第一篇：粉體工程試題最新

1、中位粒徑：D50，在物料的樣品中，把樣品個數(shù)（或質(zhì)量）分成相等兩部分的顆粒粒徑

2、壁效應(yīng)：在接近固體表面的地方，粉料的隨機填充存在局部有序。這種局部有序的現(xiàn)象是壁效應(yīng)

3、粉碎平衡：當(dāng)物料粉碎到一定程度時，物料在機械力作用下的粒度減小與已細化的微小顆粒再團聚達到平衡，物料粒度幾乎不再變化的時候，稱為粉碎平衡

4、摩擦角：由于顆粒間的摩擦力和內(nèi)聚力而形成的角

5、相對可燃性：在可燃性粉末中加入惰性的非可燃性粉末均勻分散成粉塵云后，用標(biāo)準(zhǔn)點火源點火，使火焰停止傳播所需要的惰性粉體最小加入量（%）稱為相對可燃性

6、粉碎機械力化學(xué)：在固體物料粉碎過程中，設(shè)備施加于物料的機械力除了使物料粒度減小、比表面積增大外，還發(fā)生機械力與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，使材料發(fā)生結(jié)構(gòu)變化、物理化學(xué)變化。這種在機械力作用下鎖誘發(fā)的物理、化學(xué)變化過程稱為粉碎機械力化學(xué)。

另答案：研究粉碎過程中伴隨的機械力化學(xué)效應(yīng)的學(xué)科，應(yīng)用粉體材料的機械力化學(xué)改性制備無機顏料制備納米金屬非晶態(tài)金屬及合金制備新型材料

7、屈服軌跡：一組粉體樣品在同一垂直應(yīng)力條件下密實，然后在不同的垂直應(yīng)力下，對每個粉體樣品做剪切破壞試驗，所得到的粉體破壞包絡(luò)線稱為該粉體的屈服軌跡

8、整體流：物料從料斗出口處全面積的泄出，全部物料都處于運動狀態(tài)的流動。（料倉內(nèi)整個粉體層能夠大致均勻地下降流動，這種流動型稱為整體流。這種流動常發(fā)生在帶有相當(dāng)陡峭而光滑的料斗內(nèi)）二．簡答

1、表征粒度分布特征參數(shù)是什么？粉體的填充指標(biāo)有哪些？ 特征參數(shù)：中位粒徑D50、最頻粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差； 填充指標(biāo)：容積密度、填充率、空隙率

2、等徑球體隨機填充的類型有哪些？

1、等徑球規(guī)則填充；

2、隨機或不規(guī)則填充：隨機密填充、隨機傾倒填充、隨機疏填充、隨機極疏填充；

3、壁效應(yīng)

3、寫出幾種實際顆粒的堆積規(guī)律（P27）

堆積規(guī)律：當(dāng)僅有重力作用時，容器里實際顆粒的松裝密度隨著容器直徑的減少和顆粒層高度的增加而減小。對于粗顆粒，較高的填充速度導(dǎo)致松裝密度較小。但是對于像面粉那樣的有粘聚力的細粉末，減慢供料速度可得到松散的堆積。

4、粉體層中液體有幾種？各有何特點？

1、粘附液：粘附在粉體物料的表面；

2、楔形液：滯留在顆粒表面的凹穴中或溝槽內(nèi)；，即在顆粒間的切點乃至接近切點處形成鼓狀的自由表面而存在的液體；

3、毛細管上升液：保存在顆粒間的間隙中；

4、浸沒液：顆粒浸沒的液體

5、粉體的潤濕應(yīng)用的典型實例，寫兩例。

1、表面涂覆或包裹：用硬脂酸鈉改性MgO粉體，在吸附層中的硬脂酸根離子的親水基朝向水相，接觸角減小，是粉體潤濕性增強；

2、熱處理：對陶瓷顆粒進行熱處理可以提高金屬對陶瓷的潤濕性。通過熱處理可以除去吸附在陶瓷表面的氧，以免金屬氧化在界面形成氧化物阻止金屬與陶瓷元素相互擴散。對陶瓷顆粒進行預(yù)熱處理可以消除顆粒表面吸附的雜志和氣體，提高潤濕性。

6、粉體摩擦角具體包括哪些角度?

內(nèi)摩擦角、2 安息角、3 壁面摩擦角和滑動摩擦角、4 運動角

7、試述粉體壓力飽和現(xiàn)象，并寫出杰森公式。（P40）

飽和現(xiàn)象：當(dāng)粉體填充高度達到一定值后。P趨于常數(shù)值，這一現(xiàn)象稱為粉體壓力飽和現(xiàn)象

8、流動與不流動的判據(jù)？（P48）

如果顆粒在流動通道內(nèi)形成的區(qū)服強度不是已支撐住流動的堵塞料，那么在流動通道內(nèi)將產(chǎn)生重力流動。

9、防止粉體偏析的方法？（P52）

1、加料時采用某些可以使輸入物料重新分布和能改變內(nèi)部流動模式的方法，如進口溜槽擺動或者轉(zhuǎn)動撒料、多頭加料；

2、卸料時通過改變流動模式以減少偏析，盡可能的模仿整體流，如在料斗卸料口上方加一個改流體可以拓寬流動的通道、使用多通道卸料管。（回轉(zhuǎn)進料法、中央孔管、細高料倉、隔室、側(cè)孔法）

10、顆粒在流體中運動時受到的力有哪些？（P173各力的公式在書上173頁）流動阻力、2 重力、浮力，3 離心力、4 壓力梯度力

11、粉塵爆炸機理及條件？（P358）

機理：粉塵爆炸是助燃性氣體與可燃物均勻混合后進行的反應(yīng)：

1、熱能作用于粉塵粒子表面，使其溫度上升

2、粉塵粒子表面的分子由于熱分解或干餾作用，變?yōu)闅怏w分布在粒子周圍

3、氣體與空氣混合生成爆炸性氣體，進而發(fā)火產(chǎn)生火焰

4、火焰產(chǎn)生熱能，加速粉塵分解，循環(huán)往復(fù)放出氣相的可燃性物質(zhì)與空氣混合，進一步發(fā)火傳播發(fā)生爆炸。

條件：

1、擴散粉塵的濃度必須高于最稀可燃極限濃度、2、裝在容器內(nèi)的可燃粉料必須擴散在空氣中，3、引燃源必須具有足夠的使燃燒波引燃的釋能密度和總能量，而該燃燒波的傳播能引起爆炸。

12、粉體輸送設(shè)備有哪些種類？膠帶輸送機的主要部件？

輸送設(shè)備:膠帶輸送機、螺旋輸送機、斗式提升機、鏈板輸送機

主要部件：輸送帶、托輥、驅(qū)動裝置、改向裝置、拉緊裝置、裝料及卸料裝置、清理裝置、制動裝置、三． 問答

1、CaCO3超微粉體和橡膠超精細粉體的生產(chǎn)工藝的異同

橡膠精細粉體生產(chǎn)工藝在老師打印發(fā)的那個單獨的A4紙（專用成套設(shè)備）上面有類似，可以參考看

2、漏斗流和整體流的區(qū)別，整體流料倉的設(shè)計要點。（P50）

區(qū)別：整體流與漏斗流相比，整體流料倉具有很多優(yōu)點：避免了粉料的不穩(wěn)定流動、溝流和溢流、消除了筒倉內(nèi)的不流動區(qū)、形成先進先出的流動，最大限度地減少了存儲期間的結(jié)塊問題、變質(zhì)問題或偏析問題、顆粒的偏析被大大的減少或杜絕、顆粒的密度在卸料時是常數(shù)，料位差對它根本無影響、任意水平橫截面的壓力都可以預(yù)測，并且相對均勻。

設(shè)計要點：盡量使漏斗的半頂角小、料斗用材料的壁摩擦系數(shù)越小越好、料斗壁的表面光滑可以適當(dāng)增大料斗半頂角，從而降低整個料斗的高度。

漏斗流料倉內(nèi)粉體層的流動區(qū)呈漏斗形，使料流順序紊亂，甚至粉體直流不動，造成先加入的物料后流出的結(jié)果。這種流動型稱為漏斗流。這種流動發(fā)生在平底的料倉或斜度小而粗糙的料斗簡倉內(nèi)。整體流 料倉內(nèi)整個粉體層能夠大致均勻地下降流動，這種流動型稱為整體流。這種流動常發(fā)生在帶有相當(dāng)陡峭而光滑的料斗內(nèi)。

3、粉體結(jié)拱的原因和防拱破拱措施（P53）

結(jié)拱原因：

1、粉體內(nèi)摩擦力與內(nèi)聚力使之產(chǎn)生剪應(yīng)力并形成一定的整體強度，阻礙顆粒位移，使流動性變差；

2、粉體的外摩擦力與料筒內(nèi)壁間的摩擦力，該摩擦力與料倉內(nèi)壁粗糙度、錐形部分傾角的大小有關(guān)，粗糙度大，傾角小，則外摩擦力越大，易結(jié)拱。

3、外界空氣濕度、溫度的作用使粉體的內(nèi)聚力增大、流動性變差、固結(jié)性增強，導(dǎo)致結(jié)拱、4、筒倉卸料口的水力半徑減小，是筒倉內(nèi)粉體的芯流截面變小，易產(chǎn)生拱塞

措施：

1、正確設(shè)計料倉的幾何結(jié)構(gòu)；

2、提高料倉內(nèi)壁的平滑度；

3、氣動破拱；

4、振動破拱；

5、機械破拱

4、粉碎機械力化學(xué)的應(yīng)用有？舉5例(P160)

1、機械力化學(xué)改性

2、機械力化學(xué)法制備納米金屬、非晶態(tài)金屬及合金

3、機械力化學(xué)法制備新型材料

4、機械力化學(xué)在水泥、混凝土生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、機械力化學(xué)法合成彌散強化合金

2、制備亞穩(wěn)態(tài)材料

3、MA制備納米晶材料、金屬間化合物

4、制備納米陶瓷、制備功能材料、制備納米復(fù)合材料

5、固定床和流化床的區(qū)別（P180）

區(qū)別：固定床特點：當(dāng)流體速度很小時，粉體層靜止不動，流體從彼此相互接觸的顆粒間的空隙通過。流化床特點：粉體層膨脹，空隙率增大，壓力降沿凹形曲線變化，在一段區(qū)間內(nèi)，雖然氣體流速不斷增大，但壓力降變化較小。

固定床特點：當(dāng)流體速度很小時，粉體層靜止不動，流體從彼此相互接觸的顆粒間的空隙通過。流化床特點：粉體層膨脹，空隙率增大，壓力降沿凹形曲線變化，在一段區(qū)間內(nèi)，雖然氣體流速不斷增大，但壓力降變化較小。固定床：流體通過床層的壓降隨容器截面積空塔流速至足以支撐粉體層的全部質(zhì)量時粉體的填充狀態(tài)發(fā)生改變一部分顆粒運動而重新排列而在此之前床層基本不發(fā)生變化此時床層稱固定床

流體床：流速超過使流體通過床層的通過床層的壓降足以支撐粉體層的質(zhì)量流體在顆粒層中的壓降與單位面積床層重力相等粉體層開始懸浮運動像液體質(zhì)點在一定范圍內(nèi)作無規(guī)則運動這時氣固系統(tǒng)有類似液體的性質(zhì)進入流態(tài)化狀態(tài)

6、濕式除塵機理

(圖來源于PPT，原理自己看圖寫)

7、洗滌式除塵類型

四． 作圖

1、繪三軸壓縮試驗，粉體在受壓破壞面作用圖（P37圖5-

5、5-6）

2、密實應(yīng)力下的屈服軌跡（P47圖5-29，5-30）

3、可燃性粉體生產(chǎn)工藝流程圖

4、粉塵爆炸的機理圖(P358圖14-3)

第二篇：粉體工程習(xí)題

粉體工程思考題

1、粒度為－200目25.6%的物料，經(jīng)磨礦2分鐘后粒度變?yōu)椋?00目50.8%，磨礦3分鐘后粒度變?yōu)椋?00目62.5%，求出磨礦動力學(xué)方程并估算磨礦4分鐘和5分鐘后的物料細度

2、一篩孔尺寸為1mm的振動篩，當(dāng)處理量Q＝20t/h時，其篩上物料的羅遜粒度特征－0.2x0.8方程為R=100e，篩下物料的高登粒度特征方程為Y=100X。已知入篩原料中小于篩孔尺寸的物料含量為70.2%，求此時振動篩的篩分效率E及篩下物料的平均粒度。當(dāng)Q提高到40t/h時，預(yù)計E為多少？

3、粒度特征方程式的用途有哪些？已知某1.2mm的篩下物料其羅遜粒度特征方程式為-3xR=100e(n=1,b=3):（1）求0.6mm物料的負累積產(chǎn)和0.3mm物料的正累積產(chǎn)。（2）計算物料的平均直徑。

4、如圖所示的磨礦流程中，已測得分級機溢流、給料和排料中小于0.074mm粒級的含量分別為β＝76%、α＝57%和θ＝38%，求磨機的循環(huán)負荷。

5、如何確定顎式破碎機電動機的轉(zhuǎn)速？

答案：假定動鄂做平行移動、礦石自由下落、不計摩擦阻力，對簡擺式破碎機，偏心軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，動顎就往復(fù)擺動一次。前半轉(zhuǎn)為破碎礦石的工作行程，后半轉(zhuǎn)為排出礦石的空行程。實驗表明排礦時間實際只相當(dāng)于偏心軸轉(zhuǎn)1/4轉(zhuǎn)的時間。即t =60/4n =15/n（秒）在t時間內(nèi)已破碎礦石下落高度

6、如何確定拋落運動磨機適宜的轉(zhuǎn)速率，實際生產(chǎn)中磨機轉(zhuǎn)速率的范圍是多少？ 答案：在拋落式工作的磨機中，使鋼球具有最大落下高度的轉(zhuǎn)速為最適宜的轉(zhuǎn)速，此時鋼球沖擊動能最大。222鋼球作拋落運動落下的高度：H =4.5Rsinαcosα對H求極值 4.5Rsinα(2cosα－sinα)= 0，得α=54o441，由此磨機轉(zhuǎn)速n有兩種方法：

1、最外層脫離角求n，n=32/D0.5 2.用球荷回轉(zhuǎn)半徑與脫離角的關(guān)系推算n:n=37.3/D0.5 其中臨界轉(zhuǎn)速nc=42.4/D0.5

轉(zhuǎn)速率為n/nc

7、簡述扁平式氣流粉碎機的粉碎及自行分級原理。

答案：粉碎原理：氣流粉碎機是沖擊式粉碎機，它以沖擊粉碎為主。高速氣流賦予顆粒以極高的速度，使它們互相碰撞，或與固定板及粉碎機內(nèi)壁沖擊碰撞。自行分級原理：把已粉碎的物料，按其大小進行分級，不僅分級細度很細，而且效率也很高，使粒度分布狹窄。這種不需外量分有器的性能，稱自行分級性能。在離心力場的任一位置的顆粒上同時受到兩個作用力。（a）離心力

