第三章粉碎課件

第三章粉碎3.1粉碎概論13.2粉碎機(jī)理的解析方法23.3礦物加工破碎工藝類(lèi)型、設(shè)備及應(yīng)用33.4礦物加工磨礦工藝類(lèi)型、設(shè)備及應(yīng)用43.5粉碎機(jī)械力化學(xué)51第三章粉碎3.1粉碎概論13.2粉碎機(jī)理的解析方第三章粉碎彈性變形外力塑性變形破壞破碎粉碎顆粒體集團(tuán)材料破碎的主要過(guò)程：裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，物體破壞前，物體內(nèi)部存在細(xì)微裂紋，當(dāng)應(yīng)力集中更大，裂紋將擴(kuò)展。3.1粉碎概論3.1.1概念：材料破壞、破碎、粉碎2第三章粉碎彈性變形外力塑性變形破壞破碎粉碎顆粒體集團(tuán)材料第三章粉碎表3-1粉碎工程所涉及的行業(yè)及應(yīng)用3.1.2粉碎的應(yīng)用3第三章粉碎表3-1粉碎工程所涉及的行業(yè)及應(yīng)用3.1第三章粉碎原料制備，如燒結(jié)、制團(tuán)、陶瓷、玻璃、粉末冶金等部門(mén)。共生物料中有用成分的解離，使共生的有價(jià)成分與非有價(jià)成分或多種有價(jià)成分解離成相對(duì)獨(dú)立的單體，然后選擇合適的分離方法分離。

增加物料的比表面，增大物料同周?chē)橘|(zhì)的接觸面積，提高反應(yīng)速度。

粉體的改性，在新材料，如用于一些功能材料，復(fù)合材料的制造。便于貯存、運(yùn)輸和作用，如物料需要采用風(fēng)力或水力輸送，食品等以粉狀使用。用于環(huán)境保護(hù)，如城市垃圾的處理、二次資源的利用中的預(yù)先粉碎。

粉碎在這些行業(yè)中應(yīng)用所起的主要作用4第三章粉碎粉碎在這些行業(yè)中應(yīng)用所起的主要作用4第三章粉碎粉碎基礎(chǔ)理論，包括粉碎產(chǎn)品的粒度、表面物理化學(xué)性質(zhì)及其表征方法；不同性質(zhì)顆粒的受力變形和粉碎機(jī)理；顆粒粉碎過(guò)程的描述和數(shù)學(xué)模型；粉碎過(guò)程的粉碎效率、粒度分布、能耗規(guī)律等；粉碎設(shè)備，包括各種粉碎設(shè)備、分級(jí)設(shè)備以及與相配套的儲(chǔ)存與輸送、過(guò)濾干燥、包裝等設(shè)備。粉碎工藝，包括不同種類(lèi)、不同性質(zhì)物料在一定粒度、粒度分布及純度等指標(biāo)要求下的粉碎工藝流程和設(shè)備選型。粉碎過(guò)程的粒度監(jiān)控技術(shù)和粉體的粒度檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)非機(jī)械力粉碎技術(shù)3.1.3未來(lái)粉碎工程研究的主要內(nèi)容及發(fā)展趨勢(shì)5第三章粉碎3.1.3未來(lái)粉碎工程研究的主要內(nèi)容及發(fā)展趨第三章粉碎粉碎比

粉碎過(guò)程進(jìn)行的程度可以用粉碎比表示。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。粉碎比的表示形式有三種：①極限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比，i=Dm/dm；②名義粉碎比：粉碎機(jī)給料口的有效寬度（0.85B）和排料口寬度（Ｓ）的比值，i=0.85B/S；③真實(shí)粉碎比：粉碎前后物料的平均粒度的比值，i=D/d。粉碎過(guò)程中，每個(gè)階段達(dá)到的粉碎比稱(chēng)為部分粉碎比或階段粉碎比，用in表示，相應(yīng)地，整個(gè)粉碎過(guò)程中達(dá)到的粉碎比叫總粉碎比，顯然：i=i1×i2×i3×…×in=Dmax/dmax

3.1.4粉碎的工藝特征6第三章粉碎3.1.4粉碎的工藝特征6第三章粉碎2.分階段粉碎

根據(jù)顆粒粉碎過(guò)程中所形成的產(chǎn)品粒度特征及這一過(guò)程中所用粉碎設(shè)備施力方式的差別，可將物料粉碎分為四個(gè)階段：破碎、磨礦、超細(xì)粉碎、超微粉碎。

表3-2粉碎各階段產(chǎn)品粒度特征7第三章粉碎2.分階段粉碎表3-2粉碎各階段產(chǎn)品粒第三章粉碎粉碎產(chǎn)品的細(xì)度和性能礦石硬度的影響

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(jī)械強(qiáng)度愈差，愈易磨。而粒度愈細(xì)則機(jī)械強(qiáng)度愈好，愈難粉碎。當(dāng)對(duì)硬的石英及軟的方解石進(jìn)行細(xì)磨時(shí)，產(chǎn)品磨得愈細(xì)，新生細(xì)級(jí)別產(chǎn)率的差距愈小，證明磨礦粒度愈細(xì)，礦石硬度的影響逐漸減弱，產(chǎn)品細(xì)度的影響逐漸增強(qiáng)。上述現(xiàn)象的原因：一方面是因?yàn)榱６茸兗?xì)之后，顆粒的宏觀和微觀裂紋減小，顆粒也較為均質(zhì)，且缺陷減少，因此即使是軟礦物的強(qiáng)度也相應(yīng)增強(qiáng)了；另一方面是細(xì)磨時(shí)條件惡化，磨礦過(guò)程難以有效進(jìn)行，細(xì)磨時(shí)的粉碎概率低。8第三章粉碎粉碎產(chǎn)品的細(xì)度和性能8第三章粉碎粉碎粒度與粉碎效率及能耗

物料粉碎過(guò)程隨粉碎粒度的變細(xì)，效率下降，能耗大幅度上升，被粉碎顆粒粒度愈細(xì)，其抗粉碎的能力愈強(qiáng)。這種現(xiàn)象的原因是一方面細(xì)粒強(qiáng)度增加，且被介質(zhì)磨碎的機(jī)率降低；另一方面則可能與表面電性等性質(zhì)影響有關(guān)。

選擇性粉碎

力學(xué)性質(zhì)不均勻的物料在細(xì)磨過(guò)程中強(qiáng)度小的被磨細(xì)，強(qiáng)度大的則殘留下來(lái)，這種現(xiàn)象稱(chēng)選擇性粉碎。結(jié)果說(shuō)明：隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，礦物顆粒變細(xì)，軟硬兩種礦物的平均粒度差變小，磨碎時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，二者粒度可達(dá)到相同；軟硬兩種礦物小于0.074mm產(chǎn)率差隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，而且時(shí)間愈長(zhǎng)產(chǎn)率差值愈小，即磨下選擇性磨碎現(xiàn)象顯著，而細(xì)磨下選擇性磨碎現(xiàn)象逐漸減弱。9第三章粉碎粉碎粒度與粉碎效率及能耗9第三章粉碎粉碎過(guò)程中細(xì)粒物料的凝聚及覆膜現(xiàn)象

物料細(xì)磨時(shí)，表面積急劇增大，顆粒表面能增大，物料顆粒會(huì)自發(fā)地聚集在一起以降低表面能，即發(fā)生凝聚現(xiàn)象。凝聚使粒子出現(xiàn)粗化現(xiàn)象。而由于不飽和鍵力的影響，顆粒粘附在磨機(jī)筒體及磨碎介質(zhì)上會(huì)發(fā)生覆膜現(xiàn)象。覆膜現(xiàn)象使自由運(yùn)動(dòng)粒群減少，也是降低細(xì)磨過(guò)程效率的原因之一。凝聚及覆膜現(xiàn)象阻礙了細(xì)磨的進(jìn)一步進(jìn)行，可加入分散劑及表面活性劑等抑制或消除。

10第三章粉碎粉碎過(guò)程中細(xì)粒物料的凝聚及覆膜現(xiàn)象10第三章粉碎微細(xì)顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的影響

有資料顯示（表3-10），粒度稍大于1μm的顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)位移量已大于重力作用的位移量。細(xì)磨或超細(xì)磨下，有1/5的顆粒接近布朗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以在研究細(xì)磨時(shí)就不能不考慮這種現(xiàn)象。

表3-10微粒在水中沉降時(shí)布朗運(yùn)動(dòng)與重力作用引起的位移量11第三章粉碎微細(xì)顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的影響表3-10微粒在第三章粉碎隨顆粒粒度變細(xì)，表面電化學(xué)力增強(qiáng)，料漿的粘度增加，料漿的流動(dòng)性及粒子的分散性變差。

