《粉體工程導(dǎo)論》綜合近年來國(guó)內(nèi)外粉體工程發(fā)展的最新理論和技術(shù)成果，結(jié)合作者在粉體制備、表征、應(yīng)用等方面的研究，以粉體的“認(rèn)知-加工-利用-安全”為主線，系統(tǒng)地闡述粉體工程的基本理論、工程技術(shù)、工藝設(shè)備。全書主要內(nèi)容包括粉體的幾何性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、粉碎制備、分級(jí)與分離、儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)、混合與造粒、粉塵的危害與防治等。
《粉體工程導(dǎo)論》可作為普通高等學(xué)校礦物加工、無機(jī)非金屬材料、金屬材料等專業(yè)的本科生教材或教學(xué)參考書，也可供煤炭、冶金、建材、化工、環(huán)保等領(lǐng)域從事粉體加工利用和粉塵控制方面工作的科研人員和工程技術(shù)人員參考使用。
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描述粉體工程的理論、技術(shù)、設(shè)備，圖文并茂，簡(jiǎn)明易懂 以粉體“認(rèn)知-加工-利用-安全”為主線，層層深入，條理清晰 以粉體新材料研究和粉體工業(yè)生產(chǎn)為核心，立足實(shí)踐，注重實(shí)用 簡(jiǎn)述國(guó)內(nèi)外粉體工程的最新理論和技術(shù)，追蹤前沿，啟迪創(chuàng)新
人們對(duì)粉體的加工和利用有悠久的歷史。在我國(guó)古代，北京周口店山頂洞人用赤鐵礦粉飾石珠等；新石器時(shí)代，人們?cè)跓铺掌鞯脑咸胀林刑砑邮⒌确垠w，改善成品陶器的耐熱急變性能；仰韶文化時(shí)期，人們用赤鐵礦、黑錳礦等粉體作顏料制作彩陶，把“料姜石”磨細(xì)為“白灰面”涂抹洞壁；商代，人們把長(zhǎng)石、石英等粉體加入黏土，配成釉料用于制造釉陶，用朱砂和碳素制墨寫成甲骨文；周代，人們以明礬作媒染劑，用茜素染出紅布；秦代，人們用朱砂、藍(lán)銅礦、雌黃等粉體作顏料，制出彩繪陶兵馬俑；漢代，人們用高嶺土成功燒制瓷器；唐代，人們用氧化鐵、氧化銅、氧化鈷等粉體作顏料釉，制成聞名于世的“唐三彩”釉陶；宋代，人們以石灰調(diào)制防染劑，用于制作藍(lán)印花布。在國(guó)外，古埃及人在泥漿中摻入砂后砌成土磚，用于建造金字塔；古羅馬人在石灰中摻入砂和磨細(xì)的火山灰，制得原始水泥“羅馬砂漿”。
當(dāng)代，粉體工程支撐著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。2008年，我國(guó)粉碎加工小麥1.1億噸，玉米1.7億噸，水泥13.9億噸，煤炭27.2億噸，鐵礦石8.2億噸，稀土礦石8.2億噸，以及鋁土礦石、銅礦石、金礦石等數(shù)億噸。人們的衣、食、住、行無不與粉體密切相關(guān)，新材料、新能源、新工藝等領(lǐng)域的高新技術(shù)也無不滲透著粉體的貢獻(xiàn)。但是，隨之也帶來了環(huán)境污染、生產(chǎn)及人身安全問題，如煤礦井下粉塵爆炸、粉體作業(yè)環(huán)境導(dǎo)致塵肺病、燃煤排放大量煙塵污染大氣等。掌握粉體工程的理論和技術(shù)，對(duì)從事礦物加工、粉末冶金、無機(jī)非金屬材料、環(huán)境保護(hù)等方面工作的研究者和工程技術(shù)人員是非常重要的。
對(duì)粉體的記載也由來已久。我國(guó)西漢的《神農(nóng)本草經(jīng)》記載了硝石粉能治20多種疾病，東漢的《周易參同契》提到了硫磺粉用于煉丹，明代的《本草綱目》記載了銅礦、水晶等多種粉體人藥，明代的《天工開物》描述了原始粉末冶金工藝。在國(guó)外，從近代開始大量地論述粉體。1943年美國(guó)學(xué)者達(dá)拉瓦勒（J.M.Dallavalle）出版了Micromeritics，1960年德國(guó)學(xué)者麥爾道（I.R.Meldau）編寫了Handbuch derStaubtechnik，1966年美國(guó)學(xué)者奧爾（C.Orr）出版了Particulate Technology。此后，國(guó)內(nèi)外相繼出現(xiàn)了多種版本的粉體工程方面的專著和教材。
