无机材料粉体制备方法

17
图2- 24 早期典型的搅拌磨结构示意图 （a）立式敞开型；(b)卧式封闭型图。 1-冷却夹套；2-搅拌器；3-介质球；4-出料口；5-进料口。
一般为湿法粉碎，物料从一端进入磨腔，然后在磨腔的各 个截面受到磨介的研磨及剪切作用而被粉碎。 18
搅拌磨的构成： （1）一带冷却夹套的磨腔； （2）中心装有各种不同结构的搅拌片（或杆、盘等）的转动 轴。 （3）搅拌片间充填研磨介质，磨介质可用钢珠、玻璃珠或陶 钢珠、 钢珠 瓷球。（磨腔----搅拌器----磨介----电动系统）。 。（磨腔 瓷球。（磨腔 磨腔及搅拌器结构的变化， 磨腔及搅拌器结构的变化，其目的都在于提高粉碎机的搅 拌研磨效果，以便获得更细的粉体和更窄的粒度分布。 拌研磨效果，以便获得更细的粉体和更窄的粒度分布。
21
六、气流粉碎机（气流磨） 气流粉碎机（气流磨） （一）原理 是在高速气流作用下，物料通过本身颗粒之间的撞击，气流 对物料的剪切作用以及物料与其它部件的冲击、摩擦、剪切而使 物料粉碎。 先后有：扁平式（圆盘式）气流磨、循环式气流磨、对撞式 扁平式（圆盘式）气流磨、循环式气流磨、 扁平式 气流磨、流化床气流磨、靶式气流磨、超音速气流磨等。 气流磨、流化床气流磨、靶式气流磨、超音速气流磨等。广泛应 用于化工、材料、冶金、非矿、农药、电子、食品、生物工程、 医药、军工、航天、航空等领域。
16
搅拌磨（称为介质磨、剥片机或砂磨机） 五、搅拌磨（称为介质磨、剥片机或砂磨机）
搅拌磨机的原理 是依靠磨腔中机械搅拌棒、齿或片带动研磨介质运动，利用研磨 介质之间的挤压力和剪切力使物料粉碎。它实际上是一种内部有动 件的球磨机，靠内部动件带动磨介运动来对物料进行粉碎。 搅拌磨早期主要用于染料、油漆、涂料行业浆料分散与混合。后 来经多次改进，逐步发展成为一种新型的高效超细粉碎机。有时称 之为介质磨，也有人称之为“剥片机”。
图2-25 振动球磨机结构示意图 1电动机；2-挠性轴套；3-主轴；4-偏心重块； 5-轴承；6-筒体；7-弹簧
15
（三）行星式球磨机
图2-27 行星球磨机结构示意图 1-机架；2-连接杆；3-筒体；4-固定齿轮；5-传动齿轮；6-料孔。
借助特殊装置， 借助特殊装置，使球磨筒体既产生公转又产生自转来带动 磨腔内的球磨介质，产生强烈的冲击、研磨作用， 磨腔内的球磨介质，产生强烈的冲击、研磨作用，使介质之间 的物料被粉碎和超细化。 的物料被粉碎和超细化。
14
（二）、振动球磨 装有物料和磨介的桶体支撑在弹性支座上，电机通过弹性联轴 机驱动平衡块回转，产生极大的扰动力，使筒体作高频率的连续振 动，导致研磨体产生抛射、冲击和旋转运动，物料在研磨体的强烈 冲击下和剥蚀下，获得均匀粉碎。 普通球磨机是通过筒体的转动来带动磨介运动，来使物料粉碎； 振动磨机主要是靠筒体的振动引起筒内的磨介运动来使物料粉碎。 优点：磨介尺寸减小，磨介的 优点：磨介尺寸减小， 填充率较高，可达到60 70%。 60填充率较高，可达到60-70%。 磨介总的表面积较大，磨介之 磨介总的表面积较大， 间的有效粉碎区增大， 间的有效粉碎区增大，磨介之 间极为频繁的相互作用提高磨 矿效率。 矿效率。
12
图2-18 离心机碰撞粉碎机转子边缘形状结构图 （a）杆状；(b) 曲刀状；(3)羽板状
四、球磨法制备超细粉体 近期在球磨机的基础上，开发出了多种形式的广义球磨机， 如振动球磨、离心球磨、行星磨、离心滚动磨等。 （一）普通卧式球磨机 1、普通卧式球磨机结构及原理 物料从左端进入筒体 内，逐渐向右方扩散 移动，在自左至右的 运动过程中，物料受 到球体的冲击、研磨 而被逐渐粉碎，最终 从右端排出体外。
13
图2-19 普通卧式球磨机主要组成示意图 1-筒体；2-端盖；3-轴承；4-大齿轮。
磨机对物料的粉碎作用主要来自于磨介对物料的冲击粉碎 和研磨粉碎。泻落时以研磨作用为主；抛落时冲击和研磨作用 并存。 对较粗物料，利用冲出和研磨（由抛落和泻落产生）作用明显 。但对于超微粉体一般的冲击的研磨作用不明显，能耗很高。 球磨机粉碎效果的关键在于：提高磨球间的有效粉碎区域 面积、磨体的转速、磨球间的研磨作用力。因此，必须改变磨 球的直径及运行方式。
