細(xì)粒物料粒度組成篩分分析

1、化學(xué)化工學(xué)院材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告A實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：細(xì)粒物料粒度組成篩分分析年級(jí)：2012級(jí)材料化學(xué) 日期：2014/09/15姓名： 學(xué)號(hào)： 同組人： 一、預(yù)習(xí)部分A1、振動(dòng)篩的篩分方法：   1.1、重疊篩分法： 在由粗到細(xì)的篩分中，直線篩的篩面重疊起來(lái)，上層篩面的篩孔較大，以下各層逐漸減小，因?yàn)橹本€篩篩框兩側(cè)有間隙，會(huì)造成篩分精度的降低，這種篩分方法適合量大的物料的處理；1.2、分層序列篩分法： 一般來(lái)說(shuō)，多層設(shè)備的篩分是由粗到細(xì)的，最上面是最粗的篩網(wǎng)，往下遞減，其設(shè)備檢修方便，容易觀察設(shè)備各層篩面的工作情況；而由細(xì)到粗的篩分中，篩面順次是相反的，單軸設(shè)備，旋振篩各篩能沿整個(gè)

2、篩面長(zhǎng)度分別排出，其篩分效果很明顯，每個(gè)層面互不影響的；  1.3、聯(lián)合篩分法，又稱(chēng)混合篩分法：在聯(lián)合流程中，一部分篩面由粗到細(xì)排列，另一部分由細(xì)到粗排列；在實(shí)際生產(chǎn)中，圓振動(dòng)篩通常用由粗到細(xì)或聯(lián)合的篩分流程；圓振篩是根據(jù)篩分物料的特殊要求制定的，篩分精度和軌跡都很理想，最適用于篩分粗礦。2、篩分的定義及作用2.1、定義 一、篩分是將粒子群按粒子的大小、比重、帶電性以及磁性等粉體學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分離的方法。 二、用帶孔的篩面把粒度大小不同的混合物料分成各種粒度級(jí)別的作業(yè)叫做篩分。2.2、作用 用篩孔尺寸不同的篩子將固體物料按所要求的顆粒大小分開(kāi)的操作。常與粉碎相配合，使粉碎后的物

3、料的顆粒大小可以近于相等，以保證合乎一定的要求或避免過(guò)分的粉碎。 一 、篩分是利用篩子把粒度范圍較寬的物料按粒度分為若于個(gè)級(jí)別的作業(yè)。分級(jí)是根據(jù)物料在介質(zhì)（水或空氣）中沉降速度的不同而分成不同的粒級(jí)的作業(yè)。篩分一般用于較粗的物料，即大于0。25毫米的物料。較細(xì)的物料，即小于0。2毫米的物料多用分級(jí)。但是近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外正在應(yīng)用細(xì)篩對(duì)磨礦產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)，這種分級(jí)效率一般都比較高。 二、根據(jù)篩分的目的不同，篩分作業(yè)可以分為五類(lèi)： （1）獨(dú)立分篩 其目的是得到適合于用戶(hù)要求的最終產(chǎn)品。例如，在黑色冶金工業(yè)中，常把含鐵較高的富鐵礦篩分成不同的粒級(jí)，合格的大塊鐵礦石進(jìn)入高爐冶煉，粉礦則經(jīng)團(tuán)礦或燒結(jié)制塊入爐

4、。（2）輔助篩分 這種篩分主要用在選礦廠的破碎作業(yè)中，對(duì)破碎作業(yè)起輔助作用。一般又有預(yù)先篩分和檢查篩分之別。預(yù)先篩分是指礦石進(jìn)入破碎機(jī)前進(jìn)行的篩分，用篩子從礦石中分出對(duì)于該破碎機(jī)而言已經(jīng)是合格的部分，如粗碎機(jī)前安裝的格條篩、篩分，其篩下產(chǎn)品。這樣就可以減少進(jìn)入破碎機(jī)的礦石量，可提高破碎機(jī)的產(chǎn)量。粒度特性曲線：通常以橫坐標(biāo)表示顆粒的粒度，以縱坐標(biāo)表示各粒級(jí)或累計(jì)的產(chǎn)率。若以縱坐標(biāo)列出的是正累積產(chǎn)率，橫坐標(biāo)表示顆粒的粒度，則可得到正累積粒度特性曲線。同理，橫坐標(biāo)不變,縱坐標(biāo)列出的是負(fù)累積（又稱(chēng)篩下累積）產(chǎn)率，則可得到負(fù)累積粒度特性曲線。累積粒度特性曲線的優(yōu)點(diǎn)是繪制簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是在細(xì)粒級(jí)一端刻度太窄小