只有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(dòng)、凝聚等性質(zhì)，才可抵消因顆粒變細(xì)而引起的細(xì)磨惡化的現(xiàn)象。使用無(wú)機(jī)電解質(zhì)及胺分別作為添加劑用于粉磨石英的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一定pH值條件下，鈣、硫和硅酸鹽使粉磨石英的效果顯著下降，而氯化鉀及胺能明顯提高磨碎效果?；瘜W(xué)藥劑能改變料漿的許多性質(zhì)，提高或降低磨碎效果。

12第三章粉碎隨顆粒粒度變細(xì)，表面電化學(xué)力增強(qiáng)，料漿的粘度第三章粉碎單體解離及解離度

在礦石粉碎產(chǎn)品中，有些顆粒只含有一種礦物，叫單體(如圖3-1a,f)；另一些顆粒兩種或兩種以上礦物連生在一起，叫連生粒(如圖3-1b，c，d，e)。

圖3-1礦石顆粒截面

13第三章粉碎單體解離及解離度圖3-1礦石顆粒截面第三章粉碎

礦石粉碎后，某礦物的單體解離度定義為：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?？倲?shù)的百分?jǐn)?shù)。

C：—某礦物的單體解離度；A：該礦物的單體解離粒子個(gè)數(shù)；B：含有該礦物的連生粒子個(gè)數(shù)。在礦物加工中，精礦品位低、尾礦品位高及中礦產(chǎn)率大，往往都是礦物解離度不夠造成的。14第三章粉碎礦石粉碎后，某礦物的單體解離度定義為第三章粉碎可碎性

材料的強(qiáng)度是指其對(duì)外的抵抗能力，通常以材料破壞時(shí)單位面積上所受的力即N/㎡或Pa來(lái)表示。按接受破壞力的方式不同，可分為壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度等；按材料內(nèi)部的均勻性和有否缺陷分為理論強(qiáng)度和實(shí)際強(qiáng)度。物料的實(shí)際強(qiáng)度可以用試驗(yàn)室儀器進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)靜載下的測(cè)定結(jié)果，各種材料的機(jī)械強(qiáng)度有如下規(guī)律：抗壓強(qiáng)度>抗剪強(qiáng)度>抗彎強(qiáng)度>抗拉強(qiáng)度

15第三章粉碎可碎性15第三章粉碎

在礦物加工上習(xí)慣用普氏硬度系數(shù)作為礦石堅(jiān)固性的標(biāo)準(zhǔn)，普氏硬度系數(shù)為抗壓強(qiáng)度的百分之一，用符號(hào)f表示。

式中：σp——抗壓強(qiáng)度

通常用“可碎（磨）性系數(shù)”來(lái)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)實(shí)踐中常以石英作為標(biāo)準(zhǔn)的中硬礦石，將其可碎性系數(shù)定為1，硬礦石的可碎性系數(shù)都小于1，而軟礦石則大于1。16第三章粉碎在礦物加工上習(xí)慣用普氏硬度系數(shù)作為礦第三章粉碎3.1.5被粉碎物料的基本物性1.強(qiáng)度a.理想強(qiáng)度:材料完全均質(zhì)不含缺陷時(shí)的強(qiáng)度。b.實(shí)測(cè)強(qiáng)度：約為理想強(qiáng)度的1/100～1/1000。c.強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)：材料強(qiáng)度測(cè)定值隨試驗(yàn)片大小而變化。尤其，試驗(yàn)片體積變小時(shí)，其強(qiáng)度測(cè)定值卻增大，這一現(xiàn)象稱(chēng)為強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)。d.強(qiáng)度隨加荷速度的變化：對(duì)材料的加荷速度增大時(shí)，材料的變形阻抗增大，其破壞應(yīng)力（強(qiáng)度）增大。e.強(qiáng)度隨氛圍條件的變化:材料強(qiáng)度在真空中、或空氣中或水中亦有不同。17第三章粉碎3.1.5被粉碎物料的基本物性1.強(qiáng)度a.理第三章粉碎2硬度

材料對(duì)磨耗的抵抗性一般用硬度表示。嚴(yán)格地說(shuō)，磨耗和硬度性質(zhì)是不同的，其間未必有一定的關(guān)系。可是，硬度往往作為耐磨性的指標(biāo)使用。硬度一般用莫氏(mohs)硬度表示，見(jiàn)下表：18第三章粉碎2硬度材料對(duì)磨耗的抵抗性一般用第三章粉碎3易碎性

采用強(qiáng)度和硬度往往還難以表述材料粉碎的難易程度，這是因?yàn)榉鬯檫^(guò)程除取決于材料物性之外，還受大量未知的影響因素所支配，例如粒度、粉碎方式(設(shè)備、工藝流程)等影響，從而使得判斷粉碎過(guò)程相當(dāng)困難。為此，引用易碎性這一概念來(lái)概括影響粉碎過(guò)程的大量變量。采用易碎性值即可判斷材料在某一粉碎條件下的粉碎狀態(tài)，用以評(píng)價(jià)粉碎設(shè)備的運(yùn)行管理狀況。

易碎性表征材料對(duì)粉碎的阻抗。它可定量地表示為將材料粉碎到某一粒度所需的比功。顯然，易碎性是粉碎過(guò)程所耗能量的判據(jù)。由易碎性可確定將某一原始粒度的材料粉磨到某一指定的產(chǎn)品粒度所消耗的能量。不少學(xué)者提出了各種易碎性的表示方法．如Hardgrove指數(shù)和Bond粉碎功指數(shù)。19第三章粉碎3易碎性采用強(qiáng)度和硬度往往還難第三章粉碎3.1.6粉碎需用功

無(wú)論從粉碎概率論考察，還是從破壞由結(jié)合力弱點(diǎn)處開(kāi)始來(lái)分析，都表明隨著粉碎粒徑的減小，粉碎需用功增大。

直徑(粒子徑)x的球用平行平板加壓時(shí)，到達(dá)破壞時(shí)積蓄于粒子的彈性變形能E可用下式表達(dá)：式中，P為荷重，△為變形，Y為楊氏彈性模量；v為伯松比。把E定義為粉碎1個(gè)粒子需用功，則單位質(zhì)量粉碎能E/M如下式所示：

式中，ρ為粒子密度，M為材料質(zhì)量。20第三章粉碎3.1.6粉碎需用功無(wú)論從粉碎第三章粉碎3.1.7碎碎粒子碰撞速度

微粉碎人多采用氣流粉碎機(jī)、沖擊式粉碎機(jī)讓碎料粒子加速碰撞而進(jìn)行粉碎。假定粉碎處在最大粉碎效率狀況下，即粒子具有的運(yùn)動(dòng)能完全轉(zhuǎn)變?yōu)槠扑槟?，則粒徑x的1個(gè)粒子破碎所需的碰撞速度U按下式求算：

21第三章粉碎3.1.7碎碎粒子碰撞速度微粉第三章粉碎

前述碎料粒徑在幾十微米以下的粒子加速碰撞粉碎時(shí)，表面粉碎比體積粉碎的比例要大，因而可視為粉碎介質(zhì)靜止，而讓碎料粒子碰撞粉碎的場(chǎng)合?，F(xiàn)假定為理想粉碎，質(zhì)量為MB的粉碎介質(zhì)，以UB速度碰撞碎料粒子，粉碎介質(zhì)所具有的運(yùn)動(dòng)能被100％地變換為粒子破碎能，則為破碎粒徑“的粒子所需介質(zhì)質(zhì)量和碰植速度的關(guān)系按下式計(jì)算：3.1.8粉碎介質(zhì)碰撞速度22第三章粉碎前述碎料粒徑在幾十微米以下的粒子加速碰第三章粉碎3.1.9混合粉碎

對(duì)同樣體積、破壞載荷不同的兩種物料進(jìn)行混合粉碎時(shí)，破壞載荷小的粒子優(yōu)先被粉碎的可能性大。混合粉碎適用于附著性、凝集性強(qiáng)而流動(dòng)性差的微粉體混合物，尤其適用于混合物中成分必須是更微細(xì)粒子的生產(chǎn)過(guò)程。

23第三章粉碎3.1.9混合粉碎對(duì)同樣第三章粉碎隨著物料粒度減小，由于破碎強(qiáng)度和阻力增大，使顆粒在從脆性破壞過(guò)渡至塑性變形的粒度范圍內(nèi)產(chǎn)生裂紋變得十分困難。因此，在一定的粒度下，反復(fù)的機(jī)械應(yīng)力作用不會(huì)導(dǎo)致破碎，而僅僅產(chǎn)生變形，在超微粉碎中它成為粉碎效率的負(fù)因素。另一方面，在力學(xué)性質(zhì)中對(duì)材料粉碎性影響大的是拉伸強(qiáng)度。且因壓壞強(qiáng)度相當(dāng)于拉伸強(qiáng)度，因此，有人用直徑2cm的球，通過(guò)改變加荷速度測(cè)定了球壓壞強(qiáng)度、單位質(zhì)量破碎能及破碎表面能。結(jié)果表明，以碎料粒子固有用期近似值作為加荷周期進(jìn)行粉碎，可顯著地提高粉碎效率。3.1.10影響粉碎效率的因素24第三章粉碎隨著物料粒度減小，由于破碎強(qiáng)度和阻力增大，使顆第三章粉碎3.1.11低溫粉碎