（b）粘性阻力

當(dāng)d較大時顆粒朝粉碎區(qū)運動；當(dāng)d較小時顆粒朝中心收集區(qū)運動；這就是自行分級的原理。

8、簡述粉碎助劑的作用機理。

答案：目前主要有兩種觀點：分別由列賓捷爾和克蘭帕爾提出。

（1）表面化學(xué)吸附效應(yīng)：助劑吸附降低表面能或引起表面晶格位錯產(chǎn)生缺陷，促進裂紋的產(chǎn)生和擴展，從而降低物料的強度或硬度。（2）流變學(xué)分散效應(yīng)：助劑可改變表面電性，促進顆粒分散，阻止物料粒子粘附和凝聚，從而改變料漿流變學(xué)性質(zhì)，提高料漿流動性。對整個粉碎工藝過程，兩種機理同時存在，相互統(tǒng)一，只是不同條件下主次不同。

9、簡述深冷粉碎技術(shù)的基本思想。

答案：即利用物料的低溫脆性進行粉碎。以液氮或液化天然氣作冷卻劑，在物料粉碎之前或在物料粉碎過程中將其冷卻，使物料呈現(xiàn)脆性，然后，用振動磨機，沖擊式粉碎機或其他粉碎機將物料粉碎，從而節(jié)省粉碎能耗提高粉碎效率。

10、簡述物料粒度的表征方法。

答案：

1、單顆粒的粒度表示法，對于大多數(shù)情況中的非球形單顆粒，可由該顆粒不同方向上的不同尺寸按照一定的計算方法加以平均，得到單顆粒的平均直徑，或是以在同一物理現(xiàn)象中與之有相同效果的球形顆粒直徑來表示，即等效粒徑，或叫當(dāng)量徑。（計算三軸算術(shù)平均值、三軸調(diào)和平均徑和三軸幾何平均徑；或者等體積球當(dāng)量徑、等表面積球當(dāng)量徑法）2.混合物料的粒度表示方法，一般用顆粒群的平均直徑來表示粉體的粒度。用n層篩子將混合物料分成（ｎ＋１）個粒度很窄的級別，每個級別分別用其上下層篩子的篩孔尺寸表示該粒級的粒度上下限再根據(jù)測得各窄級別物料的重量百分數(shù)求平均直徑。

11、簡述自定中心振動篩與慣性振動篩的主要區(qū)別。

12、簡述引起過粉碎的原因及危害。答案：產(chǎn)生過粉碎的原因：（1）粉碎細度超過最值粒度；（2）所選擇的設(shè)備與礦石性質(zhì)不適應(yīng)，易將礦石泥化；（3）操作條件設(shè)有控制好；（4）粉碎流程結(jié)構(gòu)不合理。過粉碎的危害：（1）微細粒較多影響分選精度，精礦品位和回收率都差；（2）設(shè)備處理能力降低，磨損增大；（3）無益能耗增大。

13、簡述泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩和國際標(biāo)準(zhǔn)篩的基本特征。

答案：

1、泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩——有兩個篩序（基本和附加）特點：（1）篩號=網(wǎng)目=篩孔數(shù)目/1英寸（2.54cm）長度；（2）基本序列：篩比為 =1.414；（3）附加序列：篩比為2^0.5=1.19；（4）基篩為200目的篩子，篩孔尺寸0.074mm 2.國際標(biāo)準(zhǔn)篩：（1）以1mm篩子為基篩;（2）10^0.1 =1.259為篩比的等比系列篩(3)更加精密的篩分還要插入附加篩比。

14、闡述球磨機、棒磨機和自磨機的性能及用途。

答案：球磨機：應(yīng)用范圍廣，無論是何種礦石、粗磨還是細磨都可采用；結(jié)構(gòu)簡單；排礦速度快、過粉碎嚴(yán)重；產(chǎn)品粒度相對較粗。棒磨機：（1）棒磨介質(zhì)是鋼棒，介質(zhì)之間為線接觸，磨碎作用具有選擇性，有篩分作用，因而產(chǎn)物粒度比球磨均勻，開路磨礦的棒磨產(chǎn)品粒度特性幾乎和閉路工作的球磨產(chǎn)品一樣；（2）棒磨機屬粗磨設(shè)備，生產(chǎn)率比球磨機低5%～15%；（3）主要用于非金屬礦和稀有金屬礦（如鎢礦）的重磁選廠，以保護某些礦物的天然晶體結(jié)構(gòu)，減少過粉碎，主要用作一段磨礦，也可代替短頭圓錐破碎機作細碎。自磨機：（1）磨碎比大，可達300~400，一段自磨流程可取代中碎、細碎及粗磨三段作業(yè)。（2）流程短（3）降低鋼材消耗量。（4）減輕泥化和鐵質(zhì)污染。但是，（1）生產(chǎn)率低，單位容積生產(chǎn)率比球（棒）磨機低30%~50%。（2）電耗高10%~20%，磨礦效率低，作業(yè)效率低8%~10%，因此在應(yīng)用上一般在大型選廠才有經(jīng)濟優(yōu)勢，現(xiàn)在主要用于分選鐵礦。

15、闡述顎式破碎機、旋回破碎機和園錐破碎機的性能及用途。

答案：顎式破碎機：構(gòu)造簡單，工作可靠，制造容易，維修方便適合用于處理堅硬或中硬礦石的粗碎和中碎，中小型選廠和礦石粘性大時宜用顎式；旋回破碎機：單位電耗低（50%）啟動容易，工作平穩(wěn)一般用于大型選礦廠粗碎，與顎式破碎機相比，旋回的投資大，生產(chǎn)成本低。園錐破碎機：電耗低、啟動容易、工作平穩(wěn)，其中，標(biāo)準(zhǔn)型用于中碎；短頭型用于細碎； 中間型用于中或細碎。

16、闡述超細粉碎過程的物理化學(xué)現(xiàn)象，舉例說明其應(yīng)用。

答案：在超細粉碎過程中，隨著粒度便細，物質(zhì)表面能增加，吸附能力和反應(yīng)活性增強，溶解速度提高。新生表面上還會引起物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，伴隨有化學(xué)的和熱的效應(yīng)。

17、闡述三個破碎功耗學(xué)說的基本思想。

答案：

1、面積學(xué)說——（雷廷格學(xué)說）理論實質(zhì)：輸入功轉(zhuǎn)化為新生表面積上的表面能。面積學(xué)說較準(zhǔn)。因此適用于全過程。

2、體積學(xué)說——（吉爾皮切夫?qū)W說）理論實質(zhì)：輸入功轉(zhuǎn)化為變形能，變形至極限物體被破壞。即：dA2 = K2dV。適用于粗碎。

3、裂縫學(xué)說——（邦德學(xué)說）理論實質(zhì)：輸入功轉(zhuǎn)化為變形能，變形至極限產(chǎn)生裂縫，進而形成斷面，之后輸入功部分轉(zhuǎn)化為新生表面上的表面能，其余成為熱能損失。因此應(yīng)等量考慮變形能和表面能兩項。適用于粗碎與細碎之間的較寬范圍

18闡述影響磨機中鋼球運動狀態(tài)的因素及鋼球在不同運動狀態(tài)下的磨礦機理。

答案：鋼球的運動可歸納為三種典型狀態(tài)，這取決于磨機轉(zhuǎn)速和球荷（裝球率）。

1、瀉落式，以磨剝作用磨礦，適于細粒磨礦。

2、拋落式，礦石在園運動區(qū)受鋼球的磨剝作用，在底腳區(qū)受強烈的沖擊作用，適于粗粒級磨礦。

3、離心式當(dāng)磨機轉(zhuǎn)速超過某一臨界值時無磨礦作用。

19、粉碎機施力分哪幾類？應(yīng)用中要注意哪些問題？

（1）硬礦石宜用彎折配合沖擊；（2）脆性礦石彎折和劈開較有利；（3）韌性和粘性物料，采用磨剝方式為好。

20、螺旋分級機分為哪幾類，每一類的特征是什么，分別有什么用途？

答案：螺旋分級機（國內(nèi)選廠常用）是最常用的分級設(shè)備，可分為高堰式，低堰式和沉沒式三種；根據(jù)螺旋數(shù)目，又可分為單螺旋和雙螺旋分級機。（1）高堰式——適于分離出0.15～0.2mm粒級（－0.074mm50～60%），通常用于一段磨礦與磨機配合，溢流堰比下端軸承高，但低于下端螺旋的上邊緣。（2）沉沒式——分級面積大，利于分出0.15mm以下粒級（－0.074mm70～85%），常用于二段磨礦的分級，其下端螺旋有4～5圈全浸在礦漿中。（3）低堰式——分級面積小，只能用來洗礦或脫水，現(xiàn)已不采用。其溢流低于下端軸承中心。

21、比較說明等園截面、變園截面和雙循環(huán)管式氣流粉碎機的特點。

答案：等園截面：特點：幾何形狀規(guī)整，容易制造；應(yīng)用：規(guī)格用循環(huán)管內(nèi)徑表示，粉碎石墨等，粉碎工質(zhì)在強，生產(chǎn)能力，粒度。變園截面： 特點：a.分級區(qū)細粒出品處安裝向葉窗憤性分級，使內(nèi)層細粒通過時，相對較粗的顆粒被彈回；b.噴嘴安裝位置正好使噴氣流軸線與粉碎；c.粉碎室內(nèi)腔橫截面不是真正的園，各處截面也不相等，粉碎區(qū)和分級區(qū)的弧形部分也是園周的一部分，曲率半徑為變徑的，上開管截面大，顆粒減速上升，進入分級區(qū)時截面小又能加速，產(chǎn)生更大的離心力場，獲得更精細的分級。應(yīng)用范圍廣，適合各種物料粉碎.雙循環(huán)管式：特點：對噴式迎面沖擊粉碎，粉碎強度大，能量利用率高，消除了進入分區(qū)級的“沖擊壁”，減少了內(nèi)壁沖擊磨損，生產(chǎn)能力大。

22、氣流沖擊式粉碎機和機械式粉碎機各有何特點.答案：氣流沖擊式粉碎機的優(yōu)點：（1）粉碎強度大，產(chǎn)品微細，顆粒規(guī)整，表面光滑；（2）產(chǎn)品粒度較均勻，粒度分布較狹窄，單顆粒成分多；（3）成品純度商，因無任何轉(zhuǎn)動部件；（4）應(yīng)用范圍廣，能粉碎極堅硬的物料，高純、層狀、熱敏性易燃、易爆物料；（5）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，沒有運動部件，易維修拆卸、清理可進行無菌作業(yè)；（6）能量利用率高，可達2~10%，而球磨機僅為 0.6%。缺點：（1）輔助設(shè)備多，一次性投資大；（2）影響工況因素多，難以穩(wěn)定操作；（3）粉碎成本較高（應(yīng)用于附加值較高物料的粉碎）；（4）粉碎系統(tǒng)易去堵塞，出現(xiàn)例料現(xiàn)象，噴出大量粉墨，惡化環(huán)境；（5）噪音較大。

機械式粉碎機：給礦量（充填率）給礦量大，產(chǎn)品粒度變粗；不同尺寸的介質(zhì)配合使用有利于提高粉碎效果；粉碎強度不如氣流粉碎機大。

23、畫出選礦生產(chǎn)中的常見的破碎篩分流程，并例舉幾個生產(chǎn)實例，說明不同流程的特點。（1）預(yù)先篩分：破碎前篩除小于排礦口的物料，減輕破碎負荷。（2）檢查篩分：篩除破碎后產(chǎn)品中大于排礦口的物料。（3）預(yù)先檢查篩分：同時篩除破碎前小于排礦口的物料和破碎后產(chǎn)品中大于排礦口的物料。

24、試說明球磨機鋼球裝球率、球荷直徑及配比對磨礦效果的影響。

答案：鋼球裝球率：由于磨機轉(zhuǎn)速的限制，裝球率過高磨機中部的鋼球機會不動，因此會造成有效的鋼球運動率很低，功率消耗增大，效果不佳；過低也達不到生產(chǎn)要求。

球荷直徑及配比：要保證足夠高的單體解離，需要鋼球?qū)ΦV石進行選擇性的解離，而且礦石的性質(zhì)也直接決定著鋼球的尺寸要求，所以一般大小鋼球混合使用，具體的尺寸配比將直接影響不同粒級礦物的磨剝效果（及單體解離率）和過粉碎率進而影響磨機的磨礦效率。

25、自磨機從結(jié)構(gòu)上是如何增大被磨物料間的沖擊力、避免物料在筒體內(nèi)偏析的？ 答案：a.筒體直徑D大，長度短（D/L≈3），以保證礦塊能提升到一定高度下落時的沖擊磨碎力和不發(fā)生軸向偏析現(xiàn)象（大→給，小→排）。b.端蓋設(shè)有兩圈三角斷面波峰襯板，能磨碎礦石、抑制偏析。c.筒體鋪有丁字形提升襯板，將物料提升到一定高度。

26、闡述宏觀與微觀比表面積的差異與表征方法。

答案：宏觀比表面積——總表面積與質(zhì)量之比。表征方法：

1、測定物料的平均粒度

2、計算物料的宏觀比表面積。微觀比表面積的表征方法——BET氣相吸附法

27、舉例說明超細粉碎過程中機械化學(xué)反應(yīng)對被粉碎物料性質(zhì)的影響。答案：固相反應(yīng)：石英和方解石混合粉碎生成硅酸鈣。氣相反應(yīng)：食鹽粉碎時產(chǎn)生氯氣，碳酸鹽礦物釋放CO2。

外來離子作用：Al3+ 和Mg2+ 進入高嶺土晶體成為鑲嵌結(jié)構(gòu)，增加了堆積密度。超細粉碎過程中顆粒微細化，比表面積增大，表面能增加。表面性質(zhì)發(fā)生變化：（1）表面形成無定型氧化膜。（2）形成氫氧化物層。（3）磨礦介質(zhì)與表面作用形成硅膠干擾層，使新生表面鍵場飽和。礦物構(gòu)造結(jié)晶的變化：（1）礦物結(jié)構(gòu)發(fā)生不規(guī)則變形。（2）型位錯。（3）產(chǎn)生非結(jié)晶態(tài)物質(zhì)。（4）產(chǎn)生無定型物質(zhì)和晶格畸變。其它結(jié)晶性結(jié)構(gòu)的變化：（1）引起物料結(jié)構(gòu)多種形式間的轉(zhuǎn)移，黃色氧化鉛→赤色，斜方晶系→正方晶系。（2）有機物從穩(wěn)定性→不穩(wěn)定性。

28、闡述礦石的可碎性與其化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，如何測定礦石的可磨度？

第三篇：粉體工程總結(jié)

