粉体工程-第一讲粒度表征及粒度分布

粒度分布和粒径分布
粒度分布的定义：
所谓粒度分布，就是粉体样品中各种大小的颗粒占颗粒总数的比例。

当样品中所有颗粒的真密度相同时，颗粒的重量分布和体积分布一致。

在没有特别说明时，仪器给出的粒度分布一般指重量或体积分布。

粒径的定义：
当被测颗粒的某种物理特性或物理行为与某一直径的同质球体（或其组合）最相近时，就是把该球体的直径（或其组合）作为被测颗粒的等效粒径（或粒度分布）。

其含义：
1.粒度测量实质上是通过把被测颗粒和同一种材料构成的圆球相比较而得出的；
2.不同原理的仪器选不同的物理特性或物理行为作为比较的参考量，例如：沉降仪选用沉降速度、激光粒度仪选用散射光能分布、筛分法选用颗粒能否通过筛孔等等；
3.将待测颗粒的某种物理特性或物理行为与同质球体作比较时，有时能找到一个（或一组）在该特性上相同的球体（如库尔特计数器），有时则只能找到最相近的球体（如激光粒度仪）。

由于理论上可以把“相同”作为“近似”的特例，所以在定义中用“相近”一词，使定
义更有一般性；
4.将待测颗粒的某种物理特性或物理行为与同质球体作比较时，有时能找到某一个确定的直径的球与之对应，有时则需一组大小不同的球的组合与之对应才能最相近（如激光粒度仪）。

粉体粒度及其分布测定一．实验目的1．掌握粉体粒度测试的原理及方法；2．了解影响粉体粒度测试结果的主要因素，掌握测试样品制备的步骤和注意要点；3．学会对粉体粒度测试结果数据处理及分析。

二．实验原理图1：微纳激光粒度分析仪工作原理框图粉体粒度及其分布是粉体的重要性能之一，对材料的制备工艺、结构、性能均产生重要的影响，凡采用粉体原料来制备材料者，必须对粉体粒度及其分布进行测定。

粉体粒度的测试方法有许多种：筛分法、显微镜法、沉降法和激光法等。

激光粒度测试是利用颗粒对激光产生衍射和散射的现象来测量颗粒群的粒度分布的，其基本原理为：激光经过透镜组扩束成具有一定直径的平行光，照射到测量样品池中的颗粒悬浮液时，产生衍射，经傅氏（傅立叶）透镜的聚焦作用，在透镜的焦平面上形成一中心圆斑和围绕圆斑的一系列同心圆环，圆环的直径随衍射角的大小即随颗粒的直径而变化，粒径越小，衍射角越大，圆环直径亦大；在透镜的后焦平面位置设有一多元光电探测器，能将颗粒群衍射的光通量接收下来，光--电转换信号再经模数转换，送至计算机处理，根据夫朗和费衍射原理关于任意角度下衍射光强度与颗粒直径的公式，进行复杂的计算，并运用最小二乘法原理处理数据，最后得到颗粒群的粒度分布。

激光粒度测试法具有适应广、速度快、操作方便、重复性好的优点，测量范围为：0.1—几百微米。

但当粒径与所用光的波长相当时，夫朗和费衍射理论的运用有较大误差，需应用米氏理论来修正。

三．仪器设备济南微纳颗粒技术有限公司Winner2000Z智能型激光粒度分析仪、微型计算机、打印机。

四．实验步骤4.1测试前的准备工作1.开启激光粒度分析仪，预热10～15分钟。

启动计算机，并运行相对应的软件。

2.清洗循环系统。

首先，进入控制系统的人工模式，不选择自动进水点击排水，把与被测样品相匹配的分散介质加入样品桶，待管路及样品窗中都充满介质后，再点击排水，关闭排水。

其次，按下冲洗，洗完后，自动排出。

实验1 粉体的粒度及其分布的测定粒度分布的测量在实际应用中非常重要，在工农业生产和科学研究中的固体原料和制品，很多都是以粉体的形态存在的，粒度分布对这些产品的质量和性能起着重要的作用。

