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1、颗粒间的附着力颗粒间的附着力颗粒间的磁性力颗粒间的磁性力铁磁性物质，当其颗粒小到单畴临界尺寸以下时，铁磁性物质，当其颗粒小到单畴临界尺寸以下时，颗粒只含有一个磁畴，称为单畴颗粒颗粒只含有一个磁畴，称为单畴颗粒理论上铁的单畴临界尺寸约为理论上铁的单畴临界尺寸约为6.4nm，氧化铁约为氧化铁约为40nm。单畴颗粒是自发磁化的粒子，其内部所有原子的自单畴颗粒是自发磁化的粒子，其内部所有原子的自旋方向都已平行，无须外加磁场来磁化就具有磁性旋方向都已平行，无须外加磁场来磁化就具有磁性粉末的单畴颗粒之间存在磁性吸引力，很难分散粉末的单畴颗粒之间存在磁性吸引力，很难分散1技能教育颗粒间的附着力颗粒表面不平引
2、起的机械咬合力颗粒表面不平引起的机械咬合力两个颗粒间的引力或颗粒与固体平面的引力可两个颗粒间的引力或颗粒与固体平面的引力可以用高灵敏度的弹簧秤或天平测量。以用高灵敏度的弹簧秤或天平测量。测量颗粒与平面间的引力还可以用离心法。测量颗粒与平面间的引力还可以用离心法。颗粒间的引力还可以借测量粉末层的破断力，颗粒间的引力还可以借测量粉末层的破断力，根据其所含接触点的数目进行估算。根据其所含接触点的数目进行估算。2技能教育1.5 颗粒间的团聚性颗粒间的团聚性1.5.1 1.5.1 概概 述述1.5.2 1.5.2 团聚机理团聚机理1.5.3 1.5.3 聚团强度聚团强度3技能教育概述概述3 3、范德华力
3、的有效距离可达范德华力的有效距离可达50nm50nm，其次粉体在，其次粉体在空气中是自然荷电的，产生静电引力。粉体在空空气中是自然荷电的，产生静电引力。粉体在空气中极容易受潮吸水，产生液体力，。气中极容易受潮吸水，产生液体力，。 2 2、制粒过程比较复杂，细粒之间由各种作用力制粒过程比较复杂，细粒之间由各种作用力粘合在一起而形成颗粒粘合在一起而形成颗粒。1 1、粉体在空气中具有强烈的团聚性，根源？粉体在空气中具有强烈的团聚性，根源？ 4技能教育概述概述粉体的团聚粉体的团聚主要是由液主要是由液桥力造成桥力造成的，在干燥的，在干燥条件下是由条件下是由范德华力范德华力引起的。引起的。 颗颗粒粒的的团
4、团聚聚性性主主要要取取决决于于颗颗粒粒间间的的作作用用力力和和颗颗粒粒的的重重力之比。力之比。5技能教育 尺寸小于尺寸小于1um1um的的颗粒，粒，颗粒的粒的团聚准数大于聚准数大于10106 6，小小颗粒将在粒将在颗粒粒间的作用的作用下形成下形成团聚体聚体。 1.5.1 团聚机理团聚机理 颗粒间的作用力主要有哪些呢？颗粒间的作用力主要有哪些呢？1-1346技能教育颗粒的团聚和分散颗粒的团聚和分散 团聚团聚 颗粒在气相或液相中，颗粒间的作用力远颗粒在气相或液相中，颗粒间的作用力远大于颗粒的重力而形成聚合状态。大于颗粒的重力而形成聚合状态。改善颗粒的流动性、避免粉尘、易于包装等改善颗粒的流动性、避
5、免粉尘、易于包装等如混合操作等的困难如混合操作等的困难分散分散 颗粒间互不相干自由运动的状态。颗粒间互不相干自由运动的状态。遍及化工、冶金、食品、医药、涂料、造纸、建筑及遍及化工、冶金、食品、医药、涂料、造纸、建筑及材料等领域。材料等领域。分散及分散稳定性直接影响涂料、染料、油墨和化妆分散及分散稳定性直接影响涂料、染料、油墨和化妆品等的质量和性能；品等的质量和性能；复合材料及纳米材料制备的成败与超微粉体的分散稳复合材料及纳米材料制备的成败与超微粉体的分散稳定性紧密相连。定性紧密相连。7技能教育颗粒的团聚和分散颗粒的团聚和分散 颗粒的团聚根据其作用机理可以分为三种状态：颗粒的团聚根据其作用机理可