第一章 顆粒幾何形態(tài)特性

1.粒度：顆粒在空間范圍所占大小的線性尺度。2.粒徑的表示方式：（1）三軸徑

以顆粒的長度l、寬度b、高度h定義的粒度平均值稱為三軸平均徑。（2）球當(dāng)量徑：（3）圓當(dāng)量徑：

（4）定向徑（又稱統(tǒng)計平均徑）：平行于一定方向（用顯微鏡）測得的線度

定方向徑（Feret徑）dF、定方向等分徑（Martin徑）dM、定向最大徑

3.粒度分布的概念

粒度分布是指某一粒徑或某一粒徑范圍的顆粒在整個粉體中占多大的比例。也就是說粉體中不同粒度區(qū)間的顆粒含量。4.粒度分布的表示方式

（1）頻率分布：當(dāng)用個數(shù)基準(zhǔn)表示粉體的粒度分布時，將被測粉體樣品中某一粒徑或某一粒徑范圍的顆粒的數(shù)目稱為頻數(shù)n，而將n與樣品的顆?？倲?shù)N之比稱為該粒徑范圍的頻率f，則

f?n?100% N

頻數(shù)n或頻率f隨粒徑變化的關(guān)系，稱為頻數(shù)分布或頻率分布。

（2）累積分布表示小于（或大于）某一粒徑的顆粒在全部顆粒中所占的比例。按照頻數(shù)或頻率累積方式的不同，累積分布可分為兩類：

a）負累積：將頻率或頻數(shù)按粒徑從小到大進行累積，所得到的累積分布表示小于某一粒徑的顆粒的數(shù)量或百分數(shù)。這相當(dāng)于在用篩分法測粒度時，通過某一篩孔的篩下部分的百分數(shù)，這樣得到的曲線又稱為累積篩下分布曲線，常用D（Dp）表示。

b）正累積：將頻率或頻數(shù)按粒徑從大到小進行累積，所得到的累積分布表示大于某一粒徑的顆粒的數(shù)量或百分數(shù)。相當(dāng)于用篩分法測粒度時，通過某一篩孔之后的篩余部分的百分數(shù)，這樣得到的曲線又稱為累積篩上分布曲線，常用R（Dp）表示。

較之頻率分布，累積分布更有用。許多粒度測定技術(shù)，如篩分法、重力沉降法、離心沉淀法等，所得到的分析數(shù)據(jù)，都是以累積分布顯示出來的。它的優(yōu)點是消除了直徑的分組，特別適用于確定中位粒徑（D50：在粉體物料樣品中，把樣品個數(shù)（或質(zhì)量）分成相等兩部分的顆粒粒徑）等。5.粒度分布的表達形式

列表法、圖解法、函數(shù)法 6.顆粒形狀

顆粒的形狀是指一個顆粒的輪廓或表面上各點所構(gòu)成的圖像。7.形狀指數(shù)（1）均齊度

顆粒兩個外形尺寸的比值。a)扁平度m＝短徑/厚度＝b/h b)伸長度n=長徑/短徑＝l/b（2）圓形度（又稱輪廓比）：定義了顆粒的投影與圓接近的程度

?c?與顆粒投影面積相等的圓的周長

顆粒投影的周長 1（3）球形度：表示顆粒接近球體的程度

Wadell球形度?W?與顆粒體積相等的球的表面積

顆粒的表面積由于同體積的幾何形狀中，球的表面積最小，所以，顆粒的球形度小于等于1。顆粒形狀與球偏離越大，顆粒的?W越小。8.粗糙度系數(shù)

R?粒子微觀的實際表面積（＞1）

表觀視為光滑粒子的宏觀表面積9.粒度的測量方法

常用的粒度測量方法有顯微鏡法、篩分法、沉降法、激光法、點傳感法、氣體吸附法等。第二章 顆粒群的堆積性質(zhì) 1.顆粒堆積的客觀結(jié)構(gòu)參數(shù)

（1）容積密度ρB：單位填充體積的粉體質(zhì)量，又成視密度。

?B?（－1?）?P填充粉體的質(zhì)量V ＝B粉體填充體積VB式中 VB—粉體填充體積

ρP—顆粒密度

ε—空隙率

（2）填充率ψ：顆粒體積占粉體填充體積的比率

??填充的顆粒體積?B＝

粉體填充體積?P（3）空隙率ε：空隙體積占粉體填充體積的比率

?＝1－?＝1－?B ?P2.最密填充理論

（1）Horsfield填充

均一球按六方最密填充狀態(tài)進行填充時，球與球間形成的空隙大小和形狀有兩種孔型：6個球圍成的四角孔和4個球圍成的三角孔。設(shè)基本均一球成為1次球（半徑r1），填入四角孔中的最大球稱為2次球（半徑r2），填入三角孔中的最大球稱為3次球（半徑r3），隨后再填入4次球（半徑r4），5次球（半徑r5），最后以微小的均一球填入殘留的空隙中，這樣就構(gòu)成了六方最密填充，稱為Horsfield填充。（1）r2＝0.414r1（2）r3=0.225r1（3）r4=0.177r1（4）r5=0.116r1（5）最終填充結(jié)果：最終空隙率ε＝0.149×0.2594=0.039（2）Hudson填充

當(dāng)一種以上的等尺寸球被填充到最緊密的六方排列的空隙中時，空隙率是隨著較小球與 2 最初大球的尺寸比值而變化的，空隙率隨著四方孔隙中較小球的數(shù)目的增加而減小。實際上不不是這樣，因為在三角形孔隙中，球的數(shù)目是不連續(xù)的。Hudson在金屬固溶體的研究中，對半徑為r2的等徑球填充到半徑為r1的均一球六方最密填充體的空隙，當(dāng)r2/r1＜0.4142時，可填充為四角孔；r2/r1＜0.2248時，可填充為三角孔，r2/r1＝0.1716時的三角孔基準(zhǔn)填充最為緊密，最小空隙率為0.0030。這樣的填充稱為Hudson填充。3.粉體中顆粒間的附著力

范德華力、顆粒間的靜電力、毛細管力、磁性力、機械咬合力 第三章 粉體力學(xué) 1.內(nèi)摩擦角的確定

內(nèi)摩擦角的測定方法有流出法、抽棒法、慢流法、壓力法、剪切盒法等多種，最主要的是剪切盒法。2.安息角

又稱休止角、堆積角、是指粉體自然堆積時，自由平面在靜止平衡狀態(tài)下與水平面所形成的最大角度。常用來衡量和評價粉體的流動性。對于球形顆粒，粉體的安息角較小，一般為23～28度之間，粉體的流動性好。規(guī)則顆粒的約為30度，不規(guī)則顆粒約為35度，極不規(guī)則顆粒的安息角大于40度，粉體具有較差的流動性。3.質(zhì)量流與漏斗流

粉體在重力作用下自料倉流出的形式有質(zhì)量流和漏斗流兩種。如果料倉內(nèi)整個粉體層能夠大致均勻地下降流出，這種流動型式稱為質(zhì)量流（或整體流）。特點是“先進先出”。流動性良好或細粒散體可實現(xiàn)質(zhì)量流。如果料倉內(nèi)粉體層的區(qū)域呈漏斗形，使料流順序紊亂，甚至有部分粉體滯留不動，造成先加入的物料后流出，即“后進先出”的后果。4.開放屈服強度和粉體流動函數(shù) 1)開放屈服強度

料倉內(nèi)的粉體處在一定的壓力作用下，因此，具有一定的固結(jié)強度（密實強度）。如果卸料口形成了穩(wěn)定的料拱，該料拱的固結(jié)強度，即物料在自由表面上的強度就稱為開放屈服強度（fc）。在預(yù)加壓應(yīng)力σ1作用下壓實，取去圓筒，粉體試件不倒塌，說明具有一定的密實強度，這一密實強度就是開放屈服強度fc。若倒塌，則fc＝0。fc小，流動性好，不易結(jié)拱。2)粉體流動函數(shù)

粉體的固結(jié)強度在很大程度上取決于預(yù)密實狀態(tài)，即開放屈服強度fc與固結(jié)主應(yīng)力σ1之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，詹尼克將其定義為粉體的流動函數(shù)FF。FF＝σ1/fc

FF表征著倉內(nèi)粉體的流動性，F(xiàn)F越大，粉體流動性越好。fc＝0，F(xiàn)F＝∞，粉體完全自由流動。

5.料斗流動因數(shù)

料斗流動因數(shù)ff來表示料斗的流動性，并定義流動因數(shù)為料斗內(nèi)粉體固結(jié)主應(yīng)力σ1與作用于料拱腳的最大主應(yīng)力σ1之比。

ff值越小，料斗的流動條件越好。料斗設(shè)計時要盡量獲得ff值小的料斗。6.偏析及其防止措施

（1）粉體流動過程中，由于顆粒間粒徑、顆粒密度、顆粒形狀及表面性狀等的差異，粉體層的組成呈現(xiàn)出不均質(zhì)的現(xiàn)象稱為偏析。（2）粒度偏析類型

附著偏析、填充偏析（滲流偏析）、滾落偏析（3）偏析防止措施

a 采用多點裝料，將一個料堆分成多個小料堆，可使所有各種粒度的各種組分（密度不同）能夠均勻地分布在料倉的中部和邊緣區(qū)域。

b采用細高料倉，即在相同料倉容積條件下，采用直徑較小而高度較大的料倉，可減輕堆積分料的程度。

c采用垂直擋板將直徑較大的料倉分隔成若干個小料倉，構(gòu)成若干個細高料倉的組合型式。此法適用于實際使用中高度受到限制而又要滿足一定料倉容量的料位設(shè)計或改造。

d在料倉中設(shè)置中央孔管，即使落料點固定不變，但由于管壁上不規(guī)則地開有若干窗孔，粉料有不同的窗孔進入料倉不同的位置，實際上就是在不斷地改變落料點，收到多點裝料的效果。

e采用側(cè)孔卸料，粉料從料倉側(cè)面的垂直孔內(nèi)卸出，以獲得比較均一的料流。f在卸料口加設(shè)改流體以改變流型的方法，減輕漏斗流對偏析的強化作用。7.粉體拱的類型及防拱措施（1）粉體靜態(tài)拱的類型

a壓縮拱：粉體因受料倉壓力的作用，使固結(jié)強度增加而導(dǎo)致起拱。

b楔形拱：塊狀物料因形狀不規(guī)則相互嚙合達到力平衡，在孔口形成架橋。c粘結(jié)粘附拱：粘結(jié)性強的物料在含水、吸潮或靜電作用而增強了物料與倉壁的粘附力所致。d氣壓平衡拱：料倉回轉(zhuǎn)卸料器因氣密性差，導(dǎo)致空氣泄入料倉，當(dāng)上下氣壓力達到平衡時所形成的料拱。(2)防拱措施

a改善料倉的幾何形狀及其尺寸。b降低料倉粉體壓力。c減小料倉壁摩擦阻力。

d降低物料水分，改善粉體流動性。第四章 顆粒流體力學(xué) 氣力輸送裝置可分為：

（1）吸送式：將大氣與物料一起吸入管內(nèi)，靠低于大氣壓力的氣流進行輸送。適用于從多個供料點把粉體輸送匯集到一個點的場合。輸送能力較小，壓力損失也小，且吸嘴的結(jié)構(gòu)簡單。

（2）壓送式：用高于大氣壓力的壓縮空氣推動物料進行輸送。適用于把粉體從一個供料點分配輸送到幾個點的場合，壓頭損失大，輸送能力大，可作長距離輸送。

第五章 粉碎及設(shè)備

一、粉碎的定義

固體物料在外力作用下，克服內(nèi)聚力，從而使顆粒的尺寸減小，比表面積增大的過程稱為粉碎。

??粗碎－將物料破碎至100mm左右??破碎?中碎－將物料破碎至30mm左右??細碎－將物料破碎至3mm左右???粉碎?

?粗磨－將物料粉磨至0.1mm左右??粉磨?細磨－將物料粉磨至60?m左右???超細磨－將物料粉磨至5?m或更小???

二、粉碎比

物料粉碎前的平均粒徑D與粉碎后的平均粒徑d之比稱為平均粉碎比。

三、粉碎流程 根據(jù)不同的生產(chǎn)情形，粉碎流程可由不同的方式。（a）為簡單的粉碎流程；（b）為帶預(yù)篩分的粉碎流程；（c）為帶檢查篩分的粉碎流程；（d）為帶預(yù)篩分和檢查篩分的粉碎流程。

凡從粉碎（磨）機中卸出的物料即為產(chǎn)品，不帶檢查篩分或選粉設(shè)備的粉碎（磨）流程稱為開路（或開流）流程。

凡帶檢查篩粉或選粉設(shè)備的粉碎（磨）流程稱為閉路（圈流）流程。

四、粉碎方式和分類

粉碎方式主要有擠壓粉碎、沖擊粉碎、摩擦剪切粉碎和劈裂粉碎。

五、粉碎模型

（1）體積粉碎模型：整個顆粒均受到破壞，粉碎后生成物多為粒度大的中間顆粒。隨著粉碎過程的進行，這些中間顆粒逐漸被粉碎成細粉成分。沖擊粉碎和擠壓粉碎與此模型較為接近。

（2）表面粉碎模型：在粉碎的某一時刻，僅是顆粒的表面受到破壞，被磨削下微粉成分，這一破壞基本不涉及顆粒內(nèi)部。這種情形是典型的研磨和磨削粉碎方式。

（3）均一粉碎模型：施加于顆粒的作用力使顆粒產(chǎn)生均勻的分散性破壞，直接粉碎成微粉成分。

六、易碎性

所謂易碎性即在一定粉碎條件下，將物料從一定粒度粉碎至某一指定粒度所需的比功耗——單位質(zhì)量物料從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達到的粉碎細度。

七、粉碎機械力化學(xué) 1.機械力化學(xué)概念

在粉碎過程中，不僅顆粒的尺寸逐漸變小，比表面積不斷增大，而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)性也相應(yīng)產(chǎn)生一系列的變化，此即為粉碎機械力化學(xué)現(xiàn)象。2.助磨劑助磨作用

（1）助磨劑分子吸附于固體顆粒表面上，改變了顆粒的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而降低顆粒的強度或硬度。

（2）助磨劑吸附于固體顆粒表面上，減小了顆粒的表面力。

（3）添加助磨劑，使物料顆粒的表面自由能和晶格畸變程度減小，促使顆粒軟化；助磨劑吸附在顆粒表面上能平衡因粉碎產(chǎn)生的不飽和價鍵，防止顆粒再度聚結(jié)，從而抑制粉碎逆過程的進行。以上兩者均可加速粉碎，產(chǎn)生助磨作用。

八、破碎設(shè)備 1.顎式破碎機

（1）根據(jù)其動顎的運動特征顎式破碎機可分為簡單擺動、復(fù)雜擺動和綜合擺動型三種型式。

（2）顎式破碎機的規(guī)格用進料口的寬度和長度來表示，如PEJ1500×2100顎式破碎機，即表示進料口寬度為1500mm，長度為2100mm的簡單顎式破碎機。PEJ為簡單顎式破碎機，PEF為復(fù)雜顎式破碎機。（3）顎式破碎機的構(gòu)造