對(duì)于熔點(diǎn)、軟化點(diǎn)低的熱可塑性材料和因溫度上升而失去結(jié)合水由氧化作用而變質(zhì)的材料，以及常溫時(shí)強(qiáng)韌、低溫時(shí)脆性化的材料，適宜采用低溫粉碎?？梢圆捎妙A(yù)冷材料、在磨機(jī)周?chē)ㄒ灾吕浣橘|(zhì)、磨機(jī)內(nèi)混入干冰或通以冷卻空氣等方法進(jìn)行低溫粉碎。

必須指出，與上述熱性質(zhì)相反，有的材料各組成素材的熱膨脹系數(shù)不同。利用這一性質(zhì)，如在粉碎前加熱材料，則可降低材料的強(qiáng)度。

此外，結(jié)晶水化合物與無(wú)結(jié)晶水者相比，由于結(jié)晶水使體積膨脹，利用這一性質(zhì)進(jìn)行粉碎的方法稱(chēng)為化學(xué)粉碎法。

總之，要充分研究材料的熱性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)與粉碎性之間的關(guān)系，并加以利用。25第三章粉碎3.1.11低溫粉碎對(duì)于熔點(diǎn)、第三章粉碎3.2粉碎機(jī)理的解析方法3.2.1粉碎方法

物料粉碎是在機(jī)械力作用下進(jìn)行的，任何一種粉碎機(jī)械都不只用一種力來(lái)完成粉碎過(guò)程。根據(jù)粉碎機(jī)械施力方式差異，粉碎施力種類(lèi)有擠壓、彎曲、剪切、劈碎、研磨、打擊或沖擊等，如圖3-2。對(duì)于某一種粉碎設(shè)備，多數(shù)情況下是以一種施力方式為主，若干種施力方式同時(shí)存在，這樣有利于提高粉碎效率。對(duì)于礦物加工業(yè)，一般礦石都是由多種礦物組成，各礦物的物理、機(jī)械性質(zhì)差別很大，礦石粉碎時(shí)，只有當(dāng)所選用的粉碎設(shè)備與礦石性質(zhì)相適應(yīng)時(shí)，粉碎的效果才會(huì)最好。26第三章粉碎3.2粉碎機(jī)理的解析方法3.2.1粉碎方法第三章粉碎圖3-2粉碎工具對(duì)物料施力的種類(lèi)

1-壓碎；2-打擊；3-研磨；4-沖擊；5–擠壓剪切；6–劈碎；7–彎曲27第三章粉碎圖3-2粉碎工具對(duì)物料施力的種類(lèi)27第三章粉碎擠壓粉碎，即粉碎設(shè)備的工作部件對(duì)物料施加擠壓作用。因?yàn)閿D壓力作用較緩慢均勻，故物料粉碎過(guò)程較均勻。這種方法通常多用于物料的粗碎，如圖3-2（1）。擠壓-剪切粉碎，如圖3-2（5）所示。輥壓磨、雷蒙磨及各種立式磨通常采用擠壓－剪切粉碎方式。沖擊粉碎，包括高速運(yùn)動(dòng)的粉碎體對(duì)被粉碎物料的沖擊和高速運(yùn)動(dòng)的物料向固定壁或靶的沖擊以及運(yùn)動(dòng)物料的相互沖擊，如圖3-2（4）所示。研磨、磨削破碎，包括研磨介質(zhì)對(duì)物料的磨碎和物料相互間的摩擦作用。振動(dòng)磨、攪拌磨以及球磨機(jī)的細(xì)磨等都是以此為主要作用的。研磨和磨削是靠研磨介質(zhì)對(duì)物料顆粒表面的不斷磨蝕而實(shí)現(xiàn)粉碎的。28第三章粉碎擠壓粉碎，即粉碎設(shè)備的工作部件對(duì)物料施加擠壓第三章粉碎粉碎模型體積粉碎模型

如圖3-3（a），整個(gè)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(guò)程的進(jìn)行，這些中間顆粒逐漸被粉碎成細(xì)粒。沖擊粉碎和擠壓粉碎與此模型較為接近。表面粉碎模型

如圖3-3（b），在粉碎的某一時(shí)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。這種情形是典型的研磨和磨削粉碎方式。均一粉碎模型

如圖3-3（c），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。3.2.2粉碎理論29第三章粉碎3.2.2粉碎理論29第三章粉碎圖3-3粉碎模型（a）體積粉碎（b）表面粉碎(c)均一粉碎30第三章粉碎圖3-3粉碎模型30第三章粉碎

實(shí)際粉碎過(guò)程往往是前二種粉碎模型的綜合，前者構(gòu)成過(guò)渡成分，后者形成穩(wěn)定成分。體積粉碎與表面粉碎所得的粉碎產(chǎn)物的粒度分布有所不同，如圖3-4所示，體積粉碎后的粒度較窄較集中，但細(xì)顆粒比例較小；表面粉碎后細(xì)粉較多，但粒度分布范圍較寬，即粗顆粒也較多。圖3-4體積粉碎和表面粉碎的粒度分布

31第三章粉碎實(shí)際粉碎過(guò)程往往是前二種粉碎第三章粉碎混合粉碎和選擇性粉碎

當(dāng)幾種不同的物料在同一粉碎設(shè)備中同時(shí)進(jìn)行粉碎過(guò)程時(shí)，由于各種物料的相互影響，較單一物料的粉碎情形更復(fù)雜一些。目前，對(duì)多種物料混合粉碎過(guò)程中各種物料相互是否有影響以及如何影響尚存在分歧。粉碎能耗理論與功指數(shù)

物料粉碎過(guò)程中外力所做的有用功稱(chēng)為粉碎功或能耗。能耗模型

為了探索粉碎所需能量和粉碎效果（粒度減小、比表面積增大）之間的關(guān)系，人們提出了不少的假設(shè)和模型。這主要有：Rittinger的“表面積假說(shuō)”,Kick提出“體積假說(shuō)”,以及綜合以上兩種假說(shuō)Bond推出的“裂紋假說(shuō)“。

32第三章粉碎混合粉碎和選擇性粉碎32第三章粉碎功指數(shù)

在實(shí)踐中，粉碎能耗模型最具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和理論意義的是Bond的裂縫學(xué)說(shuō)。將上述功耗模型經(jīng)定積分后可得Bond的實(shí)用式：式中，F(xiàn)、P——給料及產(chǎn)品中80%通過(guò)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(shí)所消耗的功；Wi——功指數(shù)，即將“理論上無(wú)限大的粒度”粉碎到80%通過(guò)0.01mm篩孔寬（或65%通過(guò)0.075mm篩孔寬）時(shí)所需的功。

33第三章粉碎功指數(shù)33第三章粉碎Bond公式可運(yùn)用于以下幾個(gè)方面：在測(cè)出功指數(shù)Wi的情況下可以計(jì)算各種粒度范圍內(nèi)的粉碎功耗；測(cè)出被粉碎物料的功指數(shù)Wi，可以計(jì)算設(shè)計(jì)條件下的需要功率，根據(jù)需用功率的容量，選擇粉碎機(jī)械；可以比較不同粉碎設(shè)備的工作效率，如兩臺(tái)磨機(jī)消耗的功率相同，但產(chǎn)品粒度不同，分別算出兩臺(tái)磨機(jī)的操作功指數(shù)，就可確定哪臺(tái)效率高。

34第三章粉碎Bond公式可運(yùn)用于以下幾個(gè)方面：34粉碎動(dòng)力學(xué)

粉碎動(dòng)力學(xué)模型基于粉碎速度即粗大顆粒（大于指定粒級(jí)）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，同化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程相類(lèi)似。但是由于其不能全面反映粉碎過(guò)程特征和參變量間定量關(guān)系，難以應(yīng)用于粉碎過(guò)程模擬、優(yōu)化研究。第三章粉碎35粉碎動(dòng)力學(xué)第三章粉碎353.2.3功耗定律

