粉体科学与工程基础

第一篇：粉体科学与工程基础

第一章

2．什么是超微粉体的表面效应和量子尺寸效应？

答：前者指：随着尺寸的减小，表面原子数量占颗粒总原子数量的比例增加，而表面原子因一侧失去最邻近原子的成键力，引起表面原子的扰动，使得表面原子和近表面原子距离较体内原子大，并产生“再构”现象。这种再构会改变表面及近表面区的对称性，并影响所有对结构敏感的性质。同时随着尺寸的减小，颗粒比表面积和表面能增加，使得颗粒表面的活性大大提高，由此产生所谓超细粉体的表面效应。

后者指：当颗粒尺寸减小到某一值时，金属费米能级附近，相邻的电子能级由准连续态变为离散态的现象。

第二章

1．单颗粒的粒径度量主要有哪几种？各自的物理意义是什么？

答： 轴径是指：以颗粒某些特征线段，通过某种平均方式，来表征单颗粒的尺寸大小。

球当量径是指：用与颗粒具有相同特征参量的球体直径来表征单颗粒的尺寸大小。

圆当量径是指：用于颗粒具有相同投影特征参量的圆直径来表征单颗粒的尺寸大小。

定向径是指：在以光镜进行颗粒形貌图像的粒度分析中，对所统计的颗粒尺寸度量，均与某一方向平行，且以某种规定的方式获取每个颗粒的线性尺寸，作为单颗粒的粒径。

2．粉体分布方程的主要形式有哪几种？各自使用的范围是什么？ 答：（1）.正态分布，某些气溶胶和沉淀法制备的粉体，起个数分布近似符合这种分布。（2）.对数正态分布，大多数粉体，尤其是粉碎法制备的粉体较为符合对数正态分布器频度曲线是不对称的，曲线峰值偏向小粒径一侧。

（3）.Rosin-Rammler分布，对于粉体产品或粉尘，特别在硅酸盐工业中，如煤粉、水泥粉碎产品较好的符合该分布。

（4）.Gates-Gaudin-Schumann分布，对于某些粉碎产品，如颚式破碎机、輥式破碎机和棒磨机等粉碎产品较好的符合该分布。4.颗粒形状影响粉体哪些重要的性质？

答：颗粒形状影响粉体的比表面积、流动性、堆积性、附着性、流体透过阻力、化学反应活性和填充材料的增强、增韧性等。

7．在粉体的比表面积定义中，粉体颗粒的总表面积指的是什么面积？

答：指的是颗粒轮廓表面积与呈开放状态的颗粒内部空隙、裂缝表面积之和。

第三章

1．影响颗粒堆积结构的主要因素有哪些？

答：第一类涉及颗粒本身的集合特性，如颗粒大小、粒度分布及颗粒形状；第二类涉及颗粒间作用力和颗粒堆积条件，如颗粒间接触点作用力形式、堆积空间的形状与大小和外力施加方式与强度等条件。

4．如何理解粗、细二组元混合颗粒堆积理论对致密堆积的指导意义？ 答：（1）当组分接近百分之百为粗颗粒时，堆积体的表观体积由粗颗粒决定，细颗粒作为填充进入粗颗粒的空隙中，细颗粒不占有堆积表观体积；

（2）当组分接近百分之百为细颗粒时，细颗粒形成空隙并堆积在粗颗粒周围，堆积体的表观体积为细颗粒的表观体积和粗颗粒的体积之和。

6．粉体致密堆积的经验有哪些？

答：（1）用单一粒径尺寸的颗粒，不能满足致密堆积对颗粒级配的要求；

（2）采用多组分且组分粒径尺寸相差较大的颗粒，可较好的满足致密堆积对粒度与级配的要求；

（3）细颗粒数量应足够填充堆积体的空隙，两组分时，粗、细数量比例约为7：3；三组分时，粗、中、细颗粒数量比例约为7：1：2时，相对而言，可更好的满足致密堆积对粒度与级配的要求。

（4）在可能的条件下，适当增大临界颗粒（粗颗粒）尺寸，可较好地满足致密堆积对粒度与级配的要求。

第四章

1.颗粒间的内聚力有哪些？

答：范德华力Fv 静电吸引力Fe 液体桥联力Flb 固体桥联力Fsb。

2.为什么说分子间作用是短程力，对颗粒间的分子作用力是长程力？

答：对于块状固质，范德华力是短程力，但是，对由于极大量分子集合体构成的体系—颗粒来说，这种分子力随着颗粒间距离的增大其衰减程度明显变缓。这是由于尺寸微小且相对分散的颗粒，分别集合了大量分子，使分子间作用力形成协同作用效果。因此，对颗粒来说，范德华力可在表面最短距离l约100nm范围内起作用，而通常认为，固体紧密接触时表面距离可达l=0.4nm，所以，颗粒间的范德华力是不能忽视的。8.粉体层开放屈服强度的概念是什么？如何获取粉体层开放屈服强度？

答：在一壁面勿摩擦的理想圆柱型筒体内装入粉体，并在粉体层表面施加一密实压应力使粉体具有一定的密实强度。取下筒体，在侧壁勿任何约束力作用的情况下，若已成型的粉体能承受某一最大压应力而不溃塌，则表明粉体具有与最大压应力相等的密实强度。这一强度称为粉体层开放屈服强度。

粉体层开放屈服强度可通过粉体层屈服轨迹和莫尔圆获得。做一与屈服轨迹相切的莫尔圆，该圆与σ轴的交点即为粉体层开放屈服强度。

9.粉体流动函数的概念是什么？与粉体流动性之间关系如何？

答：粉体流动函数FF定义为FF=σ1/fc。在一定密实应力σ1作用下，开放屈服强度fc小的粉体，FF值较大，即流动性好。当fc为0时，FF趋近与无穷大。粉体能完全自由流动。

第五章

2.流体对颗粒的运动阻力由哪两部分组成？阻力系数与颗粒雷诺数之间的关系？ 答：由粘性阻力和惯性阻力组成。阻力系数C=f（Rep）

第六章

3.颗粒的晶格比热容随颗粒尺寸变化的机理是什么？

答：德拜比热容理论认为：当温度较高时，晶体比热容基本不随温度变化，当温度低于

433德拜温度时，晶格比热容和德拜温度的比值有以下关系： Cv=12π RT/5ΘD 5.光波在颗粒分散体系中的散射机理是什么？ 答：瑞利散射 米氏散射 夫琅禾费散射

7.颗粒的光吸收机理是什么？光吸收现象有何应用意义？

答：机理：由于光传播时的交变电磁场与颗粒的分子相互作用，使颗粒分子中的电子出现受迫振动，而维持电子振动所消耗的能量，变为其他形式的能量而耗散掉。

应用：光照吸收材料用于电镜、核磁共振、波普仪和太阳能利用，还可以防止红外线、防雷达的隐身材料等。其中金的超微颗粒，不仅吸光率高，而且其在可见光至红外线区域内，光的吸收率不随波长而变化，因此可作为红外传感材料。

第七章

2．颗粒表面活性位与颗粒表面几何形状之间的关系是什么？

答：随着颗粒尺寸的减小，完整晶面在颗粒总表面上所占的比例减小，键力不饱和的质点占全部质点的比例增多，从而大大提高了颗粒的表面活性。颗粒表面活性取决于两个因素：其一，比表面积大小，其二，断裂面的集合形状。

6．颗粒在溶剂中对高分子表面活性剂的吸附建有哪几种主要类型？吸附特点是什么？ 答：（1）氢键.键合是非离子型高分子表面活性剂在鳄梨表面吸附的主要原因.（2）共价键.高分子表面活性剂与颗粒表面生成配位键.（3）疏水键.高分子表面活性剂的疏水基可与非极性表面发生疏水键合作用而产生吸附.（4）经典作用.荷电表面与高分子表面活性离子，通过静电作用吸附在颗粒表面.9.粉体的聚凝有哪几种类型？ 答：聚集；凝结；絮凝；团聚 11.粉体在空气中的分散措施有那些？ 答：干燥分散；机械分散；表面改性分散

12.粉体在液体中的颗粒间作用力主要有哪几种？这些力的特性是什么？

答：（1）范德华力，粉体在液体中的颗粒间作用力考虑由于存在着不能忽视的液体分子对颗粒分子的作用，而导致的对颗粒与颗粒之间分子作用力的影响.（2）双电层静电作用力，（3）空间位组作用，当颗粒表面吸附有高分子表面活性剂时，在颗粒与颗粒相互接近过程中，吸附层将产生一种所谓“空间作用”.（4）溶剂化膜作用，当颗粒表面吸附有阳离子或亲水基团的有机物，或由于颗粒表面极性区域对其周围溶剂分子的极化作用，在颗粒表面会形成具有一定机械强度的溶剂化膜.14.颗粒在溶液中的双电层静电作用与颗粒表面电位ζ之间的关系是什么？

答：对同质颗粒，恒为排斥力，且当表面电位大于30mV时，双电层静电作用力要大于范德华吸引力，故可作为一种使颗粒分散的措施.对异质颗粒，根据颗粒所负电性，则有可能为吸引力.15.粉体在液体中吸附高分子表面活性剂时有哪两种空间形式，形成空间位阻的条件是什么？

答：吸附高分子表面活性剂层致密时，空间作用为压缩排斥力，吸附高分子表面活性剂层稀松时，空间作用为穿插链接作用.3

16.什么是溶剂化膜作用？与颗粒表面的极性关系是什么？

答：当颗粒表面吸附有阳离子或亲水基团的有机物，或由于颗粒表面极性区域对其周围溶剂分子的极化作用，在颗粒表面会形成具有一定机械强度的溶剂化膜.视颗粒表面的极性的差异程度不同.水对极性表面颗粒为排斥力，对非极性表面颗粒为吸引力.17.粉体在液体中的分散调控措施有那些？其作用原理是什么？ 答：介质调控；分散剂调控；机械调控

（1）润湿原则.颗粒必须被液体介质润湿。以使颗粒能很好的浸没在液体介质中.（2）表面力原则.颗粒间的总表面力必须是一个较大的正值，以使颗粒间有足够强的相互排斥作用，防止颗粒间相互接触并产生凝聚.第八章

1.粉碎机械力化学效应对粉体性质可能发生的变化分为哪几类？ 答：物理变化；结晶态变化；化学变化

2.粉碎平衡的概念是什么？产生粉碎平衡的原因是什么？

答：粉碎过程中，颗粒尺寸的减小过程与微细颗粒的聚结过程的平衡，称为粉碎平衡.产生原因：（1）微细颗粒间的相互作用力有范德华力、静电力、液桥力，以及机械压力致使颗粒聚结.（2）粉碎过程中，随着颗粒尺寸的减小，颗粒的宏观晶体缺陷和裂纹的数量大大减小，使得颗粒尺寸难以进一步减小.（3）根据粉碎机理分析，颗粒碎裂面的扩展所需的能量，几乎全部来自于应力场中贮存的弹性形变能.习题6 某粉状物料的真密度为3000kg/m3，当该粉料以孔隙率0.4的状态堆积时，求其表观密度？

解：由ε=1-ρa/ρp 故ρa=（1-ε）ρp =（1-0.4）*3000 =1800kg/m3习题10 密度为2650kg/m3的石英颗粒在水中自然沉降，当水的粘度为1.005×10-3Pa·S，密度为1000kg/m3时，若要使颗粒在层流区内沉降，其最大Stokes粒径为多少？若该颗粒在空气中沉降，其最大Stokes粒径又为多少？空气密度1.225kg/m3，粘度为18.1×10Pa·S。-6