顎式破碎機主要由機架和制成裝置、破碎部件、傳動機構(gòu)、拉緊機構(gòu)、調(diào)整機構(gòu)、保險裝置和潤滑冷卻系統(tǒng)等部件組成。

調(diào)整裝置：為了得到所需要的產(chǎn)品粒度，顎式破碎機都有出料口的調(diào)整裝置。大、中型破碎機出料口寬度是由使用不同長度的推力板來調(diào)整；小型顎式破碎機通常采用楔鐵調(diào)整方法。

保險裝置：一般顎式破碎機的安全裝置是將推力板分成兩段，中間用螺栓連結(jié)，設(shè)計 5 時適當(dāng)減弱螺栓的強度；也有在推力板上開孔或采用鑄鐵制造，推力板的最小斷面尺寸是根據(jù)破碎機在超負荷時能自行斷裂而設(shè)計的。當(dāng)破碎機過載時，螺栓即被切斷或推力板折斷，動顎即停止擺動。

（4）工作參數(shù)的確定

鉗角：顎式破碎機動顎與定顎之間的夾角。減小鉗角可增加破碎機的生產(chǎn)能力，但會導(dǎo)致破碎比減小；反之，增大鉗角可增大破碎比，但會降低生產(chǎn)能力，同時，落在顎腔中的物料不易夾牢，有被推出機外的危險。2.錘式破碎機

（1）錘式破碎機的規(guī)格用轉(zhuǎn)子的直徑（mm）×長度（mm）來表示，如φ2000mm×1200mm錘式破碎機表示破碎機的轉(zhuǎn)子直徑為2000mm，轉(zhuǎn)子長度為1200mm。

（2）錘子是自由懸掛的，當(dāng)遇到難碎物時，能沿銷軸回轉(zhuǎn)，起到保護作用，因而避免機械損壞。另外，在傳動裝置上還裝有專門的保險裝置，利用保險銷釘在過載時被剪斷，使電動機與破碎機轉(zhuǎn)子脫開從而起到保護作用。3.反擊式破碎機（1）工作原理

反擊式破碎機的主要工作部件為帶有板錘的高速轉(zhuǎn)子。喂入機內(nèi)的物料在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)范圍（即錘擊區(qū)）內(nèi)受到板錘沖擊，并被高速拋向反擊板再次受到?jīng)_擊，然后又從反擊板彈回到板錘，重復(fù)上述過程。在如此往返過程中，物料之間還有相互撞擊作用。由于物料受到板錘的打擊、與反擊板的沖擊及物料之間的相互碰撞，物料內(nèi)的裂紋不斷擴大并產(chǎn)生新的裂縫，最終導(dǎo)致粉碎。當(dāng)物料粒度小于反擊板與板錘之間的縫隙時即被卸出。

反擊式破碎機的規(guī)格用轉(zhuǎn)子直徑（mm）×長度（mm）表示。

（2）反擊裝置通常帶有卸料間隙調(diào)整機構(gòu)，通過調(diào)整卸料間隙可改變沖擊次數(shù)，從而在一定程度上改變產(chǎn)品的粒度組成。在破碎腔內(nèi)進入難碎物時，反擊板可繞懸掛點適當(dāng)擺動，增大它與板錘之間的間隙，當(dāng)難碎物通過后，它又迅速恢復(fù)至原位。因此，這種結(jié)構(gòu)還起著保險作用。

九、球磨機 1.工作原理

當(dāng)磨機一不同轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時，筒體內(nèi)的研磨體可能出現(xiàn)三種基本情況。

（1）周轉(zhuǎn)狀態(tài)：表示轉(zhuǎn)速太快，研磨體與物料帖附筒體上一道運轉(zhuǎn)。研磨體對物料起不到?jīng)_擊和研磨作用。（2）傾瀉狀態(tài)：表示轉(zhuǎn)速太慢，研磨體和物料因摩擦力被筒體帶到等于摩擦角的高度時，研磨體和物料就下滑。對物料有研磨作用，但對物料沒有沖擊作用，因而使粉磨效率不佳。（3）拋落狀態(tài)：表示轉(zhuǎn)速比較適中，研磨體提升到一定高度后拋落下來。研磨體對物料有較大的沖擊和研磨作用，粉磨效果較好。2.球磨機的構(gòu)造（1）筒體

磨門：筒體上的每一個倉都開設(shè)一個磨門（又稱人孔）。設(shè)置磨門是為了便于鑲嵌襯板、6 裝填或倒出研磨體、停磨檢查磨機的情況等。（2）襯板

襯板的作用是保護筒體，使筒體免受研磨體和物料的直接沖擊和摩擦；另外，利用不同形式的襯板可調(diào)整磨內(nèi)各倉研磨體的運動狀態(tài)。類型主要有平襯板、壓條襯板、凸棱襯板、波形襯板、階梯襯板等。（3）隔倉板

作用是a.分隔研磨體；b.防止大顆粒物料竄出料端；c.控制磨內(nèi)物料流速。第六章 分級與分離

一、基本概念

1.利用分離特性將成分不同的混合物或相混合物（例如氣——固相、液——固相）分成成分或相組分不同的兩部分或兩部分以上的過程稱為分離。

2.分離效率

分離后獲得的某種成分的質(zhì)量與分離前粉體中所含該成分的質(zhì)量之比稱為分離效率。3.分級粒徑

分級粒徑也稱切割粒徑，將部分分離效率為50％的粒徑稱為切割粒徑。

二、機械分級設(shè)備（篩分）

（1）定義：把固體顆粒置于具有一定大小孔徑或縫隙的篩面上，使通過篩孔的成為篩下料，被截留在篩面上的成為篩上料，這種分級方式稱為篩分。（2）篩序：

由粗到細的篩序、由細到粗的篩序、混合篩序。（3）篩制：公制和英制

三、顆粒流體系統(tǒng)分級設(shè)備 1.氣流分級機的分級過程：

（1）分散：將附著或凝聚在一起的顆粒聚集體分散成單個顆粒；

（2）分離：組合各種力的作用，使顆粒獲得速度差，實現(xiàn)粗、細顆粒的分離；（3）捕集：從氣流重分離與捕集顆粒；（4）卸出。2.離心式分級機（1）工作原理

物料由加料管經(jīng)中軸周圍落至撒料盤上，受離心慣性力作用向周圍拋出。在氣流中，較粗顆粒迅速撞到內(nèi)筒內(nèi)壁，失去速度沿壁滑下。其余較小顆粒隨氣流向上經(jīng)小風(fēng)葉時，又有一部分顆粒被拋向內(nèi)筒壁被收下。更小的顆粒穿過小風(fēng)葉，在大風(fēng)葉的作用下經(jīng)內(nèi)筒頂上出口進入兩筒之間的環(huán)形區(qū)域，由于通道擴大，氣流速度降低，同時外旋氣流產(chǎn)生的離心力使細小顆粒離心沉降到外筒內(nèi)壁并沿壁下沉，最后由細粉出口排出。內(nèi)筒收下的粗粉由粗粉出口排出。

改變主軸轉(zhuǎn)速、大小風(fēng)葉片數(shù)或檔風(fēng)板位置即可調(diào)節(jié)選粉細度。3.旋風(fēng)式選粉機

（1）構(gòu)造和工作原理

在選粉室8的周圍均勻分布著6～8個旋風(fēng)分離器。小風(fēng)葉9和撒料盤10一起固定在選粉室頂蓋中央的旋轉(zhuǎn)軸4上，由電動機1經(jīng)皮帶傳動裝置2、3帶動旋轉(zhuǎn)?？諝庠陔x心風(fēng)機19的作用下以切線方向進入選粉機，經(jīng)滴流裝置11的間隙旋轉(zhuǎn)上升進入選粉室（分級室）。物料由進料管5落到撒料盤后向四周甩出與上升氣流相遇。物料中的粗顆粒由于質(zhì)量大，受撒料盤及小風(fēng)葉作用時而產(chǎn)生的離心慣性力大，被甩向選粉室內(nèi)壁而落下，至滴流裝置處與此處的上升氣流相遇，再次分選。粗粉最后落到內(nèi)錐筒下部經(jīng)粗粉出口排出。物料中的細顆 粒因質(zhì)量小，進入選粉室后被上升氣流帶入旋風(fēng)分離器7被收集下來落入外錐筒，經(jīng)細粉出口管8排出。氣固分離后的凈化空氣出旋風(fēng) 分離器后經(jīng)集風(fēng)管6和導(dǎo)風(fēng)管14返回風(fēng)機19，形成了選粉室外部氣流循環(huán)。循環(huán)風(fēng)量可由氣閥16調(diào)節(jié)。支管調(diào)節(jié)氣閥17用于調(diào)節(jié)經(jīng)支風(fēng)管15直接進入旋風(fēng)分離器（不經(jīng)選粉室）的風(fēng)量與經(jīng)滴流裝置進入選粉室的風(fēng)量之比，控制選粉室內(nèi)的上升氣流速度，借此可有效調(diào)節(jié)分級產(chǎn)品粒度。改變?nèi)隽媳P轉(zhuǎn)速和小風(fēng)葉數(shù)量也可單獨調(diào)節(jié)細度，但通常主要靠調(diào)節(jié)氣流速度的氣閥來控制細度，這種調(diào)節(jié)方法方便且穩(wěn)定。

4.高效選粉機

第三代新型高效選粉機，采用新的分級機理，其主要特點是選粉氣流為渦旋氣流。（1）O-Sepa選粉機工作原理

物料通過料管9喂入，撒料盤將物料拋出，經(jīng)緩沖板撞擊失去動能，均勻地沿導(dǎo)流葉片內(nèi)側(cè)自由下落到分級區(qū)內(nèi)，形成一垂直料幕。根據(jù)氣流離心力和向心力的平衡，物料產(chǎn)生分級。合格的細粉隨氣流一起穿過轉(zhuǎn)子而排出，最后由收塵器收集下來成為成品，粗粉落入錐形料斗并進一步受來自三次風(fēng)管的空氣的清洗，分選出貼附在粗顆粒上的細粉。細粉隨三次風(fēng)上升，粗粉則卸出。

（2）O-Sepa選粉機分級原理

在選粉機內(nèi)，粉體顆粒隨氣流作渦旋運動，顆粒切線方向的分速度為vt，顆粒受沿旋流半徑向外的離心力Fr的作用；另一方面，按切線方向進入的空氣從中心管排出，在作旋回運動的同時，保持向心分速度vr，產(chǎn)生向內(nèi)的作用力FR，顆粒與氣流的相對速度為Ur。當(dāng)Fr>FR時，顆粒向外運動成為粗粉；當(dāng)Fr

四、固氣分離設(shè)備

1.收塵器的分類及特點 按分離原理可分為：

A.重力收塵器：利用重力使粉塵顆粒沉降至器底，如沉降室等。能收集的粉塵粒徑在50微米以上。

B.慣性收塵器：利用氣流運行方向突然改變時其中的固體顆粒的慣性運動而與氣體分離，如百葉窗收塵器等。分離粒徑一般大于30微米。

C.離心收塵器：在旋轉(zhuǎn)的氣固兩相流中利用固體顆粒的離心慣性力作用使之從氣體中分離出來，如旋風(fēng)收塵器。分離粒徑可達5微米。

D.過濾收塵器：含塵氣體通過多孔層過濾介質(zhì)時，由于阻擋、吸附、擴散等作用而將固體顆粒截留下來，如袋式收塵器、顆粒層收塵器等。分離粒徑可達1微米。E.電收塵器：在高壓電場下，利用靜電作用使顆粒帶電從而將其捕集下來，如各種靜

－電收塵器。分離粒徑可達102微米。

2.旋風(fēng)收塵器（1）工作原理

含塵氣體從進風(fēng)管以較高速度（一般為12～25m/s）沿外圓筒的切線方向進入直筒2并進行旋轉(zhuǎn)運動。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較大的離心力，由于顆粒的慣性比空氣大得多，因此將大部分顆粒甩向筒壁，顆粒離心沉降至筒壁后失去動能沿壁面滑下與氣體風(fēng)開，經(jīng)錐體3排入貯灰箱4內(nèi)，積集在貯灰箱中的粉料經(jīng)閘門自動卸出。當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣流的外旋流Ⅰ向下旋轉(zhuǎn)到圓錐部分時，隨圓錐變小而向中心逐漸靠近，氣流到達錐體下端時便開始上升，形成一股自下而上的內(nèi)旋氣流Ⅱ，并經(jīng)中心排氣管6從頂部作為凈化氣體排出。3.袋式收塵器

（1）工作原理與特點

一種利用多孔纖維濾布將含塵氣體中的粉塵過濾出來的收塵設(shè)備。因為濾布做成袋形，所以一般稱為袋式收塵器或袋式除塵器。

含塵氣體通過濾布層時，粉塵被阻留，空氣則通過濾布纖維間的微孔排走氣體中大于濾布孔眼的塵粒被濾布阻留，這與篩分作用相同。對于1～10微米的小于濾布孔徑的顆粒，當(dāng)氣體沿著曲折的織物毛孔通過時，塵粒由于本身的慣性作用撞擊于纖維上失去能量而貼附在濾布上。小于1微米的微細顆粒則由于塵粒本身的擴散作用及靜電作用，通過濾布時，因孔徑小于熱運動的自由徑，使塵粒與濾布纖維碰撞而黏附于濾布上，因此，微小的顆粒也能被捕集下來。

在過濾過程中，由于濾布表面及內(nèi)部粉塵搭拱，不斷堆積，形成一層由塵粒組成的粉塵層，顯著地強化了過濾作用，氣體中的粉塵幾乎被全部過濾下來。

4.電收塵器（1）工作原理

將平板1（或圓管壁）和導(dǎo)線6分別接至高壓直流電源的正極（陽極）和負極（陰極）。電收塵器的正極稱為沉積極或集塵極，負極稱為電暈極。在兩極間產(chǎn)生不均勻電場。當(dāng)電壓升高至一定值時，在陰極附近的電場強度促使氣體發(fā)生碰撞電離，形成正、負離子。隨著電壓繼續(xù)增大，在陰極導(dǎo)線周圍2～3mm范圍內(nèi)發(fā)生電暈放電，這時，氣體生成大量離子。由于在電暈極附近的陽離子趨向電暈極的路程極短，速度低，碰到粉塵的機會較少，因此絕大部分粉塵與飛翔的陰離相撞而帶負電，飛向集塵極，如圖，只有極少量的塵粒沉積于電暈極。定期振打集塵極及電暈極使積塵掉落，最后從下部灰斗排出。