（1）Rittinger的“表面積假說(shuō)”認(rèn)為“碎磨過(guò)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”。這種假說(shuō)不太符合實(shí)際過(guò)程。（2）后來(lái)Kick提出“體積假說(shuō)”認(rèn)為：“外力作用于物體時(shí)，物體首先發(fā)生彈性變形，當(dāng)外力超過(guò)該物體的強(qiáng)度極限時(shí)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)”。這種假說(shuō)適合于解釋物料的粗碎過(guò)程。（3）綜合以上兩種假說(shuō)Bond推出了“裂紋假說(shuō)“，他認(rèn)為：“物料在破碎時(shí)外力首先使其在局部發(fā)生變形，一旦局部變形超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)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(kuò)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(lái)，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”。該假說(shuō)接近于符合一般的粉碎過(guò)程，長(zhǎng)期以來(lái)用于指導(dǎo)粉磨工藝和設(shè)備的研究。第三章粉碎363.2.3功耗定律（1）Rittinger的“表面積第三章粉碎

以上三個(gè)假設(shè)可統(tǒng)一地用如下數(shù)學(xué)模型來(lái)表述，式中E為粉碎所需功耗,X為粒徑，n為指數(shù)：當(dāng)n=2時(shí)，其積分式

為Rittinger的表面積假說(shuō)模型；為Bond的裂紋假說(shuō)模型；為Kick的體積假說(shuō)模型。當(dāng)n＝l.5時(shí)，其積分式當(dāng)n＝1時(shí)，其積分式

以上研究表明，模型中的指數(shù)n的確表明了粉碎過(guò)程中能量輸入與產(chǎn)品粒度變化之間的關(guān)系，但沒(méi)有明確的物理意義。37第三章粉碎以上三個(gè)假設(shè)可統(tǒng)一地用如下數(shù)學(xué)模第三章粉碎3.2.4粉碎能量平衡論

許多學(xué)者的實(shí)驗(yàn)都確認(rèn)粉碎是效率極低的操作，其有效能量的利用率大約僅占0.6%～0.3%。這是因?yàn)橛糜诜鬯榈哪芰恐屑s有95％～99％以上轉(zhuǎn)化為熱而逸散。而其他的能量消耗用來(lái)增加固體表面能。顯然將固體表面能7和生成的表面積相乘，即得粉碎所需的能量式

用物理學(xué)者求得的表面能量值代入上式計(jì)算時(shí)，所得粉碎需用功的數(shù)值偏小。這說(shuō)明除了生成表而能和發(fā)熱之外，還有其他能量消耗。據(jù)研究，這部份能量消耗于固體表而結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化、化學(xué)的變化及物理化學(xué)的變化。在粉碎過(guò)程中產(chǎn)生的物理化學(xué)變化稱(chēng)為機(jī)械力化學(xué)。也就是說(shuō)，還有機(jī)械力化學(xué)的能量消耗。38第三章粉碎3.2.4粉碎能量平衡論許多學(xué)者第三章粉碎3.2.5粉碎速度論Epstein于1948年提出了粉碎過(guò)程數(shù)學(xué)模型的基本觀點(diǎn).他指出，在一個(gè)可以用概率函數(shù)和分布函數(shù)加以描述的重復(fù)粉碎過(guò)程中，第n段粉碎之后的分布函數(shù)近于對(duì)數(shù)正態(tài)分布。這一觀點(diǎn)已被用于矩陣模型和動(dòng)力學(xué)模型。1.粉碎過(guò)程矩陣模型a.碎裂函數(shù)b.選擇函數(shù)2.粉碎動(dòng)力學(xué)模型39第三章粉碎3.2.5粉碎速度論Epst第四章粉碎3.2.6相似的定律解析機(jī)理一、由外力產(chǎn)生壓應(yīng)力的粉碎機(jī)(例如，輥碾機(jī)、額式破碎機(jī)等)二、由重力直接產(chǎn)生壓應(yīng)力的粉碎機(jī)(例如輪碾機(jī))三、利用機(jī)械方法產(chǎn)生慣性力的粉碎機(jī)(例如錘磨機(jī))四、由重力產(chǎn)生慣性力的粉碎機(jī)(例如球磨機(jī)等)40第四章粉碎3.2.6相似的定律解析機(jī)理一、由外力產(chǎn)生壓第三章粉碎3.2.7連續(xù)粉碎機(jī)理解析3.2.7.1顆粒滯留時(shí)間分布

最近的研究已能從理論和實(shí)驗(yàn)上確定時(shí)間分布函數(shù)的形式。根據(jù)山峙對(duì)球磨機(jī)的分析、實(shí)驗(yàn)研究，神保元二對(duì)振動(dòng)磨的實(shí)驗(yàn)研究，時(shí)間分布函數(shù)Pe(t)可用對(duì)數(shù)正態(tài)分布來(lái)確定，即

當(dāng)將上式各值描繪在對(duì)數(shù)概率紙上時(shí)，則可得到一直線(xiàn)，因此，可方便地求得時(shí)間分布的諸特性值。41第三章粉碎3.2.7連續(xù)粉碎機(jī)理解析3.2.7.1顆第三章粉碎3.2.7.2粉碎機(jī)動(dòng)態(tài)特性解析a.控制流量型b.控制粒徑型3.2.7.3粉碎速度論在閉路粉碎系統(tǒng)中的應(yīng)用主要研究循環(huán)負(fù)荷率對(duì)產(chǎn)品粒度的影響。閉路粉碎的基本流程如下圖所示。42第三章粉碎3.2.7.2粉碎機(jī)動(dòng)態(tài)特性解析a.控制流量第三章粉碎在許多工業(yè)部門(mén)，破碎與磨礦占企業(yè)總能耗的40～70%，而破碎的能耗通常只有磨礦能耗的三分之一。因此，“多碎少磨”，對(duì)節(jié)省能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益有重大作用。破碎的目的在于：①按照“多碎少磨”的原則，供給棒磨、球磨等磨機(jī)最合理的給料粒度，或?yàn)樽阅?、礫磨提供合格的磨碎介質(zhì)；②對(duì)為分離準(zhǔn)備物料者，使粗粒嵌布的礦物初步單體解離，以便用粗粒選礦方法進(jìn)行分選；③使物料達(dá)到一定要求的粒度，供用戶(hù)直接使用，如建筑用石料的準(zhǔn)備。3.3礦物加工破碎工藝類(lèi)型、設(shè)備及應(yīng)用43第三章粉碎在許多工業(yè)部門(mén)，破碎與磨礦占企業(yè)總能耗的40～第三章粉碎

(a)開(kāi)路粉碎；(b)閉路粉碎；(c)帶預(yù)先分級(jí)的開(kāi)路粉碎；(d)帶預(yù)先分級(jí)的閉路粉碎；(e)帶最終分級(jí)的開(kāi)路粉碎；(f)帶預(yù)先分級(jí)和最終分級(jí)的開(kāi)路粉碎。44第三章粉碎441.破碎段數(shù)破碎段是破碎流程的最基本單元，它由破碎或破碎與配套工作的篩分組合構(gòu)成?；拘问饺鐖D所示。（a）為單一破碎作業(yè)的破碎段；（b）為帶有預(yù)先篩分作業(yè)的破碎段；（c）為帶檢查篩分作業(yè)的破碎段；（d）和（e）均為帶有預(yù)篩分和檢查篩分作業(yè)的破碎段；其區(qū)別僅在于前者是預(yù)先篩與檢查篩分分別在于不同的篩分機(jī)上進(jìn)行，后者是在同一篩分機(jī)上進(jìn)行，故（e）可視為（d）的變型。因此，破碎段實(shí)際上只有四種型式。破碎工藝類(lèi)型451.破碎段數(shù)破碎工藝類(lèi)型45第三章粉碎2.常用破碎流程（1）一段破碎流程。

一段破碎流程一般用來(lái)為自磨機(jī)提供合適的給料，常與自磨機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)。該流程工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備少，廠房占地面積小。（2）兩段破碎流程。

兩段破碎流程多為小型廠采用。右圖為兩段破碎流程基本型式如圖所示，圖中第一段都有預(yù)先篩分。a為兩段開(kāi)路流程，開(kāi)路破碎的產(chǎn)品粒度較粗，只在簡(jiǎn)易小型廠或工業(yè)性試驗(yàn)廠采用。b為兩段-閉路流程，這種流程能保證破碎產(chǎn)品粒度合于要求。兩段破碎流程

46第三章粉碎2.常用破碎流程兩段破碎流程46第三章粉碎（3）三段破碎流程。三段破碎流程的基本型式有三段開(kāi)路和三路一閉路兩種，如右圖所示。圖中前兩段均有預(yù)先篩分，但某些情況下，第一段或第二段有預(yù)先篩分。三段一閉路破碎流程，作為磨礦的準(zhǔn)備作業(yè)，獲得了廣泛應(yīng)用。三段開(kāi)路破碎流程與三段-閉路相比，所得破碎產(chǎn)品的粒度較粗，但它可簡(jiǎn)化破碎車(chē)間配置，節(jié)省投資。因此，當(dāng)磨礦的給料粒度要求不嚴(yán)或磨礦段的粗磨采用棒磨時(shí)，以及處理含水分較高的泥質(zhì)物料和受地形限制等情況下，可采用這種流程。三段破碎流程