dA 1 = k 1 ds
2、体积学说（Kick） 破碎的体积学说认为；破碎时，外力对物料做的功用于使物料 发生变形，变形达到极限时物料即破碎。而物料蓄有的变形能与 体积成正比，故认为破碎机的功耗与物体的体积变形成正比。
A2 = K
2
∆V
6
3、裂缝学说(Bond) 榜德认为：破碎物料时，外力所做的功先是使物体变形，当变形超 过限度后即生成裂缝，裂缝形成以后，储存在物体内的变形能促使 裂缝扩展并生成断面。输入功的有用部分转化为新生表面上的表面 能，其它部分成为热损失。因此，破碎所需的功，应考虑变形能和 变形能和 表面能两项，变形能和体积成正比，表面能与表面积成正比。 表面能 评述：面积学说只注意了新生表面积所需要能量，而忽视了物料破 评述 碎前先出现变形和实际中物料又是非均质的。体积学说只考虑了破 碎时的变形能，没有考虑到新生表面积的增加。裂缝学说是介于面 积学说与体积学说之间，但没有充足的理论根据。 根据试验研究证实：(1)粗碎时新生表面积不多，以体积学说为准确 ，裂缝学说结果不可靠；（2）而细碎时（10微米以下），新生表 面积增多，表面能是主要的，以面积学说较为准确；（3）在粗碎 与细碎之间的广泛范围内，裂缝学说又比较适用。
19
尽管搅拌磨也是依靠研磨介质对物料进行粉碎作用，但与球磨相比 仍存在较大的差别。 （1）物料填充率：一般而言，搅拌磨磨腔内物料填充率较大，通 常可达75-80%； （2）磨矿速度：搅拌磨机物料粉碎时滞留时间短，磨碎速度快。 南京理工大学研制的卧式反旋转搅拌磨，物料从进料到出料总时间 大约为3分钟； （3）磨腔容积：磨腔较普通卧式球磨机小得多（搅拌磨磨腔容积 一般为0.5-500L），而普通球磨机可达10 m3。 （4）普通球磨机的致命弱点是磨介间的研磨效果较差，而且腔体 中心易形成空洞，被研磨的物料易从中心空洞处逃逸形成“短路” “短路” 而未受到介质的冲击及研磨作用，因而产品粒度粗，分散性大。
7
一、辊压粉碎机 （一）原理 应用行业：油墨工业、涂料工业、油漆工业采用辊压 法可使其中的填料粉碎到5微米以下。
图2- 5 辊压粉碎机工作原理示意图 1-固定辊筒；2-固定滚动轴承；3-滚动夹套；4-粉碎前物料 ；5-移动辊筒；6-止推螺杆（或液压制推系统）；7-机架； 8-滚动轴承；9-粉碎后物料。
3
粉 碎 法 物 理 方 法
干式粉碎 湿式粉碎
气体蒸发法 活化氢熔融金属反应法 构 筑 法 溅射法 真空沉积法 加热蒸发法
制 备 方 法
混合等离子体法 沉 淀 法 共沉淀法 化合物沉淀法 喷雾干燥法 喷 雾 法 喷雾水解法 喷雾焙烧法 水解法
化 学 方 法
氧化还原法 冻结干燥法 激光合成法 火花放电法
20
由于搅拌磨主要是通过磨腔中央的搅拌器将能量传给 研磨介质来使物料粉碎，其粉碎效果的好坏，取决于能 量的转化利用率及能量在磨腔内的消耗情况。磨腔内无 用功所消耗的能量越少，用于物料粉碎的能量越多，则 该磨机的性能越优越。而搅拌磨正是克服了普通球磨机 的上述缺点，避免了物料从中心“短路”通过，因而粉 碎效果好，产品粒度细，分布范围窄。
无机材料粉体制备方法
超细粉体制备方法及分类 超细粉体制备技术及设备的研究主要从两个方面进行： （1）研究新的机械设备及相关技术； （2）研究通过化学或物理化学相结合的技术来制备超细粉体。 采用机械法可以将物料粉碎到到微米、亚微米级 微米、 微米 亚微米级，气流粉碎的 极限是微米级，湿法研磨的极限可到亚微米级；然而一般情况下 很难获得纳米级粉体。
1
超细粉体的的制备方法很多 ： 按产品粒径大小：微米粉体制备法、亚微米粉体制备法； 纳米粉体制备法。工艺条件控制不同----容易引起混乱。 按制备方法的性质：物理方法与化学方法。