本書基于作者在粉體的制備、表征、應(yīng)用等方面研究的理論和技術(shù)成果，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外粉體工程的最新發(fā)展，闡述粉體工程的基本理論、工程技術(shù)、工藝設(shè)備，主要內(nèi)容包括粉體的幾何性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、粉碎制備、分級(jí)與分離、儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)、混合與造粒、粉塵的危害與防治等。對(duì)粉體工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，先闡述經(jīng)典理論、成熟技術(shù)、重要設(shè)備、應(yīng)用實(shí)例，再探討其中存在的問題和今后的發(fā)展方向。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 粉體的發(fā)展史 1
1.1.1 古代對(duì)粉體的加工利用 1
1.1.2 現(xiàn)代的粉體工程 4
1.1.3 粉體工程學(xué)科的形成 5
1.2 粉體的定義 5
1.2.1 粉體與顆粒的關(guān)系 5
1.2.2 粉體的存在狀態(tài) 6
1.3 粉體的分類 8
1.3.1 按成因分類 8
1.3.2 按制備方法分類 8
1.3.3 按顆粒分散狀態(tài)分類 8
1.3.4 按顆粒大小分類 10
第2章 粉體的幾何性質(zhì) 12
2.1 粉體的粒度 12
2.1.1 顆粒的三維尺寸 12
2.1.2 用當(dāng)量直徑表示 13
2.1.3 用統(tǒng)計(jì)平均徑表示 14
2.1.4 粉體的平均粒徑 15
2.2 顆粒的形狀 16
2.2.1 形狀系數(shù) 17
2.2.2 形狀指數(shù) 17
2.3 粒度分布 18
2.3.1 正態(tài)分布 19
2.3.2 對(duì)數(shù)正態(tài)分布 20
2.3.3 羅辛-拉姆勒分布 21
2.4 粒度的測(cè)定 21
2.4.1 粒度測(cè)定方法的分類 21
2.4.2 篩分法 22
2.4.3 光學(xué)顯微鏡 24
2.4.4 透射電鏡和掃描電鏡 25
2.4.5 原子力顯微鏡 28
2.4.6 光散射法和消光法 29
2.4.7 庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器 31
2.4.8 氣體吸附法 32
2.4.9 水力分析法 33
2.4.10 粒度測(cè)定方法的選擇 34
2.5 粉體的填充結(jié)構(gòu) 36
2.5.1 描述粉體填充結(jié)構(gòu)的參數(shù) 36
2.5.2 均一球形顆粒的規(guī)則填充 37
2.5.3 均一球形顆粒的實(shí)際填充 39
2.5.4 二組分球形顆粒的填充 40
2.5.5 多組分球形顆粒的規(guī)則填充 41
2.5.6 影響粉體填充結(jié)構(gòu)的因素 43
2.6 控制粉體粒度的實(shí)例 46
2.6.1 水煤漿中煤粒度的控制 46
2.6.2 蒙脫石和二氧化鈦粒度對(duì)吸附能力的影響 48
2.6.3 活性炭粒度對(duì)吸附能力的影響 49
第3章 粉體的力學(xué)性質(zhì) 51
3.1 顆粒間的附著力 51
3.1.1 范德華力 51
3.1.2 靜電吸引力 52
3.1.3 水分毛細(xì)管力 52
3.1.4 磁性力 52
3.1.5 機(jī)械咬合力 52
3.2 濕粉體內(nèi)的液橋力 53
3.2.1 填充層內(nèi)的靜態(tài)液相 53
3.2.2 液橋作用力 53
3.2.3 顆粒間的持液量 55
3.2.4 粉體空隙的抽吸勢(shì) 56
3.2.5 液體在粉體層毛細(xì)管中的上升高度 58
3.3 粉體的摩擦力 59
3.3.1 內(nèi)摩擦角 60
3.3.2 安息角 63
3.3.3 壁摩擦角和滑動(dòng)摩擦角 63
3.3.4 動(dòng)內(nèi)摩擦角 64
3.3.5 空隙率對(duì)粉體摩擦角的影響 64
3.4 粉體的壓力 64
3.4.1 粉體的側(cè)壓力系數(shù) 64
3.4.2 粉體內(nèi)的靜壓力分布 65
3.4.3 粉體的動(dòng)態(tài)壓力 66
3.5 流體中粉體的運(yùn)動(dòng)阻力 68
3.5.1 流體中粉體顆粒的受力分析 68
