資源加工學(xué)第三章課件

第三章粉碎與分級第三章粉碎與分級1本章主要內(nèi)容概述粉碎原理粉碎理論影響粉碎過程因素助磨作用粉碎分級篩分分級水力分級氣流介質(zhì)分級分級結(jié)果的描述第三章粉碎與分級本章主要內(nèi)容概述粉碎分級篩分分級第三章粉碎與分級2

3.1.1概述粉碎是大塊物料在機械力作用下粒度變小的過程。2）粉碎工程研究的主要內(nèi)容及發(fā)展趨勢

1）粉碎的主要作用（1）原料制備（2）混合或共生物料中有用成分的解離（3）增加物料的比表面（4）粉體的改性（5）便于貯存、運輸和作用（6）用于環(huán)境保護

（1）粉碎基礎(chǔ)理論（2）粉碎設(shè)備（3）粉碎工藝（4）粉碎過程的粒度監(jiān)控技術(shù)和粉體的粒度檢測技術(shù)（5）開發(fā)非機械力粉碎技術(shù)

3.1.1概述粉碎是大塊物料在機械力作用下粒度變小的過3粉碎比分階段粉碎粉碎產(chǎn)品的細度與性能單體解離及解離度可碎性

粉碎原理粉碎的工藝特征

粉碎方法

粉碎理論

3.1.2粉碎與分級－－粉碎原理粉碎比粉碎原理粉碎的工藝特征粉碎方法粉碎理論3.14粉碎比被粉碎物料粉碎前的粒度與粉碎產(chǎn)物粒度的比值。以i表示.

極限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比，i=Dm/dm名義粉碎比：粉碎機給料口的有效寬度（0.85B）和排料口寬度（Ｓ）的比值，i=0.85B/S；真實粉碎比：粉碎前后物料的平均粒度的比值，i=D/d（1）三種表示形式（3）整個粉碎過程中達到的粉碎比叫總粉碎比。i=i1×i2×i3×…×in=Dmax/dmax

3.1.2粉碎的工藝特征

（2）粉碎過程中，每個階段達到的粉碎比稱為部分粉碎比或階段粉碎比，用in表示。

粉碎比極限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比，i=Dm/dm52)粉碎的四個階段：破碎、磨礦、超細粉碎、超微粉碎

階段；給料最大塊粒度mm；產(chǎn)品最大塊粒度mm；粉碎比粉碎各階段產(chǎn)品粒度特征破碎粗碎中碎細碎1500~300350~1003~15350~100100~103~15100~4030~51~20磨礦一段磨礦二段磨礦超細粉碎超微粉碎0.075～0.00010.00011~10000.1~0.0750.075～0.00011~100030～101~0.31~1001～0.30.1~0.0751~100

3.1.2粉碎的工藝特征

2)粉碎的四個階段：破碎、磨礦、超細粉碎、超微粉碎階段；6（1）礦石硬度的影響

（2）粉碎粒度與粉碎效率及能耗

（3）選擇性粉碎

物料粉碎過程隨粉碎粒度的變細，效率下降，能耗大幅度上升，被粉碎顆粒粒度愈細，其抗粉碎的能力愈強。

大多數(shù)物料的力學(xué)性質(zhì)是不均勻的，粒度愈粗微裂縫愈多，機械強度愈差，愈易磨。而粒度愈細則機械強度愈好，愈難粉碎。

力學(xué)性質(zhì)不均勻的物料在細磨過程中強度小的被磨細，強度大的則殘留下來，這種現(xiàn)象稱選擇性粉碎。

3.1.2粉碎的工藝特征

3）粉碎產(chǎn)品的細度與性能（1）礦石硬度的影響（2）粉碎粒度與粉碎效率及能耗（3）7（4）粉碎過程中細粒物料的凝聚及覆膜現(xiàn)象

物料細磨時，表面積急劇增大，顆粒表面能增大，物料顆粒會自發(fā)地聚集在一起以降低表面能，即發(fā)生凝聚現(xiàn)象。

膠體分散體系是指分散相大小在1μm到lnm之間的分散體系，具有明顯的布朗運動現(xiàn)象。（6）隨顆粒粒度變細，表面電化學(xué)力增強，料漿的粘度增加，料漿的流動性及粒子的分散性變差。采用較稀的料漿濃度或使用化學(xué)藥劑改變料漿系統(tǒng)的流動、凝聚等性質(zhì)，才可抵消因顆粒變細而引起的細磨惡化的現(xiàn)象。

