技术 | 粉体粒度不同检测方法的对比分析

引言

水泥生料、熟料、煤粉以及混合材等粉磨过程中，粒度检测是决定工艺设备参数和产品质量的重要依据。有关其检测方法，现行国家标准有比表面积法(GB/T8074)、筛析法(GB/T1345)、激光衍射法(GB/T19077.1)和液体重力沉降法(GB/T26645.1)等，其中重力沉降法在水泥行业应用不多，其余三种方法都相当普遍，基本涵盖了粉磨全过程。但由于各方法原理、适用范围不同，加之操作上的一些人为因素影响，不同方法的检测结果往往偏差较大。为此，本文在可比条件下进行实测对比分析，供参考。

比表面积法、筛析法(包括水筛、负压筛、手工筛)和激光衍射法的检测原理及操作条件见表1。

由表1可见，比表面积用单位质量总表面积(m2/kg)表示粉体细度，测值越大即粉体越细，但不能定量反映粒径的百分量；筛析法、激光衍射法都是用粒径及其含量表示细度。比表面积与粒径含量之间并无直接联系，只具有一种定性规律，即：0~30μm含量对提升比表面积起主要作用，>60μm的颗粒基本无贡献。

若要定量分析其含量，只有通过筛析法和激光衍射法才能得到。理论上，筛析法与激光法两者检测结果应该具有一定的相似性和互补性，而实际上总有偏差，有些原料甚至偏差很大。因此，通过这两种方法的测值对比，有助于分析原因，强化规范操作，尤其对采用筛析法的企业更显得重要。

将同一试样粉磨至不同比表面积S，再二分法等量缩分为若干份，分别用于筛析法和激光仪检测，其中筛析法采用标准规定的水筛、负压筛、手工筛；激光粒度仪采用丹东百特、法国CILAS、英国MASTERSIZER 等5种不同规格型号的干/湿法检测。每种方法均取45μm和80μm两个测点进行对比，见表2。相似度用筛析法和激光法各自的最小值与最大值之比求得误差系数，相同测点的误差系数愈接近表示相似度愈好，见表3。

对比表2、表3可见：

(1)筛析法和激光法视原料不同，具有相对的一致性。筛析法以手工筛测值较大，而水筛和负压筛更接近于激光测值；

(2)筛析法对火山灰、石灰石等吸附性好、粘性强的高细粉体测值偏大，而激光检测对粉煤灰、矿渣一类非球形颗粒的测值偏大，两种方法都有其局限性；

(3)激光法以45μm粒径的相似度好于80μm，说明激光检测适合于更细的粉体；

(4)两种方法都能定量地反映粒径与比表面积的关系。激光检测还可进一步细化到0~30μm粒径含量对比表面积的影响分析。

表2、表3表明，激光法对高细粉体的测值精准度好，但受颗粒球形度的影响较大；筛析法则更多地取决于粉体特性、筛孔质量和操作的精细与规范。

3.1 筛析法

水筛、负压筛、手工筛的检测成本低，方法简单快捷，是粉磨企业的标配。水筛、负压筛都是借助水压或气压的作用，使物料在规定时间内能够很快通过筛网，因而筛析完全，精度较好。水筛的筛上物需要烘干才能得到测值，烘干温度和时间是其主要影响因素。负压筛析相对更加快捷有效，表2测值大多处于水筛与手工筛之间的中位值，说明其参照性很强。缺点是水筛和负压筛都不能收集筛下的细粉，当需要保留这部分细粉时则只能采用手工筛。现在的手工筛虽然以振筛机代替了过去完全依赖人工的操作，但筛析原理没有改变，在拍击、摇动筛框的过程中，粉体颗粒要在筛面上反复调整角度才能通过筛网，速度非常缓慢，特别是很多黏性大的原料糊筛严重，往往耗时很长而筛余总在减小，如果单纯用筛析时间来控制，精度就很难把控。以筛孔径61μm(RoI)筛余为例，不同筛析时间与测值变化见表4。

表4是按25g试样每min筛析通过量不大于0.08g作为精度指标进行控制，等同于标准“10g试样每min筛析通过量不大于0.03g”的规定。可见不同原料的筛析时间各不相同，如果检测45μm(R₄s)筛余，即使耗时30~40min也未必能达到这一要求，因此，精度指标是筛析法的唯一判定依据，而且筛孔径也不宜<45μm。负压筛析的精度判定和标准筛孔径的校准也是如此。

3.2 激光检测法

激光检测具有测点多、量程宽等特点，应用越来越广泛，而且国产设备的经济性和适用性完全可以与国外设备媲美。各种激光仪虽然标称量程宽达0.01~3000μm，但精度最好的往往集中于0.01~80μm的粒级段，>120μm的粗颗粒测值并没有筛析法可靠，因此，激光检测的粉体粒径分布面不宜太宽。此外，粒径越小、比表面积越大的粉体容易起球、结团，检测前需烘干打散进行分散，过度打散会产生新的微粉，改变其原始粒度；水硬性粉体最好用干法检测，每次检测后应清洁吸尘管道弯头，防止在干/湿法转换中堵塞硬化，清除非常困难。

总之，激光检测是建立在量程精细、操控得当基础之上的有效方法，经验丰富的操作者可以弱化影响，做到更好的重现性和可比性。

(1)粒度检测应结合原料特性、粉体细度选择合适的方法。手工筛适宜检测较粗的原料，水筛、负压筛适宜检测黏性强的较细粉体，激光法检测对高细粉体的适应性更好，其方法便捷、结果可靠，但操作水平要求较高，实验室投入较大。

(2)水泥行业目前尚无激光检测标准或规范，有待加强这方面的工作。

作者：周立蕙，罗帆

所属：中建材(合肥)粉体科技装备有限公司

来源：《中国水泥》

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