1.解：当stokes粒径最大时，即Dp最大

则Rep取最大，即Rep=1 ∴Rep=Dpu1 ①

又∵ u=Dp2(p)g18 ②

182 联立①②得，Dp=3

(p)g 当颗粒在水中自然沉降：

182 最大stokes粒径Dp=3

(p)g =1.04*10-4m 当颗粒在空气中自然沉降：

182 Dp=3

(p)g =5.70*10-5m

第二篇：粉体工程习题

粉体工程思考题

1、粒度为－200目25.6%的物料，经磨矿2分钟后粒度变为－200目50.8%，磨矿3分钟后粒度变为－200目62.5%，求出磨矿动力学方程并估算磨矿4分钟和5分钟后的物料细度

2、一筛孔尺寸为1mm的振动筛，当处理量Q＝20t/h时，其筛上物料的罗逊粒度特征－0.2x0.8方程为R=100e，筛下物料的高登粒度特征方程为Y=100X。已知入筛原料中小于筛孔尺寸的物料含量为70.2%，求此时振动筛的筛分效率E及筛下物料的平均粒度。当Q提高到40t/h时，预计E为多少？

3、粒度特征方程式的用途有哪些？已知某1.2mm的筛下物料其罗逊粒度特征方程式为-3xR=100e(n=1,b=3):（1）求0.6mm物料的负累积产和0.3mm物料的正累积产。（2）计算物料的平均直径。

4、如图所示的磨矿流程中，已测得分级机溢流、给料和排料中小于0.074mm粒级的含量分别为β＝76%、α＝57%和θ＝38%，求磨机的循环负荷。

5、如何确定颚式破碎机电动机的转速？

答案：假定动鄂做平行移动、矿石自由下落、不计摩擦阻力，对简摆式破碎机，偏心轴每转一转，动颚就往复摆动一次。前半转为破碎矿石的工作行程，后半转为排出矿石的空行程。实验表明排矿时间实际只相当于偏心轴转1/4转的时间。即t =60/4n =15/n（秒）在t时间内已破碎矿石下落高度

6、如何确定抛落运动磨机适宜的转速率，实际生产中磨机转速率的范围是多少？ 答案：在抛落式工作的磨机中，使钢球具有最大落下高度的转速为最适宜的转速，此时钢球冲击动能最大。222钢球作抛落运动落下的高度：H =4.5Rsinαcosα对H求极值 4.5Rsinα(2cosα－sinα)= 0，得α=54º44¹，由此磨机转速n有两种方法：

1、最外层脱离角求n，n=32/D0.5 2.用球荷回转半径与脱离角的关系推算n:n=37.3/D0.5 其中临界转速nc=42.4/D0.5

转速率为n/nc

7、简述扁平式气流粉碎机的粉碎及自行分级原理。

答案：粉碎原理：气流粉碎机是冲击式粉碎机，它以冲击粉碎为主。高速气流赋予颗粒以极高的速度，使它们互相碰撞，或与固定板及粉碎机内壁冲击碰撞。自行分级原理：把已粉碎的物料，按其大小进行分级，不仅分级细度很细，而且效率也很高，使粒度分布狭窄。这种不需外量分有器的性能，称自行分级性能。在离心力场的任一位置的颗粒上同时受到两个作用力。（a）离心力

（b）粘性阻力

当d较大时颗粒朝粉碎区运动；当d较小时颗粒朝中心收集区运动；这就是自行分级的原理。

8、简述粉碎助剂的作用机理。

答案：目前主要有两种观点：分别由列宾捷尔和克兰帕尔提出。

（1）表面化学吸附效应：助剂吸附降低表面能或引起表面晶格位错产生缺陷，促进裂纹的产生和扩展，从而降低物料的强度或硬度。（2）流变学分散效应：助剂可改变表面电性，促进颗粒分散，阻止物料粒子粘附和凝聚，从而改变料浆流变学性质，提高料浆流动性。对整个粉碎工艺过程，两种机理同时存在，相互统一，只是不同条件下主次不同。

9、简述深冷粉碎技术的基本思想。

答案：即利用物料的低温脆性进行粉碎。以液氮或液化天然气作冷却剂，在物料粉碎之前或在物料粉碎过程中将其冷却，使物料呈现脆性，然后，用振动磨机，冲击式粉碎机或其他粉碎机将物料粉碎，从而节省粉碎能耗提高粉碎效率。

10、简述物料粒度的表征方法。

答案：

1、单颗粒的粒度表示法，对于大多数情况中的非球形单颗粒，可由该颗粒不同方向上的不同尺寸按照一定的计算方法加以平均，得到单颗粒的平均直径，或是以在同一物理现象中与之有相同效果的球形颗粒直径来表示，即等效粒径，或叫当量径。（计算三轴算术平均值、三轴调和平均径和三轴几何平均径；或者等体积球当量径、等表面积球当量径法）2.混合物料的粒度表示方法，一般用颗粒群的平均直径来表示粉体的粒度。用n层筛子将混合物料分成（ｎ＋１）个粒度很窄的级别，每个级别分别用其上下层筛子的筛孔尺寸表示该粒级的粒度上下限再根据测得各窄级别物料的重量百分数求平均直径。

11、简述自定中心振动筛与惯性振动筛的主要区别。

12、简述引起过粉碎的原因及危害。答案：产生过粉碎的原因：（1）粉碎细度超过最值粒度；（2）所选择的设备与矿石性质不适应，易将矿石泥化；（3）操作条件设有控制好；（4）粉碎流程结构不合理。过粉碎的危害：（1）微细粒较多影响分选精度，精矿品位和回收率都差；（2）设备处理能力降低，磨损增大；（3）无益能耗增大。

13、简述泰勒标准筛和国际标准筛的基本特征。

答案：

1、泰勒标准筛——有两个筛序（基本和附加）特点：（1）筛号=网目=筛孔数目/1英寸（2.54cm）长度；（2）基本序列：筛比为 =1.414；（3）附加序列：筛比为2^0.5=1.19；（4）基筛为200目的筛子，筛孔尺寸0.074mm 2.国际标准筛：（1）以1mm筛子为基筛;（2）10^0.1 =1.259为筛比的等比系列筛(3)更加精密的筛分还要插入附加筛比。

14、阐述球磨机、棒磨机和自磨机的性能及用途。

答案：球磨机：应用范围广，无论是何种矿石、粗磨还是细磨都可采用；结构简单；排矿速度快、过粉碎严重；产品粒度相对较粗。棒磨机：（1）棒磨介质是钢棒，介质之间为线接触，磨碎作用具有选择性，有筛分作用，因而产物粒度比球磨均匀，开路磨矿的棒磨产品粒度特性几乎和闭路工作的球磨产品一样；（2）棒磨机属粗磨设备，生产率比球磨机低5%～15%；（3）主要用于非金属矿和稀有金属矿（如钨矿）的重磁选厂，以保护某些矿物的天然晶体结构，减少过粉碎，主要用作一段磨矿，也可代替短头圆锥破碎机作细碎。自磨机：（1）磨碎比大，可达300~400，一段自磨流程可取代中碎、细碎及粗磨三段作业。（2）流程短（3）降低钢材消耗量。（4）减轻泥化和铁质污染。但是，（1）生产率低，单位容积生产率比球（棒）磨机低30%~50%。（2）电耗高10%~20%，磨矿效率低，作业效率低8%~10%，因此在应用上一般在大型选厂才有经济优势，现在主要用于分选铁矿。

15、阐述颚式破碎机、旋回破碎机和园锥破碎机的性能及用途。

答案：颚式破碎机：构造简单，工作可靠，制造容易，维修方便适合用于处理坚硬或中硬矿石的粗碎和中碎，中小型选厂和矿石粘性大时宜用颚式；旋回破碎机：单位电耗低（50%）启动容易，工作平稳一般用于大型选矿厂粗碎，与颚式破碎机相比，旋回的投资大，生产成本低。园锥破碎机：电耗低、启动容易、工作平稳，其中，标准型用于中碎；短头型用于细碎； 中间型用于中或细碎。

16、阐述超细粉碎过程的物理化学现象，举例说明其应用。

答案：在超细粉碎过程中，随着粒度便细，物质表面能增加，吸附能力和反应活性增强，溶解速度提高。新生表面上还会引起物质结构的变化，伴随有化学的和热的效应。

17、阐述三个破碎功耗学说的基本思想。

答案：

1、面积学说——（雷廷格学说）理论实质：输入功转化为新生表面积上的表面能。面积学说较准。因此适用于全过程。

2、体积学说——（吉尔皮切夫学说）理论实质：输入功转化为变形能，变形至极限物体被破坏。即：dA2 = K2dV。适用于粗碎。

3、裂缝学说——（邦德学说）理论实质：输入功转化为变形能，变形至极限产生裂缝，进而形成断面，之后输入功部分转化为新生表面上的表面能，其余成为热能损失。因此应等量考虑变形能和表面能两项。适用于粗碎与细碎之间的较宽范围

18阐述影响磨机中钢球运动状态的因素及钢球在不同运动状态下的磨矿机理。

答案：钢球的运动可归纳为三种典型状态，这取决于磨机转速和球荷（装球率）。

1、泻落式，以磨剥作用磨矿，适于细粒磨矿。

2、抛落式，矿石在园运动区受钢球的磨剥作用，在底脚区受强烈的冲击作用，适于粗粒级磨矿。

3、离心式当磨机转速超过某一临界值时无磨矿作用。

19、粉碎机施力分哪几类？应用中要注意哪些问题？

（1）硬矿石宜用弯折配合冲击；（2）脆性矿石弯折和劈开较有利；（3）韧性和粘性物料，采用磨剥方式为好。

20、螺旋分级机分为哪几类，每一类的特征是什么，分别有什么用途？

答案：螺旋分级机（国内选厂常用）是最常用的分级设备，可分为高堰式，低堰式和沉没式三种；根据螺旋数目，又可分为单螺旋和双螺旋分级机。（1）高堰式——适于分离出0.15～0.2mm粒级（－0.074mm50～60%），通常用于一段磨矿与磨机配合，溢流堰比下端轴承高，但低于下端螺旋的上边缘。（2）沉没式——分级面积大，利于分出0.15mm以下粒级（－0.074mm70～85%），常用于二段磨矿的分级，其下端螺旋有4～5圈全浸在矿浆中。（3）低堰式——分级面积小，只能用来洗矿或脱水，现已不采用。其溢流低于下端轴承中心。

21、比较说明等园截面、变园截面和双循环管式气流粉碎机的特点。

答案：等园截面：特点：几何形状规整，容易制造；应用：规格用循环管内径表示，粉碎石墨等，粉碎工质在强，生产能力，粒度。变园截面： 特点：a.分级区细粒出品处安装向叶窗愤性分级，使内层细粒通过时，相对较粗的颗粒被弹回；b.喷嘴安装位置正好使喷气流轴线与粉碎；c.粉碎室内腔横截面不是真正的园，各处截面也不相等，粉碎区和分级区的弧形部分也是园周的一部分，曲率半径为变径的，上开管截面大，颗粒减速上升，进入分级区时截面小又能加速，产生更大的离心力场，获得更精细的分级。应用范围广，适合各种物料粉碎.双循环管式：特点：对喷式迎面冲击粉碎，粉碎强度大，能量利用率高，消除了进入分区级的“冲击壁”，减少了内壁冲击磨损，生产能力大。