3.1.2粉碎的工藝特征

（5）微細顆粒布朗運動的影響

（4）粉碎過程中細粒物料的凝聚及覆膜現(xiàn)象物8（1）單一顆粒：只含有一種組分的均相固體顆粒。（2）單體解離粒：在礦石粉碎產(chǎn)品中，只含有一種礦物的顆粒。（3）連生粒：粉碎產(chǎn)品中，兩種礦物或兩種以上礦物連生在一起的顆粒。（4）單體解離度：物料群中，某礦物的單體解離顆粒數(shù)占該粒群中含有該礦物的顆粒總數(shù)的百分數(shù)。

C：——某礦物的單體解離度；A：該礦物的單體解離粒子個數(shù)；Ｂ：含有該礦物的連生粒子個數(shù)。

3.1.2粉碎的工藝特征

4.單體解離及解離度

（1）單一顆粒：只含有一種組分的均相固體顆粒。（4）單體解離9（1）材料的強度：材料抵抗外界破壞的能力，以材料破壞時單位面積上所受的力即N/㎡或Pa來表示；按接受力破壞的方式不同，分為壓縮強度、拉伸強度、扭曲強度、彎曲強度和剪切強度等；抗壓強度>抗剪強度>抗彎強度>抗拉強度按材料內(nèi)部的均勻性和有否缺陷分為理論強度和實際強度。σp——抗壓強度；F----普氏硬度系數(shù)，為抗壓強度的百分之一。

3.1.2粉碎的工藝特征

5.可碎性

（1）材料的強度：材料抵抗外界破壞的能力，以材料破壞時單位面10通常用“可碎（磨）性系數(shù)”來衡量礦石粉碎的難易程度，可碎（磨）性系數(shù)的表示如下：

可碎性系數(shù)

3.1.2粉碎的工藝特征

通常用“可碎（磨）性系數(shù)”來衡量礦石粉碎的難易程度，可碎（磨11

3.1.2粉碎的工藝特征

3.1.2粉碎的工藝特征123.1.3粉碎方法

（1）擠壓粉碎

擠壓粉碎是粉碎設(shè)備的工作部件對物料施加擠壓作用，物料在壓力作用下發(fā)生粉碎。

（2）擠壓－剪切粉碎

（3）沖擊粉碎

沖擊粉碎包括高速運動的粉碎體對被粉碎物料的沖擊和高速運動的物料向固定壁或靶的沖擊以及運動物料的相互沖擊。

（4）研磨、磨削粉碎

3.1.3粉碎方法（1）擠壓粉碎擠13(1)體積粉碎（2）表面粉碎3.1.4粉碎理論

1.粉碎模型

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粒。

在粉碎的某一時刻，僅是顆粒的表面產(chǎn)生破壞，被磨削下微粉成分，這一破壞作用基本不涉及顆粒內(nèi)部。

(1)體積粉碎（2）表面粉碎3.1.4粉碎理論1.粉14粉碎產(chǎn)品粒度分布（3）均一粉碎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。

3.1.4粉碎理論

粉碎產(chǎn)品粒度分布（3）均一粉碎施加于顆粒的作151）混合粉碎與單獨粉碎的比較3.1.4粉碎理論

2.混合粉碎和選擇性粉碎

1）混合粉碎與單獨粉碎的比較3.1.4粉碎理論2.混合16

（1）顆粒層受到粉碎介質(zhì)的作用力即使不足以使強度高的物料顆粒碎裂，但其大部分會通過該顆粒傳遞至位于力的作用方向上與之相鄰的強度低的顆粒上，該作用足以使之發(fā)生粉碎。（2）當兩種硬度不同的顆粒相互接觸并作相對運動時，硬度大者會對硬度小者產(chǎn)生表面剪切或磨削作用，軟顆粒在接觸面上會被硬顆粒磨削而形成若干細顆粒。此時，硬質(zhì)顆粒對軟質(zhì)顆粒起著研磨介質(zhì)的作用。(3)兩種硬度不同的顆粒在破碎過程中，硬度大的大顆粒的表面不均勻性（銳角）會對硬度小的顆粒起劈裂、壓碎等作用，有利于硬度小的顆粒破碎。3.1.4粉碎理論

