粉體工程教學課件(54p)

1、粉體工程課件8/3/202211. 顆粒學（粉體工程）及其進展1.1 顆粒-粉體（Particles）無所不在： 空氣，海洋，湖泊，水，土壤，太空多種來源:Chapter1 粉體工程概論8/3/20222a.自然界：巖石風化，火山活動，河流沖擊等等 b.人工（工業(yè)）：幾乎每一固體材料在制備開始，末尾或中間至少經(jīng)歷一個粉體階段。日常生活空氣中塵埃，廢氣污染物，食物 可以說我們是生活在顆粒的世界!8/3/20223粉體是物質(zhì)形態(tài)的一種特殊存在形式，在外觀表現(xiàn)上介于固體和流體之間，隨著細度的增加常常表現(xiàn)出千變?nèi)f化的性質(zhì)。2. World Congress Particle Technology日本人

2、認為Particle嚴格來說是粒子或粒體而不是粉體，因為顆粒總是以粉體這種集合體的形式出現(xiàn)，集合產(chǎn)生了個體不具有的特殊性。粉體，粉體工程另一詞Kona更為傳統(tǒng)和更易于表達Particle and powder； 粉體（Powder）由細小固體顆粒組成的集合體。G.Jimbo: Funtai,Powder,Particle and Beyond 粉體與展望8/3/20224顆粒粉體粉體與顆粒的關(guān)系8/3/20225指出: Kona or Funtai, Particle or Powder顆粒，顆粒學；粉體是處于特定聚集狀態(tài)的物質(zhì)，是一種分布于某一范圍內(nèi)的大小顆粒之間相互作用的存在狀態(tài)；它與氣體

3、、液體、固體相同嗎？8/3/20226第四相粉體，具有固體屬性；但粉體的表面積很大，使得自由能變得不可忽略。S(surface area)大，吸引力，輸送，呈流體狀態(tài)，集合產(chǎn)生了個體所不具有的特殊性。粉體 - 散體 粉體力學 散體力學粉體力學與工程專著/謝洪勇編著 8/3/20227粉體的特性材料的機械、物理和化學性質(zhì)描述了組成材料的物質(zhì)組態(tài)的基本特性，當物質(zhì)被“分割”成為粉體之后，上述三類性質(zhì)則不能全面描述材料的性質(zhì)，必須對粉體材料的組成單元顆粒及其集合，進行詳細描述。8/3/20228粉體工程的應(yīng)用范圍顆粒大小決定（影響）： e.g. 水泥的凝結(jié)時間、強度； 結(jié)構(gòu)陶瓷的強度、韌度； 功能材

4、料的功能； 催化劑的活性； 食品的味道； 藥物的藥力； 顏料的著色力；顆粒大小粉體系統(tǒng)各種性質(zhì)影響很大顆粒集合-吸引力，輸送顆粒制備-粉碎8/3/20229e.g.陶瓷材料性能由：a.材料組分； b.顯微結(jié)構(gòu)-粉體特性（顆粒度、形狀、團聚 狀態(tài)、相組分)；亞微米納米級超細粉，加速燒結(jié)過程中動力學過程，降低燒結(jié)時間，改善燒結(jié)體性能；e.g.水泥工藝是兩磨一燒,水泥性能由 a.材料組成（煅燒）； b.顆粒度（顆粒大小及分布）；水泥（溶膠凝膠法，DSP）DSP水泥;densified systems containing homogeneous arranged ultrafine particle

5、;DSP cement8/3/202210非金屬礦行業(yè)對國民經(jīng)濟和社會就業(yè)的貢獻和影響不斷提高，2000年非金屬礦工業(yè)總產(chǎn)值已達548.82億元，超過金屬礦工業(yè)總產(chǎn)值（435.34億元）。非金屬礦產(chǎn)品與金銀銅鐵一樣，是社會發(fā)展不可缺少的重要物質(zhì)資料。在出口方面，非金屬礦產(chǎn)品是我國改革開放以來出口創(chuàng)匯增長最快的產(chǎn)品；其巨大貢獻是不爭的事實。非金屬礦產(chǎn)品在六五”期間出口12.5億美元,七五期間達到25.7億美元，八五期間超過53.7億美元，九五期間超過100億美元。2000年出口創(chuàng)匯24.29億美元，2001年達到28億美元，2002年繼續(xù)保持增長勢頭。估計“十五”期間將超過180億美元以上。 重