5、，因此，曲線細(xì)粒級(jí)一端誤差較大。累積粒度特性曲線的作用：1、可確定任何指定粒度的響應(yīng)累計(jì)產(chǎn)率，或由指定的累計(jì)產(chǎn)率查得相應(yīng)的粒度；2、可求出任一粒級(jí)（d1d2）的產(chǎn)率，它等于粒度d1及d2所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)的差值；3、由曲線的形狀可大致判斷物料的粒度組成情況。二 實(shí)驗(yàn)部分（實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸硪?jiàn)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)講義。） 1. 儀器設(shè)備及原料：標(biāo)準(zhǔn)套篩一套，目數(shù)分別為：20,60,100,140；200g電子天平； 河沙。 2. 實(shí)驗(yàn)步驟及操作： a. 稱(chēng)取200g河沙； b.清理所選好的具有一定梯度的套篩，將所需目數(shù)的套篩組合好，從上到下依次增加目數(shù)，將試樣倒入套篩。 c. 在最下面墊一張報(bào)紙，對(duì)組合好的

6、套篩進(jìn)行人工的震蕩，震蕩的較為充分時(shí)，再進(jìn)行逐級(jí)的篩分。最后，依次逐級(jí)由上到下取下篩子再震動(dòng)，用手判斷是否分篩干凈。 d. 篩完后，逐級(jí)稱(chēng)量并記錄數(shù)據(jù)。e. 回收河沙，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表粒度特性曲線累積粒度特性曲線 從相應(yīng)數(shù)據(jù)和圖形可以得出如下結(jié)論：1實(shí)驗(yàn)稱(chēng)取200g河沙，但篩分完畢為194.9g。原因：逐級(jí)稱(chēng)取的時(shí)候?yàn)⒙淞艘恍〔糠?，同時(shí)篩子上面殘留有一部分，另外實(shí)驗(yàn)稱(chēng)取的是每級(jí)篩子上面的沙子，還有比140目更小的則漏在報(bào)紙上沒(méi)有稱(chēng)取算入計(jì)重。2篩分前式樣重量與篩分后各粒級(jí)產(chǎn)物重量之和的差值為5.1g，為篩分樣質(zhì)量的2.55%，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行正確，無(wú)需重做。3從粒度特性曲

7、線分析，可以得出其曲線近似呈正態(tài)分布。即兩頭少中間大的趨勢(shì)，表明大顆粒和小顆粒的物料都相對(duì)較少。4從累積粒度特性曲線分析，可以得出目數(shù)小于60時(shí)圖形比較平緩，表明粒徑達(dá)的物料比較少；而在60-100目之間的圖形斜率比較大，說(shuō)明粒徑在此范圍內(nèi)的物料較多；后面的圖形又開(kāi)始變得平緩，說(shuō)明粒徑小的物料也比較少。5實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還可以發(fā)現(xiàn)，從上到下，隨著目數(shù)的增加，篩分的速度和難度也會(huì)隨之增加。思考題：一、影響篩分效果的因素有哪些？答:1.入篩原料性質(zhì)的影響: (1)含水率：物料的含水率又稱(chēng)濕度或水分; (2)含泥量：如果物料含有易結(jié)團(tuán)的混合物( 如粘土等); (3)粒度特性：影響篩分過(guò)程的粒度特性主要是指

8、原料中含有對(duì)篩分過(guò)程有特定意義的各種粒級(jí)物料的含量。 (4)密度特性：當(dāng)物料中所有顆粒都是同一密度時(shí)，一般對(duì)篩分沒(méi)有影響。 2.篩子性能的影響： (1) 篩面運(yùn)動(dòng)形式; (2) 篩面結(jié)構(gòu)參數(shù)； (3) 操作條件的影響。2、 舉出幾種其它的微細(xì)物料粒度分析方法，并說(shuō)明其基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。答：（1）沉降法 1.1 沉降法的原理該法基于顆粒在懸浮體系時(shí)，顆粒本身重力(或所受離心力)、所受浮力和黏滯阻力三者平衡，根據(jù)黏滯阻力服從斯托克斯(Stocks定律來(lái)實(shí)施測(cè)定，此時(shí)顆粒在懸浮體系中以恒定速度沉降，且沉降速度與粒度大小的平方成正比。Stokes 定律: 為了加快細(xì)顆粒的沉降速度，縮短測(cè)量時(shí)間，現(xiàn)代沉