2）出現(xiàn)這種選擇性粉碎現(xiàn)象的原因（1）顆粒層受到粉碎介質(zhì)的作用力即使不足以使強度高171）表面積假說:碎磨過程中所消耗的有用功與表面積成正比，與產(chǎn)品粒度成反比。2）體積假說:外力作用于物體時，物體首先發(fā)生彈性變形，當外力超過該物體的強度極限時該物體就發(fā)生破裂，故破碎物料所需的功與它的體積大小有關(guān)。3）裂紋假說:物料在破碎時外力首先使其在局部發(fā)生變形，一旦局部變形超過臨界點時則產(chǎn)生裂口，裂口的形成釋放了物料內(nèi)的變形能，使裂紋擴展為新的表面。輸入的能量一部分轉(zhuǎn)化為新生表面積的表面能，與表面積成正比；另一部分變形能因分子摩擦轉(zhuǎn)化為熱能而耗散，與體積成正比。兩者綜合起來，將物料粉碎所需要的有效能量設(shè)定為與體積和表面積的幾何平均值成正比。

3.1.4粉碎理論

3.粉碎能耗理論與功指數(shù)1）能耗理論1）表面積假說:碎磨過程中所消耗的有用功與表面積成正比，與產(chǎn)18當n=2時當n＝l.5時當n＝1時三個假設(shè)可統(tǒng)一地用如下數(shù)學(xué)模型來表述，式中E為粉碎所需功耗，X為粒徑，n為指數(shù)。3.1.4粉碎理論

Rittinger的表面積假說模型Bond的裂紋假說模型；Kick的體積假說模型。

當n=2時三個假設(shè)可統(tǒng)一地用如下數(shù)學(xué)模型來表述，式中E為粉碎19F、P-——給料及產(chǎn)品中80%通過的方形篩孔的寬度（微米）W——將一短噸（907.185kg）給料粒度為F的物料粉碎到產(chǎn)品粒度為P時所消耗的功；Wi——功指數(shù)，即將“理論上無限大的粒度”粉碎到80%通過0.01㎜篩孔寬（或65%通過0.075㎜篩孔寬）時所需的功。(2)功指數(shù)

3.1.4粉碎理論

F、P-——給料及產(chǎn)品中80%通過的方形篩孔的寬度（微米）(20功指數(shù)的應(yīng)用①在測出功指數(shù)Wi的情況下可以計算各種粒度范圍內(nèi)的粉碎功耗；②測出被粉碎物料的功指數(shù)Wi，可以計算設(shè)計條件下的需要功率，根據(jù)需用功率的容量，選擇粉碎機械；③可以比較不同粉碎設(shè)備的工作效率，如兩臺磨機消耗的功率相同，但產(chǎn)品粒度不同，分別算出兩臺磨機的操作功指數(shù)，就可確定哪臺效率高。3.1.4粉碎理論

功指數(shù)的應(yīng)用①在測出功指數(shù)Wi的情況下可以計算各種粒度范圍21粉碎速度：粗大顆粒消失速率與參加粉碎的粉體中這些大顆粒所占比率成正比。

上式稱之為n階粉碎動力學(xué)方程，xo為給料中大于指定粒級顆粒的比率，x(t)為經(jīng)過t時間粉碎后產(chǎn)品中大于指定粒級顆粒的比率。k相當于該指定粒級以上大顆粒被粉碎的選擇函數(shù)。

4.粉碎動力學(xué)