22、气流冲击式粉碎机和机械式粉碎机各有何特点.答案：气流冲击式粉碎机的优点：（1）粉碎强度大，产品微细，颗粒规整，表面光滑；（2）产品粒度较均匀，粒度分布较狭窄，单颗粒成分多；（3）成品纯度商，因无任何转动部件；（4）应用范围广，能粉碎极坚硬的物料，高纯、层状、热敏性易燃、易爆物料；（5）设备结构简单，没有运动部件，易维修拆卸、清理可进行无菌作业；（6）能量利用率高，可达2~10%，而球磨机仅为 0.6%。缺点：（1）辅助设备多，一次性投资大；（2）影响工况因素多，难以稳定操作；（3）粉碎成本较高（应用于附加值较高物料的粉碎）；（4）粉碎系统易去堵塞，出现例料现象，喷出大量粉墨，恶化环境；（5）噪音较大。

机械式粉碎机：给矿量（充填率）给矿量大，产品粒度变粗；不同尺寸的介质配合使用有利于提高粉碎效果；粉碎强度不如气流粉碎机大。

23、画出选矿生产中的常见的破碎筛分流程，并例举几个生产实例，说明不同流程的特点。（1）预先筛分：破碎前筛除小于排矿口的物料，减轻破碎负荷。（2）检查筛分：筛除破碎后产品中大于排矿口的物料。（3）预先检查筛分：同时筛除破碎前小于排矿口的物料和破碎后产品中大于排矿口的物料。

24、试说明球磨机钢球装球率、球荷直径及配比对磨矿效果的影响。

答案：钢球装球率：由于磨机转速的限制，装球率过高磨机中部的钢球机会不动，因此会造成有效的钢球运动率很低，功率消耗增大，效果不佳；过低也达不到生产要求。

球荷直径及配比：要保证足够高的单体解离，需要钢球对矿石进行选择性的解离，而且矿石的性质也直接决定着钢球的尺寸要求，所以一般大小钢球混合使用，具体的尺寸配比将直接影响不同粒级矿物的磨剥效果（及单体解离率）和过粉碎率进而影响磨机的磨矿效率。

25、自磨机从结构上是如何增大被磨物料间的冲击力、避免物料在筒体内偏析的？ 答案：a.筒体直径D大，长度短（D/L≈3），以保证矿块能提升到一定高度下落时的冲击磨碎力和不发生轴向偏析现象（大→给，小→排）。b.端盖设有两圈三角断面波峰衬板，能磨碎矿石、抑制偏析。c.筒体铺有丁字形提升衬板，将物料提升到一定高度。

26、阐述宏观与微观比表面积的差异与表征方法。

答案：宏观比表面积——总表面积与质量之比。表征方法：

1、测定物料的平均粒度

2、计算物料的宏观比表面积。微观比表面积的表征方法——BET气相吸附法

27、举例说明超细粉碎过程中机械化学反应对被粉碎物料性质的影响。答案：固相反应：石英和方解石混合粉碎生成硅酸钙。气相反应：食盐粉碎时产生氯气，碳酸盐矿物释放CO2。

外来离子作用：Al3+ 和Mg2+ 进入高岭土晶体成为镶嵌结构，增加了堆积密度。超细粉碎过程中颗粒微细化，比表面积增大，表面能增加。表面性质发生变化：（1）表面形成无定型氧化膜。（2）形成氢氧化物层。（3）磨矿介质与表面作用形成硅胶干扰层，使新生表面键场饱和。矿物构造结晶的变化：（1）矿物结构发生不规则变形。（2）型位错。（3）产生非结晶态物质。（4）产生无定型物质和晶格畸变。其它结晶性结构的变化：（1）引起物料结构多种形式间的转移，黄色氧化铅→赤色，斜方晶系→正方晶系。（2）有机物从稳定性→不稳定性。

28、阐述矿石的可碎性与其化学结构的关系，如何测定矿石的可磨度？

第三篇：粉体工程总结

第一章 颗粒几何形态特性

1.粒度：颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。2.粒径的表示方式：（1）三轴径

以颗粒的长度l、宽度b、高度h定义的粒度平均值称为三轴平均径。（2）球当量径：（3）圆当量径：

（4）定向径（又称统计平均径）：平行于一定方向（用显微镜）测得的线度

定方向径（Feret径）dF、定方向等分径（Martin径）dM、定向最大径

3.粒度分布的概念

粒度分布是指某一粒径或某一粒径范围的颗粒在整个粉体中占多大的比例。也就是说粉体中不同粒度区间的颗粒含量。4.粒度分布的表示方式

（1）频率分布：当用个数基准表示粉体的粒度分布时，将被测粉体样品中某一粒径或某一粒径范围的颗粒的数目称为频数n，而将n与样品的颗粒总数N之比称为该粒径范围的频率f，则

fn100% N

频数n或频率f随粒径变化的关系，称为频数分布或频率分布。

（2）累积分布表示小于（或大于）某一粒径的颗粒在全部颗粒中所占的比例。按照频数或频率累积方式的不同，累积分布可分为两类：

a）负累积：将频率或频数按粒径从小到大进行累积，所得到的累积分布表示小于某一粒径的颗粒的数量或百分数。这相当于在用筛分法测粒度时，通过某一筛孔的筛下部分的百分数，这样得到的曲线又称为累积筛下分布曲线，常用D（Dp）表示。

b）正累积：将频率或频数按粒径从大到小进行累积，所得到的累积分布表示大于某一粒径的颗粒的数量或百分数。相当于用筛分法测粒度时，通过某一筛孔之后的筛余部分的百分数，这样得到的曲线又称为累积筛上分布曲线，常用R（Dp）表示。

较之频率分布，累积分布更有用。许多粒度测定技术，如筛分法、重力沉降法、离心沉淀法等，所得到的分析数据，都是以累积分布显示出来的。它的优点是消除了直径的分组，特别适用于确定中位粒径（D50：在粉体物料样品中，把样品个数（或质量）分成相等两部分的颗粒粒径）等。5.粒度分布的表达形式

列表法、图解法、函数法 6.颗粒形状

颗粒的形状是指一个颗粒的轮廓或表面上各点所构成的图像。7.形状指数（1）均齐度

颗粒两个外形尺寸的比值。a)扁平度m＝短径/厚度＝b/h b)伸长度n=长径/短径＝l/b（2）圆形度（又称轮廓比）：定义了颗粒的投影与圆接近的程度

c与颗粒投影面积相等的圆的周长

颗粒投影的周长 1（3）球形度：表示颗粒接近球体的程度

Wadell球形度W与颗粒体积相等的球的表面积

颗粒的表面积由于同体积的几何形状中，球的表面积最小，所以，颗粒的球形度小于等于1。颗粒形状与球偏离越大，颗粒的W越小。8.粗糙度系数

R粒子微观的实际表面积（＞1）

表观视为光滑粒子的宏观表面积9.粒度的测量方法

常用的粒度测量方法有显微镜法、筛分法、沉降法、激光法、点传感法、气体吸附法等。第二章 颗粒群的堆积性质 1.颗粒堆积的客观结构参数

（1）容积密度ρB：单位填充体积的粉体质量，又成视密度。

B（－1）P填充粉体的质量V ＝B粉体填充体积VB式中 VB—粉体填充体积

ρP—颗粒密度

ε—空隙率

（2）填充率ψ：颗粒体积占粉体填充体积的比率

填充的颗粒体积B＝

粉体填充体积P（3）空隙率ε：空隙体积占粉体填充体积的比率

＝1－＝1－B P2.最密填充理论

（1）Horsfield填充

均一球按六方最密填充状态进行填充时，球与球间形成的空隙大小和形状有两种孔型：6个球围成的四角孔和4个球围成的三角孔。设基本均一球成为1次球（半径r1），填入四角孔中的最大球称为2次球（半径r2），填入三角孔中的最大球称为3次球（半径r3），随后再填入4次球（半径r4），5次球（半径r5），最后以微小的均一球填入残留的空隙中，这样就构成了六方最密填充，称为Horsfield填充。（1）r2＝0.414r1（2）r3=0.225r1（3）r4=0.177r1（4）r5=0.116r1（5）最终填充结果：最终空隙率ε＝0.149×0.2594=0.039（2）Hudson填充

当一种以上的等尺寸球被填充到最紧密的六方排列的空隙中时，空隙率是随着较小球与 2 最初大球的尺寸比值而变化的，空隙率随着四方孔隙中较小球的数目的增加而减小。实际上不不是这样，因为在三角形孔隙中，球的数目是不连续的。Hudson在金属固溶体的研究中，对半径为r2的等径球填充到半径为r1的均一球六方最密填充体的空隙，当r2/r1＜0.4142时，可填充为四角孔；r2/r1＜0.2248时，可填充为三角孔，r2/r1＝0.1716时的三角孔基准填充最为紧密，最小空隙率为0.0030。这样的填充称为Hudson填充。3.粉体中颗粒间的附着力

范德华力、颗粒间的静电力、毛细管力、磁性力、机械咬合力 第三章 粉体力学 1.内摩擦角的确定

内摩擦角的测定方法有流出法、抽棒法、慢流法、压力法、剪切盒法等多种，最主要的是剪切盒法。2.安息角

又称休止角、堆积角、是指粉体自然堆积时，自由平面在静止平衡状态下与水平面所形成的最大角度。常用来衡量和评价粉体的流动性。对于球形颗粒，粉体的安息角较小，一般为23～28度之间，粉体的流动性好。规则颗粒的约为30度，不规则颗粒约为35度，极不规则颗粒的安息角大于40度，粉体具有较差的流动性。3.质量流与漏斗流

粉体在重力作用下自料仓流出的形式有质量流和漏斗流两种。如果料仓内整个粉体层能够大致均匀地下降流出，这种流动型式称为质量流（或整体流）。特点是“先进先出”。流动性良好或细粒散体可实现质量流。如果料仓内粉体层的区域呈漏斗形，使料流顺序紊乱，甚至有部分粉体滞留不动，造成先加入的物料后流出，即“后进先出”的后果。4.开放屈服强度和粉体流动函数 1)开放屈服强度

料仓内的粉体处在一定的压力作用下，因此，具有一定的固结强度（密实强度）。如果卸料口形成了稳定的料拱，该料拱的固结强度，即物料在自由表面上的强度就称为开放屈服强度（fc）。在预加压应力σ1作用下压实，取去圆筒，粉体试件不倒塌，说明具有一定的密实强度，这一密实强度就是开放屈服强度fc。若倒塌，则fc＝0。fc小，流动性好，不易结拱。2)粉体流动函数