（1）物理法又分为粉碎法和构筑法 粉碎法是借用各种外力，如机械力、流能力、化学能、声能、热能 粉碎法 等使现有的块状物料粉碎成超细粉体。由大至小（微米级）。 构筑法通过物质的物理状态变化来生成粉体。由小至大（纳米级） 构筑法 （2）化学法：包括溶液反应法（沉淀法）、水解法、气相反应法及喷 化学法： 雾法等，其中，溶液反应法（沉淀法）、气相反应法及喷雾法目前在 工业上已大规模用来制备微米、亚微米及纳米材料。 目前，工业中用得最多的是通过粉碎法，应用最多的粉体是通过粉 碎法、化学法产生的微米级和亚微米级粉体，纳米粉体的生产及使用 量相对较少。
10
（二）锤式与摆锤式粉碎机 由高速旋转的锤头及 由高速旋转的锤头及 外衬板组成， 外衬板组成，物料从 入口进入粉碎区后， 入口进入粉碎区后， 在高速旋转的锤头冲 击作用下， 击作用下，受碰撞粉 碎。
图2-13 锤式破碎机腔内运动示意图
11
（三）离心式碰撞粉碎机 实际上是锤式破碎机的一种变形。也是靠冲击作用进行粉碎。 基本原理：被粉碎物料在粉碎腔内由高速旋转的机构加速，作 高速旋转运动，然后与外壁发生碰撞而粉碎。其加速度过程主要 来自于颗粒的离心力，故称为离心式碰撞粉碎机。 机型结构比较简单，一般由转子、定子及碰撞环组成，转子 的边缘有各种形状的使颗粒加速的装置。 优点：由于气流量大， 优点：由于气流量大，温度 升高后机腔内散热快， 升高后机腔内散热快，粉碎 腔内温度上升不会太高， 腔内温度上升不会太高，适 合于热敏性材料的粉碎。 合于热敏性材料的粉碎。如 化学药品、香料、 化学药品、香料、合成树脂 制药原料、饲料、食品、 、制药原料、饲料、食品、 植物等。 植物等。
2
工业上对超细粉体制备方法提出了一系列严格要求， 工业上对超细粉体制备方法提出了一系列严格要求，归纳起来 有以下几点方法： 有以下几点方法： （1）产品粒度细，而且产品的粒度分布范围要窄； （2）产品纯度高，无污染； （3）能耗低，产量高，产出率高，生产成本低； （4）工艺简单连续，自动化程度高； （5）生产安全可靠。
9
在转子和定子上分别布置一定圈数的撞击齿。 原理：转子在电机带动下绕主轴高速旋转，产生较大的离心力 场，在粉碎腔内中心形成一很强的负压区，借助负压被粉碎物料 从转子和定子中心吸入，在离心力作用下，物料由中心向四周扩 散，在向四周的扩散过程中，物料首先受到内圈转齿及定齿的撞 击、剪切、摩擦、以及物料与物料之间的相互碰撞和摩擦作用而 被粉碎。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐步提高，物料在向外 圈的运动过程中受到越来越强烈的冲击、剪切、摩擦、碰撞等作 用而被粉碎的越来越细。最后在外圈与撞击环的冲击与冲击作用 下得到进一步粉碎而被超细粉碎。 粉碎方式有： （1）转动销棒对物料颗粒的直接冲击作用力； （2）固定销棒及外壁（外圈撞击环）对物料的反击作用力； （3）定、动销棒所形成的狭窄间隙对物料颗粒的剪切、挤压和摩 擦作用力； （4）物料颗粒间的相互碰撞、摩擦作用。
8
二、高速旋转撞机式粉碎机
主要是利用高速旋转的部件产生的强冲击力、剪切力摩擦而使物料 被粉碎。
高速旋转粉碎机由于结构及作用力的方式不同又分为：销棒粉碎机 （针状磨）、摆式粉碎机、轴流式粉碎机（笼式磨）、筛分磨、离 心分级磨等。 销棒粉碎机（针状磨） （一）销棒粉碎机（针状磨）
转子、定子和 转子、 腔壁撞击环
4
粉碎法制备无机材料超细粉体常用方法及设备分 类
粉碎法是超细粉体中最常用的方法之一，在金属、非 金属、药材、食品、日化、农药、化工、电子、军工 、航空及航天等行业广泛应用。 常用的：辊压式、辊碾式、高速旋转式、球磨式、 介质搅拌式、气流式粉碎机； 新近开发的：液流式、射流粉碎机、超低温、超临 界、超声粉碎机等。 介绍：各种具体粉碎方式及设备的粉碎原理、功能 、特性。
5Leabharlann Baidu
在实际的生产中， 如何预测最终产品的粒径大小，一直是关 心的问题。 颗粒的破碎与能耗的三种学说在一定程度上能反映粉碎后的粒 径的大小情况： 1、面积学说（Rittinger）：物料破碎时，外力做的功用于产 A1 生新表面积，即破碎的功耗 ，与新生表面积 成正比 ，若 ∆S A1 。K1 ∆S = 比例系数为K，则