6、以分为三种状态：聚集体颗粒、凝聚体颗粒和絮凝体颗粒。聚集体颗粒、凝聚体颗粒和絮凝体颗粒。空气中颗粒的团聚与分散空气中颗粒的团聚与分散液体中颗粒的团聚与分散液体中颗粒的团聚与分散8技能教育颗粒在空气中团聚的最主要的原因：颗粒在空气中团聚的最主要的原因：范德华力范德华力、毛细力毛细力和静电力和静电力在空气中，颗粒的团聚主要是毛细力造成的在空气中，颗粒的团聚主要是毛细力造成的在非常干燥的条件下，是由范德华力造成的在非常干燥的条件下，是由范德华力造成的空气中保持超微粉体干燥是防止团聚的重要措施空气中保持超微粉体干燥是防止团聚的重要措施空气相对湿度超过空气相对湿度超过65%时，水蒸气在颗粒表面及颗粒间时
7、，水蒸气在颗粒表面及颗粒间凝聚，颗粒间因毛细力而大大增强了团聚作用凝聚，颗粒间因毛细力而大大增强了团聚作用颗粒在空气中分散的主要途径有四种：颗粒在空气中分散的主要途径有四种：机械分散、干燥分散、表面改性、静电分散。机械分散、干燥分散、表面改性、静电分散。空气中颗粒的团聚与分散空气中颗粒的团聚与分散9技能教育空气中颗粒的分散空气中颗粒的分散机械分散机械分散用机械力把颗粒聚团打散，是常用的分散手段用机械力把颗粒聚团打散，是常用的分散手段机械分散所用机械力（流体的剪切力及压应力）机械分散所用机械力（流体的剪切力及压应力）大于颗粒间的作用力大于颗粒间的作用力通常机械力是由高速旋转的叶轮或高速气流喷射通
8、常机械力是由高速旋转的叶轮或高速气流喷射及冲击作用所引起的气体湍流运动所造成的及冲击作用所引起的气体湍流运动所造成的较易实现较易实现有可能重新粘结聚团有可能重新粘结聚团可能导致脆性颗粒被粉碎可能导致脆性颗粒被粉碎机械设备磨损后分散效果下降机械设备磨损后分散效果下降10技能教育空气中颗粒的分散空气中颗粒的分散干燥分散干燥分散毛细力往往是分子间范德华力的十几倍或者几十毛细力往往是分子间范德华力的十几倍或者几十倍，在潮湿空气中，颗粒间形成的液桥是颗粒聚倍，在潮湿空气中，颗粒间形成的液桥是颗粒聚团的主要原因。因此，杜绝液桥的产生或破坏已团的主要原因。因此，杜绝液桥的产生或破坏已形成的液桥是保证颗粒分散
9、的主要手段之一。形成的液桥是保证颗粒分散的主要手段之一。在生产过程中，常采用加温干燥处理。例如，矿在生产过程中，常采用加温干燥处理。例如，矿粒在静电分选前往往加温至粒在静电分选前往往加温至200左右以除去水左右以除去水分，保证物料的松散。分，保证物料的松散。11技能教育颗粒的团聚和分散 空气中颗粒的团聚与分散空气中颗粒的团聚与分散表面改性表面改性采用物理或化学方法对颗粒进行处理，有目的地采用物理或化学方法对颗粒进行处理，有目的地改变其表面物理化学性质的技术，提高其分散性。改变其表面物理化学性质的技术，提高其分散性。不同改性剂不同使用量分散效果也不一样。不同改性剂不同使用量分散效果也不一样。 1