粉体的固结强度在很大程度上取决于预密实状态，即开放屈服强度fc与固结主应力σ1之间存在着一定的函数关系，詹尼克将其定义为粉体的流动函数FF。FF＝σ1/fc

FF表征着仓内粉体的流动性，FF越大，粉体流动性越好。fc＝0，FF＝∞，粉体完全自由流动。

5.料斗流动因数

料斗流动因数ff来表示料斗的流动性，并定义流动因数为料斗内粉体固结主应力σ1与作用于料拱脚的最大主应力σ1之比。

ff值越小，料斗的流动条件越好。料斗设计时要尽量获得ff值小的料斗。6.偏析及其防止措施

（1）粉体流动过程中，由于颗粒间粒径、颗粒密度、颗粒形状及表面性状等的差异，粉体层的组成呈现出不均质的现象称为偏析。（2）粒度偏析类型

附着偏析、填充偏析（渗流偏析）、滚落偏析（3）偏析防止措施

a 采用多点装料，将一个料堆分成多个小料堆，可使所有各种粒度的各种组分（密度不同）能够均匀地分布在料仓的中部和边缘区域。

b采用细高料仓，即在相同料仓容积条件下，采用直径较小而高度较大的料仓，可减轻堆积分料的程度。

c采用垂直挡板将直径较大的料仓分隔成若干个小料仓，构成若干个细高料仓的组合型式。此法适用于实际使用中高度受到限制而又要满足一定料仓容量的料位设计或改造。

d在料仓中设置中央孔管，即使落料点固定不变，但由于管壁上不规则地开有若干窗孔，粉料有不同的窗孔进入料仓不同的位置，实际上就是在不断地改变落料点，收到多点装料的效果。

e采用侧孔卸料，粉料从料仓侧面的垂直孔内卸出，以获得比较均一的料流。f在卸料口加设改流体以改变流型的方法，减轻漏斗流对偏析的强化作用。7.粉体拱的类型及防拱措施（1）粉体静态拱的类型

a压缩拱：粉体因受料仓压力的作用，使固结强度增加而导致起拱。

b楔形拱：块状物料因形状不规则相互啮合达到力平衡，在孔口形成架桥。c粘结粘附拱：粘结性强的物料在含水、吸潮或静电作用而增强了物料与仓壁的粘附力所致。d气压平衡拱：料仓回转卸料器因气密性差，导致空气泄入料仓，当上下气压力达到平衡时所形成的料拱。(2)防拱措施

a改善料仓的几何形状及其尺寸。b降低料仓粉体压力。c减小料仓壁摩擦阻力。

d降低物料水分，改善粉体流动性。第四章 颗粒流体力学 气力输送装置可分为：

（1）吸送式：将大气与物料一起吸入管内，靠低于大气压力的气流进行输送。适用于从多个供料点把粉体输送汇集到一个点的场合。输送能力较小，压力损失也小，且吸嘴的结构简单。

（2）压送式：用高于大气压力的压缩空气推动物料进行输送。适用于把粉体从一个供料点分配输送到几个点的场合，压头损失大，输送能力大，可作长距离输送。

第五章 粉碎及设备

一、粉碎的定义

固体物料在外力作用下，克服内聚力，从而使颗粒的尺寸减小，比表面积增大的过程称为粉碎。

粗碎－将物料破碎至100mm左右破碎中碎－将物料破碎至30mm左右细碎－将物料破碎至3mm左右粉碎

粗磨－将物料粉磨至0.1mm左右粉磨细磨－将物料粉磨至60m左右超细磨－将物料粉磨至5m或更小

二、粉碎比

物料粉碎前的平均粒径D与粉碎后的平均粒径d之比称为平均粉碎比。

三、粉碎流程 根据不同的生产情形，粉碎流程可由不同的方式。（a）为简单的粉碎流程；（b）为带预筛分的粉碎流程；（c）为带检查筛分的粉碎流程；（d）为带预筛分和检查筛分的粉碎流程。

凡从粉碎（磨）机中卸出的物料即为产品，不带检查筛分或选粉设备的粉碎（磨）流程称为开路（或开流）流程。

凡带检查筛粉或选粉设备的粉碎（磨）流程称为闭路（圈流）流程。

四、粉碎方式和分类

粉碎方式主要有挤压粉碎、冲击粉碎、摩擦剪切粉碎和劈裂粉碎。

五、粉碎模型

（1）体积粉碎模型：整个颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粉成分。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型较为接近。

（2）表面粉碎模型：在粉碎的某一时刻，仅是颗粒的表面受到破坏，被磨削下微粉成分，这一破坏基本不涉及颗粒内部。这种情形是典型的研磨和磨削粉碎方式。

（3）均一粉碎模型：施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏，直接粉碎成微粉成分。

六、易碎性

所谓易碎性即在一定粉碎条件下，将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的比功耗——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，或施加一定能量能使一定物料达到的粉碎细度。

七、粉碎机械力化学 1.机械力化学概念

在粉碎过程中，不仅颗粒的尺寸逐渐变小，比表面积不断增大，而且其内部结构、物理化学性质以及化学反应性也相应产生一系列的变化，此即为粉碎机械力化学现象。2.助磨剂助磨作用

（1）助磨剂分子吸附于固体颗粒表面上，改变了颗粒的结构性质，从而降低颗粒的强度或硬度。

（2）助磨剂吸附于固体颗粒表面上，减小了颗粒的表面力。

（3）添加助磨剂，使物料颗粒的表面自由能和晶格畸变程度减小，促使颗粒软化；助磨剂吸附在颗粒表面上能平衡因粉碎产生的不饱和价键，防止颗粒再度聚结，从而抑制粉碎逆过程的进行。以上两者均可加速粉碎，产生助磨作用。

八、破碎设备 1.颚式破碎机

（1）根据其动颚的运动特征颚式破碎机可分为简单摆动、复杂摆动和综合摆动型三种型式。

（2）颚式破碎机的规格用进料口的宽度和长度来表示，如PEJ1500×2100颚式破碎机，即表示进料口宽度为1500mm，长度为2100mm的简单颚式破碎机。PEJ为简单颚式破碎机，PEF为复杂颚式破碎机。（3）颚式破碎机的构造

颚式破碎机主要由机架和制成装置、破碎部件、传动机构、拉紧机构、调整机构、保险装置和润滑冷却系统等部件组成。

调整装置：为了得到所需要的产品粒度，颚式破碎机都有出料口的调整装置。大、中型破碎机出料口宽度是由使用不同长度的推力板来调整；小型颚式破碎机通常采用楔铁调整方法。

保险装置：一般颚式破碎机的安全装置是将推力板分成两段，中间用螺栓连结，设计 5 时适当减弱螺栓的强度；也有在推力板上开孔或采用铸铁制造，推力板的最小断面尺寸是根据破碎机在超负荷时能自行断裂而设计的。当破碎机过载时，螺栓即被切断或推力板折断，动颚即停止摆动。

（4）工作参数的确定

钳角：颚式破碎机动颚与定颚之间的夹角。减小钳角可增加破碎机的生产能力，但会导致破碎比减小；反之，增大钳角可增大破碎比，但会降低生产能力，同时，落在颚腔中的物料不易夹牢，有被推出机外的危险。2.锤式破碎机

（1）锤式破碎机的规格用转子的直径（mm）×长度（mm）来表示，如φ2000mm×1200mm锤式破碎机表示破碎机的转子直径为2000mm，转子长度为1200mm。

（2）锤子是自由悬挂的，当遇到难碎物时，能沿销轴回转，起到保护作用，因而避免机械损坏。另外，在传动装置上还装有专门的保险装置，利用保险销钉在过载时被剪断，使电动机与破碎机转子脱开从而起到保护作用。3.反击式破碎机（1）工作原理

反击式破碎机的主要工作部件为带有板锤的高速转子。喂入机内的物料在转子回转范围（即锤击区）内受到板锤冲击，并被高速抛向反击板再次受到冲击，然后又从反击板弹回到板锤，重复上述过程。在如此往返过程中，物料之间还有相互撞击作用。由于物料受到板锤的打击、与反击板的冲击及物料之间的相互碰撞，物料内的裂纹不断扩大并产生新的裂缝，最终导致粉碎。当物料粒度小于反击板与板锤之间的缝隙时即被卸出。

反击式破碎机的规格用转子直径（mm）×长度（mm）表示。

（2）反击装置通常带有卸料间隙调整机构，通过调整卸料间隙可改变冲击次数，从而在一定程度上改变产品的粒度组成。在破碎腔内进入难碎物时，反击板可绕悬挂点适当摆动，增大它与板锤之间的间隙，当难碎物通过后，它又迅速恢复至原位。因此，这种结构还起着保险作用。

九、球磨机 1.工作原理

当磨机一不同转速回转时，筒体内的研磨体可能出现三种基本情况。

（1）周转状态：表示转速太快，研磨体与物料帖附筒体上一道运转。研磨体对物料起不到冲击和研磨作用。（2）倾泻状态：表示转速太慢，研磨体和物料因摩擦力被筒体带到等于摩擦角的高度时，研磨体和物料就下滑。对物料有研磨作用，但对物料没有冲击作用，因而使粉磨效率不佳。（3）抛落状态：表示转速比较适中，研磨体提升到一定高度后抛落下来。研磨体对物料有较大的冲击和研磨作用，粉磨效果较好。2.球磨机的构造（1）筒体

磨门：筒体上的每一个仓都开设一个磨门（又称人孔）。设置磨门是为了便于镶嵌衬板、6 装填或倒出研磨体、停磨检查磨机的情况等。（2）衬板

衬板的作用是保护筒体，使筒体免受研磨体和物料的直接冲击和摩擦；另外，利用不同形式的衬板可调整磨内各仓研磨体的运动状态。类型主要有平衬板、压条衬板、凸棱衬板、波形衬板、阶梯衬板等。（3）隔仓板

作用是a.分隔研磨体；b.防止大颗粒物料窜出料端；c.控制磨内物料流速。第六章 分级与分离

一、基本概念

1.利用分离特性将成分不同的混合物或相混合物（例如气——固相、液——固相）分成成分或相组分不同的两部分或两部分以上的过程称为分离。

2.分离效率

分离后获得的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分离效率。3.分级粒径

分级粒径也称切割粒径，将部分分离效率为50％的粒径称为切割粒径。

二、机械分级设备（筛分）

（1）定义：把固体颗粒置于具有一定大小孔径或缝隙的筛面上，使通过筛孔的成为筛下料，被截留在筛面上的成为筛上料，这种分级方式称为筛分。（2）筛序：

由粗到细的筛序、由细到粗的筛序、混合筛序。（3）筛制：公制和英制

三、颗粒流体系统分级设备 1.气流分级机的分级过程：

（1）分散：将附着或凝聚在一起的颗粒聚集体分散成单个颗粒；

（2）分离：组合各种力的作用，使颗粒获得速度差，实现粗、细颗粒的分离；（3）捕集：从气流重分离与捕集颗粒；（4）卸出。2.离心式分级机（1）工作原理

物料由加料管经中轴周围落至撒料盘上，受离心惯性力作用向周围抛出。在气流中，较粗颗粒迅速撞到内筒内壁，失去速度沿壁滑下。其余较小颗粒随气流向上经小风叶时，又有一部分颗粒被抛向内筒壁被收下。更小的颗粒穿过小风叶，在大风叶的作用下经内筒顶上出口进入两筒之间的环形区域，由于通道扩大，气流速度降低，同时外旋气流产生的离心力使细小颗粒离心沉降到外筒内壁并沿壁下沉，最后由细粉出口排出。内筒收下的粗粉由粗粉出口排出。

改变主轴转速、大小风叶片数或档风板位置即可调节选粉细度。3.旋风式选粉机

（1）构造和工作原理

在选粉室8的周围均匀分布着6～8个旋风分离器。小风叶9和撒料盘10一起固定在选粉室顶盖中央的旋转轴4上，由电动机1经皮带传动装置2、3带动旋转。空气在离心风机19的作用下以切线方向进入选粉机，经滴流装置11的间隙旋转上升进入选粉室（分级室）。物料由进料管5落到撒料盘后向四周甩出与上升气流相遇。物料中的粗颗粒由于质量大，受撒料盘及小风叶作用时而产生的离心惯性力大，被甩向选粉室内壁而落下，至滴流装置处与此处的上升气流相遇，再次分选。粗粉最后落到内锥筒下部经粗粉出口排出。物料中的细颗 粒因质量小，进入选粉室后被上升气流带入旋风分离器7被收集下来落入外锥筒，经细粉出口管8排出。气固分离后的净化空气出旋风 分离器后经集风管6和导风管14返回风机19，形成了选粉室外部气流循环。循环风量可由气阀16调节。支管调节气阀17用于调节经支风管15直接进入旋风分离器（不经选粉室）的风量与经滴流装置进入选粉室的风量之比，控制选粉室内的上升气流速度，借此可有效调节分级产品粒度。改变撒料盘转速和小风叶数量也可单独调节细度，但通常主要靠调节气流速度的气阀来控制细度，这种调节方法方便且稳定。

