种方法。,利用渐进缩短沉降时间的方法，由细至粗的逐步将各粒级物料自试
7、料中淘析出来。,称50100g待淘析矿浆放进一小烧杯内加水润湿，把气泡赶走； 将试料倒进25L的透明带毫米刻度的器皿内，加水至标明的刻度h处，用带橡皮头的玻璃棒强烈搅拌，使试料悬浮； 停止搅拌，待矿液面基本平静后即开始按秒表计时，经过时间t（由淘析出的粒级大小决定）后打开虹吸管夹子3，将h高的矿浆全部吸出； 重新加水至刻度h处重复第2步和第3步的操作，经多次反复直至吸出的液体不混浊为止； 将析出产物沉淀过滤、烘干、称重，即可算出该粒级的产率。 此法通过改变时间t（由长到短）而分别得出各粒级（由细到粗）的产物并算出其对应的产率。,2）上升水流法,优 点：可以连续地分出各个粒级产物，结果准确。,工
8、作原理,根据矿粒在上升水流中的自由沉降规律，利用上升水流，在相同的流量下，在不同直径的分级管中，产生不同的上升水速，使粒度不同的矿粒按其不同的沉降速度分成若干粒度级别。,图13 串联旋流分级器 1、2、3、4、5旋流器，6试样容器，7压力表，8流量控制阀，9转子流量计， 10温度计，11给水管，12泵，13最终溢流,3）旋流水析分级法,工作原理： 旋流水析仪利用离心沉淀原理代替重力沉降原理进行物料分级，其离心沉降过程发生在旋流器内，含有物料的液流沿切向给入旋流器后，即围绕溢流管高速旋转。在离心的作用下，液流沿着圆锥向上进入顶部容器，在容器里颗粒受到强烈的扰动并趋向于返回到旋流器的锥体部分，在返
9、回途中又受到离心力作用。分离限度以上的颗粒从水流中脱离出来进入底流容器或遗留在旋流器内。分离限度以下的颗粒在中心轴向回流的作用下，被卷入溢流而排走。,3、显微镜分析法 此法是利用显微镜观察微细颗粒的大小和形状。 适用范围：0.150m。 特点：直观。,1.1 粒度及粒度分析,根据光学仪器的分辨距离，普通光学显微镜测量粒度的范围大致以 0.3200m为宜；透射电子显微镜测量范围为1nm5m；扫描电子显微镜的分辨能力比透射电子显微镜低，测量的最小粒度约为10nm。,图14 粉煤灰扫描电镜照片,放大1000倍,放大5000倍,1.1 粒度及粒度分析,4激光粒度分析法 光在行进的过程中遇到粉体颗粒时，
10、将偏离于原来的传播方向继续传播，这种现象称为光的散射或者衍射。颗粒尺寸越小，散射角越大；颗粒尺寸越大，散射角越小；激光粒度仪就时通过测量颗粒的散射光强度或偏振情况、散射光通量或透过光的强度来确定粒度大小的。 图15为Malvern激光测粒仪的光路系统。它采用HeNe激光，利用衍射散射的角分布随粒径改变的原理来求颗粒群粒度分布。测量范围为0.51800m。,图15 Malvern激光测粒仪的光路简图,1.1 粒度及粒度分析 (自学内容）,图16 粉煤灰合成沸石的激光粒度分布图,1.1 粒度及粒度分析,5电传感法 电传感法是将被测颗粒分散在导电的电解质溶液中，在该导电液中置一开有小孔的隔板，并将两
11、个电极分别于小孔两侧插入导电液中。在压差作用下，颗粒随导电液逐个地通过小孔。每个颗粒通过小孔时产生的电阻变化表现为一个与颗粒体积或直径成正比的电压脉冲。 仪器对脉冲按其大小归档（颗粒体积或粒度的间隔），进行计数，因此可以给出颗粒体积或粒度（体积直径）的个数分布。通常测量范围约为 0.4800m。,图17 电传感器原理,1.1 粒度及粒度分析,表12 常见矿物粒度的测量分析方法,颗粒的形状,颗粒的形状可归纳为一下几种: 球状（圆球形体）、浑圆状（不规则圆状）、多角状（具有清晰边沿或粗糙的多面形体）、不规则体（无任何对称性的形体）、粒状（具有大体相同量纲的不规则形体）、片状（板片状形体）、枝状（树