10、2技能教育颗粒的团聚和分散 空气中颗粒的团聚与分散空气中颗粒的团聚与分散静电分散静电分散对于同质颗粒，由于表面带点相同，静电力反而对于同质颗粒，由于表面带点相同，静电力反而排斥，因此，可以用静电力进行颗粒分散，问题排斥，因此，可以用静电力进行颗粒分散，问题的关键是如何使颗粒群充分带电。的关键是如何使颗粒群充分带电。采用接触带电、感应带电等方式可使颗粒带电采用接触带电、感应带电等方式可使颗粒带电最有效的方法是电晕带电，使连续供给的颗粒群最有效的方法是电晕带电，使连续供给的颗粒群通过电晕放电形成使颗粒带电。通过电晕放电形成使颗粒带电。 13技能教育 颗粒表面颗粒表面润湿性润湿性对粉体的分散具有重要
11、意义，是粉对粉体的分散具有重要意义，是粉体分散、固液分离、表面改性和造粒等工艺的理论基体分散、固液分离、表面改性和造粒等工艺的理论基础。固体颗粒被润湿的过程主要基于颗粒表面对该液础。固体颗粒被润湿的过程主要基于颗粒表面对该液体的润湿性。体的润湿性。液体中颗粒的团聚与分散液体中颗粒的团聚与分散固固- -液液- -气三相界面张力平衡时气三相界面张力平衡时 14技能教育=00，称为完全润湿或铺展；，称为完全润湿或铺展；00900，固体能为液体所润湿，固体能为液体所润湿9001800，固体不为液体所润湿，固体不为液体所润湿 水银水银/玻璃玻璃杨杨(Young)方程方程 15技能教育颗粒的团聚和分散 液
12、体中颗粒的分散液体中颗粒的分散调节颗粒在液体中分散性与稳定性的主要途径：调节颗粒在液体中分散性与稳定性的主要途径：通过改变分散性与分散介质的性质调控通过改变分散性与分散介质的性质调控Hammaker常数，常数，使其变小，颗粒间吸引力下降；使其变小，颗粒间吸引力下降；调节电解质及定位离子的浓度，使双电层厚度增加，增大调节电解质及定位离子的浓度，使双电层厚度增加，增大颗粒间排斥作用；颗粒间排斥作用；选用附着力较强的聚合物和聚合物亲和力较大的分散介质，选用附着力较强的聚合物和聚合物亲和力较大的分散介质，增大颗粒间排斥力。增大颗粒间排斥力。颗粒在液体中的分散调控手段大体可分为介质调控、分散颗粒在液体中
13、的分散调控手段大体可分为介质调控、分散剂调控、超声调控和机械调控。剂调控、超声调控和机械调控。16技能教育液体中颗粒的分散液体中颗粒的分散介质调控介质调控根据颗粒的表面性质选择适当的介质可以获得充根据颗粒的表面性质选择适当的介质可以获得充分分散的悬浮液。分分散的悬浮液。选择分散介质的基本原则是相同极性原则：选择分散介质的基本原则是相同极性原则：非极性颗粒易于在非极性液体中分散非极性颗粒易于在非极性液体中分散极性颗粒易于在极性液体中分散极性颗粒易于在极性液体中分散17技能教育颗粒的团聚和分散 液体中颗粒的分散液体中颗粒的分散分散剂调控分散剂调控颗粒在液体中的良好分散所需的物理化学条件，颗粒在液体
14、中的良好分散所需的物理化学条件，主要是通过加入适量的分散剂来实现的，分散剂的主要是通过加入适量的分散剂来实现的，分散剂的加入强化了颗粒间的相互排斥作用。加入强化了颗粒间的相互排斥作用。常用的分散剂：无机电解质，表面活性剂和高分常用的分散剂：无机电解质，表面活性剂和高分子分散剂。子分散剂。18技能教育液体中颗粒的分散液体中颗粒的分散超声调控超声调控超声调控是把需要处理的工业悬浮液置于超声场超声调控是把需要处理的工业悬浮液置于超声场中，控制恰当的超声频率及作用时间，使颗粒充分中，控制恰当的超声频率及作用时间，使颗粒充分分散。分散。超声分散主要是由超声频率和颗粒粒度的相互关超声分散主要是由超声频率和
