粒度测试的基本知识和基本方法(doc 15)20241.docx
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1、粒度测试的的基本知识识和基本方方法摘要:本文文从应用角角度出发,提提出了大家家关心的一一些粒度测测试方面的的基本问题题,并对这这些问题进进行了解答答。同时介介绍了目前前常用的几几种粒度测测试方法的的原理、应应用情况以以及它们各各自的优缺缺点,并在在此基础上上对粒度测测试工作的的几个实际际问题进行行了探讨。 关键词:粒度测试试;等效粒粒径;激光光法;沉降降法 粒度度测试是通通过特定的的仪器和方方法对粉体体粒度特性性进行表征征的一项实实验工作。粉粉体在我们们日常生活活和工农业业生产中的的应用非常常广泛。如如面粉、水水泥、塑料料、造纸、橡橡胶、陶瓷瓷、药品等等等。在的的不同应用用领域中,对对粉体特性
2、性的要求是是各不相同同的,在所所有反映粉粉体特性的的指标中,粒粒度分布是是所有应用用领域中最最受关注的的一项指标标。所以客客观真实地地反映粉体体的粒度分分布是一项项非常重要要的工作。下下面就我具具体讲一下下关于粒度度测试方面面的基知识识和基本方方法。 一一、粒度测测试的基本本知识 1、颗粒粒:在一尺尺寸范围内内具有特定定形状的几几何体。这这里所说的的一尺寸一一般在毫米米到纳米之之间,颗粒粒不仅指固固体颗粒,还还有雾滴、油油珠等液体体颗粒。颗颗粒的概念念似乎很简简单,但由由于各种颗颗粒的形状状复杂,使使得粒度分分布的测试试工作比想想象的要复复杂得多。因因此要真正正了解各种种粒度测试试技术所得得出
3、的测试试结果,明明确颗粒的的定义是很很重要的。 2、粉休:由大量的的不同尺寸寸的颗粒组组成的颗粒粒群。 33、粒度:颗粒的大大小叫做颗颗粒的粒度度。 4、粒粒度测试复复杂的原因因 由于颗颗粒的形状状多为不规规则体,因因此用一个个数值去描描述一个三三维几何体体的大小是是不可能的的。为了叙叙述方便,我我们以火柴柴盒为例,如如图2。用用一把直尺尺量一个火火柴盒的尺尺寸,你可可以得出这这个火柴盒盒的尺寸是是201105mmm。但你你不能说这这个火柴盒盒是20mmm或100mm或55mm,因因为这几个个数值只是是它大小尺尺寸的一个个侧面而不不是它的整整体。可见见,用一个个数值去直直接描述一一个火柴盒盒的
4、大小都都是不可能能的,同样样,对于一一个形状极极其复杂的的颗粒来说说,用一个个数值去直直接描述它它们的大小小就更不可可能了。那那么,怎样样仅用一个个数值描述述一个颗粒粒的大小?这是粒度度测试的基基本问题。 5、粒度分分布:用特特定的仪器器和方法反反映出的不不同粒径颗颗粒占粉体体总量的百百分数。有有区间分布布和累计分分布两种形形式。区间间分布又称称为微分分分布或频率率分布,它它表示一系系列粒径区区间中颗粒粒的百分含含量。累计计分布也叫叫积分分布布,它表示示小于或大大于某粒径径颗粒的百百分含量。 6、粒度度分布的表表示方法: 表表格法:用用表格的方方法将粒径径区间分布布、累计分分布一一列列出的方法
5、法。 图形法:在直角标标系中用直直方图和曲曲线等形式式表示粒度度分布的方方法。 函数法法:用数学学函数表示示粒度分布布的方法。这这种方法一一般在理论论研究时用用。如著名名的Rossin-RRammller分布布就是函数数分布。 7、粒径径和等效粒粒径: 粒粒径就是颗颗粒直径。这这概念是很很简单明确确的,那么么什么是等等效粒径呢呢,粒径和和等效粒径径有什么关关系呢?我我们知道,只只有圆球体体才有直径径,其它形形状的几何何体是没有有直径的,而而组成粉体体的颗粒又又绝大多数数不是圆球球形的,而而是各种各各样不规则则形状的,有有片状的、针针状的、多多棱状的等等等。这些些复杂形状状的颗粒从从理论上讲讲是