6、要的戰(zhàn)略資源石墨，我們國家占世界儲量的90%以上，是世界上的最大出口國；纖維狀硅灰石也是重要的礦物資源，我們的出口量占世界貿(mào)易量的30%以上。 8/3/202211粉體技術(shù)所涉及到的行業(yè)和產(chǎn)品應(yīng)用 農(nóng)業(yè)糧食加工、化肥、粉劑農(nóng)藥、土壤改良劑、飼料、添加劑、人工降雨催凝劑礦業(yè)金屬礦石的粉碎研磨、非金屬礦深加工、低品位礦物利用、冶金粉末冶金、機械合金化、冶金原料處理、冶金廢渣利用、硬質(zhì)合金生產(chǎn)橡膠固體填料、補強材料、廢舊橡膠制品的再生利用、功能性填料塑料塑料原料制備、增強填料、粉末塑料制品、塑料噴涂8/3/202212粉體技術(shù)所涉及到的行業(yè)和產(chǎn)品應(yīng)用 造紙紙漿制備、造紙?zhí)盍?、涂布造紙用超細漿料、纖維

7、狀增強填料印刷油墨生產(chǎn)、銅金粉、噴墨打印墨汁、激光打印和復印碳粉藥物粉劑,片劑,注射劑,中藥精細化,定向藥物載體、噴霧施藥化工涂料、油漆、催化劑、原料處理8/3/202213粉體技術(shù)所涉及到的行業(yè)和產(chǎn)品應(yīng)用 食品糧食加工、面粉蛋白分離、調(diào)味料、保健食品、食品添加劑、顏料偶氮顏料、酞青系列顏料、氧化鐵系列顏料、氧化鉻系列能源煤粉燃燒、固體火箭推進劑、水煤漿、電子電子漿料、電子塑封料、集成電路基片、電子涂料、熒光粉、鐵氧體8/3/202214粉體技術(shù)所涉及到的行業(yè)和產(chǎn)品應(yīng)用 建材水泥、建筑陶瓷生產(chǎn)、復合材料、木粉精細陶瓷原料細化處理、梯度材料、金屬與陶瓷復合材料、顆粒表面改性環(huán)保脫硫用超細碳酸鈣、

8、固體廢棄物的再生利用、各類粉狀污水處理劑機械粒度砂、微粉磨料、超硬材料、固體潤滑劑、鑄造型砂8/3/2022151.2 顆粒學-粉體工程（ Powder technology- Particuology)1943年,美國Micromeritics (微晶學、微塵學) 顆粒學最早著作；今天已發(fā)展為一門新興的綜合性技術(shù)學科，一門交叉學科、邊緣學科；超微顆粒是其中最為活躍的分支；Particuology：拉丁語 Particula + 希臘語Logia (顆粒的) （學科）8/3/202216Fine particle 顆粒從個體顆粒出發(fā)，稱為顆粒學Powder 粉體從集合粉體出發(fā)，稱為粉體工程學8

9、/3/202217研究范圍：粉體材料制備，加工和處理過程以及出現(xiàn)的現(xiàn)象；以顆粒性質(zhì)、特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。粉體技術(shù)是一門跨行業(yè)、跨學科的新興技術(shù)，包括粉碎、分級、分離、均化、混合、輸送、儲存、改性、造粒、粉塵爆炸以及粉體特性的研究和測試等。作為一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，粉體技術(shù)早已應(yīng)用于各工業(yè)部門，但作為一項專門技術(shù)進行系統(tǒng)地研究、開發(fā)則是隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展而形成的。8/3/202218美國 Fine Particle 協(xié)會 ; 歐洲粉體技術(shù)研討會International Congress on Particle TechnologyInternational Mineral Processing