9、降儀大都采用離心沉降方式。在離心沉降狀態(tài)下，顆粒的沉降事度與粒度的關(guān)系如下：這就是 Stokes 定律在離心狀態(tài)下的表達(dá)式。由于離心轉(zhuǎn)速都在數(shù)百轉(zhuǎn)以上，離心加速度 2r 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力加速度 g，Vc>>V，所以在粒徑相同的條件下，離心沉降的測(cè)試時(shí)間將大大縮短。沉降法在油漆和陶瓷行業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的測(cè)量方法，測(cè)量范圍一般為 44 m 以上。1.2 優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)便，儀器可連續(xù)運(yùn)行，價(jià)格低，準(zhǔn)確性和重復(fù)性較好，測(cè)試范圍較大。1.3 缺點(diǎn)測(cè)量速度慢，平均測(cè)量時(shí)間要半個(gè)多小時(shí)，很難重復(fù)分析；必須精確的控制以防止溫度梯度和粘度變化；不能處理不同密度的混合物。2 篩分法(Screening Analy

10、sis)2.1 篩分法粒度分析該法是用篩子來(lái)檢測(cè)物料粒度組成，是最簡(jiǎn)單的也是應(yīng)用最早的粒度分析方法。篩分法分干篩和濕篩兩種形式，可以用單個(gè)篩子來(lái)控制單一粒徑顆粒的通過(guò)率，也可以用多個(gè)篩子疊加起來(lái)同時(shí)測(cè)量多個(gè)粒徑顆粒的通過(guò)率，并計(jì)算出百分?jǐn)?shù)。篩分法有手工篩、振動(dòng)篩、負(fù)壓篩、全自動(dòng)篩等多種方式。顆粒能否通過(guò)篩子與顆粒的取向和篩分時(shí)間等素因素有關(guān)。篩分分析的粒度范圍為 0.045300 mm。篩分法可直接測(cè)出顆粒粒級(jí)的真實(shí)尺寸，因此常作為其他物料粒度分析方法的校正標(biāo)準(zhǔn)。篩分分析采用的套篩一般有兩種：一種為非標(biāo)準(zhǔn)篩，用于篩分粗粒物料(6300 mm)。另一種為標(biāo)準(zhǔn)套篩，用于篩分細(xì)度物料(0.0456

11、mm)，標(biāo)準(zhǔn)套篩是由一套篩孔大小有一定比例的、篩孔寬度和篩絲直徑都是按標(biāo)準(zhǔn)制造的篩子組。上層篩子的篩孔大，下層篩子的篩孔小，另外還有一個(gè)上蓋(防止試樣損失)和篩底(用來(lái)接取最底層篩子的篩下顆粒)。2.2 優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單方便、直觀、設(shè)備成本低，比較適合用于采礦業(yè)中較大顆粒。2.3 缺點(diǎn)小于 400 目的粉末測(cè)量比較困難；難以測(cè)量粘性和成團(tuán)的材料；測(cè)量時(shí)間和操作方法必須嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化；不能產(chǎn)生真實(shí)的重量分布；小尺寸篩網(wǎng)易被物料堵塞，且難以清洗;篩網(wǎng)強(qiáng)度低，易破損。3 顯微鏡法(Microscopy)3.1 顯微鏡法顯微鏡系統(tǒng)是由顯微鏡、攝像頭、圖形采集卡、計(jì)算機(jī)等部分組成。它的基本工作原理是將顯微鏡放大后的

12、顆粒圖像通過(guò) CCD 攝像頭和圖形采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)對(duì)這些圖像進(jìn)行邊緣識(shí)別等處理，計(jì)算出每個(gè)顆粒的投影面積，根據(jù)等效投影面積原理得出每個(gè)顆粒的粒徑，再統(tǒng)計(jì)出所設(shè)定的粒徑區(qū)間的顆粒的數(shù)量，就可以得到粒度分布了。由于這種方法單次所測(cè)到的顆粒個(gè)數(shù)較少，對(duì)同一個(gè)樣品可以通過(guò)更換視場(chǎng)的方法進(jìn)行多次測(cè)量來(lái)提高測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。除了進(jìn)行粒度測(cè)試之外，顯微鏡法還常用來(lái)觀察和測(cè)試顆粒的形貌。所測(cè)的粒徑為等效投影面積徑，計(jì)算出的為長(zhǎng)度平均徑。測(cè)量范圍一般為 0.2100 m。3.2 優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單方便、直觀、可進(jìn)行形貌分析。3.3 缺點(diǎn)代表性差，速度慢，無(wú)法測(cè)超細(xì)顆粒。4 電阻法4.1 電阻法又叫庫(kù)爾特法，