例如催化剂的粒度对催化效果有着重要影响；水泥的粒度影响凝结时间及最终的强度；各种矿物填料的粒度影响制品的质量与性能；涂料的粒度影响涂饰效果和表面光泽；药物的粒度影响口感、吸收率和疗效等等。

因此在粉体加工与应用的领域中，有效控制与测量粉体的粒度分布，对提高产品质量，降低能源消耗，控制环境污染，保护人类的健康具有重要意义。

一、实验目的1、掌握粉体粒度测试的原理及方法。

2、了解影响粉体粒度测试结果的主要因素，掌握测试样品制备的步骤和注意事项。

3、学会对粉体粒度测试结果数据处理及分析。

二、实验原理粉体粒度及其分布是粉体的重要性能之一，对材料的制备工艺、结构、性能均产生重要的影响，凡采用粉体原料来制备材料者，必须对粉体粒度及其分布进行测定。

粉体粒度的测试方法有许多种：筛分析、显微镜法、沉降法和激光法等。

激光法是用途最广泛的一种方法。

它具有测试速度快、操作方便、重复性好、测试范围宽等优点，是现代粒度测量的主要方法之一。

激光粒度测试时利用颗粒对激光产生衍射和散射的现象来测量颗粒群的粒度分布的，其基本原理为：激光经过透镜组扩束成具有一定直径的平行光，照射到测量样品池中的颗粒悬浮液时，产生衍射，经傅氏（傅里叶）透镜的聚焦作用，在透镜的后焦平面位置设有一多元光电探测器，能将颗粒群衍射的光通量接收下来，光-电转换信号再经模数转换，送至计算机处理，根据夫琅禾费衍射原理关于任意角度下衍射光强度与颗粒直径的公式，进行复杂的计算，并运用最小二乘法原理处理数据，最后得到颗粒群的粒度分布。