4.高效选粉机

第三代新型高效选粉机，采用新的分级机理，其主要特点是选粉气流为涡旋气流。（1）O-Sepa选粉机工作原理

物料通过料管9喂入，撒料盘将物料抛出，经缓冲板撞击失去动能，均匀地沿导流叶片内侧自由下落到分级区内，形成一垂直料幕。根据气流离心力和向心力的平衡，物料产生分级。合格的细粉随气流一起穿过转子而排出，最后由收尘器收集下来成为成品，粗粉落入锥形料斗并进一步受来自三次风管的空气的清洗，分选出贴附在粗颗粒上的细粉。细粉随三次风上升，粗粉则卸出。

（2）O-Sepa选粉机分级原理

在选粉机内，粉体颗粒随气流作涡旋运动，颗粒切线方向的分速度为vt，颗粒受沿旋流半径向外的离心力Fr的作用；另一方面，按切线方向进入的空气从中心管排出，在作旋回运动的同时，保持向心分速度vr，产生向内的作用力FR，颗粒与气流的相对速度为Ur。当Fr>FR时，颗粒向外运动成为粗粉；当Fr

四、固气分离设备

1.收尘器的分类及特点 按分离原理可分为：

A.重力收尘器：利用重力使粉尘颗粒沉降至器底，如沉降室等。能收集的粉尘粒径在50微米以上。

B.惯性收尘器：利用气流运行方向突然改变时其中的固体颗粒的惯性运动而与气体分离，如百叶窗收尘器等。分离粒径一般大于30微米。

C.离心收尘器：在旋转的气固两相流中利用固体颗粒的离心惯性力作用使之从气体中分离出来，如旋风收尘器。分离粒径可达5微米。

D.过滤收尘器：含尘气体通过多孔层过滤介质时，由于阻挡、吸附、扩散等作用而将固体颗粒截留下来，如袋式收尘器、颗粒层收尘器等。分离粒径可达1微米。E.电收尘器：在高压电场下，利用静电作用使颗粒带电从而将其捕集下来，如各种静

－电收尘器。分离粒径可达102微米。

2.旋风收尘器（1）工作原理

含尘气体从进风管以较高速度（一般为12～25m/s）沿外圆筒的切线方向进入直筒2并进行旋转运动。含尘气体在旋转过程中产生较大的离心力，由于颗粒的惯性比空气大得多，因此将大部分颗粒甩向筒壁，颗粒离心沉降至筒壁后失去动能沿壁面滑下与气体风开，经锥体3排入贮灰箱4内，积集在贮灰箱中的粉料经闸门自动卸出。当旋转气流的外旋流Ⅰ向下旋转到圆锥部分时，随圆锥变小而向中心逐渐靠近，气流到达锥体下端时便开始上升，形成一股自下而上的内旋气流Ⅱ，并经中心排气管6从顶部作为净化气体排出。3.袋式收尘器

（1）工作原理与特点

一种利用多孔纤维滤布将含尘气体中的粉尘过滤出来的收尘设备。因为滤布做成袋形，所以一般称为袋式收尘器或袋式除尘器。

含尘气体通过滤布层时，粉尘被阻留，空气则通过滤布纤维间的微孔排走气体中大于滤布孔眼的尘粒被滤布阻留，这与筛分作用相同。对于1～10微米的小于滤布孔径的颗粒，当气体沿着曲折的织物毛孔通过时，尘粒由于本身的惯性作用撞击于纤维上失去能量而贴附在滤布上。小于1微米的微细颗粒则由于尘粒本身的扩散作用及静电作用，通过滤布时，因孔径小于热运动的自由径，使尘粒与滤布纤维碰撞而黏附于滤布上，因此，微小的颗粒也能被捕集下来。

在过滤过程中，由于滤布表面及内部粉尘搭拱，不断堆积，形成一层由尘粒组成的粉尘层，显著地强化了过滤作用，气体中的粉尘几乎被全部过滤下来。

4.电收尘器（1）工作原理

将平板1（或圆管壁）和导线6分别接至高压直流电源的正极（阳极）和负极（阴极）。电收尘器的正极称为沉积极或集尘极，负极称为电晕极。在两极间产生不均匀电场。当电压升高至一定值时，在阴极附近的电场强度促使气体发生碰撞电离，形成正、负离子。随着电压继续增大，在阴极导线周围2～3mm范围内发生电晕放电，这时，气体生成大量离子。由于在电晕极附近的阳离子趋向电晕极的路程极短，速度低，碰到粉尘的机会较少，因此绝大部分粉尘与飞翔的阴离相撞而带负电，飞向集尘极，如图，只有极少量的尘粒沉积于电晕极。定期振打集尘极及电晕极使积尘掉落，最后从下部灰斗排出。

五、固液分离 1.过滤

用过滤介质捕集分离液体中不溶性悬浊颗粒的操作称为过滤。以重力、压力和离心力作推进力。按用途可分为：

（1）滤饼过滤：悬浊液的浓度相当高，在过滤介质表面上形成的滤饼中，如有1％以上的固体颗粒，约占3％～20％的体积起过滤作用者称为滤饼过滤。

（2）澄清过滤：当过滤0.1％以下至百万分之几的极薄悬浊液时，颗粒被捕收于过滤介质的内部或表面，几乎不生成滤饼，其目的在于提取澄清液，故称澄清过滤。第七章 混合与造粒

一、混合定义

粉体的混合是指两种或两种以上的组分，按不同的目的，用选定的混合机均匀地混合在一起，其过程称为混合，产品称为混合。这种操作又称为均化过程。

二、混合机理

（1）移动混合——粒子成团地移动；

（2）扩散混合——把粒子撒到新出现的粉体面上；（3）剪切混合——粉体内形成滑移面。

三、混合过程

混合与偏析是相反的两个过程。一正一反，反复进行，最后达到混合偏析的平衡。所谓偏析，是物料的分离过程。若物料的特性差别很大，如密度、粒度或形状具有相当大差别的颗粒，其偏析程度就大。故在某种情况下，对物料进行预处理，就可降低物料的偏析。

物料混合的前期，进行迅速的混合，达到最佳混合状态，而混合的后期，则会产生偏析，一般再不能达到最初的最佳混合状态。因此，对于不同的物料，掌握其最佳混合时间是至关重要的。

四、混合机械及设备 1.浆料搅拌机 分类

1)按搅拌动力分：机械搅拌和气力搅拌。机械搅拌是利用适当形状的浆叶在料浆中的运动来达到搅拌的目的；气力搅拌是利用压缩空气通入浆池使料浆受到搅拌。2)按搅拌浆叶的配置分：水平和立式。水平多做混合或碎解物料用；立式多做搅拌用。3)按搅拌浆叶的形式分：桨式、框式、螺旋桨式、锚式和涡轮式等。如图。4)按浆叶运动特点分：定轴转动和行星转动。2.粉料混合机

1)螺旋式混合机

螺旋式混合机用于干粉料的混合、增湿或潮解黏土等，可分为单轴和双轴两种类型。单轴螺旋式混合机。由U型料槽

1、主轴

2、紧固在主轴的不连续螺旋浆叶3（或带式螺旋叶）以及带动主轴转动的驱动装置组成。

双轴螺旋式混合机。料槽3内装有两根带有螺旋浆叶的轴1和轴2。动轴1由电动机4通过减速器5带动，而从动轴2通过齿数相同的齿轮副6传动。螺旋轴转速一般为20～40r/min。

按料槽内料流方向的不同，双轴螺旋式混合机有并流式和逆流式两类。并流混合时，两轴转向相反，螺旋浆叶的旋向也相反，物料沿同一方向并流推送；逆流混合时，两轴转向相反，螺旋浆叶旋向相同，使物料往返受到较长时间的混合。两轴转速不同，送往卸料口的速度比反向流动的速度快，使物料最终移向卸料口卸出。

可用改变浆叶角度来调节物料通过混合机混合机的速度，从而调节混合程度。当需要充分混合时，则采用逆流式混合机。当用作干料混合时浆叶转向宜由里向外壁方向转动，增湿混合则宜由外壁向里转。

五、凝聚的结合机理

为了使颗粒凝聚，颗粒间必须有结合力的作用。其可能的机理有：

（1）固体架桥：由于烧结、熔融、化学反应使一个颗粒的分子向另一个颗粒扩散。（2）液体架桥和毛细管压强：在液体架桥中，界面力和毛细管压强可产生强键合作用，但如果液体蒸发则此种结合会消失。

（3）不可自由移动结合剂架桥处的粘附合内聚力：如焦油等高黏度结合介质能形成合固体架桥非常相似的结合力，其吸附层是固定在某些环境下能促进细粉粒的结合。

（4）固体粒子间的吸引力：如固体颗粒间距离足够短，则静电力、磁力、范德华力，可以导致粉粒黏附在一起。

（5）封闭型结合：如小片状细粒，可相互交叉或重叠而形成“封闭型”结合。

六、造粒方法

（1）凝聚造粒法：含少量液体的粉体，固液体表面张力作用而凝聚。用搅拌、转动、振动或气流使干粉体流动，若再添加矢量的液体粘结剂，则可像滚雪球似的使制成的粒子长大，粒子的大小可达数毫米至几十毫米。常用的机械为盘式成球机。

（2）挤压造粒法：用螺旋、活塞、辊轮、回转叶片对加湿的粉体加压，并让其通过孔板、网挤出，可制得0.2毫米至几十毫米的颗粒。

（3）压缩造粒法：分在一定模型中压缩成片剂合在两个对辊间压缩成团块两种，可制得粒径均齐、表面光滑、密度大的颗粒、（4）破碎造粒法：有辊轮压缩制成的碎片，再用回转叶片粉碎制得细粒状的凝聚造粒粒子，有干法和湿法两种。尤其湿法可制得0.1~0.3mm的细颗粒。

（5）熔融造粒法：让熔融状的物质细化后冷却凝固。细化方法：喷射、有板上滴下、将熔融也粘附于冷却转筒凝固而成碎片状、将熔融液注入铸型等。

（6）喷雾造粒法：分为溶液喷雾干燥和喷雾冷却法。

第四篇：粉体工程试题最新

1、中位粒径：D50，在物料的样品中，把样品个数（或质量）分成相等两部分的颗粒粒径

2、壁效应：在接近固体表面的地方，粉料的随机填充存在局部有序。这种局部有序的现象是壁效应

3、粉碎平衡：当物料粉碎到一定程度时，物料在机械力作用下的粒度减小与已细化的微小颗粒再团聚达到平衡，物料粒度几乎不再变化的时候，称为粉碎平衡

4、摩擦角：由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角

5、相对可燃性：在可燃性粉末中加入惰性的非可燃性粉末均匀分散成粉尘云后，用标准点火源点火，使火焰停止传播所需要的惰性粉体最小加入量（%）称为相对可燃性

6、粉碎机械力化学：在固体物料粉碎过程中，设备施加于物料的机械力除了使物料粒度减小、比表面积增大外，还发生机械力与化学能的转化，使材料发生结构变化、物理化学变化。这种在机械力作用下锁诱发的物理、化学变化过程称为粉碎机械力化学。