13、是由美國(guó)一個(gè)叫庫(kù)爾特的人發(fā)明的一種粒度測(cè)試方法。這種方法是根據(jù)顆粒在通過(guò)一個(gè)小微孔的瞬間，占據(jù)了小微孔中的部分空間而排開(kāi)了小微孔中的導(dǎo)電液體，使小微孔兩端的電阻發(fā)生變化的原理測(cè)試粒度分布的。小孔兩端的電阻的大小與顆粒的體積成正比。當(dāng)不同大小的粒徑顆粒連續(xù)通過(guò)小微孔時(shí)，小微孔的兩端將連續(xù)產(chǎn)生不同大小的電阻信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)這些電阻信號(hào)進(jìn)行處理就可以得到粒度分布了。用庫(kù)爾特法進(jìn)行粒度測(cè)試所用的介質(zhì)通常是導(dǎo)電性能較好的生理鹽水。4.2 用途適合于測(cè)量粒度均勻(即粒度分布范圍窄)的粉體樣品，也適用于測(cè)量水中稀少的固體顆粒的大小和個(gè)數(shù)，所測(cè)的粒徑為等效電阻徑。4.3 優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)便，可測(cè)顆粒總數(shù)，統(tǒng)計(jì)出粒

14、度分布，等效概念明確，速度快，準(zhǔn)確性好。4.4 缺點(diǎn)測(cè)試范圍較小，小孔容易被顆粒堵塞，介質(zhì)應(yīng)具備嚴(yán)格的導(dǎo)電特性。5 激光粒度法(laser particle size analysis)成熟的光散射理論主要有夫朗和費(fèi)衍射理論、菲涅耳衍射理論、米散射理論和瑞利散射理論等。激光粒度分析法是目前重要的材料粒度分析方法。激光法粒度分析的理論模型是建立在顆粒為球形、單分散條件上的，而實(shí)際上被測(cè)顆粒多為不規(guī)則形狀并呈多分散性。因此，顆粒的形狀、粒徑分布特性對(duì)最終粒度分析結(jié)果影響較大，而且顆粒形狀越不規(guī)則、粒徑分布越寬，分析結(jié)果的誤差就越大。5.1 靜態(tài)光散射法靜態(tài)光散射法(即時(shí)間平均散射)測(cè)量散射光的空間

15、分布規(guī)律，當(dāng)一束波長(zhǎng)為的激光照射在一定粒度的球形小顆粒上時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射和散射兩種現(xiàn)象，通常當(dāng)顆粒粒徑大于 10時(shí)，以衍射現(xiàn)象為主；當(dāng)衍射現(xiàn)象為主；當(dāng)粒徑小于 10 時(shí)，則以散射現(xiàn)象為主。5.1.1 優(yōu)點(diǎn)靜態(tài)激光光散射法主要測(cè)定微米級(jí)顆粒，測(cè)量范圍一般0.5300 m，獲得的是等效球體積分布，測(cè)量準(zhǔn)確，速度快，代表性強(qiáng)，重復(fù)性好，適合混合物料的測(cè)量。5.1.2 缺點(diǎn)對(duì)于檢測(cè)器的要求高，各儀器測(cè)量結(jié)果對(duì)比差。5.1.3 激光粒度儀現(xiàn)在常用的激光衍射粒度分析技術(shù)是根據(jù)夫朗和費(fèi)衍射理論而開(kāi)發(fā)的，其原理是激光通過(guò)被測(cè)顆粒將出現(xiàn)夫朗和費(fèi)衍射，不同粒徑的顆粒產(chǎn)生的衍射隨角度的分布而不同，根據(jù)激光通過(guò)顆粒后的

16、衍射能量分布及其響應(yīng)的衍射可以計(jì)算出顆粒樣品的粒徑分布。5.2 動(dòng)態(tài)光散射法也叫光子相關(guān)光譜法，動(dòng)態(tài)光散射法研究散射光在某固定空間位置的強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律。該方法是基于分子熱運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，懸浮于液體中的微細(xì)顆粒都在不停地做布朗運(yùn)動(dòng)，其無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的速率與濕度和液體的粘度有關(guān)，同時(shí)也與顆粒本身的大小有關(guān)。對(duì)于大的顆粒其移動(dòng)相對(duì)較慢，而小的顆粒則移動(dòng)較快。而當(dāng)一束激光通過(guò)稀薄的顆粒懸浮液時(shí)，被照射的顆粒將會(huì)向四周散射光。在某一角度下所測(cè)散射光的強(qiáng)度和位相將取決于顆粒在光束中的位置以及顆粒與探測(cè)器之間的距離。由于顆粒在液體中不斷地作布朗運(yùn)動(dòng)，它們的位置隨機(jī)變動(dòng)，因而其散射光強(qiáng)度也隨時(shí)間波動(dòng)。顆粒越小，擴(kuò)