10、Congress 歐洲粉碎協(xié)會（European Symposium on Comminution），國際粉碎研究學會（International Comminution Research Association），國際礦物工程粉碎協(xié)會（Minerals Engineering InternationalComminution Association）。 8/3/202219日本是比較重視粉體技術(shù)研究開發(fā)的國家 1956年 日本粉體工學研究會， 粉體工學會志；他們于1971年成立日本粉體工業(yè)技術(shù)協(xié)會（APPIE）的標準委員會，并在1982年開始與日本工業(yè)技術(shù)標準調(diào)查會和ISO國際標準化組織聯(lián)合

11、，制定系列粉體技術(shù)標準。 亞洲顆粒技術(shù)粉碎工作組（Comminution Group of Asian Particle Technology）等國際研究組織。 8/3/202220著名研究機構(gòu)與學者國外美國國家標準實驗室賓夕法尼亞大學-Austin教授 猶他大學-King 教授 德國Karlsruhe大學的Rumpf教授從固體物理學角度建立的粉碎規(guī)律 德國Clausthal大學-Schnert、 Leschonski教授 日本東京大學 井上教授 名古屋大學-神保元二教授 東北大學-Yashima教授 8/3/202221著名研究機構(gòu)與學者國外美國杜邦公司美國P.M.公司 美國斯特蒂文特公司

12、美國More-Bouse-Cowles公司-化工原料及非金屬礦的細磨及分散。 日本細川（Hosokawa）集團-德國Alpine公司 德國Bosch集團德國耐馳（Netzsch）公司 法國烏爾特拉芬公司 8/3/202222著名研究機構(gòu)與學者科研院所中國科學院過程所清華浙大武漢理工大學同濟大學北京科技大學華南理工8/3/2022232. UFP -超微粉體概述ultrafine particles, superfine particles, very fine particles超細粉；超微粉；超微細粉沒有統(tǒng)一的稱謂8/3/202224微顆粒: fine particles超細粉體在廣義上指從

13、微米級到納米級的一系列超細材料，狹義上是指從微米級（100納米的一系列超細材料；粗顆粒: coarse particle亞微顆粒: submicron particles 0.1-1m，顆粒原子數(shù)1091010個超微顆粒: ultrafine Particels nanometer 毫微米 10-98/3/202225微米級 （ 1 m ）； 亞微米級（ 0.1-1 m ）； 納米級 （ 1m時，表面原子份數(shù)1m的顆粒不是UFP （定為上限） 下限與上限一樣沒有明確范圍；8/3/202238返回首頁進下一章放松一下若顆粒中只含有幾個原子，是原子團，這種微粒是物理學家或化學家研究的對象，不屬UF

14、P范圍，（工業(yè)上無應(yīng)用）；若d50%,無熔點,分不清氣體、液體或固體；若d5nm,原子數(shù)達數(shù)千以上，有穩(wěn)定熔點；所以，有學者定 1 m 5 nm 為UFP （納米亞微米）也有學者定UFP粒徑：大約 1100nm范圍8/3/202239超細粉碎技術(shù)因高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)的進步而快速發(fā)展，全球自80年代以來各種超細粉體原料的需求量呈快速增長。據(jù)統(tǒng)計，中國在90年代之前，非金屬礦物超細粉產(chǎn)品還不足5萬t，96年已超過30萬t，2000年超過50萬t；2005年國內(nèi)需求量將達140萬t；預計2010年將達200萬t；超微粉體工業(yè)應(yīng)用8/3/202240對超細粉的需求量將越多，越高，越廣；e.g. SiC