12、枝状形体）、纤维状（规则或不规则的线状体）、多孔状（表面或体内有发达的孔隙）等。,颗粒形状与物性之间存在着密切的关系，它对颗粒群的许多性质产生影响。在矿物加工中，颗粒的形状是一个重要的几何特征。,颗粒的轮廓边界或表面上各点的图像，称作颗粒的形状。,附1.1 颗粒的形状分析 （自学内容）,颗粒形状的定量分析已有许多方法，常用的有以下几种： （1）形状系数 （shape coefficient） 它是根据颗粒的面积和体积两个特征导出的。设颗粒的直径为d，体积为V，面积为S，则有,表面形状系数： s=S/d2 体积形状系数： v =V/d3 比表面形状系数：sv =s/v,其中，直径d对于规则颗粒为
13、三轴平均径dc ，对于不规则颗粒为投影面积直径da,附1.1 颗粒的形状分析,表1-3 颗粒的形状系数,（2）形状指数（shape index）,形状指数和形状系数不同，它和具体的物理现象无关，只用数学表达式来描述颗粒的外形。常见的形状指数有球形度、粗糙度、伸长度和扁平度等。 球形度：,表15 颗粒的球形度,附1.1 颗粒的形状分析,伸长度： n =长径/短径 = l / b 扁平度： m =短径/厚度 = b / h,粗糙度 ：,粗糙度直接关系到颗粒间摩擦、黏附、吸水性以及孔隙率等物理化学现象，是一个不容忽视的参数。,附1.1 颗粒的形状分析,颗粒的表面积,颗粒的表面积包括内表面积和外表面积
14、两部分。外表面积是指颗粒轮廓所包络的表面积，它由颗粒的尺寸、外部形貌等因素所决定。内表面积是指颗粒内部孔隙、裂纹等的表面积。,附1.1 颗粒的形状分析,比表面积,单位体积(或单位质量)物体的表面积，称为该物体的比表面积。,颗粒是细化的固体，粒度越细的粒群，其表面积越大。,或,附1.1 颗粒的形状分析,（1）BET吸附法,BET吸附法是在试样颗粒的表面上吸附截面积已知的吸附剂分子，根据吸附剂的单分子层吸附量计算出试样的比表面积，然后换算成颗粒的平均粒径。,附1.1 颗粒的形状分析,实验可测得一系列的P和V，以 对 作图为一直线，由该直线的斜率和截距可以求得Vm，再由Vm值及吸附气体分子的截面积A
15、，可计算出试样的比表面积Sw，即,若以N2作吸附质，在液氮温度时，1个分子在吸附剂表面所占有的面积为16.2 A2，上式可简化为：,式中：V0 1mol气体在标准状况下(0,101.325kPa) 的体积； A 1个吸附质气体分子的截面积； NA 阿佛加德罗常数，6.0221023 。,附1.1 颗粒的形状分析,（2）气体透过法,气体透过法的理论根据是kozeny Carman关于层流状态下气体通过固定颗粒层时透过流动速度与颗粒层阻力的关系式。,P粉体层的阻力； L 粉体层的厚度； 气体的粘度； u 气体的透过流动速度； 粉体层的空隙率。,附1.1 颗粒的形状分析,1.2.1.标准筛分分析 筛序：标准筛按筛孔由大到小从上到下排列。 筛比：在叠好的筛序中，每个相邻的筛子的筛孔尺寸之比。 基筛：有些标准筛有一个作为基准的筛子。 主要的标准筛类型： A 泰勒标准筛 这种筛制是筛网每1in（25.4mm）长度上所占有的筛孔数目作为筛子号码的名称。 网目：1in长度中筛孔数目，简称目。 例：200目的筛子，即指1in的长度上有200筛孔。,1.2 筛分分析,泰勒筛制有两个序列： 一是基本序列，其筛比为 =1.414 ， 二是附加序列，其筛比为 =1.189， 基筛为200目的筛子，其筛孔尺寸是0.0