3.1.4粉碎理論

粉碎速度：粗大顆粒消失速率與參加粉碎的粉體中這些大顆粒所占比22助磨劑：在粉碎作業(yè)中，能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學(xué)物質(zhì)。（1）按助磨劑添加時的物質(zhì)狀態(tài)：固體、液體和氣體（2）根據(jù)物理化學(xué)性質(zhì)：有機助磨劑和無機助磨劑。

a）固體助磨劑：如硬脂酸鹽類、膠體二氧化硅、碳黑、氧化鎂粉、膠體石墨等。b）液體助磨劑：包括各種表面活性劑、分散劑等。如用于水泥熟料、方解石、石灰石等的三乙醇胺：用于石英等的烷基油酸（鈉）：用于滑石的聚羧酸鹽：用于硅石灰的六偏磷酸鈉等。c）氣體助磨劑：如蒸氣狀的極性物質(zhì)（丙酮、硝基甲烷、甲醇、水蒸氣）以及非極性物質(zhì)（四氯化碳等）

3.1.5助磨作用

1.助磨劑的種類

助磨劑：在粉碎作業(yè)中，能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學(xué)物23（3）具有較強的抗Ca＋2、Mg+2的能力;受pH的影響較?。?）助磨劑的分子結(jié)構(gòu)要與磨礦系統(tǒng)復(fù)雜的物理化學(xué)環(huán)境相適應(yīng)助磨劑的特征（1）助磨劑應(yīng)具有良好的選擇性分散作用；（2）能夠調(diào)節(jié)料漿的粘度3.1.5助磨作用

（3）具有較強的抗Ca＋2、Mg+2的能力;受pH的影響較小24顆粒表面積隨能量輸入的速率可用下式表示：ds/de＝k(s∞－s)機械法制備超細粉體必須具備兩個基本條件：①能量高度集中；②要使用助磨劑。助磨劑對超細粉碎過程有非常顯著的影響。2.助磨劑的作用原理

3.1.5助磨作用

顆粒表面積隨能量輸入的速率可用下式表示：ds/de＝k(s∞25助磨劑作用原理假說（1）“吸附降低硬度”學(xué)說：助磨劑分子在顆粒上的吸附降低了顆粒的表面能或者引起近表面層晶格的位錯遷移，產(chǎn)生點或線的缺陷，從而降低顆粒的強度和硬度，促進裂紋的產(chǎn)生和擴展。（2）“料漿流變學(xué)調(diào)節(jié)”學(xué)說：助磨劑通過調(diào)節(jié)漿料的流變學(xué)性質(zhì)和顆粒的表面電性等，降低漿料（如礦漿）的粘度，促進顆粒的分散，從而提高漿料的可流動性，阻止顆粒在研磨介質(zhì)及磨機襯板上的粘附以及顆粒之間的團聚。3.1.5助磨作用

助磨劑作用原理假說（1）“吸附降低硬度”學(xué)說：助磨劑分子在顆26分級：將粒度不同的混合物料按粒度或按在介質(zhì)中沉降速度不同分成若干粒度級別的過程。分級是物料按粒度分離的一種形式。

篩分分級水力分級氣流分級分級的方式3.2分級

分級：將粒度不同的混合物料按粒度或按在介質(zhì)中沉降速度不同分成27分篩：將粒度不同的混合物料通過單層或多層篩子分成若干不同粒度級別的過程。獨立篩分——當篩分產(chǎn)品作為最終產(chǎn)品供給用戶使用時。準備篩分——當篩分作業(yè)是為下一道工序提供不同粒級的原料時。預(yù)先篩分——當篩分作業(yè)用于粉碎前將粒度合格的物料預(yù)先分出時.輔助篩分——當篩分與粉碎設(shè)備配合使用時。檢查篩分——篩分作業(yè)用于控制粉碎產(chǎn)品粒度時。閉路粉碎系統(tǒng)：粉碎設(shè)備與分級設(shè)備配合并且不合格的粗粒產(chǎn)品返回粉碎機進行再次粉碎的粉碎系統(tǒng)。開路粉碎系統(tǒng)：粉碎產(chǎn)品不經(jīng)分級或不返回粉碎的粉碎系統(tǒng)。3.2.1篩分分級