15、超細粉： 5 m 1.9萬； 3.5 m 34萬； 1m 1015萬； SiC原料：5400元；深加工與普通加工的差價，可見超細粉碎和UFP制備的意義；目標：高純，超細，多功能和復合化；8/3/202241在制備高性能陶瓷材料時，非金屬礦物原料越純，粒度越細，材料的致密性越好，強度和韌性越高，一般要求原料的粒度小于1m甚至0.1m。如果原料細度能到納米級，則制備的陶瓷稱為納米陶瓷，性能更加優(yōu)異，是當今陶瓷材料發(fā)展的最高境界。非金屬礦加工技術(shù)是高技術(shù)陶瓷發(fā)展的關(guān)鍵，只有發(fā)展了非金屬礦物的高純加工技術(shù)和超細粉體加工制備技術(shù)才有高技術(shù)陶瓷材料的迅速發(fā)展。8/3/202242顯像管是現(xiàn)代微電子、信息產(chǎn)

16、業(yè)的重要器件，顯像管用的氧化鋁微粉平均粒徑一般為1.5m5.5m；黑底石墨乳粒徑要小于1m，管頸石墨乳小于4m，銷釘及錐體石墨乳小于10m；現(xiàn)代重要信息材料的復印粉及打印墨粉要求粒徑達到微米級；光纖及壓電材料的石英粉要求純度達到99.999%，雜質(zhì)含量要求為PPM級；現(xiàn)代高檔紙張用的高嶺土和碳酸鈣涂料要求白度達到90以上，細度-2m含量超過90%。沒有非金屬礦超細深加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代微電子及信息技術(shù)的發(fā)展將被延緩。 8/3/202243復合材料的重要組分之一是無機非金屬礦物填料，包括碳酸鈣、高嶺土、滑石、云母、硅灰石、石英、氧化鋁、氧化鎂、碳黑等，這些非金屬礦物填料的粒度越細、與有機基質(zhì)的相

17、容性越好，復合材料的綜合性能就越好。解決超細問題要依靠超細粉碎技術(shù)，而解決與有機基質(zhì)的相容性問題要依賴一種新的非金屬礦深加工技術(shù)礦物表面改性。其它如特種涂料、高級磨料、催化劑載體、吸附材料等要求非金屬礦物原料純度高、粒度細或粒度分布較窄且表面活性好。因此，必須要對其進行提純、粉碎和分級以及表面改性等加工 。8/3/202244造紙工業(yè)從普通紙張到涂布紙及其它高級紙品的技術(shù)進步需要高純、超細和高白度的高嶺土、碳酸鈣、滑石等非金屬礦物涂料。冶金工業(yè)的技術(shù)進步要求高品位及一定粒度級配的高鋁非金屬礦物(硅線石、紅柱石、蘭晶石等)耐火材料及鎂(菱鎂礦)碳(石墨)復合材料。高分子材料的技術(shù)進步需要相容性好

18、而且具有增強作用的非金屬礦物填料，如碳酸鈣、高嶺土、滑石、硅灰石、云母、石英、長石等。8/3/202245還有非金屬礦超細深加工技術(shù)還與當代環(huán)保技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)相關(guān)，許多非金屬礦物，凹凸棒石、海泡石、沸石、硅藻土、膨潤土、蛋白土、珍珠巖等經(jīng)過除雜提純、活化處理、粉碎分級、成型造粒等加工后具有較高的活性和選擇性吸附的特性，可廣泛應(yīng)用于處理廢水、廢氣、廢物及有毒物質(zhì)，成為獨特的綠色環(huán)保產(chǎn)品。由于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展到對非金屬礦物原(材)料要求的提高是非金屬超細深加工利用技術(shù)發(fā)展的原動力；同時，現(xiàn)代科技革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提高了非金屬礦超細深加工業(yè)自動控制、質(zhì)量檢測的技術(shù)水平。 8/3/20224690年代以后，超微