五、固液分離 1.過濾

用過濾介質(zhì)捕集分離液體中不溶性懸濁顆粒的操作稱為過濾。以重力、壓力和離心力作推進力。按用途可分為：

（1）濾餅過濾：懸濁液的濃度相當(dāng)高，在過濾介質(zhì)表面上形成的濾餅中，如有1％以上的固體顆粒，約占3％～20％的體積起過濾作用者稱為濾餅過濾。

（2）澄清過濾：當(dāng)過濾0.1％以下至百萬分之幾的極薄懸濁液時，顆粒被捕收于過濾介質(zhì)的內(nèi)部或表面，幾乎不生成濾餅，其目的在于提取澄清液，故稱澄清過濾。第七章 混合與造粒

一、混合定義

粉體的混合是指兩種或兩種以上的組分，按不同的目的，用選定的混合機均勻地混合在一起，其過程稱為混合，產(chǎn)品稱為混合。這種操作又稱為均化過程。

二、混合機理

（1）移動混合——粒子成團地移動；

（2）擴散混合——把粒子撒到新出現(xiàn)的粉體面上；（3）剪切混合——粉體內(nèi)形成滑移面。

三、混合過程

混合與偏析是相反的兩個過程。一正一反，反復(fù)進行，最后達到混合偏析的平衡。所謂偏析，是物料的分離過程。若物料的特性差別很大，如密度、粒度或形狀具有相當(dāng)大差別的顆粒，其偏析程度就大。故在某種情況下，對物料進行預(yù)處理，就可降低物料的偏析。

物料混合的前期，進行迅速的混合，達到最佳混合狀態(tài)，而混合的后期，則會產(chǎn)生偏析，一般再不能達到最初的最佳混合狀態(tài)。因此，對于不同的物料，掌握其最佳混合時間是至關(guān)重要的。

四、混合機械及設(shè)備 1.漿料攪拌機 分類

1)按攪拌動力分：機械攪拌和氣力攪拌。機械攪拌是利用適當(dāng)形狀的漿葉在料漿中的運動來達到攪拌的目的；氣力攪拌是利用壓縮空氣通入漿池使料漿受到攪拌。2)按攪拌漿葉的配置分：水平和立式。水平多做混合或碎解物料用；立式多做攪拌用。3)按攪拌漿葉的形式分：槳式、框式、螺旋槳式、錨式和渦輪式等。如圖。4)按漿葉運動特點分：定軸轉(zhuǎn)動和行星轉(zhuǎn)動。2.粉料混合機

1)螺旋式混合機

螺旋式混合機用于干粉料的混合、增濕或潮解黏土等，可分為單軸和雙軸兩種類型。單軸螺旋式混合機。由U型料槽

1、主軸

2、緊固在主軸的不連續(xù)螺旋漿葉3（或帶式螺旋葉）以及帶動主軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置組成。

雙軸螺旋式混合機。料槽3內(nèi)裝有兩根帶有螺旋漿葉的軸1和軸2。動軸1由電動機4通過減速器5帶動，而從動軸2通過齒數(shù)相同的齒輪副6傳動。螺旋軸轉(zhuǎn)速一般為20～40r/min。

按料槽內(nèi)料流方向的不同，雙軸螺旋式混合機有并流式和逆流式兩類。并流混合時，兩軸轉(zhuǎn)向相反，螺旋漿葉的旋向也相反，物料沿同一方向并流推送；逆流混合時，兩軸轉(zhuǎn)向相反，螺旋漿葉旋向相同，使物料往返受到較長時間的混合。兩軸轉(zhuǎn)速不同，送往卸料口的速度比反向流動的速度快，使物料最終移向卸料口卸出。

可用改變漿葉角度來調(diào)節(jié)物料通過混合機混合機的速度，從而調(diào)節(jié)混合程度。當(dāng)需要充分混合時，則采用逆流式混合機。當(dāng)用作干料混合時漿葉轉(zhuǎn)向宜由里向外壁方向轉(zhuǎn)動，增濕混合則宜由外壁向里轉(zhuǎn)。

五、凝聚的結(jié)合機理

為了使顆粒凝聚，顆粒間必須有結(jié)合力的作用。其可能的機理有：

（1）固體架橋：由于燒結(jié)、熔融、化學(xué)反應(yīng)使一個顆粒的分子向另一個顆粒擴散。（2）液體架橋和毛細管壓強：在液體架橋中，界面力和毛細管壓強可產(chǎn)生強鍵合作用，但如果液體蒸發(fā)則此種結(jié)合會消失。

（3）不可自由移動結(jié)合劑架橋處的粘附合內(nèi)聚力：如焦油等高黏度結(jié)合介質(zhì)能形成合固體架橋非常相似的結(jié)合力，其吸附層是固定在某些環(huán)境下能促進細粉粒的結(jié)合。

（4）固體粒子間的吸引力：如固體顆粒間距離足夠短，則靜電力、磁力、范德華力，可以導(dǎo)致粉粒黏附在一起。

（5）封閉型結(jié)合：如小片狀細粒，可相互交叉或重疊而形成“封閉型”結(jié)合。

六、造粒方法

（1）凝聚造粒法：含少量液體的粉體，固液體表面張力作用而凝聚。用攪拌、轉(zhuǎn)動、振動或氣流使干粉體流動，若再添加矢量的液體粘結(jié)劑，則可像滾雪球似的使制成的粒子長大，粒子的大小可達數(shù)毫米至幾十毫米。常用的機械為盤式成球機。

（2）擠壓造粒法：用螺旋、活塞、輥輪、回轉(zhuǎn)葉片對加濕的粉體加壓，并讓其通過孔板、網(wǎng)擠出，可制得0.2毫米至幾十毫米的顆粒。

（3）壓縮造粒法：分在一定模型中壓縮成片劑合在兩個對輥間壓縮成團塊兩種，可制得粒徑均齊、表面光滑、密度大的顆粒、（4）破碎造粒法：有輥輪壓縮制成的碎片，再用回轉(zhuǎn)葉片粉碎制得細粒狀的凝聚造粒粒子，有干法和濕法兩種。尤其濕法可制得0.1~0.3mm的細顆粒。

（5）熔融造粒法：讓熔融狀的物質(zhì)細化后冷卻凝固。細化方法：噴射、有板上滴下、將熔融也粘附于冷卻轉(zhuǎn)筒凝固而成碎片狀、將熔融液注入鑄型等。

（6）噴霧造粒法：分為溶液噴霧干燥和噴霧冷卻法。

第四篇：粉體工程論文

粉體工程在環(huán)保中的應(yīng)用

環(huán)境問題是當(dāng)今全人類共同關(guān)注的問題，它涉及到國民經(jīng)濟的各個部門。從廣義上講，其研究領(lǐng)域及其廣泛，不僅與人類及動植物的生存、生態(tài)有關(guān)，而且與經(jīng)濟發(fā)展有著密不可分的關(guān)系；從狹義上講，環(huán)境工程作為一門工程學(xué)科，其研究內(nèi)容主要體現(xiàn)在“三廢”的治理上，即“廢氣、廢水、廢渣”。粉體技術(shù)(也叫粉體工程、顆粒工程等)則是一門新興的綜合性交叉邊緣學(xué)科，因其綜合性、交叉性的特點，便與環(huán)境工程有著密切的關(guān)系。粉體工程的研究領(lǐng)域涉及化工、冶金、建材、醫(yī)藥、食品、航空航天等許多部門和學(xué)科．自20世紀(jì)80年代以來，在我國已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，一些新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，從而

也帶動了其它技術(shù)的發(fā)展。

目前，粉體技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用包括氣固分離、固液分離、顆粒制備與處理等諸多方面，涉及到的具體課題則包括含塵氣體的凈化、氣態(tài)污染物的凈化、污泥污水的處理、各種工業(yè)廢渣的處理等?，F(xiàn)在我們環(huán)境工程系借助粉體技術(shù)開展的環(huán)保課題有：各種除塵器的研制、廢舊橡膠輪胎的處理、廢舊印刷線路板的處理、各種粉塵顆粒的發(fā)生、納米材料、氣體的凈化和污水的處理等方面。新的粉體技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境工程中必將帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，例如垃圾(包括工業(yè)廢渣和生活垃圾等等)的處理問題，在粉體技術(shù)的研究中。對材料的粉碎、分級、造粒等都已經(jīng)有了較為成熟的技術(shù)和工藝，將這些技術(shù)和工藝應(yīng)用于環(huán)境方面，不僅變廢為寶、為二次資源的綜合利用打下了良好的基礎(chǔ)，將會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益，而且又起到美化環(huán)境、凈化大氣的良好作用，由此而產(chǎn)生了巨大的社會效益。現(xiàn)在比較熱門的納米技術(shù)參與到環(huán)境保護中米可以導(dǎo)致產(chǎn)品微型化，從而使所需資源減少，達到資源利用的持續(xù)化，以實現(xiàn)資源消耗率的“零增長”；同時用納米技術(shù)還可制成非常好的催化劑，其催化效率極高，用于汽車尾氣催化凈化可使汽油燃燒時不再產(chǎn)生一氧化碳和氮氧化物，使尾氣排放無害化。新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力，可將污水中的懸浮物和鐵銹、異昧等污染物除去，達到污水處理純凈化。利用納米技術(shù)開發(fā)的潤滑劑，既能在物體表面形成半永久性的固態(tài)膜，產(chǎn)生極好的潤滑作用得以大大降低機器設(shè)備運轉(zhuǎn)時的噪聲，又能延長機器的使用壽命，達到噪聲控制的有效化。

其幾種常見的應(yīng)用如下：

一、納米粉體

高性能的納米粉體材料具有其多種奇特和優(yōu)良的功能特性，在國外最先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨后逐漸向民用領(lǐng)域發(fā)展，在軍事、能源、化學(xué)化工、敏感材料、光電、環(huán)保食品和生物醫(yī)藥等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景，在人們的日用生活制品領(lǐng)域可涉及衣、食、住、行的各個方面，可顯著地改善人們的生活環(huán)境、身體健康和生活質(zhì)量。

納米粉體的制備主要有物理法和化學(xué)法.制備所用的材料一般都是納米復(fù)合材料。常見的也是應(yīng)用較廣泛的就是聚合物基有機——無機納米復(fù)合材料.聚合物基有機一無機納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的阻隔性能，特別是插層法制備的PCH納米復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的尺寸穩(wěn)定性和氣體阻陽性。隨著層間插入法在熱塑性塑料中不斷取得成功，將粘土分散于環(huán)氧中制成涂料，在韌性、對水的阻隔性上都會有所改善，粘土的片狀結(jié)構(gòu)還有可能使涂層的光學(xué)性能發(fā)生變化，從而得到新型涂料。Schmidt以γ—縮水甘油醚基硅烷(KH一560)為原料，采用溶膠一凝膠法制備的涂層有很好的柔韌性和耐磨性，可用作透明聚合物的抗磨涂層。將含TiO2的涂層表面暴露在紫外線中，在幾十個納米的范圍內(nèi)，涂層表面會產(chǎn)生出交叉分布的親水和親油區(qū)域，可用作玻璃和其它表面上的防霧涂層和防污徐層。

同時納米粉體在水污染和空氣污染上也有廣泛應(yīng)用，這是一種新型的資源。納米材料是當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對未來經(jīng)濟和社會發(fā)展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中最為活躍、最先得到應(yīng)用的重要組成部分。納米材料制品作為一種高科技產(chǎn)品，其優(yōu)良的性能在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。正像美國科學(xué)家估計的“這種人們?nèi)庋劭床灰姷臉O微小的物質(zhì)很可能給予各個領(lǐng)域帶來一場革命”。隨著技術(shù)和社會的不斷進步，代表2 1世紀(jì)先進科技的納米技術(shù)和產(chǎn)業(yè)必將健康發(fā)展，具有無比廣闊的前景。

二、食品加工的超微粉碎

超微粉碎，是指利用機械或流體動力的方法克服固體內(nèi)部凝聚力使之破碎，從而將3毫米以上的物料顆粒粉碎至10-25微米的操作技術(shù)。是20世紀(jì)70年代以后，為適應(yīng)現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種物料加工高新技術(shù)。超微細粉末是超微粉碎的最終產(chǎn)品，具有一般顆粒所沒有的特殊理化性質(zhì)，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化學(xué)反應(yīng)活性等。因此超微細粉末已廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥、化妝品農(nóng)藥、染料、涂料、電子及航空航天等許多領(lǐng)域上。

超微粉碎的原理：通過對物料的沖擊、碰撞、剪切、研磨等手段，施于沖擊力、剪切力或幾種力的復(fù)合作用，達到超細粉碎的目的。其工藝過程有一次粉碎和二次粉碎。一次粉碎就是在一臺設(shè)備上同時完成粉碎、篩選、分離、再粉碎的過程。二次粉碎是先對物料進行粗粉碎，然后再采用超細粉碎機完成超細粉碎加工，其工藝流程大致為：原料→篩選→清選→干燥→粗粉碎→超細粉碎→風(fēng)選分級→超細粉體產(chǎn)品。超微粉碎的特點：速度快可低溫粉碎粒徑細且分布均勻節(jié)省原料，提高利用率，減少污染，可見粉體工程在食品加工方面的環(huán)境保護。

三、無機粉體

無機粉體填充改性塑料

無機粉體填充改性塑料在我國已有20多年的歷史。最初主要以降低成本為目的。隨著無機粉材料品種的增加，由n-r_技術(shù)的進步，粉體粒徑的超細化新的活化處理劑不斷出現(xiàn)，表面活化處理技術(shù)和填充改性理論的發(fā)展，無機粉體填充改性塑料正由原來單純追求降低成本，已發(fā)展成開發(fā)新的功能性材料的重要手段。如無機阻燃材料、阻隔紅外線功能材料、補強增韌材料和納米復(fù)合材料等。我國的無機粉體填充改性塑料，無論在產(chǎn)量、品種，還是在生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)理論等方面，目前在國際上均處領(lǐng)先地位。據(jù)有關(guān)資料報道，(1)2003年我國用于填充改性塑料僅碳酸鈣(含重鈣與輕鈣)一項多達260萬噸，占碳酸鈣總產(chǎn)量的40％以上，如按當(dāng)年塑料總產(chǎn)量1600萬噸計算，塑料制品中平均填充碳酸鈣量為16．25％，由此可見：無機粉體填充改性塑料在我國塑料工業(yè)中所占的重要地位。無機粉體填充改性塑料大范圍的推廣應(yīng)用，推動了相關(guān)理論的發(fā)展，如剛性粒子增韌理論、微觀界面設(shè)計與調(diào)控理論等都是我國科技工作者首先提出來的，(2—3)新理論的出現(xiàn)又進一步推動了無機粉體填充改性塑料的進步和發(fā)展。近年來，問世的碳酸鈣補強增韌母粒就是一個典型例子。(4)用該母粒填充改性PP或PE，填充量為25—30wt％時，缺口沖擊強度較純樹脂可提高25。40％，斷裂伸長率較純樹脂可提高1～2倍。近幾年來，由于我國塑料工業(yè)飛躍發(fā)展，由此而帶來的白色污染也日趨嚴(yán)重，各級政府和有關(guān)部門先后頒發(fā)過多項關(guān)于預(yù)防和治理白色污染的法令和法規(guī)。為了防治白色污染已研制開發(fā)出多種可降解塑料，如：淀粉基生物降解塑料，淀粉基光、生物降解塑料等。這些降解塑料的問世，為解決我國的白色污染問題發(fā)揮了一定作用，但在實際推廣應(yīng)用過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)它們還存在一些問題，如：加工工藝復(fù)雜、成本高、使用性能差、市場推廣困難和企業(yè)效益低等。在這種情況下，業(yè)內(nèi)許多有識之士開始認識到無機粉體填充改性塑料在減量化、資源化和無害化等方面已成為解決我國白色污染重要途徑。在中國塑料加工工業(yè)協(xié)會改性塑料專業(yè)委員會2003年年會上，由湖南科汛環(huán)保塑料有限公司、福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院、中國環(huán)境科學(xué)院固體廢棄物研究所會同60多個與會單位和個人共同向業(yè)內(nèi)外和全社會發(fā)出倡議“高舉環(huán)境友好塑料材料的旗幟，加快無機粉體改性塑料環(huán)境友好材料研究和產(chǎn)業(yè)化步伐”。

