粉体材料成型性能综合实验大纲

第一篇：粉体材料成型性能综合实验大纲

粉体材料成型性能综合实验大纲

实现从粉体材料的制备、性能测试、烧结成形及成型的性能测试完整的体现学科交叉的实验项目。让学生自己动手，用新方法制备新材料，并采用先进的材料测试和分析手段对粉体材料和块体材料进行分析。深刻体会粉体材料的制备及性能的实质，感受材料无论在宏观还是微观方面的千变万化，激发学生对材料研究的热情。

该综合实验共包括7个子实验，分别为：1.粉体制备实验（球磨机）；2.粉体形貌分析实验（扫描电镜）；3.粉体粒度分析实验（激光粒度仪）；4.纳米粉体三维形貌分析实验（原子力显微镜）；5.粉体拉曼光谱分析实验（拉曼光谱仪）；6.粉体热压烧结实验（热压烧结炉）；7.粉末烧结性能测试实验。结构如下

1.粉体制备实验：

采用滚压振动研磨法制备陶瓷粉体，熟悉振动研磨制粉法的原理和操作。球磨是粉体制备的一种方法，是将粉体与球磨介质（也称为磨球）装入专用的球磨筒（罐）中，在球磨机上使球磨筒以一定转速（低于临界转速）转动，依靠磨球的冲击、磨剥作用，对粉体颗粒产生粉碎作用。转速、球磨时间、粉-球比例、磨球尺寸、机配、形状和种类都会影响球磨效果。球磨后材料的形貌可以进行下一步的分析，并用于热压、烧结等试验。2.粉体性能分析实验：

采用激光粒度分析仪、扫描电镜、原子力显微镜和拉曼光谱测量研磨制备的粉体材料的粒度、粒度分布、形貌及光谱性能，掌握不同测量粉体性能的方法、原理及所使用仪器的操作。

2.1粉体形貌分析实验（扫描电镜）

粉体材料的形貌是粉体材料分析的重要组成部分，材料的很多重要物理化学性能是由其形貌特征所决定的。例如，颗粒状纳米材料与纳米线和纳米管的物理化学性能有很大的差异。形貌分析的主要内容是分析材料的几何形貌，材料的颗粒度，及颗粒度的分布以及形貌微区的成份和物相结构等方面。扫描电镜（SEM）是一种常见的广泛使用的表面形貌分析仪器，材料的表面微观形貌的高倍数照片是通过能量高度集中的电子扫描光束扫描材料表面而产生的。对通过研磨制备的粉体样品可以直接进行形貌观察及投影粒度分析，0.02-2000微米的粉体材料，可继续使用粒度分析仪进行粒度测量，得到粒度分布曲线；而对于小于20nm的粉体材料则可以在原子力显微镜上进行三维形貌的分析。

2.2粉体粒度分析实验（激光粒度仪）

粉体材料的粒度是粉体的重要性能之一，对材料的制备工艺、结构、性能均产生重要的影响，凡采用粉体原料来制备材料者，必须对粉体粒度进行测定。通过扫描电镜进行形貌分析，对于0.02-2000微米的粉体材料进行粒度分析。本综合实验采用激光粒度测试法，利用颗粒对激光产生衍射和散射的现象来测量颗粒的粒度及粒度分布。

2.3纳米粉体三维形貌分析实验（原子力显微镜）

通过扫描电镜进行形貌表征的粉体材料，如果其微观尺寸在纳米介观尺度范围内，则可以通过原子力显微镜进行三维的形貌分析，并通过粒度分析软件对其在微区范围内进行粒度分析，得到纳米粉体材料的形貌及微区粒度分布。

2.4粉体拉曼光谱分析实验（拉曼光谱仪）

拉曼光谱是一种可以进行物质分子结构测定的光谱，也是一门很有趣味的实验课程，可以培养学生对拉曼光谱工作原理的认识和粉体拉曼光谱实验方法的掌握。通过拉曼位移可以鉴别所包含的粉体本征结构信息，通过本实验还可以达到增进学生理解光与物质相互作用的效果。3.粉体热压烧结实验：

粉末烧结是利用粉末颗粒表面能的驱动力，借助高温激活粉末中原子、离子等的运动和迁移，从而使粉末颗粒间增加粘结面，降低表面能，形成稳定的，所需强度的块体材料（制品与坯锭）的过程。热压烧结实验是对试样进行加压加热进行烧结，是粉体材料烧结中比较常用的一种烧结方法。本综合实验旨在让学生了解粉体材料热压烧结的步骤，熟悉粉体材料制成具有一定性能的块体材料的途径。