三、仪器设备1、制样：超声清洗器、烧杯、玻璃棒、蒸馏水、六偏磷酸钠。

2、测量：Easysizer20激光粒度仪、微型计算机、打印机。

四、实验步骤（一）测试准备1、仪器及用品准备(1)仔细检查粒度仪、电脑、打印机等，看它们是否连接好，放置仪器的工作台是否牢固，并将仪器周围的杂物清理干净。

粉体学基础知识一粒径和粒度分布粉体学基础知识一:粒径和粒度分布粉体学(micromeritics)是研究无数个固体粒子集合体的基本性质及其应用的科学。

通常<100μm的粒子叫“粉”，容易产生粒子间的相互作用而流动性较差；>100μm的粒子叫“粒”，较难产生粒子间的相互作用而流动性较好。

单体粒子叫一级粒子（primary particles)；团聚粒子叫二级粒子（second particle)。

粉体的物态特征：①具有与液体相类似的流动性；②具有与气体相类似的压缩性；③具有固体的抗变形能力。

粉体粒子的物理性质主要有：粒子与粒度分布、粒子形态、比表面积等。

粒子径与粒度分布粉体的粒子大小也称粒度，含有粒子大小和粒子分布双重含义，是粉体的基础性质。

对于一个不规则粒子，其粒子径的测定方法不同，其物理意义不同，测定值也不同。

粒径的表示方法有以下两种：1、几何学粒子径：根据几何学尺寸定义的粒子径，一般用图像法测定。

三轴径：在粒子的平面投影图上测定长径l与短径b，在投影平面的垂直方向测定粒子的厚度h。

反映粒子的实际尺寸。

定向径（投影径）：Feret径(或Green径) ：定方向接线径，即一定方向的平行线将粒子的投影面外接时平行线间的距离。

Krummbein径：定方向最大径，即在一定方向上分割粒子投影面的最大长度。

Martin径：定方向等分径，即一定方向的线将粒子投影面积等份分割时的长度。

2、等效粒径等效粒径的定义：当一个不规则体粒子的某种物理行为或者物理参量与材质相同的某球体相同或者近似时，我们把该球体的直径称为为此不规则粒子的某种等效粒径。

当参考的物理行为或者物理参量不同时，测量同一个不规则体粒子可能会得到多个等效粒径值。

常见的等效方法有以下几种：光散射等效：光波在传导过程中遇到障碍物颗粒会发生偏转，光波偏转的角度跟颗粒的粒径成反比关系。

当某颗粒引起的光波偏转量等于某同质球体的偏转量时，我们认为该球直径即为该颗粒的光散射等效粒径。

《粉体工程》课程笔记第一章颗粒物性1.1 颗粒粒径和颗粒分布颗粒粒径是指颗粒的线性尺寸，通常用直径表示。

颗粒的形状、大小和分布对其物理和化学性质有重要影响。

颗粒分布是指颗粒大小的分布情况，可以通过粒度分布曲线来表示。

粒度分布曲线通常以颗粒直径的对数为横坐标，以对应直径的颗粒体积或质量分数为纵坐标。

颗粒的粒径分布可以分为单峰分布和双峰分布。

单峰分布是指颗粒大小集中在某个范围内，而双峰分布则是指颗粒大小分布在两个不同的范围内。

颗粒的粒径分布对其堆积、流动性等物理性质有重要影响。

1.2 颗粒形状和表面现象颗粒形状是指颗粒的外形特征，可以分为规则形状和不规则形状。

规则形状的颗粒如球形、立方体等，而不规则形状的颗粒则呈现出各种复杂的几何形状。

颗粒的形状对其堆积、流动性等物理性质有重要影响。

表面现象是指颗粒表面的吸附、反应、润湿等性质。

颗粒的表面现象对其在流体中的沉降、分散等行为有重要影响。

例如，表面活性剂可以改变颗粒的润湿性，从而影响其在流体中的分散性。

1.3 颗粒间的作用力颗粒间的作用力主要包括范德华力、静电力、氢键等。

这些作用力对颗粒的团聚、分散、堆积等行为有重要影响。

范德华力是由于颗粒表面分子的瞬时偶极矩引起的吸引力，静电力是由于颗粒表面带电而产生的相互作用力，氢键则是一种特殊的相互作用力，常见于含有氢键供体和受体的颗粒之间。

颗粒间作用力的强度和性质决定了颗粒体系的稳定性。

当颗粒间作用力较弱时，颗粒容易发生分散；而当颗粒间作用力较强时，颗粒容易发生团聚。

1.4 颗粒的团聚与分散颗粒在空气中或其他介质中容易发生团聚现象。

颗粒的团聚会导致其堆积密度降低，流动性变差。

颗粒的分散是指颗粒在介质中均匀分布，颗粒的分散性对其在流体中的沉降、输送等行为有重要影响。

颗粒的团聚与分散可以通过调节介质性质、添加分散剂等方法来控制。

介质性质包括介质的pH值、离子强度等，这些参数可以影响颗粒表面的电荷和润湿性，从而影响颗粒的分散性。

第一章 颗粒几何形态特性1. 粒度：颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。

2. 粒径的表示方式：（1） 三轴径以颗粒的长度l 、宽度b 、高度h 定义的粒度平均值称为三轴平均径。

（2） 球当量径：（3） 圆当量径：（4） 定向径（又称统计平均径）：平行于一定方向（用显微镜）测得的线度定方向径（Feret 径）d F 、定方向等分径（Martin 径）d M 、定向最大径3. 粒度分布的概念粒度分布是指某一粒径或某一粒径范围的颗粒在整个粉体中占多大的比例。

也就是说粉体中不同粒度区间的颗粒含量。

4. 粒度分布的表示方式（1）频率分布：当用个数基准表示粉体的粒度分布时，将被测粉体样品中某一粒径或某一粒径范围的颗粒的数目称为频数n ，而将n 与样品的颗粒总数N 之比称为该粒径范围的频率f ，则100%n f N =⨯频数n 或频率f 随粒径变化的关系，称为频数分布或频率分布。