從環(huán)境保護考慮將無機粉體改性塑料作為環(huán)境友好材料，希望無機粉體填充量越多越好。但無機粉體填充量過多會使材料的功能性、力學(xué)性能和使用性能明顯下降，如何解決好這一矛盾問題既關(guān)系到這種環(huán)境友好材料更關(guān)系到無機粉體填充改性塑料今后能否持續(xù)健康發(fā)展的大問題。眾所周知，生產(chǎn)無機粉體填充改性塑料，除少數(shù)粉狀樹脂如PVC是將無機粉體直接與樹脂混合使用外，絕大多數(shù)是通過填充母粒的方式。也就是說先將無機粉體在各種助劑的作用下與少量載體樹脂先制成填充母粒，再根據(jù)制品性能要求，將母粒與基體樹脂按一定比例混合后加工成各種塑料制品。所以決定制品的功能性和環(huán)保性能關(guān)鍵在于填充母粒的性能。

a、無機粉體的選擇

可用于塑料填充改性的無機粉體種類很多，常見的有：重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、硅灰石粉、云母粉、氫氧化鋁和氫氧化鎂粉等，品種不同，功能也不同。其中氫氧化鋁和氫氧化鎂粉具有阻燃消煙功能；滑石粉可提高塑料的剛性和耐熱性，與碳酸鈣配合使用將產(chǎn)生良好的協(xié)同效果，應(yīng)用于農(nóng)膜中可增加光的散射作用和透光率，并對7。2 5Urn波長的紅外光有阻隔作用；高嶺土填充到PVC電纜料中可明顯提高電纜護套的絕緣性能，用于農(nóng)膜中具有良好的阻割紅外線功能，而且優(yōu)于滑石粉，但透光率不如滑石粉好；硅灰石粉具有較大長徑比，最大可大20：1，作為增強劑可用于替代部分玻璃纖維，與含鹵有機阻燃劑配合使用，具有協(xié)同作用，可以提高制品的阻燃效果；云母粉呈片狀晶形。徑厚比大，除具有補強作用外，還可提高塑料的剛性、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，云母粉的透光率比其它任何無機粉體都好，并有阻隔紅外線功能，被廣泛用于大棚膜中。如果從減量化、資源化、有利于環(huán)保和降低成本考慮，在眾多無機粉體中當(dāng)屬于重質(zhì)碳酸鈣，其白度高、資源豐富、易加工、價格低；其次是輕質(zhì)碳酸鈣。這兩種碳酸鈣在填充改性塑料中用量最大，所涉及的塑料制品也最多。作為填充改性塑料用無機粉體在質(zhì)量要求上除純度外，很重要的一項技術(shù)指標(biāo)是粒徑和粒徑分布。粒徑大小，工業(yè)習(xí)慣用目數(shù)表示。目數(shù)是指1平方英寸的篩網(wǎng)中所含有的篩網(wǎng)數(shù)。目數(shù)與微米(Um)之間的關(guān)系是：篩孔直=15400Um／目數(shù)。從理論上來說無機粉體的粒徑越小，填充到樹脂中制得材料的力學(xué)性越好，但實際情況并非如此。粉體的粒徑越小，比表面積越大，粒子的內(nèi)聚能越高，越容易團聚，填充到塑料中不易分散，相反會使材料的力學(xué)性能下降。表1列出不同粒經(jīng)的重質(zhì)碳酸鈣，相同的造粒工藝，在同一種牌號HDPE中填加25wt％碳酸鈣測得材料的力學(xué)性能。

b、粉體表面活化處理劑與處理技術(shù)

無機粉體粒子為極性，而樹脂為非極性，二者難以相容。要想使無機粒子均勻地分布到樹脂中，并能與樹脂的分子鏈產(chǎn)生較強的親合力，必須對無機粒子表面進行活化處理。目前所用活化劑有表面活性劑，如硬脂酸：偶聯(lián)劑，如硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、酸式亞磷酸酯偶聯(lián)劑、稀土偶聯(lián)劑和鋁／鈦復(fù)合偶聯(lián)劑等；高分子處理劑如聚烯烴馬來酸酐接枝共聚物等。其中用的最多的是鋁酸酯偶聯(lián)劑和鋁／鈦復(fù)合偶聯(lián)劑。其用量一般為無機粉體質(zhì)量的1．2％一2％，無機粉體的粒徑越小，比表面越大，偶聯(lián)劑的用量也就越多。表面處理一般采用干法，即在高攪機內(nèi)用偶聯(lián)劑對無機粉體進行表面包覆處理。由于偶聯(lián)劑都屬于酯類化合物，遇水易水解而失效，所以在表面包覆之前，無機粉體一定要干燥，具體作法是在未加入偶聯(lián)劑之前，先將無機粉體在高攪機內(nèi)，高速攪拌數(shù)分鐘，溫度升高可達80℃．90。C，此時無機粉體中小量的水份大部分可以除去。為了使小量的偶聯(lián)劑能將每一個無機粒子充分包覆?？梢酝ㄟ^加熱將偶聯(lián)劑溶于15號白油中成粘稠狀液體后，再加入高攪機內(nèi)。這種表面處理效果比單純用偶聯(lián)劑好。白油在后續(xù)造粒過程中可以起到潤滑劑的作用。無機粉體表面活化處理技術(shù)近年來又有新的進展，應(yīng)用效果比較好的有兩種。一種是采用新型活化劑，該活化劑有別于傳統(tǒng)的表面活性劑或偶聯(lián)劑，也不同于高分子處理劑。新型活化劑的分子量介于二者之間，分子中含有高活性反應(yīng)基團，活化劑是以化學(xué)鍵的方式牢固地包覆在無機粉粒子表面，活化劑分子的剩余部分為非極性長的飽和碳鏈，以較大的接觸面積與樹脂的分子鏈之間形成強的范德華親合力，從而使無機粉體填充量較大的情況下，復(fù)合材料仍具有較好的力學(xué)性能。另一種新的表面活化處理技術(shù)，是采用雙包膜方法，即將用偶聯(lián)劑處理后的無機粉體，再用一種能與偶聯(lián)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活化劑進行二次包膜處理。該技術(shù)的特點是：在使無機粉體與樹脂之間形成較強結(jié)合力的同時，由于所用的二次包膜活化劑的結(jié)構(gòu)特征，可以在無機粒子表面形成一層彈性膜，當(dāng)復(fù)合材料受到外力沖擊時，由于彈性膜的緩沖作用，可使應(yīng)力得以分散。所以采用該技術(shù)處理無機粉體所制得的復(fù)合材料具有顯著的補強增韌功能。表3列出用不同表面活化處理方法而完全相同的加工工藝，制得的1250目重質(zhì)碳酸鈣填充母粒，填充相同牌號的P P，碳酸鈣填充量為40 wt％的情況下，復(fù)合材料的力學(xué)性能。

無機粉體填充改性塑料在我國塑料工業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了十分重要的作用，尤其對石油資源貧乏的我國來說，今后將會發(fā)揮更大作用。正由于如此，業(yè)內(nèi)人士和社會各階層也就更要正確對待和評價無機粉體填充改性塑料。無機粉體畢竟不是高分子材料，與樹脂相比是資源豐富的廉價原料，對填充改性塑料不能以純塑料的標(biāo)準(zhǔn)去要求它，盡管在某些性能方面它可能比純塑料好，但必須以犧牲其它性能為代價。降低成本，節(jié)約石油資源有利于環(huán)境保護是無機粉體填充改性塑料的最大優(yōu)勢，但它的綜合性能肯定不如純塑料好，只有正確認識這一點，才能使無機粉體填充改性塑料沿著正確方向健康快速發(fā)展。

2、無機粉體環(huán)保紙

一種常見的就是無機粉體環(huán)保紙無機粉體環(huán)保合成紙是以豐富的礦產(chǎn)資源碳酸鈣為主要原料，高分子塑料和其他助劑為基材，經(jīng)混合、塑煉、成膜、涂布等工藝加工成型，生產(chǎn)出一種可逆性循環(huán)利用的新型紙種。該新型紙種跳出了傳統(tǒng)造紙用木質(zhì)纖維為主要原料生產(chǎn)紙材的制造方法，是傳統(tǒng)造紙的一種思維變革、技術(shù)變革和產(chǎn)業(yè)變革。新型紙種與傳統(tǒng)造紙對比，其不消耗木材資源，有利于生態(tài)保護；無廢氣、廢水、廢渣排放；產(chǎn)品耐折、耐撕、防水、防霉、防蟲蛀、易于印刷，具有卓越的綜合性能；產(chǎn)品主要原料為石灰石加工后的重質(zhì)碳酸鈣或者輕質(zhì)碳酸鈣，我國是石灰?guī)r礦儲量大國，原料資源豐富。

無機粉體環(huán)保紙比普通包裝塑料抗拉強度大，且無毒、可降解、成本低、開發(fā)成環(huán)保紙袋產(chǎn)品，可全面替代現(xiàn)有塑料包裝袋，并可以從根本上解決塑料包裝袋白色污染的問題。目前，世界上生產(chǎn)包裝塑料袋的產(chǎn)量1億噸，我國消耗量約600萬噸。無機粉體環(huán)保合成紙以其低廉的價格低于傳統(tǒng)紙張15-30%，對現(xiàn)有辦公文化紙將形成強有力的競爭優(yōu)勢，部分替代現(xiàn)有辦公文化用紙。目前，我國辦公文化用紙量已突破440萬噸。產(chǎn)品印刷用紙部分替代現(xiàn)有辦公用紙市場前景看好。

四、二氧化鈦光催化

隨著工業(yè)社會的發(fā)展和人口的增加，人類本己有限的水資源受到日益嚴(yán)重的污染，水污染成為當(dāng)今社會的嚴(yán)重問題。而近年來逐漸發(fā)展起來的光催化氧化技術(shù)為治理水源的有機物污染提供了一條新的途徑。納米Ti02是目前應(yīng)用最為廣泛的一種光催化劑，具有著以下優(yōu)點：對光的吸收率較高；化學(xué)穩(wěn)定性良好；氧化還原能力強，有較高的光催化活性；對很多有機污染物有較強的吸附作用；造價低廉，無毒無害。

二氧化鈦，俗稱鈦白，具有無毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被認為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)。納米二氧化鈦是目前應(yīng)用最為廣泛的一種納米材料，其具有的透明性、紫外線吸收性以及熔點低、磁性強、熱導(dǎo)性能等特征，使其在化妝品、塑料、涂料、精細陶瓷及催化劑等眾多領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。光催化氧化的機理主要是自由基反應(yīng)，而體系產(chǎn)生的活性中間體H202則是形成自由基的重要引發(fā)劑。在紫外光結(jié)合氧化劑對有機污染物進行氧化降解的過程中，在多數(shù)情況下主要是利用了羥基自由基的產(chǎn)生及其一系列的反應(yīng)。在超微細二氧化鈦、水和空氣的體系中，把分散在溶液中的每一顆二氧化鈦半導(dǎo)體微粒近似地看成是一個小型的短路的光電化學(xué)電池，當(dāng)用能量大于能帶隙的光，尤其是紫外線的光照射時，二氧化鈦超微粒子吸收光而自行分解出自由移動的帶負電的電子(e．)和帶正電的空穴(h+)，形成電子一空穴對，吸附溶解在二氧化鈦表面的氧俘獲電子形成·02，而空穴則將吸附在二氧化鈦表面的OH?和H2O氧化成·OH。新生成的這兩種自由基具有很強的化學(xué)活性，特別是原子氧能與多數(shù)有機物發(fā)生氧化反應(yīng)，因而能有效分解水中多種有機物質(zhì)，使水中的有機污染物徹底氧化降解為CO2和H2O：同時還可以氧化細菌內(nèi)的有機物，從而殺死細菌；還能氧化有毒的無機物，使之在短時期內(nèi)失去毒性。

研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦光催化劑催化活性的高低取決于納米粒子的粒徑和晶型。納米二氧化鈦主要有3種晶型：板鈦礦、金紅石和銳鈦礦三種晶型。研究表明，板鈦礦型二氧化鈦無光催化活性，金紅石型二氧化鈦僅有微弱的光催化活性，銳鈦礦型二氧化鈦的光催化活性最耐71。然而，粉末狀納米二氧化鈦催化劑在使用過程中存在著易失活、易凝聚和難回收等弱點，人們嘗試將二氧化鈦粉末固定在某一載體上，制備了負載型的二氧化鈦光催化劑。目前，光催化劑載體主要有兩大類：無機載體和有機載體。無機載體主要是以含硅物質(zhì)為基質(zhì)，具有極好的耐熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性，在燒結(jié)過程中基質(zhì)與催化劑顆粒間會產(chǎn)生較強的粘結(jié)力。在有機材料上固載二氧化鈦存在著一定的困難，因為大多數(shù)有機質(zhì)本身不耐光催化劑的強氧化反應(yīng)。

至今，已發(fā)現(xiàn)有3000多種難降解的有機化合物可以在紫外線的照射下被二氧化鈦降解。特別是當(dāng)水中有機污染物用其他方法很難降解時，這種技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢。

