一、颗粒形状的概念

颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或表面上各点所构成的图像，它是除粒径外颗粒的另 一几何特征。颗粒形状直接影响了粉体的许多其他性质，如粉体的比表面积、流动性、压缩 性、固着力、填充性、研磨特性和化学活性，亦直接与粉体在混合、压制、烧结、储存、运输 等单元过程的行为相关。

在工程中，根据粉体的应用领域，人们对颗粒的形状有不同的要求。例如，用作砂轮的 研磨料，要求颗粒形状具有棱角，表面粗糙；添加在涂料中的粉体要求其颗粒为片状，以使 其附着力强，反光效果好；高速干压法成形的墙体砖坯粉，要求在模具中充填迅速、排气流 畅，以球形颗粒为佳。粉体颗粒的形状与其加工制备过程密切相关，如简单摆动颚式破碎机 会产生较多的片状产物，喷雾干燥制备的粉体多为球状颗粒。

由于颗粒的形状千差万别，描述颗粒形状的方法可分为两类，即语言术语和数学术语。 表1给出描述颗粒形状的常用术语。尽管某些术语并未精确地描述颗粒的形状，但大致  反映了颗粒形状的某些特征，因此这些术语在工程中仍被使用。

另一方面，在理论研究和工程实际中，往往将形状不规则的颗粒假定为球形；然而这也 是造成理论计算与实际情况出入很大的主要原因之一。为此，一般需要将有理论公式的颗粒 尺寸乘以表示形状影响的系数加以修正。描述和阐明颗粒形状及特性的参数有形状指数和形状系数。

表1 描述颗粒形状的基本术语

二、形状指数与形状系数

1.形状指数

形状指数(shape index)通常是指将表示颗粒外形的几何量的各种无因次组合。形状指数是对单一颗粒本身几何形状的指数化，它是根据不同的使用目的，给出颗粒理想的形状图像，然后将理想形状与实际形状进行比较，找出两者之间的差异并指数化。

2.形状系数

形状系数不同于形状指数。形状指数仅是对颗粒本身几何形状的指数化。而形状系数则是在表示颗粒群性质、具体物理现象和单元过程等函数关系时，把颗粒形状有关的诸因素概括而成为的一个修正系数。实际上，形状系数是用来衡量实际颗粒形状与球形或长方体颗粒形状的差异程度。

必须指出的是，由于颗粒的粒径表示方法很多，因此采用不同的粒径表示方法可以定义出不同的形状系数。另外，粒径值又与粒径测量方法有关，因此形状系数的数值也随测量方法不同而异。所以在使用形状系数时， 一定要注意颗粒粒径的具体表达形式。

三、粉体颗粒的分析

粉体颗粒的粒径、形状和表面积会显著影响粉体及其产品的性质和用途，因此，对粉体 粒径和形状的测量越来越受到人们的重视。例如，水泥的强度与其细度有关，人造金刚石粒径和粒径分布与晶型决定了其质量等级，催化剂粉体的粒径和比表面积对其催化活性有重 要影响。另外，各种粉体和其加工单元过程也往往需要用粒径和粒径分布来评价。

粒径测定有多种方法，从简单的仪器一直到结构复杂且带有数据处理系统的高级装置，种类繁多。不过复杂装置所求得的粒径也未必就准确。应该根据具体使用目的，对其适应性以及测定值的物理意义作出正确的判断，灵活利用高级装置简便与快速的性能。

1、筛析法

所谓筛析法就是利用筛孔尺寸由大到小组合的套筛，借助振动把粉体分成若干等级，称  量各级粉体的重量，即可计算用重量百分比表示的粒径组成。它只遵循简单的“极限量规”原理，所以其测定值不受复杂的物理因素的影响。筛析法不仅能够测定粒径分布，还可使粒径范围变得狭小(使粉体粒径齐整化),所以此法还可作为划一粒径(粒径均一)的一种手段。这种粒径测定法的粒径范围为5~125 mm,主要用于粒径较大颗粒的测量。一般，以干式筛析为主，在细粒范围内也采用湿式筛析。