3.5.2 粉體顆粒的阻力系數(shù)和雷諾準(zhǔn)數(shù) 69
3.6 粉體對(duì)流體的阻力 70
3.6.1 層流透過流動(dòng)阻力 70
3.6.2 湍流透過流動(dòng)阻力 71
3.6.3 粉體的流化阻力 72
第4章 粉體的粉碎制備 75
4.1 粉碎理論 75
4.1.1 粉碎的概念 75
4.1.2 被粉碎物料的性質(zhì) 76
4.1.3 粉碎方式及粉碎模型 82
4.1.4 低溫粉碎 84
4.1.5 混合粉碎 84
4.1.6 粉碎功耗學(xué)說 85
4.1.7 粒子聚集理論與粉碎方式選擇 87
4.2 粉碎機(jī)械 90
4.2.1 粉碎機(jī)械的分類 90
4.2.2 行星球磨機(jī) 90
4.2.3 攪拌磨 93
4.2.4 氣流粉碎機(jī) 95
4.2.5 高速機(jī)械沖擊式粉碎機(jī) 99
4.3 助磨劑 100
4.3.1 助磨劑的作用機(jī)理 100
4.3.2 助磨劑的分類及應(yīng)用 101
4.4 機(jī)械力化學(xué)原理 103
4.4.1 機(jī)械力化學(xué)的概念 103
4.4.2 機(jī)械力化學(xué)的作用機(jī)理 103
4.4.3 機(jī)械力化學(xué)引起的晶體結(jié)構(gòu)變化 106
4.4.4 機(jī)械力化學(xué)引起的物理化學(xué)性質(zhì)變化 107
4.4.5 機(jī)械力誘導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng) 108
4.4.6 影響機(jī)械力化學(xué)的因素 109
4.5 機(jī)械力化學(xué)的應(yīng)用 110
4.5.1 粉體的機(jī)械力化學(xué)改性 110
4.5.2 機(jī)械力化學(xué)用于冶金工業(yè) 113
4.5.3 機(jī)械力化學(xué)用于制備新材料 115
4.5.4 機(jī)械力化學(xué)用于生產(chǎn)水泥和混凝土 121
4.5.5 機(jī)械力化學(xué)用于制備礦物肥料 124
4.5.6 機(jī)械力化學(xué)在應(yīng)用中的特點(diǎn) 124
第5章 粉體的分級(jí)與分離 125
5.1 粉體分離效果的評(píng)價(jià) 125
5.1.1 分離效率 125
5.1.2 分級(jí)粒徑與分級(jí)精度 128
5.2 粉體的篩分 129
5.2.1 篩面 129
5.2.2 篩分作業(yè) 130
5.2.3 篩分機(jī)械 131
5.3 超細(xì)粉體的分級(jí) 133
5.3.1 超細(xì)分級(jí)原理 133
5.3.2 干式分級(jí)和濕式分級(jí) 134
5.3.3 超細(xì)分級(jí)的問題 135
5.4 固氣分離 137
5.4.1 固氣分離的目的 137
5.4.2 固氣分離效果的評(píng)價(jià) 139
5.4.3 固氣分離設(shè)備的分類 140
5.4.4 旋風(fēng)除塵器 141
5.4.5 袋式除塵器 142
5.4.6 電除塵器 143
5.5 固液分離 147
5.5.1 沉降濃縮 147
5.5.2 過濾 148
5.5.3 離心分離 150
5.5.4 噴霧干燥 151
5.6 粉體的分選 152
5.6.1 重選 152
5.6.2 浮選 156
5.6.3 磁選 158
5.6.4 電選 158
5.6.5 物理分離 159
第6章 粉體的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn) 160
6.1 粉體的儲(chǔ)存 160
6.1.1 粉體料倉(cāng)的種類 160
6.1.2 料倉(cāng)內(nèi)粉體的流出 160
6.1.3 料倉(cāng)內(nèi)粉體的結(jié)拱及防范措施 162
6.1.4 粉體的偏析及防范方法 163
6.1.5 粉體倉(cāng)容量的計(jì)算 165
6.1.6 粉體倉(cāng)卸料口的設(shè)計(jì) 166
6.2 粉體的輸送 170
6.2.1 膠帶輸送機(jī) 170
6.2.2 螺旋輸送機(jī) 172
6.2.3 粉體的流體輸送 173
6.3 粉體的喂料 174
6.3.1 帶式喂料機(jī) 174
6.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)式喂料機(jī) 175