1、處理受染料工業(yè)污染的源水：受染料業(yè)污染的水中含有苯環(huán)、胺基、偶氮基等致癌物質(zhì)，常規(guī)方法處理水溶性染料的降解效率通常很低。研究發(fā)現(xiàn)，用TiO2／Sich體素能夠很迅速地降解R．6G染料，而且可以破壞染料分子中的芳香基團，達到完全降解的目的。另有報道稱，對于電鍍、制革和印染行業(yè)廢水中的常見污染組分Cr(VI)，采用P25 Ti02作為光催化劑，在苯酚、葡萄糖等有機物存在的情況下，能有效地促進其光催化還原，達到C“VD完全被去除的效果。為便于工業(yè)應(yīng)用，把表面涂覆有納米二氧化鈦膜的玻璃填料充于玻璃反應(yīng)器內(nèi)，通過潛水泵使微污染水在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)進行光催化氧化處理。由于納米二氧化鈦具有巨大的比表面積，與水中有機物接觸更為充分，可將它們最大限度地吸附在其表面，迅速將有機物分解為CO2和H2O，處理效果優(yōu)于生物處理和懸浮光催化氧化處理，COD除去率和脫色率均較高。催化劑再生后能連續(xù)使用對二氧化鈦對三苯基甲烷等染料的光催化降解研究發(fā)現(xiàn)除二氧化鈦的晶型外，pH值、催化劑濃度及有無氧化劑的存在等因素對降解速率都有一定的影響的研究表明，有二氧化鈦涂層的碳粉對亞甲蘭在紫外光下有較高的光催化降解活性，而表面有碳涂層的二氧化鈦則是很好的重油吸附劑，碳涂層吸附的重油在紫外光作用下被二氧化鈦光催化降解，碳涂層本身也有催化降解作用，而且它能夠使二氧化鈦在高溫下保持高活性的銳鈦礦晶型H81。方世杰、徐明霞和黃衛(wèi)友等制備了10I吼左右的二氧化鈦顆粒并把它制備為玻璃襯底薄膜進行紫外光光催化降解甲基橙的研究，發(fā)現(xiàn)催化劑用量、甲基橙初始量、pH值、光強度等對甲基橙脫色率都有影響。

2、處理受農(nóng)藥污染的源水：目前對有機磷農(nóng)藥污染水處理多用生化法，處理后廢水中有機磷質(zhì)量濃度仍較高。采用納米二氧化鈦、二氧化硅負載復(fù)合光催化劑，利用其高效吸附性及催化活性，能使有機磷農(nóng)藥在其表面迅速富集，隨光照時間的延長，有機磷農(nóng)藥的光解率逐漸升高，實驗發(fā)現(xiàn)，光照80miIl后，可使敵百蟲完全降解，若加入微量Fe還可以大大提高COD的去除率及無機磷的回收率；還可將含氯有機物DDT中的氯完全脫除；實驗結(jié)果表明納米二氧化鈦能將水中的a．(甲硫基)亞乙基氨甲基氨基甲酸酯、呋喃丹。b．甲基乙氧基)苯基氨基甲酸酯三種氨基甲酸酯類化合物在一小時內(nèi)均能被完全降解為無毒的N吖、NO3’和其它無機離子；浙江林學(xué)院的羅錫平等人亦發(fā)現(xiàn)采用溶膠．凝膠．浸漬法制備的納米改性竹炭新材料，對有毒、難生物降解的二氯苯酚溶液在堿性條件下降解率可達到96．4％，在中性條件下雖然降解率僅為61．7％，但再生率為96．3％，表現(xiàn)出良好的再生性能。l研究了在紫外光作用下二氧化鈦對水溶液中草類成分的降解情況，發(fā)現(xiàn)二氧化鈦的存在對降解的起始速率及轉(zhuǎn)化的完全性影響較大，還發(fā)現(xiàn)在高pH值下能夠在3小時內(nèi)徹底降解。何建波和張鑫發(fā)現(xiàn)二氧化鈦的晶相比例取決于熱處理溫度，當(dāng)銳鈦型與金紅石比例為7：3時，紫外光光催化率最耐261。徐悅?cè)A和古國榜等研究了納米二氧化鈦紫外光光催化降解有機磷農(nóng)藥甲胺磷，通過實驗測定說明納米二氧化鈦光催化降解甲胺磷是可行的(在紫外光下)，實際應(yīng)用的有機磷農(nóng)藥也可以用光催化降解。

3、處理含氯代有機物的源水：日本東京大學(xué)野口真用納米二氧化鈦光催化劑與臭氧聯(lián)合進行水的凈化處理。在模擬水處理實驗中，以質(zhì)量濃度為16m∥L的三氯酚的水溶液，分別采用納米二氧化鈦光催化劑與臭氧聯(lián)合，單獨用光催化劑納米二氧化鈦和單獨用三種方法對其進行處理。納米二氧化鈦光催化劑與臭氧聯(lián)合處理2h后，三氯酚的殘留質(zhì)量濃度已為零，效果相當(dāng)明顯。用內(nèi)表面涂覆納米二氧化鈦光催化劑的陶瓷圓管處理質(zhì)量濃度為5．5m∥L苯酚和三氯乙烯水溶液的實驗表明，苯酚在1．5h后完全分解，三氯乙烯也在2h內(nèi)完全分解。

4、處理含表面活性劑的源水：生活污水中含有表面活性劑，易產(chǎn)生異味和泡沫。

非離子型和陽離子型表面活性劑會產(chǎn)生有毒或者不溶解的中間體。采用納米二氧化鈦光催化分解表面活性劑已取得較好效果。雖然表面活性劑中的鏈烷烴部分采用光催化降解反應(yīng)還較難完全氧化成CO2，但由于苯環(huán)被破壞，其毒性大為降低，生成長鏈烷烴副產(chǎn)物對環(huán)境的危害明顯減小。

5、處理受污染的地下水源：工農(nóng)業(yè)排放廢水滲入地下水中的有機物含量增加，這些有機物易與水處理過程中的氯反應(yīng)生成致癌性的三鹵化物(THM)。據(jù)報道，二氧化鈦膜能脫除水中97％的有機鹵素化合物，總有機碳(TOC)含量可降低90％以上，并能減少鹽分、硬度、重金屬和其他污染物，降低顏色深度，脫除大量的可溶性有機物質(zhì)，減少形成THM的前體物。

6、處理含油污染的源水：對于不溶于且漂浮于水面上的油類污染物的處理，也是近年來人們很關(guān)注的一個課題。含油廢水中所含的脂肪烴、多環(huán)芳烴、有機酸類、酚類等有機物很難降解，使用納米二氧化鈦利用其光催化解功能，可迅速降解這些有機物。但由于二氧化鈦的密度遠大于水，二氧化鈦顆粒將沉于水底，起不到光催化劑的作用。為使二氧化鈦漂在水面，需要將二氧化鈦負載在一種載體上，這種載體的密度要遠小于水，與二氧化鈦附著良好，且不能被二氧化鈦光催化氧化。常用的載體有空心玻璃、陶瓷、活性炭等以空心玻璃球為載體，用浸涂一熱處理法制備了漂浮在水面的二氧化鈦，并以辛烷為石油中烷烴的代表，研究了水面油污染物的光催化分解，光照1h，降解率達到90％以上。他們還研究了二氧化鈦在空心陶瓷微球上的固定化，實驗表明辛烷的降解率在90％以上。萬里平等利用改性膨潤土負載．TiO2.A&O制備的復(fù)合催化劑，能較好地利用自然光實現(xiàn)對油田不同作業(yè)廢水的預(yù)處理，對于處理川中礦區(qū)角53井鉆井廢水和南陽油田探23井壓裂廢水，在最佳條件下，其COD去除率分別可分別達到70．3％和57．o％。則使用浸泡、熱處理的方法在空心玻璃球表面負載二氧化鈦薄膜，制成可飄浮在水面的二氧化鈦光催化劑，經(jīng)1h光照能降解辛烷90％以上。

由此可見二氧化鈦粉體在環(huán)抱中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛且起著重要的作用。

結(jié)語：由以上應(yīng)用可見處理環(huán)境問題將在許多方面應(yīng)用到粉體技術(shù)，粉體技術(shù)的發(fā)展將為環(huán)境問題的治理找到更多有效的方法，粉體技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境治理技術(shù)的發(fā)展相輔相成。我們相信：不斷完善、充實的粉體技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境工程學(xué)科中來，必將推動環(huán)境工程的發(fā)展；反過來又為粉體技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)，也必將拓寬粉體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。同時被稱之為2l世紀(jì)前沿科學(xué)的納米技術(shù)將對環(huán)境保護產(chǎn)生深遠的影響，有著廣泛的應(yīng)用前景，甚至?xí)淖內(nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)環(huán)保觀念，利用納米技術(shù)解決污染問題將成為未來環(huán)境保護發(fā)展的必然趨勢。

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第五篇：粉體工程1

一、粉體的性能與表征

1.粒徑的表示方式：幾何學(xué)粒徑、投影經(jīng)（Feret經(jīng)、Martin經(jīng)、割線經(jīng)、投影面積相當(dāng)經(jīng)、投影周長相當(dāng)經(jīng)）、篩分徑、球當(dāng)量經(jīng)（等表面積當(dāng)量經(jīng)、等體積當(dāng)量經(jīng)、等比表面積當(dāng)量經(jīng)、Stokes經(jīng)、光散射當(dāng)量經(jīng)）

2．粒徑分布表示：頻率分布和累積分布。頻率分布表示各個粒徑范圍內(nèi)對應(yīng)的顆粒百分含量、；累計分布表示大于或小于某粒徑的顆粒占全部顆粒的百分含量與該粒徑的關(guān)系。粒徑：粉末體中，顆粒的大小用其在空間范圍所占據(jù)的線性尺寸表示，稱為粒徑。

粒徑分布：若干個按大小順序排列的一定范圍內(nèi)顆粒量占顆粒群總量的百分數(shù)，它是用簡單的表格、繪圖或函數(shù)的形式給出的顆粒群粒徑的分布狀態(tài)。

3．平均粒徑：將粒徑不等的顆粒群想象成有直徑為D的均一球形顆粒組成。

4.粒徑的測量方法（常用）

觀察法（顯微鏡法）測量結(jié)果：粒徑、粒徑分布的形狀參數(shù) 篩分法 測量結(jié)果：粒徑分布直方圖

沉降法（重力法、離心法）測量結(jié)果：粒徑、粒徑分布 激光法 測量結(jié)果：粒徑、粒徑分布

5.粉體的堆積性質(zhì)

粉體中得顆粒以某種空間排列組合形式構(gòu)成一定的堆積形態(tài)，并表現(xiàn)出諸如孔隙率、容積密度、填充物的存在形態(tài)、空隙的分布狀態(tài)等堆積性質(zhì)

顆粒的真密度：顆粒的質(zhì)量除以不包括開孔、閉孔在內(nèi)的顆粒真體積，即顆粒的理論密度

顆粒的表觀密度：顆粒的質(zhì)量除以包含閉孔在內(nèi)的顆粒體積

安息角又稱休止角、堆積角，它是指粉體自然堆積時的自由表面在靜止平面狀態(tài)下與水平面所形成上網(wǎng)最大角度，它可用來 衡量和評價粉體的流動性，即可把它視為粉體的粘度；

安息角有兩種形式，一種為注入角或稱堆積角，是指在一定高度下將粉體注入一理論上無限大的平板上所形成的休止角;另一種稱為排出角，是指將粉體注入某一直徑有限的園板上，當(dāng)粉體堆積到圓板邊緣時，如再注入粉體，則多余的粉體將由圓板邊緣排出，而在圓板邊緣行測安息角；一般而言，粒徑均勻的顆粒所形成的兩種安息角基本相近，但對于粒度分布寬的粉體，其排出角高于注入角。6.粉體壓縮性與成形性（總稱為粉體的壓制性）

壓縮性代表粉末在壓制過程中被壓緊的能力；成形性是指粉末壓制后，壓坯保持既定形狀的能力

影響壓縮性的因數(shù)有顆粒的塑性或顯微硬度 影響成形性的因數(shù)有顆粒的形狀和結(jié)構(gòu)

一般說來，成形性好的粉末。往往壓縮性差；相反，壓縮性好的粉末，成形性差

二、粉體表面與界面化學(xué) 1.在氣相中得分散

主要受范德華力、靜電力（由接觸電位差引起的靜電引力、由鏡像力產(chǎn)生的靜電引力、庫倫力）、液橋作用力還有磁吸引力和固體架橋力 前三個力的大小都隨顆粒半徑的增大線性增大，靜電力比其他兩力小得多；當(dāng)H大于1微米時，范德華力已不再存在，當(dāng)H小于2~3微米時，液橋力明顯，當(dāng)H大于2~3微米時，靜電力起主要作用

氣相分散的方法：機械分散、干燥分散、表面改性分散、靜電分散、復(fù)合分散

2.在液相中的分散：范德華力、雙電層靜電力、空間位阻作用力、溶劑化作用力、疏液作用力。液相分散的方法：介質(zhì)調(diào)控（相同極性原則）、分散劑調(diào)控（添加適當(dāng)?shù)姆稚袩o機電解質(zhì)、高分子分散劑、表面活性劑）、機械調(diào)控、超聲調(diào)控

3．表面改性：用物理、化學(xué)、機械等方法對顆粒表面進行處理，根據(jù)應(yīng)用的需要有目的的改變顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面晶體結(jié)構(gòu)和官能團、表面能、界面潤濕性、電性、表面吸附和反應(yīng)特性，以滿足現(xiàn)代新材料、新工藝和新技術(shù)發(fā)展的需求。其目的為：對應(yīng)用于塑料、橡膠、膠黏劑等高分子材料中的無極礦物填料，表面改性主要是改善其表面的物理化學(xué)特性，增強其與基質(zhì)的相容性，提高其在有機基質(zhì)中得分散性，從而提高材料的機械強度及綜合性能；對于干涂料或油漆中得顏料，目的是為了提高其分散性，并改善涂料的光澤、著色力、遮蓋力和耐候性、耐熱性、保光性、保色性；控制藥物，達到使藥物定時定量和定位釋放的目的

4.改性的方法：1.表面化學(xué)改性：利用表面化學(xué)方法，如有機物分子中得官能團在顆粒表面的吸附或化學(xué)反應(yīng)對顆粒表面進行局部包覆使顆粒表面有機化而達到表面改性的方法（偶聯(lián)劑表面改性、表面活性劑改性、高分子分散劑改性、接枝改性）；2.微膠囊包覆：將液體、固體或氣體囊心物質(zhì)分細，然后以這些微滴為核心，使聚合物成膜材料在其上沉淀、涂層，形成一層薄膜，將囊心微滴包覆（化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法）；3機械化學(xué)改性：利用超細粉碎及其他強烈機械力作用有目的地對物體表面進行激活，在一定程度上改變顆粒表面的晶體結(jié)構(gòu)、溶解性能、化學(xué)吸附和反應(yīng)活性；4.原位聚合改性：將粉體在乳液單體中均勻分散，然后用引發(fā)聚合，從而形成帶有彈性包覆層的核-殼結(jié)構(gòu)的納米粒子（無皂乳液聚合包覆法、預(yù)處理乳液聚合法、微乳液聚合法）

三、粉碎

粉碎的分類及主要設(shè)備

1、粉碎：依靠外力克服固體支點之間內(nèi)聚力使物料集合尺寸減小的過程。粉碎分為破碎、粉磨、超細粉碎。粉碎的方法主要包括：擠壓粉碎、擠壓-剪切粉碎、沖擊粉碎、研磨磨削粉碎、粉碎的三種模型：體積粉碎模型（真?zhèn)€顆粒收到破壞）、表面粉碎模型（僅顆粒表面收到破壞）、均一粉碎模型（直接粉碎）2.破碎設(shè)備:擠壓式、沖破式