另答案：研究粉碎过程中伴随的机械力化学效应的学科，应用粉体材料的机械力化学改性制备无机颜料制备纳米金属非晶态金属及合金制备新型材料

7、屈服轨迹：一组粉体样品在同一垂直应力条件下密实，然后在不同的垂直应力下，对每个粉体样品做剪切破坏试验，所得到的粉体破坏包络线称为该粉体的屈服轨迹

8、整体流：物料从料斗出口处全面积的泄出，全部物料都处于运动状态的流动。（料仓内整个粉体层能够大致均匀地下降流动，这种流动型称为整体流。这种流动常发生在带有相当陡峭而光滑的料斗内）二．简答

1、表征粒度分布特征参数是什么？粉体的填充指标有哪些？ 特征参数：中位粒径D50、最频粒径、标准偏差； 填充指标：容积密度、填充率、空隙率

2、等径球体随机填充的类型有哪些？

1、等径球规则填充；

2、随机或不规则填充：随机密填充、随机倾倒填充、随机疏填充、随机极疏填充；

3、壁效应

3、写出几种实际颗粒的堆积规律（P27）

堆积规律：当仅有重力作用时，容器里实际颗粒的松装密度随着容器直径的减少和颗粒层高度的增加而减小。对于粗颗粒，较高的填充速度导致松装密度较小。但是对于像面粉那样的有粘聚力的细粉末，减慢供料速度可得到松散的堆积。

4、粉体层中液体有几种？各有何特点？

1、粘附液：粘附在粉体物料的表面；

2、楔形液：滞留在颗粒表面的凹穴中或沟槽内；，即在颗粒间的切点乃至接近切点处形成鼓状的自由表面而存在的液体；

3、毛细管上升液：保存在颗粒间的间隙中；

4、浸没液：颗粒浸没的液体

5、粉体的润湿应用的典型实例，写两例。

1、表面涂覆或包裹：用硬脂酸钠改性MgO粉体，在吸附层中的硬脂酸根离子的亲水基朝向水相，接触角减小，是粉体润湿性增强；

2、热处理：对陶瓷颗粒进行热处理可以提高金属对陶瓷的润湿性。通过热处理可以除去吸附在陶瓷表面的氧，以免金属氧化在界面形成氧化物阻止金属与陶瓷元素相互扩散。对陶瓷颗粒进行预热处理可以消除颗粒表面吸附的杂志和气体，提高润湿性。

6、粉体摩擦角具体包括哪些角度?

内摩擦角、2 安息角、3 壁面摩擦角和滑动摩擦角、4 运动角

7、试述粉体压力饱和现象，并写出杰森公式。（P40）

饱和现象：当粉体填充高度达到一定值后。P趋于常数值，这一现象称为粉体压力饱和现象

8、流动与不流动的判据？（P48）

如果颗粒在流动通道内形成的区服强度不是已支撑住流动的堵塞料，那么在流动通道内将产生重力流动。

9、防止粉体偏析的方法？（P52）

1、加料时采用某些可以使输入物料重新分布和能改变内部流动模式的方法，如进口溜槽摆动或者转动撒料、多头加料；

2、卸料时通过改变流动模式以减少偏析，尽可能的模仿整体流，如在料斗卸料口上方加一个改流体可以拓宽流动的通道、使用多通道卸料管。（回转进料法、中央孔管、细高料仓、隔室、侧孔法）

10、颗粒在流体中运动时受到的力有哪些？（P173各力的公式在书上173页）流动阻力、2 重力、浮力，3 离心力、4 压力梯度力

11、粉尘爆炸机理及条件？（P358）

机理：粉尘爆炸是助燃性气体与可燃物均匀混合后进行的反应：

1、热能作用于粉尘粒子表面，使其温度上升

2、粉尘粒子表面的分子由于热分解或干馏作用，变为气体分布在粒子周围

3、气体与空气混合生成爆炸性气体，进而发火产生火焰

4、火焰产生热能，加速粉尘分解，循环往复放出气相的可燃性物质与空气混合，进一步发火传播发生爆炸。

条件：

1、扩散粉尘的浓度必须高于最稀可燃极限浓度、2、装在容器内的可燃粉料必须扩散在空气中，3、引燃源必须具有足够的使燃烧波引燃的释能密度和总能量，而该燃烧波的传播能引起爆炸。

12、粉体输送设备有哪些种类？胶带输送机的主要部件？

输送设备:胶带输送机、螺旋输送机、斗式提升机、链板输送机

主要部件：输送带、托辊、驱动装置、改向装置、拉紧装置、装料及卸料装置、清理装置、制动装置、三． 问答

1、CaCO3超微粉体和橡胶超精细粉体的生产工艺的异同

橡胶精细粉体生产工艺在老师打印发的那个单独的A4纸（专用成套设备）上面有类似，可以参考看

2、漏斗流和整体流的区别，整体流料仓的设计要点。（P50）

区别：整体流与漏斗流相比，整体流料仓具有很多优点：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、形成先进先出的流动，最大限度地减少了存储期间的结块问题、变质问题或偏析问题、颗粒的偏析被大大的减少或杜绝、颗粒的密度在卸料时是常数，料位差对它根本无影响、任意水平横截面的压力都可以预测，并且相对均匀。

设计要点：尽量使漏斗的半顶角小、料斗用材料的壁摩擦系数越小越好、料斗壁的表面光滑可以适当增大料斗半顶角，从而降低整个料斗的高度。

漏斗流料仓内粉体层的流动区呈漏斗形，使料流顺序紊乱，甚至粉体直流不动，造成先加入的物料后流出的结果。这种流动型称为漏斗流。这种流动发生在平底的料仓或斜度小而粗糙的料斗简仓内。整体流 料仓内整个粉体层能够大致均匀地下降流动，这种流动型称为整体流。这种流动常发生在带有相当陡峭而光滑的料斗内。

3、粉体结拱的原因和防拱破拱措施（P53）

结拱原因：

1、粉体内摩擦力与内聚力使之产生剪应力并形成一定的整体强度，阻碍颗粒位移，使流动性变差；

2、粉体的外摩擦力与料筒内壁间的摩擦力，该摩擦力与料仓内壁粗糙度、锥形部分倾角的大小有关，粗糙度大，倾角小，则外摩擦力越大，易结拱。

3、外界空气湿度、温度的作用使粉体的内聚力增大、流动性变差、固结性增强，导致结拱、4、筒仓卸料口的水力半径减小，是筒仓内粉体的芯流截面变小，易产生拱塞

措施：

1、正确设计料仓的几何结构；

2、提高料仓内壁的平滑度；

3、气动破拱；

4、振动破拱；

5、机械破拱

4、粉碎机械力化学的应用有？举5例(P160)

1、机械力化学改性

2、机械力化学法制备纳米金属、非晶态金属及合金

3、机械力化学法制备新型材料

4、机械力化学在水泥、混凝土生产中的应用

1、机械力化学法合成弥散强化合金

2、制备亚稳态材料

3、MA制备纳米晶材料、金属间化合物

4、制备纳米陶瓷、制备功能材料、制备纳米复合材料

5、固定床和流化床的区别（P180）

区别：固定床特点：当流体速度很小时，粉体层静止不动，流体从彼此相互接触的颗粒间的空隙通过。流化床特点：粉体层膨胀，空隙率增大，压力降沿凹形曲线变化，在一段区间内，虽然气体流速不断增大，但压力降变化较小。

固定床特点：当流体速度很小时，粉体层静止不动，流体从彼此相互接触的颗粒间的空隙通过。流化床特点：粉体层膨胀，空隙率增大，压力降沿凹形曲线变化，在一段区间内，虽然气体流速不断增大，但压力降变化较小。固定床：流体通过床层的压降随容器截面积空塔流速至足以支撑粉体层的全部质量时粉体的填充状态发生改变一部分颗粒运动而重新排列而在此之前床层基本不发生变化此时床层称固定床

流体床：流速超过使流体通过床层的通过床层的压降足以支撑粉体层的质量流体在颗粒层中的压降与单位面积床层重力相等粉体层开始悬浮运动像液体质点在一定范围内作无规则运动这时气固系统有类似液体的性质进入流态化状态

6、湿式除尘机理

(图来源于PPT，原理自己看图写)

7、洗涤式除尘类型

四． 作图

1、绘三轴压缩试验，粉体在受压破坏面作用图（P37图5-

5、5-6）

2、密实应力下的屈服轨迹（P47图5-29，5-30）

3、可燃性粉体生产工艺流程图

4、粉尘爆炸的机理图(P358图14-3)

第五篇：粉体工程论文

粉体工程在环保中的应用

环境问题是当今全人类共同关注的问题，它涉及到国民经济的各个部门。从广义上讲，其研究领域及其广泛，不仅与人类及动植物的生存、生态有关，而且与经济发展有着密不可分的关系；从狭义上讲，环境工程作为一门工程学科，其研究内容主要体现在“三废”的治理上，即“废气、废水、废渣”。粉体技术(也叫粉体工程、颗粒工程等)则是一门新兴的综合性交叉边缘学科，因其综合性、交叉性的特点，便与环境工程有着密切的关系。粉体工程的研究领域涉及化工、冶金、建材、医药、食品、航空航天等许多部门和学科．自20世纪80年代以来，在我国已经得到了长足的发展，一些新技术、新工艺、新设备不断涌现，从而

也带动了其它技术的发展。

目前，粉体技术在环境工程中的应用包括气固分离、固液分离、颗粒制备与处理等诸多方面，涉及到的具体课题则包括含尘气体的净化、气态污染物的净化、污泥污水的处理、各种工业废渣的处理等。现在我们环境工程系借助粉体技术开展的环保课题有：各种除尘器的研制、废旧橡胶轮胎的处理、废旧印刷线路板的处理、各种粉尘颗粒的发生、纳米材料、气体的净化和污水的处理等方面。新的粉体技术应用于环境工程中必将带来巨大的经济效益和社会效益，例如垃圾(包括工业废渣和生活垃圾等等)的处理问题，在粉体技术的研究中。对材料的粉碎、分级、造粒等都已经有了较为成熟的技术和工艺，将这些技术和工艺应用于环境方面，不仅变废为宝、为二次资源的综合利用打下了良好的基础，将会给企业带来巨大的经济效益，而且又起到美化环境、净化大气的良好作用，由此而产生了巨大的社会效益。现在比较热门的纳米技术参与到环境保护中米可以导致产品微型化，从而使所需资源减少，达到资源利用的持续化，以实现资源消耗率的“零增长”；同时用纳米技术还可制成非常好的催化剂，其催化效率极高，用于汽车尾气催化净化可使汽油燃烧时不再产生一氧化碳和氮氧化物，使尾气排放无害化。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，可将污水中的悬浮物和铁锈、异昧等污染物除去，达到污水处理纯净化。利用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生极好的润滑作用得以大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长机器的使用寿命，达到噪声控制的有效化。

其几种常见的应用如下：

一、纳米粉体

高性能的纳米粉体材料具有其多种奇特和优良的功能特性，在国外最先应用于军事领域，随后逐渐向民用领域发展，在军事、能源、化学化工、敏感材料、光电、环保食品和生物医药等国民经济的各个领域有着十分广阔的应用前景，在人们的日用生活制品领域可涉及衣、食、住、行的各个方面，可显著地改善人们的生活环境、身体健康和生活质量。