19、粉體技術(shù)在我國得到了長足的發(fā)展，許多專門從事超微粉體技術(shù)研究、開發(fā)的單位迅速成立。一個粉體技術(shù)熱點正在許多行業(yè)和研究領(lǐng)域形成。 我國與超微粉體工程相關(guān)聯(lián)的企業(yè)也已超過一千家，全國各類超細粉碎和分級設(shè)備生產(chǎn)廠家已發(fā)展到近100家。 8/3/202247根據(jù)非金屬礦行業(yè)協(xié)會的報告介紹，到2010年超細非礦產(chǎn)品的年產(chǎn)量為713萬噸。需要超細粉碎設(shè)備980套、超細分級機1300臺、改性設(shè)備485套、后處理設(shè)備550套。按照現(xiàn)在的價格計算，設(shè)備總價值約32億元人民幣。除了在非金屬礦加工領(lǐng)域自身應(yīng)用外，粉體加工技術(shù)和設(shè)備在化工、建材等行業(yè)也有較大的市場，其需求量與非金屬礦行業(yè)相當。8/3/202248我國

20、超微粉體技術(shù)總狀況是：能夠生產(chǎn)出目前在工業(yè)上應(yīng)用的超細設(shè)備；已能生產(chǎn)工業(yè)化平均粒徑1m左右的超細粉體；耐磨材料大大提高。但是，我國粉體技術(shù)裝備與國外仍有一定距離；沒有形成集團力量；粉體企業(yè)從業(yè)人員急需提高職業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平；應(yīng)大力開發(fā)市場，具體表現(xiàn)為：1起步晚起點低；2數(shù)量多、規(guī)格少、小廠多、大廠少；3設(shè)計力量不足、研發(fā)不夠；4缺乏國家標準，也沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準；5加工能力不強、設(shè)備陳舊，在國際市場上缺乏競爭力；6部分廠家由于種種原因只生產(chǎn)一種機型和12個品種；7設(shè)備的自動調(diào)控水平落后，技術(shù)集成度較低，設(shè)備配套性能較差；8發(fā)展地域不平衡。 8/3/202249發(fā)展與展望提高現(xiàn)有設(shè)備的性能，增加

21、品種型號，逐漸實現(xiàn)系列化和標準化。國內(nèi)現(xiàn)有超細粉碎設(shè)備的機型不少，但是還普遍存在同一機型品種規(guī)格少、系列化程度不高等不足，給用戶選型帶來不便。此外，研制生產(chǎn)單機處理能力較大的大型超細粉碎設(shè)備，形成處理能力從小到大，能滿足不同性質(zhì)物料和不同細度、不同產(chǎn)品質(zhì)量要求的設(shè)備系列。8/3/202250實施非金屬礦粉體深加工與表面改性為一體的設(shè)備一體化工藝創(chuàng)新技術(shù)，在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上進行具體條件優(yōu)化，實現(xiàn)大工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，優(yōu)先開發(fā)綠色環(huán)保功能材料和尖端國防材料。8/3/202251研究效率高，能耗低，粉體比大，適用于范圍廣的非金屬礦粉體深加工工程技術(shù)及裝備，重點研究干、濕法超細粉磨及分級、集料、脫水、干燥

22、、煅燒、工藝技術(shù)。加大粉體深加工工程技術(shù)與其它相關(guān)學科交叉性研究的力度。拓寬非金屬礦粉體深加工技術(shù)及裝備的應(yīng)用范圍。8/3/202252提高機械化與自動化技術(shù)水平，重點研制和應(yīng)用在線快速監(jiān)測技術(shù)和儀器。8/3/202253食品和中草藥超細化技術(shù)。靈芝茶葉粉五指毛桃8/3/202254激勵學生學習的名言格言220、每一個成功者都有一個開始。勇于開始，才能找到成功的路。221、世界會向那些有目標和遠見的人讓路（馮兩努香港著名推銷商）222、絆腳石乃是進身之階。223、銷售世界上第一號的產(chǎn)品不是汽車，而是自己。在你成功地把自己推銷給別人之前，你必須百分之百的把自己推銷給自己。224、即使爬到最高的山上，一次也只能腳踏實地地邁一步。225、積極