粉体基本知识：粉体粒度、粒径分布、密度、流动性、比表面积

工业上大量原材料都是粉体，了解这些粉体的性质、参数有利于生产工艺顺利进行。粉体的粒子学特性包括粉体粒度、粒径分布、密度、流动性、比表面积等。

一、 粉体基本特性

1. 粒度（Particle Size）：颗粒的大小统称为粒度，又称粒径或直径。对于球形颗粒，其粒度直接用直径表示；对于非球形颗粒，则采用“等效粒径”的概念来描述。
2. 粒径分布（Particle Size Distribution, PSD）：又称分散度，是指不同粒径的颗粒在全体粉体中所占的百分数。根据计量基准不同，可分为数量分布、表面积分布和质量分布。常用表示方法有列表法、图示法和函数法。
3. D10, D50, D90, D97：在累积粒度分布曲线中对应的特征粒径。D50又称中位径，代表样本中50%的颗粒小于该值；D90和D97则常用于表征大颗粒端的分布情况，对产品质量控制至关重要。
4. Span值（Span Value）：衡量粒度分布宽度的指标，计算公式为 (D90 - D10) / D50。值越大，表示分布越宽；值越小，分布越集中。
5. 真密度（True Density）：粉体质量除以不包括任何颗粒内外空隙的体积（物质真实体积）所得的密度。
6. 颗粒密度（Granule Density）：粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在内的颗粒体积所得的密度。
7. 堆密度（Bulk Density）：又称松密度（Loose Bulk Density），指粉体质量除以该粉体所占容器的体积（包括颗粒自身孔隙和颗粒间空隙）所得的密度。对于同一种粉体，真密度 > 颗粒密度 > 堆密度。
8. 振实密度（Tapped Density）：粉体在规定条件下经过多次敲击振实后所测得的堆密度。
9. 孔隙率（Porosity）：粉体层中空隙所占的比率，即颗粒间空隙和颗粒本身孔隙所占体积与粉体总体积之比，以百分率表示。
10. 球形度（Sphericity）：表示颗粒形状接近球体的程度。球形度越高，通常流动性越好。
11. 长径比（Aspect Ratio）：颗粒的最长径与最短径的比值。对于纤维状或针状颗粒，这是一个重要参数。

二、 粉体力学与流动特性

12. 流动性（Flowability）：粉体在外力作用下发生流动的难易程度，与粒子的形状、大小、表面状态、密度等因素密切相关。
13. 休止角（Angle of Repose）：粉体从漏斗下端自然流出后堆积成圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角。是评价流动性最简易的指标，角度越小，流动性越好。俗称安息角。
14. 崩溃角（Angle of Fall） / 平板角（Angle of Difference）：测量休止角后，对粉体堆施加特定冲击，堆积面崩塌后形成的角度。崩溃角与休止角之差可反映粉体的结拱倾向。
15. 内摩擦角（Angle of Internal Friction）：粉体内部颗粒间发生滑动时，剪切应力与法向应力的比值对应的角度，反映了粉体抵抗剪切变形的能力。
16. 壁摩擦角（Angle of Wall Friction）：粉体与接触器壁（如料斗壁）之间发生滑动时的摩擦角，是设计料斗锥角的关键参数。
17. 压缩度（Compressibility Index） / 卡尔指数（Carr‘s Index）：通过松装密度和振实密度计算出的流动性指数，公式为[(振实密度-松装密度)/振实密度] × 100%。值越小，流动性越好。
18. 豪斯纳比（Hausner Ratio）：振实密度与松装密度的比值。与卡尔指数类似，是评价流动性的重要指标，比值越大，流动性越差。
19. 流出速度（Flow Rate）：单位时间内从特定孔径的漏斗中流出的粉体质量，用于直接量化流动能力。
20. 可压性（Compressibility）：表示粉体在压力下体积减少的能力。
21. 成形性（Compactibility）：表示物料被压缩后紧密结合成具有一定强度的既定形状（压块）的能力。