6、不能直直接用直径径这个概念念来表示它它的大小的的。而在实实际工作中中直径是描描述一个颗颗粒大小的的最直观、最最简单的一一个量,我我们又希望望能用这样样的一个量量来描述颗颗粒大小,所所以在粒度度测试的实实践中的我我们引入了了等效粒径径这个概念念。 等效效粒径是指指当一个颗颗粒的某一一物理特性性与同质的的球形颗粒粒相同或相相近时,我我们就用该该球形颗粒粒的直径来来代表这个个实际颗粒粒的直径。那那么这个球球形颗粒的的粒径就是是该实际颗颗粒的等效效粒径。等等效粒径具具体有如下下几种: 等效效体积径:与实际颗颗粒体积相相同的球的的直径。一一般认为激激光法所测测的直径为为等效体积积径。 等效沉沉速径:在在
7、相同条件件下与实际际颗粒沉降降速度相同同的球的直直径。沉降降法所测的的粒径为等等效沉速径径,又叫SStokees径。 等效效电阻径:在相同条条件下与实实际颗粒产产生相同电电阻效果的的球形颗粒粒的直径。库库尔特法所所测的粒径径为等效电电阻径。 等效效投进面积积径:与实实际颗粒投投进面积相相同的球形形颗粒的直直径。显向向镜法和图图像法所测测的粒径大大多是等效效投影面积积直径。 8、表示粒粒度特性的的几个关键键指标: D550:一个个样品的累累计粒度分分布百分数数达到500%时所对对应的粒径径。它的物物理意义是是粒径大于于它的颗粒粒占50%,小于它它的颗粒也也占50%,D500也叫中位位径或中值值粒
8、径。DD50常用用来表示粉粉体的平均均粒度。 D997:一个个样品的累累计粒度分分布数达到到97%时时所对应的的粒径。它它的物理意意义是粒径径小于它的的的颗粒占占97%。DD97常用用来表示粉粉体粗端的的粒度指标标。 其它它如D166、D900等参数的的定义与物物理意义与与D97相相似。 比表面面积:单位位重量的颗颗粒的表面面积之和。比比表面积的的单位为mm2/kgg或cm22/g。比比表面积与与粒度有一一定的关系系,粒度越越细,比表表面积越大大,但这种种关系并不不一定是正正比关系。 9. 不不同测试方方法对结果果的影响 如果我们们在显微镜镜下观察一一些颗粒的的时候,我我们可清楚楚地看到此此颗
9、粒的二二维投影,并并且我们可可以通过测测量很多颗颗粒的直径径来表示它它们的大小小。如果采采用了一个个颗粒的最最大长度作作为该颗粒粒的直径,则则我们确实实可以说此此颗粒是有有着最大直直径的球体体。同样,如如果我们采采用最小直直径或其它它某种量如如Fereet直径,则则我们就会会得到关于于颗粒体积积的另一个个结果。因因此我们必必须意识到到,不同的的表征方法法将会测量量一个颗粒粒的不同的的特性(如如最大长度度,最小长长度,体积积,表面积积等),而而与另一种种测量尺寸寸的方法得得出的结果果不同。图图4列出了了对于一个个单个颗粒粒可能存在在的不同的的等效结果果。其实每每一种结果果都是正确确的,差别别仅在
10、于它它们分别表表示该颗粒粒其中的某某一特性。这这就好像你你我量同一一个火柴盒盒,你量的的是长度,我我量的是宽宽度,从而而得到不同同的结果一一样。由此此可见,只只有使用相相同的测量量方法,我我们才可能能直接地比比较粒度大大小,这也也意味着对对于像砂粒粒一样的颗颗粒,不能能作为粒度度标准。作作为粒度标标准的物质质必须是球球状的,以以便于各种种方法之间间的比较。 10、粒度度测试的重重复性:同同一个样品品多次测量量结果之间间的偏差。重重复性指标标是衡量一一个粒度测测试仪器和和方法好坏坏的最重要要的指标。它它的计算方方法是: 其中,n为为测量次数数(一般nn=100); xx i为每每次测试结结果的典
11、型型值(一般般为D500值); x为多次次测试结果果典型值的的平均值; 为标标准差; 为重复性性相对误差差。 影响响粒度测试试重复性有有仪器和方方法本身的的因素;样样品制备方方面的因素素;环境与与操作方面面的因素等等。粒度测测试应具有有良好的重重复性是对对仪器和操操作人员的的基本要求求。 111、粒度测测试的真实实性: 通通常的测量量仪器都有有准确性方方面的指标标。由于粒粒度测试的的特殊性,通通常用真实实性来表示示准确性方方面的含义义。由于粒粒度测试所所测得的粒粒径为等效效粒径,对对同一个颗颗粒,不同同的等效方方法可能会会得到不同同的等效粒粒径。如图图所示: 可见,由于于测量方法法不同,同同一