15、颗粒粒度的相互关系决定的。其作用主要在两个方面：系决定的。其作用主要在两个方面：空化效应产生的强烈振动波；空化效应产生的强烈振动波；对超声波的吸收而产生的各组分的共振效应。对超声波的吸收而产生的各组分的共振效应。19技能教育液体中颗粒的团聚与分散液体中颗粒的团聚与分散机械调控机械调控机械搅拌是通过强烈的机械搅拌方式引起液体强机械搅拌是通过强烈的机械搅拌方式引起液体强湍流运动产生冲击、剪切及拉伸等机械力而使颗粒湍流运动产生冲击、剪切及拉伸等机械力而使颗粒团聚体碎解悬浮。团聚体碎解悬浮。机械搅拌的主要问题是，一旦颗粒离开机械搅拌机械搅拌的主要问题是，一旦颗粒离开机械搅拌产生的湍流场，外部环境复原，
16、颗粒又有可能重新产生的湍流场，外部环境复原，颗粒又有可能重新形成聚团。形成聚团。 20技能教育1.5.2 聚团强度聚团强度 颗粒的聚团强度随颗粒尺颗粒的聚团强度随颗粒尺寸的减小而迅速增加寸的减小而迅速增加 。1-14821技能教育粉体的润湿特性粉体的润湿特性依粉料被水润湿的过程，水分主要以四种形态出现并起作用：毛细管水毛细管水毛细管状态毛细管状态 capillary state重力水重力水 浸渍状态浸渍状态 immersed state吸附水吸附水 摆动状态摆动状态 Pendular state薄膜水薄膜水 链锁状态链锁状态 Funicular state22技能教育粉体的润湿特性吸附水：粉体
17、不仅比表面积较大，且其颗粒表面具有过粉体不仅比表面积较大，且其颗粒表面具有过剩的能量。颗粒表面带有一定的电荷，在颗粒剩的能量。颗粒表面带有一定的电荷，在颗粒表面的空间形成电场，在电场范围内的极化水表面的空间形成电场，在电场范围内的极化水分子和水化阳离子被吸附于颗粒表面。水分子分子和水化阳离子被吸附于颗粒表面。水分子由于具有偶极性而中和了上述电荷，颗粒表面由于具有偶极性而中和了上述电荷，颗粒表面的过剩表面能将由于放出润湿热而减小，结果的过剩表面能将由于放出润湿热而减小，结果在颗粒表面形成一吸附水层。在颗粒表面形成一吸附水层。 吸附水的形成，不一定是颗粒浸入水中，或在颗粒层中加吸附水的形成，不一定
18、是颗粒浸入水中，或在颗粒层中加入液态水。即使干燥颗粒还会吸收大气中的气态水分子。入液态水。即使干燥颗粒还会吸收大气中的气态水分子。 23技能教育吸吸附附水水层层厚厚度度并并不不恒恒定定，它它与与物物料料成成分分、亲亲水水能能力力、颗颗粒粒大大小小与与形形状状、吸吸附附离离子子的的成成分分及及外外界界条条件件( (物物料料中中水水蒸蒸汽汽的的相相对对压压力力及及温温度度) )等等有有关关。当当粉粉料料孔孔隙隙中中相相对对湿湿度度为为100100时时的的吸吸附附水水含含量量，称称为为最最大大吸吸附附水水含量。含量。 吸附水具有非常大的粘滞度、弹性和抗剪吸附水具有非常大的粘滞度、弹性和抗剪强度，它不
19、能在粉粒间自由移动，因而当物强度，它不能在粉粒间自由移动，因而当物料呈颗粒状时料呈颗粒状时( (粒度约粒度约0.1-1.0mm)0.1-1.0mm)，若仅有，若仅有吸附水，则仍是分散状态。但象粘土那样的吸附水，则仍是分散状态。但象粘土那样的约约1m1m的细粉料，吸附水也能使它成为硬块。的细粉料，吸附水也能使它成为硬块。24技能教育薄膜水：粉粒进一步被润湿时，在吸附水周围形成薄膜粉粒进一步被润湿时，在吸附水周围形成薄膜水，这是出于颗粒表面吸附水后还有剩余的未水，这是出于颗粒表面吸附水后还有剩余的未被平衡掉的范德华分子力被平衡掉的范德华分子力(主要是表面引力，其主要是表面引力，其次是吸附水内层的分