1.篩分方法及其特點

分篩：將粒度不同的混合物料通過單層或多層篩子分成若干不同粒度28

標準篩制（1）以1.414為篩比，如美國、英國、加拿大等國所采用。（2）以1.259為篩比，如法國、前蘇聯(lián)等國所采用。（3）以1.4為篩比，為國際標準化組織所提出。3.2.1篩分分級

1）篩分分析和標準篩

篩序：按篩孔尺寸從大到小排序，各個篩子所處的層次次序。篩比：按篩序疊好的每兩個相鄰篩子的篩孔尺寸之比。篩基：作為標準篩基準的篩子。標準篩制3.2.1篩分分級1）篩分分析292）篩分分析操作方法取樣篩析結(jié)果計算結(jié)果分析3.2.1篩分分級

2）篩分分析操作方法取樣篩析結(jié)果計算結(jié)果分析3.230取樣過程注意事項：取樣盡可能少。取樣具有代表性。取樣原則：粒度大多取，粒度小少取試樣最小重量與試樣粒度的關(guān)系最大塊尺寸（mm)0.10.30.51351020樣品最小重量（kg)0.0250.050.10.20.525203.2.1篩分分級

取樣過程注意事項：試樣最小重量與試樣粒度的關(guān)系最大塊尺寸（m31（1）干篩（2）濕篩（3）干濕聯(lián)合篩析法篩分終點：在1分鐘內(nèi)所得的篩下物料量小于篩上物料量的1％時，認為篩分已到終點。3.2.1篩分分級

3）篩析方法（1）干篩（2）濕篩（3）干濕聯(lián)合322.篩分原理

1）篩分概率

篩上殘留率

3.2.1篩分分級

2.篩分原理1）篩分概率篩上殘留率3.2.133以χ/a為橫坐標，γi為縱坐標，i為參數(shù)可作出殘留率曲線，此曲線即稱為部分分離效率曲線（圖3-11）。由圖可知，χ/a＝1時，與篩孔同等大小的顆粒不能通過篩網(wǎng)，χ/α值越小，越易通過。而且，顆粒與篩網(wǎng)碰撞次數(shù)i越多，越易分離。實際表明，物料粒度小于篩孔的3/4的顆粒容易透過篩孔，被稱為易篩粒；而大于篩孔3/4的顆粒，因透篩困難，稱為難篩粒。

3.2.1篩分分級

以χ/a為橫坐標，γi為縱坐標，i為參數(shù)可作出殘留率曲線，此34篩分效率:實際得到的篩下產(chǎn)物量與入篩物料中所含粒度小于篩孔的物料量的比的百分數(shù)。篩上產(chǎn)物，Ｔ，β原料Ｑ，α篩下產(chǎn)物，Ｃ，

Ｅ――篩分效率，％；C――篩下產(chǎn)物重量；Ｑ――入篩原物料重量；α――入篩原物料中小于篩孔級別的物料含量，％

用小于篩孔的所有物料來計算篩分效率，其結(jié)果稱總篩分效率；只用小于篩孔物料的個別粒級或幾個粒級計算，則稱為部分篩分效率

（2）篩分效率

3.2.1篩分分級

篩分效率:實際得到的篩下產(chǎn)物量與入篩物料中所含粒度小于篩孔35Ｗ——某一時刻存在于篩面上但比篩孔小的物料重量t——篩分時間；k――為比例系數(shù)；負號表示物料量是隨篩分時間增長而減少的

(3)篩分動力學(xué)

3.2.1篩分分級

Ｗ——某一時刻存在于篩面上但比篩孔小的物料重量(3)篩36水力分級，又稱為濕式分級，是利用顆粒在液體介質(zhì)流中沉降的速度差，或運動軌跡的不同進行分級的過程。

水力分級中分級介質(zhì)的運動有三種形式：一是介質(zhì)的流動方向與顆粒沉降方向相反的垂直上升介質(zhì)流(a)；二是水平介質(zhì)流（b）；三是旋轉(zhuǎn)介質(zhì)運動流（c）。