47第三章粉碎（3）三段破碎流程。三段破碎流程的基本型式有（4）帶洗礦作業(yè)的破碎流程。當(dāng)給料含泥（-3mm）量超過(guò)5～10%和含水量大于5～8%時(shí)，細(xì)粒級(jí)會(huì)結(jié)成團(tuán)，會(huì)惡化破碎過(guò)程的生產(chǎn)條件，嚴(yán)重時(shí)使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。此時(shí)，應(yīng)在破碎流程中增加洗礦作業(yè)。洗礦作業(yè)一般設(shè)在粗碎前后。由于原料性質(zhì)不同，洗礦方式和洗出的細(xì)泥處理不同，因而流程多種多樣。右圖為某矽卡巖型銅礦的帶洗礦作業(yè)的三段-閉路破碎流程。帶洗礦作業(yè)的破碎流程48（4）帶洗礦作業(yè)的破碎流程。當(dāng)給料含泥（-3mm）量超過(guò)5第三章粉碎顎式破碎機(jī)

顎式破碎機(jī)出現(xiàn)于1858年。由于具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，制造容易，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在冶金礦山、非金屬礦山、建筑材料、化工及其它工業(yè)部門(mén)廣泛應(yīng)用。破碎設(shè)備及相關(guān)應(yīng)用49第三章粉碎顎式破碎機(jī)破碎設(shè)備及相關(guān)應(yīng)用49第三章粉碎鄂式破碎機(jī)現(xiàn)場(chǎng)鄂式破碎機(jī)模型50第三章粉碎50第三章粉碎旋回破碎機(jī)亦稱(chēng)粗碎圓錐破碎機(jī)，于1878年問(wèn)世。主要在大、中型金屬礦山使用。按排料方式分為側(cè)面排料型和中心排料型，前者因易堵塞，已不再生產(chǎn)，目前廣泛應(yīng)用的是中心排料型旋回破碎機(jī)。破碎設(shè)備及相關(guān)應(yīng)用旋回破碎機(jī)

51第三章粉碎旋回破碎機(jī)亦稱(chēng)粗碎圓錐破碎機(jī)，于1878第三章粉碎顎式破碎機(jī)與旋回破碎機(jī)的比較：顎式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高度小，重量輕，維修方便，不易堵塞，工作可靠。但生產(chǎn)能力低，要求均勻給料，需配備給料機(jī)，產(chǎn)品粒度不均勻。與顎式破碎機(jī)相比，旋回破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：破碎腔深度大，工作連續(xù)，因而生產(chǎn)能力大，單位電耗低，且工作較平穩(wěn)，可以擠滿(mǎn)給料，無(wú)需設(shè)置料倉(cāng)和給料機(jī)，產(chǎn)品粒度均勻。但也存在以下缺點(diǎn)：機(jī)身較高，要求廠房高度增大，構(gòu)造復(fù)雜，重量較大，安裝、維修較復(fù)雜，不適合破碎潮濕和粘性物料。52第三章粉碎顎式破碎機(jī)與旋回破碎機(jī)的比較：52圓錐破碎機(jī)

美國(guó)Nordberg公司多缸液壓圓錐破碎機(jī)：以層壓破碎原理破碎物料，實(shí)現(xiàn)選擇性破碎。瑞典Svedala集團(tuán)H系列液壓圓錐破碎機(jī)美國(guó)Cedarapid公司推出新一代MVP型滾動(dòng)軸承的液壓圓錐破碎機(jī)，俄羅斯圣彼得堡工程科學(xué)院開(kāi)發(fā)的慣性圓錐破碎機(jī)北京凱特公司推出慣性振動(dòng)圓錐破碎機(jī)。第三章粉碎破碎設(shè)備及相關(guān)應(yīng)用53圓錐破碎機(jī)美國(guó)Nordberg公司多缸液壓圓錐破碎機(jī)：以層圓錐破碎機(jī)54圓錐破碎機(jī)54沖擊式破碎機(jī)自襯式立軸沖擊破碎機(jī)PFL系列立式?jīng)_擊破碎機(jī)PFQ渦旋強(qiáng)力反擊式破碎機(jī)輥壓破碎機(jī)替代常規(guī)破碎機(jī)兩段破碎第四章粉碎第三章粉碎55沖擊式破碎機(jī)自襯式立軸沖擊破碎機(jī)輥壓破碎機(jī)第四章粉碎第三第三章粉碎1.球磨、棒磨流程由磨碎或磨碎與配套工作的分級(jí)組成磨礦段。分級(jí)按作用分為預(yù)先分級(jí)，檢查分級(jí)和溢流控制分級(jí)。預(yù)先分級(jí)的目的是將磨碎給料中的合格粒級(jí)預(yù)先分出來(lái)，以免造成過(guò)粉碎；檢查分級(jí)是將磨碎產(chǎn)品中不合格粒級(jí)分出來(lái)，返回磨機(jī)再磨，以保證產(chǎn)品細(xì)度符合要求。溢流控制分級(jí)是對(duì)前一檢查分級(jí)的溢流再分級(jí)，以獲更細(xì)的溢流，從而更嚴(yán)格控制分級(jí)粒度。影響磨礦段數(shù)的因素主要有：物料的可磨性和礦物的嵌布特性，磨機(jī)給料粒度，磨碎產(chǎn)品的要求粒度，生產(chǎn)規(guī)模，砂和泥分別處理的必要性，及進(jìn)行階段分離的必要性等。實(shí)踐證明，對(duì)選礦而言，采用一段或兩段磨礦，便可經(jīng)濟(jì)地把礦石磨至選別所需要的任何粒度。兩段以上的磨礦，通常是由進(jìn)行階段選別的要求決定的。3.4礦物加工磨礦工藝類(lèi)型、設(shè)備及應(yīng)用磨礦分級(jí)工藝流程56第三章粉碎1.球磨、棒磨流程3.4礦物加工磨礦工藝類(lèi)第三章粉碎一段和兩段磨礦流程相比較，一段磨礦流程的主要優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備少，投資低，操作易，不會(huì)因一個(gè)磨礦段停機(jī)影響到另一磨礦段的工作，停工損失小。但磨機(jī)的給礦粒度范圍寬，合理裝球困難，不易得到較細(xì)的最終產(chǎn)物，磨礦效率低。當(dāng)要求最終產(chǎn)物最大粒度為0.2～0.15mm(即60～70%-200目，參看表2-2)時(shí)，一般都采用一段磨礦流程。小型工廠，為簡(jiǎn)化流程和設(shè)備配置，當(dāng)磨礦細(xì)度要求80%-200目時(shí)，亦可用一段磨礦流程。57第三章粉碎一段和兩段磨礦流程相比較，一段磨礦流程的主要優(yōu)第三章粉碎一段磨礦流程有如圖所示幾種形式。a為一段開(kāi)路磨礦流程，該流程的產(chǎn)品粒度范圍寬且效率不高，除對(duì)產(chǎn)品粒度要求較粗的情況，或采用棒磨機(jī)一段開(kāi)路外，一般很少采用。b為一段閉路磨礦加預(yù)先分級(jí)流程，只有當(dāng)磨機(jī)給料中合格粒級(jí)在15%以上時(shí)才采用。c是應(yīng)用最廣泛的一段閉路磨礦流程。當(dāng)要在一段磨礦條件下得到較細(xì)的產(chǎn)物，對(duì)產(chǎn)品細(xì)度要求嚴(yán)格，將采用帶控制分級(jí)的閉路流程d。58第三章粉碎一段磨礦流程有如圖所示幾種形式。a為一段開(kāi)路磨第三章粉碎兩段磨礦的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠得到細(xì)的產(chǎn)品，能在不同磨碎段進(jìn)行粗磨和細(xì)磨，特別適用于階段處理。在大、中型工廠，當(dāng)要求磨碎細(xì)度小于0.15mm(即80%-200目，參看表2-2)時(shí)，采用兩段磨礦較經(jīng)濟(jì)，且產(chǎn)品粒度組成均勻，過(guò)粉碎現(xiàn)象少。根據(jù)第一段磨機(jī)與分級(jí)機(jī)連接方式不同，兩段磨礦流程可分為三種類(lèi)型：①第一段開(kāi)路；②第一段全閉路；③第一段局部閉路，第二段總是閉路工作的磨礦流程。59第三章粉碎兩段磨礦的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠得到細(xì)的產(chǎn)品，能在不同第三章粉碎

