粉体加工技术
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原始粒子
硬团聚
软团聚
干粉颗粒的几种存在状态
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原因一：分子作用力（范德华力）

分子之间存在着范德华力---短程力(约1纳米)。

大量分子集合体构成的体系存在多分子的综合作用---长
程力 (50纳米)。

范德华力是宏观物体间相互作用时最重要的一种力，它
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在液体中颗粒表面因离子的选择性溶解或选择性吸附而荷电！
反号离子由于静电吸引而在颗粒周围的液体中扩散分布形 成双电层。 颗粒带着固定层运动，故它运动时表现的是动电位，各颗 粒都带同号的动电位。颗粒间相互排斥，防止颗粒间的团聚，
使颗粒保持分散状态。可见颗粒的ξ电位非常重要。当颗粒的
分子作用力及双电层静电力约大1~ 2个数量级，但它们的作用距离远比 二者小，一般近距离内成为决定因 素（10～20纳米）。
图4.24 溶剂化结构 (a)非极性颗粒；(b)极性颗粒；(c)阳离子 A-直接水化层；B-次生水化层；C-无序层；D-体相水
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④ 高分子聚合物吸附层的空间效应
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（2）干燥处理
降低液桥力。 （3）颗粒表面处理 ①降低润湿性抑制液桥；②降低分子作用力。 （4）静电分散
使颗粒荷电（接触带电、感应带电、电晕带电等）。
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机械分散
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图4.17 分散喷喷示意图 1-给料；2-压缩空气
图4.18 转盘式差动分散器示意图 1-给料； 2-转子； 3-定子；4-排出料
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内层（吸附或产生有决定表面
电位的离子，该层与外层分界 面上的电位用0表示，称为表 面电位 ）
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内Helmholtz层（IHP）
由失掉水化层而被直接吸附在表 面的与内层电性同号的离子构成 一层,该离子中心连接面称为内 Helmholtz面（IHP） , 该面上的电 位用i表示;
作用力等吸引力的影响
而团聚沉降）
重力作用与布朗运动单位时间位移的对比
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（3）颗粒的流体悬浮
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理论上讲，只要创造一定速率的流体上升运动，即可使具有
相应沉降速度的颗粒悬浮！
工业上------搅拌槽(选矿上升流） 低功率（0.2kw/m3) ～轻质固体悬浮，低粘度液体混合 中等功率（0.6kw/m3) ～中等密度固体悬浮，液-液相接触 高功率（2kw/m3) ～重质固体悬浮，乳化
R-----颗粒半径， m
范德华力与颗粒的直径D成正比，而颗粒所受的重力正比于 D3，因此，当D减少至某一值时，必将有范德华力大于其所受的 重力。因此，这样凝聚的颗粒是不会因重力而分离的，这说明在
这种情况下，粉体的分散程度主要取决于颗粒间的范德华引力。
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空气中颗粒荷电的途径：
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双
电
层
外层
紧密层（Stern层，厚度为
δ）紧密层与扩散层的分界 面称Helmholtz面
外Helmholtz层（OHP） 扩散层（滑移面，离
Helmholtz面稍远点，该面 上的电位称为动电电位， 用ξ表示）
由水化的反号离子的静电吸附所 形成的层。其与扩散层的分界面 称为外Helmholtz面（OHP）,该 面上的电位用δ表示。实际上也 是紧密层与扩散层的分界面。

润湿：由于固体表面对液体分子的吸附作用，使得固体表面的 气体被液体取代的过程，称为润湿。

固体颗粒被液体浸湿的过程，实际上就是液体与气体争夺固体 表面的过程。

固体颗粒润湿性好----分散性好
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（1）固体颗粒的浸湿
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固体颗粒被液体浸湿的过程主要基于颗粒表面的润湿性， 润湿性可用扬氏方程来表示：
微粒表面
定位层
配衡层
图4-2
优先解离（溶解）形成的双电层
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b、优先吸附：矿物表面对电解质阴阳离子不等当量吸附而
获得电荷的情况。水溶液中的晶格同名离子达到一定程度时便向
矿粒表面吸附，在矿粒表面荷电。
如：白钨矿在饱和溶液中，表面钨酸根离子较多而带负电。 若向溶液中添加钙离子，因表面优先吸附钙离子而带正电。 c、晶格取代 ：粘土、云母等硅酸盐矿物是由铝氧八面体和 硅氧四面体的层状晶格构成。在铝氧八面体层中，当被低价元素 （如Mg)取代，结果会使晶格荷负电。
一种电荷。其原因有以下三方面：
a、优先解离：固体微粒在水中，其表面受到水偶极的作用，由于正负离子 受水偶极的吸引力不同，会产生非等量的转移，则有的离子会优先解离（或溶
解）转入溶液。
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例如，萤石（CaF2）在水中，F- 比 Ca2+ 易溶于水，于是萤 石表面就有过剩的Ca2+ ， 而荷正电；溶于水中的F- 受到矿物表
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静电分散调控