3.2.2水力分級

水力分級，又稱為濕式分級，是利用顆粒在液體介質(zhì)流中沉降的速度371）淘析法基本原理沉降分析法中最簡單而又比較準確的一種方法。利用漸進縮短沉降時間的方法，由細至粗的逐步將各粒級物料自試料中淘析出來。7445382010t5t4t3t2t13.2.2水力分級

1）淘析法基本原理沉降分析法中最簡單而又比較準確的一種方法382）上升水流法優(yōu)點

可以連續(xù)地分出各個粒級產(chǎn)物，結(jié)果準確。

工作原理根據(jù)礦粒在上升水流中的自由沉降規(guī)律，利用上升水流，在相同的流量下，在不同直徑的分級管中，產(chǎn)生不同的上升水速，使粒度不同的礦粒按其不同的沉降速度分成若干粒度級別。3.2.2水力分級

2）上升水流法優(yōu)點可以連續(xù)地分出各個粒級產(chǎn)物39氣流介質(zhì)分級主要用于超細粉碎粉體的分級，由于氣流介質(zhì)分級時物料是干的，也稱為干式分級。

分級介質(zhì)的運動有三種形式：一逆流平衡分級(a)；二橫切氣流式分級（b）；三離心分級（c）。

3.2.3氣流介質(zhì)分級

1）干式分級機理

氣流介質(zhì)分級主要用于超細粉碎粉體的分級，由于氣流介質(zhì)分403.2.3氣流介質(zhì)分級

2.氣流介質(zhì)分級應(yīng)具備的基本條件

（1）物料充分分散；（2）分離作用力既瞬時作用于點或線上，又持久作用于整個分級區(qū)域內(nèi)；（3）對氣流作整流處理，避免產(chǎn)生局部渦流；（4）分離出的顆粒應(yīng)立即卸出，避免再混合。3.2.3氣流介質(zhì)分級2.氣流介質(zhì)分級應(yīng)具備的基本條件41粒度分配曲線:以粒度為橫坐標，各粒級在粗粒級或細粒級中的分配率為縱坐標，繪出的表示分級效果的曲線。分級粒度:分配率50%所對應(yīng)的粒度利用分離曲線確定分離粒度，并可用偏差EP表示分級效率3.2.4分級效果的評價

1.粒度分配曲線

粒度分配曲線:以粒度為橫坐標，各粒級在粗粒級或細粒級中的分配422.分級效率

ηf：分級效率，%α：入料中小于規(guī)定粒度的粒子含量，%；β：細粒級產(chǎn)物中小于規(guī)定粒度的粒子含量，%；γ：分級后細粒級產(chǎn)物中的固體產(chǎn)率，%；θ：粗粒級產(chǎn)物中小于規(guī)定粒度的粒子含量，%；3.2.4分級效果的評價

2.分級效率ηf：分級效率，%3.2.4分級效433.2.4分級效果的評價

3.2.4分級效果的評價44粒度分布粒度特性分析方法

粒度分布即粉體中各粒度區(qū)間的顆粒含量占總量的比例.

累積分布和分布密度

粒度分布的表示方法

列表法

圖示法

特性函數(shù)法

篩分分析沉降分析顯微分析比表面分析形狀分析3.2.5粉碎產(chǎn)品粒度特征

1.粒度分布

粒度分布粒度特性分析方法粒度分布即粉體中各粒度區(qū)間的顆粒含451）累積分布和分布密度

則函數(shù)F(Dp)稱為隨機變量dp的累積分布函數(shù)，函數(shù)f(Dp)稱為dp的分布密度或頻率分布函數(shù)。在粒度分析中，通常以累積篩余（大于某一篩孔尺寸的顆粒質(zhì)量百分數(shù)）或累積篩下（小于某一篩孔尺寸的顆粒質(zhì)量百分數(shù)）來表示累積分布。若將粒徑dp作為隨機變量，當其取值小于任意指定的Dp這一事件具有概率P{dp<Dp}，且此概率僅與Dp值有關(guān)，即它是Dp的函數(shù)F(Dp)，則可表示為：P{dp<Dp}＝F(Dp)如果在ΔDp區(qū)間里有3.2.5粉碎產(chǎn)品粒度特征

1）累積分布和分布密