纳米粉体的制备主要有物理法和化学法.制备所用的材料一般都是纳米复合材料。常见的也是应用较广泛的就是聚合物基有机——无机纳米复合材料.聚合物基有机一无机纳米复合材料具有优异的阻隔性能，特别是插层法制备的PCH纳米复合材料表现出良好的尺寸稳定性和气体阻阳性。随着层间插入法在热塑性塑料中不断取得成功，将粘土分散于环氧中制成涂料，在韧性、对水的阻隔性上都会有所改善，粘土的片状结构还有可能使涂层的光学性能发生变化，从而得到新型涂料。Schmidt以γ—缩水甘油醚基硅烷(KH一560)为原料，采用溶胶一凝胶法制备的涂层有很好的柔韧性和耐磨性，可用作透明聚合物的抗磨涂层。将含TiO2的涂层表面暴露在紫外线中，在几十个纳米的范围内，涂层表面会产生出交叉分布的亲水和亲油区域，可用作玻璃和其它表面上的防雾涂层和防污徐层。

同时纳米粉体在水污染和空气污染上也有广泛应用，这是一种新型的资源。纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最先得到应用的重要组成部分。纳米材料制品作为一种高科技产品，其优良的性能在国民经济的各个领域都有广泛的应用，具有广阔的应用前景。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。随着技术和社会的不断进步，代表2 1世纪先进科技的纳米技术和产业必将健康发展，具有无比广阔的前景。

二、食品加工的超微粉碎

超微粉碎，是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至10-25微米的操作技术。是20世纪70年代以后，为适应现代高新技术的发展而产生的一种物料加工高新技术。超微细粉末是超微粉碎的最终产品，具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。因此超微细粉末已广泛应用于食品、化工、医药、化妆品农药、染料、涂料、电子及航空航天等许多领域上。

超微粉碎的原理：通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨等手段，施于冲击力、剪切力或几种力的复合作用，达到超细粉碎的目的。其工艺过程有一次粉碎和二次粉碎。一次粉碎就是在一台设备上同时完成粉碎、筛选、分离、再粉碎的过程。二次粉碎是先对物料进行粗粉碎，然后再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工，其工艺流程大致为：原料→筛选→清选→干燥→粗粉碎→超细粉碎→风选分级→超细粉体产品。超微粉碎的特点：速度快可低温粉碎粒径细且分布均匀节省原料，提高利用率，减少污染，可见粉体工程在食品加工方面的环境保护。

三、无机粉体

无机粉体填充改性塑料

无机粉体填充改性塑料在我国已有20多年的历史。最初主要以降低成本为目的。随着无机粉材料品种的增加，由n-r_技术的进步，粉体粒径的超细化新的活化处理剂不断出现，表面活化处理技术和填充改性理论的发展，无机粉体填充改性塑料正由原来单纯追求降低成本，已发展成开发新的功能性材料的重要手段。如无机阻燃材料、阻隔红外线功能材料、补强增韧材料和纳米复合材料等。我国的无机粉体填充改性塑料，无论在产量、品种，还是在生产技术和科学理论等方面，目前在国际上均处领先地位。据有关资料报道，(1)2003年我国用于填充改性塑料仅碳酸钙(含重钙与轻钙)一项多达260万吨，占碳酸钙总产量的40％以上，如按当年塑料总产量1600万吨计算，塑料制品中平均填充碳酸钙量为16．25％，由此可见：无机粉体填充改性塑料在我国塑料工业中所占的重要地位。无机粉体填充改性塑料大范围的推广应用，推动了相关理论的发展，如刚性粒子增韧理论、微观界面设计与调控理论等都是我国科技工作者首先提出来的，(2—3)新理论的出现又进一步推动了无机粉体填充改性塑料的进步和发展。近年来，问世的碳酸钙补强增韧母粒就是一个典型例子。(4)用该母粒填充改性PP或PE，填充量为25—30wt％时，缺口冲击强度较纯树脂可提高25。40％，断裂伸长率较纯树脂可提高1～2倍。近几年来，由于我国塑料工业飞跃发展，由此而带来的白色污染也日趋严重，各级政府和有关部门先后颁发过多项关于预防和治理白色污染的法令和法规。为了防治白色污染已研制开发出多种可降解塑料，如：淀粉基生物降解塑料，淀粉基光、生物降解塑料等。这些降解塑料的问世，为解决我国的白色污染问题发挥了一定作用，但在实际推广应用过程中，逐渐发现它们还存在一些问题，如：加工工艺复杂、成本高、使用性能差、市场推广困难和企业效益低等。在这种情况下，业内许多有识之士开始认识到无机粉体填充改性塑料在减量化、资源化和无害化等方面已成为解决我国白色污染重要途径。在中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会2003年年会上，由湖南科汛环保塑料有限公司、福建师范大学化学与材料学院、中国环境科学院固体废弃物研究所会同60多个与会单位和个人共同向业内外和全社会发出倡议“高举环境友好塑料材料的旗帜，加快无机粉体改性塑料环境友好材料研究和产业化步伐”。

从环境保护考虑将无机粉体改性塑料作为环境友好材料，希望无机粉体填充量越多越好。但无机粉体填充量过多会使材料的功能性、力学性能和使用性能明显下降，如何解决好这一矛盾问题既关系到这种环境友好材料更关系到无机粉体填充改性塑料今后能否持续健康发展的大问题。众所周知，生产无机粉体填充改性塑料，除少数粉状树脂如PVC是将无机粉体直接与树脂混合使用外，绝大多数是通过填充母粒的方式。也就是说先将无机粉体在各种助剂的作用下与少量载体树脂先制成填充母粒，再根据制品性能要求，将母粒与基体树脂按一定比例混合后加工成各种塑料制品。所以决定制品的功能性和环保性能关键在于填充母粒的性能。

a、无机粉体的选择

可用于塑料填充改性的无机粉体种类很多，常见的有：重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石粉、云母粉、氢氧化铝和氢氧化镁粉等，品种不同，功能也不同。其中氢氧化铝和氢氧化镁粉具有阻燃消烟功能；滑石粉可提高塑料的刚性和耐热性，与碳酸钙配合使用将产生良好的协同效果，应用于农膜中可增加光的散射作用和透光率，并对7。2 5Urn波长的红外光有阻隔作用；高岭土填充到PVC电缆料中可明显提高电缆护套的绝缘性能，用于农膜中具有良好的阻割红外线功能，而且优于滑石粉，但透光率不如滑石粉好；硅灰石粉具有较大长径比，最大可大20：1，作为增强剂可用于替代部分玻璃纤维，与含卤有机阻燃剂配合使用，具有协同作用，可以提高制品的阻燃效果；云母粉呈片状晶形。径厚比大，除具有补强作用外，还可提高塑料的刚性、耐热性和尺寸稳定性，云母粉的透光率比其它任何无机粉体都好，并有阻隔红外线功能，被广泛用于大棚膜中。如果从减量化、资源化、有利于环保和降低成本考虑，在众多无机粉体中当属于重质碳酸钙，其白度高、资源丰富、易加工、价格低；其次是轻质碳酸钙。这两种碳酸钙在填充改性塑料中用量最大，所涉及的塑料制品也最多。作为填充改性塑料用无机粉体在质量要求上除纯度外，很重要的一项技术指标是粒径和粒径分布。粒径大小，工业习惯用目数表示。目数是指1平方英寸的筛网中所含有的筛网数。目数与微米(Um)之间的关系是：筛孔直=15400Um／目数。从理论上来说无机粉体的粒径越小，填充到树脂中制得材料的力学性越好，但实际情况并非如此。粉体的粒径越小，比表面积越大，粒子的内聚能越高，越容易团聚，填充到塑料中不易分散，相反会使材料的力学性能下降。表1列出不同粒经的重质碳酸钙，相同的造粒工艺，在同一种牌号HDPE中填加25wt％碳酸钙测得材料的力学性能。

b、粉体表面活化处理剂与处理技术

无机粉体粒子为极性，而树脂为非极性，二者难以相容。要想使无机粒子均匀地分布到树脂中，并能与树脂的分子链产生较强的亲合力，必须对无机粒子表面进行活化处理。目前所用活化剂有表面活性剂，如硬脂酸：偶联剂，如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、酸式亚磷酸酯偶联剂、稀土偶联剂和铝／钛复合偶联剂等；高分子处理剂如聚烯烃马来酸酐接枝共聚物等。其中用的最多的是铝酸酯偶联剂和铝／钛复合偶联剂。其用量一般为无机粉体质量的1．2％一2％，无机粉体的粒径越小，比表面越大，偶联剂的用量也就越多。表面处理一般采用干法，即在高搅机内用偶联剂对无机粉体进行表面包覆处理。由于偶联剂都属于酯类化合物，遇水易水解而失效，所以在表面包覆之前，无机粉体一定要干燥，具体作法是在未加入偶联剂之前，先将无机粉体在高搅机内，高速搅拌数分钟，温度升高可达80℃．90。C，此时无机粉体中小量的水份大部分可以除去。为了使小量的偶联剂能将每一个无机粒子充分包覆。可以通过加热将偶联剂溶于15号白油中成粘稠状液体后，再加入高搅机内。这种表面处理效果比单纯用偶联剂好。白油在后续造粒过程中可以起到润滑剂的作用。无机粉体表面活化处理技术近年来又有新的进展，应用效果比较好的有两种。一种是采用新型活化剂，该活化剂有别于传统的表面活性剂或偶联剂，也不同于高分子处理剂。新型活化剂的分子量介于二者之间，分子中含有高活性反应基团，活化剂是以化学键的方式牢固地包覆在无机粉粒子表面，活化剂分子的剩余部分为非极性长的饱和碳链，以较大的接触面积与树脂的分子链之间形成强的范德华亲合力，从而使无机粉体填充量较大的情况下，复合材料仍具有较好的力学性能。另一种新的表面活化处理技术，是采用双包膜方法，即将用偶联剂处理后的无机粉体，再用一种能与偶联剂发生化学反应的活化剂进行二次包膜处理。该技术的特点是：在使无机粉体与树脂之间形成较强结合力的同时，由于所用的二次包膜活化剂的结构特征，可以在无机粒子表面形成一层弹性膜，当复合材料受到外力冲击时，由于弹性膜的缓冲作用，可使应力得以分散。所以采用该技术处理无机粉体所制得的复合材料具有显著的补强增韧功能。表3列出用不同表面活化处理方法而完全相同的加工工艺，制得的1250目重质碳酸钙填充母粒，填充相同牌号的P P，碳酸钙填充量为40 wt％的情况下，复合材料的力学性能。

无机粉体填充改性塑料在我国塑料工业的发展中发挥了十分重要的作用，尤其对石油资源贫乏的我国来说，今后将会发挥更大作用。正由于如此，业内人士和社会各阶层也就更要正确对待和评价无机粉体填充改性塑料。无机粉体毕竟不是高分子材料，与树脂相比是资源丰富的廉价原料，对填充改性塑料不能以纯塑料的标准去要求它，尽管在某些性能方面它可能比纯塑料好，但必须以牺牲其它性能为代价。降低成本，节约石油资源有利于环境保护是无机粉体填充改性塑料的最大优势，但它的综合性能肯定不如纯塑料好，只有正确认识这一点，才能使无机粉体填充改性塑料沿着正确方向健康快速发展。

