铁精矿的成球机理---物料的表面性质

    球团矿靠滚动成型。被水润湿的精矿粉在滚动过程中靠机械力和毛细管作用成为球形，细微的颗粒之间靠毛细管作用力、分子引力、摩擦力等使生球具有一定的强度。生球的粒度、水份、机械强度和热稳定性等都影响下一步焙烧固结工序，并关系成品球团矿的品质。
   （一）细磨物料的表面性质
    生产球团矿的原料都是细磨的物料，如从矿山开采出的大块矿石，要经过破碎、细磨、选矿、过滤等一系列工序，才能得到适合于造球的铁精矿，各种细磨物料的粒度大小可以微米或网目度量，但习惯用比表面积衡量。所谓比表面积，乃指单位体积(厘米³)或单位质量(克)物料颗粒的总面积，一般造球物料的比表面积常在1500～2000厘米²/克范围之内。物料的粒度愈小，其比表面积愈大。例如将每边长度为1厘米的立方体，均匀分割为边长为1微米的小立方体,颗粒数目由1个变为10²¹个,比表面积由6厘米²/厘米,变为6×10⁷厘米²/厘米³。由此可知物料的分散度愈大，它的比表面积也愈大。
    固体颗粒表面层中的分子处于受力不均衡的状态，因为表面层两侧的物质不同，它们的密度也不同，所以表层具有较高的能量。就同一表面层的分子而言，它们并不是整齐地排列在一条线上。由于固体颗粒的表面凹凸不平，处于峰端分子的能量，就比处于谷中分子的能量高。这种具有较高能量的部分叫做活化部分。根据能量最低的原则，物体总有降低其表面能的趋势。对于固体，只能以吸附外界物质的办法，增大其表面另一侧的密度，以降低其表面能。此外，由于固体颗粒表面有过剩的能量，当与周围介质接触时，颗粒表面显示出电荷，在周围空间形成电场。因此细磨物料与周围介质相接触，便可以将它们吸附。
    （二）液体的表面性质
    液面下厚度约相当分子作用半径的一层液体叫做表面层。表面层内的分子一方面受到液体内部分子的作用力，另一方面受到液而外部气体分子的作用力。而气体密度较液体密度小得很多，一般可以把气体分子的作用力忽略不计。因此在表面层中的分子，处于不平衡的力场中。如果把液体内部一个分子，移到表面层内，就必须克服这个不平衡力而做功，以提高这个分子的位能，这项位能便是表面能。
    一个系统处于稳宅状态时，应有最低的位能。所以液体表面的分子，都有挤入液体内部的趋势，也就是液体具有尽可能缩小其表面的趋势。这种沿着液体表面，使表面收缩的力叫做液体的表面张力。表面张力现象随时可以见到，例如水、汞等小滴成为球形，就是表面张力作用的结果；因为液体在一定的体积下，只有成为球形，才能具有最小的表面积。

    设想在一液面上有一条分界线A－B,把液面分为两部分。见图1.ƒ_i为液面ABCD对另一侧液面ABEF的表面张力。ƒ₂与ƒ₁大小相等方向相反，可以用下列公式表示：
                             ƒ=ƒ₁=ƒ₂=aL                            (1)
    式中  ƒ———表面张力，达因； 
          a———表面张力系数；
          L———AB线的长度，厘米。
    由式(1)可以看出，表面张力系数$ 为沿液面作用在分界线单位长度上的力。可用下式表示：

    如果将(2)式的分子、分母同乘以1厘米，则表面张力系数a的单位将变为：尔格/平方厘米。所以液体的表面张力系数a，也可以定义为增加单位表面积所做的功。
    实验证明液体的表面张力系数与温度有关，温度愈高，表面张力系数愈小，此外与液体的纯度有关，液体中溶进杂质，会使表面张力系数降低。这一性质对于精矿粉成球有一定影响。

    在水平的液面上，表面张力与液面一致，如图2(a),若液面为一曲面，表面张力使液面产生取平的趋势，见图2(b)和图2(c),液面对于液体产生一附加压强，对于凸面，压强定为正值，凹面则为负值。附加压强与表面张力系数成正比，与液面曲率半径成反比。附加压强是毛细管现象的基础，它和精矿粉成球、生球的强度有密切的关系。