4.粉末烧结性能测试实验：

陶瓷材料与玻璃不同，它是由包括气孔在内的多相系统组成，陶瓷材料的成型方式决定了多数陶瓷材料存在很多气孔等缺陷，反应到材料性能上就是以密度指标来间接表达出来，因此可是说陶瓷材料的性能与陶瓷材料的密度密切相关，密度测量是陶瓷性能的重要组成。本实验的主要目的是测量陶瓷密度和气孔率，了解密度、吸水率和气孔率的物理意义及计算方法，掌握密度、吸水率和气孔率的测定原理和方法，分析影响测试结果的主要因素。陶瓷的吸水率和气孔率的测定都是基于密度的测定，而密度的测定是基于阿基米德原理。所以陶瓷材料的密度可分为体积密度、真密度和假密度，通常以体积密度（显密度）表示。通过本实验可以分别测量出上述三种密度，结合力学性能实验可了解分析密度与力学性能的关系。

通过粉体材料成形的综合实验的开发，可以形成一套从粉体材料的制备、性能测试、烧结成形和烧结性能测试完整的一套体现学科交叉的实验项目。在该综合实验项目还可以进一步扩展，增加新的实验子项目，并根据科研和教学需要使用不同类型的粉体材料，能使学生的创造性及分析问题解决问题的能力得到锻炼和提高，提高动手和创新能力，形成具有上海理工大学材料学院的工程化教育特色。

第二篇：粉体总结

1、等面积球当量径—与颗粒同表面积的球的直径；有助于描述粉末的成型过程及烧结过程，较适用于无气孔和轻微粗糙度表面的颗粒体系

2、由不同大小的颗粒组成的集合体由不同大小的颗粒组成的集合体——多分散系统

3、体是研究微小颗粒的集合体。当集合体颗粒大小相等或粉体是研究微小颗粒的集合体。当集合体颗粒大小相等或近似相等——单分散系统

4、目：系指在筛面的25.4mm（1英寸）长度上开有的孔数。20－120目（900－125um)[目数/2.5]2=孔数/cm2

5、TEM观察粉体的特点：能给出不同等效原理（如等面积圆、等效短径等）的粒度分布。能观察颗粒形貌。能直接观察颗粒分散状况、分体样品的大致粒度范围、是否存在低含量的大颗粒或小颗粒情况等等。

6、频率分布曲线上的最高点是频率的极大值，表示最多数量的颗粒，其对应尺寸称为最多数径Dm（或众数直径，（或众数直径，modal diamater），其数量的多少可计算其面积。若曲线是关于Dm对称，即符合正态分布(normal distribution),此时，Dm=平均粒径 =Dmed（中位径）median diameter

7、累积分布曲线与频率分布曲线互为积分与微商的关系，若取同一横坐标，则累积分布曲线上各点斜率实际上，累积分布曲线与频率分布曲线互为积分与微商的关系，若取同一横坐标，则累积分布曲线上各点斜率dR/dD，即为频率分布曲线纵坐标上相应各点之值。，即为频率分布曲线纵坐标相应各点之值。频率分布曲线上任一点的纵坐标表示某粒径频率分布曲线上任一点的纵坐标表示某粒径D为中心的颗粒在dD范围内占物料百分数为范围内占物料百分数为dR，在频率分布曲线之下，粒径为，在频率分布曲线之下，粒径为D以左所包含的面积占曲线以下所包含面积百分比即为累积百分数以左所包含的面积占曲线以下所包含面积百分比即为累积百分数R%。

8、累积分布——反映粒度变化不敏感，要求出斜率→粒度变化，斜率大，粒度变化大；但数量上反映较为明显，从纵坐标可以看出，计算方便，工业生产常用。频率分布——反映频率变化，是动态变化，颗粒组成的变化，但不表示数量（各粒级数量的多少要计算面积）。研究工作中常用的方法。

9、D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。D97：一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。D97常用来表示粉体粗端的粒度指标。中位径Dmed

10、定量描述粒子几何形状的方法：形状指数（shape index）、形状系数（shape factor）和粗糙度系数（roughness factorfactor）。单颗粒外形的几何量的各种无因次组合称为形状指数;形状系数——在表示颗粒群性质和现象的函数关系中，把与颗粒形状有关的因数作为一个系数加以考虑；粗糙度系数反映颗粒表面微观结构

11、用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒径的分布，可以直接观察颗粒是否团聚，电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度．粗颗粒使用光学显微镜，SEM较TEM可观察到更多关于颗粒形状和表面结构信息，立体感强些。X射线是测定晶粒度的最好方法（当颗粒为单晶时，该法测得是颗粒度）对于混合多组分颗粒系统，由于组分密度不同，颗粒形状不同，要测量颗粒的大小电镜是较好的方法。