2、无机粉体环保纸

一种常见的就是无机粉体环保纸无机粉体环保合成纸是以丰富的矿产资源碳酸钙为主要原料，高分子塑料和其他助剂为基材，经混合、塑炼、成膜、涂布等工艺加工成型，生产出一种可逆性循环利用的新型纸种。该新型纸种跳出了传统造纸用木质纤维为主要原料生产纸材的制造方法，是传统造纸的一种思维变革、技术变革和产业变革。新型纸种与传统造纸对比，其不消耗木材资源，有利于生态保护；无废气、废水、废渣排放；产品耐折、耐撕、防水、防霉、防虫蛀、易于印刷，具有卓越的综合性能；产品主要原料为石灰石加工后的重质碳酸钙或者轻质碳酸钙，我国是石灰岩矿储量大国，原料资源丰富。

无机粉体环保纸比普通包装塑料抗拉强度大，且无毒、可降解、成本低、开发成环保纸袋产品，可全面替代现有塑料包装袋，并可以从根本上解决塑料包装袋白色污染的问题。目前，世界上生产包装塑料袋的产量1亿吨，我国消耗量约600万吨。无机粉体环保合成纸以其低廉的价格低于传统纸张15-30%，对现有办公文化纸将形成强有力的竞争优势，部分替代现有办公文化用纸。目前，我国办公文化用纸量已突破440万吨。产品印刷用纸部分替代现有办公用纸市场前景看好。

四、二氧化钛光催化

随着工业社会的发展和人口的增加，人类本己有限的水资源受到日益严重的污染，水污染成为当今社会的严重问题。而近年来逐渐发展起来的光催化氧化技术为治理水源的有机物污染提供了一条新的途径。纳米Ti02是目前应用最为广泛的一种光催化剂，具有着以下优点：对光的吸收率较高；化学稳定性良好；氧化还原能力强，有较高的光催化活性；对很多有机污染物有较强的吸附作用；造价低廉，无毒无害。

二氧化钛，俗称钛白，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的一种纳米材料，其具有的透明性、紫外线吸收性以及熔点低、磁性强、热导性能等特征，使其在化妆品、塑料、涂料、精细陶瓷及催化剂等众多领域都有重要的应用。光催化氧化的机理主要是自由基反应，而体系产生的活性中间体H202则是形成自由基的重要引发剂。在紫外光结合氧化剂对有机污染物进行氧化降解的过程中，在多数情况下主要是利用了羟基自由基的产生及其一系列的反应。在超微细二氧化钛、水和空气的体系中，把分散在溶液中的每一颗二氧化钛半导体微粒近似地看成是一个小型的短路的光电化学电池，当用能量大于能带隙的光，尤其是紫外线的光照射时，二氧化钛超微粒子吸收光而自行分解出自由移动的带负电的电子(e．)和带正电的空穴(h+)，形成电子一空穴对，吸附溶解在二氧化钛表面的氧俘获电子形成·02，而空穴则将吸附在二氧化钛表面的OH和H2O氧化成·OH。新生成的这两种自由基具有很强的化学活性，特别是原子氧能与多数有机物发生氧化反应，因而能有效分解水中多种有机物质，使水中的有机污染物彻底氧化降解为CO2和H2O：同时还可以氧化细菌内的有机物，从而杀死细菌；还能氧化有毒的无机物，使之在短时期内失去毒性。

研究发现，纳米二氧化钛光催化剂催化活性的高低取决于纳米粒子的粒径和晶型。纳米二氧化钛主要有3种晶型：板钛矿、金红石和锐钛矿三种晶型。研究表明，板钛矿型二氧化钛无光催化活性，金红石型二氧化钛仅有微弱的光催化活性，锐钛矿型二氧化钛的光催化活性最耐71。然而，粉末状纳米二氧化钛催化剂在使用过程中存在着易失活、易凝聚和难回收等弱点，人们尝试将二氧化钛粉末固定在某一载体上，制备了负载型的二氧化钛光催化剂。目前，光催化剂载体主要有两大类：无机载体和有机载体。无机载体主要是以含硅物质为基质，具有极好的耐热性能和化学稳定性，在烧结过程中基质与催化剂颗粒间会产生较强的粘结力。在有机材料上固载二氧化钛存在着一定的困难，因为大多数有机质本身不耐光催化剂的强氧化反应。

至今，已发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下被二氧化钛降解。特别是当水中有机污染物用其他方法很难降解时，这种技术有着明显的优势。

1、处理受染料工业污染的源水：受染料业污染的水中含有苯环、胺基、偶氮基等致癌物质，常规方法处理水溶性染料的降解效率通常很低。研究发现，用TiO2／Sich体素能够很迅速地降解R．6G染料，而且可以破坏染料分子中的芳香基团，达到完全降解的目的。另有报道称，对于电镀、制革和印染行业废水中的常见污染组分Cr(VI)，采用P25 Ti02作为光催化剂，在苯酚、葡萄糖等有机物存在的情况下，能有效地促进其光催化还原，达到C“VD完全被去除的效果。为便于工业应用，把表面涂覆有纳米二氧化钛膜的玻璃填料充于玻璃反应器内，通过潜水泵使微污染水在反应器内循环进行光催化氧化处理。由于纳米二氧化钛具有巨大的比表面积，与水中有机物接触更为充分，可将它们最大限度地吸附在其表面，迅速将有机物分解为CO2和H2O，处理效果优于生物处理和悬浮光催化氧化处理，COD除去率和脱色率均较高。催化剂再生后能连续使用对二氧化钛对三苯基甲烷等染料的光催化降解研究发现除二氧化钛的晶型外，pH值、催化剂浓度及有无氧化剂的存在等因素对降解速率都有一定的影响的研究表明，有二氧化钛涂层的碳粉对亚甲兰在紫外光下有较高的光催化降解活性，而表面有碳涂层的二氧化钛则是很好的重油吸附剂，碳涂层吸附的重油在紫外光作用下被二氧化钛光催化降解，碳涂层本身也有催化降解作用，而且它能够使二氧化钛在高温下保持高活性的锐钛矿晶型H81。方世杰、徐明霞和黄卫友等制备了10I吼左右的二氧化钛颗粒并把它制备为玻璃衬底薄膜进行紫外光光催化降解甲基橙的研究，发现催化剂用量、甲基橙初始量、pH值、光强度等对甲基橙脱色率都有影响。

2、处理受农药污染的源水：目前对有机磷农药污染水处理多用生化法，处理后废水中有机磷质量浓度仍较高。采用纳米二氧化钛、二氧化硅负载复合光催化剂，利用其高效吸附性及催化活性，能使有机磷农药在其表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光解率逐渐升高，实验发现，光照80miIl后，可使敌百虫完全降解，若加入微量Fe还可以大大提高COD的去除率及无机磷的回收率；还可将含氯有机物DDT中的氯完全脱除；实验结果表明纳米二氧化钛能将水中的a．(甲硫基)亚乙基氨甲基氨基甲酸酯、呋喃丹。b．甲基乙氧基)苯基氨基甲酸酯三种氨基甲酸酯类化合物在一小时内均能被完全降解为无毒的N吖、NO3’和其它无机离子；浙江林学院的罗锡平等人亦发现采用溶胶．凝胶．浸渍法制备的纳米改性竹炭新材料，对有毒、难生物降解的二氯苯酚溶液在碱性条件下降解率可达到96．4％，在中性条件下虽然降解率仅为61．7％，但再生率为96．3％，表现出良好的再生性能。l研究了在紫外光作用下二氧化钛对水溶液中草类成分的降解情况，发现二氧化钛的存在对降解的起始速率及转化的完全性影响较大，还发现在高pH值下能够在3小时内彻底降解。何建波和张鑫发现二氧化钛的晶相比例取决于热处理温度，当锐钛型与金红石比例为7：3时，紫外光光催化率最耐261。徐悦华和古国榜等研究了纳米二氧化钛紫外光光催化降解有机磷农药甲胺磷，通过实验测定说明纳米二氧化钛光催化降解甲胺磷是可行的(在紫外光下)，实际应用的有机磷农药也可以用光催化降解。

3、处理含氯代有机物的源水：日本东京大学野口真用纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合进行水的净化处理。在模拟水处理实验中，以质量浓度为16m∥L的三氯酚的水溶液，分别采用纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合，单独用光催化剂纳米二氧化钛和单独用三种方法对其进行处理。纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合处理2h后，三氯酚的残留质量浓度已为零，效果相当明显。用内表面涂覆纳米二氧化钛光催化剂的陶瓷圆管处理质量浓度为5．5m∥L苯酚和三氯乙烯水溶液的实验表明，苯酚在1．5h后完全分解，三氯乙烯也在2h内完全分解。

4、处理含表面活性剂的源水：生活污水中含有表面活性剂，易产生异味和泡沫。

非离子型和阳离子型表面活性剂会产生有毒或者不溶解的中间体。采用纳米二氧化钛光催化分解表面活性剂已取得较好效果。虽然表面活性剂中的链烷烃部分采用光催化降解反应还较难完全氧化成CO2，但由于苯环被破坏，其毒性大为降低，生成长链烷烃副产物对环境的危害明显减小。

5、处理受污染的地下水源：工农业排放废水渗入地下水中的有机物含量增加，这些有机物易与水处理过程中的氯反应生成致癌性的三卤化物(THM)。据报道，二氧化钛膜能脱除水中97％的有机卤素化合物，总有机碳(TOC)含量可降低90％以上，并能减少盐分、硬度、重金属和其他污染物，降低颜色深度，脱除大量的可溶性有机物质，减少形成THM的前体物。

6、处理含油污染的源水：对于不溶于且漂浮于水面上的油类污染物的处理，也是近年来人们很关注的一个课题。含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很难降解，使用纳米二氧化钛利用其光催化解功能，可迅速降解这些有机物。但由于二氧化钛的密度远大于水，二氧化钛颗粒将沉于水底，起不到光催化剂的作用。为使二氧化钛漂在水面，需要将二氧化钛负载在一种载体上，这种载体的密度要远小于水，与二氧化钛附着良好，且不能被二氧化钛光催化氧化。常用的载体有空心玻璃、陶瓷、活性炭等以空心玻璃球为载体，用浸涂一热处理法制备了漂浮在水面的二氧化钛，并以辛烷为石油中烷烃的代表，研究了水面油污染物的光催化分解，光照1h，降解率达到90％以上。他们还研究了二氧化钛在空心陶瓷微球上的固定化，实验表明辛烷的降解率在90％以上。万里平等利用改性膨润土负载．TiO2.A&O制备的复合催化剂，能较好地利用自然光实现对油田不同作业废水的预处理，对于处理川中矿区角53井钻井废水和南阳油田探23井压裂废水，在最佳条件下，其COD去除率分别可分别达到70．3％和57．o％。则使用浸泡、热处理的方法在空心玻璃球表面负载二氧化钛薄膜，制成可飘浮在水面的二氧化钛光催化剂，经1h光照能降解辛烷90％以上。

由此可见二氧化钛粉体在环抱中的应用相当广泛且起着重要的作用。

结语：由以上应用可见处理环境问题将在许多方面应用到粉体技术，粉体技术的发展将为环境问题的治理找到更多有效的方法，粉体技术的发展和环境治理技术的发展相辅相成。我们相信：不断完善、充实的粉体技术应用到环境工程学科中来，必将推动环境工程的发展；反过来又为粉体技术的发展应用奠定坚实的基础，也必将拓宽粉体技术的应用领域。同时被称之为2l世纪前沿科学的纳米技术将对环境保护产生深远的影响，有着广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。

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