第一段開(kāi)路的兩段磨礦過(guò)程，應(yīng)用較廣的幾種形式如圖所示。該類(lèi)流程的優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有溢流再分級(jí)，所需分級(jí)面積較小，沒(méi)有兩段料量的分配問(wèn)題，調(diào)節(jié)較簡(jiǎn)單。第一段磨碎采用棒磨時(shí)，破碎流程可以不閉路。在水泥等非金屬行業(yè)，第一段也可采用錘式破碎機(jī)（干式系統(tǒng)）。其缺點(diǎn)是：第二段磨機(jī)容積大于第一段；由于第一段開(kāi)路，產(chǎn)品粒度粗，濃度大，必須用較陡的自流運(yùn)輸溜槽，或?qū)ｉT(mén)的運(yùn)輸裝置，才能將第一段的排料傳送到第二段磨機(jī)。一般該類(lèi)流程產(chǎn)物中-200目平均含量只能達(dá)到65%左右。60第三章粉碎第一段開(kāi)路的兩段磨礦過(guò)程，應(yīng)用較廣的幾種第三章粉碎第一段全閉路的兩段磨礦流程，常見(jiàn)形式如圖2-46所示。這類(lèi)流程常用于處理硬度較大，礦物嵌布粒度較細(xì)的礦石，以及要磨碎細(xì)度小于0.15mm的大、中型工廠，產(chǎn)品粒度能達(dá)到-200目占80～85%。該流程的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)細(xì)磨，兩段磨機(jī)可安裝在同一水平，設(shè)備配置較第一段開(kāi)路時(shí)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是兩段之間負(fù)荷難平衡，總分級(jí)面積大，設(shè)備投資較高。61第三章粉碎61第三章粉碎第一段局部閉路的兩段磨碎流程，常用形式如圖2-47所示。該類(lèi)流程的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有兩段間的負(fù)荷分配問(wèn)題，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，各段均得到任何數(shù)量的循環(huán)負(fù)荷；產(chǎn)品較兩段全閉路流程粗。缺點(diǎn)是第一段的物料向第二段運(yùn)輸較困難。62第三章粉碎第一段局部閉路的兩段磨碎流程，常用形式如圖2-第三章粉碎2.自磨流程自磨工藝有干磨和濕磨兩種。選礦廠多采用濕磨。為了解決自磨中的難磨粒子問(wèn)題，提高磨碎效率，在自磨機(jī)中加入少量鋼球，這時(shí)稱(chēng)為半自磨。自磨常與細(xì)碎、球磨、礫磨等破磨設(shè)備聯(lián)合工作，根據(jù)其聯(lián)接方式可組成很多種工藝流程，常用的濕式自磨流程如下圖所示。63第三章粉碎2.自磨流程63第三章粉碎a為一段閉路自磨（半自磨）流程。通常自磨排料分級(jí)，除設(shè)有檢查分級(jí)外，還帶有控制分級(jí)。檢查分級(jí)的設(shè)備為篩分機(jī)和螺旋分級(jí)機(jī)，控制分級(jí)設(shè)備為水力旋流器和螺旋分級(jí)機(jī)。這種流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品粒較粗，-200目占60%左右。當(dāng)磨碎中硬以下礦石，且產(chǎn)品粒度要求較粗時(shí)，可以采用該工藝流程。b是自磨-細(xì)碎流程。該流程的特點(diǎn)是將自磨中的難磨粒級(jí)引出破碎，消除它在循環(huán)負(fù)荷中積累，提高磨機(jī)生產(chǎn)能力和降低能耗，因而適合磨碎易產(chǎn)生頑石的礦石。c是自磨-礫磨流程。該流程的產(chǎn)品粒度大致與常規(guī)兩段磨礦流程相當(dāng)，適合于處理有用礦物嵌布粒度較細(xì)，且適合自磨的礦石。第二段礫磨機(jī)用的礫石，可由自磨機(jī)或破碎系統(tǒng)提供。64第三章粉碎a為一段閉路自磨（半自磨）流程。通常自磨排料分第三章粉碎2.3.1球磨機(jī)

球磨機(jī)外形為一鋼筒，內(nèi)裝各種直徑的鋼球作為研磨介質(zhì)。在磨礦過(guò)程中，磨礦機(jī)以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，處在筒體內(nèi)的研磨介質(zhì)由于旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力，致使它與筒體之間產(chǎn)生一定摩擦力。摩擦力使研磨介質(zhì)隨著筒體旋轉(zhuǎn)，并到達(dá)一定的高度。當(dāng)研磨介質(zhì)的自身重力的向心分力大于離心力時(shí)，研磨介質(zhì)就脫離筒體拋射下落，從而擊碎礦石。同時(shí)，在磨礦機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，研磨介質(zhì)還會(huì)有滑動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)礦石產(chǎn)生研磨作用。所以，礦石在研磨介質(zhì)產(chǎn)生的沖擊力和研磨力聯(lián)合作用下得到粉碎。磨礦設(shè)備及相關(guān)應(yīng)用65第三章粉碎2.3.1球磨機(jī)磨礦設(shè)備及相關(guān)應(yīng)用65第三章粉碎1.格子型球磨機(jī)

排礦端的結(jié)構(gòu)如圖2。由格子板、端蓋和中空軸組成，端蓋與磨機(jī)筒體之間設(shè)有格子板，所以這種球磨機(jī)叫格子型球磨機(jī)。66第三章粉碎1.格子型球磨機(jī)66第三章粉碎2.溢流型球磨機(jī)Ф2700×3600溢流型球磨機(jī)67第三章粉碎2.溢流型球磨機(jī)Ф2700×3600溢流型球第三章粉碎格子型磨機(jī)與溢流型磨機(jī)相比，前者是低料漿排料，已磨細(xì)的顆粒能及時(shí)排出，減少了物料過(guò)粉碎，裝球量大，磨礦效率高，生產(chǎn)能力大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)格較貴。常用于第一段磨礦，產(chǎn)品粒度上限為0.2～0.3mm。后者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修，產(chǎn)品粒度較細(xì)（一般小于0.2mm）。但排料液面較高，物料在磨機(jī)中停留時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)能力低，易產(chǎn)生過(guò)粉碎，適用于粒度較細(xì)的場(chǎng)合。68第三章粉碎格子型磨機(jī)與溢流型磨機(jī)相比，前者是低料漿排料，第三章粉碎自磨機(jī)是以被粉碎物料本身作為粉磨介質(zhì)的磨機(jī)，有干式和濕式兩種自磨機(jī)。濕式自磨機(jī)筒體的直徑與長(zhǎng)度之比一般在2.6～4.6之間。端蓋為錐形，上面有一圈波形襯板，它對(duì)下落物料有彎折作用，使返回粗粒物料拋向筒體中部。排礦端有格子板，以控制排礦粒度。在排礦中空軸內(nèi)同心裝有一個(gè)圓筒篩，圓筒篩的排礦端有一返砂勺，圓筒篩內(nèi)裝有反向螺旋返砂管，從格子板孔流出的料漿經(jīng)過(guò)圓筒篩篩出，篩上物由返砂勺推入返砂管，返回磨機(jī)內(nèi)再磨，篩下物經(jīng)中空軸排出。干式自磨機(jī)的構(gòu)造與濕式自磨機(jī)不同，其端蓋與筒體垂直。磨細(xì)的產(chǎn)品借助氣流從磨機(jī)內(nèi)排出。與球（棒）磨機(jī)相比，自磨機(jī)的給礦粒度大，一般為200～300mm，破碎比大，能取代中、細(xì)碎及一段磨礦，簡(jiǎn)化碎磨流程。物料自磨，節(jié)省金屬消耗，選擇性碎磨作用強(qiáng)，過(guò)粉碎顆粒少。3.自磨機(jī)69第三章粉碎自磨機(jī)是以被粉碎物料本身作為粉磨介質(zhì)的磨機(jī)，有第三章粉碎上圖的自磨機(jī)直徑12.2米，長(zhǎng)15米，凈重1210噸，是目前世界上體積最大、重量最重的自磨機(jī)，價(jià)值5500多萬(wàn)元。自磨機(jī)由中國(guó)冶金科工集團(tuán)與香港中信泰富集團(tuán)合作生產(chǎn)，中國(guó)外運(yùn)華東外運(yùn)物流公司和常熟船務(wù)代理有限責(zé)任公司聯(lián)合承運(yùn)，將被運(yùn)往澳大利亞用于西澳SINO鐵礦石項(xiàng)目。

70第三章粉碎上圖的自磨機(jī)直徑12.2米，長(zhǎng)15米，凈重12

第三章粉碎3.5粉碎機(jī)械力化學(xué)1

機(jī)械力化學(xué)定義：在機(jī)械力作用下，對(duì)固體、液體、氣體物質(zhì)施加機(jī)械能而誘發(fā)的化學(xué)變化和物理化學(xué)變化稱(chēng)為機(jī)械力化學(xué)。機(jī)械力：壓縮、剪切、磨擦、延伸、彎曲、沖擊等。機(jī)械力化學(xué)現(xiàn)象：各種凝聚狀態(tài)下的物質(zhì)，受到機(jī)械力的影響而發(fā)生化學(xué)變化或物理變化的現(xiàn)象。