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使颗粒带电，利用荷电粒子间 的库伦斥力使颗粒分散。颗粒 间的库伦斥力与荷电量的乘积 成正比。 电极电压、颗粒粒径和湿度是

影响静电分散的重要因素。表
面处理是提高颗粒在空气中的 分散性的有效途径。

静电分散的时效性不强，一般
为两天左右。
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电极电压对放电电流 及碳酸钙和滑石静电
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分散性的影响
1-电晕电流； 2-碳酸钙分散系数； 3-滑石分散系数
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三、固体颗粒在液体中的分散
固体颗粒在液体中的分散过程，本质上受两种基本作用支 配：①固体颗粒与液体的作用（浸湿）； ②在液体中固体颗粒之间的相互作用。
面正电荷的吸引，在矿物表面
形成配衡离子层。重晶石BaSO4、 铅矾PbSO4均属此类。 正离子比负离子优先转入 溶液的例子有白钨矿CaWO4，
Ca2+
Ca2+ F＋H2O Ca2+
FCa2+ FFCa2+ FCa2+
F-
由于Ca2+ 优先转入溶液，白钨
矿表面就有过 剩的WO4 而表面荷负电。
2－，因
①粉体运输；②干法分级
c 粉体测试
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（2）水介质中颗粒悬浮体的极限悬浮粒度
宏观颗粒（密度大于1kg/m3）在水中受重力而沉降，在斯托 克斯阻力范围内，满足自由沉降末速公式：
r- 球体半径；
η-粘度；
Vt-沉降速度； ρ-溶媒密度； ρ0-颗粒密度； g-重力加速度；
R—颗粒半径，um。
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原 因三：液桥力
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液桥力：粉体与固体或粉体颗粒之间的间隙部分存在液体 时， 颗粒间因形成液桥而大大增强了粘结力。 （一般空气相对湿度大于65%时，水蒸气-凝集-液桥） 研究表明：液桥力比分子作用力大1-2个数量级。因此在湿空 气中颗粒的粘结力主要源于液桥力。 液桥粘结力主要由因液桥曲面而产生的毛细压力及表面张力 引起的附着力组成。
ξ电位最大时，颗粒的双电层表现为最大斥力，使颗粒分散； 当颗粒的ξ电位等于零时（即等电点），颗粒间的吸引力大于 双电层之间的排斥力，颗粒团聚而沉降。
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图4-3
双电层结构示意图
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0
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扩散层

ξ
IHP OHP
h
滑动面
图4 双电层的结构及电位
极高功率（4kw/m3) ～捏塑体，糊状物等的混合
＊颗粒体系完全悬浮：所有颗粒均处于运动状态，且没有任 何颗粒在槽底的停留时间超过1～2s时。
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二、 固体颗粒在空气中的分散
分级、混均、储运及粒度测定等作业依赖于颗粒的分散程度！但微细颗 粒在空气中极易粘结成团！
空气中超细粉体的团聚与解聚问题：
如图所示，
润湿接触角：自固液界面经液体到气液
表面的夹角。 扬氏方程：
бSG―бSL = бLG cosθ
种类：沾湿：900＜θ＜1800 浸湿：00＜θ＜900 铺展：θ=00
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矿物润湿性分类，依据θ 的大小来判别
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（2）固体颗粒在液体中的聚集状态
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气体气氛中，粒子的 凝聚，主要是液桥力起作 用； 干燥的条件下，主要 是范德华力的作用。
相应的措施：空气状 态下，保持物料干燥，可 防止结团！
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如何解决？
颗粒在空气中的分散途径：
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（1）机械分散（高速叶轮圆盘及气流喷射）
必要条件：机械力大于颗粒间的沾着力！ 问题：①重新粘结；②脆性物料被粉碎；③设备磨损。
对于微米级颗粒，介质分子热运动对它的作 用逐渐显著，引起了它们在介质中的无序扩散运
动—布朗运动。
h-沉降高度； t-沉降时间
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研究表明：d＞1μm，
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表现出明显的重力沉降
作用; d＜1μm，主要受 介质分子热运动作用—
布郎运动;
说明：条件适当， 超微粉体可以稳定地分 散悬浮在水介质中。 （事实上往往受分子
总是存在的，是由原子核周围电子云的涨落引起的，是
由取向力（静电力）、诱导力以及色散力组成，通常总
是促使颗粒互相吸引，表现为吸引能。