12、个颗粒粒得到了两两个不同的的结果。也也就是说,一一个不规则则形状的颗颗粒,如果果用一个数数值来表示示它的大小小时,这个个数值不是是唯一的,而而是有一系系列的数值值。而每一一种测试方方法的都是是针对颗粒粒的某一个个特定方面面进行的,所所得到的数数值是所有有能表示颗颗粒大小的的一系列数数值中的一一个,所以以相同样品品用不同的的粒度测试试方法得到到的结果有有所不同的的是客观原原因造成的的。颗粒的的形状越复复杂,不同同测试方法法的结果相相差越大。但但这并不意意味着粒度度测试结果果可以漫无无边际,而而恰恰应具具有一定的的真实性,就就是应比较较真实地反反映样品的的实际粒度度分布。真真实性目前前还没有严严格
13、的标准准,是一个个定性的概概念。但有有些现象可可以做为测测试结果真真实性好坏坏的依据。比比如仪器对对标准样的的测量结果果应在标称称值允许的的误差范围围内;经粉粉碎后的样样品应比粉粉粉碎前更更细;经分分级后的样样品的大颗颗粒含量应应减少;结结果与行业业标准或公公认的方法法一致等。 12、重重复性和准准确性哪个个更重要 重复性和和准确性是是粒度仪的的两个重要要指标,是是用户和仪仪器生产厂厂家都非常常关心的两两个问题。在在正常情况况下,重复复性的重要要性要大于于准确性。第第一,重复复性是反映映仪器本身身稳定与否否的一个综综合指标,是是一个可以以精确量化化的指标,可可以用它来来直接评价价仪器的好好坏;
14、准确确性则是一一个根本不不存在的模模糊的概念念,它不仅仅与仪器有有关,还与与样品、环环境及操作作方法有关关,是评价价仪器好坏坏的次要指指标。第二二,在生产产实践中粒粒度测试的的相对意义义大于绝对对意义。也也就是说,只只要测试结结果是稳定定的,这种种仪器就对对生产和控控制有指导导意义,否否则粒度测测试将没有有任何意义义。第三,准准确性的依依据通常是是用所谓先先进仪器或或传统方法法得到的结结果。从一一定意义上上讲,这些些方法得到到的结果可可以作为参参考,如果果用来检验验仪器则要要有充分的的依据。要要知道,即即使再先进进的仪器,如如果在设置置和使用不不当,所得得到的结果果也同样存存在较大偏偏差,用未
15、未经过仔细细验证的结结果作为唯唯一的检验验仪器的依依据是不科科学的。所所以,在仪仪器满足真真实性要求求的前提下下,重复性性比准确性性更重要。 二、粒度度测试的基基本方法 粒度测试试的方法很很多,具统统计有上百百种。目前前常用的有有沉降法、激激光法、筛筛分法、图图像法和电电阻法五种种,另外还还有几种在在特定行业业和领域中中常用的测测试方法。 1、沉降降法: 沉沉降法是根根据不同粒粒径的颗粒粒在液体中中的沉降速速度不同测测量粒度分分布的一种种方法。它它的基本过过程是把样样品放到某某种液体中中制成一定定浓度的悬悬浮液,悬悬浮液中的的颗粒在重重力或离心心力作用下下将发生沉沉降。不同同粒径颗粒粒的沉降速
16、速度是不同同的,大颗颗粒的沉降降速度较快快,小颗粒粒的沉降速速度较慢。那那么颗粒的的沉降速度度与粒径有有怎样的数数量关系,通通过什么方方式反映颗颗粒的沉降降速度呢? SStokees定律:在重力场场中,悬浮浮在液体中中的颗粒受受重力、浮浮力和粘滞滞阻力的作作用将发生生运动,其其运动方程程为: 这就是Sttokess定律。 从Stookes定定律中我们们看到,沉沉降速度与与颗粒直径径的平方成成正比。比比如两个粒粒径比为11:10的的颗粒,其其沉降速度度之比为11:1000,就是说说细颗粒的的沉降速度度要慢很多多。为了加加快细颗粒粒的沉降速速度,缩短短测量时间间,现代沉沉降仪大都都引入离心心沉降方
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