71第三章粉碎3.5粉碎機(jī)械力化學(xué)1

第三章粉碎3.5粉碎機(jī)械力化學(xué)概述1

例如：物料進(jìn)行超細(xì)粉碎的過(guò)程，現(xiàn)象奇怪：如粉碎食鹽時(shí)產(chǎn)生氯氣，粉碎碳酸鹽時(shí)有二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生，石膏細(xì)磨時(shí)脫水，石英受沖擊后無(wú)定形化等，這些都是典型的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)。

超細(xì)粉碎時(shí)機(jī)械力除了使物質(zhì)粒度縮小、比表面積增加等物理變化外，還會(huì)發(fā)生機(jī)械能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，致使材料發(fā)生結(jié)構(gòu)變化、化學(xué)變化及物理化學(xué)變化。72第三章粉碎3.5粉碎機(jī)械力化學(xué)概述1第三章粉碎3.5.2機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)2

機(jī)械力引發(fā)的化學(xué)效應(yīng)主要包括改變結(jié)晶狀態(tài)和誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)。改變物質(zhì)結(jié)晶狀態(tài)是在超細(xì)粉碎過(guò)程中,隨著機(jī)械力的持續(xù)作用,礦物的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會(huì)發(fā)生多種變化,如顆粒表面層離子的極化變形與重排使粉體表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生晶格缺陷、晶格畸變、晶型轉(zhuǎn)變、結(jié)晶度降低甚至無(wú)定形化等。粉體晶體結(jié)構(gòu)的變化73第三章粉碎3.5.2機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)2機(jī)械力引發(fā)的化學(xué)第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)3.5.2機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)2

固相間的機(jī)械力化學(xué)反應(yīng),一般是在原子、分子水平上晶格相互擴(kuò)散及平衡時(shí)達(dá)成的,固相間的擴(kuò)散、位移密度、晶格缺陷分布等都依賴(lài)于機(jī)械活性。固體內(nèi)的擴(kuò)散速率受控于位錯(cuò)數(shù)量和運(yùn)動(dòng),晶格變形可增加位錯(cuò)數(shù)量,說(shuō)明機(jī)械力作用可以直接增加自發(fā)的導(dǎo)向擴(kuò)散速率。因此,在室溫下,機(jī)械力化學(xué)和固相反應(yīng)存在密切關(guān)系,誘發(fā)固體間的反應(yīng)是可能的。

粉體晶體結(jié)構(gòu)的變化74第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)3.5.2機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)2第三章粉碎

隨著超細(xì)顆粒表面活性點(diǎn)的不斷增多使顆粒表面處于亞穩(wěn)高能活性狀態(tài)，表面層能位更高，活化能更小，表面活性更強(qiáng)，從而引起物質(zhì)的分散性、溶解性、吸附能力、表面電性、離子交換和置換能力等表面物理化學(xué)性質(zhì)的變化，易于發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)變化。粉體物理化學(xué)性質(zhì)的變化75第三章粉碎隨著超細(xì)顆粒表面活性點(diǎn)的不斷增多第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)76第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)76第三章粉碎粉碎機(jī)械力活化作用機(jī)理

第一，物料在機(jī)械力作用下粉碎生成新表面，顆粒粒度減小，比表面積增大，從而粉體表面自由能增大，活性增強(qiáng)。

第二，物料顆粒在機(jī)械力作用下、表面層發(fā)生晶格畸變、其中貯存了部份能量，使表面層能位升高，從而活化能降低，活性增強(qiáng)。

第三，物料顆粒在機(jī)械力作用下，表面層結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，并趨于無(wú)定形化，內(nèi)部貯存了大量能量，使表面層能位更高，因而活化能更小，表面活性更強(qiáng)。

第四，粉磨系統(tǒng)輸入能量的較大一部分還將轉(zhuǎn)化為熱能，使料體物料表面溫度升高，這也在很大程度上提高了顆粒的表面活性.

綜上可見(jiàn)，物料顆粒經(jīng)機(jī)械粉碎后形成的微細(xì)顆粒表面性質(zhì)大大不同于原有粗顆粒，機(jī)械力的持續(xù)作用使顆粒表畫(huà)的活性點(diǎn)不斷增多，顆粒表面處于亞穩(wěn)高能活性狀態(tài)，易于發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)變化.77第三章粉碎粉碎機(jī)械力活化作用機(jī)理第一，物料第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)3.5.3固體的活性3固體活性增強(qiáng)因素1.格子缺陷（點(diǎn)缺陷、線(xiàn)缺陷、面缺陷）2.格子畸變，無(wú)定型結(jié)構(gòu)3.比表面積4.表面能78第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)3.5.3固體的活性3固體活性增強(qiáng)因第三章粉碎3.5.3固體的活性31.粒子缺陷（不完整性）粒子缺陷：偏離規(guī)則結(jié)晶格子的狀態(tài)，主要形式：點(diǎn)缺陷：空位，置換，填隙；線(xiàn)缺陷：位錯(cuò)；面缺陷：堆層缺陷，晶界。a.點(diǎn)缺陷：基本形式：弗侖克爾缺陷，肖特基缺陷。結(jié)晶熱處理、射線(xiàn)照射、外部應(yīng)力作用及線(xiàn)缺陷的運(yùn)動(dòng)均可產(chǎn)生。隨之反應(yīng)性增大。例：ZnO和CuSO4體系的固相反應(yīng)，將Li2O添加到ZnO中，由于點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生，反應(yīng)的活化能降低，反應(yīng)速度增大。79第三章粉碎3.5.3固體的活性31.粒子缺陷（不完整性）第三章粉碎3.5.3固體的活性31.粒子缺陷（不完整性）b.線(xiàn)缺陷（位錯(cuò)）晶體的機(jī)械變形或熱應(yīng)力而引起的結(jié)晶格子沿線(xiàn)的方向呈現(xiàn)出不完整性?；绢?lèi)型：刃位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò)。c.面缺陷出現(xiàn)在粒界、小角度晶界、雙晶界、堆層不完整處80第三章粉碎3.5.3固體的活性31.粒子缺陷（不完整性）第三章粉碎3.5.3固體的活性32.格子變形機(jī)械力作用，發(fā)生格子變形，程度可從原子間距的變化而引起能量增加的角度研究，可采用定量法測(cè)定溶解熱河X(jué)射線(xiàn)衍射圖形狀變化的半定量分析法求得。主要形式：1.面間距的變化（一次粒子的結(jié)晶格子整體膨脹收縮）2.面間距的變動(dòng)）結(jié)晶粒內(nèi)或粒子局部的變化)3.液體狀的無(wú)定形構(gòu)造4.X射線(xiàn)確定的無(wú)定形構(gòu)造5.層狀結(jié)構(gòu)，纖維i結(jié)構(gòu)中特有的不規(guī)則構(gòu)造81第三章粉碎3.5.3固體的活性32.格子變形機(jī)械第三章粉碎3.5.3固體的活性33.比表面積粉體的比表面積（表面積/體積或表面積/質(zhì)量）動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)重要參數(shù)。一般地，比表面積大，反應(yīng)面積增加，反應(yīng)速度加快，活性大，表面能增加。

如單純從表面積考慮粉體活性，活性增大，大致從1m2/g左右表現(xiàn)出，根據(jù)粉體制備方法，可得到100-1000m2/g的大表面積粉體。82第三章粉碎3.5.3固體的活性33.比表面積粉體第三章粉碎3.5.3固體的活性34.粒子的微細(xì)化與表面能固體的表面能隨固體的微細(xì)化而變化，影響因素多：粉體燒結(jié)后的多相微細(xì)結(jié)構(gòu)，粉體的溶解熱，粒子成長(zhǎng)，細(xì)纖維及薄膜的物性，赫形成，催化活性，對(duì)融體及液體的潤(rùn)濕性，粒界的熱腐蝕等。物質(zhì)低能物質(zhì)<209.3甲基硅烷,低級(jí)碳化氫中能物質(zhì)209.3----837.2大多數(shù)有機(jī)化合物,非金屬元素高能物質(zhì)>837.2水,金屬的鹽類(lèi)及氧化物,金屬83第三章粉碎3.5.3固體的活性34.粒子的微細(xì)化與表面能第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)3.5.4粉碎和粒子結(jié)晶構(gòu)造變化41.晶格不規(guī)則

粉碎過(guò)程中、隨著微細(xì)化而使粒徑減小的同時(shí)，還產(chǎn)生顆粒表面晶格的不規(guī)則化及結(jié)晶性的下降。所謂晶格的不規(guī)則是指晶格的晶面間距發(fā)生變化、變動(dòng)以及形成非結(jié)晶結(jié)構(gòu)等，即在機(jī)械力作用下，有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，形成非晶態(tài)層，最終導(dǎo)致整個(gè)結(jié)晶顆粒無(wú)定形化；

