物料的粉磨是在外力作用下,通过冲击、挤压、研磨克服物料晶体内部各质点及晶体之间的内聚力,使大块物料变成小块以至细粉的过程。粉磨功一部分用于物料生成新的表面,变成固体的自由表面能;大部分则转变为热量散失于空间。
为提高粉磨效率,近百年来许多学者从各个不同角度对粉碎理论进行了研究,提出了不少有价值的学说,在一定程度上近似地反映了粉碎过程的客观现实。其中,最著名的有三个基本原理:第一粉碎原理即雷廷格的粉碎表面积原理;第二粉碎原理即克尔皮切夫和基克的粉碎容积或重量原理;第三粉碎原理即邦德的粉碎工作指数原理。但是由于破碎和细磨过程本身受着很多因素的影响,而这些因素在不同的具体条件下又有着不同的变化。诸如,物料的性质、形状、粒度、产品的细度、设备类型、操作方法等。因此,至今都没有建立完备的理论,更难用一个简单公式加以全面概括。尽管如此,这些理论仍有重要的指导意义。
2.1 第一粉碎原理——粉碎表面积原
由雷廷格(Rittinger)于1867年提出。他认为: “粉碎物料时所消耗的能量与物料新生成的表面积成正比。”其物理基础是,认为组成任何纯脆性的晶体物质的质点之间,具有恒定的分子吸引力。因此,从热力学观点来看,粉碎所消耗的能量与物质挥发时所需的总能量有关,亦即与用来拆开分子间的引力,产生新的表面所需的能量有关。并推证出表面积原理的普遍公式:
2.2 第二粉碎原理——粉碎容积或重量原理[31)
克尔皮切·夫(B·Ⅱ·KupnHqen)及基克(F.Kick)分别于1874年及1885年提出了这一原理,他们认为:在相同技术条件下,将几何形状相似之物料粉碎成形状亦相似的成品时,消耗的能量与其容积或重量成正比。
克尔皮切夫推导出容积原理的普遍公式为:
分析以上两个原理可知,两者从不同的基本观点出发,在对物料粉碎规律的认识上,似乎有着本质的差别。加亡两者的计算结果,都不能全面地与实际相符,相差很大,故几十年来一直有着争论。
1941年列宾捷尔提出了统一这两种学说的看法,认为当破碎物料时,由于物料块的尺寸较大,粉碎比较小,表面积增加不多,因此消耗在新生表面能的能量远小于使物料变形所需的能量,故变形功的影响较大;反之,当细磨物料时,由于新生表面积很大,故以表面积增加所消耗的能量为主。许多科学家进行的试验和实际经验也证明,两种学说虽然都不能完全符合实际,但用于物料破碎时,容积学说较为接近实际,而用于细磨时,表面积学说则较为接近实际。
4.2.3 第三粉碎原理——邦德粉磨工作指数原理131)
该原理由邦德(P,C.Bond)于1952年提出,它是介于表面积学说与容积学说之间的第三学说。可论述为:粉碎物料所需的有效功与生成的碎粒直径的平方根成反比。