（2）累积分布表示小于（或大于）某一粒径的颗粒在全部颗粒中所占的比例。

按照频数或频率累积方式的不同，累积分布可分为两类：a ）负累积：将频率或频数按粒径从小到大进行累积，所得到的累积分布表示小于某一粒径的颗粒的数量或百分数。

这相当于在用筛分法测粒度时，通过某一筛孔的筛下部分的百分数，这样得到的曲线又称为累积筛下分布曲线，常用D （Dp ）表示。

b ）正累积：将频率或频数按粒径从大到小进行累积，所得到的累积分布表示大于某一粒径的颗粒的数量或百分数。

相当于用筛分法测粒度时，通过某一筛孔之后的筛余部分的百分数，这样得到的曲线又称为累积筛上分布曲线，常用R （Dp ）表示。

较之频率分布，累积分布更有用。

许多粒度测定技术，如筛分法、重力沉降法、离心沉淀法等，所得到的分析数据，都是以累积分布显示出来的。

它的优点是消除了直径的分组，特别适用于确定中位粒径（D 50：在粉体物料样品中，把样品个数（或质量）分成相等两部分的颗粒粒径）等。

5. 粒度分布的表达形式列表法、图解法、函数法6. 颗粒形状颗粒的形状是指一个颗粒的轮廓或表面上各点所构成的图像。

筛分析法测试粉体粒度及粒度分布粒度分布通常是指某一粒径或某一粒径范围的颗粒在整个粉体中占多大的比例。

它可用简单的表格、绘图和函数形式表示颗粒群粒径的分布状态。

颗粒的粒度、粒度分布及形状能显著影响粉末及其产品的性质和用途。

例如，水泥的凝结时间、强度与其细度有关，陶瓷原料和坯釉料的粒度及粒度分布影响着许多工艺性能和理化性能，磨料的粒度及粒度分布决定其质量等级等。

为了掌握生产线的工作情况和产品是否合格，在生产过程中必须按时取样并对产品进行粒度分布的检验，粉碎和分级也需要测量粒度。

粒度测定方法有多种，常用的有筛析法、沉降法、激光法、小孔通过法、吸附法等。

本实验用筛析法和沉降法，以及激光法测粉体粒度分布。

一、实验目的筛析法是最简单的也是用得最早和应用最广泛的粒度测定方法，利用筛分方法不仅可以测定粒度分布，而且通过绘制累积粒度特性曲线，还可得到累积产率50％时的平均粒度。

本实验用筛析法测粉体粒度，其实验的目的是：1、了解筛析法测粉体粒度分布的原理和方法。

2、根据筛分析数据绘制粒度累积分布曲线和频率分布曲线。

二、基本原理1、测试方法概述筛析法是让粉体试样通过一系列不同筛孔的标准筛，将其分离成若干个粒级，分别称重，求得以质量分数表示的粒度分布。

筛析法适用于约10mm至20μm之间的粒度分布测量。

如采用电成形筛（微孔筛），其筛孔尺寸可小至5μm,甚至更小。

过去，筛孔的大小用“目”表示，其含义是每英寸（25.4mm）长度上筛孔的数目，也有用1cm长度上的孔数或1cm2筛面上的孔数表示的，还有的直接用筛孔的尺寸来表示。

筛析法常使用标准套筛，标准筛的筛制按国际标准化组织（ISO）推荐的筛孔为1mm的筛子作为基筛，以优先系数及20/3为主序列，其筛孔为()化整值）(40.110320≈，再以R20或R40/3作为辅助序列，其筛孔分别为()()4340320219.11012.110≈≈≈，或。

筛析法有干法与施法两种，测定粒度分布时，一般用干法筛分，若试样含水较多，颗粒凝聚性较强时，则应当用湿法筛分（精度比干法筛分高），特别是颗粒较细的物料，若允许与水混合时，最好使用湿法。