6.3.3 振動(dòng)式喂料機(jī) 177
第7章 粉體的混合與造粒 179
7.1 粉體的混合 179
7.1.1 粉體混合的理論基礎(chǔ) 179
7.1.2 影響粉體混合的因素 181
7.1.3 粉體混合機(jī)械 182
7.2 粉體的造粒 184
7.2.1 粉體的造粒方法 185
7.2.2 粉體的壓縮流動(dòng) 185
7.2.3 粉體的黏聚 188
7.2.4 粉體造粒機(jī)械 189
第8章 粉塵的危害與防治 191
8.1 粉塵的來源和危害 191
8.1.1 粉塵的種類 191
8.1.2 工業(yè)粉塵的產(chǎn)生 192
8.1.3 工業(yè)粉塵的危害 194
8.2 呼吸性粉塵的防治 197
8.2.1 爆破粉塵的控制 197
8.2.2 礦井下的降塵 198
8.2.3 其他降塵技術(shù) 199
8.3 粉塵爆炸的防治 201
8.3.1 粉塵爆炸的條件和過程 201
8.3.2 粉塵爆炸的特點(diǎn) 204
8.3.3 粉塵爆炸的特性參數(shù) 206
8.3.4 粉塵爆炸的預(yù)防途徑 209
8.3.5 粉塵爆炸的防范措施 210
8.4 沙塵暴的危害及防治 213
8.4.1 沙塵暴的成因和危害 213
8.4.2 沙塵暴的防治對(duì)策 216
8.4.3 納米蒙脫石用作治沙材料 218
參考文獻(xiàn) 221
4.粉體入藥
在元代“御藥院方”中，將珍珠碾為極細(xì)的粉體人藥；在西漢《神農(nóng)本草經(jīng)》（我國(guó)現(xiàn)存最早的中藥學(xué)專著）中，硝石粉（KNO3）被列為上品中的第六位，認(rèn)為它能治20多種病；明代李時(shí)珍的《本草綱目》中記載了水晶粉（a-SiO2）、銅礦粉、鰻鱺骨粉、牡蠣殼粉、蟹殼粉等人藥。
西漢時(shí)期的方士開始煉制礦物藥“仙丹”。東漢末年，魏伯陽的《周易參同契》（世界上最古老的煉丹著作）專講煉丹，提到硫磺等礦物粉體的使用。在煉丹的基礎(chǔ)上，煉丹家把硫磺、硝石、木炭三種粉體按一定比例混合（三者的物質(zhì)的量之比為1：2：3，質(zhì)量比約為10：75：15），發(fā)明了火藥，時(shí)間在唐憲宗元和三年（公元808年）之前。由于煉丹家喜歡保守秘密，現(xiàn)尚無法知道火藥發(fā)明的具體年代。
5.古代制備粉體的工具
大地灣遺址出土大量彩陶的同時(shí)，出土了沾有顏料的石斧，由此推測(cè)先民們用石斧粉碎顏料礦物；還出土了上百件研磨石、研磨盤，可能是用于研磨彩陶顏料的成套工具。研磨石有圓形、圓錐形、橢圓柱形，均有一個(gè)光滑的研磨面；研磨盤形狀多樣，但都有一個(gè)凹陷的磨坑。
古代逐步發(fā)展起來用于粉碎固體的石斧、石杵、石臼、石磨、石碾等石器，原材料易得、材質(zhì)污染小、制造簡(jiǎn)單、使用方便，而得以廣泛應(yīng)用，以至于像石臼、石磨、石碾等沿用至今，但石器不能用于粉碎硬度大的物料。古代銅器和鐵器的出現(xiàn)，有助于粉碎硬度較大的物料，但生產(chǎn)效率仍較低，粉體粒度的可控性還較差。
1.1.2 現(xiàn)代的粉體工程
如今人們的衣、食、住、行，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，無不與粉體密切相關(guān)，新材料、新能源、新工藝等領(lǐng)域的高新技術(shù)無不滲透著粉體的貢獻(xiàn)。涉及粉體工程的主要工業(yè)領(lǐng)域可歸納為如下幾個(gè)方面：
（1）冶金工業(yè)。各種金屬礦石的磨礦、選礦、團(tuán)礦、燒結(jié)，粉末冶金、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、金屬淬火、合金調(diào)制，鑄造型砂、金屬塑性加工、金屬腐蝕、金屬表面處理，高爐煉鐵用焦的原料煤粒度和煤種配比，鐵合金生產(chǎn)用焦的粒度控制等。
（2）無機(jī)非金屬材料工業(yè)。水泥、玻璃、石灰、陶瓷、耐火材料、保溫材料、碳素材料等工業(yè)原料的粉碎、熱處理，感壓材料、感熱材料、熒光粉體、照相感光材料、錄音錄像磁性材料的制備等。
（3）煤炭工業(yè)。煤粉碎、選煤、配煤、水煤漿制備、粉煤氣流輸送、流化床煤燃燒、煙氣集塵、粉煤灰利用、煤泥水處理、煤塵爆炸防治等。
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