三、 粉体表面与化学特性

22. 比表面积（Specific Surface Area）：单位质量物料所具有的总表面积。是表征粉体粒子粗细和固体吸附能力的重要参数。
23. 吸湿性（Moisture Absorption, Hygroscopicity）：指固体表面从环境中吸附水分的现象。可能导致粉末流动性下降、固结、润湿甚至液化。
24. 润湿性（Wetting）：指固体界面由固-气界面变为固-液界面的现象。
25. 粘附性（Adhesion）：指不同分子间产生的引力，导致粉体粒子与接触表面（如器壁）之间的粘附。
26. 凝聚性（Cohesion）：又称粘着性，指同种分子间产生的引力，导致粉体粒子之间相互粘附而形成团聚体的现象。
27. 静电性（Electrostaticity）：粉体在输送、碰撞、摩擦过程中产生并积累电荷的倾向，影响流动性和操作安全。
28. Zeta电位（Zeta Potential）：颗粒在溶液中滑动平面上的电位，是表征胶体分散体系稳定性的关键指标。绝对值越高，颗粒间静电斥力越大，体系越稳定。
29. 表面能（Surface Energy）：颗粒表面分子比内部分子多出的能量。表面能越高，颗粒越不稳定，粘附性和凝聚性越强。

四、 测量与分析方法

30. 筛分法（Sieving Analysis）：利用一套标准筛进行粒度分析的传统方法，结果以质量分数表示，适用于较粗的颗粒（>38μm）。
31. 激光衍射法（Laser Diffraction）：当前主流的粒度测量技术，通过分析颗粒对激光的散射模式来反算粒度分布，测量范围宽、速度快。
32. 动态图像法（Dynamic Image Analysis）：通过高速相机捕捉运动中的颗粒图像，并实时分析其粒度和形状（如球形度、长径比）。
33. BET法（BET Method）：基于Brunauer-Emmett-Teller理论，通过低温氮吸附数据计算比表面积的标准方法，也可用于分析孔径分布。
34. 压汞法（Mercury Intrusion Porosimetry, MIP）：利用汞对材料不润湿的特性，在高压下将汞压入孔隙中，根据压力与压入汞体积的关系计算孔径分布，主要用于测量较大孔隙。

五、 加工单元操作

35. 粉碎/研磨（Crushing/Grinding）：通过机械力将大块固体物料破碎成细粉的过程。
36. 分级（Classification）：将颗粒按粒度大小进行分离的操作，常与粉碎组成闭路循环系统。
37. 混合（Mixing）：将两种或多种不同成分的粉体均匀混匀的过程。
38. 造粒/颗粒化（Granulation/Agglomeration）：将细粉通过团聚作用制成较大、流动性更好的颗粒的过程，旨在改善操作性、防止粉尘等。
39. 干燥（Drying）：去除粉体或颗粒中湿分（水分或溶剂）的单元操作。
40. 气力输送（Pneumatic Conveying）：利用气体能量在管道中输送粉体物料的方式，分为稀相输送和密相输送。
41. 贮存与给料（Storage and Feeding）：涉及料仓/料斗的设计以及稳定可控的排料设备（如旋转阀、螺旋给料机）。

六、 常见问题与现象

42. 偏析/分离（Segregation）：由于颗粒在粒度、密度、形状等方面存在差异，在振动、输送等过程中发生的分离现象，会破坏混合物的均匀性。
43. 扬尘（Dusting）：细小的粉体颗粒在气流作用下悬浮到空气中的现象，关乎职业健康与安全。
44. 拱桥（Arching） / 鼠洞（Ratholing）：粉体在料仓中下料时，因内聚力和摩擦力而形成稳定的拱形结构或中心通道，导致流动中断的现象。
45. 流态化（Fluidization）：当气体或液体以一定速度向上通过粉体层时，颗粒被流体托起，整体表现出类似流体状态的现象，广泛应用于干燥、反应等过程。
46. 粉尘爆炸（Dust Explosion）：悬浮在空气中的可燃性粉尘在达到爆炸浓度极限后，遇点火源发生的剧烈氧化反应，极具破坏性。

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