12、② 颗粒组成（颗粒分布）：•激光法, 光透射：重力沉降 > 1μm，离心沉降 > 0.01μm 13.TEM观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度。X射线衍射线宽法是测定晶粒度的最好方法。当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒方法。当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒度。当颗粒为多晶时，该法测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度这种测量个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。这种测量法只适用于晶态的超微粉晶粒度的评估。实验表明晶粒度≤50时测量值与实际值验表明，晶粒度≤50nm时，测量值与实际值相近，反之，测量值往往小于实际值。

13、透气法—不受微观结构变化的影响，由颗粒大小，聚集体状态决定。只反映出外表面积不受微观结构变化的影响，由颗粒大小，聚集体状态决定。只反映出外表面积的大小；

14、BET法—颗粒的总表面积：除包括颗粒大小，聚集体状态外还包括了颗粒的裂纹沟槽聚集体状态外，还包括了颗粒的裂纹，沟槽的内表面，因此其数值较上法大的多

15、比表面积的测定范围约为0.1-1000m2／g，以ZrO2粉料为例，颗粒尺寸测定范围为lnm～l0μm．

16、UFP的制备方法：①长大法或者称化学法或者造粒法，合成法——通过化学反应或物相变化，从物质的原子、离子或分子入手, 经过成核和成长、收集两阶段；使颗粒在控制之下长大到要求的大小，这是使颗粒尺寸由小到大的制备方法——纳米粉体的制备方法

②碎细法或者称粉碎法、机械法——这种方法是通过对粗颗粒的粉碎，使其微细化从而成UFP。这是使颗粒尺寸由大变小的方法。是制备微米级颗粒的传统粉碎法的延伸。颗粒粒径在10～0.1μm范围，以两个数量级范围内的颗粒为对象——微米粉体制备 18单分散颗粒系统，其粒度分布呈正态分布

19振动磨制备的粉体粒度分布较窄、纯度较高物料。振动磨除粉碎效率较高外，另一个优点是物料在磨中翻动，从而使物料不易团聚

20气流粉碎机亦称(高压)气流磨或喷射磨或流能磨，是常用的超细粉碎设备之一。高速气流(300—500m／s)或过热蒸汽(300-400℃)的能量，使颗粒相互产生冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的设备。降低入磨粒度，可得到平均粒径1μm的产品。

21、随着颗粒微细化，细小颗粒之间的吸附作用，例如范德华引力、静电力、颗粒表面的水份附着力等；或者由于断裂后在新表面上产生的剩余价键带正或负电荷的结构单元或化学游离基的作用，使小颗粒聚结或附聚而成为大颗粒

22、根据生产工艺的要求，把粉碎产品按某种粒度大小或不同种类颗粒进行分选的操作过程称为分级。方法：干法分级和湿法分级

23、颗粒分级可以避免团聚

24、流体是空气时称为干式分级，利用水或者液体时则称为湿式分级。

25、凡是通过挤压、剪切、摩擦、磨剥、拉伸等作用对固体、液体、气体施加机械能，诱发一系列的物理化学性质的改变，称之力化学，或机械力化学。

26、经粉磨后物料活性有所提高的原因经粉磨后，物料活性有所提高的原因是什么？

答：活性提高的主要因素——无定形化的作用；活性提高的次要因素——颗粒尺寸 变小比表面积增大

27、机械力诱发的一系列变化可用X射线衍射、差热分析、红外光谱、反气相色谱法、溶解速度变化密度变化等进行研究

28、助磨剂一般为表面活性物质，具有降低比表面能和“楔入”粒子裂缝的作用。物料在细磨过程中，粒子逐步细化，比表面积增大，其表面因断键而荷电，粒子相互吸附并出现团聚使粉碎效率下降，加入少量助磨剂可以防止粒子团聚，改善物料，流动性，从而提高 研磨效率，缩短研磨时间。

29、颗粒在比较弱的引力作用下结团——附聚体；颗粒在比较强的化学键作用下结合为整体——聚结体

30、助磨剂作用机理：a.削弱固体颗粒强度——软化剂。裂纹的存在、扩展导致断裂，助磨吸附在裂纹上平衡了裂纹表面的剩余价键及电荷，避免裂纹愈合，提高了物料的易碎性。b.防止颗粒并合聚结——分散剂。平衡了颗粒表面上的剩余价键，使颗粒之间的附聚力得到屏蔽，避免颗粒的聚结,抑制粉碎逆过程，故有利于粉碎过程进行。

第三篇：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？

第四篇：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。

第五篇：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)