擠壓式：在破碎的過程中主要通過固定面和活動面對物料的相互擠壓而實現(xiàn)破碎物料，包括顎式破碎機、旋回破碎機、圓錐破碎機、對輥破碎機；

沖破式：利用高速旋轉(zhuǎn)體上的錘、棒體、沖擊板撞擊物料，使物料在破碎設(shè)備的轉(zhuǎn)子和定子間以很高的頻率相互撞擊和剪切，以達到粉碎的目的，主要包括錘式破碎機、反擊破碎機 簡擺式破碎機與復(fù)擺式破碎機的區(qū)別：

(1).簡擺式顎式破碎機破碎比小，卸出的物料多呈片狀；復(fù)擺式破碎機破碎的物料多為立方體，但易產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象

(2).由于建構(gòu)及運動方式的不同，復(fù)擺式顎式破碎機額板磨損嚴(yán)重(3).復(fù)擺式顎式破碎機結(jié)構(gòu)緊湊，與簡擺式顎式破碎機相比，在具備相同生產(chǎn)能力時，設(shè)備重量減輕20%~30%(4).從破碎施力和促進排料作用力角度考慮，復(fù)擺式顎式破碎機的運動軌跡較簡擺式更為合理

3.粉磨設(shè)備 按施力方式：摩擦式、擠壓式、沖擊式。根據(jù)工作速度分為慢速、快速；前者包括球磨機、礫磨機、自磨機，后者包括棍式磨、振動磨、行星磨、攪拌莫、沖擊磨、氣流磨。

滾筒式球磨機的特點：對物料的適應(yīng)性強，生產(chǎn)能力大，粉碎比高，易于調(diào)整產(chǎn)品粒度，可進行干磨、濕磨，結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，運行可靠，修理管理方便。工作原理：簡筒內(nèi)裝有一定數(shù)量的球型研磨體，被磨物料及適量的球磨助劑從加料口加入，按工藝要求對物料，水和研磨體進行配料與筒體回轉(zhuǎn)時，由于磨體在離心力的作用下，貼在筒體內(nèi)壁與筒體一起回轉(zhuǎn)上升，當(dāng)研磨體被帶到一定高度時，由于重力場作用而被拋出，以一定的速度降落，在研磨體降落過程中筒體內(nèi)物料受到研磨體的沖擊和研磨作用而被粉碎。

懸棍磨又稱雷蒙磨優(yōu)點：自帶風(fēng)力旋風(fēng)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品粒度可調(diào)整，能滿足生產(chǎn)0.045mm顆粒細度的要求；更換粉磨原料時，需清掃懸棍磨風(fēng)道，與與管磨機相比工作量?。辉撛O(shè)備運行穩(wěn)定，能耗較低、噪聲也較低，環(huán)境效果好；

4.超細粉碎：行星式球磨機、行星式振動磨、攪拌球磨機、高能球磨機 四：分級 1.分級：把粉體按某種粒徑大小或不同種類的顆粒進行分選的操作過程，其目的就是實現(xiàn)顆粒粒徑的均與化，通過分級把合格的產(chǎn)品分離出來加以利用，把不合格的產(chǎn)品再進行粉碎。2.分機效率

理想的分級就是粗粒不分沒有小于粒度d的粉末，同時在細粒不分沒有大于粒度d的粉末。分機效率有部分分機效率、牛頓分機效率、分級精度 3.篩分設(shè)備

固定式：柵篩，弧形篩；運動篩：回轉(zhuǎn)篩、搖動篩、旋動篩、振動篩（電磁式、機械式）4.流體力分級

重力分級：利用空氣阻力和重力之間的平衡關(guān)系，對粉料進行分級(只能用來對粒徑較大的粉體進行分級)

離心分級：利用回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，其離心加速度大致比重力加速度大兩個數(shù)量級甚至更大，能很快將顆粒分離 5.超細分級

迅速分級原理：采取適當(dāng)?shù)姆旨壥遥瑧?yīng)用恰當(dāng)?shù)牧鲌鍪刮⒓氼w粒尤其是臨界分級顆粒附近的顆粒一經(jīng)分散就立即離開分級區(qū)，以避免它們在分級區(qū)內(nèi)的濃度不斷增大而聚集

減壓分級：減壓可使分級粒度減小，對細顆粒和超細顆粒的分級十分有利

6、篩制：以每1英寸篩網(wǎng)長度上的篩孔數(shù)目表示篩目。

篩分效率：指篩分是實際得到的篩下產(chǎn)物的質(zhì)量與原料中所含粒度小于篩孔尺寸的物料的質(zhì)量比。影響篩分因素： ①篩分的物料：堆積密度，粒度分布，含水量

②篩分機械：孔隙率，篩孔大小，篩孔形狀，篩面種類的比較，篩面程度，振動的幅度與頻率，加料的均勻性，加料速度與料層厚度。

五、分離 分離：把任何形狀或密度的固體顆粒從流體介質(zhì)中分離出來的過程。

①分離效率：收塵效率（總分離效率）（除塵效率）：分離器的出口處氣體中粉塵的質(zhì)量與進口處氣體中粉塵的質(zhì)量之比。②總分離效率的定義：分離后獲得的粉體某種成分的質(zhì)量與分離前粉體中所含該成分的質(zhì)量之比稱為總分離效率。

分離目的：根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，從粉塵或懸浮液中回收有價值的固相或液相，必須將此非均勻想物系中得兩相實行分離 1.氣固分離（氣溶膠）

收集分離（捕集推移階段、分離階段）、排塵、排氣(分離區(qū)域、排塵區(qū)域、排氣區(qū)域

2.旋風(fēng)收塵器（進氣管，外圓筒、錐形筒、貯灰箱、鎖風(fēng)閥、排風(fēng)管）原理：利用含高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力使粉塵顆粒與氣體分離的一種干式收塵設(shè)備。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，易制造，造價低，無運動部件，操作管理方便，維修量小，缺點是流體阻力損失大，高電耗，殼體易磨損，要求卸料閘門嚴(yán)格鎖風(fēng) 3.袋式收塵器的工作原理與特點

利用顯微濾布將含粉塵氣體中得粉塵過濾出來的收塵設(shè)備，優(yōu)點是收塵效率高，結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)要求不高，投資費用低，操作簡單可靠。缺點是耗費較多的織物，允許的氣體溫度較低

4.重力分離器：又稱降塵室，是最簡單的收塵設(shè)備，它是一

個截面較大的空室，含塵氣體經(jīng)過空室時，氣流速度降低，粉塵便在重力的作用下沉降到空室底部的灰倉中。特點是結(jié)構(gòu)簡單，容易建造，流體阻力小，但占地面積大，收塵效率低，故一般收集500微米以上的粗大顆粒，適合高濃度和腐蝕性大得粉塵做初次收塵，以減輕第二次收塵設(shè)備的運轉(zhuǎn)負荷

5.電收塵器工作原理：它是以高壓直流點的正負兩極簡維持

一個足以使氣體電離的靜電場，氣體電離所產(chǎn)生的正負離子作用于通過靜電場的粉塵表面而使粉塵荷電；它具有以下優(yōu)點：收塵效率高，能處理較大的氣體量，能處理較高溫度，高壓和耐腐蝕性的氣體，能量消耗小，操作過程可實現(xiàn)全自動化。收塵器的正極稱為沉積極或集塵極，負極稱為電暈極。還包括振打裝置、氣體均布裝置、殼體保溫箱及排灰裝置

6.影響點收塵器性能的因素

粉塵的比電阻、氣體的含塵濃度、粉塵顆粒組成、氣體成分、溫度、濕度、露點、含硫量、收塵器的漏風(fēng)、電極肥大、電極積灰、操作電壓

7.液固分離：顆粒粒徑小于1微米的為真溶液，1mm~0.1微

米的為膠體溶液，大于0.1微米的為懸浮液

過濾法的概念：利用一種多孔性物質(zhì)作為過濾介質(zhì)，使被過濾的液體通過小孔而將懸浮物截留獲得清液（濾液）其原理：利用具有很多毛細孔的材料作為介質(zhì)，在壓力作用下，使料漿中得水分自毛細孔通過，將固體物截留在介質(zhì)上，從而把料漿中得水分除去的操作

第六章：混合與造粒

1.混合機理：擴散混合（顆粒小規(guī)模隨機移動）、對流混合（顆粒大規(guī)模隨機移動）、剪切混合（相互滑移），三個的本質(zhì)都是施加愛適當(dāng)形式的外力使混合物中各種組分顆粒產(chǎn)生相互間的相對位移，這是發(fā)生混合的必要條件

2.混合效果評價：標(biāo)準(zhǔn)偏差、混合度、均與度、混合指數(shù)

3.影響混合的因素：物理性質(zhì)（物料顆粒的形狀、粒度及粒度分布、密度、表面性質(zhì)、休止角、流動性、含水量、黏結(jié)性），混合機的結(jié)構(gòu)形式（混合機的形狀、尺寸、所用攪拌部件的集合形狀和尺寸、結(jié)構(gòu)材料及其表面加工質(zhì)量、進料和卸料的設(shè)置形式），操作條件（混合料內(nèi)和組分的多少及其所占混合機體積的比率，個組分進入混合機的方式、順序和速率、攪拌部件或混合機容器的旋轉(zhuǎn)速度

4、造粒：為了是干壓和半干壓成型的需要，將細磨后的陶瓷粉料制備成具有一定大小的團粒的坯料，這個過程叫做造粒.5、造粒的作用：使造出的粉料，體積密度大，形狀規(guī)

則大，成型性能大。

6、造粒方法：造粒方法：壓縮法，擠出法，滾動法，噴漿法，流化法。

七、粉料的儲藏與粉體運輸 1.料倉內(nèi)粉體流動的流動形式

粉體的流動是指粉體層沿剪切面的滑移和位移

分為重力流動、振動流動、機械流動以及在流體介質(zhì)中得流動，其中重力流動是粉體流動的主要形式 2粉料卸出的流動形式：漏斗流、整體流

漏斗流：當(dāng)料倉內(nèi)粉料在卸出時，只有料倉中央部分形成料流，而其它區(qū)域的的粉料流不穩(wěn)定或停滯不動，其流動區(qū)域呈漏斗狀

整體流：物料從出口的全面積上卸出

整體流與漏斗流有以下優(yōu)點：避免了粉料的不穩(wěn)定流動、溝流和溢流;消除了筒倉內(nèi)的不流動區(qū)，形成先進先出，物料批次之間和不同高度上的料層之間基本去交叉，最大限度地避免了儲存期間的結(jié)塊問題、變質(zhì)問題或偏析問題；顆粒料的密度在卸料時是常數(shù)，可以很好的控制物料，而且改善了計量式喂料裝置的功能，物料的密實程度和透氣性能將是均與的，流動的邊界可預(yù)測，因此可有把握地用靜態(tài)流條件進行分析

3.料倉的故障及防止措施

（1）粉體偏析：物體顆粒在運動成堆或從料倉中卸料時，由于顆粒密度，顆粒形狀，表面形狀等差異，常常產(chǎn)生物料的分級效應(yīng)，使粉體層的組織呈不均勻的想象。

防止粉體偏析的措施：均與投料、料倉的構(gòu)造、物料改性

（2）粉體靜態(tài)拱（壓縮拱、楔形拱、黏結(jié)黏附拱、氣壓平衡拱）

防止措施：改善料倉的幾何形狀及其尺寸，如加大卸料口、采用偏心卸料空、減小料倉的頂角；降低料倉的粉體壓力；使倉璧光滑，減小料倉壁摩擦阻力；采取助流裝置，如空氣炮清堵器、倉璧振打器、振動漏斗和倉內(nèi)攪拌器

4、氣力輸送：利用氣流作用使粉體流態(tài)化。使顆粒狀物料懸浮在空氣中，然后借助空氣或氣體在管道內(nèi)流動來輸送干燥的散狀固體粒子或顆粒物料的輸送方法，通常稱為氣力輸送。

八、超細粉末的制備

液相法：以均相的溶液為出發(fā)點，通過各種途徑使溶質(zhì)與溶劑分離，溶液形成一定形狀和大小的顆粒，得到所需粉末的前驅(qū)體，在經(jīng)過一定溫度處理后得到超細粉體。

①溶劑蒸發(fā)法：主要過程是將金屬鹽溶液先制成微小液滴，再加熱使溶劑蒸發(fā).溶質(zhì)析成所需的超細粉體。冷凍干燥法（防止團聚）

噴霧干燥法：用噴霧器將金屬鹽溶液噴入高溫介質(zhì)中。溶劑迅速蒸發(fā)而析出金屬鹽的超微粉。

②噴霧熱解法：把溶液噴入到高溫的氣氛中，溶劑的蒸發(fā)和金屬鹽的熱風(fēng)解同時迅速進行，從而直接制得金屬氧化物超微粉的方法。

③沉淀法：直接沉淀法、均勻沉淀法、共沉淀法 是指原料溶液中添加適當(dāng)?shù)某恋韯?，?jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成不溶性的氫氧化物、碳酸鹽。硫酸鹽或醋酸鹽等。后經(jīng)過濾、洗滌、干燥。再將沉淀物加熱分解得到所需的化合物粉末。④水解法：利用金屬鹽在酸性介質(zhì)中強迫水解產(chǎn)生均勻分散的金屬氧化物或水合氧化物，經(jīng)過濾、洗滌加熱分解來制備超微粉體的方法。

包括：無機鹽水解法、醇鹽水解法、微波水解法

⑤氧化還原法：將原料物質(zhì)直接氧化、還原來合成金屬及其氧化物粉末的方法。⑥水熱法與溶劑熱法

水熱法：在特定的密閉的反應(yīng)容器中，采用水溶液作為反應(yīng)體系通過對反應(yīng)體系加熱（大于100度）而產(chǎn)生高壓（大于9.81Mpa）使在常溫常壓下不溶或難溶的物質(zhì)溶解、反應(yīng)、并進行重結(jié)晶、從而實現(xiàn)無機材料的合成與制備的一種方法。

⑦溶膠—凝膠法：以有機鹽或無機鹽為原料、在有機介質(zhì)進行水解、縮聚反應(yīng)，使溶液經(jīng)溶膠—凝膠化過程得到凝膠，凝膠經(jīng)加熱或冷凍干燥，最后煅燒得到超微粉的方法。⑧微乳液法：指兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成微乳狀液。在較小的微區(qū)內(nèi)徑成核聚結(jié)、團聚，熱處理后得到納米粒子。

固相法：機械粉碎法、固相化學(xué)反應(yīng)法（高溫固相反應(yīng)法、室溫固相反應(yīng)法）、固態(tài)燃燒合成法（自蔓延高溫合成、固態(tài)復(fù)分解法）

九、小于5um，顆粒對人體造成危害