20、子引力次是吸附水内层的分子引力)，因为水的偶极分，因为水的偶极分子围绕水层成定向排列，以及多少受到些扩散子围绕水层成定向排列，以及多少受到些扩散层离子的水化作用，所以薄膜水和颗粒表面的层离子的水化作用，所以薄膜水和颗粒表面的结合力要比吸附水弱得多，其分子的活动自由结合力要比吸附水弱得多，其分子的活动自由度较大。度较大。 25技能教育薄膜水：极其相邻的等径颗粒极其相邻的等径颗粒A和和B，若颗粒，若颗粒A的水膜较厚，位的水膜较厚，位于于F处的薄膜水距颗粒处的薄膜水距颗粒B的的中心较距颗粒中心较距颗粒A的中心近，的中心近，因此薄膜水因此薄膜水F开始向颗粒开始向颗粒B移动，即颗粒移动，即颗粒A周围较厚
21、的周围较厚的水膜开始向颗粒水膜开始向颗粒B移动，直移动，直至两者水膜厚度相等为止。至两者水膜厚度相等为止。 26技能教育薄膜水：acab+cd时，时，ebfd内的薄膜水内的薄膜水,同时受到两个颗粒的电分子引同时受到两个颗粒的电分子引力作用而具有较大的粘性。力作用而具有较大的粘性。颗粒间距离越小，薄膜水粘性颗粒间距离越小，薄膜水粘性就越大，颗粒就越不易发生相就越大，颗粒就越不易发生相对移动；因此，薄膜水厚度影对移动；因此，薄膜水厚度影响粉料的物理力学性质响粉料的物理力学性质(如成球如成球性、压缩性、可塑性等性、压缩性、可塑性等) 。电分子引电分子引力半径力半径吸附水和薄膜水合起来即组成分子结合水
22、，在粉吸附水和薄膜水合起来即组成分子结合水，在粉体力学上可视作为颗粒的外壳，在外力的作用下，体力学上可视作为颗粒的外壳，在外力的作用下，它和颗粒一起变形，并且分子水膜使颗粒彼此粘它和颗粒一起变形，并且分子水膜使颗粒彼此粘结。结。27技能教育粉体的润湿特性毛细管水：当粉料继续被润湿到超过最大分当粉料继续被润湿到超过最大分子结合水分时，就形成了毛细管子结合水分时，就形成了毛细管水。它是颗粒的电分子引力作用水。它是颗粒的电分子引力作用范围以外的水分。毛细管水分能范围以外的水分。毛细管水分能够将颗粒拉紧靠拢，此乃由于在够将颗粒拉紧靠拢，此乃由于在毛细管内呈负压之故。毛细管内呈负压之故。28技能教育毛细
23、管水：两半径两半径r的颗粒间毛细管吸引力的颗粒间毛细管吸引力F液体的表面张力液体的表面张力 愈大，毛细管的愈大，毛细管的吸引力吸引力F也愈大，而单位面积内的也愈大，而单位面积内的结合力则随着粒径缩小而增加。结合力则随着粒径缩小而增加。毛细管水能在毛细管负压的作用下和在毛细管水能在毛细管负压的作用下和在引起毛细管形状和尺寸改变的外力作用引起毛细管形状和尺寸改变的外力作用下发生较快的迁移。亲水物料的毛细管下发生较快的迁移。亲水物料的毛细管水的迁移速度比较大。水的迁移速度比较大。29技能教育粉体的润湿特性重力水：重力水：当粉料完全被水浸透时，还可能存在重力水。它当粉料完全被水浸透时，还可能存在重力水。它与上述的吸附力无关，它是在重力和压力差的作与上述的吸附力无关，它是在重力和压力差的作用下发生移动的自由水，具有总是向下运动的性用下发生移动的自由水，具有总是向下运动的性能。重力水对颗粒具有浮力。能。重力水对颗粒具有浮力。30技能教育思考题空气中颗粒团聚的主要原因是什么？什么作用力起主要作用？非常干燥条件下又是什么作用力其主要作用？颗粒在空气中和液体中分散的主要途径有哪些？31技能教育
