第09章-第1节超细粉磨原理概要.ppt

9.1 超细粉磨原理 超细粉磨是粉体深加工技术之一。 粒度界限 在非金属矿加工中，一般将10μm以下的粉体称为超细粉体，物料粒度小于1μm以下时，称为超微粉。 在水泥粉磨中： 普通粉磨：产品粒度 80μm，比表面积250～350 高细粉磨：产品粒度 50μm，比表面积350～600 超细粉磨：产品粒度 10μm，比表面积600～800 粉碎 粉碎是一种可逆过程：一方面是大颗粒在机械力的作用下，颗粒原子或分子的化学键折断，解除键合，从而碎裂成为小颗粒，同时比表面积增大；另一方面由于生成的小颗粒之间的物理作用，断裂后在新表面上产生的剩余价键、带有正电荷或负电荷的结构单元以及化学游离基等的作用，使小颗粒又再附聚及聚结而成为大颗粒。 粉碎 在粉碎进行期问，当正向过程的速度大于逆向的速度时，颗粒得以粉碎而微细化； 当逆向过程的速度大于正向的速度时，颗粒附聚及聚结而粗大化。 粉碎平衡 当相反的两种作用进行速度相等时，则出现粉碎平衡。即使继续进行粉碎，物料颗粒不再变小，比表面积不再增大，达到粉碎极限。这时的尺寸就是平衡尺寸，也就是粉碎的极限尺寸。 粉碎平衡 极限比表面积理论： S= (1 - ) 粉碎颗粒细度的比表面积S可以表示为粉碎所耗费掉的能量W的指数函数，当趋近于极限比表面积 时，就达到式（9-1）所表示的粉碎平衡。某一时问粉碎所耗费掉的能量与粉碎所经过的时间成正比。 粉碎动力学曲线 粉碎速度dS／dt的大小取决于极限比表面积s。与该时刻颗粒所具有的比表面积S的差值( -s)。此差值表示该时刻的比表面积可能发展的潜力，称为粉碎势。 超细粉磨受到极限尺寸的限制。在接近极限尺寸时，粉碎势很小，粉碎进展很慢，能量的利用率也很低，经济上并不合算。 平衡尺寸 平衡尺寸是可以通过改变操作环境而使之变更的。超细粉磨技术是设法将平衡点往尺寸较小的一方推移，以创造一种适合于超细粉磨的环境，从而有条件获取尺寸更小的颗粒。 操作环境主要通过两方面去改变： 使粉碎设备的能量高度密集； 使用助磨剂优化粉碎环境。 能量高度密集因素 能量高度密集包含两个因素： 质的因素，也就是强度因素，要求增强粉碎作用力； 量的因素，要求增加单位时间内粉碎的作用次数，亦即增大粉碎的作用频率。 颗粒的断裂通常是脆性断裂，依靠颗粒中的裂纹的伸延和扩展而发生断裂。粗颗粒结晶结构中的缺陷，使颗粒的强度下降。结构不均匀引起应力集中，有可能产生新的裂纹。随着粉碎的进行，这些有利于粉碎的条件逐渐消失，颗粒的结构趋于更加完整。当颗粒的尺寸变得很小时，颗粒中的裂纹的尺寸也变得很小，需要更大的应力才能引起裂纹的伸延和扩展。因此，小颗粒的强度大于大颗粒。其次，细小颗粒由于裂纹稀少，结构均匀，在受力作用时不是产生脆性断裂，而是产生永久性的塑性变形，颗粒微塑性的出现使粉碎很难进行。凡此种种，都使微颗粒的强度升高，需相应地增强作用力才能使之粉碎。 粉碎平衡 当颗粒尺寸变小时，颗粒的数目增加很快，数目众多的颗粒需要逐个进行粉碎，甚至需要在每个颗粒上用磨剥法逐点进行粉碎。所以，没有高频的作用力就无法保证粉碎的进行。高频作用力还保证每次力的有效作用，避免因应力的弛豫而造成损失。 超细磨技术就是要想法创造能量高度密集的粉碎环境，以利于超细粉磨的进行。 粉碎不单纯是颗粒细化的物理过程。粉碎过程中有化学键的折断和重新组合，也有能量的积聚，使颗粒的表面自由能增大，并产生晶格变形、结构缺陷、无定形化，生成表面游离基，放射外激电子和出现等离子态等，从而使正在粉碎中和经过粉碎后的颗粒处于亚稳的高能状态。因此，粉碎是由机械力诱发的物理化学现象，是可逆的机械力化学效应过程。 助磨剂 在颗粒表面上的物理化学作用，发挥力学效能，消除或延缓颗粒的聚结，同时提高颗粒的易碎性，从而一直粉碎的可逆过程，使平衡点向尺寸较小的方向推移，以提高粉碎的细度和粉碎效率。 助磨剂机理 (i)助磨剂加入量不多。助磨剂多数是表面活性剂，所以能分散地吸附在颗粒的表面上或与颗粒的表面发生化学反应，使表面上的新生不饱和价键趋于饱和；屏蔽范德华力或静电力，避免颗粒之问的贴合，防止或延缓聚结的发生。因此，助磨剂在粉磨过程中起着平衡颗粒表面剩余价键和屏蔽颗粒表面的作用，避免颗粒聚结，抑制粉碎的逆过程，从而有利于粉碎过程的进行。在这种意义上，助磨剂是一种防聚结剂或分散剂。 助磨剂机理 (ii)粉碎过程也是颗粒积聚能量的过程，助磨剂吸附在裂纹表面上时，就能使裂纹的表面自由能降低，并能平衡裂纹新表面上剩余价键及电荷，起尖楔作用，防止裂纹的愈合，从而使裂纹更加容易扩展，使物料的