粉体通过每一级筛子，可分成两部分，即留在筛上面的较粗的筛上物和通过筛孔粒径较细的筛下物。筛网的孔径和粉体的粒径通常用微米、毫米或目数来表示。所谓目数是指筛网1英寸(25.4 mm)长度上的网孔数。筛网目数越大，筛孔越细，反之亦然。

筛分法分析粒径组成时，实际收得各粒级粉体总量不小于试样质量的0.1%时，取为筛分终点。每次筛分时，实际收得各粒级粉体总量应不小于试样的98%,否则需要重新测定。

随着筛分应用的推广，各种各样的振筛机也层出不穷，有古老的旋敲式摇筛机，有应用 于细粉或较轻试样的声波筛，以及用于浆状试样的筛浆机，超高重力加速度摇筛机以及喷气 筛。现在RETSCH生产的全自动筛分仪，附带控制系统和分析处理软件，可以通过电脑对整 个筛分过程进行控制和记录，通过屏幕显示整个筛分过程及分析结果一 目了然，使筛分实现 了自动化，提高了筛分精度，节省了筛分时间。

2、沉降光透法

沉降法粒径测试技术是指通过颗粒在液体中沉降速度来测量粒径分布的方法。沉降粒径 分析一般要将样品与液体混合制成一定浓度的悬浮液。液体中的颗粒在重力或离心力等力的 作用下开始沉降，颗粒的沉降速度与颗粒的大小有关，大颗粒的沉降速度快，小颗粒的沉降 速度慢。为此只要测量颗粒的沉降速度，就可以得到反映颗粒大小的粒径分布。但在实际测 量过程中，直接测量颗粒的沉降速度是很困难的。所以通常用在液面下某一深度处测量悬浮 液浓度的变化率来间接地判断颗粒的沉降速度，进而测量样品的粒径分布。

沉降光透法原理

由Stokes定律知道，对于较粗样品，可以选择较大黏度的液体作介质来控制颗粒在重力 场中的沉降速度，对于较小的颗粒，在重力作用下的沉降速度很慢，常用离心手段来加快细 颗粒的沉降速度。所以目前的沉降式粒径仪，一般采用重力沉降和离心沉降结合的方式，这样既可以利用重力沉降测量较粗的样品，也可以用离心沉降测量较细的样品。其样品的测量范围为0.1～300μm。

图2 离心沉降式粒度仪结构示意图

图2为某离心沉降式粒度仪结构示意图。它的基本工作过程是将配制好的悬浮液转 移到样品槽中，并将样品槽放到仪器上。用一束平行光在一定深度处照射悬浮液。将透过的 光信号接收、转换并输入到电脑中，同时显示该信号的变化曲线。随着沉降的进行，悬浮液 中的浓度逐渐下降，透过悬浮液的光量逐渐增多。当所有预期的颗粒都沉降到测量区以下时，测量结束。通过电脑对测量过程光信号进行处理，就会得到粒度分布数据。

3.激光衍射法

目前，激光衍射法已经成为粒度测试领域的主流技术。它可以实现对于各种气溶胶、悬 浮液、乳浊液和气雾剂的在线粒度检测。

（a)小颗粒的衍射角大  (b)大颗粒的衍射角小

光的散射现象示意图

激光粒度仪是利用颗粒对光的散射(衍射)现象测量颗粒大小的，即光在行进过程中遇到颗粒(障碍物)时，会有一部分偏离原来的传播方向；颗粒尺寸越小，偏离量越大。颗粒尺寸越大，偏离量越小。散射现象可用严格的电磁波理论，即Mie(米氏)散射理论描述。当颗粒尺寸较大(至少大于2倍波长),并且只考虑小角散射(散射角小于5°)时，散射光场也可用较简单的Fraunhoff衍射理论近似描述。

粉体圈整理

了解优质装备供应商，请联系客服18666974612（微信同号）