關(guān)于這一現(xiàn)象對(duì)石英作過(guò)很多的研究。石英粉磨時(shí)，隨著微細(xì)化的過(guò)程．顆粒表面上生成的晶格擾亂還向顆粒內(nèi)部擴(kuò)展，從而在顆粒表面上形成一定的厚度。該厚度將隨物質(zhì)種類(lèi)、粉碎方式、粒徑、氛圍等而不同。這一變化可采用x射線(xiàn)衍射、差熱分析、溶解速度、密度變化等進(jìn)行研究；隨著粉碎的進(jìn)行、x衍射線(xiàn)峰值強(qiáng)度減小面寬度增大。這是晶體中晶格不規(guī)則化增加，或是生成非常小的微品(0.1μm)所致。84第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)3.5.4粉碎和粒子結(jié)晶構(gòu)造變化第三章粉碎2.晶型轉(zhuǎn)變

當(dāng)?shù)V物受粉碎面微細(xì)化時(shí)，可產(chǎn)生前述的結(jié)晶不規(guī)則、非結(jié)晶化、中間結(jié)晶相等狀態(tài)，并形成焓增大的不穩(wěn)定相。如不斷地施加壓縮、剪切、彎曲、延伸等力，使其能量超過(guò)不穩(wěn)定相轉(zhuǎn)移和結(jié)晶的活化能時(shí)，就要產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變。

方解石粉碎時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槲氖勺鳛橐焕?。而且，文石的磨碎產(chǎn)物加熱時(shí)(450℃)又可恢復(fù)為方解石的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。聚丙烯、聚乙烯在真空中低溫粉碎時(shí)，與無(wú)機(jī)物質(zhì)一樣也可產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變。85第三章粉碎2.晶型轉(zhuǎn)變當(dāng)?shù)V物受粉碎面微細(xì)第三章粉碎3.脫水效應(yīng)86第三章粉碎3.脫水效應(yīng)86第三章粉碎4.層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)結(jié)晶物質(zhì)的變化

層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，通常表現(xiàn)出平行于層面的解離性。在粉碎時(shí)，結(jié)晶物質(zhì)變化的情況因施加機(jī)械作用力的大小和物質(zhì)的種類(lèi)而異，但一般情況下，首先是層間的弱結(jié)合破壞，然后二維構(gòu)造的破碎引起結(jié)晶各自的畸變。5.長(zhǎng)鏈及環(huán)狀化合物的構(gòu)造變化

若將長(zhǎng)鏈及環(huán)狀化合物鹽類(lèi)粉碎，可以看到比表面積的增大，無(wú)定形化及格子變形等，但還發(fā)生聚合體特有的現(xiàn)象，即分子鏈切斷及相反的聚合反應(yīng)。87第三章粉碎4.層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)結(jié)晶物質(zhì)的變化層第第三章粉碎3.5.5機(jī)械力化學(xué)在工程中的應(yīng)用51.礦物晶體性質(zhì)的保護(hù)和改造

晶體性質(zhì)的保護(hù),是利用晶體固有性質(zhì)的前提;至于晶體性質(zhì)的改造,包括晶體性質(zhì)的優(yōu)化和改變。楊春蓉等人選取3種不同粒徑的硅灰石,混入不同比例的硬脂酸,分別采用機(jī)械力法對(duì)其機(jī)械表面改性,結(jié)果表明,機(jī)械力化學(xué)法既實(shí)現(xiàn)了超細(xì)粉碎和改性的目的,也能一定程度保護(hù)硅灰石的晶型結(jié)構(gòu)。3.5.5.1應(yīng)用實(shí)例88第第三章粉碎3.5.5機(jī)械力化學(xué)在工程中的應(yīng)用51.礦物第三章粉碎2.礦物顆粒表面改性

粉體改性的原理涉及礦物粉體表面的性質(zhì),包括表面質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)和化學(xué)鍵的性質(zhì)和分布。機(jī)械力化學(xué)法表面改性是利用超細(xì)粉碎及其他強(qiáng)烈機(jī)械力作用有目的地對(duì)礦物表面進(jìn)行激活，在一定程度上改變礦粒表面的晶體結(jié)構(gòu)、溶解性能(無(wú)定形化)、化學(xué)吸附和反應(yīng)活性(增加表面的活性基團(tuán))等。毋偉等將重鈣與高聚合物一起研磨,聚合物鏈鍵斷裂產(chǎn)生的游離基,或正負(fù)離子遇到重鈣經(jīng)機(jī)械力活化產(chǎn)生的新鮮表面,可形成接枝聚合物。丁浩、盧壽慈以硬脂酸鈉為改性劑,研究了在攪拌磨中濕法超細(xì)研磨碳酸鈣顆粒的同時(shí)進(jìn)行表面改性。研究表明,機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)有利于顆粒表面改性,且改性的效果受到研磨細(xì)度、料漿濃度、pH值、料漿溫度以及研磨力的影響,其中以研磨力的影響最為重要。江蘇石油化工學(xué)院同樣也研究了碳酸鈣表面機(jī)械力化學(xué)改性,不同的是無(wú)動(dòng)件撞擊流改性,產(chǎn)品粒子表面性能得到了優(yōu)化,有效地提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能,降低了產(chǎn)品成本。3.5.5.1應(yīng)用實(shí)例89第三章粉碎2.礦物顆粒表面改性粉體改性的原第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)3.礦物材料制備

一些要求加熱、加壓才能進(jìn)行或加熱、加壓也難以進(jìn)行的粉末間反應(yīng),經(jīng)機(jī)械力化學(xué)作用可以誘發(fā)化學(xué)反應(yīng),在低溫下就可反應(yīng)。近幾十年來(lái),粉體機(jī)械力化學(xué)工業(yè)應(yīng)用研究頗多,并取得了許多有實(shí)用價(jià)值的成果,顯現(xiàn)出其廣闊的應(yīng)用前景，主要體現(xiàn)在:①燒結(jié)材料方面:利用機(jī)械力化學(xué)手段,可以促使燒結(jié)機(jī)制(物質(zhì)的擴(kuò)散、蒸發(fā)、凝縮、流動(dòng)等),改善燒結(jié)性能。②功能材料方面:利用礦物粉體間的機(jī)械力化學(xué)固相反應(yīng),可合成功能材料急需的粉末原料。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,粉體活性強(qiáng),鎳鐵氧體或新鐵氧體粉磨制得材料的磁性更強(qiáng);③化工中催化劑的應(yīng)用:④生物陶瓷材料方面:β—磷酸三鈣(β—TCP)粉末,是生產(chǎn)生物陶瓷最理想的材料之一,也可以采用機(jī)械力化學(xué)方法合成制取,方法簡(jiǎn)單,且有無(wú)需調(diào)節(jié)pH值和熱處理溫度低等優(yōu)點(diǎn);⑤冶金工業(yè)方面:濕法冶金中,對(duì)礦物機(jī)械力活化,能改善有用礦物、元素浸出。例如,常壓低溫下,可從銅的精礦中收回銅,也可以從白銅礦、天青石、鋁礬土、鉬鐵礦、綠泥石等礦物中分離稀有金屬。3.5.5.1應(yīng)用實(shí)例90第七章粉碎機(jī)械力化學(xué)3.礦物材料制備一些第三章粉碎4.廢物處理

研究難處理劇毒物的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)，有可能開(kāi)發(fā)出在常溫、常壓下處理劇毒物的新方法，使有毒廢棄物能就地得到及時(shí)和有效的處理，避免其長(zhǎng)期堆放污染環(huán)境。如許多塑料制品經(jīng)機(jī)械化學(xué)處理后，發(fā)生機(jī)械化學(xué)分解，聚合度可下降80%，有利于防止公害；通過(guò)高能量機(jī)械力的作用可破壞蛋白質(zhì)的高分子結(jié)構(gòu)，從而使它能從廢液中較快地沉降下來(lái)，便于焚燒處理；用機(jī)械化學(xué)法處理含鎘廢水可使鎘的還原速率加快數(shù)倍。澳大利亞的一個(gè)科研小組用機(jī)械化學(xué)法處理劇毒有機(jī)物，他們將15ｇDDT放入振動(dòng)球磨機(jī)內(nèi)，研磨介質(zhì)為Φ12mm的鋼球，再加入一定量的鎂、鈣和氧化鈣，然后在密閉狀態(tài)下進(jìn)行研磨，結(jié)果表明研磨3h上述有機(jī)物即開(kāi)始分解，12h后氯苯含量降至1×10-6。。3.5.5.1應(yīng)用實(shí)例91第三章