17、散運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，散射光強(qiáng)度隨即漲落的速率也就越快。通過(guò)檢測(cè)散射光的光強(qiáng)隨時(shí)間變化，并進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算可以得出顆粒粒度大小。盡管如此，動(dòng)態(tài)光散射獲得的是顆粒的平均粒徑，難以得出粒徑分布參數(shù)。動(dòng)態(tài)光散射法適于檢測(cè)亞微米級(jí)顆粒，測(cè)量范圍約 31000 nm。5.2.1 優(yōu)點(diǎn) 測(cè)試速度快，重復(fù)性好。5.2.2 缺點(diǎn)要求樣品要處于良好的分散狀態(tài)。6 電鏡法(EM)6.1 電鏡法電鏡主要分為掃描電鏡、透射電鏡、掃描隧道電鏡等。是一種直觀、可靠的絕對(duì)尺度測(cè)定方法，尤其是對(duì)于納米顆粒，它可以觀察其大小、形狀，還可以根據(jù)像的襯度來(lái)估計(jì)顆粒的厚度，顯微鏡結(jié)合圖像分析法還可以選擇地進(jìn)行觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)，給出粒度分布。如果將顆粒進(jìn)

18、行包埋、鑲嵌和切片減薄制樣，還可以對(duì)顆粒內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步地分析。選取足夠多的視場(chǎng)進(jìn)行照相，獲得數(shù)百乃至數(shù)千個(gè)顆粒的電鏡照片，再將每張照片經(jīng)掃描進(jìn)入圖象分析儀進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。按標(biāo)準(zhǔn)刻度計(jì)算顆粒的等效投影面積直徑，同時(shí)統(tǒng)計(jì)落在各個(gè)粒度區(qū)間的顆粒個(gè)數(shù)。然后計(jì)算出以個(gè)數(shù)為基準(zhǔn)的粒度組成、平均粒度、分布方差等，并可輸出相應(yīng)的直方分布圖。6.2 優(yōu)點(diǎn)直觀，可以得到顆粒形狀信息。6.3 缺點(diǎn)要求顆粒要處于良好的分散狀態(tài)；要獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，需要大量的電鏡圖片進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。7 X 射線小角散射法(SAXS)7.1 X 射線小角散射X 射線小角散射是發(fā)生在原光束附近零到幾度范圍內(nèi)的相干散射現(xiàn)象，物質(zhì)內(nèi)部數(shù)十至千埃

19、尺度電子密度的起伏是產(chǎn)生這種散射效應(yīng)的根本原因。7.2 應(yīng)用SAXS 技術(shù)可用來(lái)表征物質(zhì)的長(zhǎng)周期、準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)以及呈無(wú)規(guī)分布的納米體系。廣泛用于 1300 nm 范圍內(nèi)的各種金屬和非金屬粉末粒度分布的測(cè)定，也可用于膠體溶液、磁性液體、生物大分子以及各種材料中所形成的納米級(jí)微孔、GP區(qū)和沉淀析出相尺寸分布的測(cè)定。7.3優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確，是納米材料粒度分析的重要分析方法。7.4 缺點(diǎn)儀器昂貴。8 其他分析方法除了上述幾種常用的粒度分析方法外，其它常見(jiàn)的分析方法還有電泳法、費(fèi)氏法、質(zhì)譜法、比表面積法、刮板法、沉降瓶法、透氣法、超聲波法等等。3、 舉出幾種常用的超細(xì)粉體分級(jí)設(shè)備，簡(jiǎn)述其原理及特點(diǎn)。答：1、XFJ（WFJ）超細(xì)粉體分級(jí)機(jī)該機(jī)是一種帶有二次進(jìn)風(fēng)和分級(jí)轉(zhuǎn)子的離心干式分級(jí)機(jī)，適用于各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的分級(jí)，也可對(duì)不同密度物料進(jìn)行分離，分級(jí)范圍寬廣，在5-1